Groundwater resources underpin ecosystems and human activities, yet their continued global depletion deteriorates water quality and ecology due to baseflow reduction and causes land subsidence and seawater intrusion. Accurate quantification of groundwater flow and storage changes is critical to enable adaptive resource management, for example through assessing potential impacts from over-extraction and determining sustainable yields. This necessitates an increase in knowledge of the spatial distribution of subsurface properties. Current groundwater investigation methods (e.g. pump testing) require high effort and are costly to conduct, restricting the rate and frequency of testing thus resulting in spatially limited outcomes. This project will establish Tidal Subsurface Analysis (TSA) as a novel methodology to quantify subsurface hydro-geomechanical properties such as transmissivity, permeability, specific storage, porosity, compressibility and/or bulk modulus. TSA utilises the groundwater response to the ubiquitous and predictable Earth and atmospheric tides which is contained in existing measurements. TSA will be developed by unifying the theories of existing approaches that have successfully quantified individual subsurface properties using the groundwater response to Earth tides or barometric loading. Next, the influence of geological heterogeneity on properties quantified using TSA will be evaluated using a combination of numerical modelling and field data from locations in the United Kingdom and Australia where the subsurface has been well characterised. Finally, TSA will be validated by comparing each of the quantified hydro-geomechanical properties with values derived from established hydrogeological or geophysical investigation techniques, such as pump testing, geophysical logging or sediment coring. Because it is a passive approach, it will overcome many of the limitations inherent to active hydraulic subsurface investigations. It is anticipated that TSA will shift the paradigm about how groundwater and atmospheric measurements are used and add significant value to monitoring programs, enhancing resource management decisions and improving implementation of the EU Water Framework Directive.
Berichtsdokumente über hydrogeologische Sachverhalte
1. Ergebnisberichte zur Grundwassersuche, Grundwassererkundung und Grundwassererschließung
2. Gutachten und Stellungnahmen zu Einzelwasserversorgungsanlagen
3. Gutachten und Stellungnahmen zu hydrogeologischen Fragen bei der Bewertung von Deponien, Altlastverdachtsflächen und Altlaststandorten
4. Gutachten und Stellungnahmen zu hydrogeologischen Fragen bei der Gewinnung von oberflächennahen Rohstoffen
5. Gutachten und Stellungnahmen zu hydrogeologischen Fragen von Bauvorhaben
Der Landesgrundwasserdienst-quantitativ hat das Ziel, an repräsentativen Messstellen in anthropogen wenig beeinflussten Gebieten und weiträumig repräsentativen Grundwasservorkommen lange und weitgehend lückenlose Zeitreihen fehlerfreier Messdaten zeitnah zu erheben. Zu diesem Zweck werden Daten über Grundwasserstände und Quellschüttungen aller überregional bedeutenden Grundwasserleiter kontinuierlich aufgezeichnet, aufbereitet und bereitgestellt. Die so geschaffenen gewässerkundlichen Grundlagen dienen u.a. staatlichen Planungs- und Überwachungstätigkeiten, der Weitergabe an nichtstaatliche Stellen und der Information der Öffentlichkeit. Zu diesem Zweck wird seitens der bayerischen Wasserwirtschaftsverwaltung u.a. das Landesmessnetz Grundwasserstand mit derzeit gut 620 Messstellen betrieben. Die erhobenen Messdaten können über den Gewässerkundlichen Dienst Bayern (www.gkd.bayern.de) eingesehen und heruntergeladen werden.
Es ist dringend erforderlich, die relevanten hydrologischen Prozesse in montanen mediterranen Einzugsgebieten zu verstehen, um deren potentielle Änderungen in ihren Funktionen für die Wasserversorgung durch den Klimawandel und Landnutzungsänderungen zu kennen. Daher möchte ich zusammen mit meiner Gastinstitution, dem IDAEA-CSIC in Barcelona, untersuchen, wie die Vegetation, die Böden und das Grundwasser das Speichern, die Mischung, die Abflussbildung, sowie die Evapotranspiration in dem Einzugsgebiet Vallcebre im Nordosten Spaniens beeinflussen. Die Forscher des IDAEA -CSIC haben hydrometrische Daten und stabile Isotope (d2H, d18O) der verschiedenen hydrologischen Kompartimente des Einzugsgebiets gesammelt. Somit liegen Informationen über den Freiland- und Bestandniederschlag, Stammabfluss, Bach- und Grundwasser, sowie Wasser im Boden und der Vegetation vor. Ich plane, diesen umfangreichen Datensatz zur Bestimmung der Verweilzeiten mit neue Methoden anzuwenden, damit sich unser Verständnis von Wasserfluss und Stofftransport in Einzugsgebieten verbessert. Ich werde zunächst testen, wie mittels 'StorAge Selection functions' (Rinaldo et al. 2015) die Dynamik der Verweilzeiten des Abflusses und der Evapotranspiration beschrieben werden können. Des Weiteren habe ich als Ziel die neuen Konzepte der 'young water fraction' (Kirchner 2016) and 'new water fraction' (Kirchner 2017) anzuwenden, um besser die kurzfristige Komponente der Verweilzeiten beschreiben zu können. Diese Methoden sind noch nicht für Mediterrane Einzugsgebiete getestet worden, aber der umfangreiche Datensatz für die Vallcebre Einzugsgebiete ermöglicht die Untersuchung aktueller Fragen der Einzugshydrologie: Können Studien zur Verweilzeit verbessert werden mit höherer Rate der Probennahme von Niederschlag und Abfluss? Wie wirken sich neu erschlossene Daten über Bestandsniederschlag, Stammabfluss, Wurzelwasseraufnahme oder Bodenwasserfluss auf die Analysen aus? Zuletzt werde ich die Information von Tiefenprofilen der Isotopenzusammensetzung von Porenwasser einbeziehen, um hydrologische Modelle zu testen und die Verweilzeiten im Boden mit der Verweilzeit des Einzugsgebietsabflusses in Bezug zu setzen. Letzteres baut auf meine Dissertation und derzeitiger Postdoc-Studien auf.
In dem Projekt soll ein neuer wissenschaftlicher Ansatz zur Klaerung des raum-zeitlichen Zusammenhangs zwischen den Grundwasserspiegel-Schwankungen in Berlin und der natuerlichen Grundwasserneubildung durch versickernde Niederschlagswaesser getestet werden, der ueber bisher angewandte Methoden hinausgeht. Es wird der Einfluss der Deckschichten-Geologie, des Flurabstandes, der Vegetation und des Grades der Versiegelung auf die Grundwasserneubildung an hinsichtlich dieser Parameter unterschiedlichen Testgebieten im Sueden Berlins untersucht. Dabei soll eine numerische Modellierung anhand von regionalisierten Eingabeparametern vorgenommen werden, die sowohl vorliegende punktbezogene Daten in verschiedene, in sich homogene Flaechen zusammenfasst, als auch auf die ungesaettigte Bodenzone beschraenkte Bodenwasserhaushaltsmodelle mit dem dreidimensionalen Grundwasserkoerper in Zusammenhang bringt. Dies ermoeglicht neben einer qualitativen Beurteilung der beteiligten Einflussgroessen auch eine Quantifizierung von lateralen und vertikalen Wasserfluessen sowie von Grundwasserentnahmen und -einspeisungen, was einer Wasserhaushaltsbilanzierung zugute kommt.