Entwicklung eines Karst-Aquifersystems am Beispiel des ...
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<strong>Entwicklung</strong> <strong>eines</strong> <strong>Karst</strong>-<strong>Aquifersystems</strong><br />
<strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> <strong>des</strong> Muschelkalks im<br />
nördlichen Baden-Württemberg<br />
Randolf Rausch<br />
GTZ-International Services<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Fragen:<br />
• Warum ist der gleiche Schichtabschnitt <strong>des</strong><br />
Muschelkalks bei gleicher Exposition gegenüber der<br />
Vorflut in einem Gebiet stark, in einem anderen kaum<br />
verkarstet?<br />
• Warum treten in einem Gebiet überwiegend salinare<br />
Wässer auf, in einem anderen jedoch nicht?<br />
• Sind Forschungsergebnisse durchweg von einem<br />
Gebiet auf das andere übertragbar?<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Lithologie <strong>des</strong> Muschelkalks<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Die Veränderung der Gesteine <strong>eines</strong> Aquifers<br />
dauert je nach Gesteinsart unterschiedlich lang.<br />
Im Muschelkalk sind von Bedeutung:<br />
- die Auslaugung der Salinargesteine und<br />
- die Verkarstung der Karbonatgesteine.<br />
Die Vorgänge sind abhängig von der Exposition,<br />
d.h. Nähe zur Landoberfläche.<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Mächtigkeitsreduzierung <strong>des</strong> Mittleren Muschelkalks<br />
durch Steinsalz- und Sulfatgesteinsauslaugung<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Konsequenz: • 50 m Gesteinsverlust in relativ<br />
kurzer Zeit<br />
• Zerbrechen von Gesteinen<br />
• Intensivierung der Klüftung<br />
• Beschleunigung der Verkarstung<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Wie läuft die Auslaugung ab?<br />
• Entscheidend ist die Exposition zur<br />
Erdoberfläche mit der Grundwasserführung.<br />
• Die Exposition zur Erdoberfläche im<br />
süddeutschen Schichtstufenland ist abhängig<br />
von der Schichtstufenentwicklung.<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Schichtstufenentwicklung im nördlichen<br />
Baden-Württemberg<br />
Lage der Schichtstufen<br />
und Vorfluter während <strong>des</strong><br />
Oligozäns / Beginn Miozän<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Schichtstufenentwicklung im nördlichen<br />
Baden-Württemberg<br />
Lage der Schichtstufen<br />
und der Vorfluter während<br />
<strong>des</strong> Obermiozäns<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Schichtstufenentwicklung im nördlichen<br />
Baden-Württemberg<br />
Lage der Schichtstufen<br />
und der Vorfluter während<br />
<strong>des</strong> älteren Pleistozäns<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Schichtstufenentwicklung im nördlichen<br />
Baden-Württemberg<br />
<strong>Entwicklung</strong> der Schichtstufen und<br />
Exposition <strong>des</strong> Muschelkalkaquifers<br />
vom Oligozän bis Quartär<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Konsequenz<br />
• Bereiche die heute räumlich in der<br />
Schichtstufenlandschaft nebeneinander<br />
liegen, sind zeitlich als Verkarstungsstadien<br />
nacheinander entstanden!<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersysteme <strong>des</strong> Muschelkalks<br />
1 bis 3: heutige Bereiche<br />
<strong>des</strong> Muschelkalkaquifers<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
<strong>Entwicklung</strong> der Verkarstung im Muschelkalk<br />
Bereich/ <strong>Entwicklung</strong>sstadium<br />
1<br />
2<br />
3<br />
Beginn der<br />
Verkarstung<br />
noch nicht<br />
begonnen<br />
Miozän<br />
Oligozän<br />
Salinar im Mittleren<br />
Muschelkalk<br />
nicht<br />
ausgelaugt<br />
Steinsalz weitgehend<br />
ausgelaugt,<br />
Sulfatgestein angelöst<br />
Steinsalz vollständig ausgelaugt,<br />
Sulfatgestein bis auf Reste<br />
ausgelaugt<br />
Erdfälle<br />
keine<br />
mo: sehr zahlreich<br />
mo: sehr zahlreich, aber plombiert<br />
mm + mu: keine<br />
mm + mu: vorhanden<br />
Ständig oberirdisch<br />
abflusslose Gebiete<br />
keine<br />
mo: viele<br />
mo + mm: wenige (Plombierung)<br />
mu: vorhanden<br />
Höhlen<br />
keine<br />
mo: viele<br />
mo: sehr selten (Plombierung)<br />
mm: keine<br />
mu: vorhanden<br />
Schwebende<br />
Schichtgrundwasserstockwerke<br />
keine<br />
mo: fast flächendeckend<br />
vorhanden<br />
mm + mu: keine<br />
mo: selten<br />
mu: vorhanden<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Bereich 1: <strong>Entwicklung</strong> der Verkarstung im Muschelkalk<br />
Beginn der<br />
Verkarstung<br />
noch nicht<br />
begonnen<br />
Salinar im Mittleren<br />
Muschelkalk<br />
nicht<br />
ausgelaugt<br />
Erdfälle<br />
keine<br />
Ständig oberirdisch<br />
abflusslose Gebiete<br />
keine<br />
Höhlen<br />
keine<br />
Schwebende<br />
Schichtgrundwasserstockwerke<br />
keine<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 1<br />
Simulierte Piezometerhöhenverteilung<br />
im mo<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Bereich 1: Hydrogeologische Eigenschaften<br />
Durchlässigkeit<br />
sehr gering, vertikale Anisotropie<br />
Fliessgeschwindigkeit<br />
nutzbares<br />
Hohlraumvolumen<br />
mittlere Quellschüttung<br />
mittlere Verweildauer<br />
Hydrochemie<br />
1 m/a<br />
< 0,1 %<br />
keine Quellen<br />
mehrere 1000 Jahre<br />
stark sulfatisch, oft chloridisch<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Bereich 2: <strong>Entwicklung</strong> der Verkarstung im Muschelkalk<br />
Beginn der<br />
Verkarstung<br />
Miozän<br />
Salinar im Mittleren<br />
Muschelkalk<br />
Erdfälle<br />
Steinsalz weitgehend<br />
ausgelaugt, Sulfatgestein<br />
in Auslaugung<br />
mo: sehr zahlreich<br />
mm + mu: keine<br />
Ständig oberirdisch<br />
abflusslose Gebiete<br />
mo: viele<br />
Höhlen<br />
mo: viele<br />
Schwebende<br />
Schichtgrundwasser<br />
-stockwerke<br />
mo: fast flächendeckend<br />
vorhanden<br />
mm + mu: keine<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 2<br />
Verkarstung im mo:<br />
Erdfälle<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 2<br />
Verkarstung im mo:<br />
Trockentäler und<br />
Bachschwinden<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 2<br />
Verkarstung im mo:<br />
schwebende Schichtgrundwasser -<br />
stockwerke<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 2<br />
Verkarstung im mo:<br />
grundwasserführende<br />
<strong>Karst</strong>röhren<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 2<br />
Verkarstung im mo:<br />
Höhlen<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 2<br />
Verkarstung im mo:<br />
Markierungsversuche<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Hydrogeologische Eigenschaften: Bereich 2<br />
Durchlässigkeit<br />
Fliessgeschwindigkeit<br />
nutzbares Hohlraumvolumen<br />
mittlere Quellschüttung<br />
mittlere Verweildauer<br />
Hydrochemie<br />
mo: hoch<br />
mm: sehr gering; Sulfatkarst hoch<br />
mu: gering<br />
mo: bis 400 m/h<br />
mm: < 10 m/d; Sulfatkarst > 100 m/d<br />
mu: > 10 m/d<br />
mo: 1 – 2 %<br />
mm: < 0,5 %; Sulfatkarst > 2 %<br />
mu: < 0,5 %<br />
mo: bis 100 l/s<br />
mm: < 5 l/s<br />
mu: < 1 l/s<br />
mo: < 1 bis 3 a<br />
mm: bis mehrere Jahrzehnte; Sulfatkarst < 5 a<br />
mu: bis mehrere Jahrzehnte<br />
mo: hydrogenkarbonatisch<br />
mm: sulfatisch, chloridisch<br />
mu: hydrogenkarbonatisch, sulfatisch, chloridisch<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Verteilung der Grundwasserneubildung für Unterkeuper<br />
und Oberen Muschelkalk<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Grundwassergleichen im Oberen Muschelkalk<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Grundwasserströmungsrichtung im Oberen Muschelkalk<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Bereich 3: <strong>Entwicklung</strong> der Verkarstung im Muschelkalk<br />
Beginn der<br />
Verkarstung<br />
Oligozän<br />
Salinar im Mittleren<br />
Muschelkalk<br />
Erdfälle<br />
Steinsalz vollständig ausgelaugt,<br />
Sulfatgestein bis auf Reste<br />
ausgelaugt<br />
mo: sehr zahlreich, aber plombiert<br />
Ständig oberirdisch<br />
abflusslose Gebiete<br />
mm + mu: vorhanden<br />
mo + mm: wenige (Plombierung)<br />
mu: vorhanden<br />
Höhlen<br />
Schwebende<br />
Schichtgrundwasserstockwerke<br />
mo: Plombierung<br />
mm: keine<br />
mu: vorhanden<br />
mo: selten<br />
mu: vorhanden<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 3<br />
Verkarstung im mu:<br />
Höhlen<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Aquifersystem: Bereich 3<br />
Trockental im mu<br />
Plombierter <strong>Karst</strong><br />
im mo<br />
Salzauslaugungsrückstände<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Hydrogeologische Eigenschaften: Bereich 3<br />
Durchlässigkeit<br />
Fliessgeschwindigkeit<br />
nutzbares<br />
Hohlraumvolumen<br />
mittlere Quellschüttung<br />
mittlere Verweildauer<br />
Hydrochemie<br />
mo + mm: mittel<br />
mu: hoch<br />
mo + mm: bis 50 m/h<br />
mu: bis 400 m/h<br />
mo + mm: 1%<br />
mu: 1 - 2 %<br />
mo: < 5 l/s<br />
mu: bis 70 l/s<br />
mo + mm + mu: > 1 bis 3 a<br />
mo: hydrogenkarbonatisch<br />
mm: hydrogenkarbonatisch, gel. sulfatisch<br />
mu: hydrogenkarbonatisch, gel. sulfatisch<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Für was?<br />
• Trink-/ Mineralwassererschliessung<br />
• Grundwasserschutz<br />
• Grundwasserschadensfälle<br />
• Deponien<br />
• Hydrogeologische Modelle<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
“Umm Er Radhuma” <strong>Karst</strong>-Aquifer-System<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Botschaft:<br />
• Bei der Beschreibung <strong>eines</strong> Grundwasserleiters<br />
ist auch <strong>des</strong>sen Genese<br />
zu berücksichtigen.<br />
• Hierzu ist es erforderlich einen Grundwasserleiter<br />
nicht nur im Raum,<br />
sondern auch in der Zeit zu betrachten.<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
Vielen Dank für ihre Aufmerks<strong>am</strong>keit!<br />
Beziehung Landschaftsgeschichte - Hydrogeologie <strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> Muschelkalk
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