Hydrogeologie der nichtverkarstungsfähigen Festgesteine

1. Zur Einführung.- 1.1 Problemstellung.- 1.2 Anwendungsbereiche und Bedeutung für die Praxis.- 2. Hohlräume im nichtkarbonatischen Festgestein und im Gebirge.- 2.1 Allgemeines.- 2.2 Poren im Gestein.- 2.2.1 Definitionen.- 2.2.2 Porenraum von mittel- und grobklastisdien Festgesteinen.- 2.2.3 Porenraum von tonigen Festgesteinen.- 2.2.4 Porenraum von Tuffgesteinen, pyroklastischen und Lavagesteinen.- 2.2.5 Porenraum in plutonischen, vulkanischen und metamorphen Gesteinen.- 2.3 Fugen (Trennfugen) im Gebirge.- 2.3.1 Schichtfugen.- 2.3.2 Klüfte.- 2.3.3 Schieferungsfugen.- 2.3.4 Scherfugen.- 2.3.5 Störungen.- 2.4 Hohlungen in festen und halbfesten Gesteinen.- Literatur.- 3. Grundlagen zur hydrogeologisdien Beurteilung nichtkarbonatischer Festgesteine.- 3.1 Der Aquifer im festen Gebirge.- 3.2 Allgemeines zur Gesteins- und Gebirgsdurchlässigkeit.- 3.3 Porendurchlässigkeit bei Festgesteinen (Permeabilitat).- 3.4 Fugendurdilässigkeit des aus nicht verkarstungsfahigen Festgesteinen aufgebauten Gebirges.- 3.4.1 Strömung in Klüften und Störungen.- 3.4.2 Geologische und hydrogeologische Erkundung zur groben Abschätzung der Wegsamkeit des Gebirges.- 3.4.3 Pumpversuche zur Bestimmung der Gebirgsdurchlässigkeit.- Pumpversuche mit stationären Bedingungen.- Pumpversuche mit nichtstationären Bedingungen.- 3.4.4 Vergleiche der Gesteinsdurdilässigkeiten mit Pumpergebnissen.- 3.4.5 Weitere Methoden zur Abschätzung der Gebirgsdurchlässigkeit.- 3.4.5.1 Auffüllversuche bei Bohrlöchern.- 3.4.5.2 Geophysikalische Transmissivitätsmessungen mit Hilfe des ,,Einschwingverfahrens"für den Grundwasserspiegel in Brunnen bei Festgesteinen.- 3.4.5.3 Flußmesser (flowmeter)-Messungen in Bohrlöchern.- 3.4.5.4 Färbe-, Salzungs- und Isotopenimpfversuche sowie Temperaturmessungen.- 3.4.5.5 Auswertung von Grundwasserhöhengleichen-Plänen.- 3.4.5.6 Auswertung von Korngrößenuntersuchungen.- 3.5 Grundwasserabfluß und -erneuerung und ihr Bezug zum geologischen und lithologischen Aufbau des Gebirges.- 3.5.1 Grundwasserhaushalt -- Abtrennung des Grundwasserabflusses.- 3.5.2 Trockenwetterabflußkurve und ihre Beziehung zu den geologischen Verhältnissen.- 3.5.3 Ermittlung von Gebieten erhöhter Grundwasserspende aus Niedrigwasserabflüssen in lithologisch einförmigen Gebieten.- 3.6 Zur Chemie des Grundwassers in Festgesteinen.- 3.6.1 Grundwasserbesdiaffenheit in magmatischen Gesteinen und Metamorphiten.- 3.6.2 Grundwasserbesdiaffenheit in konsolidierten, niditkarbonatischen Sedimentgesteinen.- 3.6.3 Widitige gelöste Bestandteile im Grundwasser von Festgesteinen.- Schwermetalle.- Barium und Strontium.- Lithium.- Brom und Jod.- Fluor und Bor.- Chlor.- Literatur.- 4. Berechnungsgrundlagen und Rechenverfahren für Wasserströmung in Trennfugen.- 4.1 Problemstellung.- 4.2 Berechnungsgrundlagen.- 4.3 Berechnungsverfahren.- Literatur.- 5. Grundwasservorkommen und Wassergewinnung in verschiedenartigen Gesteinsbereichen und ausgewählten Grundwasserlandschaften.- Vorbemerkung.- 5.1 Magmatite des kristallinen Grundgebirges.- 5.1.1 Fennoskandia.- 5.1.2 Böhmisdie Masse (mit einem Beitrag von R. Hohl).- 5.1.3 Sonstige Kristallingebiete im westeuropäisdien Raum (mit einem Beitrag von R. Hohl).- 5.1.4 Kristallingebiete in Afrika, Nord- und Südamerika.- 5 1.5 Zusammenfassung der Erfahrungen für den Bereich der Magmatite.- a) Gewinnbare Wassermengen.- b) Wasserqualität.- c) Wasserbedarfsdeckung.- d) Maßnahmen zur Erkundung und Gewinnung.- Literatur.- 5.2 Metamorphite (Gneise, Glimmerschiefer, Phyllite (mit Beiträgen von R. Hohl).- Gneise.- Glimmerschiefer und Phyllite.- Literatur.- 5.3 Niditkarbonatische Gesteine des gefalteten Palaozoikums in Europa (Quarzite, Sandsteine, Konglomerate, Grauwacken, Siltsteine, Tonsteine, Diabase, Schalsteine, Keratophyre und Tuffe).- 5.3.1 Rheinisches Sdiiefergebirge.- Quarzite.- Sandsteine, Grauwacken und Misdigesteine.- Siltsteine, Tonsteine und Misdigesteine in gebänderter oder flasriger Art.- Diabase, Schalstein und Roteisenstein.- Zusammenfassender Überblick.- 5.3.2 Harz (R. Hohl).- 5.3.3 Vogtländisch-Thüringisdies Schiefergebirge.- 5.3.4 Zusammenfassung von Erfahrungen bei gefalteten Gesteinen des Variszisdien Gebirges (Kap. 5.3.1-5.3.3).- Literatur.- 5.3.5 Klastische Gesteine des gefalteten Teils der Subvariszischen Saumsenke, am Beispiel des Steinkohlenreviers der Ruhr (Wechselfolgen von Sandsteinen, Siltsteinen und Tonsteinen).- 5.3.5.1 Hydrogeologischer Überblick über das Ruhrkarbon und sein Deckgebirge.- 5.3.5.2 Hydrogeologische Verhaltnisse im Oberkarbon des Ruhrgebietes.- 5.3.5.3 Zur bergbaulichen Wasserwirtschaft im Ruhrgebiet.- 5.3.5.4 Gewinnung von nutzbarem Grundwasser außerhalb der Grubenbereiche und Beseitigung von Abwässern.- Literatur.- 5.3.6 Vergleiche mit anderen gefalteten Teilen der Subvariszischen Saumsenke.- 5.3.6.1 Aachen-Erkelenzer Steinkohlenrevier.- 5.3.6.2 Steinkohlenrevier von Ibbenbüren.- Literatur.- 5.3.7 Zusammenfassung von Erfahrungen in gefalteten Schichtfolgen der Subvariszischen Saumsenke (Kap. 5.3.5-5.3.6).- 5.4 Klastische Gesteine des ungefalteten Paläozoikums in den europäischen Tafelgebieten (ohne Rotliegendes).- 5.4.1 Ungefaltete Vorland-Sedimente des variszischen Gebirges zwischen Ruhrgebiet und Nordsee (ohne Rotliegendes).- 5.4.2 Baltischer Schild in der Umgebung der Baltischen Syneklise.- 5.4.3 Baltischer Schild in der nordlichen Umrahmung des Moskauer Beckens.- 5.4.4 Böhmen.- 5.4.5 Hinweise auf ungefaltetes Palaozoikum in anderen Teilen der Erde.- 5.4.6 Zusammenfassung für den Bereich des ungefalteten Palaözoikums.- Literatur.- 5.5 Das Molassestockwerk des palaözoischen Gebirges (Oberkarbon und Rotliegendes).- 5.5.1 Allgemeines (R. Hohl und H. Karrenberg).- 5.5.2 Hydrogeologische Verhältnisse der permosilesischen Sedimente im sächsischthüringischen Raum (R. Hohl).- 5.5.3 Hydrogeologische Verhältnisse der Vulkanitkomplexe des Molasse-Stockwerkes in Thüringen und Sachsen (R. Hohl).- 5.5.4 Zur Hydrogeologie der Sedimente und Vulkanite des Saar-Wetterau-Werra-Troges.- 5.5.5 Zur Hydrogeologie der Ablagerungen im Rotliegendbecken des nördlichen Mitteleuropa.- 5.5.6 Zusammenfassung einiger Erfahrungen fiir den Bereich der Rotliegend- Sedimente und -Vulkanite.- Literatur.- 5.6 Sandsteine des Mesozoikums.- 5.6.1 Sandsteine der Trias.- 5.6.1.1 Buntsandstein in Deutschland.- Geologischer Überblick.- Hydrogeologischer Überblick.- Grundwasserneubildung.- Grundwasserbeschaffenheit.- Grundwassergewinnung und -nutzung.- 5.6.1.2 Vergleich mit dem Buntsandstein in England und Frankreich.- 5.6.1.3 Sandsteine des Unteren und Mittleren Keupers, vorwiegend in Süddeutschland.- 5.6.1.4 Sandsteine des Oberen Keupers (Rhät) in der Bundesrepublik Deutschland.- 5.6.2 Sandsteine des Juras.- 5.6.3 Sandsteine der Unterkreide.- 5.6.3.1 Osning-Sandstein.- 5.6.3.2 Hilssandstein.- 5.6.4 Sandsteine der Oberkreide im sächsisch-böhmischen Bereich.- 5.6.5 Bedeutende Sandsteinbildungen des Mesozoikums außerhalb Europas.- 5.6.6 Zusammenfassung einiger Erfahrungen bei mesozoischen Sandsteinen des ungefalteten Deckgebirges.- Literatur.- 5.7 Mergelgesteine des Mesozoikums und des Tertiärs.- 5.7.1 ,,Steinmergel"des Mittleren Keupers im nordlichen Teil der Bundesrepublik Deutsehland.- 5.7.2 ,,Flammenmergel"des Albien im nördlichen Teil der Bundesrepublik Deutsehland.- 5.7.3 Oberkretazische Mergelgesteine (Cenoman bis Ober-Santon) im Deckgebirge des Steinkohlenreviers der Ruhr.- 5.7.4 Mergel der höheren Oberkreide (Vorhelmer Schichten des Campans) im zentralen Teil des Münsterschen Beckens.- Literatur.- 5.8 Vulkanische Gesteine des Mesozoikums und Känozoikums.- 5.8.1 Allgemeines.- 5.8.2 Island (Iceland).- a) Geologischer Überblick.- b) Hydrogeologie.- c) Wasserbilanz, Wasserversorgung und sonstige Wassernutzung.- 5.8.3 Kanarische Inseln.- a) Geologischer Überblick.- b) Hydrogeologie.- c) Zur Wasserbilanz und Wasserversorgung.- 5.8.4 Oahu (Hawaii-Inseln).- a) Geologischer Überblick.- b) Hydrogeologie.- c) Wassergewinnung und Wasserbedarf.- 5.8.5 Vogelsberg.- a) Geologischer Überblick.- b) Zur Hydrogeologie.- c) Nutzung und wasserwirtschaftliche Bedeutung.- 5.8.6 Deccan-Trap in Indien.- a) Geologischer Überblick.- b) Hydrogeologie.- c) Wassergewinnung und Wasserhaushalt.- 5.8.7 Vergleiche und Zusammenfassung.- Literatur.- 6. Umweltfragen bei Grundwasser in nichtverkarstungsfähigen Festgesteinen.- 6.1 Verunreinigungen des oberflachennahen Grundwassers in klüftigen, niditkarbonatisdien Festgesteinen und Grundwasserschutz.- 6.1.1 Allgemeines.- 6.1.2 Art der Belastungen.- 6.1.2.1 Natürliche Belastungen des Grundwassers.- 6.1.2.2 Anthropogene chemische Verunreinigungen des Grundwassers.- 6.1.2.3 Spezielle Beeintrachtigungen durch Bergbauhalden, Kippen, Dämme und Planierungen mit Bergematerial des Bergbaus.- 6.1.2.4 Verunreinigungen in geklüfteten Festgesteinen durch Mineralöl und Mineralölprodukte.- 6.1.2.5 Auswirkungen organischer Abfallstoffe und Abwässer.- 6.1.3 Gebirgsspezifische Ausbreitung von Verunreinigungen des Grundwassers und von Abwässern.- 6.1.4 Präventiver Grundwasserschutz bei geklüfteten nichtkarbonatischen Festgesteinen.- 6.1.4.1 ,,Richtlinien für Schutzgebiete", bisher mit begrenzter Anwendungsmöglichkeit für Festgesteine.- 6.1.4.2 Notwendige Beriicksiditigung von Sonderverhältnissen bei geklüfteten nichtkarbonatischen Festgesteinen in den Richtlinien zur Festlegung von Schutzgebieten.- 6.1.4.3 Ausweisung von Vorrang- bzw. Schongebieten.- Literatur.- 6.2 Versenkung von Abwassern in Festgesteinskomplexe des tieferen Untergrundes.- 6.2.1 Allgemeines.- 6.2.2 Hydrogeologische Voraussetzungen fiir die mogliche Nutzung von nichtkarbonatischen Festgesteinen zur Speicherung (Endlagerung) von flüssigen Abfällen.- 6.2.2.1 Auswahl ,,günstiger"Gebiete aufgrund der allgemeinen geologischen Situation.- 6.2.2.2 Spezielle Erkundung der geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse.- 6.2.2.3 Darstellung der hydrogeologischen Verhältnisse.- 6.2.3 Eigenschaften des natürlidien Flüssigkeitsinhalts des Injektionskörpers (Aquifers) und der injizierten Flüssigkeiten.- 6.2.4 Chemische Reaktionen zwischen Abwasser, Gestein und Lagerstättenwasser.- 6.2.5 Kontrollen des Versenk- und Ausbreitungsvorgangs.- 6.2.6 Nichtkarbonatische Festgesteine als Speicher für tiefversenkte Abwässer (Beispiele).- 6.2.6.1 Sandsteine.- 6.2.6.2 Schiefer.- 6.2.6.3 Basalt.- 6.2.6.4 Gneis.- 6.2.7 Auslösen von Erdbeben durch Fracken in Festgestein.- Literatur.- 7. Ingenieurgeologisch-geotedinische Aspekte.- 7.1 System Fels/Wasser.- 7.2 Wasser im Felsbau unter Tage.- 7.3 Bergwasser in Boschungen, Baugruben und bei Talsperren.- Literatur.