Veranstaltungsprogramm

Lange hieß es, Grundwasser wird im Grundwassermodell modelliert und Oberflächenwasser im Oberflächenwassermodell. Das Grundwassermodell SPRING geht neue Wege und integriert wichtige Prozesse in der vadosen Zone und im Oberflächengewässer in die Modellierung (siehe Abbildung), um das gekoppelte Gesamtsystem aus Grundwasser und Oberflächenwasser besser abzubilden. Eine wichtige Motivation dabei sind aktuelle Fragestellungen zur Klimaresilienz des Landschaftswasserhaushalts und der Grundwasserressourcen oder zu Auswirkungen von Trockenperioden.

Mit der bereits eingeführten Methode RUBINFLUX bilanziert SPRING den Bodenwasserhaushalt in Tagesschritten und ermittelt daraus flächendifferenzierte Sickerwasserraten ins Grundwasser (Neubildung) sowie Direktabflüsse. Bisher war dabei die vadose Zone als Einschichtmodell mit einer konstanten Simulationstiefe parametrisiert. Diese wird jetzt abhängig vom aktuellen Grundwasserstand in jedem Zeitschritt angepasst. Durch die Integration des kapillaren Aufstiegs ergibt sich umgekehrt auch eine Anpassung des Grundwasserstands, wenn der Bodenwassergehalt aufgefüllt wird.

Die Interaktion zwischen Grundwasser und Oberflächengewässer wurde bisher bereits in Form einer Leakagebeziehung beschrieben, bei der in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Grundwasser- und Vorflutpotenzial entweder das Grundwasser ins Gewässer exfiltriert oder umgekehrt. Hinzu kommt jetzt eine Bilanzierung der Volumenströme auch im Oberflächengewässer. Sie wird möglich durch die Vernetzung der Gewässerabschnitte in Fließrichtung. Von der Quelle ausgehend stromabwärts werden so alle ein- und ausströmenden Volumenströme bilanziert und der Abfluss im Gerinne ermittelt. Dazu gehören neben den Leakagemengen die Anteile aus Direktabfluss sowie an der Geländeoberfläche austretende Sickermengen. Sie beschreiben Hangquellen, Zwischenabflüsse und Drainagemengen.

Da die Leakagemengen aus der Potenzialdifferenz zwischen Grundwasser und Gewässer ermittelt werden, soll der Wasserstand im Gerinne möglichst gut approximiert werden. Dafür wurden die Ansätze von Manning-Strickler und Kalinin-Miljukov implementiert. Letzterer berücksichtigt Speichereffekte in ablaufenden Wellen.

Am Beispiel des Hammbach-Wienbach im Lippe-Einzugsgebiet in NRW wird gezeigt, wie die integrierte Modellierung das Systemverständnis verbessert und damit eine Grundlage für Planungen schafft. Es ergeben sich die folgenden Vorteile: Influente Gewässerabschnitte geben nur die Wassermenge ins Grundwasser ab, die tatsächlich vorhanden ist. Zeitweise trockenfallende Gewässerabschnitte können abgebildet werden. Bei der Kalibrierung kann zusätzlich mit Abflussganglinien verglichen werden. Die zusätzliche Bilanzierung der Oberflächengewässer verbessert die Aussagequalität des Modells insbesondere bei starker GW-OW-Interaktion wie am Hammbach-Wienbach.

Die Untersuchungen zum Hammbach-Wienbach-Gebiet wurden im BMBF-WaX-Verbundprojekt „KliMaWerk: Nachhaltige Bewirtschaftung des Landschaftswasserhaushaltes zur Erhöhung der Klimaresilienz: Management und Werkzeuge“ gefördert (FKZ: 02WEE1626E).

König, Ch. M., Becker, M., Brömme, K. et al. SPRING Benutzerhandbuch, Ausgabe 6.1, delta h Ingenieurgesellschaft mbH, Witten (2022)

Zepp, H., König, C., Kranl, J. et al. Implizite Berechnung der Grundwasserneubildung (RUBINFLUX) im instationären Grundwasserströmungsmodell SPRING. Eine neue Methodik für regionale, räumlich hochaufgelöste Anwendungen. Grundwasser 22, 113–126 (2017)