Forschungsbericht 2010 und aktualisiertes ... - LIAG

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trie eingesetzt, um deren Potenzial bei der Erkundung glazialtektonischer Stauchstrukturen
auszuloten.
LIAG entwickelt seit Beginn des Jahres 2010 für das Testgebiet Borkum ein numerisches
Grundwassermodell. Ziel der Arbeiten ist es ein Werkzeug zu besitzen, mit
dem die Auswirkung des durch den Klimawandel zu erwartenden Meeresspiegelanstieges
und die Auswirkung der zu erwartenden geänderten Grundwasserneubildung
auf die Süßwasserressourcen bestimmt werden können.
Sensitivitätsanalysen der Randbedingungen im Hinblick auf die Prognoseergebnisse
mit numerischen 2D-Modellen ergaben, dass große Teile des Wattgebietes in das
Grundwassermodell mit einbezogen werden müssen.
Sowohl aus insgesamt 365 Bohrschichtenverzeichnissen als auch aus seismischen
Messungen, die im Mai 2010 auf Borkum durchgeführt wurden, konnte ein hydrogeologisches
Modell abgeleitet werden. Weitere wichtige Hinweise über den Aufbau
des Grundwasserleiters lieferten Pumpversuchsergebnisse und die Daten des spezifischen
elektrischen Widerstandes aus der im März 2008 durchgeführten Hubschrauberbefliegung
(HEM). Das hydrogeologische Modell besteht im Wesentlichen
aus vier horizontalen, untereinander liegenden Aquiferen, die jeweils nach unten
durch teilweise halbdurchlässige Aquitarden begrenzt sind.
Der erste Aquifer Nr. I wird von einer halbdurchlässigen Schicht des Holozäns in einer
Tiefe von ca. 7-10 m unterlagert. Dieser Aquitard ist auch in den Daten des spezifischen
elektrischen Widerstandes der HEM- Daten als niederohmige Zone deutlich
zu erkennen. Die Auswertung von Georadardaten zeigt zudem, dass im ersten Aquifer
lokal oberflächennahe hydraulisch wirksame Trennschichten auftreten. Der darunter
liegende Aquifer II wird durch die Holozänbasis begrenzt, einer im Zentrum
der Insel meist wasserstauenden und zu den Rändern der Insel hin eher halbdurchlässigen
Schicht in einer Tiefe von ca. 20-25 m. Der teilweise halbdurchlässige Aquitard
in einer Tiefe von ca. 45-60 m begrenzt Aquifer Nr. III und wird als Quartärbasis
angesehen. Der darunter liegende tiefste Aquifer Nr. IV. wird unterhalb einer Tiefe
von ca. 180 m von mächtigen tertiären Tonlagen begrenzt. Diese Schicht tritt in
den seismischen Aufzeichnungen als der stärkste Reflektor in Erscheinung und ist als
untere Modellgrenze anzusehen.
Das Grundwassermodell wurde analog zum hydrogeologischen Modell aufgebaut.
Aus Gründen der numerischen Stabilität und der vertikalen Auflösung ist der gesamte
Grundwasserkörper vertikal wesentlich stärker diskretisiert, als es dem hydrogeologischen
Modell entspricht, und besteht aus insgesamt 39 söhligen Schichten. Ebenfalls
aus Gründen der numerischen Stabilität, der räumlichen Auflösung der 40 Wasserwerksbrunnen
und des Netzes der hydrologisch wichtigen Flüsse und Drainagegräben
musste die horizontale Diskretisierung des Gitters ebenfalls teilweise sehr
fein ausgelegt werden. Nach Abschluss des Modellaufbaus besteht das Finite Elementegitter
aus über 1.4 Mio. Berechnungsknoten
Für die hydraulische Kalibrierung wurden die aus Pumpversuchen gewonnenen
Transmissivitäten und Speicherkoeffizienten sowie aus Slugtests ermittelte Durchlässigkeitsbeiwerte
(kf) hinzugezogen. Für die hydraulischen Referenzhöhen standen
Daten von permanenten Grundwassermessstellen des Wasserwerkes sowie im März
dieses Jahres aus Handbohrungen ermittelte Grundwasserstandshöhen und Spiegelhöhen
der freien Gewässer zur Verfügung (insgesamt 258 gemessene Grundwasserstände).
Da für März 2010 die umfassendste Datenbasis vorliegt und sowohl die
HEM als auch die Direct-Push-Daten ebenfalls im März erhoben wurden, wurden die
Daten dieses Monats für die Kalibrierung des Modells verwendet (Stichtagsmessungen).