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Strömung von und Transport im Grundwasser vollzieht sich
im Allgemeinen über mehrere räumliche Skalen, die von
der Porenskala bis zur Feldskala reichen. Effektive Parame-
ter wie effektive Leitfähigkeiten oder effektive Mischungs-
parameter sollen daher in Modellen der Heterogenität
über die Skalen hinweg Rechnung tragen. Im Stofftransport
spricht man dabei oft von der sogenannten Makrodispersi-
vität α. Eine Reihe von Felduntersuchungen haben erge-
ben, dass α skalenabhängig ist und mit der Laufzeit des
gelösten Stoffes anwächst, bevor es eventuell sich einem
asymptotischen konstanten Wert annähert. Die Existenz
eines Grenzwertes und eines universellen Gesetzes, das
den Anstieg von α beschreibt, wurde und wird kontrovers
in der Literatur diskutiert.
Stofftransport im Grundwasser: Felduntersuchungen zur Makrodispersivität
FORSCHUNG — 115
Abb. 3. Gemessene Makrodispersivitäten für
einzelne Grundwasserleiter.
Beteiligung an DFG-Projekten
Abb. 2. Gemessene Makrodispersivitäten aufgetragen gegen
die Beobachtungsskala.
Wir haben alle vorliegenden Felduntersuchungen einer
sorgfältigen Re-Analyse unterworfen und kommen zu dem
Ergebnis, dass sich die Annahme eines universellen Geset-
zes — gültig für alle Grundwasserleiter — nicht halten lässt.
Dieses Ergebnis hat weitreichende Konsequenzen: Zum
einen ist die Verwendung von Daumenregeln (z. B. α=1/10
des Modell-Gebietes, falls nicht anders bekannt) sehr frag-
würdig, zum anderen bedeutet es, dass zumindest die geo-
statistischen Parameter eines Grundwasserleiters bekannt
sein sollten, sodass eine Abschätzung effektiver Leitfähigkei-
ten und Mischungsparameter vorgenommen werden kann.
[4] Zech, A., Attinger S., Cvetkovic, V., Dagan G., Dietrich P., Fiori A., Rubin Y,
Teutsch G (2015): Is unique scaling of aquifer macrodispersivity supported by
field data? Water Resourc. Res., 51, 9. DOI:10.1002/2015WR017220.
Wir waren erfolgreich an der Ein-
werbung von zwei DFG-Projekten
beteiligt:
FOR 2131 „Data assimilation for
Improved Characterization of
Fluxes across Compartmental Inter-
faces“. In der Forschergruppe sind
wir verantwortlich für die Assimila-
tion von Abflussdaten und Boden-
feuchte-Daten in einem komplexen
hydrologsichen Modell wie
ParFlow-CLM.
SFB 1076 „AquaDiva“, einem For-
schungsverbund zum Verständnis
der Verknüpfungen zwischen der
oberirdischen und unterirdischen
Biogeosphäre. In AquaDiva model-
lieren wir Wasser- und Stoffflüsse
in der Critical Zone. Dabei richtet
sich unser Augenmerk vor allem
auf typische Lauf- und Verweil-
zeiten im Untergrund, die uns
Aufschluss darüber geben sollen,
wie oberirdische Wasser- und
Energiesignale durch den Unter-
grund transformiert werden.