Lehrbuch der Hydrogeologie / Grundwassererschliessung

Hydrogeologische Grundlagen 1
1.1 Die Gesteine 1
1.2 Das unterirdische Wasser 8
1.2.1 Grundwasser-Definition 8
1.2.2 Der Sickerraum 9
1.2.3 Der Grundwasserleiter 14
1.2.3.1 Die Hohlräume im Untergrund 14
1.2.3.1.1 Poren-Hohlräume 15
1.2.3.1.2 Kluft-Hohlräume 20
1.2.3.1.3 Karst-Hohlräume 24
1.2.3.2 Grundwasserhydrologie 26
1.2.3.2.1 Hydrogeologische Begriffe 26
1.2.3.2.2 Grundwasser-Potentiale 28
1.2.3.2.3 Hydraulische Leitfähigkeit (Durchlässigkeitsbeiwert) der Gesteine 34
1.3 Ermittlung der Grundwasserneubildung 54
1.3.1 Der Wasserkreislauf 54
1.3.2 Niederschlag 56
1.3.3 Verdunstung 58
1.3.4 Abfluß 60
1.3.4.1 Oberirdischer Abfluß 60
1.3.4.2 Unterirdischer Abfluß 62
1.3.5 Wasserbilanz der Bundesrepublik Deutschland 67
1.3.6 Wasserhaushalt anderer Klimagebiete 67
1.4 Grundwasserbeschaffenheit 72
1.4.1 Einleitung 72
1.4.2 Physikalische und chemische Grundlagen 72
1.4.3 Chemisch-physikalische Prozesse im Grundwasser 86
1.4.4 Mikrobiologische Prozesse 91
1.4.5 Die Grundwasseruntersuchung 92
1.5 Bewertung der Grundwasserbeschaffenheit 102
1.5.1 Die natürlichen (geogenen) Lösungsinhalte in Grundwässern 102
1.5.2 Beurteilung der Nutzungsmöglichkeiten 107
1.6 Hydrogeologische Karten 111
2 Bemessung und Betrieb von Grundwasserfassungen 115
2.1 Begriffsbestimmungen 115
2.2 Mathematisches Modell der Grundwasserströmung 117
2.2.1 Grundsätze der mathematischen Modellbildung 117
2.2.2 Die DARCY-Gleichung 120
2.2.2.1 Der DARCY-Versuch 120
2.2.2.2 Gültigkeitsgrenzen der DARCY-Gleichung 122
2.2.3 Bilanzgleichung der Geofiltration 125
2.2.3.1 Bilanzgleichung der horizontal-ebenen Grundwasserströmung 125
2.2.3.2 DUPUIT-Annahmen 126
2.2.3.3 Das GIRINSKIJ-Potential 127
2.2.3.4 Nebenbedingungen 129
2.2.4 Grabenanströmung 130
2.2.4.1 Stationäre Grabenanströmung 131
2.2.4.2 Nichtstationäre Grabenanströmung 136
2.2.5 Brunnenanströmung 139
2.2.5.1 Stationäre Brunnenunströmung 140
2.2.5.2 Nichtstationäre Brunnenunströmung 144
2.3 Parameterermittlung 147
2.3.1 Grundlagen der Parameterermittlung 147
2.3.2 Zusammenstellung und Beschreibung der Parameter 152
2.3.3 Laborverfahren 157
2.3.3.1 Ermittlung von Durchlässigkeitsparametern 157
2.3.3.2 Ermittlung der Hohlraumanteile 157
2.3.3.3 Fehlerbetrachtungen 159
2.3.4 Feldverfahren 160
2.3.4.1 Pumpversuche 160
2.3.4.1.1 Pumpversuchsarten und -ziele 160
2.3.4.1.2 Planung von Pumpversuchen 163
2.3.4.1.3 Durchführung von Pumpversuchen 164
2.3.4.1.4 Graphisch-analytische Auswertung 169
2.3.4.1.5 Rechnergestützte Verfahren 181
2.3.4.1.6 Numerische Verfahren 183
2.3.4.1.7 Praktische Hinweise 186
2.3.4.2 Bohrlochtests 189
2.3.4.3 Auswertung von Parallelströmungsverhältnissen 193
2.3.4.4 Auswertung von Wärmemessungen 196
2.3.4.5 Repräsentativwert-Ermittlung 197
2.4 Geohydraulische Berechnungen 200
2.4.1 Analytische Lösungen 200
2.4.1.1 Vertikalfilterbrunnen 200
2.4.1.1.1 Das Superpositionsprinzip 200
2.4.1.1.2 Erfassung von Randbedingungen 203
2.4.1.1.3 Erfassung der Unvollkommenheit des Brunnens 207
2.4.1.1.4 Erfassung der Kolmation 209
2.4.1.1.5 Zusammenstellung von Lösungsverfahren zur Vertikalfilterbrunnenberechnung 210
2.4.1.2 Horizontalfilterbrunnen 231
2.4.1.3 Heberleitungssysteme 236
2.4.2 Analytisch-numerische Lösungen 243
2.4.3 Numerische Lösungen 255
2.4.3.1 Formulierung der Aufgabenstellung 255
2.4.3.2 Ortsdiskretisierung 258
2.4.3.3 Zeitdiskretisierung 262
3 Wasserfassung 270
3.1 Wasserbedarf und Wasserversorgung 270
3.1.1 Wasserbedarf 270
3.1.2 Wasserversorgung 274
3.2 Ramm-, Einspül- und Schachtbrunnen 278
3.2.1 Rammbrunnen 278
3.2.2 Einspülbrunnen (Spülfilterbrunnen) 280
3.2.3 Schachtbrunnen 281
3.3 Bohrverfahren 288
3.3.1 Schlagbohren 289
3.3.2 Drehbohren 295
3.3.2.1 Drehbohren mit regulärer Spülstromrichtung (Rotary-Bohrung) 296
3.3.2.2 Drehbohren mit inverser Spülstromrichtung 300
3.3.3 Geologischer Bohrbericht 301
3.3.4 Wahl des Bohrpunktes bei der Erschließung von Grundwasser 306
3.3.4.1 Hydrogeo