DD282770A5

DD282770A5 - Verfahren zur ermittlung der grundwasserneubildung in lockergesteinen

Info

Publication number: DD282770A5
Application number: DD27328885A
Authority: DD
Inventors: Matthias Kaubisch; Ralph-Peter Scholz; Manfred Fischer; Klaus Froehlich; Detlef Hebert; Hans-Peter Jordan; Klaus Strzodka
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1990-09-19

Abstract

Das Verfahren zur Ermittlung der Grundwasserneubildung in Lockergesteinen dient der mesztechnischen Erfassung und quantitativen hydrogeologischen Charakterisierung der Versickerungsfaehigkeit natuerlich abgelagerter und geschuetteter Lockergesteinskomplexe. Es findet vor allem Anwendung bei der hydrogeologischen Kennzeichnung im Rahmen der Erkundung fester mineralischer Rohstoffe und zum Nachweis von Grundwasservorraeten im Lockergesteinsbereich. Aus einem oder mehreren Grundwasseraufschluessen werden Grundwasserproben entnommen und laborativ die Gehalte an natuerlichen oder kuenstlichen radioaktiven Isotopen, insbesondere Tritium, bestimmt. Aus der Kenntnis der ermittelten Werte im Grundwasser und im Niederschlag kann die Grundwasserneubildung quantitativ ermittelt werden.

Description

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Aus einem Grundwasserbeobachtungsrohr, einem Brunnen oder einem sonstigen Aufschluß der Grundwasserobarfläche werden eine Wasserprobe entnommen und gleichzeitig die Lage der Grundwasseroberfläche bestimmt. Bei stark wechselnden geologischen Verhältnissen, z. B. bei Rinnenstrukturen oder auf Tagebaukippen, sollten Wasserproben aus mehreren Teilbereichen gewonnen werden. Die Gewinnung der Wasserproben muß unter Beachtung der in (FRÖHLICH, K. u. a.: Radioaktive Umweltisotope in der Hydrogeologie, Freibergor Forschungsheft C 330, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1977) beschriebenen Entnahmetechnologie erfolgen. Die laborative Messung der Tritiumkonzentration erfolgt auf bekannte Weise (ebenda) in einem Zählrohr oder mit einem Flüssigkeitsszintülationsspektrometer.

Unabhängig vom Flurabstand der Grundwasseroberfläche und der Größe des Anteils des direkten oberirdischen Abflusses kann der Jungwasseranteil als der Anteil, der durch Versickerung von Niederschlägen die geschlossene Grundwasseroberfläche erreicht, nach der Gleichung

C_o(t-T) "

α - Jungwasseranteil

C(t) - gemessenes Tritiumverhältnis

C₀(t - τ) - Tritiuminputverhältnis

λ - Zerfallkonstante

τ - Verweilzeit »ies Wassers im Boden zwischen Infiltration und Probenahme

berechnet werden. Die Grundwasserneubildung kann daraus in Gebieten ohne Abfluß nach der Gleichung

GWN = Δ h · η, · α (2)

Ah - Grundwasseranstieg in m/a

n_e - effektiver Porenanteil

GWN - Grundwasserneubildung

nach einem 1-Punkt-Verfahren bestimmt werden. Erfolgt ein Abfluß in benachbarte Einzugsgebiete, muß die Grundwasserneubildung nach einem 2-Punkt-Verfahren bestimmt werden. In diesem Falle wird die Grundwasserneubildung nach folgenden Gleichungen berechnet:

(3)

V₁ - Abstandsgeschwindigkeit zwischen Punkt I und Punkt il

L - Abstand der Punkte I und Il in Fließrichtung

R_3m - scheinbarer Retardationsfaktor

H - wassererfüllte Höhe des Grundwasserleiters in m

Mit diesem Verfahren werden im Gegensatz zu den vorhandenen Verfahren bei der Ermittlung der Grundwasserneubildung im Untergrund wirkende Komponenten (hypodermischer Abfluß, Teilsättigung einzelner Schichten) berücksichtigt, wodurch es möglich ist, den Anteil des Niederschlages, der die Grundwasseroberfläche direkt erreicht, zu ermitteln.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Grundwasserneubildung in Locker^esteinen, dadurch gekennzeichnet, daß einem herzustellenden Grundwasseraufschluß mindestens eine Wasserprobe bei gleichzeitiger Messung des Flurabstandes der Grundwasseroberfläche entnommen und deren Gehalt an natürlichen oder künstlichen radioaktiven Isotopen, vorzugsweise Tritium, laborativ bestimmt und daraus unter Berücksichtigung des Retardationsfaktors der Jungwasseranteil und damit die Grundwasserneubildung bei fiurfernem Grundwasserstand bzw. bei bedeckten Grundwasserleitern ermittelt wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur meßtechnischen Erfassung und quantitativen hydroyeologischen Charakterisierung der Versicherungsfähigkeit, sowohl in natürlich abgolagerten als auch in geschütteten Lockergesteinskomplexen. Sie findet Anwendung bei der hydrogeologischen Kennzeichnung im Rahmen der Erkundung fester mineralischer Rohstoffe und zum Nachweis von Grundwasservorräten im Lockergesteinsbereich.

Charakteristik der beknnnten technischen Lösungen

Die Ermittlung der Versickerungsfähigkeit von Lockergesteinen erfolgt aus wasserhaushaltlichen Betrachtungen unter Berücksichtigung der Bodenzusammensetzung, des Bewuchses, der Niederschlagshöhe und der Verdunstung (GLUGLA, G.: Zur Ermittlung der Grundwasserneubildung unter Berücksichtigung der Beziehungen zwischen Wärme- und Wasserhaushalt, Wasserwirtschaft -Wassertechnik 20 (1970] 12, S. 397...403; GLUGLA, G. u.a.: Lysimeteruntersuchungen in derLetzlinger Hoide, ein wichtiger Beitrag zur Bestimmung der Wasserressourcen bewaldeter Gebiete. Wasserwirtschaft - Wassertechnik 32 [1982] 9, S.319...322). Es ist praktisch nicht möglich, gleichzeitig alls Einflußgrößen bei der Berechnung der Grundwasserneubildung zu berücksichtigen. Das heißt, daß sic --¹Io Verfahren zur Berechnung der Grundwasserneubildung nur auf wesentliche Ausgangsparameter beschränken und eine "3'he anderer Einflußgrößen vernachlässigen (AUTORENKOLLEKTIV: KdT-Empfehlung zur Ermittlung der Grur d\vasserneubildung. Zentrales Geologisches Institut Berlin, 1980, WTI-Sonderheft 5/81). Die Genauigkeit der Verfahren ist fi'° groisb Gebiete ausreichend, detaillierte Angaben erfordern jedoch entweder einen hohen Untersuchungsaufwand oder es muß mit einer geringen Genauigkeit gerechnet werden (ebenda S. 9). Ungenauigkeiten treten besonders dort auf, wo die Morphologie des zu betrachtenden Gebietes stark gegliedert ist und der Grundwasserspiegel natürlich oder durch Grundwasserabsenkungsmaßnahmen sehr tief liegt. Das ist darauf zurückzuführen, daß die vorhandenen Berechnungsverfahren nur die wasserhaushaltlichen Eingangsgrößen an der Bodenoberfläche auf wenig geneigte.n Untergrund in großen Einzugsgebieten betrachten.

In durch bergbauliche Entwässerungsmaßbnahmen großräumig beeinflußten Gebieten werden diese Berechnungsverfahren deshalb nicht angewendet bzw. besitzen nur die Genauigkeit einer Abschätzung. Zur Planung und Dimensionierung von Entwässerungsmaßnalimen sowie zur Einschätzung des Grundwasserwiederanstieges in ehemaligen Bergbaugebieten ist es jedoch erforderlich, genaue Kenntnisse über die Grundwasserneubildung auch in Teileinzugsgebieten von wenigen km² Fläche zu erhalten. Mit steigendem Flurabstand des Grundwasserspiegels steigt der Einfluß des Transitraumes zwischen Geländeoberfläche und Grundwasseroberfläche, wodurch zur Bestimmung der Grundwasserneubildung wasserhaushaltliche Betrachtungen an der Geländeoberfläche nicht mehr ausreichen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Grundwasserneubildung in natürlich abgelagerten und in geschütteten Lockergesteinskomplexen, auch bei stark geneigter Geländeoberfläche und bei großem Flurabstand der Grundwasseroberfläche in kleinen Einzugsgebieten, zu bestimmen.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem es möglich ist, die Grundwasserneubildung in einem Lockergesteinskomplex für natürlich abgelagerte und für geschüttete Lockergesteine bei großem Flurabstand der Grundwasseroberfläche zu bestimmen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus einem Grundwasseraufschluß (Brunnen, Dränage, Grundwasserbeobachtungsrohr) eine Wasserprobe aus dem Bereich der Gruni!wasseroberfläche entnommen und laborativ die Konzentration ausgewählter natürlicher oder künstlicher radioaktiver Isotope, vorzugsweise Tritium, bestimmt wird. Be: stark wechselnden geologischen Verhältnissen ist zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung eino mehrfache Probeentnahme in den unterschiedlichen Teilbereichen zu empfehlen. Die Konzentration des Tritiums wird laborativ nach bekannten Verfahren bestimmt. Aus der Tritiumkonzentration kann der Jung wasseranteil bestimmt werden, d. h. der Anteil im Grundwasser, der nach 1952 infiltriert ist. Aus der Kenntnis des jährlichen Tritiumgehaltes im Niederschlag ist es möglich, den Jungwasseranteil für einzelne Infiltrationsjahre zu bestimmen. Aus dem Jungwasseranteil wird nach bekannten hydrodynamischen Verfahren die Grundwasserneubildung berechnet.