Berechnung der Grundwasserneubildung in Karstaquiferen

#Aquifer #Grundwasserneubildung #Karst #SWAT #Transferfunktionen
Die Abbildung zeigt ein Säulendiagramm. Auf der x-Achse befinden sich die Jahre 2000 bis 2016, auf der y-Achse ist auf der linken Seite der Niederschlag in mm/a und auf der rechten Seite die Grundwasserneubildung in mm/a dargestellt. Es wurden die Grundwasserneubildungswerte der HPTF, des SWAT-Modells und der Niederschlag als Säulen im Diagramm eingetragen
Angewendete Methoden zur Berechnung der Grundwasserneubildung des Western Mountain Aquifer, wobei die Grundwasserneubildung sich aus einer schnellen und langsamen Fließkomponente zusammensetzt. Da die HPTF nur die langsame berechnen, wurde die schnelle Grundwasserneubildung des SWAT-Modells hinzugefügt. © Paul Hepach / Hydrogeologie, TU Berlin

Das Soil and Water Assessment Tool (SWAT) und Hydro-Pedo-Transfer-Funktionen (HPTF) bieten die Möglichkeit einer präzisen Berechnung der Grundwasserneubildung in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Beide Methoden wurden für den verkarsteten Western Mountain Aquifer getestet.

SWAT berechnet den Wasserhaushalt auf täglicher Basis mit räumlichen Informationen zu Landnutzung, Bodeneigenschaften und Topografie, welche individuelle Hydrological Response Units (HRUs) bilden, sowie Klimadaten. Die Berechnungen basieren auf empirischen Gleichungen und liefern genaue Daten mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Das SWAT-Modell kann mit Beobachtungsdaten wie Oberflächenabfluss oder tatsächlicher Evapotranspiration kalibriert werden und passt sich sensitiven Parametern wie dem Übertragungsverlust an.

In der Praxis zeigte sich, dass mit SWAT die Grundwasserneubildung eines Karstaquifers zeitlich und räumlich hochaufgelöst berechnet werden kann. Beim Western Mountain Aquifer zeigte sich, dass im Durchschnitt 34 % des Niederschlags in der Neubildungszone zur Grundwasseranreicherung beitragen, während der Rest verdunstet oder zu Oberflächenabfluss wird. Außerdem errechnet SWAT eine durchschnittliche jährliche Neubildung von 199 mm.

Hydro-Pedo-Transfer-Funktionen (HPTF) wurden erstmals von Wessolek et al. (2008) entwickelt in Anlehnung an Lins (2003) „Hydropedologie“ Ansatz – die Integration von Methoden aus der Boden-, Pflanzen,- und Wasserwissenschaft. HPTF berechnen jährliche Perkolationsraten auf regionaler Ebene, wurden allerdings für das europäische Kontinentalklima entwickelt und hier zum ersten Mal auf andere Klimazonen und Karstgebiete angewendet. Die empirischen Funktionen basieren auf der Wasserhaushaltsgleichung und berücksichtigen den Jahresniederschlag, potenzielle Evapotranspiration, Bodeneigenschaften und Vegetation.

Es zeigte sich, dass HPTF nicht in der Lage sind, die schnelle Fließkomponente, die sehr relevant für die Infiltration im Karst ist, zu erfassen. Als Ergebnis wird die Grundwasserneubildung unterschätzt. Durch Addierung der schnellen Fließkomponente aus dem SWAT-Modell können jedoch auch mit HPTF realistische Neubildungswerte berechnet werden.

Wasser­ressource: Grundwasser
Produkttyp:
  • Modelle & Software-Tools
Anwendungs­sektor: Naturraum Wasser, Wasserwirtschaft
Fördermaßnahme: GRoW
Projekt: MedWater

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