SSF SUBSURFACE CONTROLS: Erfassung von Fließwegen im Untergrund und deren Dynamik in hoher Auflösung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anja Klotzsche
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453746323

Unser Verständnis der Mechanismen des Zwischenabflusses und der Bedingungen, unter denen dieser auftritt, ist nach wie vor ein Puzzle aus indirekten Messungen und Beobachtungen. Geophysikalische Methoden spielen eine zentrale Rolle bei der Erfassung des räumlichen und zeitliche Fließmusters. Im Gegensatz zu Gräben oder Sensoren im Untergrund liefern geophysikalische Methoden ein mehr oder weniger kontinuierliches Bild des Untergrundes. Darüber hinaus stören geophysikalische Methoden die natürlichen Gegebenheiten kaum. Ausgehend von den Erkenntnissen der ersten Phase der Forschungsgruppe ist die zentrale Hypothese des Projekts, dass die Heterogenität des Bodens und die präferentiellen Fließwege im Boden für den Zwischenabfluss wichtiger sind als die Grenzfläche zwischen Boden und Gestein. Diese Hypothese spiegelt sich in den folgenden Forschungsfragen wider: (1) Ist die der Zwischenabfluss typischerweise auf einen bestimmten standortspezifischen) Tiefenbereich beschränkt? (2) Wenn es zumindest einen bevorzugten Tiefenbereich gibt, ist dieser dann nur standortspezifisch oder hängt er stark von der Stärke des Niederschlagsereignisses ab? (3) Wie inhomogen ist das SSF-Muster in lateraler Richtung (Schichten oder unterschiedliche Pfade)? (4) Welchen Einfluss haben interne Schwellwerte und temporäre Speicherung auf die Abflusskurven? Während im Vorgängerprojekt die Gleichstrom-Geoelektrik mit Elektroden an der Oberfläche eine wichtige Rolle spielte, erweitert das neue Projekt die Methodik durch semi-invasive Geoelektrik mit Elektroden im Untergrund und durch Bodenradar als hochauflösende Methode. Die "Full Waveform Inversion" von Bodenrdardaten als eine recht neue Methode wird der Schlüssel zu einer räumlichen Auflösung sein, welche die Kartierung einzelner Fließwege ermöglicht. Die Geoelektrik wird durch einem semi-invasiven Ansatz mit Elektroden im Untergrund erweitert. Ein weniger invasives, neuartiges Konzept mit teilweise isolierten Elektroden, die direkt in den Untergrund eingeschlagen werden, wird entwickelt und mit dem etablierten Ansatz mit Elektroden in Bohrlöchern verglichen. Die Kombination der verschiedenen geophysikalischen Methoden wird es ermöglichen, unterirdische Strömungsmuster bei kontrollierter Bewässerung mit hoher räumlicher Auflösung zu kartieren und auch eine langfristige Überwachung unter natürlichen Bedingungen erlauben. Die gewonnenen Daten werden in numerische Modelle des Wasserflusses und des Transports von Tracern einfließen, um digitale Zwillinge der betreffenden Feldstandorte zu erstellen. In Kombination mit den Daten aus den anderen Projekten der Forschungsgruppe wird dies schließlich die Entwicklung neuer Modellkomponenten vorantreiben, die zu einer verbesserten Repräsentation des Zwischenabflusses in numerischen Modellen führen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5288: Schnell und unsichtbar: Zwischenabfluss durch einen interdisziplinären Multi-Standort-Ansatz bezwingen
• Internationaler Bezug: Österreich, USA
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Markus Weiler
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Stefan Achleitner; Dr. Bernhard Kohl; Professorin Dr. Kamini Singha