In diesem Projekt untersuchen wir, wie sich klimabedingte Einflüsse (z.B. Niederschlag und Temperatur), lokale  Geologie und regional variierende Grundwasserdruckhöhen zusammen auf den regionalen Grundwasserfluss und das thermische Feld im Untergrund von  Brandenburg auswirken. Brandenburg (Nordostdeutschland), liegt im Norddeutschen Becken und ist ein Beispiel für ein poröses Grundwasserleitersystem mit sehr oberflächennahem Grundwasserspiegel in einem humiden kontinentalen Klima.

Gleichzeitig ist Brandenburg eines der trockensten Bundesländer in Deutschland, das durch eine negative und abnehmende klimabezogene Wasserbilanz gekennzeichnet ist und folglich eine geringe Grundwasserneubildung aufweist. Die mittlere jährliche Oberflächentemperatur ist in den letzten 60 Jahren um ~1°C gestiegen und es gibt Hinweise auf steigende Temperaturen an der Grundwasseroberfläche. Dabei weist die Niederschlagsmenge in Brandenburg eine hohe jährliche Variabilität auf. Winterniederschläge haben um 20 % zugenommen und es wird eine Zunahme extremer Niederschlagsereignisse und längerer Dürreperioden erwartet. Die meisten Grundwasserbeobachtungsbrunnen weisen jedoch seit den 1970er Jahren einen Rückgang des Wasserspiegels um 1-3 cm/Jahr auf. Obwohl erwartet wird, dass weitere Veränderungen der atmosphärischen Temperatur und der Niederschlagsmuster die Verfügbarkeit der Grundwasserressourcen in der Region zusätzlich belasten werden, müssen diese Auswirkungen noch quantifiziert werden.

Die komplexen Rückkopplungen zwischen dem Klima und oberflächennahen bis tiefen Untergrundprozessen werden in dem Projekt durch thermo-hydraulische Simulationen untersucht. Dazu wird ein hydrologisches Oberflächenwassermodel (MikeShe) mit einem Grundwassermodell (parallel, skalierbarer Hochleistungssimulator GOLEM) für  Brandenburg so gekoppelt, dass mit Veränderungen für verschiedene Szenarien vorherberechnet werden können.

Wir rekonstruieren aktuelle Grundwasserstände und Grundwassertemperaturen, indem wir monatliche Neubildungsabschätzungen und aufgezeichnete Lufttemperaturen der letzten 60 Jahre als Randbedingungen verwenden. Anschließend validieren wir die Modellergebnisse anhand von Zeitreihendaten aus Beobachtungsbrunnen. Diese Modellergebnisse werden schließlich dahingehend untersucht, dass der meteorische  Wassereintrag aufgrund der simulierten  Rückkopplung beschrieben werden kann. Schließlich dienen die kalibrierten aktuellen Bedingungen als Starpunkt für ein Zukunftsmodell, mit dem die Entwicklung des Systems im Hinblick auf künftige Klimaszenarien prognostiziert wird.

Das Projekt unterstützt aktuelle Untersuchungen, um die Rolle anthropogener und natürlicher Faktoren bei der Wasserknappheit in Brandenburg zu verstehen und Instrumente für die Bewirtschaftung der Grundwasserressourcen zu entwickeln. Darüber hinaus soll es Einblicke in die Entwicklung des unterirdischen Temperaturfelds im Norddeutschen Becken liefern, das für die oberflächennahe und die tiefe geothermische Exploration entscheidend ist.

Partner:
Björn Guse (Christian-Albrecht Universität Kiel)
Andreas Güntner (GFZ, Section 4.4 - Hydrologie)

Veröffentlichungen:
Tsypin, M., Cacace, M., Scheck-Wenderoth, M. (2023): Data-driven thermo-hydraulic subsurface model of Brandenburg (NE Germany): a tool for assessing anthropogenic impact on regional groundwater dynamics, XXVIII General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) (Berlin 2023).
https://doi.org/10.57757/IUGG23-1434