Angewandte Grundwasserchemie, Hydrogeologie und hydrogeochemische Modellierung: Grundlagen, Anwendungen und Problemlösungen
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Berlin
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[2018]
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Teil I Gnmdwasserchemie und hydrogeochemische Modellierung
1 Wasserinhaltsstoffe, Grundwassertemperatur,
Grundwassermessstellentypen und Quellen. 3
1.1 Allgemeines. 3
1.2 Grundwasserzusammensetzung. 4
1.3 Herkunft und übliche Konzentrationen von
anorganischen Wasserinhaltsstoffen . 9
1.4 Ionenbilanz und weitere Plausibilitätskontrollen bei Wasserproben 12
1.5 Grund wassertemperatur. 16
1.6 Grundwassermessstellentypen. 26
1.7 Quellen. 29
1.7.1 Definition. 29
1.7.2 Quelltypen. 30
1.7.3 Quell wasserchemie. 34
1.8 Abhängigkeit der Grund wasserchemie von der
Gesteinszusammensetzung. 39
Literatur. 41
2 Chemische Grundlagen der anorganischen Wasserchemie. 45
2.1 Grundlegende Begriffe der anorganischen Wasserchemie. 45
2.2 Grundlagen anorganischer hydrogeochemischer Reaktionen . 49
2.2.1 Säure-Base-Reaktionen. 50
2.2.2 Redoxreaktionen. 60
2.2.3 Lösungs-Fällungs-Reaktionen. 68
2.2.4 Komplexbildung und -dissoziation. 75
2.2.5 Gas-Wasser-Reaktionen. 77
2.2.6 lonenaustausch und Sorption. 79
Literatur. 80
3 Kalk-Kohlensäure-Gleichgewieht. 83
3.1 Grundlagen des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes. 83
VII
vm
Inhaltsverzeichnis
3.2 Bestimmung von H2CO3*, HCO3- und CO32 aus KS-
und KB-Werten . . 88
3.3 Abschätzende Bestimmung des Kalk-Kohlensäure-
Gleichgewichtes . 90
3.4 Bestimmung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes
durch Versuche. 95
3.5 pH-Pufferung der Kohlensäurespezies und von Gesteinen. 96
3.6 Berechnung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes. 98
3.7 Aufbereitung zur Erzielung des Kalk-Kohlensäure-
Gleichgewichtes . 101
3.8 Veränderung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes
durch Kochen oder Kohlendioxidentgasung. 104
3.9 Aachener und Burtscheider Thermalquellen. 114
3.10 Kalkausfallungen im Mono-Lake (USA). 116
Literatur. 120
4 Chemische Grundlagen der organischen Hydrochemie und
des Verhaltens organischer Stoffe im Untergrund. 121
4.1 Grundlagen und Systematik organischer Stoffe. 121
4.2 Stoffeigenschaften und daraus resultierendes Verhalten
organischer Stoffe im Untergrund. 124
4.2.1 Aggregatzustände und Stoffübergänge. 124
4.2.2 Wasserlöslichkeit und Dichte, Bildung einer
eigenen Flüssigphase. 125
4.2.3 Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizient,
Sorption und Retardation. 129
4.2.4 Verflüchtigung in die Gasphase (Übergang in
die Grundluft/Bodenluft). 136
4.2.5 Abbau organischer Stoffe. 140
4.3 Beschreibung des Stoffverhaltens ausgesuchter
organischer Stoffe. 144
4.3.1 Kettenförmige Kohlenwasserstoffe (inkl. MKW, LCKW) 144
4.3.2 Leicht flüchtige chlorierte (kettenförmige)
Kohlenwasserstoffe (LCKW, CKW, LHKW). 147
4.3.3 Aromatische Kohlenwasserstoffe (BTEX, PAK). 158
4.4 Schemazeichnungen zum Verhalten von Leicht- und
Schwerphasen. 165
4.5 Historie der Grundwasserbelastung mit organischen
Stoffen (Intemetrecherche). 166
Literatur. 168
5 Entwicklung hydrogeochemischer Modelle in der Hydrogeologie . 171
5.1 Allgemeine Einführung. 171
5.2 Eingabe einer Wasseranalyse und Speziesberechnungen
mit PHREEQC-2
173
Inhaltsverzeichnis
5 3 Modellierung von reversiblen Gleichgewichtsreaktionen
(homogen und heterogen). 184
Literatur. 189
Hvdrogeochemie der Wasseraufbereitung und Beispiele der
Modellierung. 191
6.1 Hydrochemie der Wasseraufbereitung. 191
6.2 Hydrogeochemische Modellierung der Prozesse in der
Wasseraufbereitung . 197
Literatur. 206
Teil II Spezielle Hydrogeologie/Hydrochemie und Wasserwirtschaft
7 Auswirkungen des deutschen Braunkohlenbergbaus auf
den Chemismus des Grundwassers — Überblick über die Reviere . . . 209
7.1 Grundwasserverhältnisse im Rheinischen Braunkohlenrevier. . 213
7.2 Pyritoxidation durch Belüftung eines Aquifer-
sediments über den trocken fallenden Filter
einer Grundwassermessstelle bei Absenkung der
Grundwasseroberfläche. 227
7.3 Einfluss der Außenkippe „Sophienhöhe64 des Tagebaus
Hambach auf die GrundWasserbeschaffenheit. 229
7.4 Modellierung des Hydrochemismus in Kippengrund-
wasserleitem und von durch Braunkohlengewinnung
beeinflussten Oberflächengewässern. 232
7.4.1 Genese des Kippengrundwasserchemismus. 232
7.4.2 Entwicklung des Hydrochemismus beim
Übertritt von Kippenwässern in einen Tagebaurestsee . . . 240
7.5 Veränderung des Hydrochemismus durch hydraulische
Veränderungen. 246
7.5.1 Zustrom von chlorierten Kohlenwasserstoffen
zu den Brunnen eines Wasserwerks aufgrund
eines sümpfungsbedingten Verschwenkens des
Einzugsgebiets. 246
7.5.2 Veränderung der Grundwasserbeschaffenheit
durch bergbaubedingten Wechsel der Zustromrichtung . . 248
Literatur. 250
8 Wassergewinmmg durch Uferfiltration und
Grund Wasseranreicherung (Ruhrtal). 253
Literatur 262
9 Versauerungsprobleme in Grundwasserleitern (Sennesande). 263
Literatur. 274
10 Hydrogeochemische Untersuchungen bei der Nutzung von
tieferen Grundwässem (Niederrhein). 275
X
Inhaltsverzeichnis
10.1 Untersuchungsgebiet 1: Venloer Scholle. 276
10.2 Untersuchungsgebiet 2: Krefelder Scholle. 289
Literatur. 297
11 Nitrat und weitere durch Düngung/Landwirtsehaft
eingetragene Stoffe. 299
11.1 Stickstoffkreislauf und landwirtschaftliche Einträge in
das Grundwasser. 299
11.2 Durch landwirtschaftliche Einträge ausgelöste Prozesse
in Grundwasserleitern. 304
11.3 Bestimmung des Nitratabbauweges und der
Abbaukapazität in Säulen versuchen . 310
11.4 Nitratbeständigkeit — Dauer eines Nitratdurchbruches in
Förderbrunnen. 313
11.5 Nitratreduktion und Isotopie. 313
11.6 Beispiel 1: Zustrom nitrathaltigen oberflächennahen
Grundwassers in das zweite Grundwasserstockwerk
über ein „geologisches Fenster“ und Fehlen von
Nitratreduktionsprozessen im Grundwasserleiter. 315
11.7 Beispiel 2: Zustrom nitrathaltigen oberflächennahen
Grundwassers in das zweite Grundwasserstockwerk über
den Ausstrich der stockwerkstrennenden Geringleiter
und Ausbleiben von Nitratreduktionsprozessen im
Grundwasserleiter. 318
11.8 Beispiel 3: Nitratdurchbruchskurven an verschiedenen
Grundwassermessstellen als Beleg für eine Erschöpfung
des Nitratabbaupotenzials. 319
11.9 Beispiel 4: Rückgang der Nitratkonzentration durch
großräumige Infiltration nitratffeien Wassers. 320
11.10 Beispiel 5: Nitrat Verteilung und Nitratreduktion in den
Haltemer Sanden (NRW). 323
11.11 Beispiel 6: Nitratverteilung und Nitratreduktion in
einem Grundwasserleiter mit zunehmender Mächtigkeit
(Bocholt, NRW). 331
11.12 Beispiel 7: Nitratverteilung und organotrophe
Nitratreduktion in einem Grundwasserleiter
(Rheinterrassengrundwasserleiter). 334
11.13 Beispiel 8: Nitratverteilung und dominante organotrophe
Nitratreduktion in einem geringmächtigen quartären
Grundwasserleiter (Große Emsterrasse, Ostwestfalen). 342
11.13.1 Ziel der Untersuchung. 342
11.13.2 Untersuchungsgebiet. 343
11.13.3 Methodik. 344
11.13.4 Ergebnisse und Diskussion. 345
Literatur. 351
Inhaltsverzeichnis _ _ _ ^ ^
12 Hydrogeologische Verhältnisse in einem Karst-
(Hellweggebiet inklusive der Paderborner Hochfläche) und
Kluftgrundwasserleiter (zentrales Münsterland). 357
12.1 Karstgrundwasser der Plänerkalke (Cenoman und Turon). 357
12.2 Kluftgrundwasser im Emschermergel (Coniac). 362
Literatur. 367
13 Hydrogeologisch-wasserwirtschaftliche Verhältnisse im Ruhrgebiet 369
Literatur. 384
14 Der Münsterländer Kiessandzug — ein rinnenförmiger
Grundwasserleiter. 385
14.1 Verbreitung und Eigenschaften des Kiessandzuges. 385
14.2 Hydrochemismus des Kiessandzuges . 390
Literatur. 395
Internetliteratur.,. 396
15 EDTA-Belastung im Grundwasser zweier
Trinkwassereinzugsgebiete durch Uferfiltration. 397
15.1 Einführung und Beschreibung des Untersuchungsgebietes . 397
15.1.1 Aufbau des Grundwasserleiters. 398
15.1.2 EDTA-Belastung der Brunnen des quartären
Grundwasserleiters . 398
15.2 Durchführung der Untersuchungen. 399
15.2.1 Einsatz und Auftreten von EDTA in Gewässern
(Literaturauswertung) . 399
15.2.2 Strategien zur Untersuchung der
EDTA-Belastung im Grundwasser des
Untersuchungsgebietes und eingesetzte Methoden. 400
15.3 Untersuchungsergebnisse zur EDTA-Belastung. 402
15.3.1 Ergebnisse von flachen Grund-
wassermessstellen und der
Güllebeprobung. 402
15.3.2 Ergebnisse der tiefenspezifischen Beprobung
des Grundwassers von Mehrfachmess stellen
und Multi-Level-Messstellen. 402
15.3.3 Ergebnisse von tieferen Grundwassermess-
stellen, des Oberflächengewässers und des
Kläranlagenablaufes . 405
Literatur . . . . i. 407
16 Sediment- und Hydrochemie des EmschermergeJs im
Münsterland (NRW). 409
Literatur. 415
inhaltsverzeichnic
XII
17 Unterirdische Enteisenung und Brunnenalterung
(Niederrheinische Bucht) . 417
17.1 Unterirdische Enteisenung (UEE). 417
17.LI Anwendung an Wassergewinnungen bei
Mönchengladbach. 419
17.1.2 Aufbereitungsergebnisse. 422
17.2 Brunnenalterung. 426
Literatur. 428
18 Uranmobilität im Grundwasser einer Wassergewinnung
am Niederrhein. 431
18.1 Generelles Verhalten von Uran im Untergrund . 431
18.2 Untersuchte Wassergewinnung. 434
18.3 Untersuchungsmethoden. 435
18.4 Ergebnisse und Diskussion zum Verhalten von Uran in
der betrachteten Wassergewinnung. 436
Literatur. 444
Glossar . 447
Übungsaufgaben. 549
Sachverzeichnis
669
Dieses Buch behandelt grundwasserchemische Fragen, die durch die zunehmende
Nutzung und Verschmutzung der aquatischen Umwelt immer wichtiger werden.
Die Autoren erläutert in dieser zweiten, erweiterten Auflage die Belastungen des
Grundwassers mit verschiedenen anorganischen und organischen Stoffen, sowie
das Verhalten dieser Stoffe in Grundwasserleitern und die chemischen Aspekte
der Wasseraufbereitung. Für Praktiker und Studierende verschiedener Fachrich-
tungen wie Hydrogeologie, Wasserwirtschaft/Hydrologie, Geowissenschaften und
Umweltwissenschaften sind die hier behandelten Themengebiete gleichermaßen von
Interesse: Angewandte Grundlagen der anorganischen Wasserchemie, organische
Wasserchemie von Grundwasserbelastungsstoffen, eine Einführung in die hydro-
chemische Modellierung und die chemischen Aspekte der Wasseraufbereitung. Viele
Übungsaufgaben mit Lösungen sowie zahlreiche Praxisbeispiele sind als besondere
Merkmale dieses Buches hervorzuheben und runden zusammen mit einem neuen
Glossar zur Wasserchemie das Werk ab. |
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| author | Wisotzky, Frank ca. 20./21. Jh Cremer, Nils 19XX- Lenk, Stephan 19XX- |
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| spelling | Wisotzky, Frank ca. 20./21. Jh. Verfasser (DE-588)114600236 aut Angewandte Grundwasserchemie, Hydrogeologie und hydrogeochemische Modellierung Grundlagen, Anwendungen und Problemlösungen Frank Wisotzky, Nils Cremer, Stephan Lenk 2. Auflage Berlin Springer Spektrum [2018] © 2018 LII, 677 Seiten. - Illustrationen, Diagramme txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Lehrbuch Hydrogeologie (DE-588)4026307-1 gnd rswk-swf Grundwassergewinnung (DE-588)4113807-7 gnd rswk-swf Wasseraufbereitung (DE-588)4064698-1 gnd rswk-swf Hydrogeochemie (DE-588)4225478-4 gnd rswk-swf Grundwasserbelastung Grundwasserchemie Hydrochemische Modellierung Hydrogeologie Wasseraufbereitung Wasserwirtschaft (DE-588)4123623-3 Lehrbuch gnd-content Hydrogeochemie (DE-588)4225478-4 s Hydrogeologie (DE-588)4026307-1 s DE-604 Grundwassergewinnung (DE-588)4113807-7 s Wasseraufbereitung (DE-588)4064698-1 s Cremer, Nils 19XX- Verfasser (DE-588)1155559878 aut Lenk, Stephan 19XX- Verfasser (DE-588)1155559983 aut Erscheint auch als Online-Ausgabe, eBook 978-3-662-55558-3 X:MVB text/html http://deposit.dnb.de/cgi-bin/dokserv?id=994c3925f067410c8318c2fc6660563b&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm Inhaltstext Digitalisierung UB Augsburg - ADAM Catalogue Enrichment application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=029886676&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis Digitalisierung UB Augsburg - ADAM Catalogue Enrichment application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=029886676&sequence=000002&line_number=0002&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Klappentext |
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