Das Bremerhavener Grundwasser im Klimawandel – ein FREEWAT Fallbeispiel

Björn Panteleit1, Sven Jensen1
1 Geologischer Dienstfür Bremen

O 15.1 in Groundwater and Climate Change (co-organized by IAH-D)

24.03.2018, 09:30-09:45, 1

Die vorgestellten Untersuchungen stellen eines von 14 Fallbeispielen zu Anwendungsmöglichkeiten der im Rahmen des HORIZON 2020 Projektes FREEWAT Projektes (de Filippis et al., 2017) neu entwickelten Softwareplattform dar. Durch den Einsatz von GIS Werkzeugen und erprobter moderner Simulationswerkzeuge soll ein nachhaltiges Grundwassermanagement gefördert werden. Die im FREEWAT-Projekt entwickelte open source und public domain Programmplattform wurde in einem Plugin zur open source GIS Software QGIS (QGIS, 2015) umgesetzt. Das Plugin beinhaltet ein Modul AkvaGIS zur grafischen Präsentation und Auswertung des Wasserchemismus in vielfältigen Darstellungen z.B. Piper-, Stiff- oder SAR-Diagrammen. Als Simulationsmodule sind die bekannten Programme MODFLOW (in den Versionen 2005 (Harbaugh, 2005) und OWHM (Hanson, 2014)), MT3DMS (Zheng und Wang, 1999) und SEAWAT (Langevin et al., 2007) eingebunden. Zur Kalibrierung und Analyse stehen die Programme MODPATH (Pollock, 1994), UCODE (Poeter et al., 2005) und ZONEBUDGET (Harbaugh, 1990) zur Verfügung. So bietet dieses Management und Planungsmodul eine Modellierungsumgebung zur Simulation der Quantität und Qualität von Oberflächenwasser als auch für das Grundwasser.

Für das Fallbeispiel Bremerhaven wurde das beim Geologischen Dienst für Bremen bestehende Modellgitter in die QGIS Software importiert und mit den FREEWAT Werkzeugen um die hydraulischen die Randbedingungen ergänzt. Das resultierende Strömungsmodell ist zudem als langfristig nutzbares, lizenzkostenfreies und einfach zu bedienendes Werkzeug für die zuständigen Wasserbehörden zum Grundwassermanagement gedacht.

Als Modellszenarien betrachtet das Fallbeispiel Bremerhaven zunächst mögliche Auswirkungen prognostizierter Klimaveränderungen auf den Grundwasserhaushalt. Neben dem Kalibrierungsjahr 2010, wurden für die Zeitschritte 2040, 2070, 2100 ein zunehmender Meeresspiegelanstieg und eine abnehmende Grundwasserneubildung simuliert. Neben einer Meerwasserintrusion im Küstenbereich zeigen sich rückläufige Grundwasserdruckspiegel. Möglichkeiten eines zukünftigen Grundwassermanagements ergeben sich aus der Steuerung eines Seewasserspiegels und der Hafenbecken. Mit Hilfe eines auf den Modellergebnissen basierenden gezielten Grundwassermonitorings kann das vorgestellte Strömungsmodell im Rahmen fortgesetzter Modellpflege zukünftig ein wichtiges Prognosewerkzeug zum Grundwassermanagement bilden.

Mögliche Auswirkungen prognostizierter Klimaänderungen auf das Grundwasser in Bremerhaven
Mögliche Auswirkungen prognostizierter Klimaänderungen auf das Grundwasser in Bremerhaven



De Filippis, G., Borsi, I., Foglia, L., Cannata, M., Mansilla, V. V., Vasquez-Sune, E., Ghetta, M., Rossetto, R.: Software tools for sustainable water resources management: the GIS-integrated FREEWAT platform. Rendiconti Online Societa Geologica Italiana 42, 59-61 (2017)

Hanson, R.T., Boyce, S.E., Schmid, Wolfgang, Hughes, J.D., Mehl, S.M., Leake, S.A., Maddock, Thomas, III, Niswonger, R.G.: One-Water Hydrologic Flow Model (MODFLOW-OWHM): U.S. Geological Survey Techniques and Methods 6-A51, 120 S. (2014)

Harbaugh, A.W.: A computer program for calculating subregional water budgets using results from the U.S. Geological Survey modular three-dimensional ground-water flow model: U.S. Geological Survey Open-File Report 90-392, 46 S. (1990)

Harbaugh, A.W.: MODFLOW-2005, The U.S. Geological Survey modular ground-water model the Ground-Water Flow Process: U.S. Geological Survey Techniques and Methods 6-A16, 253 S. (2005)

Langevin, C.D., Thorne, D.T. Jr., Dausman, A.M., Sukop, M.C., Weixing, G.: SEAWAT Version 4: A Computer Program for Simulation of Multi-Species Solute and Heat Transport: U.S. Geological Survey Techniques and Methods Book 6, Chapter A22, 39 S. (2007)

Poeter, E.P., Hill, M.C., Banta, E.R., Mehl, S., Christensen, S.: UCODE_2005 and Six Other Computer Codes for Universal Sensitivity Analysis, Calibration, and Uncertainty Evaluation: U.S. Geological Survey Techniques and Methods 6-A11, 283S. (2005)

QGIS, D.: QGIS geographic information System. Open source geospatial Foundation project.(2015)

Zheng C., Wang, P. P.: MT3DMS, A modular three-dimensional multi-species transport model for simulation of advection, dispersion and chemical reactions of contaminants in groundwater systems; documentation and user’s guide, U.S. Army Engineer Research and Development Center Contract Report SERDP-99-1, Vicksburg, MS, 202 S. (1999)



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