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Tomographische Methoden in der Hydrogeologie

Klassische hydrogeologische Untersuchungsmethoden betrachten die Grundwasserkörper als einzelne Einheiten. Im wirklichen Leben sind die Grundwasserleiter jedoch heterogen mit starken Schwankungen der physikalischen Eigenschaften. Heterogenitäten können einen starken Einfluss auf das Grundwasserleiterverhalten haben, insbesondere bei Stofftransport bedingten Problemen. In porösen Medien könnten Heterogenitäten die Strömungsmuster verändern und den Transport von gelösten Stoffen und Wärme stark beeinflussen. In geklüfteten Medien ist die Wirkung von Heterogenitäten noch bedeutsamer, da die heterogenen Merkmale die Hauptwege für Strömung und Transport darstellen.

Die Identifizierung dieser Heterogenitäten erfordert moderne hochauflösende Untersuchungsmethoden, die die räumliche Variabilität der hydrogeologischen Parameter beobachten und rekonstruieren können. Tomographische Methoden wurden entwickelt, um diese Anforderungen zu erfüllen. Diese Verfahren verwenden penetrierende Signale in geschlossene Bereiche, die von den Heterogenitäten betroffen sind. Mit genügend Signalen, die die Domäne durchdringen, können die Heterogenitäten rekonstruiert werden. Das Tomographiekonzept stammt aus Wissenschaftszweigen außerhalb Geowissenschaften, da das gleiche Phänomen in medizinischen Bildgebungsgeräten verwendet wird. Die Methode wird auch in der Geophysik eingesetzt, wo die seismische und elektrische Widerstandstomographie zu den Standardwerkzeugen der Erkundung gehören.

Tomographische Aquifer-Rekonstruktion
Lupe

In der Hydrogeologie verwendet die hydraulische Tomographie wiederholte Pumpversuche oder Tracer-Tests, um hydraulische Signale zu erzeugen und Drucksensoren, um deren Ankunft zu bestimmen. Die Tracer-Tomographie verwendet wiederholte Tracer-Tests für den gleichen Zweck, erfordert aber für den Nachweis eine Wasserprobe. Die Thermotracer-Tomographie verwendet Wärmeinjektionen in Kombination mit verteilten Temperaturmessungen.

Tomographische Methoden sind noch immer Neuerungen mit vielen offenen Fragen, wie z.B. optimales Versuchsdesign, Datenanforderungen und die Unsicherheit der Interpretationen. Die weitere Erforschung dieser Probleme könnte zu praktischen Werkzeugen führen, die in Zukunft mit der gleichen Leichtigkeit eingesetzt werden könnten wie die heutigen Pumpversuche.

Forschungsschwerpunkte

  • Ausführung thermaler Tracertomographie
  • Anwendung hydraulischer Tomographie im porösen Medium
  • Tomographische Interpretationsmethoden in Festgesteinsaquiferen
  • Unsicherheitsquantifizierung tomographischer Methoden

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