Quantifizierung und Simulation der räumlichen und zeitlichen Variabilität von Grundwasser-See-Wechselbeziehungen

• Applicant: Professor Dr. Jan Fleckenstein
• Subject Area: Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 58385706

Seen stehen in vielseitigen Wechselbeziehungen mit dem Grundwasser. Eingriffe in den Grundwasserhaushalt und Veränderungen der Grundwasserqualität können daher nachhaltige Auswirkungen auf Seeökosysteme haben. Um derartige Auswirkungen abschätzen und steuern zu können, bedarf es einer genauen Quantifizierung der Austauschflüsse zwischen den beiden Systemen. In diesem Projekt sollen neue Methoden der Quantifizierung dieser Flüsse erprobt werden. Als Untersuchungsobjekt dient ein Restsee des Niederlausitzer Braunkohletagebaus, an dem bereits Untersuchungen zu den Auswirkungen des Grundwasserzustroms auf biogeochemische Stoffumwandlungsprozesse durchgeführt wurden. Der See ist durch effluente Grundwasserbedingungen (Grundwasserzustrom in den See) gekennzeichnet. Die Ergebnisse dieses Teilprojekts (zeitliche und räumliche Muster der Grundwasserzustromraten) werden für weitere Untersuchungen spezifischer, grundwasserbeieinflusster biogeochemischer Prozesse an der Grenzfläche See-Grundwasser, die im Rahmen zweier weiterer Teilprojekte durchgeführt werden, zur Verfügung gestellt. Zur Quantifizierung der Zustromraten im Feld sollen neben den klassischen hydraulischen Methoden wie Flusskammern (seepage meters) und Minipiezometern, auch zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Temperaturmessungen zur indirekten Abschätzung der Flussraten erstmalig in einem Grundwasser-See-System eingesetzt werden. Neben der Abschätzung lokaler Flussraten anhand einer inversen Simulation vertikaler Temperaturprofile sollen engständige Temperatur- und Leitfähigkeitsmessungen auch zur qualitativen Kartierung räumlicher Zustrommuster eingesetzt werden. Ergebnisse der Feldmessungen sollen des Weiteren dazu benutzt werden, ein bereits existierendes stationäres Grundwasserströmungsmodell zu verfeinern und instationär zu kalibrieren. Mit dem Modell soll der Zustrom von Grundwasser in den See in seiner räumlichen Variabilität und zeitlichen Dynamik möglichst genau wiedergegeben und quantifiziert werden. Dabei sollen die räumlichen Muster des Zustroms sowohl im saisonalen Verlauf als auch bei zwei konstanten Seespiegelhöhen simuliert werden. Die beiden Seespiegelhöhen werden in einem Feldexperiment über ein Wehr im Ablauf des Sees eingestellt. Ein Ziel des Gesamtprojekts ist es anhand des kalibrierten Strömungsmodells und der Ergebnisse der anderen beiden Teilprojekte die mögliche biogeochemische Langzeitentwicklung des Sees abzuschätzen. Dabei sollen auch Szenarien unter Berücksichtigung der zu erwartenden Entwicklung der regionalen Grundwasserhydraulik berücksichtigt werden.

• DFG Programme: Research Grants