Hydroisohypsenpläne Brandenburg – Detrended Kriging auf der Basis einer geohydraulischen Modellierung

Heiko Henning1, Toralf Hilgert2, Angela Hermsdorf3
1 Umweltplan Stralsund
2 HG Nord Schwerin
3 Landesamt für Umwelt Brandenburg

2.8 in Wasserquantitäts- und qualitätsmodellierung auf regionaler Skale - Herausforderungen und neue Ansätze

27.03.2020, 16:15-16:30, Weißer Saal

Grundwassergleichenpläne veranschaulichen die geohydraulischen Fließprozesse und sind die Basis für nahezu alle hydrogeologischen Fragestellungen. Im Jahr 2011 wurden im Land Brandenburg zwei umfassende Stichtags­messungen (Frühjahr und Herbst) durch­geführt, auf deren Basis landesweite Hydro­isohypsenpläne geostatistisch interpoliert wurden (Möhler et al. 2014). Aufgrund der niederschlagsreichen Jahre 2010 und 2011 spiegeln beide Messzeitpunkte eher hohe Grundwasserstände wider. Daher sollten weitere Hydroiso­hypsenpläne für 1999 (etwa mittlere Verhältnisse), 2006 (niedrige Grundwasserstände) und 2015 (aktueller Zustand) erstellt werden, wobei für die Interpolation ebenfalls geostatistische Verfahren anzuwenden waren.

Die geostatistische Interpolation von Grundwasserständen kann nicht allein über das Gewöhnliche Kriging­verfahren (Ordinary Kriging) erfolgen, da sie naturgemäß einem räumlichen Trend unterliegen. Im regionalen Maßstab zeigt sich ein Wechsel von hydraulischen Hochlagen (Speisungsge­biete) und Senken (Entlastungs­gebiete), der nicht stochastisch erfasst werden kann und über Zusatzinformationen berücksichtigt werden muss.

Ein räumlich instationäres Interpolations­verfahren, das flächendeckend vorliegende Zusatzinformationen einbezieht, ist das Kriging mit externer Drift, das erfolgreich zur Erstellung der landesweiten Grundwasser­gleichenpläne für 2011 genutzt wurde (Möhler et al. 2014). Als Sekundärvariable zur Beschreibung des räumlichen Trends diente ein manuell erstellter Hydroisohypsenplan.

Die aktuelle Bearbeitung erfolgte über ein Detrended Kriging auf der Basis einer geohydraulischen Modellierung, ein Verfahren, das bereits in Mecklenburg-Vorpommern zur Erstellung eines landes­weiten Grundwassergleichenplanes ange­wandt wurde (Hilgert & Hennig 2017). Die Grundwasserströmungsmodellierung diente dazu, die großräumige Grundwasserstands­verteilung  näherungsweise zu berechnen. Anschließend wurden die Abweichungen zwischen dem geohydraulischen Modellie­rungsergebnis und den Messwerten (Resi­duen) geostatistisch interpoliert. Das konnte über das Ordinary Kriging erfolgen, weil die Residuen (im Gegensatz zu den Grundwasser­ständen) keinem Trend unterliegen.

Bei der geohydraulischen Modellierung bilden sich die Speisungs- und Entlastungsgebiete entsprechend den Aquifereigenschaften und den relevanten Randbedingungen (Grund­wasserneubildung, Vorfluter) aus. Daher waren zur Erstellung der Hydroisohypsenpläne keine virtuellen Stützstellen im Bereich der Grundwassertoplagen und entlang der Vorfluter erforderlich. So war es möglich, den subjektiven Einfluss gegenüber der Bearbei­tung für 2011 zu minimieren und die geohydraulische Plausibilität der Hydroiso­hypsenpläne zu gewährleisten.

Im Vergleich mit Möhler et al. (2014) zeigen sich lokale Unterschiede, wobei das generelle Grundwasserfließgeschehen ähnlich abgebildet wird.



Hilgert, T. & Hennig, H. (2017): Grundwasser­fließ­geschehen Mecklenburg-Vorpommerns - Geo­hydraulische Modellierung mit Detrended Kriging. Grundwasser 22 (1), S. 17-29, DOI 10.1007/s00767-016-0348-6

Möhler, F., Dinse, S., Hermsdorf, A. (2014): Grund­wassergleichenplan für Brandenburg – Inter­polation mittels Kriging mit externer Drift. Grundwasser 19 (3), S. 189–199


 
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