TY  - THES
A1  - Wijnen, Jeroen Johan Andreas
T1  - A groundwater flow and particle tracking model of the Iraí-basin, Paraná, Brazil
T1  - Ein Grundwasserströmungs -und Particle Tracking Modell des Iraí-Beckens, Paraná, Brasilien
N2  - Die Bevölkerungsexplosion in der Region von Curitiba während der letzten Jahre verursachte eine große Zunahme des Wasserbedarfs; die zunehmend unkontrollierte Besiedlung stellt dabei ein großes Problem für die Umwelt dar. Die größte Bedrohung für die Wasserversorgung dieser Region ist die urbane Invasion in Gebiete, wo die Herkunft der Wasserressourcen liegen. Diese Invasion geht langsam aber stetig voran und bedroht kostbare und nicht ersetzbare Ressourcen. Vor diesem Hintergrund wurde ein Gebiet in der direkten Nähe der Großstadt Curitiba als Studienobjekt ausgewählt. In diesem Gebiet, dem Iraí-Becken, wurde während der Untersuchungszeit ein Trinkwasserspeicher geplant und gebaut. Es besteht die große Gefahr, dass das Iraí-Reservoir kontaminiert wird, obwohl das engere Gebiet rundum den See geschützt werden soll. Die Verschmutzungsgefahr geht hauptsächlich von zwei Nebenflüssen aus, die durch mehr oder weniger besiedeltes Gebiet strömen. Im Arbeitsgebiet befinden sich Brunnen, die der Trinkwasserversorgung dienen. Um die negativen Folgen einer möglichen Verschmutzung des Reservoirs abschätzen zu können, wurde ein Grundwasserfließmodell erstellt. Die erforderliche Wasserbilanz und die räumliche Verteilung der Verschmutzungsempfindlichkeit wurde mit dem hydrologischen Modell "MODBIL" abgeschätzt. Weitere Methoden zur Abschätzung der Verschmutzungs-empfindlichkeit wurden angewandt, um die differierenden Ergebnisse der angewendeten unterschiedlichen Methoden mit einander vergleichen und bewerten zu können. Mit dem kalibrierten Grundwasserfließmodell ist mit der gegebenen hydraulischen Situation vor und nach der Konstruktion des Reservoirs, ein einfaches Particle Tracking Transport Modell eingesetzt worden, um mit unterschiedlichen Szenarien die Beeinflussung vom Reservoirwasser auf das Grundwasser zu simulieren.
N2  - The explosive expansion of the population of the Metropolitan Region of Curitiba raised a high increase in the demand for water resources and the uncontrolled settlement poses a large problem for the environment. The greatest menace to the water supply sources of this region is the urban occupation (invasion) into the areas that contain these resources. This occupation continues with its slow, silent, although progressive march, threatening precious and irreplaceable resources. From this background an area in the direct vicinity north-east of Curitiba has been studied. In this area a drinking water reservoir was constructed in the time that the study took place in the Iraí-basin. The Iraí-reservoir even though an area around the lake will be protected may be polluted by two tributaries which flow through more or less densely populated areas. In the study area on the same time wells have been constructed. To estimate what the impact may be from the possibly polluted reservoir on the aquifer a groundwater flow model has been constructed. On the same time to estimate the water balance and the spatial distribution of pollution vulnerability the hydrological model MODBIL has been used. Also other methods have been used to estimate the pollution vulnerability to make a comparison and because none of the methods takes every aspect into account. With the calibrated groundwater flow model for the situation before the construction of the Iraí-reservoir and after its construction, simple particle tracking transport models are constructed as scenarios how the water of the aquifer may be influenced.
KW  - Curitiba <Region>
KW  - Stausee
KW  - Einzugsgebiet
KW  - Trinkwasserverschmutzung
KW  - Risikoanalyse
KW  - Hydrogeologie
KW  - Grundwasserströmungsmodell
KW  - hydrologische Modellierung
KW  - Irai-Becken
KW  - Curitiba
KW  - Parana
KW  - Brasilien
KW  - hydrogeology
KW  - groundwater flow model
KW  - hydrological modelling
KW  - Irai-basin
KW  - Curitiba
KW  - Parana
KW  - Brazil
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-531
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mederer, Joachim
T1  - Water Resources and Dynamics of the Troodos Igneous Aquifer-system, Cyprus - Balanced Groundwater Modelling -
T1  - Grundwasserdynamik und Ressourcen des Troodos Aquifersystems, Zypern - Bilanzierte Grundwassermodellierung -
N2  - The study investigates the water resources and aquifer dynamics of the igneous fractured aquifer-system of the Troodos Mountains in Cyprus, using a coupled, finite differences water balance and groundwater modelling approach. The numerical water balance modelling forms the quantitative framework by assessing groundwater recharge and evapotranspiration, which form input parameters for the groundwater flow models. High recharge areas are identified within the heavily fractured Gabbro and Sheeted Dyke formations in the upper Troodos Mountains, while the impervious Pillow Lava promontories - with low precipitation and high evapotranspiration - show unfavourable recharge conditions. Within the water balance studies, evapotranspiration is split into actual evapotranspiration and the so called secondary evapotranspiration, representing the water demand for open waters, moist and irrigated areas. By separating the evapotranspiration of open waters and moist areas from the one of irrigated areas, groundwater abstraction needs are quantified, allowing the simulation of single well abstraction rates in the groundwater flow models. Two sets of balanced groundwater models simulate the aquifer dynamics in the presented study: First, the basic groundwater percolation system is investigated using two-dimensional vertical flow models along geological cross-sections, depicting the entire Troodos Mountains up to a depth of several thousands of metres. The deeply percolating groundwater system starts in the high recharge areas of the upper Troodos, shows quasi stratiform flow in the Gabbro and Sheeted Dyke formations, and rises to the surface in the vicinity of the impervious Pillow Lava promontories. The residence times mostly yield less than 25 years, the ones of the deepest fluxes several hundreds of years. Moreover, inter basin flow and indirect recharge of the Circum Troodos Sedimentary Succession are identified. In a second step, the upper and most productive part of the fractured igneous aquifer-system is investigated in a regional, horizontal groundwater model, including management scenarios and inter catchment flow studies. In a natural scenario without groundwater abstractions, the recovery potential of the aquifer is tested. Predicted future water demand is simulated in an increased abstraction scenario. The results show a high sensitivity to well abstraction rate changes in the Pillow Lava and Basal Group promontories. The changes in groundwater heads range from a few tens of metres up to more than one hundred metres. The sensitivity in the more productive parts of the aquifer-system is lower. Inter-catchment flow studies indicate that - besides the dominant effluent conditions in the Troodos Mountains - single reaches show influent conditions and are sub-flown by groundwater. These fluxes influence the local water balance and generate inter catchment flow. The balanced groundwater models form thus a comprehensive modelling system, supplying future detail models with information concerning boundary conditions and inter-catchment flow, and allowing the simulation of impacts of landuse or climate change scenarios on the dynamics and water resources of the Troodos aquifer-system.
N2  - Die vorliegende Arbeit untersucht die Grundwasserressourcen und die hydraulische Dynamik des Troodos Kluftaquifersystems in Zypern mit Hilfe gekoppelter numerischer Wasserhaushalts- und Grundwasserströmungsmodelle auf Rasterbasis. Die Wasserhaushaltsmodelle quantifizieren die hydrologischen Rahmenparameter des Untersuchungsgebietes. Grundwasserneubildung und Evapotranspiration werden als Eingangsparameter der Grundwassermodelle weiterverarbeitet. Die Grundwasserneubildung ist in den niederschlagsreichen Regionen des höheren Troodos Gebirges, im Bereich der stark geklüfteten Gabbro und Sheeted Dyke Lithologien, am höchsten, nimmt zu den Vorgebirgen ab und erreicht dort ein Minimum in den gering durchlässigen Pillow Lava Sequenzen. Die Evapotranspiration zeigt einen umgekehrten Trend. Zusätzlich zur aktuellen Evapotranspiration wird eine sogenannten Sekundär-Evapotranspiration ermittelt, die sich – unabhängig von der Bodenfeuchte – aus der Verdunstung von Wasser-, Feucht- und Bewässerungsgebieten berechnet. Dieses Konzept erlaubt die Ermittlung der Verdunstungsmenge der bewässerten Flächen und somit die Abschätzung regionaler Grundwasserentnahmeraten, die als Brunnenentnahme in die Grundwassermodelle eingearbeitet werden. Mit zweidimensionalen, bilanzierten, vertikalen Grundwassermodellen, die entlang geologischer Schnitte durch das Untersuchungsgebiet verlaufen, wurde die Grundwasserströmung bis zu einer Tiefe von mehreren Kilometern hoch auflösend simuliert. Die generelle Strömungscharakteristik zeigt eine dominierende Vertikalkomponente in den Neubildungsgebieten des hohen Troodos, quasi stratiforme Strömung in den Mittelläufen im Bereich der Gabbros und Sheeted Dykes, und einen relativen Anstieg des Potentials und Grundwasserausfluss im Bereich der geringdurchlässigen Pillow Laven der Vorgebirge. Indirekte Neubildung durch Grundwasser aus dem Troodos kann in den überlagernden Sedimenten nachgewiesen werden, ebenso wie Lateralflüsse zwischen den Einzugsgebieten. Die Grundwasserverweildauer liegt meist bei wenigen Jahrzehnten. Ausnahmen bilden tiefe Strömungen aus dem hohen Troodos, die Verweilraten von mehreren Jahrhunderten erreichen. Der oberflächennahe, stark geklüftete und für die Wasserwirtschaft wichtige Teil des Aquifersystems wurde in einem horizontalen, den gesamten Troodos umfassenden Grundwassermodell nachgebildet. Bewirtschaftungsszenarien ohne bzw. mit gesteigerten Entnahmeraten simulieren die Dynamik dieses Aquifers. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sensitivität auf die Änderung der Entnahmeraten regional sehr unterschiedlich ist. In den Entnahmegebieten des hohen und mittleren Troodos liegen die Spiegelschwankungen meist bei wenigen Metern bis Zehnermetern, während die Schwankungen in den gering durchlässigen und niederschlagsarmen Vorgebirgen teilweise mehr als hundert Meter betragen können. Das laterale Strömungsverhalten wird in einzelnen Test-Einzugsgebieten im Troodos untersucht. Während in den Untersuchungsgebieten generell effluente Grundwasserverhältnisse vorherrschen, gibt es Seitentäler, die vom Grundwasser unterströmt werden und die Grundwasser in benachbarte Einzugsgebiete abgeben. Diese Lateralflüsse können lokal die Wasserbilanz von Einzugsgebieten im Troodos beeinflussen. Die bilanzierten Grundwassermodelle illustrieren sowohl die Tiefenströmung mit hoher Auflösung als auch den oberflächennahen, wasserwirtschaftlich interessanteren Teil des Troodos - Kluftaquifersystems und zeigen die großflächigen Auswirkungen von Änderungen der Grundwasserentnahmerate. Die bilanzierten Grundwassermodelle stellen somit ein Übersichtsmodellsystem dar, mit dessen Hilfe Randbedingungen und Lateralflüsse für zukünftige Detailmodelle bestimmt, sowie Auswirkung künftiger Klima- bzw. Landnutzungsänderungen auf die Dynamik und die Grundwasserressourcen des Troodos Aquifersystems abgeschätzt werden können.
KW  - Zypern
KW  - Troodos
KW  - Hydrogeologie
KW  - Wasserreserve
KW  - Modellierung
KW  - Wasserhaushalt
KW  - Grundwassermodelle
KW  - Ophiolith
KW  - Kluftaquifer
KW  - Groundwater
KW  - Modelling
KW  - Waterbalance
KW  - Ophiolite
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37306
ER  - 
TY  - THES
A1  - Külls, Christoph
T1  - Groundwater of the North-Western Kalahari, Namibia
T1  - Das Grundwasser am Nord-Westrand der Kalahari, Namibia
N2  - A quantitative model of groundwater flows contributing to the Goblenz state water scheme at the north-western fringe of the Kalahari was developed within this study. The investigated area corresponds to the Upper Omatako basin and encompasses an outer mountainous rim and sediments of the Kalahari sand desert in the centre. This study revealed the eminent importance of the mountainous rim for the water balance of the Kalahari, both in terms of surface and ground water. A hydrochemical subdivision of groundwater types in the mountain rim around the Kalahari was derived from cluster analysis of hydrochemical groundwater data. The western and south-western secondary aquifers within rocks of the Damara Sequence, the Otavi Mountain karst aquifers of the Tsumeb and Abenab subgroups as well as the Waterberg Etjo sandstone aquifer represent the major hydrochemical groups. Ca/Mg and Sr/Ca ratios allowed to trace the groundwater flow from the Otavi Mountains towards the Kalahari near Goblenz. The Otavi Mountains and the Waterberg were identified as the main recharge areas showing almost no or only little isotopic enrichment by evaporation. Soil water balance modelling confirmed that direct groundwater recharge in hard-rock environments tends to be much higher than in areas covered with thick Kalahari sediments. According to the water balance model average recharge rates in hard-rock exposures with only thin sand cover are between 0.1 and 2.5 % of mean annual rainfall. Within the Kalahari itself very limited recharge was predicted (< 1 % of mean annual rainfall). In the Upper Omatako basin the highest recharge probability was found in February in the late rainfall season. The water balance model also indicated that surface runoff is produced sporadically, triggering indirect recharge events. Several sinkholes were discovered in the Otavi Foreland to the north of Goblenz forming short-cuts to the groundwater table and preferential recharge zones. Their relevance for the generation of indirect recharge could be demonstrated by stable isotope variations resulting from observed flood events. Within the Kalahari basin several troughs were identified in the pre-Kalahari surface by GIS-based analyses. A map of saturated thickness of Kalahari sediments revealed that these major troughs are partly saturated with groundwater. The main trough, extending from south-west to north-east, is probably connected to the Goblenz state water scheme and represents a major zone of groundwater confluence, receiving groundwater inflows from several recharge areas in the Upper Omatako basin. As a result of the dominance of mountain front recharge the groundwater of the Kalahari carries an isotopic composition of recharge at higher altitudes. The respective percentages of inflow into the Kalahari from different source areas were determined by a mixing-cell approach. According to the mixing model Goblenz receives most of its inflow (70 to 80 %) from a shallow Kalahari aquifer in the Otavi Foreland which is connected to the Otavi Mountains. Another 15 to 10 % of groundwater inflow to the Kalahari at Goblenz derive from the Etjo sandstone aquifer to the south and from inflow of a mixed component. In conclusion, groundwater abstraction at Goblenz will be affected by measures that heavily influence groundwater inflow from the Otavi Mountains, the Waterberg, and the fractured aquifer north of the Waterberg.
N2  - Ziel dieser Arbeit ist es, die Herkunft des Grundwassers zu untersuchen, das in der Nähe von Goblenz am Rand der Namibianischen Kalahari in den letzten Jahren erschlossen worden ist. Fragen zur Erneuerbarkeit dieser Grundwasserreserven aus direkter und indirekter Neubildung und zur Rolle lateraler, unterirdischer Zuflüsse von unterschiedlichen Herkunftsräumen waren hierfür zu beantworten. Dies erforderte eine kombinierte Anwendung hydro(geo)logischer, hydrochemischer und isotopenhydrologischer Methoden. Das Arbeitsgebiet in Namibia ist als semi-arid zu bezeichnen und durch ein subtropisches Klimaregime geprägt. Aufgrund der hohen Temperaturen während der Regenzeit verdunstet ein erheblicher Teil der Niederschläge direkt oder durch Transpiration. Daher ist die Kalahari trotz der zum Teil für semi-aride Gebiete vergleichbar hohen Niederschläge von 350 bis über 550 mm/Jahr relativ arm an Oberflächen- und verfügbarem Grundwasser. Ein wesentliches Merkmal des Arbeitsgebietes ist zudem die Dichotomie zwischen dem äußeren Festgesteinsbereich und dem überwiegend mit Sanden bedeckten Kalahari-Becken. Für das Grundwasserfließsystem der Kalahari ist der äußere Festgesteinsbereich bestimmend. Der erstellte regionale Grundwassergleichenplan zeigt ein annähernd zentripetales Fließmuster, das in der Nähe von Goblenz konvergiert, mit einer Hauptentwässerung zur Groß-Kalahari Richtung Osten. Die Neubildungsgebiete liegen in den unterschiedlichen zum Teil verkarsteten Festgesteinsbereichen der Damara Sequenz und des Etjo-Sandsteins (Waterberg). Allerdings konnte auch innerhalb der Kalahari südlich von Goblenz ein begrenztes Grundwasserneubildungsgebiet identifiziert werden. In diesem Bereich haben sich durch die Verkarstung anstehender Kalkkrusten gute Neubildungsbedingungen für das flache Grundwasser entwickelt. Durch die Kombination digitaler Rasterkarten der Geländehöhe, der Kalahari-Mächtigkeit und der Grundwasserstände konnte eine Karte der Bereiche erstellt werden, in denen die Kalahari mit Grundwasser gesättigt ist. Ein Vergleich mit digitalisierten Karten aus früheren geophysikalischen Untersuchungen zeigte eine gute Übereinstimmung. Daraus konnte ein verallgemeinertes Modell der Sättigungsmächtigkeit abgeleitet werden. Aus diesem Modell werden zwei mit Kalahari-Sedimenten verfüllte und gesättigte Rinnen erkennbar. Diese Rinnen sind bevorzugte Fließbahnen für die Grundwasserbewegung vom Festgesteinsrand zum Zentrum des Kalahari-Beckens und stellen zudem Erkundungs- und Erschließungsziele für Grundwasser dar. Die Wassererschließung von Goblenz grenzt an die größere nördliche Rinne. Eine Karte der Mächtigkeit der ungesättigten Zone wurde aus der Verschneidung des digitalen Geländemodells mit einem interpolierten Grundwassergleichenplan errechnet. Diese Karte deutet auf ausgedehnte Bereiche geringer Flurabstände im südlichen und nördlichen Teil des Einzugsgebietes Oberer Omatako hin. Diese Informationen wurden zudem als wesentliche Grundlagen für die regionale Interpretation der stabilen Isotope verwendet. Die Grundwasserneubildung im Oberen Omatako wurde mit mehreren Methoden vergleichend abgeschätzt. Eine klimatische Wasserbilanz aus Tageswerten des Niederschlages (Nt) und der gemessenen Pfannenverdunstung (Vt) zeigte, daß die Neubildung des Grundwassers im Februar am wahrscheinlichsten ist. Nur Niederschlagsereignisse mit hoher Jährlichkeit vermögen dabei auf Tagesbasis die erforderliche Neubildungsbedingung Nt > Vt zu erfüllen. Daraus ergibt sich, daß Grund-wasserneubildung in der Regel nur infolge zeitlicher oder räumlicher Konzentration von Niederschlägen und Abflüssen erfolgen kann und unter Umständen nicht jährlich stattfindet. Eine Erweiterung der klimatischen Wasserbilanz um die Modellierung des Bodenwasserhaushaltes wurde schließlich verwendet, um für den Bereich ‚Grootfontein‘ eine detaillierte Betrachtung der Grundwasserneubildung aufgrund von Tageswerten zu ermöglichen. Das Bodenwasserhaushaltsmodell wurde zunächst mit empirisch erhobenen bodenphysikalischen Kennwerten belegt und dann anhand von Grundwasserständen kalibriert. Dabei ergaben sich Neubildungsraten von 0.4 bis 9.6 mm/Jahr oder von 0.1 bis 2.5 % des jeweiligen jährlichen Niederschlages. Ein Zusammenhang zwischen dem Jahresmittel des Niederschlages und der Neubildungsrate war nicht ausgeprägt, die Häufung hoher Intensitäten täglicher Niederschläge erwies sich aber als ein wesentlicher Faktor für hohe direkte Neubildungsraten. Auch die Bodenwassermodellierung deutete auf eine höhere Wahrscheinlichkeit der Grundwasserneubildung im Februar hin. Die mit der Chloridmethode ermittelte Neubildungsrate lag mit 8.5 bis 14 mm/Jahr für dieses Gebiet höher. Der Unterschied kann sich aus den bei der Chloridmethode zusätzlich berücksichtigten Komponenten des Makroporenflusses, der indirekten Neubildung und aus anderen lateralen Zuflüssen ergeben. Geländebeobachtungen zeigten jedoch, daß solche Modellergebnisse nur begrenzt verallgemeinerbar oder übertragbar sind. Im Otavi Vorland nördlich von Goblenz wurde eine Reihe von Schlucklöchern entdeckt. Diese haben sich unter geringmächtiger Sandbedeckung in Kalkkrusten durch Verkarstung entwickelt und sind durch das Einbrechen der oberen Bodenschicht vereinzelt sichtbar geworden. Zum einen deuten diese Schlucklöcher auf eine Veränderung der Grundwasserstände hin. Die Kalkkrusten, die sich im Quellgebiet unterhalb der Otavi-Berge durch Calcitausfällung entwickelt hatten, sind durch das Absinken der Grundwasserstände und durch die Aufwehung von Kalahari-Sanden nun lokal verkarstet und wiederum zu Neubildungsgebieten geworden. Solche Schlucklöcher können bevorzugte Fließ- und Überbrückungsbahnen zum Grundwasser darstellen. Die hydrologische Funktion solcher Schlucklöcher läßt sich mit physikalischen Modellen im regionalen Maßstab quantitativ schwer erfassen. Es wurden hydrochemische und Isotopen-Methoden zur indirekten Abschätzung des Fließsystems herangezogen. Zunächst wurde eine generelle Charakterisierung der Grundwässer anhand der Hauptelementchemie und mittels der hierarchischen Cluster-Analyse vorgenommen. Hierbei ließen sich fünf wesentliche Hauptgruppen im Arbeitsgebiet erkennen: Ca-HCO3-Wässer finden sich in den Bereichen der Damara Sequenz, in denen Marmore anstehen und gute Neubildungsbedingungen bieten, Ca-Mg-HCO3-Wässer und Mg-Ca-HCO3-Wässer sind charakteristisch für den Otavi Karst und das ihm vorgelagerte Otavi Vorland. Das Grundwasser im Etjo-Sandstein des Waterberges zeichnet sich durch eine äußerst geringe Mineralisierung und ein ausgeglichenes Verhältnis von Erdalkalien und Alkalien bei hohen Hydrogenkarbonat-Gehalten aus. In der Kalahari und in tieferen Grundwasser-Stockwerken des Otavi-Vorlandes treten schließlich Grundwässer mit hohen Natrium und Chlorid-Gehalten auf. Das Ca/Mg-Verhältnis und das Sr/Ca Verhältnis erwiesen sich als ausgezeichnete hydrochemische Indikatoren für die Unterscheidung von Grundwasser aus dem Otavi Karst und aus den sekundären Aquiferen der Damara Sequenz. Anhand von äußerst geringen molaren Sr/Ca Verhältnissen konnte der Abstrom des Grundwassers aus dem Otavi Karst in die Kalahari genau abgegrenzt und verfolgt werden. Die Chloridkonzentrationen im Grundwasser wurden im Hinblick auf die Anreicherung im Vergleich zum Niederschlag untersucht. Dabei wurden in den Festgesteinsbereichen Konzentrationen zwischen 25 und 100 mg/l festgestellt, die auf Anreicherungsfaktoren von ca. 25 bis 200 bzw. hindeuten. Dies entspricht unter vereinfachten Annahmen Neubildungsraten in der Größenordnung von 2 bis 20 mm/Jahr. In der Kalahari liegen die Konzentrationen von Chlorid mit 250 bis 750 mg/l im Mittel wesentlich höher; diese können in einigen Bereichen 5000 mg/l übersteigen. Eine Umrechnung in Neubildungsraten kann wegen der Konvergenz der Fließbahnen und möglicher geogener Quellen nicht mehr direkt erfolgen, allerdings deuten die hohen Chloridkonzentrationen auf Bereiche mit Verdunstungsverlusten und auf deutlich geringere Neubildungsraten innerhalb der Kalahari hin. Dieses gilt nicht für zwei Bereiche, in denen die Kalahari gering mächtig ist: Im Abstrom dieser Gebiete liegen die Chloridkonzentrationen deutlich niedriger und zeigen lokal erhöhte Neubildung des Grundwassers an. Eine weitergehende Charakterisierung der Wasserchemie und der Isotopenzusammensetzung erfolgte anhand von Grundwasserproben im direkten Umfeld von Goblenz. Hydrochemische Profile durch das Arbeitsgebiet deuteten Mischungsprozesse zwischen Endgliedern der fünf hydrochemischen Gruppen an. So konnte entlang des Flusses Omambonde Richtung Goblenz der laterale Zustrom von Grundwasser aus dem Etjo Sandstein von Westen und der Zustrom von dolomitischem Grundwasser qualitativ nachgewiesen werden. Ebenso ließen sich hydrochemische Hinweise auf eine Neubildung im Otavi Vorland finden, eventuell verursacht durch Versickerung in den beobachteten Schlucklöchern. Eine Untersuchung der stabilen Isotope 18O und 2H bestätigte die qualitativen Aussagen aus den Untersuchungen zur klimatischen Wasserbilanz: Aufgrund der deutlichen Verschiebung zwischen der mittleren gewichteten Isotopen-Zusammensetzung des Niederschlages und des Grundwassers erfolgt die Neubildung wahrscheinlich durch wenige intensive (und an schweren Isotopen abgereicherte) Niederschläge. Die Grundwässer der Kalahari haben eine ursprüngliche Isotopen-zusammensetzung, die derjenigen von hochgelegenen Niederschlagsgebieten entspricht (> 1750 m ü. NN). Damit ergibt sich ein weiterer Hinweis darauf, daß das Grundwasser der Kalahari entweder durch Sturzfluten gebildet wird, die sich in den höher liegenden Festgesteinsbereichen entwickeln, oder direkt im Randbereich neugebildet wird und der Kalahari unterirdisch zuströmt. Die zeitliche Variabilität der Isotopenzusammensetzung begrenzt die Trennschärfe für regionale Analysen. Nördlich von Goblenz im Bereich der beobachteten Schlucklöcher konnte anhand einer Zeitreihe der Isotopenzusammensetzung die Bedeutung von Sturzfluten für die Grundwasserneubildung direkt nachgewiesen werden. Die 14C und 3H Daten bestätigten die Abgrenzung der Neubildungsbereiche. Die aus den hydrogeologischen, hydrologischen, hydrochemischen und isotopen-hydrologischen Teiluntersuchungen gewonnenen Erkenntnisse wurden in einem Konzeptmodell des Grundwasserfließsystems Goblenz zusammengetragen. Aufgrund dieses Konzeptmodells wurden mit einem inversen hydrochemischen Mischungsansatz die jeweiligen Anteile aus den einzelnen Neubildungsgebieten berechnet. Hierzu wurde zunächst über thermodynamische Gleichgewichts-betrachtungen sichergestellt, daß die Annahme konservativen Verhaltens der für die Berechnung verwendeten Wasserinhaltsstoffe für das nähere Arbeitsgebiet um Goblenz gewährleistet war. Kritische Bereiche wurden als ‚Reaktions-Zonen‘ von den ‚Mischungs-Zonen‘ abgegrenzt und nicht in die mathematische Berechnung einbezogen. Der Etjo-Sandstein als Mischungszelle für den Bereich nördlich von Goblenz stellte für die Verwendung dieses nicht-reaktiven Mischungsansatzes im Arbeitsgebiet nahezu ideale Voraussetzungen dar. Zur praktischen Umsetzung des mathematischen Ansatzes wurde ein Programm (MIG, „Mixing Input Generator“) zur interaktiven Erstellung von Mischungsmodellen geschrieben (Anhang 1). Über ein iteratives Verfahren wurden schließlich die Fließraten ermittelt, welche sowohl die Wasserbilanz und als auch die Massenbilanz aller betrachteten Hauptelemente und Isotopen im Arbeitsgebiet optimal erklären. Durch dieses Verfahren wurde errechnet, daß ca. 70 bis 80 Prozent des Wassers, das in Goblenz gefördert wird, aus den Otavi Bergen stammt. Weitere 15 bis 10 % stammen jeweils aus dem Etjo Sandstein bzw. aus einer Mischkomponente von Grundwässern nördlich des Waterbergs. Detailbetrachtungen der Mischungskomponenten im Otavi Vorland zeigten, daß hier in einigen Bereichen eine Zumischung von geringen Anteilen neugebildeten Grundwassers erfolgt, in anderen Bereichen höher mineralisiertes Tiefenwasser zutritt. Der konservative Mischungsansatz stellt unter günstigen Bedingungen ein geeignetes Mittel zur inversen Berechnung von Fließraten dar. Allerdings sind dazu wie in diesem Falle umfangreiche Voruntersuchungen notwendig. Goblenz liegt in einem Konvergenzgebiet von Grundwasserströmen aus unterschiedlichen Neubildungsgebieten im Festgesteinsbereich. Für Goblenz ist der laterale Zustrom von Grundwasser aus dem Otavi Karst und dem Waterberg die entscheidende Wasserhaus-haltskomponente. Die direkte Neubildung in der Kalahari ist dagegen relativ gering. Allerdings kann eine zusätzliche Neubildung in verkarsteten und kaum oder nur mit geringmächtigen Sanden bedeckten Kalkkrusten eine Rolle spielen.
KW  - Kalahari
KW  - Grundwasser
KW  - Kalahari <Nordwest>
KW  - Grundwasserbildung
KW  - Hydrogeologie
KW  - Namibia <Nordost>
KW  - Grundwasser
KW  - Kalahari
KW  - Isotope
KW  - Modellierung
KW  - Ground water
KW  - Kalahari
KW  - isotopes
KW  - modelling
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1180680
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klock, Heike
T1  - Hydrogeology of the Kalahari in north-eastern Namibia
T1  - Die Hydrogeologie der Kalahari im Nordosten Namibias
N2  - This study has focused on hydrogeological and hydrochemical settings of the Northern Namibian Kalahari Catchment which is the Namibian part of the Makgadikgadi-Kalahari-Catchment. Recharge has been the subject of process-understanding, quantification and regionalisation. Within the semiarid study area a bimodal surface constitution is prominent: hardrocks areas allow for fast infiltration along karsts and joints, whereas areas covered by unconsolidated sediments receive minor diffuse recharge and locally some preferred flow path recharge develops along shrinkage cracks and rootlets. Five substratum classes have been soil physically studied: Pans and vleis, brown to red soils, dune sand, soil with an aeolian influence, and calcrete. Aeolian sands are most promising for the development of direct diffuse recharge. Recharge by preferred flow might occur in all soil classes either due to joints in calcrete or structures and rootlets in soils. All soil classes contribute to indirect recharge because even the dune sand allows, albeit very locally, the generation of runoff. The occurrences of recharge through the unconsolidated soil and the hardrocks have been confirmed by hydrograph interpretation and by a study of hydrochemical data which identified groundwater of flood water and flood water after soil passage composition. Other prominent hydrochemical processes in the Kalahari are associated with the carbonate-equilibrium-system, mixing with highly mineralised water that is either sulphate (central area) or chloride dominated (fringe area) and development of sodium hydrogencarbonate water types. The latter is mostly generated by feldspar weathering. Variations of the hydrochemical compositions were observed for shallow groundwaters. They do not only reflect the recharge amount but also the recharge conditions, e.g. a wetter year is allowing more vegetation which increases the hydrogencarbonate content. Inverse determination of recharge by the chloride mass balance method gives recharge amounts between 0.2 and locally more than 100 mm/a. The least favoured recharge conditions are found for Kalahari covered areas, the largest amount occurs in the Otavi area. The distribution of recharge areas within the catchment is rather complex and regionalisation of recharge for the entire catchment was done by a forward approach using satellite images and by an inverse approach using hydrochemical data. From the inverse hydrochemical approach a basin-wide balanced recharge amount of 1.39 mm/a is achieved. The forward approach gave a basin-wide figure of 0.88 (minimum assumption) to 4.53 mm/a (maximum assumption). A simplistic groundwater flow model confirmed the results from the minimum recharge regionalisation by satellite images and the result from the hydrochemical approach. Altogether a mutually verified basin-wide recharge figure of ca. 1 mm/a turns out.
N2  - Diese Studie hat sich mit den hydrogeologischen und hydrochemischen Gegebenheiten im nordnamibischen Kalahari-Einzugsgebiet befaßt. Dabei sind Prozeßverständnis, Quantifizierung und Regionalisierung für die Grundwassserneubildung erarbeitet worden. Das semiaride Arbeitsgebiets ist durch eine bimodale Oberflächenbeschaffenheiten gekennzeichnet: Festgesteinsgebiete erlauben schnelle Infiltration entlang von Klüften und Karsthohlräumen, während Gebiete die mit Lockersedimenten überdeckt sind, wenig Neubildung über die Matrix erfahren und Makroporen nur lokal eine schnellere Neubildung erlauben. Fünf Bodenklassen sind bodenphysikalisch untersucht worden: Pfannen und Vleis, Rote und Braune Böden, Dünensande, Böden mit äolischem Einfluß und Kalkkrusten. Äolische Sand sind am vielversprechendsten für die Entwicklung von direkter Neubildung über die Matrix. Alle Bodenklassen tragen zur indirekten Neubildung bei, da sie -lokal allerdings sehr begrenzt- zum oberflächlichen Abfluß beitragen. Durch die Interpretation von Grundwasserganglinien und hydrochemischer Daten ist die Neubildungserscheinung bestätigt worden. Die dominanten hydrochemischen Prozesse in der Kalahari stehen im Zusammenhang mit dem Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht, der Mischung mit stärker mineralisierten Wässern (im zentralen Einzugsgebiet sulfatreich, am Rand eher chloridreich) und der Entwicklung von Natriumhydrogenkarbonatwässern (häufig durch Feldspatverwitterung). Die zeitlichen Variationen der hydrochemischen Parameter in flachen Grundwasser spiegeln nicht nur die Neubildungsmenge, sondern auch die Neubildungsbedingungen wider; in relative niederschlagsreichen Jahren steigt der Hydrogenkarbonatgehalt deutlich an in folge der üppigeren Vegetation. Die inverse Bestimmung der Grundwasserneubildung mit der Chloridbilanzmethode ergibt Neubildungswerte zwischen 0,2 und 100 mm/a. Die geringsten Werte treten dabei in Kalahari-Lockersedminet bedeckten Bereichen auf, die größten Werte treten im Otavi-Gebiet auf. Die Verteilung der Neubildung innerhalb des Arbeitsgebiets ist sehr komplex. Die Regionalisierung erfolgte mit einem fernerkundlichen und einem hydrochemischen Ansatz. Die Ergebnisse liegen für den hydrochemischen Ansatz bei 1,39 m/a und der fernerkundliche Ansatz gibt eine einzugsgebietsweite Neubildung von 0,89 (Minimumansatz) bis 4,53 mm/a (Maximumansatz). Ein vereinfachtes Grundwasserströmungsmodell bestätigt die Ergebnisse der hydrochemischen Regionalisierung und des minimalen fernerkundlichen Ansatzes. Daraus ergibt sich abschließend eine Gebietsneubildung von ca. 1 mm/a für das Arbeitsgebiet.
KW  - Kalahari
KW  - Hydrogeologie
KW  - Grundwasser
KW  - Strömung
KW  - Hydrogeologie
KW  - Grundwasserneubildung
KW  - Kalahari
KW  - semi-arid
KW  - Strömungsmodellierung
KW  - Hydrochemie
KW  - hydrogeology
KW  - recharge
KW  - Kalahari
KW  - semi-arid
KW  - flow modelling
KW  - hydrochemistry
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1181287
ER  - 
TY  - THES
A1  - Barthel, Roland
T1  - Einsatz von Geoinformationssystemen (GIS) zur geologischen Standortbewertung
T1  - Using geographic information systems (GIS) for site assessment and the analysis of the regional potential for heat extraction and heat storage in shallow underground up to depths of 200m in Lower Franconia, Northern Bavaria, Germany
N2  - Die vorliegende Untersuchung befaßt sich mit den Einsatzmöglichkeiten von Geoinformationssystemen (GIS) bei der Bewertung von Einzelstandorten oder größeren zusammenhängenden Gebieten im Hinblick auf die Eignung zur thermischen Nutzung des flachen Untergrundes bis 200m Tiefe. Untersuchungsregion ist der Regierungsbezirk Unterfranken in Nordbayern (8500km2). Die durchgeführten Arbeiten beinhalten die Ermittlung, Sammlung und Organisation der für die Bewertung notwendigen Basisdaten, die Festlegung geeigneter Bewertungskriterien für die verschiedenen Verfahren der thermischen Nutzung und die Erarbeitung von Bewertungskonzeptionen. Unterschiedliche Bewertungsansätze wurden auf die Untersuchungsregion bzw. auf Ausschnitte angewendet und die Ergebnisse in Form einer qualitativen Aufwand-Nutzen-Analyse verglichen. Besonders eingehend wurden Möglichkeiten zur Erstellung von Übersichtsdarstellungen mittleren Maßstabs sowie ein „Expertensystemansatz" betrachtet, der eine interaktive, individuelle Standortanalyse ermöglicht. Für den Expertensystemansatz wurde eine entsprechende Anwendung in einer GIS-Umgebung (Avenue, ArcView GIS 3.2) programmiert. Wesentlicher Bestandteil beider Konzeptionen ist ein quasi-dreidimensionales geologisch-hydrogeologisches Untergrundmodell, das die Berücksichtigung der dreidimensionalen Verteilung der relevanten Untergrundparameter bei der Standortbewertung erlaubt. Die Arbeit beinhaltet eine Erläuterung der maßgeblichen Verfahren der thermischen Nutzung des Untergrundes unter besonderer Berücksichtigung der geologischen Anforderungen, eine Beschreibung der beteiligten geologischen, hydrogeologischen und physikalischen Parameter und Prozesse, eine Übersichtsdarstellung der geologischen Verhältnisse in Unterfranken sowie eine Einführung in die angewendeten GIS-Konzepte und Methoden. Zur thermischen Nutzung des flachen Untergrundes bis etwa 200m Tiefe bestehen prinzipiell zwei Möglichkeiten: die Gewinnung von Niedrigtemperaturwärme aus Boden und Grundwasser mit Hilfe von Wärmepumpen sowie die saisonale Speicherung von Solar- oder Überschußwärme in Erdwärmespeichern. Beide Verfahren sind auch zu Kühlzwecken einsetzbar. Obwohl entsprechende Techniken seit mehreren Jahrzehnten untersucht werden, sind thermische Nutzungen des flachen Untergrundes in Deutschland, verglichen mit anderen Ländern wie der Schweiz, Schweden oder den USA, bislang wenig verbreitet. Grund hierfür ist auch das Fehlen regionalspezifischer Untersuchungen, die den potentiellen Nutzern schon im Vorfeld ihrer Planungen die Möglichkeiten und Einschränkungen an ihrem Standort aufzeigen. Die Eignung eines Standorts wird durch naturräumliche Faktoren (geologisch-physikalische, klimatische und geomorphologische Bedingungen), infrastrukturelle Faktoren (Besiedlungsstruktur, Erschließung) und durch rechtliche Faktoren (Genehmigungsfragen, Nutzungsbedingungen) bestimmt. Insgesamt ergibt sich aus der Vielzahl von Einflußfaktoren ein komplexes System, das, da es vorrangig durch raumbezogene Parameter bestimmt ist, am sinnvollsten in einem GIS beschrieben und analysiert werden kann. Ein solches GIS muß zum einen die erforderlichen Basisdaten, zum anderen spezielle Analyseverfahren zur Verfügung stellen. Weiterhin müssen Kriterien vorhanden sein, die auf die in der Untersuchungsregion vorliegenden Verhältnisse anwendbar sind und eine aussagekräftige Beurteilung erlauben. Mit diesen drei Komponenten erhält der Benutzer des GIS die Möglichkeit, Bewertungen für eine vom ihm gewünschte Anlagenkonzeption an einem bestimmten Standort zu erstellen. Die Aufstellung angemessener Bewertungskriterien stellt dabei eine der wesentlichen Schwierigkeiten dar. Zusätzlich ist es bereichsweise schwierig oder gar unmöglich, die für die Analyse notwendigen Basisdaten bereitzustellen. Vergleichsweise unproblematisch ist dagegen die Festlegung angemessener Analyseverfahren. Der Schwerpunkt der Untersuchung lag auf der Beantwortung der Frage, inwieweit sich GIS sinnvoll bei der Standortbewertung für die thermische Nutzung des Untergrundes in Unterfranken einsetzen lassen. Dabei konnte festgestellt werden, daß der Einsatz von GIS für die Erstellung von Übersichtskarten mittleren Maßstabs des Potentials bis etwa 1:100.000 möglich und mit nicht allzu hohem Aufwand durchzuführen ist. Die Erstellung solcher Karten erscheint sinnvoll für die Information von Bürgern, planenden Firmen und Genehmigungsbehörden sowie zur Ermittlung des Potentials im Rahmen von überregionalen Planungen. Entsprechende Karten können gedruckt oder in digitalem Format verbreitet werden. Im Fall der digitalen Verbreitung ist eine interaktive Benutzerführung realisierbar. Solche Übersichtskarten bieten aber weder eine echte Hilfestellung für die Planung konkreter Projekte noch kann von ihnen eine rechtliche Sicherheit im Bezug auf Genehmigungsfragen erwartet werden. Ein deutlich höherer Arbeitsaufwand ist zur Erstellung von GIS-Anwendungen erforderlich, die konkret zur Anlagenplanung bei bereits festgelegtem oder noch zu ermittelndem Standort eingesetzt werden sollen. Da hier individuelle lage- und projektspezifische Gegebenheiten zu berücksichtigen und Informationen aus unterschiedlichen Fachgebieten zu verarbeiten sind, bietet es sich an, solche „Planungsinstrumente" in Form sogenannter „Expertensysteme" zu konzipieren. In einem solchen System wird die Eignung eines Standortes entsprechend einer vom Nutzer vorgegebenen Anlagenkonzeption individuell bestimmt. Der Vorteil eines solchen interaktiven Konzepts liegt darin, daß es weitaus flexibler ist als ein Kartenwerk, das im Allgemeinen nicht beliebig oft aktualisiert und an geänderte Anforderungen angepaßt werden kann. In das Expertensystem können Berechnungs- und Auslegungsprogramme, die Daten aus dem GIS beziehen, einbezogen werden. Grundvoraussetzung für eine aussagekräftige Beurteilung der geologisch- hydrogeologischen Situation innerhalb eines solchen Expertensystems ist ein dreidimensionales Untergrundmodell, das es ermöglicht, teufenabhängige Informationen über relevante Parameter am betrachteten Standort abzurufen und diese mit Hilfe von angepaßten Bewertungsalgorithmen zu verarbeiten. Die Detailtreue des Modells ist dabei gleichermaßen bestimmend für die Signifikanz der Bewertungsergebnisse, wie die angemessene Definition der Bewertungskriterien. In der vorliegenden Untersuchung wurde für einen neun Blätter der TK25 umfassenden Ausschnitt im südlichen Unterfranken ein entsprechendes Untergrundmodell erstellt. Die Erstellung eines anwendungstauglichen Expertensystems war im Rahmen dieser Untersuchung nicht möglich. Es wurde allerdings eine GIS-Anwendungen erstellt, die die grundlegenden Elemente eines Expertensystems beinhaltet. Dieses Programm ermöglicht es, Standortbewertungen für Einzelpunkte oder größere zusammenhängende Flächen zu berechnen und zusätzlich alle relevanten Informationen, die in der Datenbasis enthalten sind, abzurufen. Die Ergebnisse können kartenmäßig dargestellt oder in Form eines Ergebnisprotokolls ausgegeben werden. Der Schwerpunkt des Bewertungskonzepts wurde auf die Bewertung von Erdsondenwärmespeichern gelegt, es können aber auch Standortbewertungen für erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen mit Erdsonden erstellt werden. Der Benutzer hat neben der Auswahl des zu bewertenden Verfahrens die Möglichkeit, die Tiefe, für die die Bewertung gültig sein soll, festzulegen. Darüberhinaus kann festgelegt werden, ob die Bewertung beispielsweise unter Einbeziehung rechtlicher Fragestellungen erfolgen soll. Es zeigt sich, daß von einem solchen System ein hoher Nutzen zu erwarten ist. Gleichzeitig ist der Aufwand zur Erstellung sehr hoch. Die Datenerhebung und –aufbereitung stellt dabei den weitaus größten Arbeitsaufwand dar. Ob es lohnend ist, entsprechende Expertensysteme für größere Gebiete zu erstellen, hängt von der zukünftigen Entwicklung der oberflächennahen thermischen Nutzung des Untergrundes ab. Derzeit scheint die Nachfrage, in Anbetracht der zu erwartenden Kosten, noch gering. Neben der grundsätzlichen Betrachtung der Einsatzmöglichkeiten von GIS, wurde das geologische Potential für thermische Nutzungen des flachen Untergrundes in Unterfranken untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß für die Speicherung thermischer Energie im Untergrund mit vertikalen Erdsonden mäßig gute bis gute Voraussetzungen bestehen. Das Potential wird allerdings durch infrastrukturelle und vor allem rechtliche Einschränkungen gemindert. Dagegen sind die geologischen Verhältnisse für die Aquiferspeicherung ungeeignet. Die Gewinnung von Wärmeenergie aus dem Untergrund mit Hilfe von Wärmepumpen ist in Unterfranken aus geologischer Sicht in sehr vielen Bereichen möglich. Besonders geeignet sind vertikale Erdreichwärmetauscher (Erdsonden), die in fast allen Gebieten eingesetzt werden können. Viele Gebiete weisen sogar ausgesprochen günstige Voraussetzungen auf. Die Einsatzmöglichkeiten von grundwassergekoppelten Wärmepumpen beschränken sich dagegen auf die pleistozänen Aquifere der Flußtäler, die zwar aufgrund der hohen Besiedlungsdichte ein gesteigertes Nachfragepotential aufweisen, anderseits aber bereits intensiv für die Vorrang genießende Trinkwasserversorgung genutzt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung gelten vorwiegend für den Raum Unterfranken. Sie sind aber weitgehend auch auf das Süddeutsche Schichtstufenland und andere, von mesozoischen Gesteinen geprägte Bereiche übertragbar. Deutliche Unterschiede bezüglich der geologisch-hydrogeologischen Situation bestehen dagegen z.B. im süddeutschen Molassebecken oder im gesamten Bereich der norddeutschen Tiefebene. Die entwickelten Bewertungskonzeptionen können letztlich an vielfältige geologische Verhältnisse angepaßt werden. Ihre Anwendung beschränkt sich dabei nicht auf die Verfahren der thermischen Nutzung des Untergrundes, sondern ist prinzipiell in allen Bereichen möglich, in denen eine geologisch-hydrogeologische Beurteilung des Untergrundes erforderlich ist.
N2  - The objective of this thesis is to show how GIS can be used to assess single sites or larger areas with respect to their suitability for different geothermal applications that can be applied in low depths of up to 200m. The study area of about 8500km2 is located in the north-western region of Bavaria, Germany. The corresponding study included: the collection, input and organization of the relevant data, the definition of the criteria necessary for the suitability analysis and finally the development of several assessment concepts. A variety of approaches have been examined and applied to the study area. The different concepts were evaluated and analyzed regarding the relation between effort and use. The two most promising concepts were developed and studied in greater detail. The first of these concepts is a method to produce simple medium scale overview maps. The second is based on the concept of expert-systems. It provides a means for an interactive, site- and project-specific analysis of the geo- and hydrogeological situation at a location. A GIS application representing a small expert system was developed within ArcView GIS in Avenue. The most important part of this assessment concept is a three-dimensional geological underground model. This model is used to store and analyze the relevant three-dimensional distributed lithological thermal and hydrogeological properties of the subsoil. The thesis gives a brief description of the relevant geothermal techniques, a detailed explanation of the relevant geological, hydrogeological and thermophysical processes involved, a geological overview of Lower Franconia and an introduction to the GIS methods used. There are two ways of using the shallow underground up to a depth of 200m with geothermal techniques: The extraction of heat from rock or groundwater with Ground Source Heat Pumps (GSHP) and the seasonal storage of solar or waste heat in Underground Thermal Energy Storages (UTES). Both techniques can be used for cooling purposes as well. Despite the fact that these techniques have been investigated and applied for several decades now, their use in Germany compared to other countries like Sweden, Switzerland or the US is low. The suitability of a site for thermal use is influenced by a set of different parameters. First there are the criteria of the "natural" domain which include the geological and physical properties of the ground, as well as the geomorphologic and climatic conditions at the earth's surface. Secondly there are criteria of the "cultural" (or man made) domain, such as infrastructural and legal aspects. Due to dependencies and interactions, the resulting system, consisting of a set of many different criteria, turns out to be very complex. Since most of the parameters that influence the suitability and potential are spatially distributed, the idea of analyzing and processing them within a Geo information system is obvious and fitting. A GIS that is capable of analyzing the system described above should, in the first place, contain all the relevant data that affect the thermal use of the underground. Secondly is has to supply specific tools that facilitate the analysis of this data. These tools should be based on meaningful criteria that are defined on the basis of known facts and experiences. Data, tools and criteria are the three components of a GIS that are necessary for a site specific suitability analysis. To make the GIS usable for the public, the three components can be made accessible through customized user applications. The main objective of this thesis is to evaluate the benefit of GIS usage for the site assessment and analysis of the regional potential of the geothermal applications described above. It can be shown, that the application of GIS in producing maps of medium scale (1:100,000) is helpful. Such overview maps can be used to inform people who are involved in planning and designing energy systems, as well as clients or authorities that are concerned with approval and sponsorship. The term "map" used in the context of GIS includes digital maps that can be displayed and explored on screen. Therefore a distribution in digital form and an interactive user friendly application is possible. Printed maps are usually of limited use. GIS's, that are designed to produce overview maps are of little assistance in the planning of individual projects and are not equipped to reliably show legal restrictions. GIS's that can be used to support the planning and designing of individual geothermal applications require a much more detailed database and a more specialized assessment concept. Since the planning of individual projects involves knowledge from different fields, so-called expert systems are the obvious GIS concept. In an expert system, the suitability of a site can be analyzed and assessed individually, based on specific user requirements. Such interactive concepts are far more flexible than the map concept, because maps cannot be updated and adjusted to specific problems as often as might be necessary. Expert systems can include or be connected to specialized design applications. Such applications can be used to determine design parameters based on user input and information retrieved from the GIS. The most important requirement for a meaningful analysis of the geological and hydrogeological situation at a site is a database, that provides information on the relevant three dimensional (3D) distributed properties of the underground. Therefore a 3D underground model was created. The model, which has a horizontal resolution of 50m, covers an area of nine topographical maps (1200km2) in the vicinity of Würzburg. The vertical resolution depends on the individual thickness of the layers that form the model units. The realization of a full scale, "ready to use" expert system was not possible within the framework of this thesis. Instead a smaller application, that includes all the fundamental elements of an expert system, was programmed in ArcView GIS (Avenue). The program facilitates the assessment of single sites as well as the calculation of suitability distribution maps for larger areas. The user can choose between different geothermal applications (GSHP and duct TES) and determine the depth the assessment should be valid for. In addition he can choose whether legal aspects, ground water flow and other aspects should be included in the assessment procedure. The program also explores the GIS database and gathers all information that can be used in the planning process. It can be shown, that even a very basic expert system application can provide useful aid in planning shallow earth geothermal systems. However, the effort to build the database is very high. Data collection and input make up the biggest part of the work. The question, whether the development of ready to use, large scale expert systems makes sense, depends on the future prospects of the geothermal techniques mentioned. To date, the demand for systems like this is still too low. In addition to the theoretical examination of the use of GIS, the potential of geothermal applications in Lower Franconia was investigated. The investigation revealed, that the storage of heat in the underground using vertical heat exchangers (DTES) is viable in most areas of Lower Franconia with medium to good prospects. On the other hand the potential is limited by legal and infrastructural aspects. Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) is not possible in the whole area of Lower Franconia because of the unfavorable hydrogeological conditions. The same applies to groundwater heat pumps, which can only be used in the pleistocene aquifer of the Main River valley. The Main River valley has high user potential because of its high population density. But, the aquifer is used for drinking water supply in most parts. The overall potential is therefor limited by legal restrictions. Extraction of heat with vertical heat exchangers is the most promising technique in Lower Franconia. There are only a few geological settings where they cannot be used. Again, legal aspects can prohibit the approval of projects in a considerable part of the region. The results of this study are at first valid for the conditions in Lower Franconia. They can also be applied to similar geological settings, that is: sedimentary environments with flat-lying fractured sandstones, siltstones, limestones and marls in areas with considerable regional groundwater flow. The use of the GIS concepts that were developed is not limited to geothermal applications though. They can be applied to a wide range of questions that require three dimensional analysis of geological features.
KW  - Unterfranken
KW  - Geoinformationssystem
KW  - Geothermik
KW  - Geothermische Energie
KW  - Nutzung
KW  - Prospektion
KW  - GIS
KW  - Wärmespeicherung
KW  - Erdwärmepumpen
KW  - Geothermie
KW  - Untergrundmodell
KW  - Expertensystem
KW  - Unterfranken
KW  - Geologie
KW  - Hydrogeologie
KW  - Bewertungsanalyse
KW  - GIS
KW  - Hydrogeology
KW  - Geology
KW  - Bavaria
KW  - geothermal energy
KW  - heat storage
KW  - UTES
KW  - GCHP
KW  - expert system
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1179229
ER  - 
TY  - THES
A1  - Al-Farajat, Mohammad
T1  - Hydrogeo-Eco-Systems in Aquaba/Jordan - Coasts and Region
T1  - Hydrogeo-Ökosysteme an der Küste und in der Region Aquaba/Jordanien
N2  - The coast of Aqaba and the Aqaba region (Jordan) were investigated on their hydrogeo-ecosystem. The results of the research were translated into digits to build a geo-spatial data base. The fillings of the graben aquifer receive indirect type of recharge through the side wadis which drain the highlands. Surface water balance was modeled for a period of 20 years of daily climate records using MODBIL program which attributes direct recharge to wet years only. The hydrodynamic fresh water/seawater interface in the coastal zones was investigated by applying vertical geoelectric surveys and models of several methods to confirm its coincidence with the aquifer’s flow amounts, where human impacts in terms of over-pumping allowed more encroachment of seawater into land, and unintended recharge which led to seaward interface migration. A groundwater balance and solute transport were approached by developing a flow model from the hydrogeological and hydrochemical data. The nature of soil cover and aquifer whose physical properties enhance human impacts indicated the vulnerability of groundwater to pollution. This certainly threatens the marine ecology which forms the sink where the in-excess flow ends. The constructed digital background was exported into GIS to sub-zone the study area in terms of the aquifer’s vulnerability to pollution risks using DRASTIC index. However, it was unable to meet all geo-spatial factors that proved to have significant impacts on the vulnerability. Consequently, a comprehensive index -SALUFT- was developed. This suggests the suitable land use units for each zone in the light of vulnerability grades aiming at protecting the available groundwater resources.
N2  - Die Küste und die Region von Aqaba (Jordanien) wurde im Hinblick auf ihre Hydrogeo-ökosysteme untersucht. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden in eine digitale Form überführt, um bezüglich der Geofaktoren ein realitätsnahes Abbild der Umgebung zu erzeugen. Der Graben-Aquifer erhält seine Grundwasserneubildung meist indirekt von den Seiten, von denen Wadis ihr Wasser abführen. Die Bilanzierung des Oberflächenwassers wurde aus Tagesklimawerten der letzten 20 Jahre unter Benutzung des Programms MODBIL errechnet. Daraus ergab sich eine Neubildung des Grundwassers nur in feuchten Jahren. Die hydrodynamische Süßwasser-Salzwasser-Mischungsfront im Küstenbereich wurde durch geoelektrische Tiefensondierungen untersucht. Durch Modellierungen mit verschiedenen Methoden wurden Fließgeschwindigkeit und Wassermenge dort mit der des Aquifers in Einklang gebracht, wo durch Überpumpen das Salzwasser weiter ins Landesinnere vordringt. Durch die Entwicklung eines Fließmodells aus den hydrogeologischen und hydrochemischen Daten konnte die Grundwasserbilanzierung und der Stofftransport ermittelt werden. Die Natur des Bodens und des Aquifers, deren physikalische Eigenschaften die Einflüsse durch menschliche Aktivitäten steigern, führt zu einer Anfälligkeit gegenüber Verschmutzung, die die Qualität des Grundwassers verschlechtert. Dies beeinflusst die Ökologie des Meeres, das an den Stellen als Schadstoffsenke dient, an denen die Grundwasserströme enden. Die im Computer erstellte digitale Umgebung wurde dazu genutzt, den Aquifer im Untersuchungsgebiet mit Hilfe von GIS in Zonen unterschiedlicher Verschmutzungs-empfindlichkeit zu unterteilen. Dazu wurde der DRASTIC-Index benutzt. Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich allerdings, dass es nicht möglich war, alle Faktoren, die einen signifikanten Einfluss auf das System haben, mit Hilfe dieses Index zu erfassen. Aus diesem Grund wurde der SALUFT-Index entwickelt. Damit wurde es möglich, bezüglich der Verschmutzungsempfindlichkeit für jede Zone die günstigste Art der Landnutzung zu ermitteln, um die verfügbaren Grundwasserressourcen zu schützen.
KW  - Golf von Akaba
KW  - Akaba
KW  - Hydrogeologie
KW  - Hydrologie
KW  - Ökosystem
KW  - farajat
KW  - aqaba
KW  - umwelt
KW  - grundwasser
KW  - verschmutzung
KW  - boden
KW  - geophysik
KW  - jordanien
KW  - wasser
KW  - farajat
KW  - aqaba
KW  - environment
KW  - groundwater
KW  - pollution
KW  - soil
KW  - geophysics
KW  - jordan
KW  - water
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182066
ER  -