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Die horizontale
und vertikale Zirkulation von dampfförmigen
und flüssigen Wasser stellen einen Wasserkreislauf
zwischen den verschiedenen Wasserspeichern
(z.B. Gletscher, Ozeane bzw. Meere, Binnenseen, Flüsse)
durch Verdunstung, Niederschlag
(Regen, Schnee, Hagel), Sickerung und Abfluss
her. Der Kreislauf wird durch die Sonneneinstrahlung
und der Schwerkraft hervorgerufen. |
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Quellen sind
Stellen an denen das Grundwasser natürlich
an die Geländeoberfläche austritt. Diese
meistens eng begrenzten Orte können natürlich
sein oder technisch erschlossen werden. Das in den
Boden bzw. das Gestein eindringende Wasser wird an einer schwer-
bis undurchlässigen Schicht gestaut und fließt
an dieser unterirdisch ab oder tritt zu Tage. Die vorhandenen morphologischen
und hydrogeologischen Verhältnisse sind die Grundlage
des Auftreten der Quellen. Dabei sind die Lagerungsverhältnisse
des Gesteins und die Tektonik (Aufbau
der Erdkruste) bestimmend für die Art und den Umfang der Bewegung
und Speicherung des Grundwassers.
Wenn das fließende oder gespeicherte Wasser nicht natürlich
austritt, dann kann es durch Brunnen an die Erdoberfläche
gefördert werden. |
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Die Art und
die Ursache des Austreten des Grundwassers
wird von dem jeweiligen hydrostatischen Druck beeinflusst.
Hier unterscheidet man zwischen freiem Grundwasser,
bei dem der Druck an der Grundwasseroberfläche dem atmosphärischem
Druck entspricht, und gespanntes Grundwasser,
bei dem der Druck an der Grundwasseroberfläche ist größer
als der atmosphärische Druck. |
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Quellenarten |
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Spaltquelle |
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Quelle:
Österreichisches Normungsinstitut |
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Bei einer Spaltquelle
(Höhlen-, Kluft-, Karst- oder Felsenquelle) tritt das
Wasser aus einer im festen Gestein befindlichen Spalte
auf natürlicher Weise an die Geländeoberfläche
aus. Die Quellenfassung wird abhängig
von den geologischen Gegebenheiten in einem "Stollen",
"Graben" oder einer Quellstube durchgeführt. |
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Quelle:
Österreichisches Normungsinstitut |
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Bei einer Schichtquelle
tritt das Wasser an der Grenze zwischen
einer durchlässigen und einer weniger
durchlässigen oder undurchlässigen
Schicht auf natürlicher Weise an die Geländeoberfläche
aus. Bei dieser Quellenart können auch mehrere Austritte
in der weiteren Umgebung vorhanden sein. |
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Überlaufquelle |
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Quelle:
Österreichisches Normungsinstitut |
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Bei der Überlaufquelle
tritt angestautes Wasser auf natürlicher Weise an die
Geländeoberfläche aus. Das Wasser wird vor dem
Quellaustritt an einer undurchlässige Schicht,
die zur Geländeoberfläche ansteigt (Schwelle),
so lange angestaut bis es überläuft. |
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Artesische Quelle - Stauquelle
Bei der Artesischen Quelle
(Stauquelle, Verwerfungsquelle) tritt das Wasser durch eine in der stauenden
Schicht befindliche Öffnung bzw. Schwachzone
(Verwerfung) aus. Das Wasser ist in dieser Schicht, in der gering- bzw.
undurchlässige Schichten einen Grundwasserleiter überlagern,
"gespannt" bzw. der Druck ist höher
als der atmosphärische Druck. Das Wasser kann, je nach dem vorhandenen
Druck und der Größe der
vorhandenen Öffnung, als dauerde Fontäne
oder als Rinnsal an der Geländeoberfläche
austreten. Beide Austrittsformen bilden den Beginn
eines Baches bzw. Flusses. Wenn das
Wasser in einer Senke austritt, bildet sich an dieser
Stelle ein See (Druckwassersee, Artesischer Quellsee,
Quellbeckensee), dessen Wasser am Überlauf auch
der Beginn eines Baches bzw. Flusses ist.
Die Fontäne bei einem
Geysir hat
nichts mit einer artesischen Quelle zu tun, weil dort
das Wasser durch schwache und starke Eruptionen
an die Geländeoberfläche austritt. Diese
können regelmäßig und unregelmäßig auftreten.
Wenn das Wasser an der Austrittsstelle durch eine Absperrvorrichtung
entnommen wird, spricht man von einem Artesichen
Brunnen. Bei einer ausreichenden Wassermenge kann die
Quelle bzw. der Brunnen auch zur Stromerzeugung
genutzt werden. |
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Artesischer
Quellsee
Ein Artesischer Quellsee (Druckwassersee, Quellbeckensee)
entsteht durch hochsteigendes bzw. nach oben drückendes
(gespanntes) Grundwasser. Dabei füllen sich Senken
oder tiefer gelegene Geländeteile. Man erkennt sie daran, dass
sie keinen erkennbaren Zufluss haben. In der Regel
haben sie einen Ablauf, der auch eine Quelle
es Baches oder Flusses ist. Je nach
dem Grundwassernachschub kann der Pegel
im See stark schwanken.
Andere Druckwasserseen:
- Quellseen sind Quellen, die so stark schütten,
dass sie einen Seespiegel konstant halten (Seen an
Berg- und Hangfüßen ohne oberflächlichem Zulauf, Quelltöpfe)
- Durch übermässiges Ansteigen des Grundwasserspiegels,
z. B. bei Hochwasser, können Seen (Temporäre Gewässer)
entstehen.
- Durch Druckwasser bei dem Bau eines
Deiches können sich durch Sekundärerscheinungen
der technischen Veränderung der Grundwasserverhältnisse
Seen bilden.
- Hydrothermale Seen bilden sich, wenn Wasser durch
Erwärmung in der Tiefe hochgedrückt
wird (z. B. Seen um Geysire)
Grundwasserseen sind keine Druckwasserseen.
Bei denen sammelt sich das Wasser
nur durch die Eintiefung der Oberfläche.
Hier ist der Grundwasserspiegel angeschnitten und er
liegt offen (z. B. Baggerseen). Bei starken Regenfällen
entstehen Tümpel, wenn die Wassermengen nicht
mehr im Boden versickern können und sich in Senken sammeln (Wasseransammlung
durch Bodensättigung).
Nussensee
- Druckwassersee |
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Quellfassung
Die Fassung einer Quelle wird in der
Regel mit gelochten Kunststoffrohren durchgeführt.
Diese liegen in einem Filter aus gewaschenem
Kies mit abgestuften Korngrößen.
In dem Fassungsbereich darf kein Oberflächenwasser
eindringen und muss mit einer wasserundurchlässigen Schicht aus
Lehm oder Beton abgedeckt werden. Damit das einsickernde Niederschlagswasser
leichter abfließen kann, sollte die Abdeckung mit Gefälle
aufgebracht werden. Danach wird das wieder eingebrachte Erdmaterial
verdichtet. |
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Quellfassung
- Schichtquelle |
Quelle:
SWG |
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Dabei ist auf
eine gute Anbindung zum gewachsenen Boden zu achten. Außerdem
sollte der Fassungsbereich wieder mit Gras bepflanzt
werden. Tiefwurzelnde Pflanzen dürfen in diesem Bereich
nicht verwendet werden. Die Lage der Quellfassung
ist im Gelände sichtbar zu kennzeichen,
z. B. mit blau gefärbten Markierungen. |
Von der Quellfassung
gelangt das Wasser anschließend in den Sammelschacht.
Dieser dient zum Sammeln bzw. Speichern von Wasser aus
einer oder mehreren Quellen. Die Bauweise erfolgt in den
meisten Fällen in Ortbeton-Ausführung.
Bei Kleinanlagen kommen auch runde Quellstuben
aus Kunststoff zum Einsatz. Der Sammelschacht
besteht ein aus einem Absetzbecken (Sandfang),
einem Entnahmebecken und einer begehbaren
Trockenkammer (Trockeneinstieg). Jede Quelle
sollte einzeln in den Sammelschacht eingeleitet
werden, damit jede Quelle auf die Wasserqualität
überprüft und das Wasser bei Verunreinigung
abgeleitet werden kann. |
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Golfquelle |
Quelle:
TI Fichtelgebirge |
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Viele kleine
Quellen werden nicht zur Trinkwassernutzung
ver- wendet. Sie werden an der Austrittsöffnung besonders
gestaltet und laufen frei in das Gelände ab. |
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Saalequelle |
Quelle:
TI Fichtelgebirge |
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Geysir |
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Der
Geysir Strokkur ("Butterfass") |
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Kalter
Geysir in Andernach |
Quelle:
Geysir.info gGmbH |
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Bei einem Geysir
tritt das Wasser durch schwache und starke Eruptionen
an die Geländeoberfläche aus. Diese können
regelmäßig und unregelmäßig auftreten.
Sie werden in heiße und kalte
Geysire unterteilt. |
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Die Voraussetzung
für einen heißen Geysir
sind ein Grundwasserleiter, eine Wärmequelle
(Plume), ein Reservoir (Wasserspeicher-
bzw. -kammer) und ein Leitungssystem
mit Verengung zur Geländeoberfläche.
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Das versickernde
Wasser sammelt sich in einer Kammer (Reservoir)
und wird durch die Wärme einer Magmakammer
auf über 100 °C erhitzt. Der
Druck der in dem Leitungssystem befindlichen
Wassersäule verhindert eine Dampfbildung,
die erst stattfindet, wenn der Siededruck
überschritten wird. Die sich bildenden Dampfblasen
steigen durch die Engstellen nach oben
und drücken einen Teil der Wassersäule nach
außen. In diesem Moment sinkt der Druck im Leitungssystem
stark ab und das überhitzte Wasser
geht schlagartig in Dampf über.
Dadurch können Fontänen bis
zu 83 m Höhe (Yellowstone-Nationalpark)
entstehen. Die Eruptionshöhe ist
hauptsächlich von der Form der Geysiröffnung
abhängig. |
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Ein "kalter"
Geysir wird durch
Kohlenstoffdioxid (CO2)
aktiviert, das aus Magma-Vorkommen in
großer Tiefe austritt. Das Gas trifft in mehreren
hundert Metern unter der Erdoberfläche auf tiefe
Grundwasserschichten. Durch den hohen
Druck in diesem Bereich kann sich eine sehr
große Menge an CO2
in dem rund 25 °C warmen Wasser lösen. Wenn der
kritischen Punkt erreicht ist, an dem
kein CO2 mehr gelöst werden kann, steigt
das überschüssige Gas durch Risse und Klüfte
im Gestein, die mit Wassergefüllt sind, nach oben.
Aufgrund des geringer werdenden Druckes vergrößern
sich die Gasbläschen, dehnen sich aus und verdrängen
das Wasser nach oben. Diese Gasblasen reißen das
Wasser mit sich in die Höhe und der Geysir bricht
aus. Der Kaltwasser-Geysir in Andernach
baut eine stetig höher wachsende Wasserfontäne
auf, die in Spitzen schließlich bis zu 60
m Höhe erreicht. |
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Quellwasser
Eine Unterform des Mineralwassers
ist Quellwasser. Es handelt sich um frei zutage tretendes
Grundwasser aus unterirdischen Wasservorkommen. Dabei
handelt es sich um Oberflächenwasser, das auf
seinem Weg in die Tiefe verschiedene Gesteinsschichten
durchläuft und dadurch natürlich gefiltert wird. Bei dem
Vorgang lösen sich Mineralsalze und Spurenelemente
aus dem Gestein. Das Wasser bekommt einen speziellen Geschmack
und bestimmte physiologische Wirkungen. Es kommt
hauptsächlich in den Mittelgebirgen und im Alpenraum
vor. In den meisten Fällen ist es so rein, dass
es als Mineralwasser abgefüllt oder als Trinkwasser
verwendet werden kann. Oberflächennahes Quellwasser
ist nicht immer als Trinkwasser
geeignet. |
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Grundwasser
Nach der DIN 4049 wird "unterirdisches
Wasser" als Grundwasser bezeichnet,
das die Hohlräume der Erdrinde
zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich
oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch
die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt
wird.
Grundwasser unterliegt nur der Gravitationskraft
und dem hydrostatischen Druck. Es bewegt sich (fließt)
vorwiegend horizontal durch die Hohlräume der Erdrinde.
Nicht zum Grundwasser zählt das hygroskopisch,
durch die Oberflächenspannung sowie durch Kapillareffekte gebundene
unterirdische Wasser der ungesättigten Bodenzone (Bodenfeuchte,
Haftwasser). Auch das sich vorwiegend vertikal bewegende Sickerwasser
in der ungesättigten Bodenzone gehört nicht
zum Grundwasser.
Die "Hohlräume der Erdrinde" sind je
nach geologischer Beschaffenheit des Untergrunds: Poren (Klastische
Sedimente und Sedimentgesteine wie z. B. Sand, Kies, Schluff), Klüfte
(z. B. Granit, Quarzit, Gneiss, Sandsteine) oder durch Lösung
entstandene große Hohlräume (z. B. Kalkstein). Man unterscheidet:
Porengrundwasser, Kluftgrundwasser
und Karstgrundwasser.
Grundwasser nimmt am Wasserkreislauf teil. Die Verweilzeit
reicht von unter einem Jahr bis hin zu vielen
Millionen Jahren. Sehr alte Grundwässer werden auch
als fossiles Grundwasser bezeichnet, z. B. das unter
der Sahara. |
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