Quellen
Spaltquelle
Schichtquelle
Überlaufquelle
Sp%FClbrunnen
Quellfassung
Geysir
Quellwasser
Grundwasser
Grundwasser
  
Die horizontale und vertikale Zirkulation von dampfförmigen und flüssigen Wasser stellen einen Wasserkreislauf zwischen den verschiedenen Wasserspeichern (z.B. Gletscher, Ozeane bzw. Meere, Binnenseen, Flüsse) durch Verdunstung, Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel), Sickerung und Abfluss her. Der Kreislauf wird durch die Sonneneinstrahlung und der Schwerkraft hervorgerufen.

Quellen sind Stellen an denen das Grundwasser natürlich an die Geländeoberfläche austritt. Diese meistens eng begrenzten Orte können  natürlich sein oder technisch erschlossen werden. Das in den Boden bzw. das Gestein eindringende Wasser wird an einer schwer- bis undurchlässigen Schicht gestaut und fließt an dieser unterirdisch ab oder tritt zu Tage. Die vorhandenen morphologischen und hydrogeologischen Verhältnisse sind die Grundlage des Auftreten der Quellen.  Dabei sind die Lagerungsverhältnisse des Gesteins und die Tektonik (Aufbau der Erdkruste) bestimmend für die Art und den Umfang der Bewegung und Speicherung des Grundwassers. Wenn das fließende  oder gespeicherte Wasser nicht natürlich austritt, dann kann es durch Brunnen an die Erdoberfläche gefördert werden.

 
Die Art und die Ursache des Austreten des Grundwassers wird von dem jeweiligen hydrostatischen Druck beeinflusst. Hier unterscheidet man zwischen freiem Grundwasser, bei dem der Druck an der Grundwasseroberfläche dem atmosphärischem Druck entspricht, und gespanntes Grundwasser, bei dem  der Druck an der Grundwasseroberfläche ist größer als der atmosphärische Druck.
  Quellenarten
 
 
  Spaltquelle
 
Quelle: Österreichisches Normungsinstitut
Bei einer Spaltquelle (Höhlen-, Kluft-, Karst- oder Felsenquelle) tritt das Wasser aus einer im festen Gestein befindlichen Spalte auf natürlicher Weise an die Geländeoberfläche aus. Die Quellenfassung wird abhängig von den geologischen Gegebenheiten in einem "Stollen", "Graben" oder einer Quellstube durchgeführt.
 
 
 
 
 
Schichtquelle
 
Quelle: Österreichisches Normungsinstitut
Bei einer Schichtquelle tritt das Wasser an der Grenze zwischen einer durchlässigen und einer weniger durchlässigen oder undurchlässigen Schicht auf natürlicher Weise an die Geländeoberfläche aus. Bei dieser Quellenart können auch mehrere Austritte in der weiteren Umgebung vorhanden sein.
 
 
 
 
  Überlaufquelle
 
Quelle: Österreichisches Normungsinstitut

Bei der Überlaufquelle tritt angestautes Wasser auf natürlicher Weise an die Geländeoberfläche aus. Das Wasser wird vor dem Quellaustritt an einer undurchlässige Schicht, die zur Geländeoberfläche ansteigt (Schwelle), so lange angestaut bis es überläuft.

 
 
 
 
 

Artesische Quelle - Stauquelle
Bei der Artesischen Quelle (Stauquelle, Verwerfungsquelle) tritt das Wasser durch eine in der stauenden Schicht befindliche Öffnung bzw. Schwachzone (Verwerfung) aus. Das Wasser ist in dieser Schicht, in der gering- bzw. undurchlässige Schichten einen Grundwasserleiter überlagern, "gespannt" bzw. der Druck ist höher als der atmosphärische Druck. Das Wasser kann, je nach dem vorhandenen Druck und der Größe der vorhandenen Öffnung, als dauerde Fontäne oder als Rinnsal an der Geländeoberfläche austreten. Beide Austrittsformen bilden den Beginn eines Baches bzw. Flusses. Wenn das Wasser in einer Senke austritt, bildet sich an dieser Stelle ein See (Druckwassersee, Artesischer Quellsee, Quellbeckensee), dessen Wasser am Überlauf auch der Beginn eines Baches bzw. Flusses ist.
Die Fontäne bei einem Geysir hat nichts mit einer artesischen Quelle zu tun, weil dort das Wasser durch schwache und starke Eruptionen an die Geländeoberfläche austritt. Diese können regelmäßig und unregelmäßig auftreten.
Wenn das Wasser an der Austrittsstelle durch eine Absperrvorrichtung entnommen wird, spricht man von einem Artesichen Brunnen. Bei einer ausreichenden Wassermenge kann die Quelle bzw. der Brunnen auch zur Stromerzeugung genutzt werden.

 

 
 

Artesischer Quellsee
Ein Artesischer Quellsee (Druckwassersee, Quellbeckensee) entsteht durch hochsteigendes bzw. nach oben drückendes (gespanntes) Grundwasser. Dabei füllen sich Senken oder tiefer gelegene Geländeteile. Man erkennt sie daran, dass sie keinen erkennbaren Zufluss haben. In der Regel haben sie einen Ablauf, der auch eine Quelle es Baches oder Flusses ist. Je nach dem Grundwassernachschub kann der Pegel im See stark schwanken.
Andere Druckwasserseen:
- Quellseen sind Quellen, die so stark schütten, dass sie einen Seespiegel konstant halten (Seen an Berg- und Hangfüßen ohne oberflächlichem Zulauf, Quelltöpfe)
- Durch übermässiges Ansteigen des Grundwasserspiegels, z. B. bei Hochwasser, können Seen (Temporäre Gewässer) entstehen.
- Durch Druckwasser bei dem Bau eines Deiches können sich durch Sekundärerscheinungen der technischen Veränderung der Grundwasserverhältnisse Seen bilden.
- Hydrothermale Seen bilden sich, wenn Wasser durch Erwärmung in der Tiefe hochgedrückt wird (z. B. Seen um Geysire)
Grundwasserseen sind keine Druckwasserseen. Bei denen sammelt sich das Wasser nur durch die Eintiefung der Oberfläche. Hier ist der Grundwasserspiegel angeschnitten und er liegt offen (z. B. Baggerseen). Bei starken Regenfällen entstehen Tümpel, wenn die Wassermengen nicht mehr im Boden versickern können und sich in Senken sammeln (Wasseransammlung durch Bodensättigung).

Nussensee - Druckwassersee

 
 
 

Quellfassung
Die Fassung einer Quelle wird in der Regel mit gelochten Kunststoffrohren durchgeführt. Diese liegen in einem Filter aus gewaschenem Kies mit abgestuften Korngrößen. In dem Fassungsbereich darf kein Oberflächenwasser eindringen und muss mit einer wasserundurchlässigen Schicht aus Lehm oder Beton abgedeckt werden. Damit das einsickernde Niederschlagswasser leichter abfließen kann, sollte die Abdeckung mit Gefälle aufgebracht werden. Danach wird das wieder eingebrachte Erdmaterial verdichtet.

 
Quellfassung - Schichtquelle
Quelle: SWG
Dabei ist auf eine gute Anbindung zum gewachsenen Boden zu achten. Außerdem sollte der Fassungsbereich wieder mit Gras bepflanzt  werden. Tiefwurzelnde Pflanzen dürfen in diesem Bereich nicht verwendet werden. Die Lage der Quellfassung ist im Gelände sichtbar zu kennzeichen, z. B. mit blau gefärbten Markierungen.
Von der Quellfassung gelangt das Wasser anschließend in den Sammelschacht. Dieser dient zum Sammeln bzw. Speichern von Wasser aus einer oder mehreren Quellen. Die Bauweise erfolgt in den meisten Fällen in Ortbeton-Ausführung. Bei Kleinanlagen kommen auch runde Quellstuben aus Kunststoff zum Einsatz. Der Sammelschacht besteht ein aus einem Absetzbecken (Sandfang), einem Entnahmebecken und einer begehbaren Trockenkammer (Trockeneinstieg). Jede Quelle sollte einzeln in den Sammelschacht eingeleitet werden, damit jede Quelle auf die Wasserqualität überprüft und das Wasser bei Verunreinigung abgeleitet werden kann.
 
Golfquelle
Quelle: TI Fichtelgebirge
Viele kleine Quellen werden nicht zur Trinkwassernutzung ver- wendet. Sie werden an der Austrittsöffnung besonders gestaltet und laufen frei in das Gelände ab.
 

 

Saalequelle
Quelle: TI Fichtelgebirge
 
Quellfassungen - Die Brunnenmeister
 
Sanierung von Quellfassungen - R & H Umwelt GmbH
  Geysir
 
Der Geysir Strokkur ("Butterfass")
Quelle: Dietmar Schäffer - iceland.de
 
Kalter Geysir in Andernach
Quelle: Geysir.info gGmbH
Bei einem Geysir tritt das Wasser durch schwache und starke Eruptionen an die Geländeoberfläche aus. Diese können regelmäßig und unregelmäßig auftreten. Sie werden in heiße und kalte Geysire unterteilt.
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Die Voraussetzung für einen heißen Geysir sind ein Grundwasserleiter, eine Wärmequelle (Plume), ein Reservoir (Wasserspeicher- bzw. -kammer) und ein Leitungssystem mit Verengung zur Geländeoberfläche.
Das versickernde Wasser sammelt sich in einer Kammer (Reservoir) und wird durch die Wärme einer Magmakammer auf über 100 °C erhitzt. Der Druck der in dem Leitungssystem befindlichen Wassersäule verhindert eine Dampfbildung, die erst stattfindet, wenn der Siededruck überschritten wird. Die sich bildenden Dampfblasen steigen durch die Engstellen nach oben und drücken einen Teil der Wassersäule nach außen. In diesem Moment sinkt der Druck im Leitungssystem stark ab und das überhitzte Wasser geht schlagartig in Dampf über. Dadurch können Fontänen bis zu 83 m Höhe (Yellowstone-Nationalpark) entstehen. Die Eruptionshöhe ist hauptsächlich von der Form der Geysiröffnung abhängig.
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Ein "kalter" Geysir wird durch Kohlenstoffdioxid (CO2) aktiviert, das aus Magma-Vorkommen in großer Tiefe austritt. Das Gas trifft in mehreren hundert Metern unter der Erdoberfläche auf tiefe Grundwasserschichten. Durch den hohen Druck in diesem Bereich kann sich eine sehr große Menge an CO2 in dem rund 25 °C warmen Wasser lösen. Wenn der kritischen Punkt erreicht ist, an dem kein CO2 mehr gelöst werden kann, steigt das überschüssige Gas durch Risse und Klüfte im Gestein, die mit Wassergefüllt sind, nach oben. Aufgrund des geringer werdenden Druckes vergrößern sich die Gasbläschen, dehnen sich aus und verdrängen das Wasser nach oben. Diese Gasblasen reißen das Wasser mit sich in die Höhe und der Geysir bricht aus. Der Kaltwasser-Geysir in Andernach baut eine stetig höher wachsende Wasserfontäne auf, die in Spitzen schließlich bis zu 60 m Höhe erreicht.

Wasserquellen-Atlas
Quellen - Übersicht - TU Dresden / Institut für Geotechnik

 

Quellwasser
Eine Unterform des Mineralwassers ist Quellwasser. Es handelt sich um frei zutage tretendes Grundwasser aus unterirdischen Wasservorkommen. Dabei handelt es sich um Oberflächenwasser, das auf seinem Weg in die Tiefe verschiedene Gesteinsschichten durchläuft und dadurch natürlich gefiltert wird. Bei dem Vorgang lösen sich Mineralsalze und Spurenelemente aus dem Gestein. Das Wasser bekommt einen speziellen Geschmack und bestimmte physiologische Wirkungen. Es kommt hauptsächlich in den Mittelgebirgen und im Alpenraum vor. In den meisten Fällen ist es so rein, dass es als Mineralwasser abgefüllt oder als Trinkwasser verwendet werden kann. Oberflächennahes Quellwasser ist nicht immer als Trinkwasser geeignet.

 
 

Grundwasser
Nach der DIN 4049 wird "unterirdisches Wasser" als Grundwasser bezeichnet, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt wird.
Grundwasser unterliegt nur der Gravitationskraft und dem hydrostatischen Druck. Es bewegt sich (fließt) vorwiegend horizontal durch die Hohlräume der Erdrinde.
Nicht zum Grundwasser zählt das hygroskopisch, durch die Oberflächenspannung sowie durch Kapillareffekte gebundene unterirdische Wasser der ungesättigten Bodenzone (Bodenfeuchte, Haftwasser). Auch das sich vorwiegend vertikal bewegende Sickerwasser in der ungesättigten Bodenzone gehört nicht zum Grundwasser.
Die "Hohlräume der Erdrinde" sind je nach geologischer Beschaffenheit des Untergrunds: Poren (Klastische Sedimente und Sedimentgesteine wie z. B. Sand, Kies, Schluff), Klüfte (z. B. Granit, Quarzit, Gneiss, Sandsteine) oder durch Lösung entstandene große Hohlräume (z. B. Kalkstein). Man unterscheidet: Porengrundwasser, Kluftgrundwasser und Karstgrundwasser.
Grundwasser nimmt am Wasserkreislauf teil. Die Verweilzeit reicht von unter einem Jahr bis hin zu vielen Millionen Jahren. Sehr alte Grundwässer werden auch als fossiles Grundwasser bezeichnet, z. B. das unter der Sahara.

 
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