Oberes Emmental
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\ Grundlagen für die siedlungswasserwirtschaftliche Planung des Kantons Bern Hydrogeologie Emmental Teil I: Oberes Emmental Leitung: Wasser- u. Energiewirtschaftsamt des Kantons Bern Bearbeitung: petraqua, Münsingen/Bern Ingenieur- u. Studienbüro A. Werner, Burgdorf Wasser- u. Energiewirtschaftsamt des Kantons Bern (WEA) Leitung: Wasser- u. Energiewirtschaftsamt des Kantons Bern Bearbeitung: petraqua, IVlürisingeii/Bern Ingenieur- u. Studienbüro A. Werner, Burgdorf Herausgeber ; Wasser'^ und Energiewirtschaftsamt des Kantons Bern (WEA) Gestaltung, Kartographie: Kant, Wasserwirtschaftsamt Schrift fJeilagen: Diaset ÄG Fotosatz, Hinterirappeien/Bern Reprographie, Druck, Einband: Aerni-4^.eucii AG, Bern Ausgabe 1975 INHALTSVERZEICHNIS EINFUEHRUNG (Dr. R.V. Blau) 1. AUFGABE 1 2. KREDITE 1 3. GEBIETSABGRENZUNG 1 4. ZIELSETZUNG 2 5. BEARBEITER 3 6. VERWENDETE UNTERLAGEN 3 I. HYDROGEOLOGIE DES OBEREN EMMENTALS 1. GEOLOGIE UND HYDROGEOLOGIE (N. Huonder, dipl. Geol. ETH, Büro 4 petraqua, Münsingen) 1.1. Uebersicht 4 1.2. Zeitliche Abfolge der geologischen Vorgänge 4 1.3. Durchgeführte Untersuchungen 7 1.3.1. Seismische und geoelektrische Sondierungen 7 1.3.2. Bohrungen 13 1.3.3. Bohrlochmessungen 18 1.3.3.1. Gamma-Log 18 1.3.3.2. Neutron-Gamma-Log 18 1.3.3.3. Temperatur-Messungen 19 1.4. Geologische Querprofile 19 1.4.1. Profil I : Eischachen 19 1.4.2. Profil II : Ramsei Schachen unterhalb Aeschau 20 1.4.3. Profil III: Schüpbachschachen 21 1.4.4. Profil IV : Ried NE Schupbach 21 1.4.5. Profil V : Emmenmatt 21 1.4.6. Profil VI : Lauperswi1-Neumühle-Aebnit 22 1.4.7. Profil VII: Zollbruck 23 1.4.8. Profil VIII: Rüderswilschachen-Unterdorf 23 1.4.9. Profil IX : Terrasse von Rüderswi1-Fännersmüli 25 1.4.10. Profil X : Ramsei 25 1.4.11. Profil XI : Farbschachen-Bleiche 25 1.5. Folgerungen aus den geologischen Untersuchungen 27 1.5.1. Molasse 27 1.5.2. Rinnensysteme 27 1.5.3. Talfül1ungen 28 1.5.4. Terrassen 29 1.6. Folgerungen aus den hydrogeologisehen Untersuchungen ^0 1.6.1. Grundwasserleiter des Haupttales 30 1.6.2. Terrassen 31 2. HYDROCHEMIE - BAKTERIOLOGIE (N. Huonder, dipl. Geol. ETH, Büro 34 petraqua, Münsingen) 2.1. Allgemeines 34 2.2. Darstellung der Analysenresultate 36 2.3. Darstellung der hydrochemisch wirksamen Faktoren 36 2.4. Beurteilung der Analysenergebnisse 37 2.4.1. Chemisch-hygienische Resultate 37 2.4.1.1. Turbidität 37 2.4.1.2. Verschmutzungsindikatoren 37 2.4.1.3. Sauerstoffsättigung 40 2.4.2. Resultate der chemisch-technischen Analysen 41 2.4.2.1. Eisen und Mangan 41 2.4.2.2. Härtebestimmungen 41 2.4.3. Bakteriologische Untersuchungen 43 3. HYDROMETRIE UND HYDROGRAPHIE (A. Werner, dipl. Ing. ETH und 44 Mi tarbei ter) 3.1. Allgemeines 44 3.2. Das Untersuchungsgebiet 44 3.3. Untersuchungen vor September 1968 45 3.3.1. Niederschlag 45 3.3.2. Oberflächengewässer 45 3.3.2.1. Korrektion der Emme und der Ilfis 45 3.3.2.2. Abflussmengen-Messstation 47 3.3.3. Grundwasser 48 3.3.3.1. Grundwasserstände vor 1900 48 3.3.3.2. Wasserableitung aus dem Emmental durch die Stadt Bern 48 3.4. Messstellennetz 50 3.4.1. Aufbau 50 3.4.2. Niederschlag 51 3.4.3. Oberflächengewässer 51 3.4.3.1. Wasserstands-Abstichpunkte 51 3.4.3.2. Abflussmengen-Messstel 1 en 51 3.4.3.3. Abflussmengen-Messstationen (Abflusspegel) 53 3.4.4. Grundwasser 53 3.4.4.1. Beobachtungspunkte 53 3.4.4.2. Schreibpegel 3.5. Messungen 55 3.5.1. Niederschlag 55 ^ rr 3.5.2. Oberflächengewässer 3.5.2.1. Wasserstands-Abstichpunkte 56 3.5.2.2. Abflussmengen-Messstellen 57 3.5.2.3. Abflussmengen-Messstationen 3.5.3. Grundwasser 58 3.5.3.1. Beobachtungspunkte mit Einzelmessungen 59 3.5.3.2. Beobachtungspunkte mit periodischen Messungen 59 3.5.3.3. Schreibpegel 60 3.6. Auswertungen 60 3.6.1. Niederschlag 61 3.6.2. Oberflächengewässer 61 3.6.2.1. Wasserstands-Abstichpunkte 62 3.6.2.2. Abflussmengen-Messstellen 3.6.2.3. Abflussmengen-Messstationen 65 3.6.3. Grundwasser 67 3.6.3.1. Beobachtungspunkte mit Einzelmessungen 67 3.6.3.2. Beobachtungspunkte mit periodischen Messungen 67 3.6.3.3. Schreibpegel 71 3.6.4. Beziehungen zwischen Oberflächengewässern und Grundwasser 76 3.6.4.1. Begriff der Infiltration und der Exfiltration 76 3.6.4.2. Infi 1tration und Exfi1tration im Emmental-Grund wasser! ei ter 3.6.4.3. Infiltration der Ilfis und der Grüene 82 3.6.4.4. Grundwasseraustritte im Talboden 83 3.6.4.5. Grundwasserspiegelgefälle 84 3.6.5. Unterirdische randliche Zuflüsse 85 4. GRUNDWASSERHYDRAULIK (A. Werner, dipl. Ing. ETH und Mitarbeiter) 86 4.1 Defi nition und Begriffe 86 86 4.1 1. Hydrologische Kennziffern HK 86 2. Durchlässigkeitsbeiwert k 87 3. Nutzbare Porositätp 87 4. Klein- und Grosspumpversuche KPV, GPV 87 5. Markierversuche MV 88 4.2. Theoretische Grundlagen zur Auswertung der Pumpversuche 88 4.2.1. AI 1gemeines 88 4.2.2. Punkt-k-Wert (k.) 90 4.2.3. Profil-k-Wert kP 4.2.4. Gebiets-k-Wert kG 91 4.2.5. Nutzbare Porosität 94 4.2.6. Superposition instationärer Strömungsverhältnisse 95 4.3. Durchgeführte Untersuchungen 95 4.3.1. Uebersicht 95 4.3.2. Kleinpumpversuche 96 4.3.2.1. Kleinpumpversuche in den Rotationskernbohrungen 96 4.3.2.2. Kleinpumpversuche in bestehenden Grundwasser fassungen 99 4.3.3. Grosspumpversuche 100 4.3.3.1. - GPV Trubschachen 100 4.3.3.2. GPV Zollbrück 101 4.3.3.3. GPV Rüderswil 101 4.3.3.4. GPV LützelflUh 102 4.3.3.5. Computerauswertung der GPV Zollbrück und Rüders wil 103 4.3.4. Markierversuche 106 4.3.4.1. Uebersicht über die Markierversuche 106 4.3.4.2. Markierversuch SCHARDT 107 4.3.4.3. Resultate der Markierversuche 108 4.4. Zusammenstellung der Resultate 109 4.4.1. Resultattabellen 109 4.4.2. Diskussion der Resultate HO 4.4.2.1. Punkt-k-Werte HO 4.4.2.2. Profil-k-Werte Hl 4.4.2.3. Gebiets-k-Werte Hl 4.4.2.4. Mittlere nutzbare Porosität Hl 4.4.2.5. Mittlere theoretische Sickergeschwindigkeit und mittlere Abstandsgeschwindigkeit IH 5. GRUNDWASSERBILANZIERUNG (A. Werner, dipl. Ing. ETH und Mi tarbei ter) 5.1. Allgemeines und Begriffe H2 5.2. Bilanzierungsgleichungen H3 5.2.1. Allgemeine instationäre Bilanzierungsgleichungen 113 5.2.1.1. Das Kraftgleichgewichtsgesetz der gesättigten Filterströmung (Darcy-Gesetz) 114 5.2.1.2. Das Massenerhaltungsgesetz 115 5.2.2. Die stationäre Bilanzierungsgleichung 117 5.3. Bilanzierungskennziffern BK 117 5.4. Grundwasserbilanzierung Oberes Emmental H8 5.4.1. Bilanzierungskörper 118 5.4.2. Erweiterte stationäre Bilanzierungsgleichung 120 5.4.3. Berechnung der Bilanzierungskennziffern, stationär 120 5.4.3.1. Durchflussmengen QO, QU 120 5.4.3.2. Infiltrationsmengen aus randlichen unterirdischen Zuflüssen QIR 123 5.4.3.3. Infiltrationsmengen aus Niederschlag auf den Grundwasserleiter QIM 124 5.4.3.4. Gemessene, oberflächlich abgeleitete Exfiltra- tionsmengen QXOM 125 5.4.3.5. Grundwassernutzung QN 125 5.4.3.6. Differenz zwischen den Infiltrations- und Ex- filtrationsmengen aus den resp. in die Ober flächengewässer (QIO+QXO) 127 5.4.3.7. Stationäre Bilanzierung 127 5.4.3.8. Genauigkeit der Durchflussmengen QO, QU im Grundwasserleiter unter der Emme ^-^^ 5.4.4. Modifizierte instationäre Bilanzierungsgleichung ^^1 5.4.5. Berechnung der Bilanzierungskennziffern, instationär ^-^^ 5.4.6. NatUrlicher Grundwasserzuwachs ^^3 6. SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFTLICHE ASPEKTE (A. Werner, dipl. Ing. ETH u. Dr. R.V. Blau) 6.1. Die Grundwassernutzung heute 134 6.2. Totales Grundwasserdargebot QT 134 6.3. Nutzbares Grundwasserdargebot QDN 135 6.4. Ausblick 136 7. ZUSAMMENFASSUNG 137 LITERATURVERZEICHNIS 145 BEILAGENVERZEICHNIS HYDROGEOLOGISCHE KARTEN OBERES EflMENTAL 1: 25000 Beilage I, 1 Blockbilder Beilage I, 2 Isohypsen des Grundwasser-Spiegels Isohypsen des Grundwasser-Stauers Beilage I, 3 Mächtigkeit der Grundwasserleiter Beilage I, 4 Hydrochemie Beilage I, 5 Hydrographie Beilage I, 6 Bilanzierungs-Grundlagen EINFUEHRUNG Dr. R. V. Blau, Kant. Wasser und Energiewirtschaftsamt 1 . AUFGABE Die Nutzung der Grundwasser-Vorkommen stellt ein Hoheitsrecht des Staates dar. Er hat dafür zu sorgen, dass das nur beschränkt vermehrbare Gut - mengen- und gütemässig ausreichend geschützt wird, ohne mit unnötigen baulichen und betrieblichen Schutzmassnahmen oder mit Beschränkungen in der anderweitigen Nutzung des Landes unsere Wirtschaft zu belasten; - optimal genutzt wird, damit eine preisgünstige, sich aus Sicherheitsgrün den auf verschiedene Träger, in erster Linie aber auf das Grundwasser ab stützende Trink- und Brauchwasserversorgung auch künftig aufrechterhalten werden kann. Dies bedingt umfassendere Kenntnisse einerseits der Grundwasserleiter anderer seits des nutzbaren Grundwasserdargebotes d.h. jener Wassermenge, die maximal in einem Vorkommen verfügbar ist. 1971 ist deshalb mit dem das bernische Was sernutzungsgesetz von 1950/1964 ergänzenden Artikel 127a der Staat beauftragt worden, die Grundlagen für die wirtschaftliche Verwendung und den Schutz des Grundwassers zu ermitteln. 2. KREDITE Im Hinblick auf diese Aufgabe hat der Grosse Rat 1969 und 1974 Krediten in der Gesamthöhe von Fr. r850'656.- für eine erste Phase entsprechender Untersu chungen im Emmental zugestimmt. Da es sich bald gezeigt hat, dass im untern Emmental die Verhältnisse bedeutend komplexer sind,als wir das erwartet hatten, ist beschlossen worden, hier die Untersuchungen in einer 2. Phase weiterzuführen. Auch dafür hat das Parlament 1975 einen Kredit von Fr. r230'923.- bewilligt. Dem Parlament, der Direktion für Verkehr, Energie- und Wasserwirtschaft (Di rektor: Herr Regierungsrat H. Huber) und unserem Amt (Oberingenieur: Herr dipl. ing, R. Merki) danken wir für ihr Verständnis und ihre Unterstützung. Der Bund subventionierte die Arbeiten mit 30 % (bis Ende 1972) und 35 % (ab Januar 1973). Den Mitarbeitern des Eidg. Amtes für Umweltschutz, insbesondere den Herren Direktoren dipl.ing. F. Baldinger und Dr. R. Pedroli, sowie den Dres. H.U. Schweizer und CR. Niggli danken wir für ihre stete Hilfe. 3. GEBIETSABGRENZUNG Das Emmental ist in drei Abschnitte unterteilt worden.