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Grenzbedingungen |
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Randbedingungen, sind im hydrogeologischen Sinne hydraulische Begrenzungen (Grenzflächen) eines Grundwasserleiters, z.B. Flüsse und Seen, Änderungen der Mächtigkeit eines Grundwasserleiters oder tektonische Störungen. Prinzipiell lassen sich positive oder ernährende Grenzbedingungen, wie z.B. Flüsse oder Seen, die Wasser in einen Grundwasserleiter abgeben, von negativen oder nicht ernährenden Grenzbedingungen, z.B. ein weitgehend wasserundurchlässiges Festgesteinsmassiv als Grenze eines Porengrundwasserleiters, unterscheiden (Abb.). Bei der Auswertung von Pumpversuchen in Grundwasserleitern mit Grenzbedingungen ist nun eine wichtige und grundlegende Annahme, nämliche die unendliche laterale Ausdehnung des Grundwasserleiters, nicht mehr erfüllt. Breitet sich der Absenktrichter einer Grundwasserförderung bis zu einer positiven Randbedingung, z.B. dem Ufer eines Flusses, aus, so kommt es zur Infiltration von Flusswasser in den Grundwasserleiter, die eine weitere Absenkung des Wasserspiegels im Bereich der Grenzbedingung verhindert. Der Absenktrichter entwickelt sich nun so, als ob ein spiegelbildlich (mit dem Fluss als Spiegelfläche) zum Förderbrunnen gelegener Brunnen (imaginärer Injektionsbrunnen) Wasser in den Grundwasserleiter mit der gleichen Rate wie der Förderbrunnen einspeisen würde. Bei einer negativen Grenzbedingung tieft sich ein Absenktrichter beschleunigt ein, nachdem er an einer hydraulischen Barriere angelangt ist. Dieses reale System lässt sich durch ein hydraulisches System ersetzen, bei dem ein spiegelbildlich zum realen Förderbrunnen angeordneter Förderbrunnen (imaginärer Brunnen) mit derselben Förderrate Grundwasser aus dem Untergrund entnimmt. Stallman hat 1963 ein Typkurvenverfahren entwickelt, das auf hydraulischen Ersatzsystemen mittels imaginärer Brunnen basiert und eine Auswertung von Pumpversuchen in Grundwasserleitern mit Grenzbedingungen ermöglicht.
Grenzbedingungen: a) Absenktrichter bei positiver Grenzbedingung (oben) und hydraulisches Ersatzsystem (unten); b) Absenktrichter bei negativer Grenzbedingung (oben) und hydraulisches Ersatzsystem (unten) (m = wassererfüllte Mächtigkeit, Q = Entnahmerate, a = Abstand zwischen Förderbrunnen und Randbedingung, si = Aufhöhungskomponente des Imaginärbrunnens, sr = Absenkungskomponente des Realbrunnens). |
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