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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"Modellierung der Grundwasserströmung auf der regionalen Skala im Einzugsgebiet der Oberen Donau im Rahmen von GLOWA-Danube – Abbildung der Modellkonfiguration auf einem Grobraster"

Bei der Entwicklung mesoskaliger hydrologischer Modelle werden in der Regel keine deterministischen Grundwassermodelle eingesetzt. Gründe sind hierfür die sehr zeitaufwendigen Berechnungen und die sehr schlechte Datenlage der Parameter des zugrundeliegenden Gleichungssystems. Der vergleichsweise hohe Rechenbedarf von Grundwassermodellen ist begründet in der Tatsache, dass im hydrologischen Kreislauf die Grundwasserströmung diejenige Komponente mit der ausgeprägtesten horizontalen Fliessrichtung ist, so dass eine geschlossene Lösung über das gesamte Untersuchungsgebiet angestrebt werden muss. Das im Modellsystem DANUBIA integrierte Grundwassermodell verwendet ein Finite-Differenzen-Verfahren (MODFLOW) mit einem Quadratkilometerraster (siehe auch Beitrag von Barthel et al. zu dieser Tagung). Damit ist mit der z.Z. erhältlichen Rechnerleistung eine Modellierung und Kalibrierung der Grundwasserströmung auch in Einzugsgebieten der Größenordnung 100.000 km2 gut möglich und auch in verteilten Simulationen einsetzbar, ohne dass das Gesamtsystem auf das Grundwassermodell zulange warten muss. Die Beschreibung des Modellraumes (Aquifergeometrien, Flussläufe usw.) für ein Finite-Differenzen-Verfahren auf einem Quadratkilometerraster ist allerdings äußerst schwierig, wenn Strukturen abgebildet werden müssen, deren durchschnittliche Ausdehnung in der Größenordnung der Rasterweite liegt. Im Einzugsgebiet der Donau existieren aber einige wichtige Aquifere, deren Ausdehnung im Bereich von einigen 100 Metern bis zu ein oder zwei Kilometern reicht. Diese Aquifere müssen abgebildet werden, da ohne sie der Wassertransfer aus den alpinen Bereichen zur Donau nicht gewährleistet wäre. Um diese Aquifere auf dem Raster abbilden und gleichzeitig mit einem Finite-Differenzen-Verfahren rechnen zu können, muss ihre wahre Ausdehnung geändert werden. Dies kann in einem Einzugsgebiet mit ca. 100.000 Zellen nicht manuell durchgeführt werden, sondern muss numerisch gelöst werden. Da die Modellschichten im Rasterformat gespeichert werden, können Verfahren, die aus der Bearbeitung von Binärbildern oder Digitalen Geländemodellen (DGM) bekannt sind, an die gegebenen Umstände angepasst und eingesetzt werden. Für die Anpassung von hydrogeologisch wirksamen Grenzflächen, insbesondere die Aquiferbasis der quartären Grundwasserleiter, bietet sich eine Berechnung von klardefinierten Gradienten an. Damit ist - analog zu den Fliessrichtungen auf einem DGM – gewährleistet, dass das Grundwasser bis zum Auslass des Einzugsgebietes (Pegel Passau) akkumuliert werden kann und nicht aufgrund von Interpolationsfehlern oder fehlerhaften Daten in der Oberfläche unsinnige Modellergebnisse entstehen können.