Handbuch der Hydrologie

1. Das Wasser der Erde.- 2. Der Gegenstand der Hydrologie.- A. Das unterirdische Wasser.- I. Unterscheidung des unterirdischen Wassers in Grundwasser und unterirdische Wasserläufe.- II. Begriffsbestimmung von Grundwasser und unterirdischen Wasserläufen.- III. Die Entstehung des unterirdischen Wassers.- 1. Der atmosphärische Ursprung des unterirdischen Wassers.- a) Versickerungstheorie.- b) Verdichtungstheorie.- 2. Das Erdinnere als Ursprung des unterirdischen Wassers.- 3. Erzeugung unterirdischen Wassers durch Versickerung und Versinkung aus Oberflächengewässern.- IV. Unterirdisches Wasser und Flußdichte.- V. Der Einfluß des Waldes auf die Entstehung des unterirdischen Wassers.- VI. Bedeutung der Entstehungstheorie für die Praxis.- VII. Mutmaßliche Menge und Beständigkeit des unterirdischen Wassers.- VIII. Die unterirdische Wassermenge und der Kreislauf des Wassers.- B. Quellen im allgemeinen.- C. Grundwasser.- I. Der geohydrologische Aufbau des grundwasserführenden Untergrundes.- 1. Die wasserführenden Schichten.- a) Alluviale wasserführende Schichten (Alluvium).- b) Diluvialewasserführende Schichten (Diluvium erster Ordnung).- c) Die eiszeitlichen grundwasserführenden Ablagerungen Europas.- d) Das nordische Vereisungsgebiet Norddeutschlands (Urstrointäler).- e) Die alpinen Vergletscherungsgebiete.- f) Grundwasserführende Schichten gemischten Ursprungs.- g) Die eiszeitlichen wasserführenden Ablagerungen Nordamerikas.- h) Diluviale grundwasserführende Schichten zweiter Ordnung.- i) Lotrechte Mächtigkeit quartärer grundwasserführender Schichten.- k) Regelmäßige Schichtung der grundwasserführenden Schichten.- l) Hydrologische Unregelmäßigkeiten und Störungen in den wasserführenden Schichten.- m) Tertiäre und ältere grundwasserfiihrende Schichten.- n) Grundwasserführende Sandsteine und Konglomerate.- o) Grundwasserführende Schichten äolischen Ursprungs.- 2. Übersicht der wichtigsten geologischen Haupt- und Unterstufen.- 3. Die Verbreitung der wasserführenden Schichten.- a) Wasserführende Schichten älteren Ursprungs in Deutschland, Osterreich-Ungarn, Belgien, Frankreich, England und Nordamerika.- b) Die wasserführenden Schichten Norddeutschlands.- 4. Undurchlässige Schichten.- 5. Wasserstockwerke.- 6. Artesische Becken und Mulden.- 7. Grundwasserströme.- II. Aufsuchung von Grundwasser.- Anzeichen von Grundwasser.- a) Oberflächenbeschaffenheit.- b) Sichtbare Talbildungen.- c) Verdeckte Talbildungen.- d) Flußterrassen.- e) Bodenerhebungen, Einschnitte.- f) Vorhandene Brunnen.- III. Nachweis von Grundwasser durch Messung natürlicher Grundwasseraustritte.- IV. Vorrichtungen zur Messung von Wassermengen.- 1. Unmittelbare Messung.- a) Geeichte Gefäße.- b) Der Wasserzoll.- c) Öffnungen in dünner Wand.- d) Tafeln der Beiwerte,u für den Ausfluß aus Öffnungen in dünner Wand.- e) Überfälle.- f) Wassermengen, gemessen durch einen Poncelet-Überfall.- g) Wassermesser.- 2. Mittelbare Messung.- a) Bestimmung der Wassergeschwindigkeit im Gerinnen.- b) Schwimmer.- c) Hydrometrische Flügel.- 3. Vergleichende Zusammenstellung des Genauigkeitsgrades verschiedener Meßvorrichtungen.- 4. Messung der aus artesischen Bohrungen aufsteigenden Wassermengen.- 5. Zusammenstellung der aus Sekundenlitern abgeleiteten Minutenliter usw.- V. Feststellung von fließendem und ruhendem Grundwasser.- 1. Fließendes Grundwasser.- a) Wagerechte Bewegung des Grundwassers.- b) Der Grundwasserspiegel.- ?) Messung der Grundwasserspiegel.- c) Freie und gespannte Grundwasserspiegel.- ?) Freie Grundwasserspiegel.- ?) Gespannte Grundwasserspiegel.- d) Falsche und unechte Grundwasserspiegel.- ?) Falsche Grundwasserspiegel.- ?) Unechte Grundwasserspiegel.- e) Natürliche Schwankungen des Grundwasserspiegels.- f) Größe der natürlichen Grundwasserspiegelschwankungen.- g) Höhenschichtenlinien des natürlichen Grundwasserspiegels.- ?) Störungen in den Höhenschichtenlinien des Grundwasserspiegels.- ?) Veränderlichkeit des Verlaufs der Grundwasserhorizontalen.- ?) Höhenschichtenlinien des natürlichen Grundwasserspiegels in festen, geklüfteten Gebirgen.- ?) Höhenschichtenlinien des Grundwasserspiegels in bebauten Stadtgebieten.- h) Das Grundwassergefälle.- ?) Die Größe des natürlichen Grundwassergefälles.- ?) Wechsel des Grundwassergefälles.- 2. Ruhendes Grundwasser.- VI. Bestimmung der Grundwassermenge.- VI1. Mittelbare Bestimmung der Grundwassermenge.- 1. Bestimmung der Grundwassermenge aus Versickerungsmenge und Niederschlagsgebiet.- a) Versickerungsmenge.- b) Niederschlagsgebiet.- c) Festlegung des Niederschlagsgebietes durch unterirdische Wasserscheiden.- 2. Bestimmung der Grundwassermenge aus DurchfluBquerschnitt und Geschwindigkeit.- 2a. Der Durchflußquerschnitt.- 2b. Bestimmung der Grundwassermenge mit Hilfe des Produkts p. v..- a) Die auf den Querschnitt des Wasserträgers bezogene Geschwindigkeit.- b) Der Durchlässigkeitsbeiwert „k“ oder die Bodenkonstante.- c) Die Bestimmungsgrößen des Durchlässigkeitsbeiwerts „k“.- ?) Die Korngröße.- ?) Die Korngestalt.- ?) Der mittlere Korndurchmesser.- ?) Der Gleichförmigkeitsbeiwert.- ?) Die Lagerung.- ?) Das Mischungsverhältnis der Körner.- d) Die Ermittelung des Durchflußbeiwerts „k“ durch Laboratoriumsversuch.- e) Die Ermittelung des Durchlässigkeitsbeiwerts „k“ in nat gelagertem Untergrunde.- f) Die Ermittelung der spez. Ergiebigkeit des Untergrundes nach A. Thiem.- 2c. Bestimmung der Grundwassermenge mit Hilfe der einzelnen Faktoren p und v.- a) Der Verhältniswert p.- b) Rechnerische Auswertung des Hohlrauminhaltes.- c) Ermittelung des Hohlrauminhaltes durch Laboratoriumsversuche.- d) Beziehungen zwischen Durchlässigkeitsbeiwert und Hohlrauminhalt.- e) Die Grundwassergeschwindigkeit y.- f) Die Kapillarbewegung des Grundwassers.- g) Ermittelung der Grundwassergeschwindigkeit durch Versuche in natiirl. gewachsenem Boden.- ?) Messung der Grundwassergeschwindigkeit durch Grundwasserwellen.- ?) Messung der Grundwassergeschwindigkeit durch das Thiemsche Kochsalzverfahren.- ?) Messung der Grundwassergeschwindigkeit durch das Slichtersche Verfahren.- h) Andere Mittel zur Messung von Grundwassergeschwindigkeiten.- i) Tatsächlich gemessene natiirl. Grundwassergeschwindigkeiten.- k) Veränderlichkeit der natürlichen Grundwassergeschwindigkeit.- VI2. Unmittelbare Bestimmung der Grundwassermenge.- 1. Bestimmung der Grundwassermenge durch Messung natürl. Quellergiebi gkeiten.- 2. Bestimmung der Grundwassermenge durch Brunnenbetrieb.- a) Wirkungsweise lotrechter Brunnen.- b) Wirkungsweise eines lotrechten Brunnens in wagerechter Richtung.- c) Entnahme- und Einwirkungsgebiet eines Brunnens.- d) Die untere Scheitelung (Kulmination).- e) Wirkungsweise eines lotrechten Brunnens in lotrechter Richtung.- f) Bedeutung der lotrechten Wirkungsweise einer Wasserfassung für den natürl. Wasserhaushalt.- g) Der Thiemsche Satz.- h) Wirkungsweise mehrerer lotrechter Brunnen.- i) Wirkungsweise wagerechter Brunnen.- k) Vergleich der Wirkungsweise lotrechter und wagerechter Brunnen.- VII. Der ungefaßte, abziehende Grundwasserstrom.- VIII. Theorie der Grundwasserbewegung.- 1. Das Poiseuille-Darcy-Dupuitsche Gesetz (Darcysches Gesetz).- 2. Abhängigkeit der Grundwasserbewegung von der Temperatur.- IX. Rechnerische Behandlung der Brunnenwirkung.- 1. Die Brunnenergiebigkeit, aus dem Darcyschen Gesetz abgeleitet.- a) Lotrechter Brunnen bei freiem Spiegel.- b) Lotrechter Brunnen bei gespanntem Spiegel.- c) Wagerechter Brunnen.- 2. Das Ergiebigkeitsgesetz nach Darcy.- a) Brunnen bei freiem Spiegel.- b) Brunnen bei gespanntem Spiegel.- 3. Übergang vom gespannten zum freien Spiegel.- 4. Ergiebigkeit unvollkommener Brunnen.- 5. Absenkungskurve und Absenkung.- 6. Absenkung in Abhängigkeit von der Wasserentnahme.- 7. Absenkung in Abhängigkeit von der Mächtigkeit der wasserführenden Schicht.- 8. Einfluß des Brunnendurchmessers auf die Ergiebigkeit.- X. Das Thiemsche „?“-Verfahren.- Die Fehlerquellen des „?“-Verfahrens.- XI. Das Lummertsche Verfahren.- XII. Andere Brunnentheorien, unabhängig von Darcy.- D. Unterirdische Wasserläufe.- I. Der geohydrologische Aufbau des von unterirdischen Wasserläufen durchzogenen Untergrundes.- 1. Klüftigkeit des festen Gebirges.- 2. Erweiterung der Gebirgsklüftigkeit.- 3. Korrosion, Auslaugung und Erosion.- 4. Der Erosionskreis.- 5. Die Wasserwege.- 6. Nachträgliches Zusetzen der unterirdischen Wasserwege.- 7. Höhlenflüsse.- a) Veränderlichkeit der Wege der Höhlenflüsse.- b) Abfluß- und Rückhaltungsvermögen der Höhlenflüsse (Überflutungen, zeitweilige Seen).- c) Verschwinden der Höhlenflüsse, Ausmundung in das Meer.- d) Ausbildung unterirdischer Wasserläufe und Höhlenflüsse zu Systemen.- 8. Hydrologische Karsterscheinungen.- II. Aufsuchung unterirdischer Wasserläufe.- 1. Unsichtbare unterirdische Wasserläufe.- 2. Anzeichen (unterirdisches Rauschen, Erdsenken, Erdfälle, Schwinden, Trockentäler).- III. Nachweis unterirdischer Wasserläufe durch Messung sichtbarer Quellaustritte.- IV. Bestimmung der Wassermenge unterirdischer Wasserläufe.- 1. Bestimmung aus Versickerungs- bzw. Versinkungsmenge und Niederschlagsgebiet.- 2. Bestimmung aus der Klüftigkeit.- 3. Bestimmung aus dem Durchflußquerschnitt und der Wassergeschwindigkeit.- a) Der Durchflußquerschnitt.- b) Der Wasserspiegel.- c) Die Spiegelschwankungen.- d) Messen der Wassergeschwindigkeit.- ?) Verschiedene Meßmittel.- ?) Farbversuche.- ?) Fehlerquellen bei Farbversuchen.- ?) Tatsächlich gemessene Geschwindigkeiten unterirdischer Wasserläufe.- 4. Bestimmung durch Versuchsbrunnenbetrieb.- 5. Bestimmung aus Stollen und Tunnelbauten.- V. Rückschlüsse aus der Ergiebigkeit auf die Kliiftigkeit des Gebirges.- VI. Die Ergiebigkeitsgesetze unterirdischer Wasserläufe.- VII. Das Löwy-Leimbachsche Verfahren zur Auffindung von unterirdischem Wasser.- E. Physikalische, chemische, bakteriologische und biologischmikroskopische Untersuchung des Wassers.- I. Allgemeines.- II. Entnahme von Wasserproben.- III. Desinfektion von Fassungsanlagen vor der Entnahme der Wasserproben.- IV. Anweisung zur Entnahme von Wasserproben.- V. Untersuchung der physikalischen Eigenschaften des Wassers.- 1. Temperatur.- 2. Messung der Temperatur.- 3. Vergleichung der Thermometergrade.- 4. Klarheit und Durchsichtigkeit.- 5. Farbe.- 6. Geschmack.- 7. Geruch.- 8. Die elektrische Leitfähigkeit des Wassers.- 9. Radioaktivität.- VI. Untersuchung der chemischen Eigenschaften des Wassers.- 1. Härte.- 1a. Bestimmung der Härte.- 2. Chlor (Chloride).- 2a. Bestimmung der Chloride.- 3. Eisen.- 3a. Nachweis des Eisens.- 4. Mangan.- 4a. Nachweis des Mangans.- 5. Kohlensäure.- 5a. Nachweis der freien Kohlensäure.- 6. Ammoniak.- 7. Salpetrige Säure.- 8. Salpetersäure.- 9. Schwefelwasserstoff.- VII. Metalle und Mörtel angreifende Wässer.- VIII. Untersuchung des Wassere für gewerbliche Zwecke.- IX. Veränderlichkeit der Wasserbeschaffenheit.- X. Bedeutung der physikalisch-chemischen Untersuchung des Wassers für die hygienische Beurteilung.- XI. Bakteriologische Untersuchung des Wassers.- XII Mikroskopisch-biologische Untersuchung des Wassers.- XIII. Reinigende Wirkung des natürlich gewachsenen Bodens.- 1. Reinigende Wirkung der Grundwasserträger.- 2. Grenzen der reinigenden Wirkung der Grundwasserträger.- 3. Trübung und klärende Wirkung unterirdischer Wasserläufe.- 4. Reinicendes Verhalten unterirdischer Wasserläufe.- F. Fassung von Grundwasser.- I. Technische Vorarbeiten.- 1. Allgemeines.- 2. Das Abpumpen der einzelnen Bohrungen und Entsanden.- 3. Messung der spez. Ergiebigkeit, Feststellung der Wasserbeschaffenheit im Felde.- II. Der Versuchsbrunnen.- 1. Allgemeines.- 2. Lage des Versuchsbrunnens.- 3. Bauliche Anordnung des Versuchsbrunnens.- 4. Der Versuchsbrunnenbetrieb.- 5. Der Beharrungszustand am Ende des Versuchsbrunnenbetriebes.- 6. Spiegelverhalten während und am Ende des Versuchsbrunnenbetriebes.- 7. Zahlenergebnisse verschiedener Versuchsbrunnenbetriebe.- 8. Ungesetzlicher Verlauf der Versuchsbrunnenergebnisse.- 9. Beharrungszustand eines Versuchsbrunnens und Dauerzustand im Fassungsgelände.- III. Allgemeine Gesichtspunkte bei Anlage von Grundwasserfassungsanlagen.- 1. Wahl des Fassungsortes.- 2. Beschaffenheit der Oberfläche und Tiefenlage des Spiegels.- 3. Wahl der Fassungsrichtung.- 4. Fassung zwischen gestörten Höhenschichtenlinien.- 5. Fassungsspiegel von starkem Gefälle.- 6. Fassungen in tiefen Rinnen.- 7. Fassung bei tiefliegendem Grundwasserspiegel.- 8. Wahl zwischen einer Fassung mit natürlichem Abfluß und künstlicher Hebung.- 9. Technische Unmöglichkeit, Grundwasser zu fassen.- 10. Fassungsanlagen zur Speisung ehemaliger Floßwasserwerke.- IV. Allgemeines über Fassungskörper.- V. Rohrbrunnen.- 1. Allgemeines.- 2. Rammbrunnen.- 3. Gebohrte Rohrbrunnen.- 4. Ausrüstung der Rohrbrunnen.- a) Der Filterkorb.- b) Das Filterkorbgerüst im allgemeinen.- c) Das Filterkorbgerüst aus Holz.- d) Das Filterkorbgerüst aus Steinzeug.- e) Das Filterkorbgerüst aus Schmiedeeisen.- f) Das Filterkorbgerüst aus Gußeisen.- g) Das Filterkorbgerüst aus Kupfer, Rotguß.- h) Filterkorbgerüste, zusammengesetzt aus verschiedenen Metallen.- i) Mehrstufige Filterkörbe.- k) Schutz gegen das Eindringen von Bodenteilen in das Brunneninnere.- ?) Allgemeines.- ?) Gewebe.- ?) Sand- und Kiesschüttungen.- l) Futterrohre.- m) Saugrohre.- n) Der Brunnenkopf.- o) Sonstige Ausrüstung des Brunnenkopfes.- 5. Beispiel zweier vollständiger Rohrbrunnen.- VI. Schachtbrunnen.- 1. Allgemeines.- 2. Der gemauerte Schachtbrunnen.- 3. Schachtbrunnen aus Beton.- 4. Schachtbrunnen aus Eisen.- 5. Schutz gegen die Versandung von Schachtbrunnen.- VII. Gekuppelte Schacht- und Rohrbrunnen.- VIII. Artesische Brunnen.- IX. Verwilderte artesiche Brunnen.- X. Wagerechte Fassungskörper.- 1. Allgemeines.- 2. Nicht begehbare Sammelstränge.- 3. Begehbare Sammelstränge.- XI. Fassung in feinen Sanden.- 1. Rohrbrunnen im Triebsand.- 2. Schachtbrunnen im Triebsand.- 3. Sammelstränge im Triebsand.- XII. Gegenseitige Entfernung und Tiefe von Fassungsbrunnen.- XIII. Fassungswiderstände.- XIV. Zusammenleitung des gefaßten Wassers.- 1. Verbindungsleitungen.- 2. Entlüftung der Saug- bzw. Heberleitungen.- 3. Der Sammelbrunnen.- a) Lage des Sammelbrunnens.- b) Bau und Wirkungsweise des Sammelbrunnens.- XV. Fassung in Nachbarschaft von Oberflächenwasser.- 1. Natürliche Wechselbeziehungen zwischen Grund- und Oberflächenwasser.- 2. Abstand zwischen Fassung und Oberflächenwasser.- 3. Nachweis der Wechselbeziehungen zwischen Fassung und Oberflächenwasser.- XVI. Die Absenkung des Grundwasserspiegels und ihre Wirkungen.- 1. Allgemeines.- 2. Einfluß der Absenkung auf die Wasserbeschaffenheit.- 3 Einfluß der Absenkung auf den Pflanzenwuchs.- 4. Einfluß der Absenkung auf den Wasserhaushalt.- XVII. Lebensdauer von Fassungsanlagen.- XVIII. Hydrologische Untersuchung unergiebig gewordener Fassungsanlagen.- XIX Mittel zur Verlängerung der Lebensdauer von Fassungsanlagen.- XX Künstliche Erzeugung von Grundwasser.- XXI. Schutz der Fassungsanlagen.- 1. Allgemeines.- 2. Schutz der Wassermenge.- 3. Schutz der Wasserbeschaffenheit.- 4. Beeinflussung des Grundwassers von oben aus.- 5. Seitliche Beeinflussung der Fassungen durch benachbartes Oberflächenwasser.- 6. Beeinflussung des Grundwassers aus der Tiefe.- 7. Schutzmaßnahmen gegen Verunreinigung der Fassungen.- XXII. Überwachung von Fassungsanlagen.- G. Wasserwirtschaft.- H. Umrechnungstafel.