Uni-Bayreuth

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Anwendung von Hybridmodellen zur großskaligen Charakterisierung von Karsteinzugsgebieten durch die systematische Analyse von Großpumpversuchen

Markus Giese1, Thomas Reimann2, Rudolf Liedl2, Jean-Christophe Maréchal3, Tobias Geyer4
1 Geowissenschaftliches Zentrum, Universität Göttingen
2 Institut für Grundwasserwirtschaft, Technische Universität Dresden
3 Bureau de recherches géologiques et miniéres (BRGM- EAU/RMD), Montpellier, Frankreich
4 Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB) im Regierungspräsidium Freiburg

O 2.2 in Hydrogeologie von Hardrock und Kluftgesteinen / Grundwasser und Karst

29.05.2014, 10:20-10:40, H17, NW II

Die Entwicklung eines Karströhrensystems in einem Karbonatgrundwasserleiter hat entscheidenden Einfluss auf die hydraulischen Eigenschaften und somit auf die Entwässerung des Einzugsgebietes. Neben der geklüfteten Festgesteinsmatrix, die durch eine hohe Wasserspeicherfähigkeit und eine geringe hydraulische Leitfähigkeit gekennzeichnet ist, führen hochdurchlässige Röhrenstrukturen zu einer einzugsgebietsweiten Entwässerung und fokussierten Abfluss auf einzelne Quellen. Als Folge der hohen Durchlässigkeit lokaler Röhrensysteme entstehen innerhalb verkarsteter Grundwasserleiter komplexe Fließregime. Ein Ansatz zur integralen Charakterisierung von Karstgebieten auf Einzugsgebietsskala ist die Auswertung von Großpumpversuchen, bei denen über einen langen Zeitraum mit einer hohen Pumprate Wasser direkt aus der Röhrenstruktur entnommen wird. Die Auswertung von Pumpversuchen erfordert die Anwendung von Modellansätzen, welche die komplexen hydraulischen Parameterfelder, Fließregime und Randbedingungen simulieren können.

Die vorliegende Arbeit beschreibt hierzu die Anwendung des weiterentwickelten MODFLOW-2005 Conduit Flow Process (CFP, Reimann et al., 2013) für die systematische Auswertung von Absenkkurven, welche für verschiedene Szenarien in Vorwärtsmodellen simuliert wurden. Durch die Implementierung eines dynamischen Röhrenspeichers und verschiedener Randbedingungen können unterschiedliche Heterogenitäten modelliert werden, die in natürlichen Karstgebieten zu beobachten sind. Hierbei werden besonders der Einfluss der Lage und der Geometrie von Röhrensystemen (Einzelröhre, Netzwerk- und Maschensysteme) auf Absenkkurven untersucht. Die simulierten Absenkkurven im Pumpbrunnen werden systematisch mit verschiedenen Diagnosewerkzeugen für die Analyse von Pumpversuchen ausgewertet. Neben den weitverbreiteten diagnostischen Abbildungen (z.B. log-log-plot kombiniert mit der Ableitung der Absenkung) wird auch der Verlauf der Fließdimension über die Zeit ausgewertet.

Die Ergebnisse dieser systematischen Auswertung zeigen deutlich den jeweiligen Einfluss von verschiedenen karsttypischen Heterogenitäten auf die verschiedenen Phasen der Absenkkurve. Basierend auf den Ergebnissen der synthetischen Modelle wird weiterführend die Auswertung eines reellen Großpumpversuches durchgeführt.



Reimann, T., Giese, M., Geyer, T., Liedl, R., Maréchal, J. C., Shoemaker, W. B., 2013: Representation of water abstraction from a karst conduit with numerical discrete-continuum models. HESSD, 10, pp 4463-4487, doi:10.5194/hessd-10-4463-2013.



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Letzte Änderung 01.11.2013