Wasser Flashcards
Def. Grundwasser in der Hydrogeologie?
Grundwasser ist unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt, unter gleichem oder größerem Druck steht, als er in der Atmosphäre herrscht, und dessen Bewegung durch Schwerkraft und Reibungskräfte bestimmt wird.
Was ist die vadose Zone?
ist die ungesättigte (obere) Zone (Bodenzone/Bodenwasser), je nach Niederschlag kann sie vollständig mit Wasser bzw. Bodenluft gefüllt sein,
was ist die phreatische Zone?
ist die gesättigte (untere) Zone, Grundwasser
Def. Freies Grundwasser (ungespanntes Grundwasser)
Grundwasser, dessen Grundwasseroberfläche und Grundwasserdruckfläche in dem betrachteten Untergrundbereich identisch sind. Hydrostatische Druck entspricht dem atmosphärischen Druck.
Gespanntes Grundwasser
Grundwasser, das durch undurchlässige Schicht abgedeckt ist. Der hydrostatische Druck ist höher als der atmosphärischer Druck. Grundwasseroberfläche und Grundwasserdruckfläche* sind in dem betrachteten Untergrundbereich nicht identisch
Was ist die Grundwasserdruckfläche?
Grundwasserdruckfläche ist der Bereich, bis zu dem das Wasser entsprechend seinem hydrostatischen Druck in einem Brunnen ansteigen würde
Def. Porosität ?
Verhältnis von Hohlraumvolumen zum Gesamtvolumen eines Gesteins
Def. Hydraulische Leitfähigkeit bzw Durchlässigkeitsbeiwert?
rechnerischer Wert,
der die Durchlässigkeit von Materialien für Wasser quantifiziert
Was ist nutzbare oder effektive Porosität?
Volumenanteil, in dem sich das Wasser effektiv bewegen kann
Wie verhält sich die Beziehung von Gesamtporenanteil und Haftwasseranteil zur Korngröße?
und wie verhält sich der effektive Porenanteil?
je gröber die Körnung (Kies) desto kleiner der Porenanteil/Haftwasseranteil und anders herum.
(in Tonen/feinkörnig am größten).
der effektive Porenanteil ist wegen der großen Kornoberfläche im feinkörnigen Sediment (Ton) am geringsten und hat sein Optimum im Sand und nimmt mit zunehmender Kornvergröberung wieder ab.
Korngrößen ordnen von klein zu groß
Ton, Schliff, Sand, Kies, Steine
Aquifer?
Grundwasserleiter
Aquitard?
Grundwassergeringleiter (Grundwasserhemmer); wenig wasserdurchlässig, wenig wasserspeicherfähig
speichern Wasser und lassen genügend Wasser durch um regionalen Grundwasserhaushalt zu beeinflussen. Durchlässigkeit aber nicht hoch genug um Brunnen zu speisen (Trinkwassergewinnung)
Aquiklud?
Grundwassernichtleiter; sehr wenig wasserdurchlässig, aber wasserspeicherfähig
Aquifug?
Grundwassernichtleiter; weder wasserdurchlässig noch wasserspeicherfähig
Eigenschaften des Porengrundwasser (Lockergesteinsaquifer)
- hauptsächlich aus Lockergestein (Kies & Sand)
- entstand aus sedimentären Ablagerungen
- enge Hohlräume
- Grundwassergeschwindigkeiten meist sehr gering
Eigenschaften des Karstgrundwassers
- aus unterschiedlichen Karbonatgesteinen
- Struktur entstand durch Korrosionsprozesse
- sehr weite Klüften und Spalten
- große Wassermengen möglich
Was bedeutet Korrosion?
Zersetzung von Gesteinen durch Einwirkung von Wasser
Wie lautet die Gleichung für die Grundwasserneubildung?
N + Qzu = Ao + Au + Verdunstung + GWN + Qab
N: Niederschlag Qzu: oberirdischer Zufluss Ao: oberirdischer Abfluss Au: unterirdischer Abfluss V: Verdunstung GWN: Grundwasserneubildung Qab: Grundwasserentnahme
Von was ist die Grundwasserneubildung abhängig?
- Klimatische Größen
- Landnutzung, Vegetation
- Boden/Gestein
- Relief
- oberirdischer Abfluss
Was sind wichtige Faktoren für die Beschaffenheit des Grundwassers?
- Einfluss anderer Ökosysteme (Oberflächengewässer, Boden)
- Geochemische Beweglichkeit der Inhaltsstoffe
- Geogener Hintergrund
Was passiert in der Sickerwasserzone?
Natürliche und anthropogen erzeugte Inhaltsstoffe werden gespeichert, gefiltert, umgewandelt und abgebaut.
Wasser in der ungesättigten Zone wird natürlich gereinigt.
Temperatur: was ist die isotherme oder neutrale Zone?
Tiefenbereich wo Temperaturschwankungen der Oberfläche nicht mehr messbar sind.
Bahngeschwindigkeit vb
ist die „wahre“ Fliesgeschwindigkeit eines Wasserteilchens auf seinem Weg durch die Poren. Schwierig zu ermitteln.
Filtergeschwindigkeit vf
wird errechnet aus dem GwAbfluss Q und dem Querschnitt des GwLeiters AGwL
vf =Q/AGwL
Abstandsgeschwindigkeit va
errechnet sich aus dem Abstand L zwischen zwei Punkten einer GwStromlinie und der Fließzeit t
va = L / t
wie kann die Fließrichtung und Geschwindigkeit des Grundwassers gemessen werden?
Tracerverfahren: Makierende Substanzen (z.B. Uranin) werden über Schluckloch oder Pegel zugegeben und die Ankunft in Beobachtungsmessstellen detektiert. Tracer-Substanzen: lösliche Farben Salze, Isotope, Sporen, Bakterien..
Was ist ein Doppel–Packer Sammler?
zur Entnahme von Grundwasser aus definierten Tiefen
Wie kann Grundwasser entnommen werden?
meist mit Pumpen: Saugpumpe (Oberfläche), Tauchpumpe (Grundwasserpegel)
wie können Organismen aus Grundwasser gesammelt werden?
Air-Lift Pumpe, Pneumatik Pumpe, Minischöpfer
Was sind Bsp. für Bohrverfahren?
Rotationsbohrung, Rammkernbohrung, Rotationskernbohrung
wie ist das Verfahren einer Kernbohrung?
Das Gestein wird nicht von der Bohrkrone zerstört, sondern kreisförmig ein Bohrkern geschnitten.
Der Bohrkern gelangt in ein Innenrohr, welches die Drehbewegung des Gestänges nicht mitmacht.
Varianten der Kernbohrung?
Doppelkernrohr, Dreifachkernrohr, Seilkernrohr
Was sind z.B. Ausgangspunkte für Untersuchungen mittels Tiefenborhungen?
tiefe Höhlen und aufgelassene Mienen
Möglichkeiten der in situ nahen Untersuchungen von Grundwasser? + deren Nachteile
ISM und MLSM
ISM: Stechzylinder in Bohrloch gerammt, Nährstoffe und Schadstoffe können zugefügt werden. Nachteil: ISM mit Sediment muss manuell entfernt werden
MLSM: Grundwasser durchströmt kleine Kammern. MO werden von Membran gefangen gehalten.
Wozu dienen Simulationen von Grundwassersystemen?
um Laboreffekte, Dimensionierung zsh. zu evaluieren. V.a. bei der Austestung von biologischen Sanierungsstrategien.
Sanierungsansätze werden erst in Versuchen unter in situ nahen Bedingungen durchgeführt bevor die im Feld angewendet werden.
Grundwasser: Charakteristische abiotische Unterschiede zwischen unterirdischen und oberirdischen Ökosystemen:
Unterirdisch:
Permanente Dunkelheit
Geringe Vielfalt an Lebensraumtypen
Platzmangel, Nahrungsmangel, Sauerstoff.
Relativ konstante und vorhersagbare phys.-chemische Bedinungen
Wie kommen (Mikro)Organismen in den Untergrund?
- Sedimentation
- Verhüttungen und geologische Erdbewegungen
- Passiver Transport und aktive Besiedlung
- Entstehung des Lebens im Untergrund (umstritten)
- Snthropogener Eintrag (Bohrungen)
Verhältnis Freiwasser/Aufwuchs von MO im Grundwasser?
ca. 1/1000, bevorzugen ein sesshaftes Leben. Leben im Biofilm (aus Microkolonien)
Wo leben die meisten MO (Boden, Ozeanischer Untergrund, Kontinentaler Untergrund, Oberflächengewässer?)
Im Untergrund gibt es mehr MO als in allen anderen Lebensräumen der Erde. Im Ozeanischen Untergrund am meisten.
Bei der Bewertungen der Biomasse geht es sogar soweit, dass die Masse der mikrobiellen Biomasse im Untergrund eine Dimension erreicht, die der Gesamtmasse aller Pflanzen entspricht.
Styx?
ein Fluss der Unterwelt (Mythologie: die Grenze zum Totenreich Hades)
In welche Habitate wird die Grundwasserfauna eingeteilt?
Stygobiont, Stygoxen, Stygophil
Troglos (troglobitisch)?
Höhlen, Karst
Phreatos (phreatisch)?
Porengrundwasser
Stygobiont?
Echte Grundwasserbewohner; an der Oberfläche über längere Zeit nicht überlebensfähig
Stygophil?
Affinität zum Grundwasser – entscheidender Unterschied: können auch an der Oberfläche überleben!
hyporheischen Interstitial
eine ökologische Übergangs- und Austauschzone zwischen einem Oberflächenwasser und seinem Grundwasser aus,
Bsp für permanent hyporheische Organismen?
Nematoden, Oligochaeten
Bsp für gelegentlich hyporheische Organismen?
Insekten; Eier und Larven
Stygoxen
nicht im Grundwasser überlebensfähig (Organismen die in Karsthöhlen eingeschwemmt werden etc.)
Was sind die bedeutendsten Tiergruppen im Grundwasser?
Nematoden und Crustacea
Tiere die immer im Dunklen Leben bilden troglomorphe Merkmale aus:
- Tastsinn zur Orientierung
- verlängerte Körperanhänge, verlängerte Antennen, vergrößerte/mehr Tastsinnesorgane
- Strömungssinesorgane
- Vergrößertes Eivolumen (mehr Nährstoffreserven)
Was sind Merkmale zur Anpassung im Porengrundwasser?
langgestreckte, im Extremfall wurmförmige Gestalt. Geringe Körpergröße.
troglomorphe Merkmale im Hinblick auf Nahrung?
- erhöhte Hungerresistenz
- Niedriger Basisstoffwechsel
Warum leben manche Arten im Untergrund 10-15x so lange?
wegen dem permanenten Nahrungsmangel und dem niedrigen Basisstoffwechsel
POM?
Partikulär organisches Material
DOM
gelöstes organisches Material
Sickergeschwindigkeit in ungesättigter vs. gesättigter Zone?
je nach Wassergehalt ist sie im ungesättigten Bereich um 10% kleiner als im gesättigten
Feldkapazität
maximale Feuchte im Boden
Def. Sickerwasser
bzw. Gravitationswasser: unterirdisches Wasser, das sich unter der Einwirkung der Schwerkraft abwärts bewegt.
Aus was setzt sich das Haftwasser zusammen?
Kapillar- und Adsorptionswasser
Was ist Haftwasser?
= Adhäsions- oder Häutchenwasser: wird entgegen der Schwerkraft adhäsiv an den Bodenteilchen in der ungesättigten Zone gehalten.
Was ist Adsorptionswasser?
Teil des Haftwassers, dass durch Molekularkräfte gebunden wird
Was ist Kapillarwasser?
durch Kapillarkräfte (Porensaugkraft) in den Poren gehalten (Kapillarsaum). Je geringer der Porendurchmesser ist, desto höher ist der kapillare Aufstieg.
Kapillarsaum im Verhältnis zur Korngröße?
Ton: bis zu 3 m Kapillarsaum
Sand: bis zu 1 dm
Kies: mm bis gar keinen
Was bedeutet Artesisch?
Die Grundwasserdruckfläche (entspricht dem Grundwasserspiegel) liegt höher als die Geländeoberfläche.
Was ist ein Artesischer Brunnen?
Der Hydrostatischer Druck ist so hoch, dass Wasser selbst über die Oberfläche austritt.
Was ist der Durchlässigkeitsbeiwert Kf und von Welchen Größen hängt er ab?
Er bezeichnet einen rechnerischen Wert. Er hängt von Korngröße, Kornzusammensetzung sowie Porenvolumen des Materials ab und besitzt die Einheit Meter/Sekunde
Wie lässt sich erklären, dass Materialen mit großer Porosität (z.B. Ton) undurchlässig sind?
effektiver Porenanteil (Volumenanteil, in dem sich das Wasser effektiv bewegen kann)
absolute Porosität
Quotient aus Porenvolumen und Gesamtvolumen.
Sie schließt alle Hohlräume ein, also auch die “strömungsmechanischen Sackgassen”
= Dead-End-Pores
Wie ist der Zusammenhang zwischen der Filtergeschwindigkeit und der mittleren Porengeschwindigkeit?
Es ist über die effektive Porosität gegeben
Erkläre den Zusammenhang zwischen Durchlässigkeit und Gesamtporenanteil/effektiven Porenanteil
bei Gesamtporenanteil und Durchlässigkeit besteht kein Zusammenhang.
Je höher der effektive Porenanteil ist, desto höher ist auch die Durchlässigkeit.
(bsp. Ton hoher Gesamtporenanteil, aber nur eine geringe Durchlässigkeit)
was ist Kluftwasser?
in metamorphen Gesteinen, haben fast keine Porosität, jedoch können Poren im beträchtlichen Maße in Form von tektonischen Rissen und Klüften auftreten.
Von was hängt es ab ob das Sickerwasser das Grundwasser erreicht?
hauptsächlich abhängig von der Vegetation und Mächtigkeit der Deckschicht. Höchste Infiltration bei vegetationslosen Schotterflächen und unbebaute landwirts. Nutzfläche
Was sind Probleme der Infiltration von Oberflächenwasser?
künstliche Kanalisierung, Sohleabdichtung, Sohlestabilisierung: Austausch mit Grundwasser unterbunden.
Stauquelle:
Das Grundwasser trifft auf eine wasserundurchlässige Schicht und wird zum Aufsteigen gezwungen
Schichtquelle:
Meist an Bergabhängen austretende Quelle, bei der die grundwasserleitende Schicht von der Erdoberfläche geschnitten wird. Treten die Schichten in breiter Front aus, entsteht ein Quellsaum.
eustatisch?
sehr ausgeglichen
Geothermische Tiefenstufe:
Beschreibt die Strecke, in der sich die Erdkruste um 1°C erwärmt.
Variabel – aber im globalen Durchschnitt alle 33m
Advektion?
Bewegung des gelösten Stoffes mit der mittleren Richtung und Abstandsgeschwindigkeit der Grundwasserströmung.
Dispersion:
Ausgleich von Konzentrationsunterschieden. Gilt auch für Schadstoffe. Im Unterschied zur molekularen Diffusion ist die Dispersion richtungsabhängig. Sie ist stärker in Grundwasserfließrichtung (longitudinale Dispersion) als senkrecht dazu (transversale Dispersion).
Wie kann die Grundwasserfließrichtung bestimmt werden?
Es werden Grundwassergleichenpläne erstellt. Sie dienen der flächenhaften Darstellung der Grundwasseroberfläche bzw. -druckfläche. Da die Grundwasser- Fließrichtung durch das hydraulische Potenzial bestimmt wird, ist sie senkrecht zu den Grundwassergleichen
Was sind die Grundwassergleichen ?
Die Grundwassergleichen sind die Linien gleichen Grundwasserstandes, die in dem Grundwassergleichenplan dargestellt werden.
Wozu dienen Grundwasserpegel (Grundwassermessstellen)?
- für Entnahme von Grundwasserproben
- Grundwasserstand messen
- Aussagen über Grundwasserfließrichtung zu treffen
Wie ist die Verteilung von Salzwasser und frischem Wasser auf der Erde?
Salzwasser: 97,5%
Frischwasser: 2,5%
Was ist WHYMAP? und was ist ihr Ziel?
„World-wide Hydrogeological Mapping and Assessment Programme“ Projekt zur Abschätzung und Kartierung der weltweiten Grundwasservorkommen
Ins Leben gerufen von der UNESCO
Wesentliches Ziel:
hydrogeologische Informationen im globalen Maßstab in einem Geoinformationssystems (GIS) zu sammeln, zu verarbeiten und zu visualisieren
Grundwasserrelevanten Informationen im globalen Maßstab sollen so für Politik und Fachwelt zur Verfügung gestellt und in auch für Nichtfachleute leicht verständlicher Form aufbereitet werden,
In welchen Ländern steht am meisten Wasser zur Verfügung?
Finnland, Kanada, Island
Was ist der Falkenmark Index?
= Falkenmark Wasserstress Indikator
- Messung von Wasserknappheit/Vorkommen
- Abhängig von Bevölkerungsdichte und Niederschlag
- Bewertung, ob ein Land unter Wasserknappheit leidet
Was ist das WPI?
= Water Poverty Index beinhaltet noch mehr (als Falkenmark) Parameter zur Bewertung von Wasserverfügbarkeit:
- Verfügbarkeit (von sauberem Trinkwasser)
- Zugang
- Kapazität (Management von Wasserressourcen)
- Nutzung (wie effektiv)
- Umwelteinflüsse
In welchen Ländern steht am wenigsten Wasser zur Verfügung?
Äthiopien, Niger und Haiti
UN-Millenniumsziele:
Halbierung des Anteils der Menschen ohne
dauerhaft gesicherten Zugang zu hygienisch einwandfreiem Trinkwasser
Wie kann das Problem der Überstaubewässerung -> geringe Effizienz und Bodenversalzung gelöst werden?
Kann durch Beregnungsverfahren und Tröphenbewässerung verbessert werden.
Wie sieht die Öffentliche Wasserversorgung in den USA und EU mit Vergleich zum Rest der Welt aus?
USA, EU: Grundwasser
andere: Oberflächengewässer
Warum wird in der Schweiz mehr Oberflächenwasser als in Österreich benutzt, obwohl hier ähnliche Grundwasservorkommen vorhanden sind?
Im Großraum Zürich (bevölkerungsreich) stammt Großteil des Trinkwassers aus dem Zürichsee.
Was ist der Vorteil von künstlicher Grundwasseranreicherung?
Nutzung des Selbstreinigungspotential im Untergrund
Wie sieht der Trinkwasserverlust in EU Städten und Entwicklungsländern aus?
Wieso der große Unterschied?
Großstädte:
EU: 10-30%
Entwicklungsländer: > 80%
Problem: Trinkwasserleitungen sind nicht ständig unter Druck; wenn Abwasserleitungen parallel laufen ist Verschmutzung möglich.
Definition: nicht erneuerbares Grundwasser
Grundwasservorkommen, die gegenwärtig nicht Teil des hydrologischen Kreislaufs sind
Keine bzw sehr geringe Erneuerung über Infiltration.
Jährliche Erneuerungsraten sind unter 0,2 % der Speichermenge des Aquifers
Wo kommt nicht erneuerbares Grundwasser vor?
Vorwiegend in ariden und semiariden Gebieten wie dem Nahen Osten, Nordafrika, Zentralasien und im südlichen Afrika.
Was ist die Voraussetzung für nicht erneuerbares Grundwasser?
Entsprechende hydrogeologische Struktur (z. B. große Aquifere und Grundwasserstauung) und klimatische Bedingungen (Trockenheit, Permafrost).
Wie entsteht nicht erneuerbares Grundwasser?
Veränderungen der klimatischen Bedingungen im Einzugsgebiet.
Die GW-Vorkommen haben sich zu einer Zeit gebildet, als in den (semi)ariden Regionen noch feuchteres Klima vorherrschte.
Welche Länder haben den größten Verbrauch an nicht erneuerbares Grundwasser?
Libyen und Saudi Arabien
Wann spricht man von einer Grundwasserübernutzung?
liegt vor, wenn die gesamte Entnahmemenge und Exfiltration aus dem Aquifer über längeren Zeitraum größer ist als der gesamte Zustrom (Infiltration) ins Aquifer
Wie kann bestimmt werden ob es sich um eine Grundwasserübernutzung handelt?
indirekte Mittel: Grundwasserspiegelabsenkung, verringerte Quellschüttung, Verschlechterung der Rohrwasserqualität, erniedrigter Basisabfluss
Nenne negative Folgen von Grundwasserübernutzung
- Verschiebung der Süßwasser/Salzwasser-Kontaktzone
- Im gespannten Grundwasserleitern kann die Absenkung zur Ausbildung einer freien Oberfläche führen, wodurch sich die Redox-Bedingungen und in weiterer Folge die chemischen Verhältnisse im Wasser verändern.
- grenzübergreifende Aquifere haben ein großes Konfliktpotential, vor allem bei fossilen Grundwassersystemen
Nenne negative Folgen von Grundwasserübernutzung aus Perspektive der Wasserversorgungsunternehmen?
- zukünftige Versorgungsprobleme
- Qualitätsprobleme beim entnommenen Wassser
- höhere Entnahmekosten durch tiefere Brunnen
Nenne negative Folgen von Grundwasserübernutzung aus Perspektive der Wasserrechtsbehörden?
- Versorgungskonflikte bei verschiedenen Nutzern
- Wasserqualitätsprobleme in den Grundwasserleitern
- höheres Risiko bei Bodensetzungen
Nenne negative Folgen von Grundwasserübernutzung aus Perspektive des Umweltschutzes?
- keine Nachhaltigkeit in der Ressourcenbewirtschaftung
- negative Auswirkungen auf die Vegetation von Feuchtgebieten
- negative Auswirkungen verringerter Abflussmengen von Fließgewässern auf deren Ökosysteme
Was sind die Folgen von der Grundwasserübernutzung in Spanien
Absenkung des Grundwasserspiegels –> Folge:
- Reihe von Quellen versagten
- Feuchtgebiete wurden in landwirtschaftliche Nutzflächen umgewandelt
- Teile des Schutzgebietes wird nicht mehr vom Grundwasser gespeist:
- Oberflächenwasser und Regen versickern in Richtung Grundwasserspiegel
- Brunnen wurde als Konsequenz in noch größere Tiefen geschlagen
Grund für die starke Abnahme der Feuchtgebiete im Spanischen Zentralplateau?
Intensivierung der Landwirtschaft, Bewässerung mit Grundwasser.
Warum kommt es zu Bodensenkungen im Porengrundwasser?
aufgrund von Kompaktierungen im Porenraum von Aquitard-Strukturen (lehmige Schichten). Bei längerfristigen Absenkung des Grundwasserspiegels bleibt die Porenstruktur dauerhaft verändert, kleine Poren können weniger Wasser aufnehmen. Irreversibel
Warum ist die Bodenabsenkung in den Städten besonders dramatisch?
- hoher Bedarf an Grundwasser
- Versiegelung des Bodens durch Verbannungen
- Grundwasserneuerung sehr niedrig
