SSF SUBSURFACE CONTROLS: nichtinvasive Erfassung und Charakterisierung der Untergrundstruktur und deren Auswirkung auf den Zwischenabfluss

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Hergarten, seit 11/2022
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453746323

Die räumliche Heterogenität der hydrologisch relevanten Bodenparameter stellt eine der großen Herausforderungen auf dem Weg zu einem umfassenden Verständnis des Zwischenabflusses dar. Dies beginnt bei den elementaren Vorstellungen von den Fließprozessen und zieht sich durch zu numerischen Simulationen des Fließens und des Stofftransports, welche schließlich für eine quantatative Vorhersage benötigt werden. Die besondere Herausforderung besteht darin, dass diese Heterogenität nicht nur eine Variation der Parameter über mehrere Größenordnungen bedingt, sondern auch hochgradig organisierte räumliche Muster.Das Projekt greift die Begrenzungen existierender Ansätze zur experimentellen Erfassung der Untergrundstruktur auf. Primäres Ziel ist die Entwicklung von Parametrisierungen der Struktur, welche als Grundlage einer numerischen Modellierung der Fließ- und Transportprozesse auf verschiedenen Skalen verwendet werden kann. Hierbei ist die zentrale Hypothese, dass nicht nur die Heterogenität, sondern insbesondere das Auftreten organisierter räumlicher Muster einen entscheidenden Einfluss auf den Zwischenabfluss hat und einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis beitragen wird. Diese Hypothese spiegelt sich in den folgenden zentralen Forschungsfragen wider:(1) Wie ist die geologisch-bodenkundliche Struktur der im Projektverbund untersuchten Gebiete?(2) Welche Bedeutung haben die kleinskalige Heterogenität und die zugehörigen Muster für das Auftreten von Zwischenabfluss?(3) Lässt sich die kleinskalige Heterogenität des Bodens mit ausreichender Genauigkeit mit nichtinvasiven Methoden bestimmen?(4) Lässt sich die Information über die Heterogenität und die Muster auf größere Skalen hochskalieren, um schließlich einen Beitrag zur Vorhersage des Zwischenabflusses auf der Einzugsgebietsskala zu liefern?Im Projekt werden experimentelle, theoretische und numerische Arbeiten kombiniert. Während eine klassische Bodenkartierung den Startpunkt bildet, liegt der Schwerpunkt auf geophysikalischen Messungen zur nichtinvasiven Untergrunderkundung. Hierbei werden verschiedene Methoden angewandt (insbesondere Gleichstrom-Geoelektrik, elektromagnetische Methoden und Georadar). Die Messungen umfassen sowohl statische Erkundungen der gesamten Untersuchungsgebiete als auch zeitabhängige Messungen zur Erfassung von Fließwegen. Den Abschluss bildet die Entwicklung von Konzepten für die Kombination und das Hochskalieren der aus mehreren Quellen gewonnenen Informationen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5288: Schnell und unsichtbar: Zwischenabfluss durch einen interdisziplinären Multi-Standort-Ansatz bezwingen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Edoardo Martini, Ph.D., bis 10/2022