Was ist die hydraulische Standrohrspiegelhöhe?

Die hydraulische Standrohrspiegelhöhe ist die gesamte mechanische Energie pro Gewichtseinheit des Grundwassers (Höhe plus Druckhöhe). Grundwasser fließt von hoher zu niedriger Standrohrspiegelhöhe; der Höhengradient, nicht der Druck allein, treibt den Fluss an.

Was ist die hydraulische Leitfähigkeit?

Die hydraulische Leitfähigkeit K misst, wie leicht Wasser durch ein poröses Medium fließt. Sie variiert um 10 Größenordnungen zwischen Kies (hoch durchlässig) und Ton (nahezu undurchlässig) und bestimmt, wo Grundwasser fließt.

Was ist ein Absenkungstrichter?

Wird ein Brunnen abgepumpt, sinkt die hydraulische Standrohrspiegelhöhe in einem kegelförmigen Muster um den Brunnen herum. Der Trichter dehnt sich aus, bis die Pumprate dem Zufluss aus dem umgebenden Grundwasserleiter entspricht, was den nachhaltigen Ertrag des Brunnens bestimmt.

Startseite▸Geologie & Erdwissenschaften▸Grundwasserfluss

💧 Grundwasserfluss

Simuliere den Grundwasserfluss anhand des Darcy-Gesetzes q = −K·dh/dl. Visualisiere gespannte und ungespannte Grundwasserleiter, Äquipotentiallinien, Stromlinien und Absenkungstrichter am Brunnen interaktiv.

Geologie & Erdwissenschaften3DLeicht60 FPS💧 Wasser 🌍 Erde

Über diese Simulation

Diese Simulation visualisiert die Grundwasserbewegung durch poröses Gestein nach dem Darcy-Gesetz, q = −K·(dh/dl), wobei K die hydraulische Leitfähigkeit und dh/dl der hydraulische Gradient ist. Drei Einstellungen — ungespannt, gespannt und regionaler Fluss — zeigen, wie der Grundwasserspiegel oder die piezometrische Fläche auf Neubildung und Förderung reagiert. Wird ein Brunnen zugeschaltet, senkt sich die Standrohrspiegelhöhe zu einem Absenkungstrichter ab, dessen Größe durch die Dupuit-Thiem-Gleichung bestimmt wird, während die Sickergeschwindigkeit der Darcy-Fluss geteilt durch die Porosität ist.

🔬 Was es zeigt

Ein Querschnitt mit dem Grundwasserspiegel bei ungespannten Bedingungen, einer gestrichelten piezometrischen Fläche unter einer Grundwasserstauschicht bei gespannten Verhältnissen, oder zwei Schichten mit regionalen Flusspfeilen. Äquipotentiallinien und bewegte Partikel zeichnen die Flussrichtung nach; ein Klick auf die Leinwand fügt einen Brunnen hinzu, dessen Absenkungstrichter die Höhenfläche und Partikelpfade zu ihm hin biegt.

🎮 So wird's benutzt

Wähle Ungespannt, Gespannt oder Regionaler Fluss aus den Reitern, klicke dann auf die Leinwand, um einen Förderbrunnen zu platzieren oder zu entfernen. Passe hydraulische Leitfähigkeit K (0,1–100 m/Tag), hydraulischen Gradienten i (0,001–0,1), Pumprate Q (0–3000 m³/Tag), Porosität n (0,05–0,50), Mächtigkeit des Grundwasserleiters b (5–60 m) und Neubildung (0–800 mm/Jahr) an, um zu beobachten, wie sich Darcy-Fluss, Höhenunterschied, Absenkung, Sickergeschwindigkeit und Einflussradius live ändern.

💡 Wusstest du schon?

Die hydraulische Leitfähigkeit erstreckt sich über etwa zehn Größenordnungen zwischen Materialien: sauberer Kies kann Wasser mit bis zu 1000 m/Tag leiten, während intakter Ton weniger als 0,0001 m/Tag leitet — dies entscheidet, ob ein Untergrund einen produktiven Grundwasserleiter oder eine Barriere für Schadstoffe bildet.

Häufig gestellte Fragen

Was ist das Darcy-Gesetz und wie nutzt die Simulation es?

Das Darcy-Gesetz, veröffentlicht von Henri Darcy im Jahr 1856, besagt, dass der Fluss durch ein poröses Medium gleich −K·(dh/dl) ist: hydraulische Leitfähigkeit K multipliziert mit dem hydraulischen Gradienten, wobei das Minuszeichen zeigt, dass der Fluss von hoher zu niedriger Standrohrspiegelhöhe verläuft. Der Simulator nutzt diese Beziehung direkt für die Darcy-Fluss-Anzeige und um die Sickergeschwindigkeit und Partikelbewegung für den jeweils gewählten Grundwasserleitertyp anzutreiben.

Was ist der Unterschied zwischen den Einstellungen gespannt und ungespannt?

Bei ungespannten Verhältnissen hat der Grundwasserleiter einen freien Grundwasserspiegel, der steigt und fällt, dargestellt als durchgezogene blaue Linie. Bei gespannten Verhältnissen liegt darüber eine undurchlässige Grundwasserstauschicht, sodass der Druck stattdessen durch eine gestrichelte piezometrische Fläche getragen wird, die unter artesischen Bedingungen über das Bodenniveau steigen kann. Der Reiter regionaler Fluss zeigt zwei übereinanderliegende Schichten, die Wasser zwischen flachen und tiefen Fließpfaden austauschen.

Wie wird die Absenkung um den Brunnen berechnet?

Sobald ein Brunnen platziert ist, wendet die Simulation die stationäre Dupuit-Thiem-Lösung an: Die Absenkung wächst mit der Pumprate Q und schrumpft mit hydraulischer Leitfähigkeit K und Mächtigkeit b des Grundwasserleiters, gemäß einem logarithmischen Profil in Abhängigkeit vom Abstand zum Brunnen bis zu einem festen Einflussradius. Dies erzeugt den sichtbaren Absenkungstrichter und den in der Statistikzeile angezeigten Absenkungswert s_w.

Welche Wirkung hat der Neubildungs-Regler?

Die Grundwasserneubildung stellt Niederschlag dar, der den Grundwasserspiegel erreicht, angegeben in Millimetern pro Jahr. In den Einstellungen ungespannt und regional hebt sie den Grundwasserspiegel zu einem sanften Hügel zwischen den Rändern des Bereichs an und konkurriert mit dem hydraulischen Gradienten und jedem Förderbrunnen, um die gesamte Höhenfläche zu formen, ähnlich wie Neubildung mit Entnahme in einem realen Grundwasserleiter konkurriert.

Was bedeuten die Anzeigen für Sickergeschwindigkeit und Einflussradius?

Die Sickergeschwindigkeit ist der Darcy-Fluss geteilt durch die Porosität n, die wahre durchschnittliche Geschwindigkeit des Wassers, das sich durch die verbundenen Porenräume bewegt, statt der Massenflussrate. Der Einflussradius ist der Abstand vom Brunnen, ab dem die Absenkung vernachlässigbar wird; in diesem Simulator ist er auf 200 m festgelegt, sodass Leitfähigkeit, Mächtigkeit und Pumprate verändern, wie tief der Trichter innerhalb dieser Grenze reicht.

⚙ Unter der Haube

Fördere aus einem Brunnen in einem gespannten oder ungespannten Grundwasserleiter und beobachte, wie das Darcy-Gesetz den Grundwasserspiegel absenkt, wobei die Leitfähigkeit den Absenkungstrichter bestimmt.

groundwaterDarcy's lawaquiferwell drawdownhydraulic conductivityhydrogeologyconfined aquiferunconfined aquiferearth

3D · Three.js / WebGL-Renderer · 60 FPS Ziel · läuft vollständig clientseitig, ohne Installation