Uni-Bayreuth

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Reduktion der Mehrdeutigkeit der numerischen Strömungs- und Transportmodellierung heterogener Karstsysteme

Sandra Oehlmann1, Tobias Geyer2, Tobias Licha1, Martin Sauter1
1 Angewandte Geologie, Georg-August-Universität Göttingen
2 Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau im Regierungspräsidium Freiburg

O 2.5 in Hydrogeologie von Hardrock und Kluftgesteinen / Grundwasser und Karst

29.05.2014, 11:40-12:00, H17, NW II

Die distributive numerische Modellierung ist ein effektives, prozessbasiertes Werkzeug für die Prognose der Grundwasserverfügbarkeit und –gefährdung. Problematisch ist in heterogenen Karstsystemen vor allem die Erstellung eines konzeptionellen hydrogeologischen Modells, denn die Lage und Eigenschaften hochdurchlässiger Kluftsysteme und Karströhren sind in der Regel unbekannt. Deswegen sind die meisten numerischen Standortmodelle von Karsteinzugsgebieten lediglich in der Lage entweder die Verteilung der Grundwasserdruckhöhen im Gebiet oder die Durchbruchskurven von Markierungsversuchen zu simulieren, obwohl für Prognosezwecke beide Beobachtungen von essentieller Bedeutung sind.

In dieser Arbeit wurde ein Grundwasserströmungs- und Transportmodell für ein gut untersuchtes Karstgebiet in Südwest-Deutschland erstellt. Zu diesem Zweck wurde in die Software Comsol Multiphysics® ein Interface für den Stofftransport  in ein-dimensionalen Röhren, die an eine umliegende drei-dimensionale Gesteinsmatrix gekoppelt sind, implementiert. Die Simulation wurde sowohl auf die stationäre Grundwasserdruckhöhenverteilung und die Quellschüttungen mehrerer Quellen als auch die Transportgeschwindigkeiten mehrerer Markierungsversuche kalibriert. Zudem lagen eine Reihe weiterer gemessener Parameter wie die hydraulische Leitfähigkeit der Matrix und das maximale Karströhrenvolumen vor, um das Modell zu kalibrieren. Parameterstudien wurden für verschiedene Geometrien durchgeführt, um die Einflüsse in einem großflächigen, heterogenen Einzugsgebiet zu ermitteln.

Die Simulation ermöglicht die Erstellung eines prozessbasierten mathematischen Modells, das unter Berücksichtigung aller gemessenen Parameter und Randbedingungen die Zielgrößen wiedergibt. Zudem wird gezeigt, dass durch die Kombination mehrerer Zielgrößen die Mehrdeutigkeit des Modells stark reduziert wird und eindeutige Rückschlüsse auf das Karströhrenvolumen gezogen werden können.



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Letzte Änderung 06.02.2014