Bestimmung der Grundwasserneubildungshöhen für Festgesteinsgebiete in Niedersachsen

ZusammenfassungDie Grundwasserneubildung in Festgesteinsbereichen ist aufgrund der hydrogeologischen Eigenschaften der Gesteine im Allgemeinen geringer als in den Porengrundwasserleitern der Lockergesteine. Durch das Zusammenspiel dieser Eigenschaften mit der Topographie der Mittelgebirgslandschaften Niedersachsens, findet dort neben der Grundwasserneubildung auch ein signifikanter Zwischenabfluss statt. Methodisch können in Wasserhaushaltsmodellen im Rahmen einer Abflussseparation diese Größen mithilfe von flächendifferenzierten BFI-Werten berechnet werden. Dabei geben die BFI-Werte das Verhältnis von Grundwasserneubildung zum Gesamtabfluss wieder. Für die Abflussseparation mit dem Modell mGROWA wurden BFI-Werte für das Festgestein von Niedersachsen mit im Vergleich zu vorhergehenden Modellversionen höherem Detaillierungsgrad auf Basis der Geologischen Karte 1:50.000 (GK50) integriert. Dafür wurden 455 geologische Einheiten der GK50 hydrogeologisch analysiert und parametrisiert. Vor allem wasserwirtschaftlich relevante geologische Einheiten geringerer Ausdehnung konnten so besser in der Karte der Grundwasserneubildung berücksichtigt werden. Diesbezüglich werden fünf geologische Einheiten detaillierter diskutiert. Für diese fünf Fallbeispiele wurden mittels eines U‑Tests die Zeitreihen der simulierten jährlichen Grundwasserneubildung auf signifikante Veränderungen geprüft. Es resultiert für alle Zeitreihen eine signifikant veränderte Verteilung der jährlichen Grundwasserneubildung auf einem geringeren Niveau in den gerade vergangenen beiden Dekaden.

Bestimmung der hydraulischen Durchlässigkeiten eines Sandsteins mithilfe eines Luftpermeameters

ZusammenfassungZiel dieser Studie ist die Bestimmung der hydraulischen Durchlässigkeiten eines Sandsteins unter Berücksichtigung der Gesteinsmatrix sowie einer Einzelkluft unter Verwendung eines tragbaren Luftpermeameters. Hierfür wurde der fluviatil-äolisch abgelagerte Bebertaler Sandstein des Oberen Rotliegenden in Sachsen-Anhalt untersucht. Es wurden die Matrixpermeabilitäten der unterschiedlichen Faziesbereiche sowie die Kluftöffnungsweiten entlang einer Schichtfuge bestimmt. Die ermittelten hydraulischen Durchlässigkeiten der Sandsteinmatrix liegen dabei zwischen 1,0 · 10−7 und 9,2 · 10−10 m/s, allerdings weisen nur 3 von insgesamt 298 Messpunkten einen kf-Wert von > 7,4 · 10−8 m/s bzw. eine Permeabilität von > 10 mD auf. Diese gehören zur homogenen und höher durchlässigen äolischen Fazies. Die bestimmte mittlere Öffnungsweite der Schichtfuge liegt bei 82 ± 12 µm. Mithilfe der ermittelten hydraulischen Eigenschaften konnte somit die effektive hydraulische Durchlässigkeit des untersuchten Sandsteins bestimmt werden. Unsere Ergebnisse verdeutlichen die praktische und robuste Anwendbarkeit des verwendeten Luftpermeameters zur Bestimmung der hydraulischen Durchlässigkeiten von Sandsteinen sowohl im Labor als auch im Gelände.

Jenseits von Sichardt – empirische Formeln zur Bestimmung der Absenkreichweite eines Brunnens und ein Verbesserungsvorschlag

ZusammenfassungDie Kenntnis der Absenkreichweite eines Brunnens ist eine für viele Anwendungen in der Hydrogeologie wichtige, aber nicht immer einfach zu bestimmende Größe. Häufig werden daher empirische Formeln zur Berechnung genutzt, im deutschen Sprachraum besonders die Formel von Sichardt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte durch einen Vergleich mit einem analytischen Modell der Brunnenzuströmung zunächst festgestellt werden, in welchem Bereich die Sichardt-Formel am besten funktioniert, nämlich bei sandig-kiesigen Grundwasserleitern mit einer Porosität um 30 % und einer Mächtigkeit von ca. 15 m. Um die Anwendbarkeit der Gleichung über diesen Bereich hinaus zu erweitern, d. h. für abweichende Porositäten und Mächtigkeiten, wurde ein Korrekturfaktor entwickelt, der einfach berechnet oder aus einem Nomogramm abgelesen werden kann. Da empirische Verfahren naturgemäß limitiert sind, kann für komplexere Aufgaben die Anwendung mathematisch anspruchsvollerer Modelle erforderlich werden.

Evaluation of transmissivity in a fractured aquifer—the Nyanzari wellfield, Burundi

Due to population growth, the city of Gitega in the central part of Burundi is lacking drinking water. Therefore, the national urban water supply company decided to expand the Nyanzari wellfield by drilling additional wells.Two additional wells were drilled to 80 m (F7.2) and 85 m (F8bis) depths. Step tests followed by 72-hours aquifer tests were performed in each well. Results indicate bilinear flow followed by linear flow and radial flow in F7.2. No reaction was observed in observation wells. Fracture-matrix transmissivity was estimated at 3 · 10−4 m2/s. In the case of F8bis, linear flow in an infinite flow fracture followed by radial flow was visible. Reaction was measured in observation wells. Transmissivity was estimated at 3.3 · 10−3 m2/s.Both wells lie no more than 300 m apart, but no evidence of interference between them was depicted during the tests. It appears that two independent fracture systems prevail in the wellfield.

Current and future state of groundwater salinization of the northern Elbe-Weser region

Salinization of the upper aquifer of the northern Elbe-Weser region almost extends to the surface. Chloride content exceeds 250 mg/l and the groundwater is therefore, according to the German Drinking Water Ordinance, not suitable as drinking water. The chloride content in the aquifer originates from early flooding with seawater which occurred during the Holocene sea level rise. Depth and extent of the salinization were mapped by airborne electromagnetic surveys and validated by groundwater analyses. In the transition zone between the marshlands and geest areas, the fresh-saline groundwater interface falls to a depth of > −175 m NHN. Due to the extensive drainage of the marshlands, seepage of fresh groundwater is impeded. Instead, an upconing of the fresh-saline groundwater interface appears due to an upwardly directed hydraulic gradient. Due to climate change, chloride concentrations will increase along the coastlines. Further inland, a decrease of chloride content in near-surface groundwater will occur.

Steigende Grundwasserspiegel als Herausforderung für zukünftiges Grundwassermanagement in alpinen Tälern

ZusammenfassungIn einigen alpinen Gemeinden in Österreich sind die lokalen Grundwasserspiegel in den letzten Jahrzehnten auf kritische Niveaus angestiegen. Einerseits werden die Flächenversiegelung, der Wegfall von Retentionsräumen und die lokale Versickerung von Niederschlagswasser als Gründe für diese Entwicklung gesehen. Andererseits unterliegen Grundwasserressourcen dem Klimawandel, der sich örtlich mit variabler Grundwasserneubildung durch extreme Niederschlagsereignisse oder starke Schneeschmelze bemerkbar macht. In diesem Beitrag wird anhand einer Modellierungsstudie die Sensitivität eines lokalen, oberflächennahen Grundwasserleiters in Bezug auf naturräumliche, klimatische und anthropogene Entwicklungen analysiert. Es zeigt sich, dass eine unkontrollierte Interaktion von Oberflächengewässern maßgeblich und langfristig in den Grundwasserhaushalt eingreifen kann. Dies gilt insbesondere, wenn die Transferrate von Oberflächengewässern durch hydraulische Maßnahmen (Drainagen, Dichtwände, Sohlabdichtungen) oder natürliche Phänomene wie Hochwasser verändert wird. Die Studie verfolgt das Ziel, multiple Einflussfaktoren auf alpines Grundwassermanagement zu untersuchen und im Hinblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen zu bewerten.

Geophysical methods help to assess potential groundwater extraction sites

Complex geology in glacial terrain makes groundwater exploration challenging for water supply companies. Abrupt lateral changes of geological conditions, for example, raise the risk of unsuccessful exploration drilling. At some locations, local water supply companies experience a large number of dry wells, raising the need for better exploration approaches. The use of geophysical techniques enables the detection and characterization of subsurface structures in terms of aquifers and aquitards.We present two examples in which seismic and resistivity methods are combined for subsurface characterization. A thrust structure is detected in the Varde study area in Denmark and a channel structure is mapped in the Hamburg-Sülldorf study area in Germany. The different imaging characteristics of seismic P‑ and S‑waves are demonstrated. The combination of seismic and resistivity methods enables delineating groundwater-bearing and groundwater-barrier layers down to a depth of 150 m.

Kombination geophysikalischer und hydrogeologischer Methoden zur gezielten Erkundung feinkörniger Talfüllungen

KurzfassungSedimentäre Strukturen können die Fließ- und Stofftransportpfade in feinkörnigen Talfüllungen stark beeinflussen. Diese Strukturen müssen gezielt auf ihre Ausdehnung und Eigenschaften untersucht werden, um Verweilzeiten, Fließpfade und das Abbaupotenzial eingetragener Schadstoffe zu bestimmen. In der quartären Talfüllung der Ammeraue bei Tübingen wurden beispielhaft Torflagen und eine Kiesrinne untersucht, um ihre Einflüsse auf die regionale Hydrogeologie und Hydrochemie zu bewerten. Dafür wurden geophysikalische und hydrogeologische Erkundungsmethoden ausgewählt und kombiniert. Mit geoelektrischen Oberflächenmessungen konnte die Ausdehnung der betrachteten Strukturen erkundet werden. Unterschiedliche Direct-Push-Sondierungen, darunter eine In-situ-Bestimmung der Sedimentfarbe, und bohrlochgeophysikalische Messungen erfassten ihre Geometrie und interne Heterogenität. Die hydraulischen und biogeochemischen Eigenschaften der Sedimente und des Grundwassers wurden anschließend durch gezielte Probennahmen und hydraulische Tests an repräsentativen Ansatzpunkten bestimmt. Die dargestellte Methodenkombination zur Abgrenzung relevanter Teilgebiete mit anschließender hochauflösender Untersuchung lässt sich auch auf die Untersuchung großflächiger Täler übertragen.