Hydrogeologie

Hydrogeologie ist ein Zweig der Geologie, der sich mit der Untersuchung der Verteilung, Bewegung und Qualität von Wasser im Untergrund befasst. Die Hydrogeologie befasst sich mit dem Verständnis des Vorkommens, der Bewegung und der Speicherung von Grundwasser in Grundwasserleiter, das sind geologische Formationen, die Wasser enthalten. Hydrogeologen untersuchen die Eigenschaften von Felsen und Sedimente, die die Bewegung des Wassers, die Wechselwirkung zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser sowie die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Qualität und Quantität der Grundwasserressourcen steuern. Hydrogeologie ist ein interdisziplinäres Fachgebiet, das sich auf Geologie, Physik, Chemie, Mathematik und Ingenieurwissenschaften stützt, um ein breites Spektrum umweltbezogener, geologischer und technischer Probleme zu lösen.

Wasser ist eine wertvolle natürliche Ressource. Ohne Wasser gäbe es kein Leben auf der Erde. Zwei Drittel unseres Körpers bestehen gewichtsmäßig aus Wasser.

Wasserversorgung sind auch für die Unterstützung der Lebensmittelproduktion und der industriellen Tätigkeit von wesentlicher Bedeutung. Der wichtigste Faktor, der die Dichte und Verteilung der Vegetation bestimmt, ist die Niederschlagsmenge (Fetter, 2001).

Landwirtschaft kann in manchen Wüsten gedeihen, allerdings nur mit Wasser, das entweder aus dem Boden gepumpt oder aus anderen Gebieten importiert wird (Fetter, 2001).

Zivilisationen blühten mit der Entwicklung einer zuverlässigen Wasserversorgung auf und brachen dann zusammen, als ihre Wasserversorgung ausfiel (Fetter, 2001).

Eine Person benötigt 3 Liter (L) Trinkwasser pro Tag, um die lebenswichtigen Flüssigkeiten des Körpers aufrechtzuerhalten (Fetter, 2001).

Primitive Menschen In trockenen Gebieten reichte ihr täglicher Gesamtverbrauch kaum über dieser Menge aus

In New York City der tägliche Wasserverbrauch pro Kopf übersteigt 1000 l; Ein Großteil davon wird für industrielle, kommunale und kommerzielle Zwecke genutzt (Fetter, 2001).

Die übermäßige Ausbeutung des Grundwassers durch unkontrolliertes Pumpen kann einige Probleme verursachen (Hiscock, 2005):

• schädliche Auswirkungen auf benachbarte Bohrlöcher und Brunnen,
• Bodensenkungen,
• Eindringen von Salzwasser,
• und die Austrocknung von Oberflächengewässern und Feuchtgebieten.

Der unkontrollierte Einsatz von Chemikalien und die unachtsame Entsorgung von Abfällen an Land führen zu einer Grundwasserverschmutzung (Hiscock, 2005).

Hauptquellen der Grundwasserverschmutzung:

• Agrochemikalien,
• Industrie- und Siedlungsabfälle,
• Tailings und Prozessabwasser aus Bergwerken,
• Ölfeld-Solegruben,
• undichte unterirdische Lagertanks,
• undichte Rohrleitungen,
• Klärschlamm,
• und septische Systeme

Umfang der Hydrogeologie

Hydrogeologie ist die wissenschaftliche Untersuchung der Eigenschaften, Verteilung und Bewegung des Grundwassers im Erduntergrund. Es handelt sich um ein interdisziplinäres Fachgebiet, das Elemente der Geologie, Hydrologie, Chemie, Physik und Ingenieurwissenschaften vereint. Das Fachgebiet der Hydrogeologie umfasst Folgendes:

1. Untersuchung des Grundwasservorkommens und der Grundwasserverfügbarkeit: Hydrogeologen untersuchen das Vorkommen, die Verteilung und die Verfügbarkeit von Grundwasser im Untergrund. Zur Erkundung des Untergrunds nutzen sie verschiedene Techniken wie geophysikalische Untersuchungen, Bohrungen und Bohrlochmessungen.
2. Grundwasserströmung und -transport: Hydrogeologen untersuchen die Strömung und den Transport von Grundwasser im Untergrund. Sie verwenden numerische Modelle, um die Richtung und Geschwindigkeit des Grundwasserflusses vorherzusagen und den Transport von Schadstoffen im Grundwasser zu simulieren.
3. Charakterisierung von Grundwasserleitern: Hydrogeologen charakterisieren die Eigenschaften von Grundwasserleitern, bei denen es sich um geologische Formationen handelt, die Grundwasser speichern und übertragen. Sie untersuchen die hydraulischen Eigenschaften von Grundwasserleitern wie hydraulische Leitfähigkeit, Durchlässigkeit und Speicherkoeffizient.
4. Grundwasserqualität: Hydrogeologen untersuchen die Qualität des Grundwassers, einschließlich seiner chemischen Zusammensetzung und des Vorhandenseins von Schadstoffen. Sie verwenden verschiedene Techniken zur Probenahme und Analyse von Grundwasser, wie z. B. Pumptests, Schwalltests und Bohrlochprotokollierung.
5. Grundwassermanagement: Hydrogeologen spielen eine Schlüsselrolle bei der Bewirtschaftung der Grundwasserressourcen. Sie nutzen ihre Kenntnisse der Hydrogeologie, um Strategien zur nachhaltigen Nutzung und zum Schutz der Grundwasserressourcen zu entwickeln. Dazu gehören die Gestaltung von Brunnenfeldern, die Verwaltung der Grundwasserneubildung und die Kontrolle der Grundwasserverschmutzung.
6. Wechselwirkung von Grundwasser mit Oberflächenwasser: Hydrogeologen untersuchen die Wechselwirkung von Grundwasser mit Oberflächenwasser wie Flüssen, Seen und Feuchtgebieten. Sie nutzen ihre Kenntnisse der Hydrogeologie, um die Rolle des Grundwassers bei der Aufrechterhaltung des Oberflächenwasserflusses zu verstehen und Strategien für eine nachhaltige Bewirtschaftung der Wasserressourcen zu entwickeln.

Hydrogeologische Untersuchung

Bei der hydrogeologischen Untersuchung werden die Eigenschaften und das Verhalten von Wasser im Untergrund untersucht. Dabei werden verschiedene Werkzeuge und Techniken eingesetzt, um Daten über das hydrogeologische System zu sammeln, beispielsweise über die Geologie und Hydrologie eines Gebiets, die Menge und Qualität des Grundwassers sowie das Potenzial für die Entwicklung und Bewirtschaftung von Wasserressourcen.

Hydrogeologische Untersuchungen sind in vielen Anwendungen wichtig, beispielsweise bei der Planung und Gestaltung von Grundwasserversorgungssystemen, der Identifizierung potenzieller Wasserquellen für Bergbau- oder Industriebetriebe, der Bewertung von Umweltauswirkungen im Zusammenhang mit dem Grundwasser und der Bewertung möglicher Auswirkungen des Klimawandels auf Grundwasserressourcen.

Hydrogeologische Untersuchungen können eine Reihe von Aktivitäten umfassen, wie z. B. geologische Kartierung, hydrologische Datenerfassung, Grundwasserleiterprüfung, Wasserqualitätsanalyse und Computermodellierung des Grundwasserflusses und -transports. Die Ergebnisse hydrogeologischer Untersuchungen können genutzt werden, um fundierte Entscheidungen über die nachhaltige Nutzung und Bewirtschaftung der Grundwasserressourcen zu treffen.

Eine hydrogeologische Untersuchung umfasst mehrere Schritte, darunter:

1. Definieren des Untersuchungsgebiets: Der erste Schritt bei einer hydrogeologischen Untersuchung besteht darin, das Untersuchungsgebiet einschließlich der Lage und Grenzen des Untersuchungsgebiets zu definieren.
2. Daten sammeln: Der nächste Schritt besteht darin, Informationen über die Geologie, Hydrologie und Hydrogeologie des Untersuchungsgebiets zu sammeln. Dazu kann das Sammeln von Daten zur Geologie des Gebiets, zur Oberflächen- und Untergrundhydrologie sowie zu den Grundwasserressourcen gehören.
3. Daten analysieren: Die gesammelten Daten werden anschließend analysiert, um das Vorkommen und die Bewegung von Grundwasser im Untersuchungsgebiet zu verstehen. Dies kann die Analyse geologischer und hydrologischer Daten sowie von Daten zur Qualität und Quantität der Grundwasserressourcen umfassen.
4. Entwicklung eines konzeptionellen Modells: Basierend auf den gesammelten und analysierten Daten wird ein konzeptionelles Modell des Grundwassersystems im Untersuchungsgebiet entwickelt. Dieses Modell hilft zu verstehen, wie sich Grundwasser durch den Untergrund bewegt und wie verschiedene Faktoren es beeinflussen.
5. Testen und Verfeinern des Modells: Das konzeptionelle Modell wird dann durch weitere Datenerfassung und -analyse getestet und verfeinert, um das Verständnis des Grundwassersystems zu verbessern.
6. Berichterstattung über die Ergebnisse: Der letzte Schritt einer hydrogeologischen Untersuchung besteht in der Berichterstattung über die Ergebnisse der Studie, einschließlich etwaiger Empfehlungen für die Bewirtschaftung und Nutzung der Grundwasserressourcen im Untersuchungsgebiet.

Hydrogeologie und menschliche Angelegenheiten

Die Hydrogeologie ist in vielerlei Hinsicht eng mit menschlichen Angelegenheiten verbunden. Hier ein paar Beispiele:

1. Wasserversorgung: Eine der wichtigsten Anwendungen der Hydrogeologie ist die Bewertung und Bewirtschaftung der Grundwasserressourcen für die Wasserversorgung. Hydrogeologen untersuchen und charakterisieren Grundwasserleiter, schätzen die Neubildungsraten und den Grundwasserfluss und entwickeln Modelle, um vorherzusagen, wie Grundwasserleiter auf verschiedene Pumpszenarien reagieren. Diese Informationen werden von Wassermanagern verwendet, um Entscheidungen über die Wasserzuteilung, Brunnenplatzierung und Pumpraten zu treffen.
2. Schadstofftransport: Hydrogeologen spielen auch eine Schlüsselrolle bei der Beurteilung und Bewältigung der Grundwasserverschmutzung. Sie untersuchen die Bewegung von Schadstoffen im Grundwasser, bewerten die Möglichkeit, dass Schadstoffe in Trinkwasserquellen gelangen, und entwickeln Strategien zur Sanierung kontaminierter Standorte. Hydrogeologische Untersuchungen sind häufig Bestandteil von Umweltstandortbewertungen für Industriestandorte, Deponien und andere Altlasten.
3. Landnutzungsplanung: Hydrogeologie ist bei der Landnutzungsplanung wichtig, insbesondere in Gebieten, in denen Grundwasserressourcen anfällig für Kontamination oder Übernutzung sind. Hydrogeologische Untersuchungen können Gebiete identifizieren, die für bestimmte Arten der Bebauung geeignet sind (z. B. Wohnen, Industrie, Landwirtschaft), sowie Gebiete, die vor Bebauung geschützt werden sollten, um die Grundwasserressourcen zu erhalten.
4. Klimawandel: Hydrogeologie ist auch wichtig, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserressourcen zu verstehen. Wenn sich Niederschlags- und Evapotranspirationsmuster ändern, werden wahrscheinlich die Grundwasserneubildungsraten und die Grundwasserströmungsmuster beeinflusst. Hydrogeologische Untersuchungen können helfen, vorherzusagen, wie Grundwasserleiter auf diese Veränderungen reagieren werden, und Gebiete zu identifizieren, die besonders anfällig für Dürre oder andere Auswirkungen sind.

Insgesamt ist die Hydrogeologie ein wichtiges Fachgebiet, das zu unserem Verständnis der Wasserressourcen und ihrer Wechselwirkung mit menschlichen Aktivitäten beiträgt.

Geschichte der Hydrogeologie

Die Geschichte der Hydrogeologie reicht zurück bis in antike Zivilisationen wie die Griechen und Römer, die sich für den Ursprung und die Bewegung des Grundwassers interessierten. Die erste dokumentierte wissenschaftliche Untersuchung des Grundwassers wurde im 15. Jahrhundert von Leonardo da Vinci durchgeführt. Er schlug vor, dass die Bewegung des Wassers durch die Erde durch die Hitze und Schwerkraft der Sonne angetrieben wird.

Im 18. und 19. Jahrhundert wurden auf dem Gebiet der Hydrogeologie bedeutende Fortschritte erzielt. Wissenschaftler begannen, Theorien über den Grundwasserfluss und die Beziehung zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser zu entwickeln. Die Entwicklung neuer Technologien wie Bohrgeräte und Pumpen ermöglichte den Bau von Brunnen und die Messung des Grundwasserspiegels. Dies führte zu einem besseren Verständnis der Quantität und Qualität der Grundwasserressourcen.

Im 20. Jahrhundert gewann die Hydrogeologie zunehmend an Bedeutung für die Bewirtschaftung der Wasserressourcen und den Umweltschutz. Die Entwicklung neuer Techniken wie geophysikalische Untersuchungen und Computermodellierung ermöglichten eine genauere und effizientere Grundwassererkundung und -bewirtschaftung. Heute spielen Hydrogeologen eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Nachhaltigkeit der Grundwasserressourcen und beim Schutz der Umwelt vor Verschmutzung.

Wasserkreislauf

Das Wasser auf unserem Planeten Erde kommt in drei Phasen vor: fest, flüssig und gasförmig.

Der Wasserkreislauf, auch Wasserkreislauf genannt, ist der Prozess, durch den sich Wasser durch die Systeme der Erde bewegt. Der Zyklus umfasst die folgenden Schritte:

1. Verdunstung: Der Prozess, bei dem Wasser von einer Flüssigkeit in ein Gas übergeht, normalerweise von der Oberfläche von Ozeanen, Seen und Flüssen oder vom Boden.
2. Transpiration: Der Prozess, bei dem Wasser von Pflanzen aufgenommen und an die Atmosphäre abgegeben wird.
3. Kondensation: Der Prozess, bei dem Wasserdampf in der Atmosphäre abkühlt und wieder in flüssige Form übergeht und Wolken bildet.
4. Niederschlag: Der Prozess, bei dem Wasser in Form von Regen, Schnee, Graupel oder Hagel aus der Atmosphäre fällt.
5. Infiltration: Der Prozess, bei dem Wasser in den Boden eindringt und von Boden und Gestein aufgenommen wird.
6. Abfluss: Der Prozess, bei dem Wasser, das nicht in den Boden eindringt, über die Erdoberfläche fließt und schließlich in Bäche, Flüsse und Ozeane gelangt.

Der Wasserkreislauf spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Wassermenge und -verteilung auf der Erdoberfläche und im Boden, was für die Erhaltung des Lebens und die Unterstützung verschiedener Ökosysteme wichtig ist.

Verdampfung des Wassers aus den Oberflächengewässern (Meer, See und Fluss) und der Landoberfläche und Transpiration aus der Vegetation produziert Wolken.

Wenn geeignete meteorologische Bedingungen vorliegen, Niederschlag tritt als Regen, Schnee usw. auf und fällt auf Land oder Oberflächengewässer.

Ein Teil des Niederschlags, der auf das mit Vegetation bedeckte Land fällt, kann von Pflanzen zurückgehalten werden. Dieser Teil heißt Abfangen.

Dieser Teil verdunstet im Allgemeinen wieder in die Atmosphäre.

Ein sehr kleiner Teil des auf den Pflanzen gespeicherten Wassers fällt über die Blätter auf den Boden. Dieser Teil wird als benannt bis zum Herbst.

Niederschlag, der auf die Landoberfläche fällt gelangt über verschiedene Wege in den Wasserkreislauf.

Der Teil des Niederschlags, der die Bodenoberfläche erreicht, benetzt zunächst den Boden und das Gestein.

Manche Wasser kann vorübergehend sein auf der Landoberfläche gespeichert wie Eis und Schnee oder Wasser in Pfützen. Dies ist bekannt als Depressionsspeicherung.

Ein Teil des Regens oder schmelzenden Schnees fließt über das Land in einen Bach, einen See oder ein Meer. Dies wird als bezeichnet Überlandströmung or Oberflächenströmung.

Wenn der Boden oder das Gestein an der Oberfläche porös ist, sickert etwas Regen oder schmelzender Schnee in den Boden ein. Dieser Vorgang wird aufgerufen Infiltration.

Ein Teil des eingedrungenen Wassers wird darin gespeichert vadose zone (oder Zone der Belüftung).

Die Boden- und Gesteinsporen in der Vadose-Zone enthalten sowohl Wasser als auch Luft.

Das Wasser in der Vadose-Zone wird aufgerufen Vadose-Wasser.

An der Spitze der Vadose-Zone befindet sich der Gürtel von Bodenwasser.

Einige Teile der Fluten in Senken, in der Vadose-Zone gespeichert und als Überlandfluss fließend verdunstet.

Die Pflanzen nutzen das Bodenwasser und geben es dann durch einen sogenannten Prozess als Dampf an die Atmosphäre ab Transpiration.

Die Verdunstung von der Landoberfläche, den Gewässern und die Transpiration von Pflanzen werden zusammengefasst als Evapotranspiration.

Das in den Boden oder das Gestein eindringende Wasser kann sich in der Vadose-Zone darüber seitlich bewegen Grundwasserspiegel in Richtung tieferer Lagen.

Dieses Wasser heißt Zwischenfluss or Untergrundströmung.

Ein Teil des eingedrungenen Wassers; kann bis zum Grundwasserspiegel gelangen Versickerung, Grundwasserspeicher auffüllen.

Dann bewegt sich das Wasser dort horizontal werdend Grundwasserfluss (oder Grundfluss).

Oberflächen-, Untergrund- und Grundwasserströme schließlich erreichen Meer, See und Bach und von dort aus wieder in die Atmosphäre verdampfen.

In einer gewissen Tiefe sind die Poren des Bodens oder Gesteins mit Wasser gesättigt.

Die Spitze des Zone der Sättigung wird als Grundwasserspiegel (oder Grundwasserspiegel).

Wasser, das in der Sättigungszone gespeichert ist, wird als bezeichnet Grundwasser.

Grundwasser bewegt sich as Grundwasserfluss durch die Gesteins- und Bodenschichten der Erde.

Grundwasser Entladungen als Feder oder als Versickerung in einen Teich, See, Bach, Fluss, Meer oder Ozean.

Die Abbildung zeigt die wichtigsten Stauseen und die Wege, auf denen Wasser von einem Stauseen zum anderen gelangen kann.

Magmatisches Wasser ist in Magmen tief in der Erdkruste enthalten.

Gelangt das Magma an die Erdoberfläche oder den Meeresboden, wird das magmatische Wasser dem Wasser im Wasserkreislauf hinzugefügt (Fetter, 2001).

Hydrologische Prozesse laufen selten völlig unbeeinflusst von menschlichen Aktivitäten ab; Mit anderen Worten: Menschliche Aktivitäten führen zu Veränderungen dieser Prozesse.

Das Wichtigste Aktivitäten, die zu Änderungen führen in den hydrologischen Prozessen sind;

• künstlicher Niederschlag,
• Veränderungen in der Vegetationsdecke (Aufforstung, Entwaldung, Veränderung des Vegetationstyps),
• Urbanisierung,
• Bau von Staudämmen an den Flüssen,
• Bewässerung,
• Drainage,
• Entnahme von Grund- und Oberflächenwasser.

Globale Verteilung des Wassers

Das Wasser auf der ganzen Erde ist Im Gleichgewicht.Salzwasser in den Ozeanen

macht 97.25 % aus.Landmassen und die Atmosphäre enthalten also 2.75 %.Eiskappen und Gletscher 2.05 % haltenGrundwasser bis zu einer Tiefe von 4 km macht 0.68 % aus,Süßwasserseen 0.01%,Bodenfeuchtigkeit 0.005%, Flüsse 0.0001% und Biosphäre 0.00004%

Über uns 75% des Wassers in Landgebieten ist eingeschlossen Gletschereis oder ist Salztonebene.

Das verbleibende Viertel des Wassers in Landflächen, rund 98% is unterirdisch gelagert.

Nur eine sehr kleine Menge Süßwasser, die Menschen und anderen Lebewesen zur Verfügung steht.

Nimmt man das konstante Wasservolumen in einem bestimmten Reservoir und dividiert es durch die Geschwindigkeit der Wasserzugabe (oder des Wasserverlusts) zu diesem (aus dem Reservoir), erhält man die Berechnung von a Aufenthaltszeit für dieses Reservoir.

Die Zeit, die ein Wassermolekül im Wasser verbringt Ozean und Meer mehr als 4 000 Jahre.

Seen, Flüsse, Gletscher und flaches Grundwasser haben Verweilzeiten zwischen Tagen und Tausenden von Jahren.

Grundwasser Die Verweilzeiten variieren zwischen etwa 2 Wochen und 10 Jahren und länger.

Eine ähnliche Schätzung für Flüsse ergibt einen Wert von ca. 2 Wochen.

Beckeneigenschaften

Unter Beckeneigenschaften versteht man die physikalischen, geologischen und hydrologischen Eigenschaften eines Wassereinzugsgebiets oder Flusseinzugsgebiets, die die Menge und Qualität des darin verfügbaren Wassers beeinflussen. Zu den wichtigen Eigenschaften des Beckens gehören:

1. Größe und Form: Die Größe und Form eines Beckens bestimmt die Fläche, aus der das Wasser gesammelt wird, und die Wassermenge, die darin gespeichert werden kann.
2. Topographie: Die Topographie eines Beckens bestimmt die Fließrichtung des Wassers und beeinflusst die Geschwindigkeit des Oberflächenabflusses.
3. Geologie: Die Geologie eines Beckens bestimmt die Art der vorhandenen Gesteine ​​und Böden, die die Speicherung und Bewegung des Grundwassers beeinflussen können.
4. Bodeneigenschaften: Bodeneigenschaften wie Beschaffenheit, Struktur und Durchlässigkeit beeinflussen die Geschwindigkeit der Wasserinfiltration in den Boden und die Wassermenge, die im Boden gespeichert werden kann.
5. Vegetationsbedeckung: Die Vegetationsbedeckung beeinflusst die Infiltrations- und Evapotranspirationsrate, die wichtige Prozesse im Wasserkreislauf sind.
6. Klima: Das Klima spielt eine wichtige Rolle im Wasserkreislauf, da Temperatur, Niederschlag und Evapotranspirationsraten die Menge und Verteilung des Wassers innerhalb eines Beckens beeinflussen.
7. Landnutzung: Landnutzungsänderungen wie Urbanisierung oder Entwaldung können erhebliche Auswirkungen auf den Wasserkreislauf haben, indem sie den Oberflächenabfluss, die Versickerungsraten und die Evapotranspiration verändern.

Bibliographie

• Professor Doktor. FİKRET KAÇAROĞLU, Vorlesungsskript, Muğla Sıtkı Koçman Universität
• Domenico, PA, Schwartz, FW, 1990. Physikalische und chemische Hydrogeologie. John Wileyand Sons, USA, 824 S.
• Fetter, CW, 2001. Angewandte Hydrogeologie (Vierte Auflage). Prentice Hall, USA, 598 S.
• Hiscock, K., 2005, Hydrogeologie. Blackwell Publishing, 389p.
• Younger, PL, 2007, Grundwasser in der Umwelt. Blackwell Publishing, 318 S.
• Usul, N., Ingenieurhydrologie. METU Press, Ankara, 404 S.
• Newson, M., 1994. Hydrologie und die Flussumwelt. Universität Oxford Pres, UK, 221 S.