Hydrosphäre - Teil Grundwasser
Vorlesung Hydrosphäre der ETH Zürich, UWIS
Vorlesung Hydrosphäre der ETH Zürich, UWIS
Kartei Details
| Karten | 131 |
|---|---|
| Lernende | 36 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Naturkunde |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 18.06.2016 / 23.03.2022 |
| Weblink |
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Wie wird die hydraulische Leitfähigkeit beschreiben?
Hydraulische Leitfähigkeit = hydraulische Durchlässigkeit
wird beschrieben durch den Durchlässigkeitsbeiwert K, k(f)
in der Grafik einige Richtwerte
Gib die Formel für das Darcy gesetzt
siehe grafik
GIb die Formel für den Durchlässigkeitsbeiwert K:
\(\mu = Viskosität\,[kg*m^{-1}*s^{-1}]\), Viskosität des Wassers bei 20° = 1
\(k= Permeabilität\)
\(\rho = Dichte\,des\,Fluids [kg/m^3],\, g=9.81 m/s^2 = Erdbeschleunigung \)
K= hydraulische Durchlässigkeit!
Gib Die Formel für die Transmissivität
Durchlässigkeit eines Aquifers in seiner gesamten Mächtigkeit M. MIt M ist in der regel die Tiefe eines Aquifers gemeint, wenn grundwasser Horizontal durch in durchfliesst wird. Dabei geht man von einer 2 D betrachtung aus
Was ist das Problem mit der Hydraulischen Durchlässigkeit?
Macht man Messungen der Hydraulischen Druchlässigkeit an einer Bodenprobe hat man nur einen kleinen Ausschnitt des Bodens angeschaut. Boden kann sich in kleinem Raum sehr stark unterscheiden --> schwierig aus einer Messung einer Bodenprobe die exakte Durchlässigkeit eines Bodens auszulesen
Wie hängen Darcy-Geschwindigkeit und Permeabilität zusammen?
Darcy-Geschwindigkeit (q) wird durch die Permeabilität des Mediums (Matrix) bestimmt aber auch von den eigenschaften des Fluids!
siehe Grafik
Parameter:
d= Rohrduchmesser
roh (sieht aus wie p) = Dichte des fluids.
Was ist mit REV gemeint?
Representatives Elementarvolumen: kleinstes Volumen, für das eine Messung räpresentativ für gesamten Aquifer ist.
Was versteht man unter dem Begriff der Anisortopie?
In anisotropen Medien ist die Durchlässigkeit von der betrachteten Raumrichtung (von wo her ein Fluid durch das Medium durch will) abhängig. Dieser Effekt entsteht druch: Kornlagerung, Orientierung der Durchlässigen Strukutren.
Siehe grafik
Wie unterscheiden sich arithmetisches und harmonisches Mittel im Bezug auf Anisotropie eines Bodens?
Aritmehtisches Mittel: mann lässt Wasser hoizontal durch die Schichtung fliessen
harmonisches Mittel: man lässt Wasser vertiakl durch die Schichtung fliessen
--> je nach schichtung und Anisotropie gibt es unterschiedliche Werte.
Welche Arten gibt es um Werte für K zu erhalten ? (= Werte für die Durchlässigkeit zu erhalten)
1. Empirische Formel für Lockermaterial (kozney-carman usw): basieren auf korngrössenverteilung und porosität
2. Labormethoden: Darcy-Versuch
3. Feldversuche: Bohrlochversuch, Pumpversuch)
4. Indirekt über Kalibrierung von Modellen: Basierend auf Darcy
Welche verschiednen Formen von Porosität gibt es?
Formen von Porosität unterscheiden sich durch die Lagerung des Materials und die Art des Materials
Beachte: es gibt auch interpartikel-Porosität: also dass die Partikel selbst porös sind. Zementation = Ablagerung von Kalziumcarbonat
Wie Einfluss haben die Kornform die Korngrössenabstufung und die Lagerung auf die Porosität?
siehe grafik
wichtig: grosser porenraum ist nicht gleich hohe hydraulische Druchlässigkeit
Wie wird die Gesamt-Porosität gemessen?
In volumenprozent
siehe formel
Was versteht man unter effektiver Porosität?
Nicht der gesamte Porenraum steht dem fliessenden wasser zur verfügung. Isolierte Porenräume, Intra-Matrix Porosität und haftwasser verkleiner die Gesamt-porosität. BSP. ton ist sehr porös, wasser kommt allerdings trotzdem nicht durch --> effektive Porosiät =0
Effektive Porosität meist kleiner als gesamt-porosität. Nur wenn extrem grosse poren gilt effektive porosität = gesamtporosität
Wie verändert sich die Porosität, die Residualsättigung und die effektive porosität in Abhängigkeit der Korngrösse?
siehe grafik.
wichtig: blaue schrift ist einfach übersetzung der schwarzen linienbeschriftung
Stellen einen Vergleich zwischen Gesamtporosität und effektiver porosität auf
siehe grafik
Was ist ein artesischer Brunnen?
Brunnen der von einem gespannten Grundwasser gespeist wird.
Wieso sind Brunen wichtig?
Sie können Effekte auf die Hydraulischen linien bzw. Fliessrichtungen des Grundwassers haben.
z.B. wenn ein Boden verseucht ist, kann ein Brunnen gebohrt werden um alles Wasser anzusaugen welches durch den verseuchten Boden fliesst.
Was versteht man unter Grundwasseroberfläche?
obere Begrenzung des Grundwasser-Körpers
Was versteht man unter dem tatsächlichen Wasserspiegel?
Tatsächlicher Wasserspiegel = Druckhöhe --> wird vom Potential bestimmt
Wo liegt der Wasserspiegel bei ungespannten Aquiferen?
der Wasserspiegel entpsricht der Grundwasseroberfläche
Wo liegt der Wasserspiegel bei gespannten Aquiferen?
Der wasserspiegel bei gespannten Aquiferen liegt höher als die Grundwasseroberfläche
Wie fliesst Grundwasser?
Aufgrund der Wechselwirkung zwischen Lage- und Druckpotential dominiert meist der horizontale GW-Fluss über den vertikalen
Wie nennt man eine undurchlässige Deckschicht?
Aquitard
wieso muss im ungespannten Aquifer die Wasserspiegel linie gekrümmt sein?
Das Grundwasser fliesst immer vom höheren Gradienten zum tieferen. Im ungespannten Grundwasser entspricht der Gradient gerade der durchflossenen Mächtigkeit des Aquifers --> das heisst die durchflossene Mächtigkeit muss in irgend eine Richtung abnehmen damit Grundwasser in diese Richtung fliesst.
Es gilt für den Gradienten gradh die Formel: \(gradh = {h\over {\Delta x}}\)
In Grafik: grad h ist rechts bei h2 kleiner --> GW fliesst also von links nach rechts
Welches sind die Isopotentiallinien und welches sind die Fliess- bzw. Stromlinien?
Rot= Isopotentialline
violett = Fliess-/Stromlinie
Was ist ein Schwebender ("perched") Aquifer?
lokales isoliertes Grudnasserstockwerk das über einem weit durchgezogenen tiefer liegenden Aquifer liegt.
siehe grafik
Grafik: gutes Beispiel für regionalen Grundwasserfluss.
Ist Grundwasserfluss immer horizontal?
Nein grundwasserfluss kann durchaus auch vertiakl sein wie diese Piezometermesseung darstellt.
vergeliche obere Grafik mit unterer:
obere Grafik: druchgezogene linien sind Stromlinien (Fliessrichtung des GW), gestrichelte Linien sind Isopotentiallinien (werden durch untere grafik bestätigt (vergleiche die Piezometermessungen)
--> durch infiltration (GW-Neubildung können konvergierene GW-Flüsse entstehen und konkave Grundwassergleichen (isopotnetiallinien).
Wo finden GW-Neubildung und GW-Abfluss typischerweise statt?
GW- Neubildung = auf topografischen Erhöhungen (= berge/Hügel)
GW-Abfluss = Täler (Flüsse oder Quellen)
--> GW-Wasserspiegel folgt häufig der Topgraphie
Wie lange sind die ungefähren aufenthaltszeiten in einem Lokalen Flusssystem, einem intermediären Flusssystem und einem Regionalen Flussystem
siehe Grafik
Was sind Wasserscheiden?
Grenzen an denen das Wasser nicht passieren kann und in eine andere Richtung/Gegend fliesst.
Wohin fliesst das Wasser in der Schweiz?
68% in die Nordsee
27.6 % ins mittelmeer
4.4 % ins Schwarze Meer
siehe grafik
--> nicht wahnsinnig wichtig, nice to know
Welchen Effekt hat Heterogenität?
in einigen Bereichen des Boden fliesst wasser besser als in anderen dort also schnellerer fluss da mehr wasser durch muss.
Steht das Grundwasser still?
Nein das Grundwasser ist ständig in Bewegung. diese Bewegung ist durch das Darcy-Gesetz beschrieben.
Wie kommt es zu Wassernihaltsstoffen?
Wechselwirkung mit der Porösen Matrix (Geologie) und Interaktion mit weiteren hydrologischen Kompartimenten führen zu lokal und regional variablen Wasserinhaltsstoffe.
--> mensch ist ebenfalls ein wichtiger Faktor für die Wasserinhaltsstoffe (z.B. Schadstoffdeponien)
--> beurteilung der Wasserinhaltsstoffe massgeblich für die bestimmung der GW-Qualität
Was sind wichtige Faktoren der GW-Qualität:
Hydrochemischer Zustand, Temperatur, Mikrobiologie
Was heisst die Einheit meq/l
milimol (deshalb meq) Ladungseinheiten pro Liter Lösung --> wichtig immer zuerst in Milimol umrechnen!
Z.B. 1 mol/l CO32- entspricht 2000 meq/l (da zwei negative Ladungen)
Nenne 3 Hauptionen welche natürlicherweise in Wasser vorkommen?
Na+, Ca2+, K+
Wie wird die Inonenbilanz berechnet?
siehe grafik
Was sagt die Ionenbilanz aus?
Gibt eine Prozentzahl an, welche den Überschuss an Kationen oder Anionen quantifiziert! Bis 5% ist normal!
