Hydrosphäre - Teil Grundwasser

siehe grafik

Die Temperatur der maximalen Dichte ändert sich. Temperatur der verdunstung

siehe grafik

Wassersäule ist immer stabil geschichtet --> wird eine genügend lange Zeit angeschaut, ordnet sich wasser immer aufgrund der Gravitation nach der dichte!

Wassersäule ist stabil wenn die Dichte mit der Tiefe zunimmt. Gibt ausnahmefälle bei welchen dieses nicht zutrifft! (sehr salziges wasser (=Salzlauge) kann bei hohen temperaturen mehr salz aufnehmen und wird daher schwerer als kälteres Salzwasser)

- Schutz vor Verdunstung

- Filterwirkung

- Selbstreinigung (in-situ Abbau, Sorption

- Schutz vor Verunreinigung (durch flora am Boden, Fauna, org. Bodenmaterial)

- kontinuierliches und räumlches angebot für brunnen

Siehe grafik

Zugang von infiltriertem WAsser zu grundasser

siehe grafik

- Über niederschlag in den Boden, aus dem Bodenspeicher oder durch den Boden in den Aquifer (Sickerwasser)

- Aus einem Oberflächengewässer

- Aus einem anderen Aquifer

- durch künstliche Infiltration (GW-Anreicherung)

Positiv:

- Niederschlag
- Boden: geringe Feldkapazität und hohe Durchlässigkeit wirkt sich postiv auf Grundwasser aus
- GW-Flurabstand: bei hinreichender Tiefe der GW-Oberfläche

Negativ:

- Drainagen: verhindern dass wasser einsickern kann in das GW
- Landoberfläche: Versiegelung (Teer), Frost, Hangneigung (wasser läuft ab)
- Evapotranspiration: niedrieg bei geringer Temp, flach wurzelndem Bewuchs, geringer Feldkapazität, geringem Niederschlag

niederschläge variieren stark zwischen 700 und 2000mm/Jahr, niedrige Werte im Mittelland, etwas höheren Werten im Rheingebiet und den höchsten Werten im Hochgebirge

Evapotranspiration: 280-800 mm

Grundwasserneubildungsraten von: 250-700mm

1. alles unterirdische Wasser in der Sättigungszone, das in unmittelbarer Berührung mit dem Boden oder dem Untergrund steht.
2. Wasser im Untergrund unterhalb des Wasserspiegels in wassergesättigten Böden und geologischen Formationen.
3. unterirdisches Wasser welches die Hohlräume der Lithosphäre zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegungsmöglichkeit ausschliesslich durch die Schwerkraft bestimmt wird

Aus drei Phasen:

- Festkörper/Matrix
- Luft
- Wasser
 

Aufgrund Molekularer Kräfte (Adhäsion > Kohäsion) ist es für Wasser energetisch günstig, Boden (oberflächenpartikel) zu benetzen.

- Umso grösser die Distanz zwischen den Bodenpartikel und Wasser desto geringer wirkt die Adhäsion

- Kapilarer Aufstieg in Boden mit feinen Poren viel stärker!

Kapilarer Aufstieg wird durch Erdanziehung begrenzt. Bereich zwischen dem GW-Spiegel und dort wo die Schwerkraft grösser wird als die Kapilarkraft nennt man Kapilarsam

Der Kapilarsaum liegt in der ungesättigten Zone!

Hydraulisches Potential: Wie hoch der GW-Spiegel steigen würde wenn nichts im Weg wäre.

Wird gemessen mit einem Piezometer: Standrohr zur Messung des Pegels (hydraulisches Potential h)

siehe grafik für Druckhöhe und geodätische höhe

Freie Energie oder Arbeit welche benötigt wird um eine Einheit Wasser von einem Punkt des Kraftfeldes (Erdanziehungskraft) zu einem anderen zu transportieren

Grundwasser streben immer den niedrigsten Energiezustand an (2. Hauptsatz der Thermodynamik). Da es örtlich und zeitlich unterschiedliche Energiezustände gibt ist das Grundwasser ständig in Bewegung

siehe grafik

Wasserundurchlässige Schicht

siehe grafik

Formel siehe Grafik

Ist gradh = 0 --> statischer Zustand kein GW-Fluss

deltah= ca.50m (h3-h1)

delta x= 400 m

gradh= 50m/400m = 0.125

Da es nach links fliesst muss man ein minus davor setzten. Grosszügig runden: -0.1!!

Ähnlich den Höhenlinine. Geben an wo der Grundwasserpegel überall gleich ist.

Messpunkte (schwarz) werden Verbunden miteinander. Auf diesen Verbindungslinien können gewisse Pegelpunkte ausgerechnet werden (länge dividieren, weisse punkte). Durch diese Berechneten und gemessenen Punkte können nun die grundwassergleichen gelegt werden

Fluss kann ein Tal  bilden zu dem das GW hinfliesst. Die Roten linien geben die Fliessrichtung an. Fliessrichtung immer senkrecht zur GW-Linie.

Fluss wird vom GW gespiesen: Wasser fliesst aus dem GW zum Fluss (links)

GW wird vom Fluss gespesen: Wasser fliesst aus dem Fluss zum GW (infiltration vom Fluss, GW wird gefüttert)(Rechts)

Unter einem See ist die Grundwasser gleiche immer gleich

siehe grafik

 oberflächengewässer das Wasser aus dem Grundwasser aufnimmt

Grundwasser ist ein mechanischer Prozess. Entgegen seiner Bewegung wirken Widerstände wie Reibung zwischen porösem Medium und Wasser, Viskosität des GW und Oberflächenspanung.

Unterschieldiche räumliche Energiezustände nehmen Einfluss auf die Fliessrichtung und Geschwindigkeit im Raum des GW.

Analogien zum elektrischen STrom

Er wollte herausfinden wie gross man filter für die reinigung von Wasser dimensionieren muss.

K= hydraulische Durchlässigkeit

Q= Durchflussrate

q = Filtergschwindigkeit (auch Darcy-Geschwindigkeit)

Darcy-Gesetz extrem wichtig!

Nein das Darcy Gesetz hat eine Eingeschränkte gültigkeit.

Einfach: Darcy gilt für mittlere Porengrössen, für sehr kleine Poren gilt es nicht mehr, da in diesem Falle die Adhäsionskräft überhand nehmen, und bei sehr grossen Poren gilt es ebenfalls nicht mehr, da dort Turbulenzen wichtiger werden.

--> schwirige erklärung:

Es gilt für:

- stationäre und instationäre Strömung
- Strömung in homogenen und heterogenen porösen Medien
- Strömung in isotropen und anisotropen Medien.

Diese Gültikeit unterliegt folgenden Annahmen:

- es handelt sich um einen laminaren Fluss (ohne Turbulenzen),
- Strömung wird immer raumgemittelt (REV)