Dabei werden Informationen über die Gezeiteneinwirkung auf den Grundwasserspiegel ausgewertet, teilte die Hochschule mit. Das Verfahren haben die Forscher im Fachmagazin Reviews of Geophysics vorgestellt.
„Derzeitige Testmethoden wie etwa der klassische Pumpversuch erfordern, dass Wasser aus speziell angelegten Brunnen aktiv abgepumpt und gleichzeitig der Wasserstand in nahegelegenen Brunnen beobachtet wird“, sagte Gabriel Rau vom Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT. Hierfür müssten zwei bis drei Personen einen entsprechenden Pumpversuch einrichten und für einen längeren Zeitraum für Messungen betreuen.
Dieses Verfahren sei äußerst kostspielig und könne je nach Untergrundeigenschaften von einigen Stunden bis zu mehreren Monaten dauern, betonte der Wissenschaftler. Das Ergebnis sei nur für den getesteten Standort gültig. „Unterirdische Grundwasserspeicher unterscheiden sich jedoch räumlich stark voneinander, und es wäre viel zu teuer und umständlich, überall Förderbrunnen zu bauen“, verdeutlichte Rau.
Die neue Methode wurde nach KIT-Informationen mit den australischen Universitäten University of New South Wales (UNSW) in Sydney und der Deakin University in Melbourne entwickelt. Ähnlich wie bei Ebbe und Flut im Ozean verändern die Gezeiten auch den Grundwasserstand: So drücke die sich ändernde Gravitation beispielsweise poröse Gesteine im Untergrund zusammen und beeinflusse dadurch den Porendruck, erklärte die Hochschule. Zusätzlich gebe es atmosphärische Gezeiten, die den Druck im Untergrund zyklisch verändern.
Keine speziellen Gewinnungsbrunnen erforderlich
„Diese Veränderung können wir mit geringem technischem, personellem und finanziellem Aufwand messen, um die Beschaffenheit des Untergrunds zu quantifizieren“, sagte Rau. Hierfür müssen die Ingenieure keine speziellen Gewinnungsbrunnen anlegen, sondern können einen automatischen Wasserdruck-Datenlogger in eine gewöhnliche Grundwassermessstelle platzieren. Der Drucksensor misst dann für mindestens einen Monat regelmäßig den Grundwasserspegel.
Anhand der Messungen können die Forscher die physikalischen Eigenschaften des Untergrundes, wie zum Beispiel Porösität, hydraulische Leitfähigkeit und Kompressibilität, berechnen und die Erkenntnisse in eine nachhaltige Nutzung der Grundwasserressourcen umsetzen, führte das KIT weiter aus. „Da die Bohrungen der Beobachtungsstellen deutlich günstiger sind als das Anlegen von ganzen Brunnen, können wir an mehr Standorten messen und somit die Anzahl der bestimmten Untergrundeigenschaften deutlich und flächendeckend erhöhen“, sagte Rau.
Für ihre Methode haben die Forscher laut KIT internationale Studien und Fachartikel aus verschiedenen Disziplinen untersucht und zusammengefasst. „Dabei haben wir gesehen, dass die jüngsten Fortschritte in der Grundwasserforschung das Potenzial für wesentlich kostengünstigere Langzeituntersuchungen des Grundwassers aufzeigen“, sagte Timothy McMillan vom Connected Waters Initiative Research Centre der UNSW Sydney. „Mit unserer Methode kombinieren wir Ingenieurwesen, Naturwissenschaften und Mathematik und können so durch die Auswirkungen der Gezeiten auf das Grundwasser die Untergrundeigenschaften berechnen.“
Diese Erkenntnisse könnten auch dazu beitragen, räumliche und zeitliche Schwankungen des Klimasystems und dessen Einfluss auf die Grundwasserreserven vorherzusagen. „Hier stehen wir in Zukunft vor gewaltigen Herausforderungen. Mit unserer Methode können wir die Ressourcen unter der Oberfläche einfacher untersuchen und damit auch nachhaltiger verwalten“, sagte Rau.
