Typen von Grundwasserleitern

Typen von Grundwasserleitern

Im Einzelnen gibt es drei Hauptklassifizierungen von Grundwasserleitern, die durch ihre Geometrie und ihre Beziehung zur Topographie und zur Geologie des Untergrunds definiert werden (Abbildungen 6-9). Der in Abbildung 6 dargestellte einfache Grundwasserleiter wird als ungespannter Grundwasserleiter bezeichnet, da sich die Grundwasserleiterformation im Wesentlichen bis zur Landoberfläche erstreckt. Folglich steht der Grundwasserleiter in Druckverbindung mit der Atmosphäre. Ungesperrte Grundwasserleiter werden auch als Grundwasserleiter bezeichnet, da der Grundwasserspiegel die Oberkante des Grundwassersystems markiert.

Ein zweiter häufiger Typ von Grundwasserleitern ist ein gespannter Grundwasserleiter, der durch eine oder mehrere begrenzende Schichten oder Einheiten von der Druckverbindung mit den darüber oder darunter liegenden geologischen Formationen – und mit der Landoberfläche und der Atmosphäre – isoliert ist. Gesperrte Grundwasserleiter unterscheiden sich von ungesperrten Grundwasserleitern in zwei grundlegenden und wichtigen Punkten. Erstens stehen gespannte Grundwasserleiter in der Regel unter erheblichem Druck, der sich aus der Anreicherung in größerer Höhe oder aus dem Gewicht des darüber liegenden Gesteins und Bodens (dem so genannten Deckgebirge) ergeben kann. In einigen Fällen ist der Druck so hoch, dass die in den Grundwasserleiter gebohrten Brunnen frei fließen. Voraussetzung dafür ist, dass der Wasserdruck im Grundwasserleiter ausreicht, um das Wasser durch das Bohrloch über die Landoberfläche zu treiben. Solche Brunnen werden als artesische Brunnen bezeichnet (Abbildung 7). Zweitens bleiben gespannte Grundwasserleiter in der Regel über ihre gesamte Mächtigkeit gesättigt, auch wenn das Wasser durch Pumpbrunnen entnommen wird. Das aus dem Grundwasserleiter entnommene Wasser stammt nur aus der Druckentlastung des Grundwasserleiters – einer Kombination aus Druckentlastung und Ausdehnung des Wassers selbst sowie der Entspannung der Grundwasserleiterformation bei Druckabnahme (Abbildung 8).

Abbildung 6. Schematischer Querschnitt durch ein Schichtensystem mit einem oberen ungespannten Grundwasserleiter über einer einschränkenden Einheit und einem darunter liegenden gespannten Grundwasserleiter. Beachten Sie den Wasserstand in den beiden Brunnen: Im ungespannten Grundwasserleiter ist der Wasserstand im Brunnen gleich der Höhe des Grundwasserspiegels. Im gespannten Grundwasserleiter ist der Wasserstand höher als die Oberkante des Grundwasserleiters – ein Hinweis darauf, dass der Grundwasserleiter vollständig gesättigt ist und das Wasser unter Druck steht.

Quelle: USGS Water Science Photo Gallery

Abbildung 7. Artesischer Brunnen in Südgeorgien

Quelle: USGS Water Science Photo Gallery

Abbildung 8. Schema zur Veranschaulichung der Auswirkungen des Pumpens aus einem Brunnen in einem ungespannten Grundwasserleiter (links) und einem gespannten Grundwasserleiter (rechts). Wenn nicht gespannte Grundwasserleiter abgepumpt werden, führt die Wasserentnahme zu einem Absinken des Grundwasserspiegels, und die Porenräume werden ungesättigt. Beim Abpumpen in gespannten Grundwasserleitern sinkt der Wasserdruck, aber der Porenraum bleibt vollständig gesättigt.

Quelle: W.M. Alley et al., 1999, USGS Circular 1186: Sustainability of Groundwater Resources

Der dritte Haupttyp von Grundwasserleitern ist ein perched aquifer (Abbildung 6). Perched Aquifer treten über diskontinuierlichen Grundwasserleitern auf, über denen sich das Grundwasser „auftürmt“. Diese Grundwasserleiter sind perched, d. h. sie liegen oberhalb des regionalen Grundwasserspiegels und innerhalb der regionalen vadosen Zone (d. h. es gibt eine ungesättigte Zone unterhalb des perched Grundwasserleiters). Die Dimensionen von perched Aquiferen sind in der Regel klein (bedingt durch die klimatischen Bedingungen und die Größe der Aquitardschichten), und das Wasservolumen, das sie enthalten, ist empfindlich gegenüber den klimatischen Bedingungen und daher zeitlich sehr variabel.