Einfluss von Hydro- und Morphodynamik auf Strömung und Transport im subterranen Ästuar eines Hochenergiestrandes

Subterrane Ästuare („subterranean estuaries“ STE) sind die Übergangszonen zwischen terrestrischen Grundwasserleitern und dem Meer, in denen sich Süßwasser und zirkulierendes salziges Meerwasser mischen. Dabei kommt es zu biogeochemischen Reaktionen und damit zur Veränderung der Grundwasserzusammensetzung. Die hydrobiogeochemischen Reaktionen und daraus resultierenden Nährstoffflüsse basieren auf dispersiven Mischungsprozessen und Verweilzeiten, welche dynamischen, dichteabhängigen Grundwasserströmungs- und Transportprozessen unterliegen. In der hier präsentierten Studie untersuchen wir anhand eines 2D Transekts am Beispiel der Insel Spiekeroog mit Hilfe eines numerischen dichteabhängigen Strömungs- und Transportmodelles (SEAWAT) die Grundwasserfließ-und Transportprozesse in einem hochdynamischen Küstensystem abhängig von hydro- und morphodynamischen Randbedingungen sowie Aquifereigenschaften. Das etablierte Konzept des STE in der Gezeitenzone basiert auf vornehmlich stabilen Randbedingungen und beschreibt einzelne voneinander getrennte übereinander gelagerte Wasserkörper. Eine obere salzige Rezirkulationszelle („upper saline plume“ USP) überlagert eine Süßwasserstromröhre („freshwater discharge tube“ FDT), die wiederum von einem Salzwasserkeil unterlagert wird. Neueste Forschungsergebnisse stellen dieses Konzept einer eher stabilen Stratifizierung zumindest in hoch energetischen Strandsystemen, die sich durch eine weite Intertidalzone bei hohen Wellen- und Gezeitenamplituden auszeichnen, in Frage. Unsere Modellergebnisse zeigen, dass sich die zeitlich verändernde Strandmorphologie erheblich auf die räumliche und zeitliche Ausprägung von Fließ- und Transportmustern sowie Salzverteilung und Aufenthaltszeiten und damit auf die Bildung (z.T. mehrerer) FDT und USP auswirkt. Außerdem beleuchten unsere Ergebnisse die Sensitivitäten weiterer hydrogeologischer Parameter, wie Anisotropie, hydraulische Leitfähigkeit und Dispersion sowie Randbedingungen wie Tidenhub, Wellenamplitude und Süßwasserzufluss. Es zeigt sich ein komplexes, zeitlich variables Bild der traditionell als statisch angesehen Salzwasserzirkulationszelle, mit dynamischen Grenzflächen.