Hydrosphäre - Teil Grundwasser

Ca2+ > Mg2+ > K+ = H+ > Na+

Na wird aufgrund von der schlechten Haftfestigkeit langsam verdrängt am Ton durch andere --> Na wird also freigesetzt.

- im Niederschlagswasser: viel Sauerstoff, leicht sauer, gering mineralisiert

- im Sickerwasser. Wasser wird je nach boden angereichert mit Kationen/Anionen und Kohlensäure, Sauerstoffgehalt nimmt ab

- neugebildetes Grundwasser: typischerweise Sauerstoff arm (da es beim Abbau von organischem Material aufgebraucht wurde)

• Niederschlagswasser: leicht sauer, sauerstoff-reich, schwach mineralisiert
• Sickerwasser: reichert sich an mit Ionen und Kohlensäure
• Neugebildetes Grundwasser: Sauerstoff-arm (wurde gebraucht beim Abbau von organischem Material)

Grundwasserfauna abhängig von:

- Herkunft des Grundwasser

- Kontakt mit Oberflächengewässer

- Strömungsrichtung und -geschwindigkeit

- Korngrösse & Porengrössenverteilung

- physikochemische Beschaffenheit.

korreliert häufig positiv mit dem organischen Kohlenstoff.

Porengrösse erlaubt zum teil nur noch den Mikroorganismen zum leben

siehe grafik

• Punkt-Quellen: Deponien, Minen, Salzwasserintrusion im Küstenbereich, Unfälle
• Diffusive Quellen: ubiquitärer Eintrag über Atmosphäre, Nitrat aus Landwirtschaft, Bahngleise

Schwermetalle

Arsen

Cyanid

Sprengstoffe

siehe grafik

Es kommt zu einem sinkenden Grundwasserspiegel --> Schnellerer Durchlauf durch den Grundwasserspeicher --> weniger Filterwirkung --> mehr Schadstoffe im Grundwasser.

Phenole

Phtalate

Pestizide

Halogenierte Kohlenwasserstoffe

Arzneimittel (antibiotika & hormone usw) --> kommen in sehr geringen konzentrationen vor.

Problem: weiss fast nichts darüber, schwierige Detektierbarkeit!

Nimmt generell mit zunehmender Tiefe, zunehmender Entfernung vom Oberflächengewässer und abnehmender Porengrösse ab!

Empfindlichkeit eines Aquifers (auch Brunnen) gegenüber Schadstoffeintrag.

vertikal: dichte Deckschichten, lange Verweilzeit des Wassers. (In Grafik linkes Bild)

lateral: tiefe Fliesgeschwindigkeit, keine Schadstoffherde im Zustrom.

Ein Teileinzugsgebiet ist umso vulnerabler je schneller und in höherer Konzentration ein potentieller Schadstoff an der Wasserfassung ankommt.

Karstsysteme: haben meist sehr geringe Böden, Wasser fliesst sehr schnell in Ihnen --> Karstgrundwasserleiter daher sehr vulnerabel

Fassungsbereich S1, Engere Schutzzone S2, Weitere Schutzzone S3

Werden z.B. um eine Grundwasserfassung herum gelegt.

Es soll verhindert werden, dass Grundwasserfasserungen oder -anreicherungsanlagen verschmutzt werden.

In Karstgebieten auch grossflächige Gebiete in dieser Schutzzone (falls in diesem gebiet grossflächige verbindungen zur fassung/anreicherung anzunehmen sind)

Verhindern dass

1. Keime und Viren in Grundwasserfassung/-anreicherung gelangen)
2. keine Grabungen Grundwasser verunreinigen
3. Grundwasserzufluss nicht durch unterirdische Anlagen behindert wird.

- Fliessdauer des Grundwassers bis zur Grundwasserfassung muss mindestens 10 Tage dauern und

- der Abstand von der Zone S1 bis zum äusseren Rand der Zone S2 in Zuströmrichtung mindestens 100 m beträgt

Umfasst in Karstgebieten alle gebiete mit einer hohen Vulnerabilität im Einzugsgebiet einer Wasserfassungsanlage (--> ziemlich grosses Gebiet)

Gewährleistet dass im Falle einer unmittelbar drohenden Gefährdung (z.B. unfall mit wassergefährdenden stoffen) genügend Zeit und Raum für die erforderlichen Massnahmen bleibt.

Bei Lockergesteinsgrundwasser ist der Abstand vom äusseren Rand der Zone S3 ibs zum äusseren Rand der Zone S3 in der Regel gleichgross wie der Abstand von der Zone S1 bis zum äussern Rand der Zone s2

In Karstgebieten umfasst die S3 zudem Teile des Einzugsgebiets einer Fassung/Anreicherung, die eine mittlere Vulnerabilität aufweisen.

siehe grafik

• Advektion: Transport mit der Bewegung des Grundwassers
• Retardation: Rückhalt von Stoffen durch Interaktion dieser Stoffe mit dem Aquifermaterial (z.B. Sorption)
• Reaktion: Massegewinn oder -verlust durch (Bio)Abbau, Zerfall, Mineralbildung usw.
• Dispersion: Verteilung der Stoffe durch Heterogenität des Aquifermaterials
• Diffusion: Transport durch Molekularbewegung

Beiträge auf Porenskala:

1. Variabilität des Porendurchmessers

2. Bahnlinien um Körper herum

3. Geschwindigkeitsprofil im Porenquerschnitt

siehe grafik

Transport entlang eines Konzentrationsgradienten

grafik: links konzentrations gradient von schwarz zu weiss extrem hoch --> Transport beginnt. Rechts gradient sehr klein deshalb fast keinen transport mehr.

Gemeinsamkeiten:

• beide Transportprozesse beruhen auf nicht aufgelöster Variabilität der Geschwindigkeit
• Bewirken eine Aufweitung der Konzentrationsfront

Unterschiede:

• Dispersion hängt von der mittleren Geschwindigkeit ab, Diffusion nicht
• Diffusion beruht auf zufälliger brownschen Bewegung einzelner Moleküle des gelösten Stoffes
• Dispersion ist differenzeielle Advektion (z.B. auf Porenskala)
   

- geologsiche Strukturen (wichig für beschreibung von Aquiferen und Aquitarden)

- Hydraulische parameter (z.B. K, n usw)

- hydraulischer Gradient

- GW-Qualität

--> labor und feldtests machen --> mit variabler räumlicher und zeitlicher Auflösung!

- chemische Analysen

- Siebkurven

- Tocknung

Nachteil: nur Punktuelle analysen --> viele Proben benötigt um ein gutes räumliches Bild zu haben

Werden bei unverfestigtem material z.B. klastischen Sedimenten angewendet. Wichtig zur sedimentologischen und geotechnischen KLassifizierung

je flacher die Kurve ist, desto schlechter sortiert. Je steiler desto besser sortiert!

Durchlässigkeitsmessung durch Darcy-Experiment

• Punktuell
  • hydraulisch: Brunnenpege
  • Geologisch: Bohrprofil
  • biologisch: keimzahl
• Integral (raummittelnd)
  • hydraulisch (pumpversuch
  • hydraulisch/hydrochemisch (Tracerversuch)
• Tomographisch (hochauflösend)
  • hydraulisch (kombinierte Auswertung vieler Pumpversuche.
     

Eigenschaften: Unschädlich, preiswert, wasserlöslich, leicht quanitativ nachweisbar, nichtreaktiv, stabil, nicht natürlich vorkommend

Bespiele: Fluoreszenz Tracer (Uranin), Salz (Bromid), Farbstoffe usw.

Zugabe- und Beobachtungsstellen: Dolinen (Karsttrichter), Bachschwinden, Bohrungen, Quellen