Das Abflussverhalten des Karstwassers am Beispiel des Untersberg bei Salzburg

Georg Gruber1, Steffen Birk2, Giorgio Höfer-Öllinger3, Georg Zagler4
1 Geocentricom
2 Institut für Erdwissenschaften, Universität Graz
3 Geoconsult ZT GmbH
4 Höhlenverein Salzburg

O 1.8 in Hydrogeologie alpiner Räume

14.04.2016, 12:30-12:45, Audimax B, Geb. 30.95

Ziel der Arbeit ist die Beschreibung von Abflussverhältnissen in Karstgebieten mittels „einfacher“ mathematischer Modelle. Als Untersuchungsgebiet wurden die Siphonzonen im Bereich des Karstwasserspiegels der Höhlensysteme der Fürstenbrunner Quellhöhle und des Gamslöcher-Kolowrat-Salzburger Schacht Systems am Untersberg bei Salzburg gewählt. Diese Höhlensysteme sind in der vadosen Zone gut erforscht. Die phreatische Zone ist weitgehend unbekannt und es fehlt jede Vorstellung, wie sich das Wasser im Karstgebirge, im Bezug auf Schwankungsverhalten, Verweildauer und Abflussverhältnisse, verhält. In der Zeit von 2009 bis 2014 wurden in den Wintermonaten, bei niedrigen Grundwasserständen, am Karstwasserspiegel Datenlogger installiert. Diese Datenlogger zeichneten alle 5 bzw. 10 Minuten den Umgebungsdruck und - temperatur auf. Nach Auswertung und Korrektur der erhaltenen Daten, kann trotz der Komplexität eines Karstsystems unter Verwendung relativ einfacher mathematischer Modelle für das Fallen des Karstwasserspiegels eine gute Übereinstimmung von berechneten zu gemessenen Wasserständen erzielt werden. Zur Modellierung der Abflussverhältnisse am Unheimlichen See wurden zwei Modellansätze verwendet. Zum einen wurden die Modellansätze nach FIORILLO (2011) mit einem linearen Speicher und zum anderen Modellansätze mit mehreren gekoppelten Speichern verwendet. Bei Betrachtung der Wasserdrücke der einzelnen am Karstwasserspiegel montierten Logger lässt sich eine Druckdifferenz feststellen. Diese Druckdifferenzen können durch Anwendung eines Rohrreibungsmodelles „Druckverlust aufgrund von Rohrreibung“ zufriedenstellend berechnet werden. Die verwendete Methode der Kreuzkorrelation der Wasserstände lässt auf einen hydraulischen Zusammenhang verschiedener, in mehrtägigen Fußmärschen über die vadose Zone erreichbarer Siphonzonen („Unheimlicher See“, „Neue Heimat“, „Tiefsee“ und „Orktränke“) schließen. Diese Siphone weisen, sowohl bei der Betrachtung über den gesamten Messzeitraum, als auch bei der Betachtung einzelner Extremereignisse, nur geringe zeitliche Verzögerungen bei Wasserspiegeländerungen auf. Durch Kombination zweier benachbarter Datenlogger („Talsiphon“ und „Unheimlicher See“) kann auf Basis von Abflussmessungen bei unterschiedlichen Schüttungen  (0,1 bis 14,6 m3/s) eine kombinierte Schlüsselkurve erstellt werden. Mithilfe dieser Schlüsselkurve kann erstmals eine nahezu exakte Darstellung des Abflusses der Fürstenbrunner Quelle über einen Zeitraum von vier Jahren erstellt werden. Mit den verwendeten mathematischen Modellen zur Beschreibung der Auslaufkurve eines Reservoirs lässt sich eine Abschätzung über die Gesamtmenge des Karstgrundwassers im Einzugsgebiet und auf der Basis eine Wasserbilanz und eine Abgrenzung des Einzugsgebietes erstellen.

Abbildung 1: Untersuchte Höhlensysteme mit eingetragenen Datenloggerpositionen (modifiziert nach G. Zagler)
Abbildung 1: Untersuchte Höhlensysteme mit eingetragenen Datenloggerpositionen (modifiziert nach G. Zagler)



FIORILLO, F. (2011): Tank-reservoir drainage as a simulation of recession limb of a karst spring hydrographs. - In: Hydrogeology Journal 19, 1009-1019.

 

LAROCQUE, M., MANGIN, A., RAZACK, M., & BANTON, O. (1998): Contribution of correlation and spectral analyses to the regional study of large karst aquifer (Charente, France). - In: Journal of Hydrology 205, 217-231.

 

MAYAUD, C., WAGNER, T., BENISCHKE, R., & BIRK, S. (2014). Single event time series analysis in a binary karst catchment evaluated using a groundwater model (Lurbach system, Austria). - In: Journal of Hydrology 511, 628-639.



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