Uni-Bayreuth

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Numerische Modellierung der Grundwasserströmung im Einzugsgebiet der Gallusquelle unter Festlegung eines Drainagesystems

Ulf Mohrlok1
1 Karlsruher Institut für Technologie

O 1.10 in Numerische Simulation von Strömungs- und Transportprozessen in Grundwasserleitern und angrenzenden Kompartimenten

30.05.2014, 15:00-15:20, H17, NW II

 

Die Grundwasserströmung in einem Karstsystem ist im Wesentlichen durch die Wirkung des Drainagesystems der Karströhren bestimmt. Für einen vorbeugenden Grundwasserschutz in Karstgebieten ist es notwendig, Methoden zu entwickeln, um die Wasserströmung und den Stofftransport in diesen Systemen quantitativ beschreiben und vorhersagen zu können. Eine große Herausforderung liegt dabei in der Erfassung und Beschreibung des Systems der Karströhren, welche das geklüftete Karstgestein (z.B. Kalkstein-Matrix) drainieren. Mohrlok & Sauter (1997) leiteten auf Basis verfügbarer Daten zur Topografie und Geologie sowie aus der Fernerkundung ein drainierendes Röhrennetz im Einzugsgebiet der Gallusquelle, mittlere Schwäbische Alb, ab. Trotz Optimierung der Werte einzelner Modellparameter konnten sie für den Modellzeitraum 1.12.1983 – 30.11.1989 die karsttypische Schüttungsganglinie und die Grundwasserstände an mehreren Messstellen nicht in gleichem Maße nachbilden. Diese Ergebnisse wurden als Referenz für eine Parameterstudie zur Untersuchung des Einflusses mehrerer Modellparameter verwendet.

 

In der Parameterstudie wurden die hydraulische Leitfähigkeit und der Speicherkoeffizient der Matrix, die Aufteilung der Grundwasserneubildung auf Röhren und Matrix sowie die Durchmesser der Karströhren variiert. Die berechneten Zeitreihen der Quellschüttung und der Grundwasserstände wurden sowohl hinsichtlich ihrer Dynamik als auch ihres Mittelwerts mit Messdaten verglichen. Aus den Unterschieden für die einzelnen Parametervariationen konnten Rückschlüsse auf die hydraulischen Prozesse gezogen und damit ein verbessertes Prozessverständnis erzielt werden. Zur quantitativen Bewertung der Simulationsergebnisse wurden die mittleren Fehlerquadrate, das Bestimmtheitsmaß und Nash-Sutcliffe-Index herangezogen. Dabei waren die statistischen Kennzahlen stärker durch unterschiedliche Mittelwerte als durch eine unterschiedliche Dynamik beeinflusst sind. Selbst deutlich unterschiedliche Charakteristiken der Dynamik führten so zu ähnlichen Werten bei den statistischen Kennzahlen. Durch die Parameterstudie konnte somit gezeigt werden, dass weder die qualitative Bewertung der Zeitreihen noch die statistischen Kennwerte für sich alleine umfassende Aussagen über die Güte einer Anpassung der berechneten Grundwasserströmung in einem Karstsystem ermöglichen.



MOHRLOK, U. & SAUTER, M. (1997): Modelling groundwater flow in a karst terrane using discrete and double continuum approaches: importance of spatial and temporal distribution of groundwater recharge. In: 6th Conference on Limestone Hydrology and Fissured Media. - In: Proceedings of the 12th International Congress of Speleology, vol. 2, 10–17 August 1997, La Chaux-de-Fonds, 167–170; La Chaux-de-Fonds, Switzerland.



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Letzte Änderung 03.11.2013