Gezeitenanalyse des Grundwassers: Quantifizierung der hydrogeomechanischen Untergrundeigenschaften durch die Auswirkung von Gezeitenkräften auf den Grundwasserspiegel

• Antragsteller: Professor Dr. Philipp Blum, seit 8/2022
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424795466

Ökosysteme und menschliche Aktivitäten sind weltweit abhängig von Grundwasservorkommen. Fortschreitende globale Überbeanspruchungen führen zu einer kontinuierlichen Absenkung der Grundwasserspiegel. Durch die Verringerung der Basisabflüsse verschlechtert sich die Wasserqualität und der Zustand der grundwasserabhängigen Ökosysteme. Zudem entsteht ein immenser Schaden durch Bodenabsenkungen sowie Versalzung durch beschleunigtes Eindringen von Meerwasser. Ein nachhaltiges Grundwassermanagement setzt eine genauere Kenntnis der räumlichen Verteilung von Untergrundeigenschaften voraus. Derzeitige Untersuchungsmethoden für Grundwasserleiter (z. B. Pumpversuche) benötigen spezielle Brunnen, müssen aktiv ausgeführt werden, und erfordern einen hohen zeitlichen sowie finanziellen Aufwand. Entsprechend begrenzt sind sowohl Dichte und Häufigkeit von durchgeführten Versuchen, als auch die räumliche Auflösung der gewonnenen Daten und Informationen. Dieses Projekt entwickelt eine neuartige Methode der Gezeitenanalyse des Grundwassers – auf Englisch „Tidal Subsurface Analysis“ (TSA) – zur Quantifizierung der hydrogeomechanischer Untergrundeigenschaften Transmissivität, Permeabilität, Speicherkoeffizient, Porosität, Kompressibilität und Kompressionsmodul. TSA nutzt dabei die Reaktion des Grundwassers auf die allgegenwärtigen und vorhersagbaren Erd- und atmosphärischen Gezeiten. Diese sind in Messreihen des Luftdrucks und Grundwasserstands enthalten und können durch Berechnung der spektralen Komponenten quantifiziert werden. Die Entwicklung dieser Methode erfolgt durch eine Zusammenführung von bestehenden Ansätzen, mit denen bereits erfolgreich einzelne Untergrundeigenschaften quantifiziert wurden. In diesem Projekt wird erstmals auch der Einfluss der geologischen Heterogenität auf die mit TSA quantifizierten Eigenschaften getestet. Dies erfolgt durch eine Kombination von numerischer Modellierung mit hydrogeologischen sowie geophysikalischen Messdaten von Standorten in Großbritannien und Australien, an denen die Untergrundeigenschaften bereits detailreich bestimmt worden sind. Der letzte Schritt validiert die TSA Methode durch einen Vergleich der quantifizierten hydrogeomechanischen Eigenschaften mit Ergebnissen aus etablierten hydrogeologischen oder geophysikalischen Untersuchungsmethoden, wie z. B. Pumpversuchen, geophysikalischen Bohrlochmessungen oder Sedimentkernanalysen. Da TSA eine passive Methode ist, können auch bereits existierende Messdatenbanken zur Analyse herangezogen werden. Somit kann TSA die laut EU-Wasserrahmenrichtlinie benötigten Untergrundeigenschaften ohne zusätzlichen Versuchsaufwand durch Nutzung von existierenden Grundwassermessungen bestimmen und damit eine wichtige Grundlage für ein nachhaltigeres Ressourcenmanagements schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Gabriel Rau, bis 8/2022