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Optimierung eines geologischen 3D-Modells quartärer Sedimente unter Zuhilfenahme hydraulischer Daten am Beispiel der Hanau-Seligenstädter Senke Südhessen)

Lewin, Ina :
Optimierung eines geologischen 3D-Modells quartärer Sedimente unter Zuhilfenahme hydraulischer Daten am Beispiel der Hanau-Seligenstädter Senke Südhessen).
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2017)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Optimierung eines geologischen 3D-Modells quartärer Sedimente unter Zuhilfenahme hydraulischer Daten am Beispiel der Hanau-Seligenstädter Senke Südhessen)
Language: German
Abstract:

Mächtige fluviale Sand- und Kiesablagerungen können ein bedeutendes Rohstoffvorkommen bilden und bieten zugleich Speicherplatz für ausgedehnte Grundwasservorkommen. Der Raum Babenhausen wird sowohl für die Gewinnung von Sand und Kies als auch für die Förderung von Trinkwasser genutzt. Aufgrund der räumlichen Nähe beider Rohstoffnutzungen zueinander und des damit verbundenen Gefahrenpotentials für das Grundwasser können Nutzungskonflikte auftreten. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung eines detaillierten geologischen 3D-Modells sowie dessen Integration in ein ebenso detailliertes instationäres Grundwasserströmungsmodell. Auf diesem Wege sollte der Einfluss der Geologie, insbesondere der regionalen und lokalen Fazies-Differenzierungen und somit des Durch-lässigkeitsbeiwertes auf die Grundwassergleichen und Fließpfade herausgefunden werden. Zunächst erfolgten für Sedimentproben aus dem Arbeitsgebiet schichtbezogene Sieb- und Schlämmanalysen. Sie dienten, ebenso wie Multilevel-Pumpversuche auf einem neu angelegten Testfeld, der Bestimmung von Durchlässigkeitsbeiwerten. See- und Grundwasserspiegelmessungen sowie Multilevel-Temperaturmessungen wurden zur Gewinnung von Informationen über die See-Grundwasser-Interaktion durchgeführt. Die räumlichen Modellierungen der geologischen Einheiten sowie die Verteilung der Durchlässigkeitsbeiwerte im Raum erfolgten in GOCAD® und SKUA-GOCAD™. Nach einer Überführung dieser geologischen Daten in FEFLOW und der Hinzunahme der hydraulischen Daten konnte ein detailliertes instationäres Grundwasserströmungsmodell aufgesetzt sowie eine manuelle Sensitivitätsanalyse bezüglich des Parameters „Durchlässigkeitsbeiwert“ mit sechs verschiedenen Modellvarianten durchgeführt werden. Die Modellvarianten M1A (Seerand gut durchlässig, Verteilung der Durchlässigkeitsbeiwerte interpoliert) und M3A (Seerand gut durchlässig, Verteilung der Durchlässigkeitsbeiwerte layerweise zoniert) zeigen die beste Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Grundwasserspiegelständen. Der Einfluss der räumlichen Verteilung der Durchlässigkeitsbeiwerte auf die berechneten Grundwasserspiegelstände ist bei diesen beiden Modellvarianten zwar gering, führt aber dennoch zu einem deutlich unterschiedlichen Verlauf der Strömungslinien. Oft wird auf Modelle zurückgegriffen um natürliche Ressourcen zu bewerten und Risikoabschätzungen durchzuführen. Das Ergebnis dieser Arbeit zeigt, dass Durchlässigkeitsbeiwerte möglichst umfangreich in hydrogeologische Modellierungen einbezogen werden sollten, um auch räumliche Zonierungen auf eine breite Basis stellen zu können, da sie einen großen Einfluss auf den Verlauf der Fließpfade haben.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Fluvial sediments can form an important reservoir of sand and gravel. At the same time they may also contain a productive aquifer. Fluvial sediments in the Babenhausen area form such an important reservoir. Therefore this area is intensely used with dredging lakes and several pumping wells in operation. Consequently, a contamination of the groundwater by sand and gravel mining is possible due to its vicinity, and the risk poten-tial should be estimated in order to avoid conflicting use. The aim of this work was the development of a detailed geological 3D model and its integration in a detailed groundwater flow model in order to detect the influence on geology on water table contours and flow paths, especially on regional and local differ-entiations on facies and therefore on the spatial distribution of hydraulic conductivity in these sediments. First of all, sieve and sedimentation analyses for sediment samples of the working area as well as multilevel pumping tests were carried out in a new test site. These investiga-tions enabled locating zones with high hydraulic conductivities at specific depths. In-formation about the interaction between groundwater and lake water were carried out in the field by using hydraulic heads and multi-level high-resolution temperature meas-urements. Spatial modelling of geological units as well as spatial distribution of hydrau-lic conductivities were performed in GOCAD® and SKUA-GOCAD™. Afterwards geo-logical data were transferred into FEFLOW. Together with hydraulic data a detailed groundwater flow model was developed. A manual sensitivity analysis of the parameter hydraulic conductivity with six different model variants was done. Two model variations showed the best results in comparison between measured and calculated hydraulic heads: M1A was modelled with a well permeable lake shore and with spatial interpolated hydraulic conductivity, M3A was modelled with a well perme-able lake shore and with a spatial zonation of hydraulic conductivity. The influence of the spatial distribution of hydraulic conductivities on the calculated heads is minimal but results in significant differences of flow directions. Models are frequently used to assess natural resources and to conduct risk assessments. The result of this work indicates that a comprehensive implementation of hydraulic conductivities into hydrogeological modelling is recommended, because its spatial zonation has a great influence on the groundwater contours and flow directions.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science
Date Deposited: 09 Mar 2017 10:11
Last Modified: 09 Mar 2017 10:11
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-60407
Referees: Hoppe, Prof. Dr. Andreas and Schüth, Prof. Dr. Christoph
Refereed: 6 December 2016
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/6040
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