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Grundwasser    Follow    
  Hybrid Journal Hybrid journal (It can contain Open Access articles)
     ISSN (Print) 1432-1165 - ISSN (Online) 1430-483X
     Published by Springer-Verlag Homepage  [2187 journals]   [SJR: 0.291]   [H-I: 12]
  • Herausforderungen bei der Charakterisierung von Karstgrundwasserleitern
    • PubDate: 2014-01-23
       
  • Erste Erkenntnisse zur Prospektion und Charakterisierung des Aquifers der
           Aroser Dolomiten, Schweiz
    • Abstract: Zusammenfassung In urbanen Orten des alpinen Raums gewinnt die Nutzung der Geothermie aus mehreren hundert Metern Tiefe zunehmend an Bedeutung. Dabei stehen vor allem offene Systeme im Vordergrund. Die vorliegende Arbeit präsentiert die ersten Erkenntnisse zur Prospektion und Charakterisierung des bisher unerforschten, nutzbaren und ergiebigen Aquifers der Aroser Dolomiten. Neben der Anwendung von etablierten Methoden und Verfahren, wie seismischen Messungen, einer Erkundungsbohrung, bohrlochgeophysikalischen Messungen und Pumpversuchen, wird auch die Anwendung des KARSYS-Ansatzes zur geologischen und konzeptuellen hydrogeologischen 3D-Modellierung des Aquifers aufgezeigt. Zudem wird die Entwicklung eines Viewers zur 3D-Visualisierung von Bohrungen dokumentiert. Das methodische Vorgehen, bestehend aus hydrogeologischen und messtechnischen Ansätzen auf regionaler und lokaler Ebene, ermöglicht eine lithologische Faziesdifferenzierung der Aroser Dolomiten sowie eine Differenzierung der geklüfteten und verkarsteten Bereiche innerhalb des Aquifers. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für eine weitergehende, auf Fündigkeit optimierende und Risiken minimierende Explorations- und Bohrplanung sowie für eine nachhaltige Nutzungsplanung.
      PubDate: 2014-01-23
       
  • Modellbasierte Berechnung der Abfluss- und Stofftransportprozesse in
           hierarchisch organisierten Karstnetzwerken
    • Abstract: Zusammenfassung Karstsysteme mit einem allogenen Zufluss über Schwinden zeigen oft komplexe Netzwerke interagierender Karstwegsamkeiten. Zur Analyse der hydrodynamischen Funktionsweise solcher Karstaquifere wurde am Beispiel des Tanneben-Massivs ein Strukturmodell entwickelt, welches die Karstantwort auf hydraulische und hydrochemische Signale als Mischung unterschiedlicher Abflusskomponenten berechnet. Strukturparameter, wie die Anzahl der Fließwege und die Aktivierungssequenz, wurden anhand von Tracerexperimenten abgeleitet. Dazu wurden Tracerdurchbruchskurven hinsichtlich der zeitlichen Ausprägung von Multipeaks in Abhängigkeit von den während der Experimente vorherrschenden Strömungsbedingungen analysiert. Mittels Modellrechnungen konnte für das Tanneben-Massiv gezeigt werden, dass die Stoffausbreitung im Karstnetzwerk sowie die Stoffkonzentrationen an der Karstquelle durch die Strömungsbedingungen in einem Zeitraum vor und nach der Injektion beeinflusst werden. Grund hierfür ist die durch den strukturellen Aufbau solcher Karstsysteme bedingte Aufteilung des Grundwasserstroms auf Fließpassagen unterschiedlicher hydraulischer Eigenschaften. So werden bei einem hohen Zufluss Karstwegsamkeiten aktiviert, welche das Lurbach-Hammerbach-Abflusssystem mit dem weiter nördlich gelegenen Schmelzbach-System verbinden. Beim Überschreiten der Durchflusskapazität des Karstsystems infolge von Starkregenereignissen oder durch die Blockade von Fließpassagen kommt es zu einem Rückstau im Bereich der Schwinde und damit einer Verlängerung der Abflussphase an der Karstquelle.
      PubDate: 2014-01-15
       
  • Numerische Modellierung der Grundwasserströmung im Einzugsgebiet der
           Gallusquelle unter Festlegung eines Drainagesystems
    • Abstract: Zusammenfassung Die Grundwasserströmung in einem Karstsystem ist im Wesentlichen durch die Wirkung des Drainagesystems der Karströhren bestimmt. Eine große Herausforderung für die numerische Simulation dieser Grundwasserströmung besteht in der Unkenntnis über dieses Drainagesystem. Hier wird ein Ansatz vorgestellt, mit dem ein Karströhrennetz für das Einzugsgebiet der Gallusquelle, mittlere Schwäbische Alb, aus unterschiedlichen geographischen Informationen abgeleitet wurde. Unter Verwendung dieses Karströhrennetzes wurde die instationäre Grundwasserströmung im Einzugsgebiet mit dem Programm ROCKFLOW (Wollrath und Helmig, SM-2 Strömungsmodell für inkompressible Fluide, Theorie und Benutzerhandbuch. Technischer Bericht Institut für Strömungsmechanik, Universität Hannover, 1991) numerisch simuliert. In einer Parameterstudie konnte anhand der Quellschüttung und der Grundwasserstände der Einfluss verschiedener Parameter auf das hydraulische Verhalten des Karstsystems aufgezeigt werden. Es konnte insbesondere die Überlagerung des Drainageverhaltens mit einer Zwischenspeicherung von Grundwasser aus den Röhren in der Matrix bei Neubildungsereignissen in Abhängigkeit der variierten Parameter herausgearbeitet werden.
      PubDate: 2014-01-09
       
  • A mathematical model for simulating spring discharge and estimating
           sinkhole porosity in a karst watershed
    • Abstract: Abstract Documenting and understanding water balances in a karst watershed in which groundwater and surface water resources are strongly interconnected are important aspects for managing regional water resources. Assessing water balances in karst watersheds can be difficult, however, because karst watersheds are so very strongly affected by groundwater flows through solution conduits that are often connected to one or more sinkholes. In this paper we develop a mathematical model to approximate sinkhole porosity from discharge at a downstream spring. The model represents a combination of a traditional linear reservoir model with turbulent hydrodynamics in the solution conduit connecting the downstream spring with the upstream sinkhole, which allows for the simulation of spring discharges and estimation of sinkhole porosity. Noting that spring discharge is an integral of all aspects of water storage and flow, it is mainly dependent on the behavior of the karst aquifer as a whole and can be adequately simulated using the analytical model described in this paper. The model is advantageous in that it obviates the need for a sophisticated numerical model that is much more costly to calibrate and operate. The model is demonstrated using the St. Marks River Watershed in northwestern Florida.
      PubDate: 2013-12-20
       
  • Hydrogeologie im Gipskarst als Basis geotechnischer Langzeitprognosen im
           Bergbau
    • Abstract: Zusammenfassung Die Hydrogeologie des „Haselgebirges“ ist im Zusammenhang mit Gipsbergwerken von praktischer Bedeutung. Kenntnis über den Grundwasserumsatz, Herkunft und Verweilzeit der Wässer und deren Hydrochemie bilden Grundlagen für die Beurteilung der Standsicherheit der oft oberflächennahen Grubengebäude. Neben kurzfristig über Karsthohlräume zu- und abfließenden Wässern eines lokalen Fließsystems bilden regional zirkulierende Wässer einen Teil des Gesamtabflusses. Während die lokalen Niederschlagswässer wegen ihres hohen Lösungspotenzials intensiv zur Verkarstung über dem Grubengebäude beitragen, weisen Wässer des regionalen Fließsystems bei ihrem Eintritt in das Grubengebäude Sättigung der im Gebirge vorhandenen Mineralphasen (Gips und Anhydrit) auf und sind für die Verkarstung wenig relevant. Am Beispiel eines aufgelassenen Gipsbergbaues am Kalkalpennordrand wurde eine mengenmäßige Separation von niederschlagsabhängigem Abfluss des lokalen Fließsystems und Basisabfluss eines regionalen Fließsystems vorgenommen und dabei eine Verteilung von etwa 1:3 ermittelt. Während im lokalen Fließsystem ein Umsatz innerhalb weniger Tage stattfindet, ergeben Schüttungsganglinien und Isotopenzeitreihen, dass ein wesentlicher Anteil der Wässer eine bedeutend längere Verweilzeit aufweisen muss. Die Verteilung zwischen lokalem und regionalem Fließsystem wurde mithilfe hydrochemischer Modellierungen verifiziert.
      PubDate: 2013-12-19
       
  • Hydraulische Charakterisierung eines urbanen Karstgrundwasserleiters mit
           Pumpversuchen
    • Abstract: Zusammenfassung Die quantitative Beschreibung der Grundwasserströmung in Karstaquiferen ist bis heute eine sehr komplexe Aufgabe, die die Anwendung unterschiedlichster Methoden erfordert. Hydraulische Versuche sind eine davon. Die computergestützte Erfassung der Felddaten und die Entwicklung fortschrittlicher Auswertungsverfahren haben das Potenzial dieser Methode enorm gesteigert. Dennoch schlägt sich dies bis heute bei der Auswertung von Pumpversuchen in Karstaquiferen kaum nieder, obwohl gerade hier der sogenannte Diagnostische Plot eine detaillierte Aufschlüsselung der beteiligten Karstsubsysteme ermöglicht. Vor diesem Hintergrund erfolgte eine gezielte Auswertung von Pumpversuchen aus dem Oberen Muschelkalk im Stadtgebiet von Stuttgart unter Bildung der 1. Ableitung der Druckdaten nach der Zeit. Die gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass der Diagnostische Plot insbesondere für die Interpretation der Messdaten aus den Entnahmebrunnen in Karstaquiferen von großem Nutzen ist.
      PubDate: 2013-12-11
       
  • Hydraulische Charakterisierung eines urbanen Karstgrundwasserleiters auf
           Basis unkontrollierter Drucksignale
    • Abstract: Zusammenfassung Unkontrollierte Natursignale (Erdbeben, Luftdruckänderungen, Erdgezeiten) sowie anthropogen ausgelöste Porendruckstörungen bewirken Druckimpulse im gespannten Karstgrundwasserleiter von Stuttgart. Insbesondere seismische Wellen erzeugen markante Schwingungen des Druckspiegels, deren Verläufe nicht nur von der Erdbebenstärke, sondern auch von der lokalen Transmissivität und Brunnengeometrie abhängen. Es wird die hydraulische Auswertung eines Hydro-Seismogramms vorgestellt. Der hoch durchlässige und gespannte Karstaquifer reagiert auf impulsartige Druckänderungen mit einer unterkritisch gedämpften Schwingung, sodass auch vorbeifahrende U- und S-Bahnen durch ihre Auflast zu kurzzeitigen Oszillationen im mehrere Zehner Meter tiefer gelegenen Karstgrundwasserleiter führen, die hydraulisch ausgewertet werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zum Systemverständnis eines Karstaquifers im urbanen Raum bei.
      PubDate: 2013-12-05
       
  • Hydrogeologische Notizen
    • PubDate: 2013-12-01
       
  • Interdisziplinäre Herausforderungen der Karsthydrogeologie
    • PubDate: 2013-11-05
       
  • Neue Erkenntnisse zur Struktur der Karstentwässerung im aktiven
           Höhlensystem des Blautopfs
    • Abstract: Zusammenfassung Der Blautopf, eine der größten Karstquellen Deutschlands, entwässert ein 165 km2 großes Einzugsgebiet auf der Schwäbischen Alb. Dort befinden sich zwei große, aktive Karsthöhlen: das Blauhöhlensystem (10 km) und die Hessenhauhöhle (3,5 km). Aufgrund deren schwerer Zugänglichkeit war über die interne Entwässerungsstruktur dieses Karstsystems bisher nichts bekannt. Im Frühjahr 2012 wurde der erste Markierungsversuch mit Tracereingaben direkt in die beiden Höhlenflüsse durchgeführt, um die Verbindung zwischen den Höhlen zu lokalisieren. Durch zwei weitere Eingaben an der Geländeoberfläche sollte die Anbindung des Einzugsgebiets an die Höhlen erkundet werden. Mittels Feldfluorimetern wurden die Tracer-Durchgangskurven im Höhlensystem beobachtet. So konnte ein dendritischer Aufbau der unterirdischen Entwässerung nachgewiesen und für beide Höhlenflüsse eigene Teileinzugsgebiete abgegrenzt werden, die jeweils etwa 50 % zur Gesamtschüttung beitragen. Neue geologisch-tektonische Befunde ermöglichten eine verbesserte hydrogeologische Modellvorstellung. Demnach liegt ein komplexes Karstsystem mit zwei Grundwasserstockwerken und hydraulischer Kontinuität durch eine bisher als weitgehend trennend geltende Mergelformation hindurch vor.
      PubDate: 2013-10-29
       
  • Fast 200 Billionen Liter später …
    • PubDate: 2013-10-24
       
  • Die thermalen Karbonat-Aquifere Oberjura und Oberer Muschelkalk im
           Südwestdeutschen Alpenvorland
    • Abstract: Zusammenfassung Die beiden thermalen Karbonat-Aquifere im Südwestdeutschen Alpenvorland wurden einander vergleichend gegenüber gestellt, da sie sowohl für geothermische als auch für balneologische Nutzungen von großer Bedeutung sind. Hydraulische und hydrochemische Untersuchungen in den beiden tief liegenden Aquiferen des Oberjuras und des Oberen Muschelkalks zeigen, dass in Abhängigkeit von der Lithologie und der Verkarstung die Gebirgsdurchlässigkeit in beiden Aquiferen mit zunehmender Tiefenlage unterschiedlich stark abnimmt und dass der Gesamtlösungsinhalt im Oberen Muschelkalk-Aquifer um ein Vielfaches höher ist als im Oberjura-Aquifer. Die hydraulischen Eigenschaften wirken sich auf die hydrochemischen Verhältnisse aus. Beide Aquifere weisen sehr unterschiedliche Potenziale auf mit Potenzialdifferenzen z. T. von über einigen 100 Metern und sehr unterschiedlichen Fließrichtungen. Eine hydrogeothermische Nutzung mit Stromproduktion in der Größenordnung wie sie derzeit im Großraum München erfolgt, dürfte im Baden-Württembergischen Teil des Molassebeckens auch unter Einbeziehung des Oberen Muschelkalk-Aquifer nicht realisierbar sein.
      PubDate: 2013-10-19
       
  • Ein besseres Verständnis des Lurbach-Karstsystems durch ein
           konzeptionelles Niederschlags-Abfluss-Modell
    • Abstract: Zusammenfassung Am Beispiel des Lurbach-Systems (Österreich) wird untersucht, inwieweit ein parameterarmes globales Niederschlags-Abfluss-Modell in einem komplexen Karstsystem anwendbar ist. Trotz geringer Anzahl an freien Modellparametern sind Abflusssimulationen über einen Zeitraum von sieben Jahren in zufriedenstellender Übereinstimmung mit den beobachteten Abflüssen. In der darauffolgenden rund vierjährigen Zeitperiode ist das Modell jedoch nur unter Verwendung stark veränderter Parameter in der Lage, das beobachtete Abflussverhalten nachzuvollziehen. Die kalibrierten Parameterwerte zeigen, dass in diesem Zeitraum der Abfluss zu benachbarten Einzugsgebieten und die Kapazität des Boden- oder Gebietsspeichers stark erhöht sind. Dies ist in Einklang mit Auswertungen von Markierungsversuchen und Trockenwetterfalllinien, die auf Änderungen der Eigenschaften des Quelleinzugsgebiets vermutlich durch Sedimentumlagerungen bei einem Starkniederschlagsereignis hindeuten. Solche dynamischen Prozesse können in Niederschlags-Abfluss-Modellen (noch) kaum berücksichtigt werden und bedingen daher erhebliche Prognoseunsicherheiten. Das vorgestellte Beispiel zeigt jedoch, dass ein parameterarmes hydrologisches Modell zur Charakterisierung von Quelleinzugsgebieten beitragen kann.
      PubDate: 2013-10-19
       
  • Die Erdfälle von Layla und Al-Kharj – Einblicke in die
           Karst-Hydrogeologie des oberen Jura von Saudi-Arabien
    • Abstract: Zusammenfassung Die Erdfallseen von Layla und Al-Kharj bildeten bis Ende des 20. Jahrhunderts Oasen im Zentrum Saudi-Arabiens. Sie wurden durch aufsteigendes Grundwasser aus den verkarsteten oberjurassischen Anhydriten der Arab- und Hith-Formation gespeist. Sowohl morphologische Merkmale einer Höhle bei Al-Kharj als auch Grundwasserspiegelhöhen in Brunnen der Region Layla zeigen, dass die Verkarstung der Anhydrite hypogen war. Die Verkarstung führte entlang des Streichens zu Zonen der Subrosion, in denen die hangenden Kreidesedimente verstürzt sind. Durch die Überbeanspruchung der Grundwasserressourcen des unterliegenden Aquifers trockneten die Erdfallseen aus. Dabei wurden an den Wänden der Erdfälle weltweit einmalige sublakustrine Gipstuffe sichtbar, die zusammen mit großflächigen Gipskrusten in der Umgebung vom Aufstieg des sulfatreichen Grundwassers zeugen.
      PubDate: 2013-10-19
       
  • Transportverhalten kurzkettiger Alkylphenole (SCAP) im Grundwasser und in
           der Umwelt
    • Abstract: Zusammenfassung Um SCAP – short chained alkylphenols – als kontaminationsspezifischen Fingerabdruck sowie als Transport- und Prozessindikatoren im Grundwasser nutzen zu können, müssen die einzelnen Verbindungen entsprechende Unterschiede in ihren chemisch-physikalischen Eigenschaften aufweisen. Die für Phenol noch sehr guten Wasserlöslichkeiten sinken mit weiterer Alkylierung. Während das Phenol sehr kleine Verteilungsgleichgewichtskoeffizienten logKOW und logKOC hat, steigen diese mit zunehmendem Alkylierungsgrad innerhalb der Gruppe der SCAP an. Hieraus resultiert deren Fraktionierungspotenzial beim Transport, welches anhand eines Feldbeispiels veranschaulicht wird. Bewertungen der Toxizität und des Abbauverhaltens zeigen Diskrepanzen über den Kenntnisstand der SCAP auf, deuten die Machbarkeit von Natural Attenuation aber prinzipiell an. Die aufgezeigten umweltrelevanten Eigenschaften belegen das äußerst dynamische Transportverhalten kurzkettiger Alkylphenole und eröffnen somit neue Anwendungspotenziale wie deren Nutzung als Transport- und Prozessindikatoren.
      PubDate: 2013-10-04
       
  • Ein Speicher-Durchfluss-Modell für die Abflussbildung im
           Oberjura-Karst der Schwäbischen Alb
    • Abstract: Zusammenfassung Die verkarsteten Oberjura-Karbonate Süddeutschlands werden als Doppelporositäts-System charakterisiert. Das vorgeschlagene Modell beschreibt die grundlegenden Prozesse, die von der Neubildung zur Quellschüttung führen. Neubildung wird auf Karst und Kluftmatrix verteilt. Während nur geringe Anteile direkt in den Karst gelangen (Direktabfluss), infiltriert der Hauptanteil in das Kluftsystem. Hierdurch wird Vorereigniswasser in der Speichermatrix mobilisiert und dem Karstsystem zugeführt. Zusätzlich läuft die Speichermatrix exponentiell leer (Basisabfluss). Direktabfluss, Vorereigniswasser und Basisabfluss füllen den Karstspeicher auf, der ebenfalls exponentiell leerläuft und damit die Quellschüttung bildet. Basierend auf einer Neubildungsganglinie von 40 Jahren simuliert das Modell die täglichen Vorratsänderungen in den beiden Speichern. Voraussetzung sind Leerlaufkoeffizienten für Basisabfluss und Karst. Ein Verteilungskoeffizient berechnet den Umfang des Direktabflusses, ein zweiter Koeffizient das Volumen des Vorereigniswassers. Die berechnete Schüttung stimmt gut mit der gemessenen Schüttungsganglinie überein.
      PubDate: 2013-09-04
       
  • Die Oberbayerische Pechkohlenmulde – Hydrogeochemische
           Untersuchungen der Grubenwässer
    • Abstract: Zusammenfassung Aus mehreren Dutzend aufgelassener Stollen der Pechkohlenbergwerke in Oberbayern fließt Grubenwasser in die Vorfluter. Bisher wurden die austretenden Grubenwässer weder gereinigt, noch existieren wissenschaftliche Untersuchungen dazu. Dieser Artikel beschreibt die Ergebnisse der Grubenwasseranalysen von 17 Austrittsstellen. Die elektrische Leitfähigkeit erreicht bis zu 4.900 μS/cm, und mit einem Durchfluss von 2 m3/min sowie einer Eisenkonzentration von 13 mg/l ist der Ventilatorstollen an der Leitzach die problematischste Austrittsstelle. Fast alle Wässer sind Calcium-Hydrogencarbonatwässer und einige wenige Calcium-Magnesium-Sulfatwässer. Wie die Modellierung mit PHREEQC zeigt, sind die kontrollierenden Phasen in den weniger mineralisierten Grubenwässern Calcit, Dolomit, Aragonit, Otavit, Rhodochrosit, Magnesit und Baryt. In den höher mineralisierten Grubenwässern kommen noch Anydrit, Gips und Jarosit als kontrollierende Phasen hinzu. Ein dauerhafter umweltschädigender Einfluss des austretenden Grubenwassers auf die Vorfluter kann vermutlich ausgeschlossen werden, da die pH-Werte der Grubenwässer im Allgemeinen gut gepuffert zwischen 6,7 und 8,3 liegen und die potenziell toxischen (Halb-)Metalle nicht mobil sind.
      PubDate: 2013-08-09
       
  • Untersuchungen zur Sorptionsreversibilität von organischen
           Schadstoffen in Aktivkohle, Holzkohle und Zeolith Y-200
    • Abstract: Zusammenfassung In einer Vielzahl von Untersuchungen wurde gezeigt, dass die Sorption von organischen Schadstoffen in Böden insbesondere vom organischen Kohlenstoffgehalt (C org) bestimmt wird. Kontrovers wird jedoch die Frage diskutiert, inwieweit Sorptionsprozesse vollständig reversibel sind oder ob eine irreversibel sorbierte Schadstofffraktion in den Sorbenten verbleibt. Dieser Effekt ist etwa bei der Beurteilung von Sanierungsmaßnahmen oder bei der Festlegung von Sanierungszielen von großer Bedeutung. In mehrstufigen Sorptions- und Desorptions-Batch-Versuchen mit TCE und PCE bzw. ortho-Xylol und para-Xylol und den Sorbenten Aktivkohle, Holzkohle sowie einem hydrophobem Zeolith Y-200 wurde diese Fragestellung untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der strukturelle Aufbau des Sorbenten von entscheidender Bedeutung für das Auftreten einer desorptionsresistenten Schadstofffraktion ist. Während für den mikroporösen Zeolith Y-200 mit starrem Porensystem Sorption weitestgehend reversibel ist, wurde für die Holzkohle und die Aktivkohle eine signifikante irreversibel sorbierte, oder zumindest sehr langsam desorbierende Schadstofffraktion ermittelt. Diese Schadstofffraktion kann jedoch bei einem folgenden weiteren Sorptionsschritt durch konkurrierende Sorptionseffekte mobilisiert und freigesetzt werden.
      PubDate: 2013-08-06
       
  • Fracking – Die Rolle der Hydrogeologie
    • PubDate: 2013-07-12
       
 
 
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