Grundwassererschließung: Grundlagen, Brunnenbau, Grundwasserschutz, Wasserrecht ; mit ... 81 Tabellen
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Borntraeger
2000
|
| Schriftenreihe: | Lehrbuch der Hydrogeologie
4 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. [688] - 709 |
| Beschreibung: | XIII, 740 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 3443010148 |
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| adam_text | Inhalt
1 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
VIII Inhalt
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 GiRiNSKU-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 Brunnenanströmung............................140
2.2.5.2 Nichtstationäre Brunnenanströmung.........................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 Vertikalfüterbrunnen .................................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 Vertikalfilterbrunnen-
berechnung .......................................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
Inhalt IX
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 Hydrogeologische Methoden.............................306
3.3.4.2 Hydrologische Methoden...............................311
3.3.4.3 Geophysikalische Oberflächenmethoden (Dr. Reinhard Kirsch)........314
3.3.4.3.1 Seismische Methoden.................................315
3.3.4.3.2 Geoelektrische und elektromagnetische Methoden.................321
3.3.4.3.3 Bodenradar ......................................331
3.3.4.3.4 Gravimetrische Methoden...............................333
3.3.4.3.5 Magnetische Methoden................................334
3.4 Bohrloch- Geophysik.................................335
3.4.1 Einsatz der Bohrloch-Geophysik...........................335
3.4.2 Aussagen der Bohrloch-Geophysik..........................335
3.4.2.1 Lithologische Parameter ...............................335
3.4.2.2 Fluid-Parameter....................................337
3.4.2.3 Ausbaukontrolle....................................337
3.4.3 Externe Einflüsse auf Bohrlochmessungen......................339
3.4.3.1 Geometrische Effekte.................................339
3.4.3.2 Bohrloch-Effekte ...................................339
3.4.4 Bohrloch-geophysikalische Methoden........................340
3.4.4.1 Kaliber-Logs (CAL)..................................340
3.4.4.2 Elektrische Logs....................................340
3.4.4.3 Strahlen-(Nukleare) Logs ..............................351
3.4.4.4 Temperatur-Logs ...................................356
3.4.4.5 Salinometer- (Fluid-Leitfähigkeits-) Logs......................358
3.4.4.6 Flowmeter- (Fluid-Strömungs-) Logs (FLOW)...................359
3.4.4.7 Akustische Logs....................................359
3.4.4.8 Trübungs-Logs.....................................363
3.4.4.9 Schichtneigungs-Logs und Abweichungs-(Deviations-) Messung..........363
3.4.4.10 Photo-und Fernseh-Logs...............................364
3.4.4.11 Probensammler (SAMP) ...............................369
3.4.5 Beispiele für Standard-Logs..............................369
3.5 Bohrbrunnen......................................371
3.5.1 Allgemeine Überlegungen...............................371
3.5.2 Bohrbrunnen in Festgesteinen ............................376
3.5.3 Bohrbrunnen in Lockergesteinen...........................376
X Inhalt
3.5.4 Aufsatzrohre......................................378
3.5.5 Sumpfrohre (Schlammfang)..............................381
3.5.6 Filterrohre.......................................382
3.5.6.1 Bauformen.......................................382
3.5.6.2 Bemessung der Filterrohre..............................390
3.5.7 Filterschüttung ....................................397
3.5.7.1 Bemessung des Filterkieses oder-sandes.......................397
3.5.8 Brunnendurchmesser (Bohrdurchmesser) ......................408
3.5.9 Einbau des Rohrstranges...............................418
3.5.9.1 Hängender Einbau ..................................418
3.5.9.2 Stehender Einbau...................................421
3.5.10 Abdichtungen.....................................422
3.5.11 Zementieren......................................423
3.5.12 Brunnenreihen.....................................424
3.6 Brunnenentwicklung .................................424
3.6.1 Entsanden (Entschlammen, Klarpumpen)......................424
3.6.2 Bohrlochsprengung..................................433
3.7 Spezielle Brunnenformen...............................443
3.7.1 Kombinierte Schacht-und Bohrbrunnen ......................443
3.7.2 Brunnen mit großem Durchmesser..........................443
3.7.3 Sammelbrunnen....................................444
3.7.3.1 Bau von Sammelbrunnen...............................444
3.7.3.2 Filterbemessung bei Horizontalfilterbrunnen....................449
3.7.3.3 Sonderformen.....................................452
3.7.3.4 Vor- und Nachteile von Sammelbrunnen ......................453
3.8 Pumpen ........................................455
3.8.1 Pumpentypen .....................................455
3.8.2 Verdrängungspumpen.................................456
3.8.3 Kreiselpumpen (Zentrifugalpumpen).........................459
3.8.4 Spezielle Pumpensysteme...............................472
3.8.4.1 Wasserstrahlpumpe..................................472
3.8.4.2 Mammutpumpe....................................472
3.8.4.3 Membranpumpe....................................473
3.8.4.4 Exzenterschneckenpumpe...............................473
3.8.4.5 Hydraulischer Widder (Stoßheber)..........................475
3.8.4.6 Pumpen zur Entnahme von Wasserproben aus Grundwasser-Meßstellen.....476
3.8.5 Pumpen in Entwicklungsländern...........................476
3.9 Brunnenregenerierung.................................479
3.9.1 Alterung von Brunnen ................................479
3.9.1.1 Versandung ......................................479
3.9.1.2 Inkrustation......................................480
3.9.1.3 Verockerung......................................482
3.9.1.4 Versinterung......................................484
3.9.1.5 Verschleimung.....................................485
3.9.1.6 Ablagerungen von Aluminium-Verbindungen....................485
3.9.1.7 Korrosion .......................................486
3.9.1.8 Korrosionsschutz ...................................491
3.9.2 Instandsetzen von Brunnen..............................492
3.9.2.1 Bohrbrunnen ohne Filter...............................492
Inhalt XI
3.9.2.2 Bohrbrunnen mit Kiesfiltern............................. 493
3.9.2.3 Horizontalfilterbrunnen................................ 502
3.9.2.4 Bohrbrunnen mit Gewebefiltern........................... 503
3.9.2.5 Schachtbrunnen.................................... 504
3.10 Grundwasser-Meßstellen............................... 505
3.10.1 Gestaltung der Grundwasser-Meßstellen....................... 505
3.10.2 Nutzung für physikalische und chemische Messungen............... 512
3.11 Quellfassungen..................................... 516
3.11.1 Quellentypen...................................... 516
3.11.2 Erkundung von Quellen................................ 519
3.11.3 Bauformen von Quellfassungen............................ 521
3.11.4 Sickerrohr-Fassungen................................. 525
3.12 Wasserstollen ..................................... 526
3.13 Grundwasseranreicherung und Uferfiltration.................... 527
3.13.1 Beschaffenheit des oberirdischen Wassers...................... 527
3.13.2 Grundwasseranreicherung............................... 531
3.13.2.1 Veränderung des oberirdischen Wassers im Filterkörper.............. 531
3.13.2.2 Technik der Grundwasseranreicherung........................ 535
3.13.3 Uferfiltration...................................... 546
3.13.3.1 Der Vorgang der Uferfiltration............................ 546
3.13.3.2 Selbstdichtung..................................... 546
3.13.3.3 Filterkörper und Filtervorgang............................ 548
3.13.3.4 Hydraulische Bedingungen der Uferfiltration.................... 550
3.13.3.5 Ermittlung des Uferfiltrat-Anteils im geförderten Wasser ............. 552
3.13.3.6 Anlagen zur Uferfiltratgewinnung.......................... 553
3.13.3.7 Standortwahl von Uferfiltrat-Anlagen........................ 553
3.13.3.8 Hygienische Beurteilung................................ 553
3.13.4 Vergleich Grundwasseranreicherung - Uferfiltratgewinnung............ 554
4 Grundwasserschutz................................... 555
4.1 Schutz des Grundwassers als öffentliche Aufgabe.................. 555
4.2 Grundlagen für den effektiven Grundwasserschutz................. 556
4.2.1 Ziel des Grundwasserschutzes ............................ 556
4.2.2 Hydrodynamische Aspekte.............................. 556
4.2.3 Hydrochemische Aspekte............................... 561
4.2.3.1 Stoffeinträge von der Erdoberfläche......................... 561
4.2.3.2 Hydrochemische, physikalische und biologische Vorgänge in Sicker- und
Grundwässern..................................... 565
4.2.4 Eintrag und Eliminierung von pathogenen Mikroorganismen........... 586
4.2.5 Schutzwirkung des Bodens.............................. 590
43 Trinkwasserschutzgebiete............................... 592
5 Wasserrecht ...................................... 595
5.1 Begriff-Entstehungsgeschichte ........................... 595
5.1.1 Der Einfluß des Rechts der Europäischen Union.................. 597
5.1.2 EU-Richtlinien wasserrechtlichen Inhalts...................... 598
5.2 Das Regelungssystem des WHG und der LWG................... 599
5.2.1 Gewässer - Begriff, Abgrenzungen.......................... 600
5.2.1.1 Oberflächengewässer ................................. 601
XII Inhalt
5.2.1.2 Küstengewässer....................................602
5.2.1.3 Grundwasser......................................602
5.2.1.4 Landesrechtliche Ausnahmen.............................604
5.3 Gewässerbenutzung, Erfordernis behördlicher Zulassung - Streitfragen......605
5.3.1 Benutzung eines Gewässers..............................606
5.3.2 Die Benutzungstatbestände des § 3 WHG......................607
5.3.2.1 Benutzung des Oberflächenwassers..........................607
5.3.2.2 Benutzung des Grundwassers (§ 3 Abs. 1 Nr. 5, 6, Abs. 2 Nr. 1 WHG)......609
5.3.2.3 Die sog. »unechten« Benutzungen..........................612
5.4 Zulassung und Versagung einer Gewässerbenutzung - Erlaubnis, Bewilligung -
Auflagen und Bedingungen..............................618
5.4.1 Versagung und Zulassung einer Gewässerbenutzung (§ 6 WHG)..........618
5.4.1.1 Bewirtschaftungsermessen und unbestimmte Rechtsbegriffe............620
5.4.1.2 Die Prognose einer Beeinträchtigung des Wohls der Allgemeinheit ........625
5.4.1.3 Normative Zulassungsschranken...........................626
5.4.2 Bedingungen und Auflagen (§§ 6, 4, 5 WHG)....................628
5.4.3 Rechtsanspruch auf Zulassung einer Gewässerbenutzung?.............631
5.4.3.1 Bedeutung des Gleichbehandlungsgrundsatzes - Ermessensschrumpfung.....632
5.4.3.2 Vertrauensschutz....................................633
5.4.3.3 Die Bedeutung des verfassungsrechtlichen Eigentumsschutzes...........633
5.4.3.4 Zulassung vor dem Hintergrund wasserwirtschaftlicher Planung..........635
5.4.3.5 Gewässerbenutzung in Verbindung mit sonstigen genehmigungsbedürftigen
Vorhaben........................................635
5.5 Formen der Zulassung einer Gewässerbenutzung: Erlaubnis, Bewilligung -
Zulassung des vorzeitigen Beginns (§§ 7, 8, 9a WHG) ...............636
5.5.1 Erlaubnis........................................637
5.5.2 Bewilligung.......................................641
5.5.3 Verfahren zur Erteilung der Bewilligung und der Erlaubnis ............646
5.5.3.1 Bewilligungsverfahren.................................647
5.5.3.2 Erlaubnisverfahren ..................................648
5.5.4 Zulassung des vorzeitigen Beginns (§ 9a WHG)...................649
5.5.5 Ausgleich konkurrierender Nutzungen (§ 18 WHG) ................649
5.6 Planfeststellung....................................652
5.6.1 Gewässerausbau (§31 WHG).............................652
5.6.2 Planfeststellung für andere Vorhaben - Bergrechtlicher Betriebsplan .......653
5.7 Wasserwirtschaftliche Planung: Rahmenplan, Bewirtschaftungsplan, Reinhalte-
ordnung - Wasserschutzgebiet............................654
5.7.1 Wasserwirtschaftliche Rahmenpläne.........................655
5.7.2 Bewirtschaftungspläne ................................656
5.7.3 Reinhalteordnungen..................................659
5.7.4 Wasserschutzgebiete..................................660
5.7.4.1 Festsetzungszweck, Umfang und Inhalt der Schutzanordnungen .........660
5.7.4.2 Wirkungen der Schutzgebietsfestsetzung: Enteignung, Entschädigung -
Ausgleich wirtschaftlicher Nachteile.........................665
5.7.4.3 Der Ausgleich wirtschaftlicher Nachteile (§ 19 Abs. 4 WHG) ...........672
5.7.4.4 Entschädigungs- und Ausgleichsschuldner......................674
5.8 Gewässeraufsicht ...................................676
5.8.1 Staatliche Gewässeraufsicht..............................676
5.8.2 Übertragung der Aufsicht auf Dritte.........................678
Inhalt XIII
5.9 Die Gewässergüte als Schutzgegenstand zivil- und strafrechtlicher Sanktionen . . 679
5.9.1 Schadensersatz (§ 22 WHG) .............................679
5.9.2 Strafbarkeit einer Gewässerverunreinigung (§§ 324, 330 StGB) ..........681
5.10 Erschließung von Grundwasser............................682
5.10.1 Wasserrecht ......................................682
5.10.2 Natur- und Landschaftsschutzrecht .........................683
5.10.3 Planungsrecht.....................................685
5.10.4 Bergrecht........................................686
5.10.5 Bürgerliches Recht...................................686
6 Literatur und Abkürzungen..............................688
6.1 Literatur zu den Abschnitten 1-4...........................688
6.2 Abkürzungen und Quellen zu Abschnitt 5......................709
7 Register.........................................711
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