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Methodik

Um eine Bilanzierung der Grundwasserressourcen und damit die Entwicklung der Grundwasserstände abschätzen zu können, wird die Modellierung der Grundwasserströme zur Beantwortung der Fragestellung herangezogen. Die Realisierung jener Grundwasser­strömungs­modellierung baut auf zwei relevanten Teilsystemen auf: Geologie/Hydrogeologie sowie Wasserwirtschaft.

Der Gesteinsuntergrund mit seinen spezifischen Eigenschaften, die sich insbesondere aus der Art der Gesteine, ihren Lagerungs­ver­hältnissen und ihrer tektonischen Beanspruchung ergeben, stellt die strukturelle Komponente für die Speicherung und Bewegung des Grundwassers dar. Diese Kenntnisse fließen in geologische und hydrogeologische 3D-Modelle ein, welche als Basis für das numerische Grundwasserströmungsmodell dienen.

Modelltechnische Schritte

  

Zur Erfüllung der laufenden Aufgaben wird innerhalb des Projektes gezielt auf Fragestellungen zur Geologie des Untergrundes eingegangen. Zur Beantwortung der Fragen wurden geophysikalische Erkundungen durchgeführt, um unaufgeschlossene und tiefreichende Elemente, wie Störungen oder die Mächtigkeiten der Kreidesedimente, zu untersuchen. Speziell wurde der Bereiche des Zittauer Gebirges nahe der Ortschaft Lückendorf intensiv betrachtet und auf das gesamte Anwendungs­spektrum der geo­physikalischen Erkundungsmethodik zurückgegriffen. Dabei wurden seismische Erkundungen mit gravi­metrischen Daten und geoelektrische Untersuchungen gekoppelt, um ein detailliertes Bild zur geolo­gi­schen Situation im Zittauer Gebirge zu erfassen. Somit ermöglichen die gewonnenen Ergebnisse sowohl Schlussfolgerungen auf die Störungssituation im Bereich der Lausitzer Überschiebung bezie­hungs­weise der Querstörungen als auch detaillierte Hinweise auf die Lage des Granodiorits und der Kreide im Untersuchungsgebiet. Die Resultate können danach in die hydrologischen Detailstudien einfließen. Dadurch zeigt das Projekt ResiBil in seiner Einzigartigkeit wie naturwissenschaftliche Disziplinen Hand in Hand zu wertvollen und nachhaltigen Ergebnissen führen können. Aus geowissen­schaft­licher Sicht gehört daher der Raum Lückendorf zu einem der bestuntersuchten Gebiete außerhalb der Bergbaubereiche in Sachsen.

  

Für die Geologie des grenzübergreifenden Projektgebietes wurde ein geologisches Normalprofil erstellt. Es beinhaltet alle im Projektraum liegenden und flächenhaft wichtigen geologischen Einheiten. Diese wurden entsprechend ihrer zeitlichen Einordnung tabellarisch und synoptisch zusammengestellt. Dabei wurden bei der Erstellung des Normalprofils die genetischen, hydrologischen und petrographischen Charakteristika einbezogen.

Das Normalprofil und die geologischen Schnitte bilden zusammen das prinzipielle Strukturmodell für das Projektgebiet und stellen das Gerüst der 3D-Modellierung dar.

Normalprofil des Zittauer Gebirges aus dem Vorgängerprojekt GRACE 

  

Die grenzübergreifenden 3D-Flächenmodelle bestehen aus einem Höhenmodell in der Rasterweite von 25 m x 25 m sowie der Basis- und Top-Flächen der geologischen Grenzfläche, welche die relevanten Grundwasserleiter in den Fokusgebieten begrenzen. Entnommen werden diese Flächen dem zuvor gemeinschaftlich erstellten, korrelierten geologisch-stratigraphischen Normalprofil.

Unter Korrelation versteht man hierbei die Zusammenführung zweier geologischer Teilmodelle, durch welche die einzelnen Schichten des Untergrundes aufeinander abgestimmt und so zusammengeführt werden können. Jeder Projektpartner bereitet die Daten, die für die Interpolation der Flächen verwendet werden, für jeweils seinen Teil des Fokusgebietes vor. Dies beinhaltet die Codierung der Gesteinsschichten wie im Normalprofil zu finden, das Zusammenfassen der Daten der Gesteinsschichten für die einzelnen Tiefen­lage und die Interpolation der Daten in die Fläche). Des Weiteren erfolgt die Er­stel­lung von Verbreitungen der Modelleinheiten in Form von Polygonen und die Digitalisierung der relevanten Störungs­elemente in Form von Linien. Die Datensätze, die für die Konstruktion der Modellflächen dienen, werden zwischen den Projektpartnern ausgetauscht und vom jeweils anderen Projektpartner mit in die jeweilige Interpolation einbezogen. Diese Vorgehensweise gewähr­leistet eine gute technische Korrelation der Flächen an der Kontaktfläche zwischen tschechischem und deutschem Modellabschnitt.

Auf Seite des tschechischen Partners ČGS wird die Interpolation über das Programm »Golden Software Surfer« realisiert. Für die deutsche Seite wird hingegen das Programm »ESRI ArcGIS 10.5« mit den Erweiterungen Spatial Analyst und 3D-Analyst verwendet. Aus beiden Anwendungen heraus ist es möglich, ein software-unabhängiges X-Y-Z-Datenformat zu exportieren, wodurch ein problem­loser Austausch und Import der Daten ge­währ­­leistet ist.

Die Modelltopfläche wird aus Höhenmodelldaten mit einer Auflösung von 10 m zusammengefügt und auf das Modellraster von 25 m um­gerechnet. Um eine horizontale Verschiebung und die daraus resultierenden Versatzbeträge zu vermeiden, wurde daher zu Beginn der Bearbeitung das einheitliche Lagebezugssystem ETRS89/UTM verpflichtend für alle GIS- und Modellarbeiten vereinbart. Nach Abschluss der 3D-Teilmodelle erfolgt die Zusammenführung der geologischen Schichten zum Gesamtmodell.

  

Eine wichtige Grundlage für die im Projekt durchgeführten Prozessmodellierungen bilden geologische 3D-Modelle. Zweidimensionale Karten können nur Teile des Gesamtraumes darstellen, wohingegen 3D-Modelle in der Lage sind, den Untergrund als Ganzes darzustellen. Dabei werden vielfältige Daten, wie zum Beispiel geologische Karten, Profilschnitte, Isolinienpläne, Strukturkarten, geophysikalische Ergebnisse und Bohrungsinformationen mithilfe von 3D-Modellierungsprogrammen zusammengeführt und auf Konsistenz geprüft. Anschließend werden diese Eingangsdaten in Flächen von Schichtober- und -unterkanten, tektonischen Störungsflächen oder auch Körper von aufeinander gestapelten Schichten überführt und vereinheitlicht dargestellt. Das so entstandene 3D-Modell bildet die Grundlage für den Aufbau fachspezifischer Modelle (Hydrogeologie, Hydrologie). Für diesen Zweck werden die modellierten Einheiten bzw. Körper mit den jeweiligen gesteinsphysikalischen Eigenschaften belegt.

Geologisches 3D-Modell des Lückendorfer Gebietes aus dem Vorgänger Projekt GRACE 

  

Hydrogeologisches Schichtenmodell aus GRACE  © G.E.O.S. 2014

Bei der Erstellung von Grundwasserströmungsmodellen ist es notwendig im Vorfeld ein hydrogeologisches Strukturmodell zu entwickeln. Dabei werden die Informationen aus den geologischen Untergrundverhältnissen abstrahiert und vereinfacht. Die so entstandenen hydrostratigraphischen Einheiten (Grundwasser­leiter/-stauer) werden mit Parametern belegt (u.a. hydrogeologische Kennwerte, hydraulische Randbedingungen) und evaluiert.






Literatur:
G.E.O.S. 2014: Entwicklung zweier 3D-Modelle im sächsisch-böhmischen Grenzgebiet, Abschlusspräsentation Teilgebiet Lückendorf.
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