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Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Küstenfernes Süßwasser: 3D numerische Simulationen von Grundwasserströmung am New Jersey Shelf

Ziel dieser Studie ist die Erforschung der Grundwasserbewegung im New Jersey Shelf (NJS). Ende der 1970er Jahre wurde Grundwasser mit deutlich geringerem Salzgehalt als Meerwasser in zahlreichen Bohrungen entlang der U.S. Ostküste nachgewiesen - teilweise mehr als 100 km vom Festland entfernt. Besonders detaillierte Daten zur Porenwassersalinität wurden im Rahmen von IODP Leg 313 am NJS gewonnen: Sie zeigen abrupte vertikale Salinitätskontraste an allen drei Bohrlokationen. Verschiedene Autoren erklären die Entstehung von küstenfernem Süßwasser im NJS durch rezenten meerwärts gerichteten Grundwasserfluss oder führen sie auf ein erhöhtes hydraulisches Potential während der letzten Eiszeit zurück. Zur Klärung welcher dieser Prozesse zur Entstehung von küstenfernem Süßwasser geführt hat, soll im Rahmen dieser Studie, auf der Basis eines detaillierten 3D hydrogeologischen Modells, die Grundwasserströmung im NJS numerisch simuliert werden. Es werden folgende Arbeitshypothesen aufgestellt: 1. Küstenfernes Süßwasser im NJS entstand während der letzten Eiszeit. 2. Ablandige Grundwasserströmung reicht gegenwärtig nicht bis zu 100 km von der Küste. 3. Küstenferne Süßwasservorkommen sind auf Sedimentschichten mit niedriger Permeabilität beschränkt. Die verfügbare Datengrundlage ist exzellent und besteht neben petrophysikalischen Messungen und Bohrlochdaten vergangener ODP/IODP Expeditionen aus zahlreichen 2D seismischen Profilen. Das gleichnamige Projekt wird seit Mitte 2015 an der TU Freiberg und seit Ende 2016 an der RWTH Aachen durch die DFG gefördert. Eine Tiefenmigration reflexionsseismischer Profile ist nahezu abgeschlossen und bildet die Grundlage zur Erstellung eines hydrogeologischen Modells. Auf Basis einer sequenz-stratigraphischen Interpretation der seismischen Daten und unter Berücksichtigung der aus Bohrlochdaten abgeleiteten Korngrößenverteilung am NJS, wurde mittels geostatistischer Verfahren ein komplexes, über 30 Millionen Gitterpunkte umfassendes und geologisch plausibles 2D Faziesmodell erstellt. Dabei ist jeder Faziestyp durch bohrloch- und literaturgestützte petrophysikalische Eigenschaften charakterisiert. Nach sorgfältiger Definition von Anfangs- und Randbedingungen, bildet dieses Modell die Grundlage für vorläufige numerischer Simulationen. Die Simulationsergebnisse sind vielversprechend und deuten auf eine Bestätigung der oben genannten Hypothesen hin. Zukünftig geplante Arbeiten umfassen eine Erweiterung des hydrogeologischen Modells in 3D unter Einbeziehung multiple-point-geostatistischer Methoden. Dabei sollen auch die durch eine AVO-Analyse der Seismik abgeleiteten petrophysikalischen Parameter berücksichtigt werden. Die Überprüfung der oben genannten Hypothesen wird durch numerische Simulationsrechnung auf Basis des finalen 3D Modells erfolgen. Die Ergebnisse dieser Studie können zu einem verbesserten Verständnis von meerwärts gerichtetem Grundwassertransport im Allgemeinen beitragen.

ROCKFLOW - Numerische Simulation von Stroemung, Stoff- und Waermetransport im Festgestein

Fuer zahlreiche Fragestellungen im Zusammenhang mit der Deponierung von Abfaellen, der Altlastensanierung, der Grundwassergewinnung und der Nutzung geothermischer Energie sind Modelluntersuchungen im Kluftgestein durchzufuehren. Dabei sind einerseits geringleitende Formationen fuer die Deponierung von Interesse, die eine wirksame geologische Barriere zur Isolierung von Schadstoffen bilden, andererseits geht es um die Bewirtschaftung von Aquiferen zur Grund- und Thermalwassergewinnung. Die Simulation von Stroemungs- und Transportprozessen in klueftig-poroesen Grundwasserleitern und Grundwassergeringleitern stellt spezifische Anforderungen an die modelltechnische Umsetzung, die aus der signifikanten Inhomogenitaet des klueftigen Untergrunds erwachsen. Zur numerischen Simulation solcher Vorgaenge ist das Finite-Elemente-Programmsystem ROCKFLOW entwickelt worden. Das Programm besteht aus einer Reihe von FE-Rechnenkernen (Kernels), welche die prozessspezifischen Differentialgleichungen mittels Galerkin-FEM approximieren. Diese Rechenkerne sind miteinander verknuepfbar (Models), so dass gekoppelte Prozesse (z.B. Tracertransport durch eine Gasstroemung) simuliert werden koennen. Physikalische Prozesse: Folgende physikalische Prozesse sind modellierbar: - Grundwasserstroemung (Sicker- und Kluftstroemung) - Gasstroemung (kompressible Fluide) - Mehrphasenstroemungen (Systeme aus in- und kompressiblen Fluiden) - nicht- (Forchheimer) und liniare Fliessgesetze (Darcy) - hydrodynamische Dispersion (Scheidegger-Ansatz) - Zerfallreaktionen - nicht- (Freundlich, Langmuir) und lineare Gleichgewichtssorption (Henry) - Dichtestroemungen. Numerik: ROCKFLOW ist ein Finite-Elemente-Simulator, wobei verschieden-dimensionale isoparametrische Elemente beliebig im Raum koppelbar sind. Auf der Basis der Methode der gewichteten Residuen wird eine zur prozessbeschreibenden Differentialgleichung aequivalente sog. 'schwache' Integralformulierung abgeleitet. Es stehen verschiedene Loeser zur Verfuegung (Gauss, BiCGSTAB, QMRCGSTAB), um die resultierenden albebraischen Gleichungssysteme zu loesen. Nichtlineare Probleme werden mit Picard- oder Newton-Verfahren behandelt. Gitteradaption: Ab der dritten Version stehen Methoden fuer eine problemangepasste Gitteradaption zur Verguegung. Der Algorithmus zur Gitteradaption basiert auf einem hierarischen Konzept zur Verfeinerung und Vergroeberung gekoppelter verschieden-dimensionaler Elemente. Diskretisierungsfehler koennen entweder mit heuristischen Indikatoren oder einem analytischem Estimator lokalisiert und quantifiziert werden.

Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserleitertypen der oberflächennahen Gesteine

Die Karte zeigt die Grundwasserleitertypen der oberflächennahen Gesteine im Maßstab 1:500 000. Die Gesteinseinheiten der Geologischen Übersichtskarte sind in drei Klassen eingeteilt worden, die die wesentlichen Leitereigenschaften beschreiben: Porengrundwasserleiter, Kluftgrundwasserleiter und Grundwassergeringleiter. - Porengrundwasserleiter Diese nicht verfestigten Sedimentgesteine bestehen überwiegend aus den gröberen Kornkomponenten Kies und Sand und weisen ein zusammenhängendes Hohlraumvolumen auf, das je nach konkreter Zusammensetzung zwischen 10 und 35 % des Gesteinsvolumens beträgt. Das Grundwasser kann sich in diesen Gesteinen gut bewegen, ist relativ gleichmäßig verteilt und bildet eine deutlich ausgeprägte Grundwasseroberfläche aus, die durch Bohrungen gut erschlossen werden kann. - Grundwassergeringleiter Gesteine mit sehr geringen effektiven Hohlraumanteilen und dichten Gesteinsmassen können Grundwasser nur in geringem Maße speichern oder weiterleiten. Als solche Grundwassergeringleiter wirken die feinkörnigen Locker- und Festgesteine (tonig, schluffig), aber auch die kaum geklüfteten dichten Vulkanite und Magmatite. Die tonigen Gesteine weisen zwar eine hohe primäre Porosität von über 30% auf, diese steht aber wegen der in ihnen wirkenden kapillaren Kräfte für die Grundwasserbewegung nicht zur Verfügung. - Kluftgrundwasserleiter Diese verfestigten kompakten Gesteine, die überwiegend durch Diagenese von Sedimenten entstanden sind, sind nachträglich durch tektonische Beanspruchung in unterschiedlichem Maße geklüftet und gestört worden. Dieses sekundäre Hohlraumvolumen nimmt nur einen geringen Teil (wenige %) des gesamten Gesteinsvolumens ein, kann aber eine relativ schnelle Bewegung des Grundwassers begünstigen. Das primäre Hohlraumvolumen ist in diesen Gesteinen durch die Diageneseprozesse erheblich reduziert worden. Die hier vorliegende Karte entstand durch eine Umattributierung der Inhalte der "Geologischen Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000" und berücksichtigt somit in der Regel nur einen Tiefenbereich von ca. 2 m unter Geländeoberkante. Informationen über die Eigenschaften tieferliegender Gesteinsschichten sind aus dieser Karte nicht zu entnehmen.

Mittlere Wärmeleitfähigkeiten des Untergrundes für den Tiefenbereich 0-50m

Für die Erstellung der Potentialkarte wurden die Schichtenverzeichnisse von insgesamt 28742 Bohrungen verwendet. Den einzelnen Schichten wurden die oben genannten Wärmeleitfähigkeitswerte für die wassergesättigte und trockene bzw. teilgesättigte Zone unter Berücksichtigung des Grundwasserflurabstandes zugeordnet. Mit Hilfe rechnerischer Verfahren wurden die effektiven Wärmeleitfähigkeitswerte für die Tiefenabschnitte 0m - 50m und 0m - 100m gewichtet ermittelt und zwischen den Bohrungen interpoliert. Die Darstellung der Wärmeleitfähigkeiten erfolgt daher auf zwei Karten. Die verwendeten Werte der Wärmeleitfähigkeiten wurden konservativ angesetzt, um die Gefahr einer Unterdimensionierung von Erdwärmesonden zu vermeiden. Zusätzliche Effekte z.B. durch Grundwasserströmung wurden nicht berücksichtigt. Daher können die aus Geothermal Response Tests abgeleiteten Werte zur Wärmeleitfähigkeit höher liegen.

Mittlere Wärmeleitfähigkeiten des Untergrundes für den Tiefenbereich 0-100m

Für die Erstellung der Potentialkarte wurden die Schichtenverzeichnisse von insgesamt 28742 Bohrungen verwendet. Den einzelnen Schichten wurden die oben genannten Wärmeleitfähigkeitswerte für die wassergesättigte und trockene bzw. teilgesättigte Zone unter Berücksichtigung des Grundwasserflurabstandes zugeordnet. Mit Hilfe rechnerischer Verfahren wurden die effektiven Wärmeleitfähigkeitswerte für die Tiefenabschnitte 0m - 50m und 0m - 100m gewichtet ermittelt und zwischen den Bohrungen interpoliert. Die Darstellung der Wärmeleitfähigkeiten erfolgt daher auf zwei Karten. Die verwendeten Werte der Wärmeleitfähigkeiten wurden konservativ angesetzt, um die Gefahr einer Unterdimensionierung von Erdwärmesonden zu vermeiden. Zusätzliche Effekte z.B. durch Grundwasserströmung wurden nicht berücksichtigt. Daher können die aus Geothermal Response Tests abgeleiteten Werte zur Wärmeleitfähigkeit höher liegen.

WMS - Grundwasserstände und Quellschüttungen

Bei der Darstellung der Messstellen mit aktuellen Messwerten wird unterschieden zwischen Trend (letzter Wert im Vergleich zum Vorwochenwert) und letzter Wasserstand bzw. prozentuale Quellschüttung im Vergleich zum langjährigen Monatsmittelwert. Die Trenddarstellung erfolgt nur dann, wenn der letzte Messwert nicht älter als 8 Tage und der vorletzte Wert nicht älter als 15 Tage ist, die Darstellung im Vergleich zum langj. Monatsmittelwert, wenn mehr als 10 vollständige Abflussjahre vorliegen.

WMS - Grundwasserdynamik 2021

Die Darstellung der Grundwasserdynamik beinhaltet verschiedene Layer: Stützstellen, die Grundwasserdynamik (Hydroisohypsen) in 1-m Auflösung und 5-m-Auflösung und den Grundwasserflurabstand. Datengrundlage bilden dabei die sachsenweit durchgeführten Grundwasserstichtagsmessungen vom Herbst 2021 im oberen Hauptgrundwasserleiter (Porengrundwasserleiter). Die Höhenangaben der Hydroisohypsen beziehen sich auf Meter über NHN. Im Lockergesteinsbereich erfolgt die Darstellung der Hydroisohypsen im 1 m-Abstand. Im Lössgebiet, Randpleistozän und der Vorerzgebirgssenke werden die Hydroisohypsen im 5 m-Abstand dargestellt. Die Hydroisohypsen sind zwar im Lössgebiet darstellbar, allerdings kann durch die unsichere Mächtigkeit der Lössauflage innerhalb eines Gebietes auch das Abflussverhalten von Grundwasser nicht eindeutig bestimmt werden. Diese daraus resultierenden Unsicherheiten sollten bei der Betrachtung der Hydroisohypsen im Lössgebiet beachtet werden. Hinzufügbar sind ebenso die für die Erstellung der Grundwasseroberfläche verwendeten Stützstellen. Diese repräsentieren die im Rahmen der Stichtagsmessung erhobenen Messwerte des Grundwasserstandes in Meter über NHN. Die Grundwasserflurabstände werden in Meter unter Gelände mit einer Auflösung von 8 m x 8 m angegeben. Diesbezüglich erfolgte die Erstellung der Grundwasserflurabstände durch Verschnitt des Rasters der Geländeoberkante (DGM) mit dem vormals ermittelten Raster der Grundwasserdynamik. Die durch den Bergbau beeinflussten Gebiete haben eine gestörte Grundwasserdynamik bzw. komplexe hydrodynamische Verhältnisse, sodass eine Darstellung der Hydroisohypsen und Grundwasserflurabstände mit hinreichender Genauigkeit nicht gewährleistet werden kann. WICHTIGE FACHLICHE HINWEISE Die Darstellungen der Hydroisohypsen und Grundwasserflurabstände geben den momentanen Zustand der Grundwasserverhältnisse zur Stichtagsmessung wieder. Die Grundwasseroberfläche ist jedoch in ständiger Veränderung. Eine Kartendarstellung kann daher immer nur die Situation zu einem bestimmten Zeitpunkt abbilden. Um eine umfassendere und präzisere Aussage über die Grundwasserverhältnisse an einem bestimmten Punkt zu treffen, ist es ratsam, auch die Messwerte und Ganglinienverläufe benachbarter Grundwassermessstellen zu betrachten. Methodisch bedingt sind grundstücks- oder flurstücksbezogene Aussagen jedoch nicht ohne Weiteres möglich. Für die Ableitung eines höchsten zu erwartenden Grundwasserstandes (Bemessungsgrundwasserstand) oder einer kleinräumigen Grundwasserstandsermittlung wird die Hinzuziehung von weiteren Daten oder Fachleuten bzw. Gutachtern empfohlen.

WFS - Grundwasserdynamik 2016

Die Darstellung der Grundwasserdynamik beinhaltet verschiedene Layer: Stützstellen, die Grundwasserdynamik (Hydroisohypsen) in 1-m Auflösung und 5-m-Auflösung und den Grundwasserflurabstand. Datengrundlage bilden dabei die sachsenweit durchgeführten Grundwasserstichtagsmessungen vom Frühjahr 2016 im oberen Hauptgrundwasserleiter (Porengrundwasserleiter). Die Höhenangaben der Hydroisohypsen beziehen sich auf Meter über NHN. Im Lockergesteinsbereich erfolgt die Darstellung der Hydroisohypsen im 1 m-Abstand. Im Lössgebiet, Randpleistozän und der Vorerzgebirgssenke werden die Hydroisohypsen im 5 m-Abstand dargestellt. Die Hydroisohypsen sind zwar im Lössgebiet darstellbar, allerdings kann durch die unsichere Mächtigkeit der Lössauflage innerhalb eines Gebietes auch das Abflussverhalten von Grundwasser nicht eindeutig bestimmt werden. Diese daraus resultierenden Unsicherheiten sollten bei der Betrachtung der Hydroisohypsen im Lössgebiet beachtet werden. Hinzufügbar sind ebenso die für die Erstellung der Grundwasseroberfläche verwendeten Stützstellen. Diese repräsentieren die im Rahmen der Stichtagsmessung erhobenen Messwerte des Grundwasserstandes in Meter über NHN. Die Grundwasserflurabstände werden in Meter unter Gelände mit einer Auflösung von 8 m x 8 m angegeben. Diesbezüglich erfolgte die Erstellung der Grundwasserflurabstände durch Verschnitt des Rasters der Geländeoberkante (DGM) mit dem vormals ermittelten Raster der Grundwasserdynamik. Die durch den Bergbau beeinflussten Gebiete haben eine gestörte Grundwasserdynamik bzw. komplexe hydrodynamische Verhältnisse, sodass eine Darstellung der Hydroisohypsen und Grundwasserflurabstände mit hinreichender Genauigkeit nicht gewährleistet werden kann. WICHTIGE FACHLICHE HINWEISE Die Darstellungen der Hydroisohypsen und Grundwasserflurabstände geben den momentanen Zustand der Grundwasserverhältnisse zur Stichtagsmessung wieder. Die Grundwasseroberfläche ist jedoch in ständiger Veränderung. Eine Kartendarstellung kann daher immer nur die Situation zu einem bestimmten Zeitpunkt abbilden. Um eine umfassendere und präzisere Aussage über die Grundwasserverhältnisse an einem bestimmten Punkt zu treffen, ist es ratsam, auch die Messwerte und Ganglinienverläufe benachbarter Grundwassermessstellen zu betrachten. Methodisch bedingt sind grundstücks- oder flurstücksbezogene Aussagen jedoch nicht ohne Weiteres möglich. Für die Ableitung eines höchsten zu erwartenden Grundwasserstandes (Bemessungsgrundwasserstand) oder einer kleinräumigen Grundwasserstandsermittlung wird die Hinzuziehung von weiteren Daten oder Fachleuten bzw. Gutachtern empfohlen.

Gewässertyp des Jahres (Applikation)

Der Gewässertyp des Jahres - Eine Aktion des Umweltbundesamtes. Grundlage für die Auswahl ist die nach der Wasserrahmenrichtlinie vorgenommene Einteilung der Gewässer in Typen. Aktuell werden in Deutschland 25 Fließgewässertypen, 14 Seentypen und 11 Typen für Küsten- und ⁠Übergangsgewässer⁠ unterschieden. Über die Gewässer des „Typs des Jahres“ erfahren Sie, welche besonderen Eigenschaften sie haben, wie sie überwiegend genutzt werden und wodurch sie besonders gefährdet sind. Gewässertypen des Jahres: 2011 - Typ 5: Grobmaterialreiche, silikatische Mittelgebirgsbäche; 2012 - Typ 15: Sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse und Typ 15_g: Große sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse; 2013 - Typ 3: Fließgewässer der Jungmoräne des Alpenvorlandes (Bäche der Jungmoräne des Alpenvorlandes (3.1); kleine Flüsse der Jungmoräne des Alpenvorlandes (3.2)); 2014 - Typ 13: Kalkreicher, geschichteter Tieflandsee mit relativ kleinem Einzugsgebiet (2 - 123 km²); 2015 - Typ N2: Salzreiches (Euhalines) Wattenmeer; 2016 - Typ 10: Kiesgeprägter Strom; 2017 - Typ 8: Talsperren; 2018 - Typ 14: Sandiger Tieflandbach; 2019 - Typ T1: Großes Ästuar; 2020 - Typ 7: Steiniger, kalkreicher Mittelgebirgsbach; 2021 - Typ 4: Alpensee; 2022 - Grundwasser; 2023 - Typ 9/9.1/Subtyp 9.1_K: Mittelgebirgsfluss; 2024 - Typ B3: Flaches Küstengewässer der Ostsee; 2025 - Typ 16: Kiesgeprägte Tieflandbäche; 2026 - Kleingewässer Der Gewässertyp des Jahres - Eine Aktion des Umweltbundesamtes<br><br> Grundlage für die Auswahl ist die nach der Wasserrahmenrichtlinie vorgenommene Einteilung der Gewässer in Typen. Aktuell werden in Deutschland 25 Fließgewässertypen, 14 Seentypen und 11 Typen für Küsten- und ⁠Übergangsgewässer⁠ unterschieden. Über die Gewässer des „Typs des Jahres“ erfahren Sie, welche besonderen Eigenschaften sie haben, wie sie überwiegend genutzt werden und wodurch sie besonders gefährdet sind. <br><br>Gewässertypen des Jahres: <br>2011 - Typ 5: Grobmaterialreiche, silikatische Mittelgebirgsbäche; <br>2012 - Typ 15: Sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse und Typ 15_g: Große sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse; <br>2013 - Typ 3: Fließgewässer der Jungmoräne des Alpenvorlandes (Bäche der Jungmoräne des Alpenvorlandes (3.1); kleine Flüsse der Jungmoräne des Alpenvorlandes (3.2)); <br>2014 - Typ 13: Kalkreicher, geschichteter Tieflandsee mit relativ kleinem Einzugsgebiet (2 - 123 km²); <br>2015 - Typ N2: Salzreiches (Euhalines) Wattenmeer; <br>2016 - Typ 10: Kiesgeprägter Strom; <br>2017 - Typ 8: Talsperren; <br>2018 - Typ 14: Sandiger Tieflandbach; <br>2019 - Typ T1: Großes Ästuar; <br>2020 - Typ 7: Steiniger, kalkreicher Mittelgebirgsbach; <br>2021 - Typ 4: Alpensee

Untersuchung von Grundwasserverhaeltnissen in Sueddeutschland (besonders Muenchner Raum)

Fuer die Errichtung von Tiefbauwerken, besonders Tiefgaragen, ist haeufig die genaue Kenntnis der Grundwasserverhaeltnisse, hoechster Grundwasserstand, mittlerer Grundwasserspiegel, etc. noetig. weiterhin interessiert, inwieweit durch die Errichtung von Bauwerken oder Brunnen andere Bauwerke oder Brunnen beeintraechtigt werden. Es wurden mehr als 400 Untersuchungen seit 1964 durchgefuehrt.

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