Original paper

Hydrogeologische Randbedingungen für die künstliche Grundwasseranreicherung in Flußtälern der Nordwestschweiz

[Fundamental Hydrogeological Conditions for Artificial Groundwater Recharge in River Valleys of Northwestern Switzerland]

Schmassmann, Hansjörg

Kurzfassung

Einer künstlichen Grundwasseranreicherung und der Disposition ihrer Anlageteile sind bestimmte geologische Randbedingungen gesetzt, was anhand von zwei Beispielen aus der Nordwestschweiz diskutiert werden soll. In den Tälern der Nordwestschweiz ist das Relief der Sohle von Schotter-Aquifers durch die Tiefenerosion der pleistozänen Flüsse geprägt. Die Lage der Aquifer-Sohlen und damit die Grundwassermächtigkeit kann deshalb auf kurze Distanzen stark variieren. Wie allgemein bei der Gewinnung von Schottergrundwasser, liegen auch bei einem Anreicherungswerk die für die Entnahmebrunnen bevorzugten Standorte über dem tiefsten Bereich der pleistocänen Rinnen, deren Verlauf durch geologische Voruntersuchungen zu klären ist. Sofern über dem Niveau des Grundwasserspiegels noch Schotter in ausreichender Mächtigkeit und Durchlässigkeit vorkommen, ist es dagegen möglich, die Anreicherung auch über randlichen Bereichen des natürlichen Grundwasservorkommens oder sogar außerhalb davon vorzunehmen. Vor allem im Hinblick auf möglichst große Fließstrecken und damit auf die erzielbare Wasserqualität ergibt dies eine optimale Disposition der Anreicherungs- und der Wiedergewinnungsanlagen. Wenn unter einem Schotter-Aquifer ein Festgesteins-Aquifer vorkommt und mit diesem in direktem Zusammenhang steht, kann dadurch die Hydraulik des Grundwasserabflusses aus dem Gebiet von Versickerungsanlagen wesentlich beeinflußt und die Anreicherung in randlichen Bereichen des Schottergrundwassers erleichtert sein. Die Möglichkeiten der Anreicherung eines Schottergrundwassers sind in den Flußtälern oft durch die Niveaus der in die gleichen Schotter eingeschnittenen Oberflächengewässer beschränkt. Günstige hydrogeologische Voraussetzungen für eine künstliche Grundwasseranreicherung bestehen dagegen in Talabschnitten, auf welchen eine mit Schottern gefüllte und einen Grundwasserstrom führende pleistocäne Rinne durch einen undurchlässigen Felsriegel vom heutigen Fluß getrennt ist. In postglazialen Talauen können die meist gut durchlässigen pleistocänen Schotter durch schlecht durchlässige jüngere Ablagerungen ersetzt sein. Auf einer solchen Talaue mußte daher die Anreicherung mit Sickerbrunnen vorgenommen werden, welche die Verbindung zum hoch durchlässigen tieferen Schotterkomplex herstellen. Für die Sickerbrunnen-Projekte waren die vertikalen Durchlässigkeits-Unterschiede nach verschiedenen Verfahren mit Sicker- und Pumpversuchen ermittelt worden, die ähnliche und vergleichbare Werte ergaben.

Abstract

Specific geological conditions are essential for artificial groundwater recharge as well as optimal arrangement of recharge works. This is discussed conclusively in two case histories from the northwest of Switzerland. In the valleys of northwestern Switzerland the relief of the base of gravel aquifers is formed through deep erosion of the pleistocene rivers. Thus the position of the aquifer-base and the consequent thickness of groundwater may vary considerably within short distances. It is essential to thoroughly clarify these conditions in advance by means of geological investigations before any schemes can be entered upon. As is usual in the gaining of gravel groundwater the preferential sites of the wells for pumping artificial recharged groundwater are situated above the deepest parts of the pleistocene river channels. However, the artificial recharge can also be carried out over peripheral zones of the natural groundwater or even beyond this area provided that gravel of adequate thickness and permeability occurs above the plane of groundwater surface. This allows optimal arrangement of recharge and catchment plant, especially as regards best extended flow distances and thus of the available best water qualities. If a rock aquifer occurs beneath a gravel aquifer, being directly connected with it, it may exercise considerable influence in the hydraulics of groundwater runoff from the recharge area, thus facilitating a recharge in peripheral zones of gravel groundwater. In river valleys the possibilities of recharging gravel aquifer are often limited by the levels of surface waters, these being cut in the same gravel deposits. However, favourable hydrogeological preconditions for artificial groundwater recharge exist if situated in a valley in which a pleistocene river channel runs, the base of which is filled with gravel so that its groundwater is divided from the present-day river by an impermeable rock bar. In postglacial valley bottoms, the usually highly permeable pleistocene gravel may be replaced by younger deposits of low permeability. Hence, on such a valley bottom the construction of recharge wells proved to be necessary, thus producing a connection with the deeper layers of highly permeable gravel. As regards the plans for the recharge wells, vertical differences in the permeability have been evaluated by means of various methods of infiltration and pumping tests, these yielding similar and comparable results.

Keywords

Valleycoarse gravelaquiferartificial groundwater rechargeinfiltrationrecharge wellpermeabilitychannelPleistocene Jura and Rhine Valley (Switzerlandregion of Basel)