Geoelektrisches Monitoring Experiment zur Untersuchung hydrologischer Zustände und Prozesse am Hang in einem Quelleinzugsgebiet der Freiberger Mulde : Diplomarbeit, Technische Universität Dresden, Fakultät Forst-, Geo-, Hydrowissenschaften
Auf einer Messflache im Osterzgebirge in einem Quelleinzugsgebiet der Freiberger Mulde wurde ein geoelektrischer Feldversuch durchgefuhrt, mit der Zielstellung, hanghydro-logische Kenngrosen und Prozesse zu untersuchen. Im Mittelpunkt standen dabei die speziellen hydraulischen Eigenschaften der periglazialen Deckschichten und ihr Einfluss auf die Hangwasserdynamik im oberflachennahen Untergrund. Die elektrischen Eigenschaften des oberflachennahen Untergrundes (< 1.5 m unter GOF) wurden anhand ausgewahlter Proben im Labor untersucht. Dabei stand insbesondere die Anderung der spezifischen elektrischen Leitfahigkeit respektive des spezifischen elektrischen Widerstands in Abhangigkeit von der Sattigung bzw. dem Wassergehalt im Vordergrund. Durch Messungen mit unterschiedlichen Sattigungen konnte fur jede Probe eine funktionelle Beziehung zwischen den elektrischen und hydrologischen Eigenschaften anhand des Gesetzes von ARCHIE (1942) abgeleitet werden. Die entsprechenden Formationsfaktoren zeigten jedoch keinen Zusammenhang zwischen dieser Beziehung und den Boden- (Material-) kennwerten. Nur der Sattigungsexponent wies eine deutliche Abhangigkeit vom Skelettgehalt auf. Um sichere Aussagen zuzulassen, war der Proben-umfang allerdings zu gering. Durch eine Zuordnung der Tiefenlage der einzelnen Probenbehalter war eine schicht-spezifische Einteilung der elektrischen Eigenschaften moglich. Die auf der Messflache flachenhaft vorhandenen periglazialen Dreischichtprofile konnten danach in zwei Tiefen-bereiche untergliedert werden. Haupt- und Mittellage (< 0.9 m unter GOF) unterscheiden sich hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften nur geringfugig voneinander und konnen zu einem Teilbereich zusammengefasst werden. Der Ubergang von der Mittel- zur Basislage stellt ebenfalls einen Ubergang in den elektrischen Eigenschaften dar. Die elektrischen Eigenschaften der Basislage und tiefe Bereiche der unteren Mittellage (. 0.9 m unter GOF) ahneln sich sehr stark, weshalb sie zu einem weiteren Teilbereich zusammengefasst werden konnen. Um den strukturellen Aufbau des Untergrundes, die Verteilung und Anderung des spez. elektr. Widerstandes, nachzuvollziehen, wurde eine geoelektrische Kartierung anhand sieben charakteristischer Profile (2 parallel, 5 senkrecht zur Hangneigung) durchgefuhrt. Ein Vergleich mit der herkommlichen Kartierung zeigt, dass die verwendete Methode (Messgerate, Elektrodenanordnung etc.) nur bedingt dazu geeignet ist, die relativ gering-machtigen periglazialen Deckschichten vollstandig raumlich aufzulosen. Eine Differenzierung zwischen der Haupt- und Mittellage ist, auf Grund ihrer ahnlichen elektrischen Eigenschaften, nur moglich, wenn sich diese in ihren Wassergehalten bzw. Sattigungen unterscheiden. Eine Abgrenzung der Basislage von den hangenden PROBLEMSTELLUNG ; Der Einfluss periglazialer Deckschichten auf die Hangwasserdynamik ; Hydrogeophysik ; FRAGESTELLUNG UND ZIELSETZUNG ; STAND DER FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG ; PERIGLAZIALE DECKSCHICHTEN ; DAS HYDROLOGISCHE SYSTEM VON QUELLEINZUGSGEBIETEN AN HÄNGEN ; Niederschlag und Interzeption ; Oberflächenabfluss ; Muldenspeicherung ; Infiltration und Perkolation ; Grundwasserabfluss ; Zwischenabfluss ; GEOELEKTRISCHE TOMOGRAPHIE ; PETROPHYSIK - „PETROPHYSICAL RELATIONSHIP“ ; GEOELEKTRISCHES MONITORING - „TIME-LAPSE ERT; THEORETISCHE GRUNDLAGEN ; ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN DES UNTERGRUNDES ; Magnetische Permeabilität ; Dielektrische Verschiebung ; Elektrische Leitfähigkeit ; GLEICHSTROMGEOELEKTRIK ; Messprinzip ; Elektrodenkonfigurationen ; Sensitivität ; Störeinflüsse geoelektrischer Messungen ; UNTERSUCHUNGSGEBIET; ALLGEMEINE CHARAKTERISIERUNG UND NATURRÄUMLICHE EINORDNUNG ; Geographische Einordnung ; Das Osterzgebirge ; Der Naturraum im Umfeld der Messfläche ; VEGETATION UND LANDNUTZUNG ; KLIMATISCHE UND HYDROLOGISCHE EINORDNUNG ; DER GEOLOGISCHE UNTERGRUND ; DER OBERFLÄCHENNAHE UNTERGRUND ; Periglaziale Deckschichten ; Böden ; METHODIK ; METHODIK DER LABORUNTERSUCHUNGEN; Probenentnahme ; Bestimmung der invarianten Parameter ; Bestimmung des effektiven Widerstandes der Probe ; Bestimmung der Geometriefaktoren [K] ; Fehlerbetrachtung der Laboruntersuchungen ; METHODIK DER GELÄNDEUNTERSUCHUNGEN ; Messgerät ; Messmethode ; Kartierung ; Monitoring ; Elektrodenaufstellung / -konfiguration ; Berücksichtigung der Topographie ; Datenauswertung und Visualisierung ; Verfahren für die Auswertung von Monitoring-Daten ; ERGEBNISSE UND DISKUSSION DER LABORUNTERSUCHUNG ; TIEFENZUORDNUNG ; LAGERUNGSDICHTE ; POROSITÄT ; KORNGRÖßENVERTEILUNG ; WIDERSTANDS-SÄTTIGUNGSBEZIEHUNG ; Proben der Hauptlage ; Proben der Mittellage ; Proben der Basislage ; ÜBERTRAGUNG AUF DIE GELÄNDEDATEN ; Abhängigkeit des Widerstandes von der Sättigung nach Tiefenbereichen ; Abhängigkeit des Widerstandes vom Wassergehalt nach Tiefenbereichen ; Anwendung auf die Monitoring-Daten ; ERGEBNISSE UND DISKUSSION DER KARTIERUNG ; WIDERSTANDSVERTEILUNG DER MESSFLÄCHE ; VERGLEICH MIT BOHRSTOCK- UND RAMMKERNSONDIERUNG ; VERTEILUNG DES WASSERS IM UNTERGRUND ; VERGLEICH MIT DEN WASSERGEHALTEN DER THETA-SONDEN ; ERGEBNISSE UND DISKUSSION DES MONITORINGS ; VERGLEICH DER AUSWERTEVERFAHREN ; ARTEFAKTE BEI AUSWERTUNG VON MONITORING-DATEN ; SYNTHETISCHE MODELLIERUNG OHNE REGIONSMODELL ; SYNTHETISCHE MODELLIERUNG MIT REGIONSMODELL ; ANWENDUNG DES REGIONSMODELLS AUF DIE GELÄNDEPROFILE ; VERGLEICH DER PROFILE A UND B ; JAHRESVERLAUF DER WIDERSTÄNDE ; Jahresverlauf der Hauptlage ; Jahresverlauf der Mittellage ; Jahresverlauf der Basislage und tieferer Bereiche ; Abweichungen von Profil A. ; BEISPIEL 1.: AUFFEUCHTUNG DES UNTERGRUNDES ; Vergleich der Auffeuchtung mit den Saugspannungen ; Vergleich der Auffeuchtung mit den Wassergehalten der Theta-Sonden ; BEISPIEL 2.: ABTROCKNUNG DES UNTERGRUNDES ; Vergleich der Abtrocknung mit den Saugspannungen ; Vergleich der Abtrocknung mit den Wassergehalten der Theta-Sonden
