Hydrogeologische Gelände- und Kartiermethoden

197 Pages·2015·7.87 MB·German

by  Wilhelm G. Coldewey

Hydrogeologische Gelände-
und Kartiermethoden

Wilhelm G. Coldewey • Patricia Göbel
Hydrogeologische Gelände-
und Kartiermethoden
Wilhelm G. Coldewey Patricia Göbel
LS für Angewandte Geologie Geologisch-Paläontologisches Institut
Universität Münster Geologisch- Westfälische Wilhelms-Universität
Paläontologisches Inst. Münster, Deutschland
Münster, Deutschland
ISBN 978-3-8274-1788-6 ISBN 978-3-8274-2728-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-8274-2728-1
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Planung und Lektorat: Merlet Behncke-Braunbeck, Dr. Christoph Iven, Carola Lerch
Redaktion: Dr. Peter Pascaly
Foto auf Seite II: © Frank Bartschat
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier
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Vorwort
Gelände- und Kartierarbeiten stellen die wichtigsten Grundlagen für die Bearbeitung hydro-
geologischer Fragestellungen dar. Hierbei sind alle im Gelände und beim Kartieren beobach-
teten Details und deren Deutung im Hinblick auf das Grundwasser und die hydrogeologischen
Prozesse als Basis späterer Aussagen in Gutachten, Berichten und Veröff entlichungen zu doku-
mentieren.
Der Inhalt dieses Buches beruht auf den Erfahrungen des Erstautors im Bereich der Con-
sulting-Tätigkeit, der hydrogeologischen Kartierung und der Kartenerstellung. Insbesondere
sind die Erfahrungen zu nennen, die bei der Erstellung des Hydrologischen Kartenwerkes des
Rheinisch-Westfälischen Steinkohlenbezirks, herausgegeben, von der Westfälischen Bergge-
werkschaft skasse, Bochum (heute Deutsche Montan Technologie GmbH & Co. KG (DMT), Es-
sen) gewonnen wurden. Somit stellt diese Publikation auch eine Würdigung der Verdienste der
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter dieses in vieler Hinsicht bemerkenswerten Kartenwerkes dar.
Die Zweitautorin bringt ihre umfangreichen Erfahrungen aus den Bereichen der Gelände- und
Laboruntersuchungen im Rahmen der studentischen Ausbildung und der Erwachsenen-Wei-
terbildung ein. Bei der Beschreibung der verschiedenen Messverfahren wurden bewusst auch
einfache Methoden dargestellt, die geeignet sind, die Kosten für die Geländeuntersuchungen zu
minimieren und Messungen auch unter einfachsten Bedingungen, z.B. in Entwicklungsländern,
zu ermöglichen.
Von zahlreichen Kollegen haben wir Hilfe und Anregungen erhalten; so überarbeiteten
folgende Autoren Kapitel aus ihrem Fachbereich: Dr.-Ing. Peter Goerke-Mallet „Höhen und
Abstandsmessung des Geländes und der Gewässer“, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Maniak „Abfl ussmes-
sung“, Prof. Dr. Julius Werner „Messung der Wasserhaushaltsgrößen“ und M.Sc.-Geow. Se-
bastian Westermann „Geohydraulik“. Herzlich danken wir Frau M.Sc.-Geow. Ilka Delbanco,
Herrn Prof. Dr.-Ing. Albert Jogwich†, Herrn Dr. Peter Pascaly, Herrn M.Sc.-Geow. Marius
Römer, Frau Dipl.-Geol. Melanie Schwermann und Herrn MSc.-Geow. Dominik Wesche, die
ihr Fachwissen und ihre Sorgfalt beim Schreiben der Texte und ihrer Durchsicht einbrachten
und damit eine große Hilfe waren. Folgende Herren waren bereit, für ihr Fachgebiet Korrek-
tur zu lesen: Michael Czechanowski, Dipl.-Wirtsch.-Ing., MBM Th omas Engstle, Dipl.-Geol.
Jörg Hammer, Dr. Daniel Lattner, Frank Lehmann, Uwe Neuff er, Dr. Klaus Reithmayer und
Dipl.-Ing. Stefan Siedschlag. Danken möchten wir Herrn B.A. Marcel Kreuzer und Frau Dipl.-
Des. Barbara Fister für die Erstellung der zahlreichen neuen Abbildungen. Zur Reduzierung
des Verkaufspreises wurde das Buch in einer druckfertigen Version durch die Autoren und ihre
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter mit dem Programm InDesign erstellt. Allen Helfern gilt un-
ser herzlichster Dank. Des Weiteren danken wir dem Verlag für die Unterstützung und Hilfe
beim Druck.
VI Vorwort
Die Autoren sind zur Verbesserung zukünft iger Aufl agen für jede konstruktive Kritik dank-
bar. Möge das vorliegende Buch dem Studierenden zur notwendigen Vertiefung seiner Gelän-
deausbildung dienlich sein und den Praktiker bei seiner komplexen hydrogeologischen Arbeit
im Gelände erfolgreich unterstützen.
Münster, Juli 2014
Wilhelm G. Coldewey, Patricia Göbel
Die Autoren
Anschrift der Autoren:
Prof. Dr. Wilhelm Georg Coldewey
Institut für Geologie und Paläontologie
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Corrensstr. 24
D-48149 Münster
PD Dr. Patricia Göbel
Abteilung Angewandte Geologie
Institut für Geologie und Paläontologie
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Corrensstr. 24
D-48149 Münster
Inhaltsverzeichnis
Vorwort V
Inhaltsverzeichnis VII
Abbildungsverzeichnis X
Tabellenverzeichnis XIII
Abkürzungen und Formelzeichen XIV
Abkürzungen XIV
Formelzeichen, Einheiten und Größen XIV
1 Einleitung 1
2 Beschreibung der Messmethoden und -geräte 2
2.1 Höhen- und Abstandsmessung des Geländes und der Gewässer 2
2.1.1 Vorhandene Geländehöhen 4
2.1.2 Höhenmesser 5
2.1.3 Positionsbestimmungsgerät 5
2.1.4 Wasserwaage 6
2.1.5 Schlauchwaage 7
2.1.6 Nivelliergerät 8
2.2 Bestimmung der Gewässerabmessungen 10
2.2.1 Breite 11
2.2.2 Tiefe 11
2.2.3 Oberfl äche 13
2.2.4 Strömungsquerschnitt 13
2.3 Grundwasserstandsmessung 15
2.3.1 Lot 18
2.3.2 Meterstab 19
2.3.3 Patscher 20
2.3.4 Brunnenpfeife 20
2.3.5 Tiefenlot 21
2.3.6 Elektrisches Lichtlot 23
2.3.7 Elektrisches Kabellichtlot 23
2.3.8 Messgeräte mit kontinuierlicher Registrierung 25
2.4 Flurabstandsmessung mittels Bohrungen 26
2.5 Messung der Wasserhaushaltsgrößen 30
2.5.1 Niederschlagsmessung 30
2.5.2 Verdunstungsmessung 33
2.5.3 Abfl ussmessung 36
2.6 Bestimmung der Vorfl utereigenschaft eines Gewässers (Wechselwirkung zwischen
Grundwasser und Oberfl ächenwasser) 67
2.6.1 Durchsickerungs-Messgerät 68
2.6.2 Minipiezometer 71
2.6.3 Schnitte an Oberfl ächengewässern 72
VIII Inhaltsverzeichnis
2.6.4 Vergleich von Abfl ussmessungen 72
2.6.5 Weitere Methoden der Abschätzung der Durchsickerung 72
2.7 Messungen der hydrochemischen Kenngrößen 74
2.7.1 Probennahmestellen 76
2.7.2 Probennahmegeräte 77
2.7.3 Probennahme 81
2.7.4 Vor-Ort-Analytik 82
2.7.5 Maßnahmen zur Stabilisierung und Konservierung von Wasserproben 86
2.8 Bestimmung der geohydraulischen Kenngrößen 92
2.8.1 Kurzzeitpumpversuch 95
2.8.2 Auff üllversuch 97
2.9 Messung der geophysikalischen Kenngrößen 101
3 Bestandsaufnahme 103
3.1 Sammlung von Daten 103
3.1.1 Topographische Informationen 104
3.1.2 Geologische Informationen 105
3.1.3 Hydrogeologische Informationen / Grundwasser 106
3.1.4 Hydrologische Informationen / Oberfl ächenwasser 106
3.1.5 Klimatische Informationen / Niederschlag und Verdunstung 107
3.1.6 Luft - und Satellitenbilder 107
3.1.7 Veröff entlichungen / Berichte / Gutachten 107
3.1.8 Befragung der Öff entlichkeit 108
3.2 Zusammenstellung der gesammelten Daten 108
3.3 Vorauswertung und Evaluierung der Daten 110
3.4 Vorbereitung der Geländearbeiten 110
3.5 Geographisches Informationssystem 110
3.6 Aufb ewahrung und Sicherung 112
4 Geländearbeiten 113
4.1 Allgemeine Gesichtspunkte der Geländeaufnahme 113
4.2 Vorbereitungen 113
4.2.1 Übersichtsbegehung 114
4.2.2 Untersuchungsprogramm / Messprogramm 115
4.2.3 Organisation der Geländearbeiten 116
4.2.4 Überprüfung des Messnetzes 116
4.3 Durchführung der Geländearbeiten 117
4.3.1 Öff nung von Brunnenabdeckungen und Grundwassermessstellen 117
4.3.2 Funktionsprüfung einer Grundwassermessstelle 118
4.4 Durchführung der Kartierarbeiten 119
4.4.1 Kartierung geologischer Strukturen (Festgesteine / Lockergesteine) mit hydrogeo-
logischer Relevanz 119
4.4.2 Kartierung oberirdischer Gewässer (Vorfl utfunktion, Kolmation, Leakage) 120
4.4.3 Quellenkartierung 124
4.4.4 Flächendeckende Messung der Grundwasserstände (Stichtagsmessung,
Durchführung von Messmethoden, Hydrogeologische Teilräume) 127
Inhaltsverzeichnis IX
4.4.5 Flächendeckende Ermittlung der Flurabstände 128
4.4.6 Abschätzung der Schwankungen der Grundwasserstände 128
4.4.7 Floristische und faunistische Hinweise 129
5 Auswertung und Darstellung der Daten 132
5.1 Auswertung der Daten 132
5.2 Archivplan 134
5.3 Nivellierplan 136
5.4 Geländehöhenplan 136
5.5 Grundwasserhöhenplan 138
5.6 Flurabstandsplan 142
5.7 Bohrplan 144
5.8 Probennahmeplan 144
5.9 Pläne der Wasserhaushaltsgrößen 147
6 Darstellung der Daten in Form von Karten und Schnitten 148
6.1 Hydrogeologische Karte 148
6.2 Hydrogeologischer Schnitt 150
6.3 Flurabstandskarte 151
6.4 Grundwasserdiff erenzenkarte 153
6.5 Hydrochemische Karte 153
6.6 Wasserwirtschaft liche Karte 155
6.7 Karte der Wasserhaushaltsgrößen 155
6.8 Vulnerabilitätskarten 155
6.9 Konsequenzkarten 156
6.10 Nationale und internationale Hydrogeologische Kartenwerke 156
7 Erstellung von Berichten und Gutachten 157
8 Sicherheits- und Gesundheitshinweise 159
9 Literatur 163
9.1 Verwendete Literatur 163
9.2 Normen 166
9.3 Richtlinien und Merkblätter 167
9.3.1 Merkblätter des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) 167
9.3.2 Merkblätter der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft , Abwasser und Abfall
e.V. (DWA) 167
9.3.3 Richtilinien der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) 168
10 Adressen 169
10.1 Geologische Landesämter, Vermessungsämter, Umweltämter 169
10.2 Hersteller- und Lieferantenverzeichnis 172
10.3 Internetadressen 176
11 Sachregister 177