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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"Modellierung der Grundwasserströmung auf der Mesoskala in geologisch und geomorphologisch komplexen Einzugsgebieten"

Die Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf den Wasserkreislauf eines Flusseinzugsgebietes und die daraus resultierende notwendige Entwicklung neuer nachhaltiger Bewirtschaftungstechniken sind Ziele, die sich Forschungsvorhaben wie z.B. die GLOWA-Projekte des BMBF gesetzt haben. Eine Bilanzierung des Wasserkreislaufes in einem Einzugsgebiet, der Versuch einer Prognose einzelner Komponenten dieses Kreislaufes und damit die Erkennung zukünftiger Trends sind allerdings ohne eine Modellierung der Grundwasserströmung nicht möglich, vor allem wenn Trinkwasserentnahmen berücksichtigt werden sollen. Im Projekt GLOWA-Danube, in dessen Rahmen die rund 77.000 km2 des Einzugsgebietes der oberen Donau (bis Passau) bearbeitet werden, stellt die Erstellung eines präzisen Grundwassermodells vor allem wegen der Menge der benötigten statischen Parameter eine große Herausforderung dar. Der Lauf eines Grundwassermodells erfordert zum einen eine Parametrisierung des zugrundeliegenden Gleichungssystems und zum anderen die Festlegung von Randbedingungen. Wichtige Randbedingungen liefern die Geometrien der Aquifere (vor allem die Grenzen zwischen hochdurchlässigen und geringdurchlässigen Bereichen) und der Flüsse (hier spielt insbesondere die in der Regel unbekannte Durchlässigkeit der Flusssohle eine entscheidene Rolle) im System. Ungenauigkeiten in den Geometrien der Aquifere und Flüsses können aber in Grundwassersystemen mit geringmächtigen, aber hochdurchlässigen Aquiferen, wie sie häufig im deutschen Einzugsgebiet der Donau zwischen Alpen und Donautal anzutreffen sind, zu ernsten numerischen und physikalischen Problemen führen und müssen daher minimiert werden. Diese Ungenauigkeiten rühren einmal aus der Unkenntnis vieler Parameter. Interpolationsmethoden können diese Unkenntnis zwar nicht beseitigen, jedoch zu vernünftigen Schätzungen der unbekannten Parameter führen. Eine andere Quelle der Ungenauigkeit ist der regionale Massstab und die Zellgröße von 106 m2 auf denen im GLOWA-Danube-Projekt gerechnet wird. Die Probleme sind darauf zurückzuführen, dass z.B. die Mittelung der Höhe des Geländes (bzw. jeder anderen hydrostratigraphischen Einheit) oder des Wasserspiegels eines Gewässers auf einem groben Raster enorme Abweichungen unter den Parametern zwischen den einzelnen Zellen hervorrufen kann. So führen insbesondere in den erwähnten geringmächtigen quartären Aquiferen große Sprünge in der Aquiferbasis zu numerischen Instabilitäten und zum Teil zu physikalisch völlig unsinnigen Ergebnissen. Dieser Beitrag befaßt sich mit der Minimierung der Unsicherheiten und die Beseitigung der störenden Einflüsse durch die grobe Auflösung der Eingangsdaten, d.h. mit einer Skalierung der Daten auf den geforderten Massstab und die Möglichkeit, die in GLOWA-Danube gewonnene Erkenntnisse auch auf andere Einzugsgebiete auszudehnen zu können, sind wesentliche Ergebnisse, die aus der Konzeption des regionalen Grundwassermodells hervorgehen.