Schweizerisches Institut für Speläologie und Karstforschung

KarstMOD

"Karst MODelling"

Das SISKA entwickelt und benutzt numerische Modelle, um die Dynamik der unterirdischen Wässer zu reproduzieren. Diese Modelle werden dazu benutzt, die Speisung (effektive Infiltration), Speicherung und Schüttung an einer oder mehreren Quellen abzuschätzen.

Grundsätzlich nutzt und entwickelt das SISKA zwei Modelltypen:

1) Ein hydrologisches Modell, um die Speisung abzuschätzen

Dieses Werkzeug modelliert, wie und weshalb 20-60 % der Niederschläge nie im Karstaquifer ankommen (Evapotranspiration, Speicherungen). 

2) Ein hydraulisches Modell, um die Fliesswege im Karst zu modellieren

Im Karst fliesst das Wasser hauptsächlich in natürlich gebildeten "Röhren", die ein Gangsystem bilden. Die Abflüsse darin sind durch hydraulische Gesetzmässigkeiten kontrolliert.

 

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Hydrologisches Modell zur Abschätzung der Speisung

Vor dem Einsickern im Karst durchqueren die Niederschläge eine Pflanzenschicht (mehr oder weniger dick), einen Boden (dito) und eine Zone, wo der Kalk verwittert (Epikarst). Der Teil des Wassers, der in diesen Untersystemen zurückgehalten wird, ändert sich mit Zeit und Raum und beträgt 20 bis 60 % des gesamten Niederschlages. Um die Speicherung und Verluste in diesen oberflächennahen Systemen abzuschätzen, werden kommerziell erhältliche hydrologische Modelle benutzt: RS3.0, Minerve. Weitere werden intern entwickelt. 

Illustration eines Speisungsmodells, das vom SISKA entwickelt wurde, um die Aquiferspeisung in Kalkplateaus in niederen Höhenlagen zu simulieren.

 

 

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Hydraulisches Modell zur Simulation der Fliesswege im Karst

Die Fliesswege der unterirdischen Wässer in den Karströhren folgen hydraulischen Gesetzen des Druckverlustes, der von der Röhrengrösse, ihrer Länge und der Rauhheit der Wände abhängt. Die Fliesswege können mit kommerziell erhältlichen hydraulischen Modellen wie Infowork® oder SWMM® modelliert werden. Das SISKA benutzt diese Modelle oft in Zusammenhang mit den Speisungsmodellen, um das Verhalten einer permanenten Quelle und ihres Hochwasserüberlaufes zu simulieren. 

Illustration eines hydraulischen Modells im quellnahen Bereich des Karstsystems der Brunnmühlequelle (BE). Das Modell beinhaltet zahlreiche natürliche permanente Quellen (Brunnmühlequelle, Sauserquelle), natürliche Hochwasserüberläufe (Wasserhooliloch, Schüttstein, Gischeren) sowie künstliche Ausgänge (D-Stollen, F-Stollen). Nur ein Modell kann die hydraulischen Beziehungen zwischen den Quellen kalibrieren.  

 

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