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Abstract

Grundwasser ist der am weitesten verbreitete und genutzte Rohstoff der Welt und vielerorts für den Menschen der einzige Zugang zu Wasser. Die für die Menschheit wichtigste Nutzung der Ressource Grundwasser liegt in der Trink- und Brauchwasserversorgung. Aktuell stellen sich im Rahmen der Nutzung von Georessourcen in tiefen Grundwasserleitersystemen (z.B. CO2-Speicherung, Geothermie, unkonventionelle Gaslagerstätten oder stoffliche Energiespeicherung) und dem daraus resultierenden Einfluss auf das Schutzgut Trinkwasser in den flachen Grundwasserleitersystemen immer neue Herausforderungen für die Forschung. Ein Fokus liegt dabei auf den dynamischen Wechselwirkungen zwischen flachen und tiefen Grundwasserleitersystemen und ihre quantitative Beschreibung durch computergestützte Prozesssimulationen. Wir präsentieren Methoden zur integrierten, deterministischen und quantitativen Betrachtung gekoppelter Prozesse im flachen bis tiefen Grundwasser, die darauf abzielen sämtliche Raum- und Zeitfenster zu erfassen und zu simulieren. Sowohl die wasserwirtschaftliche Rahmenplanung als auch die Nutzung der Grundwassersysteme (Georessourcen) sehen in der Regel für Planungs- und Bewilligungsverfahren Zeitfenster von etwa 30 Jahren vor (wasserwirtschaftliche Zeiträume), währenddessen für das Prozessverständnis der Wechselwirkung tiefer und flacher Grundwasserleitersysteme langfristige Zeitfenster im Rahmen von mindestens 1.000 Jahren zu berücksichtigen sind. Wir führen Systemanalysen des Grundwasserraums mit Simulationen durch, die sich auf thermisch, hydraulisch, mechanisch und chemisch gekoppelte Prozesse konzentrieren basierend auf Felddaten zur Grundwasserhydraulik, Hydrogeochemie, Geomechanik und Hydrogeophysik. Mit Hilfe des hier demonstrierten konkreten Arbeitsablaufs machen wir deutlich in welchem Rahmen Bewertungen und Prognosen des Langzeitverhaltens gekoppelter Grundwasserleitersysteme unter dem Einfluss der Nutzung des geologischen Untergrundes zurzeit möglich sind. Dies beinhaltet die: (i) Erstellung von statischen geologischen Modellen unter Berücksichtigung strukturgeologischer Randbedingungen, (ii) Integration von Messdaten aus aktuellen Projekten der Untergrundnutzung, (iii) Validierung von Modellimplementierungen und Simulationsergebnissen, (iv) Integration geochemischer und geomechanischer Prozesse, (v) Erstellung von Langzeitprognosen und integrierten Risikoanalysen für Nutzungskonzepte des geologischen Untergrunds auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen und (vi) die Erstellung von Wirtschaftlichkeitsanalysen und Modellierung von Wechselwirkungen mit der Nutzung des geologischen Untergrundes.