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Salzwasser-Monitoring mit Langelektroden-Geoelektrik - SaMoLEG

Durch einen anthropogenen oder natürlich induzierten Aufstieg Salzhaltigen Grundwassers, kann es zur Kontamination Süßwasser führender Horizonte kommen, die als Trinkwasserreservoire genutzt werden. Aufgrund des Unterschiedes der elektrischen Leitfähigkeit von Süß- und Salzwasser durch einen erhöhten Anteil an gelösten Ionen ist es möglich, etwaige Veränderungen des Trinkwassers frühzeitig mit elektrischen oder elektromagnetischen Verfahren zu erkennen und zu überwachen.

Das Projekt SaMoLEG befasst sich mit dem Monitoring der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrundes und zielt unter der genannten Problematik auf das Erkennen und der Veränderung einer Süß-/ Salzwassergrenze im Untergrund ab. Um ein kostengünstiges Monitoring Verfahren zu entwickeln, wird hier die Möglichkeit der Benutzung von Stahl verrohrten Bohrlöchern als Elektroden für die geoelektrischen Messungen überprüft.

Im ersten Schritt wird dabei zunächst die Problematik unter Verwendung der Inversions- und Modellierungssoftware BERT (Boundless Electrical Resistivity Tomography) modelliert. Dabei werden Gebiete auf einem Finiten Elemente Gitter (Rücker et al., 2006) mit vorgegebener Leitfähigkeitsverteilung erzeugt und Bohrlöcher als finite Elektroden eingefügt und mit dem Complete Electrode Model (Rücker & Günther, 2011) modelliert, um Potential und Stromdichteverteilung (s. Abb. 1) zu berechnen sowie Sensitivitätsanalysen (siehe Abb. 2) durchzuführen. Dadurch wird klar, wie sich eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrundes auf die mit den Bohrlöchern durchgeführten Messungen auswirkt.

Abb. 1: Betrag Stromdichte (in A/m^2, logarithmiert) und des Stromverlaufes bei Einspeisung in die äußeren Bohrlöcher. Die Schichtgrenze befindet sich in 120 m Tiefe bei einer Leitfähigkeitsverteilung von 100 Ohm*m (obere Schicht) und 1 Ohm*m (untere Schicht)

In der zweiten Phase werden Messungen mit dem entwickelten Design auf einem Testfeld von dem Projektpartner BLM-Storkow durchgeführt und die Daten mit BERT auf ein Untergrundmodell invertiert (Günther et al., 2006). Je nach Verfügbarkeit von Bohrlöchern soll der Messbereich von einigen 100 m bis in den km-Bereich variieren. Die Finanzierung des gesamten Projektes wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) übernommen.

Abb. 2: Sensitivitätsverteilung im homogenen Untergrund unter Verwendung von vier 100 m langen Bohrlöchern in quadratischer Anordnung. Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit in den blauen und roten Bereichen hätten die größten Auswirkungen auf die Messwerte.

Literatur

Rücker, C. & Günther, T. (2011) The simulation of finite ERT electrodes using the complete electrode model. Geophysics, 76, F227
Günther, T.; Rücker, C. & Spitzer, K. (2006) 3-d modeling and inversion of DC resistivity data incorporating topography - Part II: Inversion. Geophys. J. Int. 166, 506-517
Rücker, C.; Günther, T. & Spitzer, K. (2006) 3-d modeling and inversion of DC resistivity data incorporating topography - Part I: Modeling. Geophys. J. Int. 166, 495-505

 

Projektleitung

Dr. Thomas Günther

Projektgruppe

Mathias Ronczka

Laufzeit

01.01.2012-31.08.2014

Förderer

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)