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- Herausgeber: Wiley-VCH GmbH
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2022
Einführung in die Wasserchemie
Eine leicht verständliche Übersicht zu Wasser in all seinen Erscheinungsformen und deren Bedeutung für Mensch und Natur
Diese Einführung vermittelt ein umfassendes Bild der Ressource Wasser, angefangen vom natürlichen Wasserkreislauf und den zahlreichen Stoffkreisläufen, die daran gekoppelt sind, über die verschiedenen Wasserarten und deren Inhaltsstoffe bis hin zur Analyse und technischen Aufbereitung von Wasser für die Nutzung durch den Menschen. Der Autor versteht es dabei, die geologischen, chemischen, biologischen, technologischen und rechtlichen Aspekte der Wassernutzung im Zusammenhang darzustellen.
Ein Schwerpunkt des Buches liegt auf den Wasserinhaltsstoffen und deren Nachweis in den unterschiedlichen Wasserarten, vom Trinkwasser bis zum Abwasser und vom Grundwasser bis zum Meerwasser. Gängige Verfahren der Aufbereitung und Reinigung von Wasser werden ebenso erläutert wie die Anforderungen an Heil- und Mineralwässer.
Dieses Grundlagenbuch ist ein perfekter Einstieg für alle, die sich in Ausbildung und Beruf mit dem Thema Wasser befassen und mehr über seine Herkunft und sein Verhalten erfahren möchten.
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Seitenzahl: 309
Ähnliche
Table of Contents
Abdeckung
Titelblatt
Copyright-Seite
Vorwort
1 Einleitung
2 Grundlagen der Hydrologie
2.1 Definition und Entwicklungen
2.2 Der hydrologische Kreislauf
2.3 Das Kastenmodell der Gewässerchemie
2.4 Verteilung des Wassers auf der Erde
2.5 Wasserhaushalt der Erde – global und regional
Literaturnachweis
3 Stoffkreisläufe mit Beteiligung des Wassers
3.1 Hydrogeochemie
3.2 Wechselwirkungen zwischen Wasser und Land
3.3 Stoffkreisläufe in Gewässern
3.4 Wasserkreislauf im Wirkungsfeld Wasser‐Boden‐Vegetation
3.5 pH‐ und pE‐Diagramme
3.6 Kohlenstoffspezies im Kreislauf von Gewässern
Literaturnachweis
4 Wasserinhaltsstoffe
4.1 Herkunft natürlicher Inhaltsstoffe in Grund‐ sowie Mineralwässern
4.2 Spezielle Gleichgewichtssysteme
4.3 Stoffumwandlungen und Stoffkreisläufe von Metallen
4.4 Anthropogene Stoffeinträge in Gewässer
Literaturnachweis
5 Wasserarten und ihre Herkunft
5.1 Versuch einer Systematik
5.2 Regenwasser – Niederschlagswasser
5.3 Grundwasser, Quell‐ und Brunnenwasser
5.4 Meerwasser
5.5 Oberflächenwässer
5.6 Trinkwasser
5.7 Mineral‐ und Heilwasser
5.8 Spezielle Wasserarten – nach ihrem Gebrauch
Literaturnachweis
6 Wasseranalytik – vom Trinkwasser bis zum Abwasser
6.1 Geschichte und Entwicklung der Wasseruntersuchung von Paracelsus bis Fresenius
6.2 Methodik allgemein und spezielle Verfahren
6.3 Analytik von Mineral‐ und Trinkwasser
6.4 Spezielle Parameter in der Wasseruntersuchung
6.5 Prozessanalytik im Wasserwerk und in der Abwasserkläranlage
6.6 Gesetze, Verordnungen und Richtlinien
Literaturnachweis
7 Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung
7.1 Allgemeines
7.2 Trinkwasseraufbereitung
7.3 Abwasserreinigungsverfahren
Literaturnachweis
8 Zu Besuch in Wassermuseen
8.1 Das Aquarius‐Wassermuseum in Mülheim‐Styrum
8.2 Das
Selterswassermuseum
in Niederselters im Taunus
Literaturnachweis
Literatur
Allgemeine und weiterführende Literatur/Lehrbücher
Veröffentlichungen des Autors zum Thema Wasser in Zeitschriften ab 1996
Bücher des Autors zum Thema Wasser und dessen Geschichte
Stichwortverzeichnis
End User License Agreement
List of Tables
Chapter 5
Tab. 5.1 Vergleich der Inhaltsstoffe von Grundwässern mit geologisch untersc...
Tab. 5.2 Trinkwasser in Bonn (Wahnbachtalsperre) mit Grenzwerten in mg/l.
Tab. 5.3 Höchstgehalte in Mineralwässern (in mg/l).
Tab. 5.4 Zusätzliche Angaben zu Mineralwässern.
Tab. 5.5 Vergleich einer umfassenden Analyse der Pyrmonter Hauptquelle – des...
Tab. 5.6 Umrechnungen zur Ionenbilanzierung.
Chapter 6
Tab. 6.1 Analysenmethoden zur Kationenanalytik nach der TrinkwV
a)
.
Tab. 6.2 Methodenvergleich zur Analyse von Calcium und Magnesium in verschie...
Tab. 6.3 Bestimmungsmethoden für nicht metallische anorganische Stoffe.
Tab. 6.4 Methodenvergleich zur Hydrogencarbonat‐, Chlorid‐ und Sulfatbestimm...
Tab. 6.5 Beispiele genormter Analysenverfahren für organische Wasserinhaltss...
Tab. 6.6 Vergleich der Ergebnisse einer Trink‐ und einer Heilwasseranalyse (...
Tab. 6.7 Bindungsformen von Metallen und sequenzielle Extraktionen für Böden...
Tab. 6.8 Ausgewählte Analysenergebnisse aus der Anwendung des pH
stat
‐Verfahr...
Tab. 6.9 Grenzwerte in der TrinkwV.
Tab. 6.10 Allgemeine Indikatorparameter zur Trinkwasseranalyse.
Chapter 7
Tab. 7.1 Klassische Verfahren der Trinkwasseraufbereitung.
Tab. 7.2 Aufbereitungsstoffe nach den verschiedene Aufbereitungsverfahren.
Tab. 7.3 Abwasserinhaltsstoffe und Verfahren zu deren Abtrennung.
List of Illustrations
Chapter 2
Abb. 2.1 Vorstellungen eines Wasserkreislaufes von A. Kircher in
Mundus subt
...
Abb. 2.2 Der hydrologische Wasserkreislauf.
Abb. 2.3 Das Kastenmodell der Gewässerchemie.
Abb. 2.4 Volumenmäßige Verteilung des Wassers.
Abb. 2.5 Zum quantitativen Wasserhaushalt der Erde.
Abb. 2.6 Mittlere Wasserbilanz in Deutschland.
Abb. 2.7 Wasserhaushalt mit anthropogenen Einflüssen.
Chapter 3
Abb. 3.1 Einzugsgebiet der Sösetalsperremit den Probenahmestellen – Prob...
Abb. 3.2 Ionenbilanzen für die Wässer über unterschiedlichem geologischem Un...
Abb. 3.3 Wechselwirkungen zwischen Wasser und Land.
Abb. 3.4 Stoffkreisläufe und Nahrungsnetz in einem Binnengewässer.
Abb. 3.5 Stoffkreislauf im offenen Meer.
Abb. 3.6 Der Wasserkreislauf im Wirkungsfeld Wasser‐Boden‐Vegetation.
Abb 3.7 Schematische Darstellung des Messsystems mit Lysimeter.
Abb. 3.8 pH‐pE‐Diagramme mit Einfluss der Atmosphäre.
Abb. 3.9 Repräsentative Redoxintensitätsbereiche im Grundwasser und in Sedim...
Abb. 3.10 pE‐/pH‐Diagramm für das System Fe, CO
2
, H
2
O
Abb. 3.11 Kohlenstoffspezies im Kreislauf von Gewässern.
Chapter 4
Abb. 4.1 Gleichgewichtsdiagramme einiger Molekül‐Ionen‐Systeme.
Abb. 4.2 pH‐Abhängigkeit von Kohlenstoffdioxidspezies im Regenwasser.
Abb. 4.3 Gleichgewichte zwischen Calcium‐ und Hydrogencarbonationen in Flüss...
Abb. 4.4 pH‐Abhängigkeit der Löslichkeiten und Existenzbereiche von Aluminiu...
Abb. 4.5 Vereinfachter Stickstoffkreislauf
Abb 4.6 Nitrat‐Ammonium‐Gleichgewichte: (a) redoxpotenzialabhängige Gleichge...
Abb. 4.7 pE‐pH‐Diagramme für Eisenspezies.
Abb. 4.8 Kreisläufe und Reaktionen von Metallen in Gewässern.
Abb. 4.9 Reaktionen von Metallionen in der Wassersäule eines Sees.
Abb. 4.10 Existenzbereiche von Aqua‐, Hydroxo‐ und Oxokomplexen im Wasser.
Abb. 4.11 Emission und Transportwege von Metallen in Flussbecken.
Abb. 4.12 (a) Hauptwege emittierter Säurebildner, (b) pH‐abhängige Existenzb...
Abb. 4.13 Diagramm zum Henry‐Koeffizienten zur Wasserlöslichkeit unterschied...
Abb. 4.14 Schadstoffpfade in Ökosystemen bis in die Wässer.
Chapter 5
Abb. 5.1 Genese des Regenwassers.
Abb. 5.2 Doppeljahresperiode des Grundwassers (G), des Spreespiegels (S) und...
Abb. 5.3 Der Brunnen in historischer Darstellung [3].
Abb. 5.4 Grundwasserströme im Rheintal bei Köln
Abb. 5.5 Verlauf der römischen Wasserleitungen nach Köln.
Abb. 5.6 Römerkanalaufschluss mit Kalksinter in Kreuzweingarten.
Abb. 5.7 Kurfürstenbrunnen (links) mit römischer Brunnenfassung und Angelika...
Abb. 5.8 Profil durch den Pyrmonter Kessel mit dem Austritt von Säuerling un...
Abb. 5.9 Eine der ersten Darstellungen zur Entstehung von Quellen und Flüsse...
Abb. 5.10 (a) Johann Günther von Andernachund (b) sein Werk.
Abb. 5.11 (a) Jacob Theodor Tabernaemontanusund (b) sein Werk.
Abb. 5.12 Konzentrations‐pE‐Diagramme für Chlorspezies bei (a) pH = 2; (b) p...
Chapter 6
Abb. 6.1 Porträts der Apotheker (a) Westrumbund (b) Trommsdorff
Abb. 6.2 (a) Carl Remigius Freseniusund (b) sein Chemisches Laboratorium...
Abb. 6.3 Summen‐ und Gruppenparameter in der Wasseranalytik.
Abb. 6.4 Schematische Darstellung der Messapparaturen zur (a) TOC‐ und (b) A...
Abb. 6.5 Analysensystem zum Luft‐Wasser‐Extraktionsverfahren.
Abb. 6.6 Grundlagen eines Immunoassays am Beispiel der Atrazinbestimmung.
Abb. 6.7 Hemmkurven aus der Anwendung des dynamischen Biolumineszenztests.
Abb. 6.8 Ionenchromatographische Analyse von Trinkwasser: (a) von Alkali‐ un...
Abb. 6.9 (a) Voltammetrische Analyse einer Trinkwasserprobe (Anreicherung 60...
Abb. 6.10 Ionenchromatographische Analyse von Trink‐ und Mineralwasser: (a) ...
Abb. 6.11 Kapillarelektrophorese von Chrom(III) und Chromat in einem Industr...
Abb. 6.12 In‐situ‐UV‐Sensor, photometrischer Sensor zur SAK‐ und Nitratmessu...
Abb. 6.13 Cyanidanalysen im Industrieabwasser: (a) im Fließsystem (FIA) oder...
Abb. 6.14 Fließinjektionsschema zur Bestimmung von löslichem Gesamtstickstof...
Chapter 7
Abb. 7.1 Donauwasseraufbereitung zur Verwendung als Trinkwasser.
Abb. 7.2 Schematische Darstellung der Umkehrosmose.
Abb. 7.3 Grundlagen der Abwasserchemie.
Abb. 7.4 (a) Schema einer mechanisch‐biologischen Kläranlage; (b) mechanisch...
Abb. 7.5 Kinetik von Flockung und Filtration.
Abb. 7.6 Wirksamkeit von Chemikalien in der Wassertechnologie: (a) Elektroly...
Abb. 7.7 Abwasserreinigungsanlage mit Phosphatfällung.
Abb. 7.8 Stickstoffumwandlungen bei der Abwasserreinigung (Denitrifikation)....
Abb. 7.9 Verfahren der Denitrifikation.
Chapter 8
Abb. 8.1 Bild des Wasserturms mit Anbau auf der Informationstafel vor dem Aq...
Abb. 8.2 Der Brunnentempel in Niederselters (Foto Schwedt).
Abb. 8.3 Mineralwasserkrüge aus Niederselters (Foto: Dr. Norbert Zabel).
Abb. 8.4 Der
Seltersbrunnen
um 1873 – in der Zeit von C.R. Fresenius
Guide
Cover Page
Title Page
Copyright Page
Vorwort
Table of Contents
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Literatur
Index
WILEY END USER LICENSE AGREEMENT
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Einführung in die Wasserchemie
Georg Schwedt
Autor
Prof. Dr. Georg Schwedt
Lärchenstr. 2153117 BonnDeutschland
Titelbild
Das Titelbild wurde unter Verwendungeiner Abbildung von Shutterstock/Heklagestaltet.
Alle Bücher von Ernst & Sohn werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung.
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Satz le-tex publishing services GmbH, LeipzigDruck und Bindung
Print ISBN 978-3-527-34873-2
ePDF ISBN 978-3-527-83070-1
ePub ISBN 978-3-527-83071-8
Gedruckt auf säurefreiem Papier.
Vorwort
Das Buch wendet sich an Studenten und Praktiker aus der Geografie, Geologie, der Chemie und Lebensmittelchemie, den Ingenieurwissenschaften (speziell Wasserwirtschaft), der Biologie sowie aus der Medizin an Hygieniker.
Es vermittelt grundlegende Kenntnisse von der Hydrologie bis zur Analytik und Gesetzgebung. Auf sehr spezielle Details wird jedoch verzichtet.
Bereits direkt nach meiner Promotion 1971 war ich als Leiter einer neu eingerichteten Abteilung für Umweltschutz und Wasseruntersuchungen im Chemischen Untersuchungsamt der Stadt Hagen tätig. Als Hochschullehrer begann ich mit Forschungen in der Elementspeziesanalytik in Wässern. Später sollten die Entwicklung und Anwendung u. a. der Ionenchromatographie in der Wasseranalytik sowie der Elementspurenanalytik zu den methodischen Schwerpunkten in der Forschung werden. Für problemorientierte Untersuchungen wurden sowohl Schnelltests als auch automatisierte Verfahren und Kopplungstechniken entwickelt.
Auf die aus diesen Arbeiten entstandenen Veröffentlichungen wird auch in diesem Buch Bezug genommen.
Grundlegende Darstellungen sind aus dem vergriffenen Taschenatlas Umwelt (erstmals im Thieme Verlag 1999 erschienen) entnommen und durch neue Entwicklungen und Erkenntnisse der letzten Jahrzehnte ergänzt worden.
Bonn im Frühjahr 2022Georg Schwedt
1Einleitung
Wasser ist die Voraussetzung für die Entstehung von Leben. Der Mensch besteht zu 60–65 % aus Wasser. Früchte enthalten bis zu 90 % Wasser.
Wasser ist ein wichtiges Transportmittel – für Pflanzen zur Aufnahme von Nährstoffen, für Schiffe zum Transport von Gütern und Menschen.
Wasser war bei den griechischen Naturphilosophen Teil ihrer Vier‐Elemente‐Lehre aus Wasser, Feuer, Luft und Erde. Wasser wurde seit Thales um 600 v. Chr. als Urstoff bezeichnet.
Die Formel panta rhei (alles fließt), die auf den griechischen Philosophen Heraklit von Ephesos (um 520 bis um 460 v. Chr.) zurückgeführt wird, beinhaltet eine frühe Vorstufe vom Kreislauf des Wassers. Auch in der Bibel spielt Wasser eine große Rolle – so beispielsweise auch extreme Niederschläge wie in der Sintflut.
Erste Vorstellungen von einem meteorogenen Wasserkreislauf sind u. a. bei Diogenes von Appollonia (um 499 bis um 428 v. Chr.; antiker Naturphilosoph und Arzt) sowie auch Hippokrates von Kos (um 460 bis um 370 v. Chr., berühmtester Arzt des Altertums) zu finden.
An den physikalischen Eigenschaften des Wassers orientiert sich unsere Temperaturskala in Grad Celsius.
Mit der Bestimmung der exakten (quantitativ ermittelten) FormelH2O – der Zusammensetzung aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff – begann die Zeit der Chemie als Wissenschaft in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts. Besonderes Charakteristikum des Wassers ist sein Vorkommen auf der Erde in den drei Aggregatzuständen gasförmig, flüssig, fest.
Mit Wasser beschäftigen sich zahlreiche Wissenschaften: von der Chemie und Physik, der Meteorologie, den Umweltwissenschaften (Wasserverunreinigungen), von den Ingenieurswissenschaften (Technik), der Medizin (Hygiene; Heilwässer) bis zur Ökonomie (Wasserwirtschaft) sowie auch die Rechtswissenschaften (Gesetzgebung).
Unser Trinkwasser ist das Lebensmittel Nr. 1, das besonders umfangreichen Überwachungen nach dem Lebensmittelgesetzgebung unterliegt.
Auf der Webseite der Wasserchemischen Gesellschaft, einer Fachgruppe innerhalb der Gesellschaft Deutscher Chemiker, sind u. a. die Aufgaben der Wasserchemie in der heutigen Zeit zusammengefasst.
Dazu zählen die Verwendung und Aufbereitung der verschiedenen Rohwässer, mit der Behandlung genutzter Wässer vor der Rückführung in den natürlichen Kreislauf und die Prüfung, Vereinheitlichung und Weiterentwicklung von Analysenverfahren.
In dieser breit angelegten Einführung in die Wasserchemie wurden alle diese genannten Bereiche berücksichtigt.
Die Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000 „zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik“ enthält folgenden Satz:
(1) Wasser ist keine übliche Handelsware, sondern ein ererbtes Gut, das geschützt, verteidigt und entsprechend behandelt werden muss.
2Grundlagen der Hydrologie
2.1 Definition und Entwicklungen
Die Hydrologie, auch Gewässerkunde, ist die Wissenschaft vom Wasser und seinen Eigenschaften vor allem in der Geo‐ und Biosphäre, auf und unter der Erdoberfläche. Sie umfasst als Teilbereiche den Wasserhaushalt (quantitative Hydrologie), die Wasserbeschaffenheit sowie biogene Stoffumsätze im Wasser (qualitative Hydrologie). Wichtige, oft eigenständige Teildisziplinen sind u. a. die Hydrologie der Oberflächenwässer (Fließgewässer, Schnee/Eis), die Hydrogeologie und die Hydrochemie sowie Hydrobiologie und Limnologie (Binnengewässerkunde). Ozeanologie (Meereskunde) und Glaziologie (Gletscherkunde) sind schon früh als selbstständige Wissenschaften entstanden.
Athanasius Kircher (1602–1680; Jesuit und Universalgelehrter des 17. Jahrhunderts) vermittelt in seinem Werk Mundus subterraneus (1664 [1]; Abb. 2.1) eine erste Vorstellung von einem Wasserkreislauf. Er vermutete, dass Quellen in den Höhenlagen von Bergen aus unterirdischen Kanälen gespeist würden. Diese Quellen wiederum seien mit sehr großen Strudeln am Grund der Meere verbunden. Er stellte auch die Hypothese auf, dass die Gezeiten von Wassermassen verursacht würden, die sich zwischen den Weltmeeren und einem unterirdischen Ozean bewegten.
Pierre Perrault (um 1608–1680) wurde gemeinsam mit Edme Mariotte (um 1620–1684; Physiker) zu einem der Begründer der Hydrologie als einer experimentellen Wissenschaft, indem sie u. a. das Eindringen von Regenwasser in den Boden quantitativ ermittelten und die Verdunstung als Teil des Wasserkreislaufs (mit Faktoren wie Verdunstung, Transpiration [Pflanzen], Durchfluss und Oberflächenabfluss) in ihre Betrachtungen einbezogen. Perrault veröffentlichte 1674 seine Erkenntnisse unter dem Titel De l'origine des fontaines – deutsch Über den Ursprung der Quellen[2].
Mit dem Beginn umfangreicherer Messungen zu meteorologischen Größen wie Temperatur und Niederschlag, auch zum Wasserstand von Flüssen als hydrologischer Größe, begann im 19. Jahrhundert eine Entwicklung zum Aufbau von Messnetzen, die Daten für mathematisch‐theoretische Grundlagen lieferten.
Pioniere dieser Entwicklungen sind u. a. John Dalton (1766–1844; engl. Naturforscher), der 1801 eine erste empirische Gleichung zur Berechnung der Verdunstung als Funktion von Windgeschwindigkeit und Sättigungsdefizit entwickelte, sowie Henry Darcy (1803–1858; franz. Ingenieur), der den Zusammenhang zwischen Wasserhöhe, Durchlässigkeit und durchflossener Fläche poröser Medien wie Böden beschrieb.
Abb. 2.1 Vorstellungen eines Wasserkreislaufes von A. Kircher in Mundus subterraneus (Unterirdische Welten) 1664 [1].
In den Hochkulturen entwickelten sich schon früh Techniken zur Steuerung des Wasserhaushaltes – so in Mesopotamien (heute Irak) zur Bewässerung im Pflanzenanbau bei Wassermangel, wo Wasser in unterirdischen Kanälen (Qanat genannt) von Quellen in den Bergen in Wüstenregionen transportiert wurde. Weitere Beispiele sind Bewässerungsanlagen im alten Ägypten, der Deichbau als Schutz in vielen Küstenregionen und auch die von den Römern entwickelte Technik der Wasserversorgung und ‐entsorgung mit den historischen Wasserleitungen auch in Deutschland (aus der Eifel nach Köln, verbunden mit dem Bau von Aquädukten – s. auch Exkurs in Abschn. 5.6). Als Beispiel für einen Deichbau zur Wasserversorgung sei der Mar'ib Staudamm im heutigen Jemen genannt, der um 1700 v. Chr. zur Zeit der Königin von Saba errichtet für Wasser zur Bewässerung einer Fläche von etwa 100 km2 sorgte.
Zu den Grundlagen der allgemeinen Hydrologie gehören die Gebiete des globalen und regionalen Wasserkreislaufes, des Niederschlags, des Bodenwasserhaushaltes, des Grundwassers, der Verdunstung und des Abflusses im Gewässersystem, die im Folgenden ausführlicher dargestellt werden.
Über spezielle Bereiche der Hydrologie, über hydrologische Methoden und Verfahren, die regionale Hydrologie, Anwendungen der Hydrologie bis zum Wassermanagement informiert u. a. das Buch von N. Führer (Hrsg.) Hydrologie (2011) [5]. Im selben Jahr wurde in Koblenz die Deutsche Hydrologische Gesellschaft (DHG e. V.) gegründet – als „Fachvertretung für den Bereich der Hydrologie und Wasserbewirtschaftung für Studierende, Wissenschaftler/innen und Berufspraktiker“ (www.dhydrog.de).
Exkurs: Bundesanstalt für Gewässerkunde
In Koblenz befindet sich seit 1952 auch die Bundesanstalt für Gewässerkunde. Nach Hochwasserkatastrophen in den 1880er‐ und 1890er‐Jahren bildeten die deutschen Staaten Baden, Bayern, Württemberg und Preußen einen gemeinsamen Wasserausschuss, aus dem 1902 die Preußische Landesanstalt für Gewässerkunde in Berlin hervorging. Nach dem Zweiten Weltkrieg entstand in den sowjetisch besetzten Gebieten 1945 die Forschungsanstalt für Schifffahrt, Gewässer‐ und Bodenkunde, später im Hauptamt für Hydrologie und dann im Institut für Wasserwirtschaft (IfW) fortgeführt. In Westdeutschland wurde 1948 zunächst die Forschungsanstalt für Gewässerkunde in Bielefeld eingerichtet – 1949 in Bundesanstalt für Gewässerkunde unbenannt und 1952 in Gebäude in den Kaiserin‐Augusta‐Anlagen in Koblenz verlegt. Nach der Wiedervereinigung beider deutscher Staaten arbeiteten ab Oktober 1990–2002 die Einrichtungen in Berlin und Koblenz zusammen (die Außenstelle Berlin wurde 2002 geschlossen).
Die Bundesanstalt für Gewässerkunde in Koblenz hat als wissenschaftliches Institut die Aufgabe, wasserstraßenbezogene Forschung, Begutachtung und Beratung auf den Gebieten Gewässerkunde, Wasserbewirtschaftung, Ökologie und Gewässerschutz durchzuführen. Eine der Kernaufgaben ist das „Messprogramm zur Überwachung der Gewässergüte grenzüberschreitender Flüsse sowie von Küstengewässern“.
Die Aufgabenschwerpunkte spiegeln sich auch in der Organisation der Bundesanstalt mit drei fachspezifischen Abteilungen Quantitative Gewässerkunde, Qualitative Gewässerkunde und Ökologie.
Zur qualitativen Gewässerkunde gehören folgende Referate: Hydrometrie und gewässerkundliche Begutachtung – Wasserhaushalt, Vorhersagen und Prognosen – Gewässermorphologie, Sedimentdynamik und ‐management – Geodatenzentrum – Geodäsie und Fernerkunden.
Zur quantitativen Gewässerkunde zählen: Grundsatzfragen der qualitativen Gewässerkunde – Gewässerchemie – Biochemie, Ökotoxikologie – Radiologie und Gewässermonitoring.
Auf der Webseite der Bundesanstalt (www.bafg.de) lassen sich viermal täglich erfasste Daten aus Messungen abfragen – so unter dem Link Service zu Gewässergüte am 2. Mai 2020:
Koblenz Rhein
11.00 Uhr (Wasserstand 165 cm – Wassertemperatur 16,1 °C – Sauerstoffgehalt in mg/l 8,2 – pH‐Wert 8,1 – Leitfähigkeit µS/cm 489 – Trübung in TE 4,2).
Koblenz Mosel
11.00 Uhr (Wasserstand 242 cm – Wassertemperatur 15,7 °C – Sauerstoffgehalt mg/l 10,0 – pH‐Wert 8,3 – Leitfähigkeit µS/cm 951 – Trübung TE 3,2).
2.2 Der hydrologische Kreislauf
Transport und Speicherung von Wasser, global und regional, werden mit dem Begriff Wasserkreislauf beschrieben. Innerhalb dieses Kreislaufs wechselt das Wasser mehrmals seinen Aggregatzustand.
Ozeane, Seen, Flüsse, Grundwasser, Polareis und Gletscher bilden die Hydrosphäre in festem, flüssigem und wenn man die Atmosphäre berücksichtigt auch gasförmigem Zustand. 97,3 % des Gesamtwasservorrats auf der Erde, der nur etwa 0,3 % der Erdmasse ausmacht, aber 71 % der Erdoberfläche bedeckt, befinden sich in den Ozeanen.
Der globale Wasserkreislauf kann als eine riesige, von Sonnenenergie gespeiste Destillationsanlage aufgefasst werden – mit einer Kapazität von etwa 420 000 km3 im Jahr, die zu 85 % aus den Ozeanen stammen. Die Verdunstung ist dann am höchsten, wenn die Wasseroberfläche warm, die Luft trocken ist und eine hohe Verteilung des Wasserdampfes durch eine vertikale Verteilung bei hoher Windgeschwindigkeit erfolgen kann. Die Verdunstung von pflanzenbewachsenen Flächen wird als Evapotranspiration bezeichnet – zusammengesetzt aus Evaporation (Verdunstung aus unbelebten Oberflächen) und der Transpiration der Pflanzen. Eine weitere differenzierende Größe ist die Interzeption als Verdunstung von Niederschlagswasser zu nennen, das zunächst als Schnee auf bzw. an Pflanzen zurückgehalten wurde (s. auch Abschn. 3.2 und 3.4).
Als bedeutendste Senke für Wasser in der Atmosphäre ist die Kondensation des Wasserdampfs mit anschließendem Ausregnen zu nennen. Die Verweilzeiten von Wasser betragen in der Atmosphäre etwa acht bis zehn Tage, in den Ozeanen dagegen 1700–3000 Jahre.
Wasser spielt eine wesentliche Rolle bei Verwitterungsvorgängen, bei Transportvorgängen im Boden sowie bei chemischen Umsetzungen in Flüssen und Meeren.
Betrachtet man den in Abb. 2.2 dargestellten hydrologischen Kreislauf genauer, so lassen sich folgende Einzelheiten hervorheben:
Aus den Tiefen der Erdoberfläche gelangt Wasser infolge des submarinen Vulkanismus als hydrothermale Flüssigkeit in die Ozeane. Im Zusammenhang mit der Gesteinsmetamorphose und Plattenbewegungen kann Wasser vulkanischen Ursprungs auch als Mineralwasser an der Erdoberfläche austreten – nicht nur in der Folge von Vulkanausbrüchen, sondern auch über Spalten im Gestein in Form von Mineralwasserquellen.
Im Mittelpunkt des Wasserkreislaufs über der Erdoberfläche steht die atmosphärische Zirkulation. Ein Teil des Kreislaufes umfasst die Verdunstung aus den Ozeanen und die Rückkehr in die Ozeane über den Regen. Je nach Temperatur kann das aus Ozeanen verdunstete Wasser als Schnee oder Regen auf die Landoberfläche gelangen. Zu weiteren Einzelheiten eines Wasserkreislaufs sind auch die Gletscherschmelze und vor allem auch mit den Eigenschaften des Wassers zusammenhängende Vorgänge von Ausfällungen in den Gewässern als beispielsweise Calciumcarbonat (unter dem Einfluss von Kohlenstoffdioxid) oder von anderen Metallionen in Form von Sedimenten sowie die genannten Oberflächenabflüsse (mit darin gelösten Ionen aus Verwitterungsprozessen) zu betrachten.
Das Grundwasser enthält auch Ionen aus den Verwitterungsprozessen. An den Verdunstungsvorgängen sind außer den Ozeanen die Seen, Flüsse, Böden und die Vegetation beteiligt.
Abb. 2.2 Der hydrologische Wasserkreislauf.
Chemische, geologische, biologische sowie meteorologische Vorgänge sind im komplexen Wasserkreislauf eng miteinander verbunden.
In vereinfachter Weise lässt sich ein Hauptkreislauf des Wassers zunächst von Meer zu Meer beschreiben – infolge der größeren Fläche der Ozeane gegenüber den Landflächen (etwa 70 % gegen 30 %). Etwa 10 % des aus den Meeren verdunsteten Wassers gelangen auf die Landflächen und von dort zum Teil über Flüsse wieder in die Meere zurück.
Als einen inneren Kreislauf kann man die Verdunstung des Wassers von der Landoberfläche und Rückkehr ebenfalls in die Meere bezeichnen. Abflüsse in die Meere erfolgen sowohl oberirdisch als auch unterirdisch über das Grundwasser.
Die wichtigsten Prozesse des globalen Wasserkreislaufs lassen sich aus den differenzierten Betrachtungen mit den Begriffen Verdunstung, atmosphärischer Wassertransport, Niederschlag sowie ober‐ und unterirdische Abflüsse zusammenfassen. Als treibende Kräfte sind die Sonneneinstrahlung (für die Verdunstung) sowie die Gravitation (für Niederschlag und Abflüsse) zu nennen.
2.3 Das Kastenmodell der Gewässerchemie
Die Gewässerchemie ist ein Teilgebiet der Wasserchemie. Sie beschäftigt sich einerseits mit der chemischen Zusammensetzung in stehenden und fließenden Gewässern sowie des Niederschlags‐ und Grundwassers, andererseits auch mit den chemischen Reaktionen, die in diesen Gewässern stattfinden können. Beispielsweise untersucht sie den Sauerstoffhaushalt, Versalzungs‐, Grenzflächen‐ und Eutrophierungsvorgänge, darüber hinaus biologische und bakteriologische Stoffwechselvorgänge und deren Auswirkungen auf die chemisch‐biochemischen Vorgänge insgesamt. Zu den Aufgaben der Gewässerchemie gehören auch die Beschaffenheits‐ und Gütebewertung eines Gewässers sowie deren Belastung durch chemische Schmutzstoffe. Weitere Aufgabenfelder sind Untersuchungen zur Selbstreinigungskraft eines Gewässers, über die Stofftransporte und zur Nutzbarkeit für die Trink‐ und/oder Betriebs‐ (Brauch‐) Wasserversorgung der Bevölkerung, der Industrie und der Landwirtschaft.
Die Gewässerchemie liefert auch die Grundlagen für die Gewässerökologie. Diese erforscht die Zusammenhänge zwischen Gewässerstruktur (vom Teich bis zu den Fließgewässern) und den biologischen Komponenten (von den Einzellern bis zu den Fischen) als Lebensgemeinschaften. Das Leibniz‐Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei in Berlin beschreibt seine Aufgabe als Erforschung aller grundlegenden Prozesse in Gewässern mit deren Lebensgemeinschaften und hat das Ziel, aus diesem Wissen u. a. Maßnahmen für ein nachhaltiges Gewässermanagement zu entwickeln. Die Interdisziplinarität wird an der auf ihrer Webseite (www.igb‐berlin.de) genannten Wissenschaften deutlich, die an diesen Forschungen beteiligt sind: Hydrologie, Chemie, Physik, Mikrobiologie, Limnologie, Fischökologie und Fischereibiologie. Die Limnologie ist die klassische Wissenschaft von den Binnengewässern als Ökosystemen. Sie beschäftigt sich mit dem Stoff‐ und Energiehaushalt, mit der biologisch‐ökologischen Struktur und Funktion und auch mit der Quantifizierung biotischer und abiotischer Prozesse. Sie kann als Mutter der heutigen Gewässerökologie bezeichnet werden. Als einer der Begründer dieser Wissenschaftsdisziplin wird der Schweizer Francois‐Alphonse Forel (1841–1912; Arzt und Naturforscher) genannt, der die Hydrobiologie durch seine Untersuchungen des Genfersees (Lac Léman) – biologisch, chemisch und physikalisch – zur Limnologie erweiterte und bereits 1892–1901 ein Handbuch zur Limnologie herausgab, mit dessen Titel Monographie limnologique[3] er auch den Namen prägte (in deutscher Sprache noch Handbuch der Seenkunde, Stuttgart 1901, genannt). In Deutschland entstand bereits 1891 die erste biologische (limnologische) Station in Plön (heute Max‐Planck‐Institut für Evolutionsbiologie) – ab 1917 als Hydrobiologische Anstalt der Kaiser‐Wilhelm‐Gesellschaft unter Leitung von August Thienemann (1882–1960; Zoologe), der in Deutschland durch seine Arbeiten über die ökologischen Beziehungen in Binnengewässern als Begründer der Limnologie gilt.
Das multidimensionale Kastenmodell der Gewässerchemie (Abb. 2.3) veranschaulicht als einfaches (und vereinfachendes) Bild viele der Charakteristika, die auch in komplizieren Modellen eine entscheidende Rolle spielen. Es macht zwei Wege deutlich, auf denen chemische Stoffe in den Kasten (die Box) gelangen können: als Niederschlag (Schnee, Regen) von oben, auch als Trockendeposition (Staub), aus der Atmosphäre und über Flüsse, Kanalisation u. a. Wasserströme (Zufuhr). Das Modell geht davon aus, dass alle chemischen Stoffe innerhalb des Kastens, eines für die Betrachtung der beschriebenen Vorgänge festgelegten Raumes, gut gemischt sind, in dem vor allem chemische Umsetzungen betrachtet werden sollen. Der Verlust an chemischen Stoffen aus diesem Raum wird durch den flussabwärts gerichteten Pfeil (Abgabe) gekennzeichnet. Die wichtigsten Veränderungen in der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe im Wasser werden durch Reaktionen zwischen Ionen und Molekülen, sowohl in den ankommenden als auch abfließenden Strömen, durch Ablagerungen und durch die Wechselwirkungen zwischen flüssigen und festen Bestandteilen hervorgerufen. Es finden sowohl Lösungsvorgänge (Mobilisierungen fester Teilchen) als auch Depositionen (Ablagerungen, Sedimentierungen) fester Teilchen statt. Das Modell hat die Aufgabe, Parameter wie Ionengleichgewichte, Zustandsumwandlungen von festen zu flüssigen Bestandteilen (und umgekehrt) sowie die Wasser‐ und Ionenaufnahmekapazität der Böden im Auffangbecken wiederzugeben. Es vereinfacht bzw. reduziert einerseits den globalen Wasserkreislauf auf den in Abb. 2.2 dargestellten Teil zwischen Ozean und Land, differenziert aber gleichzeitig die nur angedeuteten Vorgänge des Ausfällens (Calciumcarbonat) und der Sedimentierung bzw. der Oberflächenabflüsse mit gelösten Ionen aus Verwitterungsprozessen.
Abb. 2.3 Das Kastenmodell der Gewässerchemie.
2.4 Verteilung des Wassers auf der Erde
Ein Teil des Wassers unserer Hydrosphäre ist ständig im beschriebenen Wasserkreislauf in Bewegung, sodass eine Abschätzung der volumenmäßigen Verteilung nur annähernd möglich ist.
In der Abb. 2.4 sind sowohl geschätzte Daten als auch eine bildliche Darstellung der volumenmäßigen Verteilung enthalten.
Abb. 2.4 Volumenmäßige Verteilung des Wassers.
Die Angaben in verschiedenen Lehrbüchern unterscheiden sich trotz der heutigen Möglichkeiten der modernen Verfahren wie der Satellitenfernerkundung. Gründe dafür sind die räumlich und zeitlich unterschiedliche Verteilung (Beispiel: Atmosphäre) sowie unterschiedliche Abgrenzungen der Bereiche (Beispiel: Grund‐ und Bodenwasser).
Geht man von einem Gesamtvolumen an Wasser in der Hydrosphäre von 1,4 · 109 km3 aus, so lassen sich den verschiedenen Bereichen folgende Anteile in Prozent zuordnen:
Etwa 97 % des auf der Erde insgesamt verfügbaren Wassers befinden sich in den Ozeanen (Weltmeeren), Gletscher und Polareis weisen einen Anteil von etwa 2 % (abnehmend) auf, gefolgt von den grundwasserführenden Schichten – Aquifere – genannt – mit etwa 1–2 %. In der Atmosphäre befindet sich nur ein Hunderttausendstel des verfügbaren Wassers der Erde. Beträchtlichen Schwankungen unterliegt die Wassermenge, die als Dampf und in kondensierter Form in der Atmosphäre vorhanden ist. Transport und Verteilung des Wassers auf der Erde sind zwei der wichtigsten Kennzeichen für das Klima. Der Wasserkreislauf – auch als hydrologischer Zyklus bezeichnet – wird wie bereits erwähnt durch die Sonnenenergie in Gang gehalten.
Zusätzlich zu diesen Angaben sind vor allem die globalen Unterschiede von Niederschlag, Verdunstung und Abfluss zu berücksichtigen. Meist werden Angaben zu diesem Bereich in vier Zonen eingeteilt (in Volumen/Fläche, wobei 1 mm 1 l/cm2 entspricht; nach [5]):
den äquatorialen Bereich mit den höchsten Niederschlägen zwischen 1500 und 6000 mm pro Jahr,
Trockengebiete in den Subtropen (23–40 °C) unter 100 mm/Jahr,
mittlere und höheren Breiten (feuchtere Gebiete) mit 300–2000 mm/Jahr,
Polargebiete, relativ niederschlagsarm.
Von [4] wird folgende Einteilung in sieben Klimazonen beschrieben:
immerfeuchte regenreiche Gebiete (tropischer Regenwald) mit > 10 000 mm/Jahr, immergrüner Passatregenwald an der Ostseite der kontinentalen Gebirgsränder und Westwindzonen an Gebirgsküsten mit jeweils 2000 mm/Jahr,
wechselfeuchte Gebiete ohne lange Trockenzeiten (gemäßigte Zonen, z. B. Deutschland),
wechselfeuchte Gebiete mit langer Trockenzeit (Mittelmeer, Kalifornien, Monsungebiete),
regenarme Länder und Trockengebiete (subtropischer Hochdruckgürtel, Steppensavannen, Halbwüsten und Wüsten).
Die globale Verteilung des Abflusses unterliegt großen räumlichen Schwankungen. Tropen und auch Gebirgsregionen weisen die höchsten Abflüsse auf. In Trockengebieten liegt er unter 10 mm/Jahr.
2.5 Wasserhaushalt der Erde – global und regional
Der Wasserhaushalt insgesamt wird von folgenden Wegen bzw. Arten des Wassertransportes bestimmt: dem Niederschlag, der Verdunstung und des Wasserdampftransports.
Beim Niederschlag unterscheidet man folgendes Formen:
Nieselregen mit Tropfen von 0,05–0,25 mm Durchmesser,
Regen mit Tropfen bis zu 3 mm Tropfenradius,
Schnee aus Eissternen und anderen Eiskristallen, Eiskörnern (gefrorenen Regentropfen),
Graupel und Hagel mit Radien von 1–2,5 mm bzw. 2,5–25 mm.
Die Erscheinungen der Verdunstung werden wie folgt differenziert:
Evaporation
als Verdunstung von freien Oberflächen, benetzten Oberflächen und aus Böden ohne den Einfluss biologischer Vorgänge,
Transpiration
als Verdunstung infolge biologischer Vorgänge; Abgabe von Wasser aus den Poren von Pflanzen,
Evapotranspiration
als Gesamtheit der Verdunstung von bewachsenen Flächen, die vor allem im tropischen Regenwald eine lebenswichtige Rolle spielen (s. auch in
Abb. 2.2
und in
Abschn. 3.2
).
Im Jahr werden etwa 40 · 103 km3 aus den Meeren über die Luft auf die Kontinente transportiert. Die Abb. 2.5 zeigt, dass die Verdunstung aus den Meeren insgesamt mehr als das Zehnfache dieses Volumens beträgt; der größte Teil davon kehrt jedoch als Niederschlag wieder in die Meere zurück.
Von dem auf die Kontinente gelangten Wasser wird ein Teil als Grundwasser zurückgehalten, der Rest fließt ebenfalls durch die Flüsse in die Ozeane zurück. Von den jährlichen etwa 111 · 103 km3 Niederschlag auf dem Land stammen zwei Drittel aus der Verdunstung von Wasser aus Süßwasserreservoiren. Hierbei spielt die genannte Evapotranspiration mit 71 · 103 km3 eine wesentliche Rolle.
In der Abb. 2.5 sind (ohne quantitative Angaben) auch die Vorgänge des Runoffs , des Abflusses von Wasser aus den mit Schnee und Eis bedeckten Gebirgen und das Versickern von Wasser in größere Tiefen dargestellt, das zum Teil in der Größenordnung von 40 · 103 km3 auch wieder in die Ozeane zurückfließen kann.
Bezieht man alle in der Abb. 2.5 verzeichneten Daten auf die gesamte Verdunstung von Wasser aus Ozeanen und See sowie durch die Evatranspiration von 40 · 103 km3, so ergeben sich folgende relative Angaben:
Abb. 2.5 Zum quantitativen Wasserhaushalt der Erde.
77,6 % des durch Verdunstung in den Wasserkreislauf gelangten Wassers kehren in die Ozeane über den Niederschlag zurück. Rechnet man noch den Rückfluss aus dem Grundwasser hinzu, so stellt man eine vollständige Rückkehr des Wassers in die Weltmeere fest; der Rückfluss aus dem Grundwasser entspricht dem Volumen, das als Wasserdampf aus den Ozeanen weitertransportiert wird.
Rechnerisch verbleibt das Volumen der Verdunstung aus den Seen und der Evapotranspiration, welches als Summe mit dem Wasserdampf aus den Meeren (insgesamt 110 · 103 km3) in den verschiedenen Formen des Niederschlages auf die Landmasse gelangt.
Die schematische Darstellung des Wassertransportes zeigt auch, dass von dem Niederschlag fast zwei Drittel im Boden verbleiben: von 111 · 103 km3 Niederschlag fließen 40 · 103 km3 (= 36 %) in die Meere.
Mittlere Wasserbilanz für Deutschland
Nach der globalen Wasserbilanz als Kreislauf soll hier auch die regionale Wasserbilanz, oft auch als Wassernutzung bezeichnet, beschrieben werden. Der Begriff Wasserverbrauch ist nicht korrekt, da die Prozesse der Bildung oder des Verbrauchs von Wasser auf die Gesamtmenge des Wassers auf der Erde nur marginale Auswirkungen haben.
Als Wasserbilanz wird hier die Nutzung des Wassers in einer Kulturlandschaft verstanden – wie sie für ein industrialisiertes Land wie Deutschland charakteristisch ist.
Als Wasserhaushaltsgleichung gilt:
Wa als Wasserverfügbarkeit setzt sich aus dem langjährigen Mittel des Niederschlages P und der Zuleitungen z. B. aus Flüssen Z zusammen und ist gleich der Summe aus TranspirationT, der InterzeptionI (Verdunstung von Regen direkt von den Blättern der Pflanzen), der EvaporationV und des AbflussesA. Zum Abfluss zählen Sickerwasser, Grundwasserneubildung, Grundwasserabfluss, oberirdischer Abfluss, die dem Gesamtabfluss in die Meere entsprechen.
Für Kulturlandschaften, wo die Nutzung des Wassers durch den Menschen eine wesentliche Rolle spielt, wird in dieser Gleichung die Inanspruchnahme der Wasserverfügbarkeit als EntnahmeEx berücksichtigt, welche jedoch infolge einer Rückführung genutzten Wassers als ΔEx angegeben wird. Wird weiterhin auch die Entnahme von Wasser durch Pflanzen in der Land‐ und Forstwirtschaft einbezogen, so ergibt sich folgende Gleichung unter Berücksichtigung von Verdunstung V, Speicherung S und Abfluss A:
Eine weitere Beziehung lässt sich aus diesen Betrachtungen auch für die Grundwasserneubildung AU ableiten:
Ao = oberirdischer Abfluss.
Die Speicherung S betrifft in diesem Zusammenhang speziell die für den Abfluss ausgleichend wirkende Vorratsbildung bzw. ‐änderung in der ungesättigten Sickerwasserzone.
Zur Diskussion der folgenden Abbildung wurde folgende Form der Wasserhaushaltsgleichung verwendet:
Sie fasst die Niederschlagshöhe N (in Millimeter) als Summe aus Abflusshöhe A (meist Summe des Abflusses eines hydrologisch einheitlichen Abzugsgebietes), Evapotranspiration VET (Gebietsverdunstung) und Vorratsänderung im Boden‐, Grund‐ und Oberflächenwasser (R – B) zusammen. Die Vorratsänderung wiederum stellt die Differenz zwischen der Rücklage R (bzw. Vergrößerung des gesamten ober‐ und unterirdischen Wasservorrates des Einzugsgebietes für eine bestimmte Zeit) und dem Verbrauch B dar.
In Abb. 2.6 sind diese Größen als mittlerer Niederschlag N, Abfluss ins Meer A, Verdunstung VET, Speicherung im Grundwasser und vorübergehende Speicherung R und als Verdunstung aus dem Boden B wiedergegeben.
Die schematische Darstellung des Wassertransportes und des Wasserverbrauchs zeigt, dass etwa zwei Drittel des Niederschlagswassers ihren Weg durch den Boden nehmen. Die hier relativ dargestellten Zahlenwerte beziehen sich auf einen durchschnittlichen Niederschlag von 803 mm im Jahr in Deutschland (West). Etwa die Hälfte des Niederschlags gelangt durch Verdunstung erneut in den Wasserkreislauf. Etwa ein Viertel des im Boden zunächst gespeicherten Wassers trägt nach der Versickerung zur Neubildung von Grundwasser bei. Aus dem Grundwasser werden nicht nur Quellen, Bäche und Flüsse gespeist, sondern es wird in Anteilen auch von der Industrie als Brauchwasser, von den Haushalten als Trinkwasser und zur Bewässerung landwirtschaftlich genutzter Flächen entnommen.
Abb. 2.6 Mittlere Wasserbilanz in Deutschland.
Das vorübergehend gespeicherte Wasser geht den Weg der Verdunstung nicht nur über den bewachsenen Boden (als Evaporation), sondern auch über die Pflanzen (als Transpiration). Diese auch als unproduktive bzw. produktive Verdunstung bezeichneten Anteile der Evapotranspiration insgesamt stehen im Verhältnis 1 : 3.
Wasserhaushalt mit anthropogenen Einflüssen
Ausgehend von einem mittleren Niederschlag von 803 mm im Jahr werden hier in Abb. 2.7 neben den natürlichen, bereits beschriebenen Kreisläufen auch die Verdunstung aus dem Meer und von der Landfläche die Wege in die Oberflächengewässer, in das Grundwasser und vor allem in die Haushalte und das Kleingewerbe, die Industrie einschließlich Verkehr und Landwirtschaft, der Verbrauch bzw. Gebrauch als Kühlwasser für die Elektrizitätserzeugung dargestellt.
Die Vorgänge der Verdunstung sind differenziert in Verdunstung vom Meer, der Pflanzenverdunstung, der Boden‐ und Oberflächenverdunstung, der Verdunstung von der Landoberfläche und Gewässerverdunstung (s. auch zu Abb. 2.5).
Weitere Angaben beziehen sich auf die Wasseraufbereitung, die Abwasserreinigung (s. Abschn. 7.3) sowie vor allem auf die verschiedenen Wasserströme – s. dazu vor allem auch in [5].
Abb. 2.7 Wasserhaushalt mit anthropogenen Einflüssen.
Literaturnachweis
1
Kircher, A.(1664).
Mundus subterraneus
.
2
Perrault (1674).
De l'origine des fontaines
(dt.
Über den Ursprung der Quellen
).
3
Forel, F.‐A.(1901).
Monographie limnologique
(dt.
Handbuch der Seenkunde
).Stuttgart.
4
Grohmann, A.N. et al.(2011).
Wasser
.Berlin:de Gruyter.
5
Fohrer, N.(2016).
Hydrologie
.Bern:Haupt Verlag (utb).
3Stoffkreisläufe mit Beteiligung des Wassers
3.1 Hydrogeochemie
Die Geochemie verbindet Geologie und Chemie. Sie hat die Aufgabe, den stofflichen Aufbau, die Verteilung, die Stabilität und vor allem den Kreislauf von chemischen Elementen in Mineralien, Gesteinen, Böden und Wasser zu ermitteln.
Die Hydrogeochemie als ein spezielles Gebiet der Geochemie beschäftigt sich mit der Wasserqualität von Oberflächen‐ und Grundwasser, dem Wasserkreislauf und mit den Wechselwirkungen von Wasser mit Mineralien (s. auch [1, Abschn. 2.3 Geochemie]).
Mit dem Geochemischen Institut der Universität Göttingen (Prof. Wedepohl) war meine Arbeitsgruppe für Analytische Chemie 1986 an systematischen Untersuchungen zur „Hydrogeochemie der Quellen und kleineren Zuflüsse der Sösetalsperre/Harz“ beteiligt. Aus der daraus gemeinsam entstandenen Veröffentlichung werden einige Abschnitte zitiert, aus welchen die Zielsetzung und Ergebnisse hydrogeochemischer Untersuchungen anschaulich vermittelt werden können.
Zur Einleitung und Zielsetzung ist zu lesen:
