Hydrosphäre - Teil Grundwasser
Vorlesung Hydrosphäre der ETH Zürich, UWIS
Vorlesung Hydrosphäre der ETH Zürich, UWIS
Fichier Détails
| Cartes-fiches | 131 |
|---|---|
| Utilisateurs | 36 |
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Histoire naturelle |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 18.06.2016 / 23.03.2022 |
| Lien de web |
https://card2brain.ch/box/hydrosphaee
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| Intégrer |
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Wieviel Prozent der Erdmasse ist WAsser?
3%
Wie viel des WAssers ist Süss, wieviel salzig?
96.3% Salzwasser
3.7% Süsswasser, davon 50% als Eis
Total: 1.4*10^9 Kubikkilometer
wie entstehen die Meisten seen?
durch glaziale prozesse
Wieviel Prozent des Wasser sind in Seen und in Grundwasser?
1.6 % sind Grundwasser (davon je ca. 50% salzig und süss)
0.008% sind Süsswasserseen
Welche extremen Eigenschaften hat wasser und weshalb sind diese wichtig?
1. hohe spezfische Wärme: 4.2 kJ*kg/K
2. hohe latente Wärme (phasenübergang): 2.4 MJ/kg
Der Wärmegehalt des Wassers führt zu unserem Klima und macht deshalb leben erst möglich.
Welche wichtigen Eigenschaften hat Wasser zudem?
- Oberflächenspannung
- Ahäsion und Kohäsion (wichtig für Physiologie der Zelle, Tropfenbildung und wasser in Böden (Kapillareffekt))
- Wärmeleitfähigkeit
- Dichteanomalie
- Wasserstoffbrücken
- Flüssiges wasser kleiner als festes wasser
- permanetner dipol
Wie wird die Masse, das Volumen und die Dichte einer Lösung berechnet?
siehe grafik
Welche eigenschaften des Wassers werden durch eine Druckzunahme geändert?
Die Temperatur der maximalen Dichte ändert sich. Temperatur der verdunstung
Wie sieht eine Stabile Schichtung eines Sees aus?
siehe grafik
Wann ist eine Wassersäule stabil geschichtet?
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)
Welche Vorteile hat Grundwasser gegenüber Oberflächenwasser=
- 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
Wie lange bleibt Wasser im Grundwasser?
Siehe grafik
Was versteht man unter GW-Neubildung?
Zugang von infiltriertem WAsser zu grundasser
Wie sehen die Wasserflüsse aus betreffend dem Grundwasser?
siehe grafik
Woher infiltriet Wasser in einen Aquifer?
- 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)
Welche negativen und positiven Faktoren wirken auf das Sickerwasser?
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
Welche GW-Bildungsrate haben wir in der schweiz? WElche niederschlags und evapotranspirationsrate?
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
Nenne drei Definitionen von Grundwasser:
- alles unterirdische Wasser in der Sättigungszone, das in unmittelbarer Berührung mit dem Boden oder dem Untergrund steht.
- Wasser im Untergrund unterhalb des Wasserspiegels in wassergesättigten Böden und geologischen Formationen.
- unterirdisches Wasser welches die Hohlräume der Lithosphäre zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegungsmöglichkeit ausschliesslich durch die Schwerkraft bestimmt wird
Aus wievielen Phasen ist der Boden aufgebaut?
Aus drei Phasen:
- Festkörper/Matrix
- Luft
- Wasser
Wieso gibt es in der ungesättigten Zone eines Bodens doch 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!
WAs ist ei Kapilarsaum
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!
Wie kann das Hydraulische Potential in einem Boden gemessen werden?
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
Gib die Definiton für das Hydraulische Potential
Freie Energie oder Arbeit welche benötigt wird um eine Einheit Wasser von einem Punkt des Kraftfeldes (Erdanziehungskraft) zu einem anderen zu transportieren
Wieso bewegen sich Grundwasser?
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
Erkläre anhand einer Grafik den unterschied zwischen einem gespannten und einem ungespannten Aquifer? Wie unterscheiden sich die Wasserspiegel?
siehe grafik
Was ist ein Aquitard?
Wasserundurchlässige Schicht
Gib ein weiteres grafisches Beispiel für gespannten und ungespannten Aquifer
siehe grafik
Wie berechnet man einen Hydraulischen Gradienten zwischen zwei Orten (z.b. zwischen 2 Flüssen)?
Formel siehe Grafik
Ist gradh = 0 --> statischer Zustand kein GW-Fluss
Berechne gradh aus der Grafik:
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!!
Was sind Grundwassergleichen?
Ähnlich den Höhenlinine. Geben an wo der Grundwasserpegel überall gleich ist.
Wie kann an diesen Messepunkten die Grundwassergleichen eingezeichnet werden?
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
Welchen Einfluss hat ein Fluss auf die GW-Gleichen?
Fluss kann ein Tal bilden zu dem das GW hinfliesst. Die Roten linien geben die Fliessrichtung an. Fliessrichtung immer senkrecht zur GW-Linie.
Auf welche zwei Arten kann ein Fluss mit dem GW interagieren?
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)
Weitere Beispiele für Grundwassergleichen:
Unter einem See ist die Grundwasser gleiche immer gleich
siehe grafik
Was ist ein Vorfluter?
oberflächengewässer das Wasser aus dem Grundwasser aufnimmt
Wie funktioniert Grundwasser?
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
Was wollte Darcy herausfinden?
Er wollte herausfinden wie gross man filter für die reinigung von Wasser dimensionieren muss.
Wie sah das Experiment von Darcy aus?
K= hydraulische Durchlässigkeit
Q= Durchflussrate
q = Filtergschwindigkeit (auch Darcy-Geschwindigkeit)
Das Darcy-Gesetz mit Parametern im Einzelnen.
Darcy-Gesetz extrem wichtig!
gilt das Darcy-Gesetz immer?
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)
