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- Bemessungsverfahren für Brunnen in Lockergesteinen
- Autor:
- Sven Fuchs
- Seitentyp:
- Artikel
- Kategorie:
- Hydrogeologie,, Brunnenbau
- Letzte Änderung am:
- Zusammenfassung:
- Zusammenfassung einer Literaturrecherche zur Thematik der Brunnenbemessung
Hydrogeologie – Lehre vom Erdwasser
Wörterbuchgriechisch: hydros Wasser - geo Erde - logos Lehre
In der Geologie spricht man bei Wasser in Hohlräumen - wie Poren (klastische Sedimentgesteine), Klüften (Festgesteine) oder Lösungshohlräumen (Karst) - unter der Erdoberfläche von Grundwasser. Die DIN 4049 - Hydrogeologie (beuth.de) definiert den Begriff als "unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt wird."
Womit nun beschäftigt sich die Hydrogeologie?
Im Forschungsbereich der Hydrogeologie werden also alle Aspekte und Einflussfaktoren auf Verhalten (Strömungsverhalten: Geohydraulik)und Zusammensetzung (Hydrochemie) des Grundwassers untersucht. Grundlage hierfür ist die Kenntnis über Aufbau und Zusammensetzung des geologischen Untergrundes. Bohrungen, geophysikalische Messungen, Fernerkundung, Probenentnahme und hydraulische Tests stellen die klassischen Grundlagenverfahren (1: Informationsgewinnung) zur Erstellung von ((hydro-) geologischen) Karten, (hydraulischen, hydrochemischen oder thermischen) (mehrdimensionalen) numerischen Grundwassermodellen oder Monitoring-programmen (Erkundung und Überwachung) dar (2: Auswertung).
Ziel ist es das Grundwasser, welches hohe Bedeutung für Trinkwassergewinnung, Industrie und Landwirtschaft besitzt, nachhaltig zu schützen und zu bewirtschaften.
Zum Verständnis aller strömungsrelevanten Vorgänge im Untergrund besitzt die Kenntnis des Durchlässigkeitsbeiwert (kf-Wert) einer geologischen Schicht besondere Bedeutung. Dieser gesteinsspezifische Parameter (Materialkonstante des Gesteins) wurde 1856 durch Henry Darcy eingeführt und beschreibt die hydraulische Durchlässigkeit eines Gesteins.
| kf = |
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| Q | … Fließrate in m2 | |
| l | … durchströmte Länge | |
| ρ | … Dichte des Fluids | |
| g | … Erdschwerbeschleunigung | |
| A | … durchströmte Querschnittsfläche | |
| Δp | … Druckdifferenz |
Eng verwandt ist die Permeabilität, welche jedoch keine gesteinsspezifische sondern – auf Grund des Einflusses der dynamische Viskosität des Fließmediums - eine flüssigkeitsspezifische Angabe (Materialkonstante des durchströmenden Mediums) der Durchlässigkeit von Gesteinen ist.
| kf = |
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| ρ | … Dichte des Fluids | |
| g | … Erdschwerbeschleunigung | |
| K | … Permeabilität | |
| η | … Dynamische Viskosität des Fluids |
Verwandte Parameter sind die (eher gebräuchlichere) Transmissivität (häufiges Ergebnis aus Pumpversuchen, gültig für den Aquifer) als Produkt von kf-Wert und Mächtigkeit einer geologischen Schicht sowie die Transmissibilität als Produkt aus Permeabilität und Mächtigkeit.
Zur Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes eines Gesteins können verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen, welche mit oder ohne Probengewinnung auskommen.
Eine Probennahme ist notwendig bei der kf-Wert-Bestimmung mittels Darcy-Experiment (Permeameter), mittels der Korngrößenanalyse (Siebanalyse, Schlämmanalyse, optische Partikelmesstechnik) oder auf Basis der deskriptiven Beschreibung der Bohrgutprobe (PetroKf-Algorithmus).
Eine Probennahme ist beispielsweise nicht notwendig bei der kf-Wert-Bestimmung mittels hydraulischer Testarbeiten (Pumpversuche, Slug & Bail, Auffüllversuche, etc.) oder geophysikalischer Untersuchungen (Bohrloch-NMR - Nuclear Magnetic Resonance).
Zu beachten ist jedoch die Skalenvarianz. Das bedeutet, dass ein mittels Siebanalysen abgeschätzter kf-Wert eine teufenbezogene Punktinformation einer einzelnen lithologischen Schicht darstellt, während ein aus Pumpversuchsergebnissen bestimmter kf-Wert (häufig aus der Transmissivität abgeleitet) dem Einfluß des bepumpten Grundwasserleiters unterliegt.
