K.U. Weyer Ph.D., P.Geol., P.HG.
WDA Consultants Inc., 4827 Vienna Drive NW, Calgary, Alberta, Canada

© 1996 K. U. Weyer


Introduction

Der Fließvorgang des Grundwassers ist der hauptsächliche Antrieb für die Ausbreitung von gelösten Schadstoffen im Untergrund. Traditionellerweise wurde das Fließverhalten des Grundwassers durch die Gleichungssysteme der Kontinuitätsmechanik energetisch beschrieben. Trotz deren oft erwiesener Nützlichkeit entsprechen die Kraftfelder der Kontinuitätsmechanik (Energy/Volumen) nicht den tatsächlichen physikalischen Vorgängen. Hubberts (1940) Theorie der Kräftepotentiale (Energie/Masse) stellt jedoch die grundwasserdynamischen Zusammenhänge physikalisch folgerichtig dar.

In den 60er Jahren wurde aus Hubberts Potentialtheorie die Theorie der Grundwasserfließsysteme entwickelt, und zwar aus Geländeuntersuchungen und aus Untersuchungen an mathmatischen Modellen. In den Grundwasserfließsystemen verlaufen die Fließlinien gekrümmt von den höher gelegenen Recharge-Gebieten zu den tiefer gelegenen Discharge-Gebieten und können dabei grobe Tiefen erreichen. Ein Teil der Fließlinien verläuft gegen die bestehenden Druckgradienten. Die Existenz und Ausbildung der Grundwasserfließsysteme kontrolliert und bestimmt die Ausbreitung von Schadstoff-Fahnen im Untergrund.

In dem vorliegenden Bericht werden die physikalischen Grundlagen der Hubbertschen Kraft-Potential-Theorie dargestellt und deren Konsequenzen für das Fließen von Grundwasser. Die Ergebnisse von Geländeuntersuchungen und von mathematischen Modellrechnungen führte zur Formulierung der Grundwasserfließsysteme. Eine Anzahl europäischer Beispiele dokumentieren, wie die Existenz grobräumiger Fließsysteme im Gelände gemessen werden kann. Die Ausdehnung von Grundwasserfließsystemen kann sich von weniger als einem Meter bis zu mehreren hundert Kilometern erstrecken.

Ein Grundwasserfließsystem in einem physikalischen Sandmodell von 0.5 m Länge verdeutlicht durch gefärbtes Wasser die Grundwasserfliebvorgänge und die daran gekoppelten Transportvorgänge von Schadstoff. Das physikalische Fließmodell wurde mit gutem Erfolg in einem mathematichen Modell simuliert.

Die Anwendung neu entwickelter Untersuchungsmethoden führte an den beiden bekannten Deponien Bielefeld-Brake und Münchehagen zu neuartigen Ergebnissen. An der Deponie Brake zum Beispiel fließt das Grundwasser an der Deponie fast senkrecht nach unten durch den Lias-Ton und nicht lateral entlang der Grundwasseroberfläche, wie für die Sanierung angenommen wurde. An der Deponie Münchehagen verursacht die regionale Grundwasserdynamik ein Aufwärtsfließen von Salzwasser. Dadurch wird dort die Ausbreitung von Schadstoff-Fahnen in gröbere Tiefe verhindert. Die Vorgänge an den beiden Deponien wurden stellvertretend für alle Formen von Verschmutzungen des Grundwassers, wie z.B. Altlasten und neue Verschmutzungsherde beschrieben.

Das Fundament grundwasserdynamischer Untersuchungen ist die Installation von geeigneten Piezometern. Solche Piezometerkonstruktionen werden deswegen detaillert beschrieben. Grundewasserdynamische Untersuchungen helfen deutlich Kosten zu sparen, bei hydrochemischen Untersuchungen sowie bei Sanierungen von Schadstoffherden und -fahnen.

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