Entwicklung einer Untersuchungsmethode zur Bestimmung der hydraulischen Anisotropie

Ruth Maier1, Carsten Leven1, Daniel Strasser2, Bernhard Odenwald2, Olaf A. Cirpka1
1 Universität Tübingen
2 Bundesanstalt für Wasserbau

6.1 in Hydrogeologie in der Praxis

27.03.2020, 09:45-10:00, Händel-Saal

Bei der Planung und Dimensionierung von Wasserhaltungsmaßnahmen in großen Bauprojekten spielt die hydraulische Durchlässigkeit K des Grundwasserkörpers am Baustandort eine fundamentale Rolle. In fluvialen Kiesgrundwasserleitern führt die durch gerichtete Sedimentationsprozesse entstehende horizontale Schichtung von unterschiedlichem Material zu einer hydraulischen Durchlässigkeit, die horizontal zur Schichtung höher ist als vertikal zur Schichtung. Diese Richtungsabhängigkeit von K, bezeichnet als hydraulische Anisotropie, hat einen wesentlichen Einfluss auf die räumliche Ausbreitung des Absenkungstrichters, wenn der Grundwasserspiegel durch Pumpen abgesenkt wird: Durch die deutlich höhere Durchlässigkeit in horizontaler Richtung nimmt die horizontale Ausdehnung des Absenkungstrichters zu, während die geringere Durchlässigkeit in vertikaler Richtung die vertikale Ausdehnung reduziert. Eine Vernachlässigung der hydraulischen Anisotropie in der Planung von Wasserhaltungsmaßnahmen kann daher zu einer deutlichen Unterschätzung des benötigten Aufwands führen, um die Baugrundsohle durch Pumpmaßnahmen trocken zu halten. Um daraus resultierende zusätzliche Kosten zu vermeiden, ist es erforderlich den Unterschied zwischen horizontaler und vertikaler hydraulischer Durchlässigkeit zu bestimmen. Klassische geohydraulische Untersuchungsmethoden eignen sich jedoch nur bedingt, um die hydraulische Anisotropie von Sedimentkörpern zu ermitteln. 

Wir entwickeln eine Untersuchungsmethode basierend auf der Inversion von stationären Pumpversuchen, die in ihrem Aufbau und ihrer Durchführung dem Prinzip einer hydraulischen Tomographie ähneln: Um eine möglichst hohe Sensitivität bezüglich der hydraulischen Anisotropie zu erhalten, wird Grundwasser in einem in mehreren Abschnitten teilverfilterten Brunnen entnommen. Gleichzeitig wird die dadurch erzeugte Absenkung des Grundwasserspiegels tiefenorientiert in umliegenden Beobachtungspegeln erfasst. Um unser Messprinzip in seiner Anwendung zu testen, wurde im hochdurchlässigen, 40m mächtigen Kiesgrundwasserleiter der Nauenburg Formation im Oberrheingraben ein neuer Großbohrbrunnen mit drei voneinander abgetrennten Filterstrecken errichtet. Im umliegenden Bereich wurden Messstellenbündel in vier Richtungen zum Brunnen installiert. 

Im neu errichteten Messfeld werden Pumpversuche durchgeführt. Dabei wird jede Filterstrecke des Brunnens durch den Einbau eines Doppelpackersystems von den jeweils anderen Filterstrecken abgetrennt, um die Grundwasserentnahme sequentiell in unterschiedlichen Tiefen durchzuführen. Die Entnahmerate wird hierbei möglichst hoch angesetzt um auch in weit entfernten Messstellen ein aussagekräftiges Signal zu erhalten. Die bei der Durchführung der Pumpversuche erfassten Messdaten dienen der anschließenden Modellkalibrierung eines radial symmetrischen Grundwassermodells. Basierend auf den Ergebnissen soll eine genaue Aussage über den Unterschied zwischen horizontaler und vertikaler hydraulischer Durchlässigkeit ermöglicht werden.



Allegro, M. (2006): What does it mean? – In: Turm, P., Bauer, B. & LÄUfer, R. (eds.): Guess what. Springer, 16-44; Hintertux.

Rusitzka, E. & Jubitz, K.-B. (1968): Trias. – In: Grundriß der Geologie der DDR, Bd. 1: 268-89; Berlin.

Wolburg, J. (1969): Die epirogenetischen Phasen der Muschelkalk und Keuper Entwicklung Nordwest Deutschlands, mit einem Rückblick auf den Buntsandstein. – Geotekt. Forsch., 32: 1-65; Stuttgart.



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