The influence of high infiltration rates, suspended sediment concentration and sediment grain size on river and lake bed clogging uri icon

Durchführung von

  • Marcus Soares

Beschreibung

  • Die Kolmation von Fluss- und Seesedimenten beeinflusst stark den Anteil und das Volumen des geförderten Uferfiltrats. Sie resultiert aus der Verstopfung des Porenraums durch biologische, chemische, mechanische und physikalische Prozesse. Die physikalische Kolmation ist in warmen Klimazonen besonders wichtig, z. B. in tropischen Gebieten aufgrund der starken Gesteinsverwitterung, die die Auflösung von Gesteinen und die Anreicherung der Gewässer mit feinen Partikeln verursacht. Feldversuche im Peri-See (Brasilien) unter Nutzung von Infiltrometern zeigten eine durchschnittliche Infiltrationsrate von 1.4E-6 m s-1 am Seeufer sowie keinen signifikanten Unterschied zwischen bewachsener (V) und unbewachsener Seesohle (NV). Mit der gleichen Messmethode wurden im Tegeler See Infiltrationsraten von rund 1.2E-6 m s-1 im Winter und Sommer in NV-Bereichen ermittelt. In V-Bereichen wurden etwas niedrigere Infiltrationsraten im Winter (9,2E-7 m s-1) als im Sommer (1.7E-6 m s-1) beobachtet. Beide Seen zeigen ein geringes Potenzial einer physikalischen Kolmation. Die Grundwasserströmungsmodellierung eines potenziellen Uferfiltrationsstandortes am Peri-See zeigte, dass hohe Grundwasserentnahmeraten die Infiltrationsverteilung im Seeuferbereich ungünstig beeinflussen und zu einer starken Abnahme des Grundwasserstandes und einer stärkeren Absenkung in den Förderbrunnen führen. In Säulenversuchen zur Untersuchung des Kornformeffekts wurde herausgefunden, dass bei einer Infiltrationsrate von 2.0E-5 m s-1der kf-Wert von Feinsand um ca. 0.2 log stärker reduziert wird als der von Glaskugeln gleichen Durchmessers. Bei gleichen Infiltrationsraten war die Abnahme des kf-Werts von Grobsand 6,6 mal höher als die von Glaskugeln gleichen Durchmessers. Bei Gerinneversuchen mit Kaolinit als Trübstoff und mit Feinsand gefüllten Säulen wurde bei hohen und niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten im Gerinne, Trübungswerten von 300 NTU und einer Infiltrationsrate von 2.1E-4 m s-1eine Abnahme des kf-Werts in den Säulen von 1.6 log beobachtet. Ähnliche Ergebnisse wurden bei einer Trübung von 900 NTU beobachtet. Beim Einsatz von Grobsand wurde unter den gleichen hydraulischen Bedingungen und einer Trübung von 300 bis 900 NTU eine Abnahme der kf-Werte um 0,8 bis 1,4 Zehnerpotenzen beobachtet. Bei gut abgestuftem Sediment verringerte sich der kf-Wert der oberen 10 cm des Sediments um fast 2 Größenordnungen innerhalb von 24 Stunden. In einer Simulation einer längeren Niedrigwasserperiode der Elbe und hohen Infiltrationsraten simuliert nahm der kf-Wert innerhalb von 84 Tagen um mehr als 2 Größenordnungen ab. Bei einer beobachteten äußeren Kolmation bis in 4 cm Tiefe waren 65,5% der Körner kleiner als 60 µm, die Konzentration des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) erhöhte sich auf 45.940 mg kg-1. Ein Gerinneversuch unter instationären Bedingungen am Fluss Ping in Thailand ergab eine Verringerung des kf-Werts der oberen 3 cm des Flusssohlsediments um eine Größenordnung innerhalb von 48 Stunden. Die Kolmation resultierte aus hohen Trübungswerten und hohen Infiltrationsraten. Die Brunnenbemessung und Entnahmeraten müssen an die Niedrigwasserperioden angepasst werden, um eine starke Kolmation zu vermeiden. Eine maximale Infiltrationsrate von 0,32 m3 m-2 d-1 sollte die Kolmation durch die bei der Infiltration wirkenden Kräfte begrenzen und könnte als maximaler Richtwert für Flüsse mit hoher Trübung genutzt werden.

    urn:nbn:de:kobv:83-opus4-64870

Datum/Uhrzeit-Intervall

  • Oktober 1, 2011 - März 25, 2015