Die Karte "Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 200 000 - Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung" bewertet die anstehenden Gesteine nach Beschaffenheit und Mächtigkeit im Hinblick auf ihr Vermögen, den oberen Grundwasserleiter vor der Befrachtung mit potenziellen Schadstoffen zu schützen. Das Grundwasser gilt dort als gut geschützt, wo gering durchlässige Deckschichten über dem Grundwasser die Versickerung behindern und wo große Flurabstände zwischen Gelände und Grundwasseroberfläche eine lange Verweilzeit begünstigen. Das Schutzpotenzial wird summarisch drei Klassen zugeordnet, in denen unterschiedliche stoffmindernde Eigenschaften der Gesteine in der Grundwasserüberdeckung zusammengefasst dargestellt werden. • gering < 1m gering durchlässige Gesteine (Ton, Schluff) oder < 5m gut durchlässige Gesteine (Fein- bis Mittelsand) oder < 10m sehr gut durchlässige Gesteine (Grobsand, Kies, klüftiges oder verkarstetes Festgestein) • mittel 1 - 5m gering durchlässige Gesteine (Ton, Schluff) oder 5 – 10m gut durchlässige Gesteine (Fein- bis Mittelsand) oder > 10m sehr gut durchlässige Gesteine (Grobsand, Kies, klüftiges oder verkarstetes Festgestein) • hoch > 5m gering durchlässige Gesteine (Ton, Schluff) oder > 10m gut durchlässige Gesteine (Fein- bis Mittelsand) Grundsätzlich ist Grundwasser gegen Befrachtungen mit potenziellen Schadstoffen, die als flüssige Phasen oder gelöst mit den versickernden Niederschlägen eingetragen werden, überall dort geschützt, wo gering durchlässige Deckschichten über dem Grundwasser die Versickerung behindern und wo große Flurabstände zwischen Gelände- und Grundwasseroberfläche eine lange Verweilzeit begünstigen, innerhalb der Stoffminderungsprozesse wirksam werden können. Bei den zu betrachtenden Stoffen können grob drei Gruppen unterschieden werden: • biologisch abbaubare Stoffe (z.B. bestimmte organische Verbindungen, Stickstoffverbindungen) • adsorbierbare Stoffe (z.B. bestimmte organische Verbindungen, Schwermetalle, einige Kationen von Salzen) • persistente Stoffe (z.B. bestimmte organische Verbindungen) Bei den Stoffminderungsprozessen, die durch lange Verweilzeiten in der ungesättigten Zone begünstigt werden, sind mehrere Kriterien zu berücksichtigen: • bei flüssigen Phasen spielt die Viskosität eine große Rolle, dünnflüssige Phasen können leicht durchsickern, während pastöse Phasen bereits im Boden zurückgehalten werden. • feste Phasen im Gestein oder an der Oberfläche werden je nach Löslichkeit unterschiedlich ausgewaschen • bei der Adsorption von Stoffen spielen die verfügbaren Oberflächen von Tonmineralen und der Gehalt an organischem Kohlenstoff eine übergeordnete Rolle. Die Versickerungsfähigkeit wässriger Lösungen beruht wesentlich auf der Durchlässigkeit der durchsickerten Gesteine. Diese wiederum hängt von den effektiven Hohlraumanteilen ab, die im Lockergestein durch den Porenraum, im Festgestein durch vernetzte Klüfte, Schichtfugen und Lösungshohlräume bestimmt werden. In die Klasse „gering“ sind die Gebiete eingestuft, in denen aufgrund sehr geringer Mächtigkeiten oder des Fehlens potenzieller Barrieregesteine (Ton, Schluff), bzw. geringer Flurabstände die Verweildauer von eingedrungenen Schadstoffen kurz ist und adsorptive Oberflächen kaum oder gar nicht vorhanden sind. Daher können Stoffminderungsprozesse (Abbau, Adsorption) kaum stattfinden. In die Klasse „mittel“ sind die Gebiete eingestuft, in denen aufgrund mittlerer Mächtigkeiten potenzieller Barrieregesteine (Ton, Schluff), bzw. mittlerer Flurabstände die Verweildauer von eingedrungenen Schadstoffen mäßig ist und adsorptive Oberflächen in geringem Umfang vorhanden sind. Daher können Stoffminderungsprozesse (Abbau, Adsorption) in beschränktem Maße stattfinden. In die Klasse „hoch“ sind die Gebiete eingestuft, in denen aufgrund großer Mächtigkeiten potenzieller Barrieregesteine (Ton, Schluff), bzw. großer Flurabstände bei durchlässigen Gesteinen die Verweildauer von eingedrungenen Schadstoffen groß ist und /oder adsorptive Oberflächen in hohem Umfang vorhanden sind (Ton). Daher können Stoffminderungsprozesse (Abbau, Adsorption) in besonders starkem Maße stattfinden. Potenzielle Reinigungsvorgänge im grundwassererfüllten Bereich bleiben außer Betracht. Festgesteinsgebiete wurden anhand des Grundwasserleitvermögens der oberflächennah anstehenden Gesteine beurteilt.
Die hydrogeologische Profiltypenkarte der ungesättigten Zone ist in digitaler Form vorhanden. Untersucht wurde die ungesättigte Zone (Sickerwasserpassage) bis zum Hauptgrundwasserleiter. Ein Schema definiert 10 charakteristische Profiltypen, die in ihrer flächenhaften Verbreitung dargestellt sind. Es wird zwischen Grundwasserleiter (Sand, Kies) und Grundwassergeringleiter (Geschiebelehm, Geschiebemergel, Beckenton usw.) unterschieden. Als Grundwasserniveau dienten die niedrigen Wasserstände aus dem Trockenjahr 1996.
Die Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung beschreibt flächenhaft das natürliche Potential gegenüber einer Grundwassergefährdung durch das Eindringen von Schadstoffen von der Erdoberfläche durch den Boden und den tieferen Bereich der ungesättigten Zone bis zum Erreichen der Grundwasseroberfläche aus Sicht der geologisch-hydrogeologischen Naturraumausstattung. Unter Grundwasserüberdeckung werden dabei der Boden und der Gesteinskörper über dem obersten zusammenhängenden und für eine Grundwassergewinnung potenziell nutzbaren Grundwasserstockwerk verstanden (DIN 4049). Die vorliegende quantifizierende Methodik folgt einem zwischen den staatlichen Geologischen Diensten der Bundesrepublik Deutschland abgestimmten Konzept, welches sich den zunehmenden Interessenskonflikten im Zusammenhang mit der Nutzung natürlicher Ressourcen aus Sicht der angewandten Geowissenschaften stellt.
Grundwasser: Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone Die geometrischen Daten sind im Rahmen des Projektes „Grundwasserflurabstand des Hauptgrundwasserleiters Brandenburg“ 2013 erarbeitet worden. Die Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone wird als lotrechter Abstand zwischen der Geländeoberfläche und der Grundwasserdruckfläche definiert. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen und einem Kriging-Interpolationsverfahren zurückgegriffen. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m2 sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Flächen < 25.000 m2 sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in die umgebende Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen (Stand 2011) wurden ausgeschnitten. Im Ergebnis der Bearbeitung konnten über 37.700 Einzelflächen in 13 Klassen der Mächtigkeit dokumentiert werden. Davon weisen 31 % der Landoberfläche eine ungesättigte Bodenzone von < 2 m und 50 % von < 5 m Mächtigkeit auf. Grundwasser: Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone Die geometrischen Daten sind im Rahmen des Projektes „Grundwasserflurabstand des Hauptgrundwasserleiters Brandenburg“ 2013 erarbeitet worden. Die Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone wird als lotrechter Abstand zwischen der Geländeoberfläche und der Grundwasserdruckfläche definiert. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen und einem Kriging-Interpolationsverfahren zurückgegriffen. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m2 sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Flächen < 25.000 m2 sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in die umgebende Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen (Stand 2011) wurden ausgeschnitten. Im Ergebnis der Bearbeitung konnten über 37.700 Einzelflächen in 13 Klassen der Mächtigkeit dokumentiert werden. Davon weisen 31 % der Landoberfläche eine ungesättigte Bodenzone von < 2 m und 50 % von < 5 m Mächtigkeit auf.
Das Projekt "Nitratauswaschung unter aufgeforsteten Flächen und Untersuchungen zum Zustand der Versauerung in der Tiefe im Wasserschutzgebiet Thülsfeld" wird/wurde gefördert durch: Oldenburgisch-Ostfriesischer Wasserverband. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Dresden, Fachrichtung Hydrowissenschaften, Institut für Grundwasserwirtschaft.Die Aufforstung von ehemals ackerbaulich genutzten Flächen in den Grundwasser-Einzugsgebieten des Oldenburgisch-Ostfriesischen Wasserverbandes (OOWV) wird als eine Maßnahme gesehen, die Emissionen aus der ackerbaulichen Bodennutzung dauerhaft zu vermindern. Dies betrifft vor allem Stickstoff in der Form von Nitrat aber auch die Hauptnährstoffe Phosphor und Kalium und die Begleitionen Chlorid und Sulfat. Bei der Anpflanzung von jungen Baumbeständen besteht anfangs nur eine geringer Stickstoffbedarf. Die Stickstoffvorräte des Bodens würden somit noch mehrere Jahre mit ihrem mobilisierten Nitratmengen das Grundwasser belasten. Deshalb muß gleichzeitig, neben der Anpflanzung der Baumbestände, ein Unterwuchs angepflanzt werden, der den überschüssigen Stickstoff des ehemaligen Ackerbodens verwertet. Zu dieser Vorgehensweise hatte sich der OOWV vor einigen Jahren bei der Umwandlung von Ackerflächen entschlossen. Ziel des Projektes ist es, in Sinne einer Erfolgskontrolle, die Entwicklung der Qualität des Sickerwassers unter den aufgeforsteten Flächen zu untersuchen. Dabei soll der Zustand der ungesättigten Zone bis in den Bereich des Kapillarsaumes berücksichtigt werden. Verschiedene Maßnahmen zur Vermeidung von negativen Entwicklungen, wie z.B. Aushagerung vor der Aufforstung oder Kalkung, werden diskutiert.
Das Messnetz "Bodenwasserhaushalt" dient der kontinuierlichen Erfassung der Interaktion zwischen Witterung, Bewuchs und Bodenwasserhaushalt. Es umfasst 21 wägbare Lysimeter mit natürlichen Ackerböden, 5 wägbare Lysimeter mit Böden von der Kippe der ehemaligen Tagebaue Espenhain und Witznitz sowie 2 nichtwägbare Lysimeter im Forst Naunhof. Desweiteren werden am Standort Brandis unterschiedliche Niederschlagsmesser, eine Klimastation und Bulksammler (zur Messung der Gesamtdeposition) betrieben. Die Datenerfassung sowie -auswertung erfolgt derzeit ausschließlich in der UBG (GB3). Arbeitsschwerpunkte der Auswertung sind: - Transport- und Umsatzprozesse in der ungesättigten Zone - Auswirkung von landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsstrategien auf die GW-Beschaffenheit - Klimawandel und Bodenwasserhaushalt - Bereitstellung der Daten für Simulationsmodelle WH-Verfahren.
Das Projekt "GRK 1829: Integrierte Hydrosystemmodellierung" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Eberhard Karls Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Hydrogeology.Grundwasser ist weltweit die wichtigste Trinkwasserressource. Seine Menge und Qualität werden u.a. durch nicht nachhaltige Nutzung, diffuse Schadstoffeinträge und Veränderungen der biogeochemischen Verhältnisse beeinträchtigt. Grundwasserschutz erfordert die Betrachtung des gekoppelten terrestrischen Hydrosystems mit Atmosphären- und Landoberflächenprozessen, Oberflächengewässern, der ungesättigten Bodenzone und den Grundwasserleitern im Einzugsgebietsmaßstab. Die zugehörige Prozessbeschreibung ist unsicher, wird durch Heterogenität beeinflusst und unterliegt permanentem Wandel. Für die nachhaltige Bewirtschaftung von Grundwasserressourcen unter Klima- und Landnutzungswandel sind Modelle erforder-lich, die alle relevanten hydrologischen und (bio)geochemischen Prozesse als gekoppeltes, wechselwirken-des System simulieren. Solche physikalisch-basierten Modelle finden allmählich ersten Eingang in die Wassermengenwirtschaft. Erweiterungen in Bezug auf Wasserqualität stehen jedoch am Anfang und sind mit Schwierigkeiten auf der konzeptionellen Ebene sowie im Upscaling auf die Einzugsgebietsskala konfrontiert. Die Hauptziele des Internationalen Graduiertenkollegs liegen darin (a) Spezialisten aller relevanten Unterdisziplinen für die integrierte Bewertung und Modellierung gekoppelter Hydrosysteme von den Universitäten Tübingen, Waterloo (Kanada), Hohenheim und Stuttgart zusammenzubringen, (b) Doktoranden in den zugrundeliegenden hydrologischen und (bio)geochemischen Prozessen sowie ihrer Modellierung auf der Einzugsgebietsskala gemeinsam auszubilden und (c) Modellwerkzeuge weiterzuentwickeln, um die Prozesse, welche die Wasserqualität auf der Einzugsgebietsskala bestimmen, unter Berücksichtigung der internen Heterogenität und veränderter Antriebe besser zu verstehen. Das Forschungsprogramm ist in vier Themenbereiche gegliedert: A: Flüsse an der Landoberfläche, B: Biogeochemische Reaktionen in Einzugsgebieten, C: Unsicherheitsbewertung großskaliger Modelle und D: Natürliche Entwicklung von Einzugsgebieten. Das Qualifizierungsprogramm umfasst (i) eine Institutionen übergreifende Betreuung, (ii) obligatorische Forschungs- und Ausbildungsaufenthalte an der Partnerinstitution, (iii) gemeinsame Frühjahrs/Herbstschulen, (iv) die Teilnahme an einem strukturierten Doktorandenprogramm und (v) die Förderung von Schlüsselqualifikationen zur Erhöhung der Arbeitsmarktfähigkeit nach dem Abschluss. Das Qualitätsmanagement beruht auf dem plan-do-check-act Prinzip.
Das Projekt "Forschungsgruppe (FOR) 2694: Large-Scale and High-Resolution Mapping of Soil Moisture on Field and Catchment Scales - Boosted by Cosmic-Ray Neutrons, Hydrogeodäsie - CRNS Tiefenskalierung durch Kombination nichtinvasiver Messverfahren mit unterschiedlicher Integrationstiefe" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum.Die Dynamik der Wasserspeicherung im Untergrund hat Einfluss auf Abflussbildung, Grundwasserneubildung, Wasserverfügbarkeit sowie Wasser- und Energieflüsse zwischen Boden und Atmosphäre. Im Gegensatz zu punktskaligen Messungen des Wassergehalts in der ungesättigten Zone mit Feuchtesensoren bietet Cosmic Ray Neutron Sensing (CRNS) den Vorteil einer integrativen Messung auf der Feldskala. CRNS-Messungen sind jedoch auf wenige Dezimeter im Oberboden beschränkt, sodass die oben genannten Prozesse nicht ausreichend erfasst werden können. Daher ist es wichtig, die Entwicklung von Verfahren zur Skalierung der CRNS Beobachtungen in größere Tiefen voranzutreiben. Das Ziel des Moduls Hydrogeodäsie in der Forschergruppe Cosmic Sense ist die Extrapolation der CRNS Bodenfeuchte in die Wurzelzone mit Hilfe verschiedener Verfahren der Tiefenskalierung. Wir kombinieren hierzu CRNS mit zwei anderen nichtinvasiven Beobachtungsverfahren, die über einen ähnlichen horizontalen Messbereich (etwa 100 m) aber andere Integrationstiefen verfügen: GNSS Reflektometrie mit einer Integrationstiefe von wenigen Zentimetern und terrestrische Gravimetrie, die über die gesamte vadose Zone integriert. Die Untersuchungsgebiete werden dazu mit allen drei Techniken (CNRS, GNSS-R und Gravimetrie) instrumentiert. Über die Kombination dieser Beobachtungen erstellen wir einen einzigartigen Datensatz: tiefenaufgelöste Bodenfeuchte auf der Feldskala. Der zeitvariable funktionelle Zusammenhang zwischen den Beobachtungen in unterschiedlichen Tiefen wird analysiert und geeignete Ansätze zur Tiefenskalierung der Bodenfeuchte werden getestet und entwickelt. Wir erwarten somit auch einen wichtigen Beitrag für die Extrapolation fernerkundlicher Daten der Bodenfeuchte in größere Tiefen leisten zu können. Mit unserem umfassenden Beobachtungsansatz zielen wir auf ein besseres Verständnis von Wasserflüssen zwischen Grundwasser, Boden und Atmosphäre ab. Des Weiteren trägt das Projekt zu einer Weiterentwicklung verschiedener neuartiger nichtinvasiver Bodenfeuchte-Messverfahren bei. Das Modul Hydrogeodäsie trägt zu den drei übergeordneten Zielen der Forschergruppe wie folgt bei: (1) Herausforderungen der CRNS Messtechnik, hier die variable Integrationstiefe, werden über komplementäre, tiefenaufgelöste Beobachtungsdaten in Zusammenarbeit mit dem Modul Neutronensimulation weiterentwickelt, (2) repräsentative Bodenfeuchtedaten für die Wurzelzone werden über die neu erstellten Verfahren zur Tiefenskalierung und mit hydrologischen Modellen in Kooperation mit den Modulen Grundwasserneubildung und Hydrologische Modellierung ermittelt, (3) Dynamiken einzelner Wasserspeicher werden mit über CRNS hinausgehenden Beobachtungsdaten erfasst: einerseits die oberflächliche Bodenfeuchte und Schneehöhe mit GNSS-R in Kooperation mit den Modulen Fernerkundung und Grundwasserneubildung und andererseits die Variationen der Gesamtwasserspeicherung mit Gravimetrie.
Das Projekt "Residence times across scales: from plot to catchment scale" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Centre de Recherche Public Gabriel Lippmann, Departement Environnement et Agro-Biotechnologies.Residence times is a key signature to characterize flow and transport at all temporal and spatial scales in different hydrological compartments. It is assumed that the spatial organisation of the landscape controls space-time organisation of the water cycle and related processes and hence the residence time. Combining flux and residence concentration data of natural tracers in water, stable isotopes, and artificial tracers will allow us to predict residence time and flow pathways in the different hydrological compartments as well as integrative for entire watersheds. We will investigate with different methods the fingerprint of hydrological processes found in the signal of isotopic composition and natural and artificial tracers of soil, ground and stream water in space and time. The temporal variability of isotopes in soil water, groundwater and stream water will be combined to benchmark transport and flow models and to derive a new functional form of short to long-term transit time distributions. The spatial patterns of stable isotopes in the saturated and unsaturated zone will be used to derive long-term flow pathways, mixing patterns and the proportion of evaporation to transpiration. Artificial tracer experiments using salt and electric resistivities will vizualize and quantify internal flow pathways in particular preferential flow pathways.
Das Projekt "Durchlässigkeits- und Fluxmessungen in porösen Aquifern" wird/wurde gefördert durch: Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Graz, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft.Die Kenntnis von hydraulischen Durchlässigkeiten wie auch von Wasser- und Verunreinigungsfluxen in porösen Grundwasserleitern ist von großer Bedeutung in vielen hydrogeologischen Belangen wie z.B. Beregnung, Versickerung, quantitative und qualitative Wasserwirtschaft, Risikoabschätzung bei Verunreinigungen, usw. Derzeit ist keine theoretisch gut fundierte Methode zur Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in der gesättigten Zone verfügbar und Methoden zur Messung von gesättigten Durchlässigkeiten in der ungesättigten Zone sind beschränkt, zeitaufwendig und fallweise unzuverlässig. Außerdem ist gegenwärtig keine Methode zur direkten Messung vertikaler Wasser- und Verunreinigunsfluxe in porösen Grundwasserleitern oder am Übergang zwischen Grund- und Oberflächengewässern bekannt. Das dargelegte Projekt basiert auf der Entwicklung einer exakten Lösung des Strömungsfeldes für das Ein- oder Auspumpen von Wasser durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Filterabschnitten entlang eines ansonsten undurchlässigen Filterrohres bei verschiedenen Randbedingungen. Diese Lösung erlaubt die Ermittlung von Formfaktoren der Strömungsfelder, die zur Berechnung hydraulischer Durchlässigkeiten aus Einpressversuchen nötig sind. Die derzeit angewendeten Formeln können mit der genauen Lösung verglichen und der Einfluss anisotroper Durchlässigkeiten kann miteinbezogen werden. Eine doppelfiltrige Rammsonde wird zur bohrlochfreien Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in verschiedenen Tiefen unter dem Grundwasserspiegel vogeschlagen. Der Test besteht aus zwei Teilen: (1) Einpressen durch beide Filterabschnitte und (2) Zirkulation zwischen den Filtern. Die gleiche Sondenkonfiguration wird für die direkte und gleichzeitige Messung lokaler, kumulativer, vertikaler Wasser- und Verunreinigungsfluxe nach dem passiven Fluxmeter-Prinzip vorgeschlagen. Ohne zu pumpen werden die beiden Filterabschnitte hiebei durch eine mit Tracern geladene Filtersäule hydraulisch verbunden. Der vertikale Gradient im Testbereich treibt einen Fluss durch den Filter, der kontinuierlich Tracer auswäscht und Verunreinigungen im Filter hinterlässt. Aus der Analyse des Filtermaterials zur Bestimmung der Tracer- und Verunreinigungsmengen nach dem Test werden mit Kenntnis des Strömungsfeldes um die Sonde die Wasser- und Verunreinigungsfluxe bestimmt. Eine kegelförmige, doppelfiltrige Rammsonde wird weiters vorgeschlagen, um gesättigte Durchlässigkeiten sowohl über als auch unter dem Grundwasserspiegel direkt messen zu können. Die Methode basiert auf stationärer, gesättigt/ungesättigt gekoppelter Strömung aus kugelförmigen Hohlräumen. Die Möglichkeit einer transienten einfiltrigen Methode und einer Methode zur Messung anisotroper Durchlässigkeiten wird beurteilt. Die vorgeschlagenen theoretischen Konzepte werden ausgearbeitet und anhand von Laborversuchen überprüft.
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