Detailansicht
Characterisation of the water flow regime in the upper vadose zone, Furtowischacht (Hochschwab, Austria)
Eva-Florina Kaminsky
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Erdwissenschaften
Betreuer*in
Bernhard Grasemann
DOI
10.25365/thesis.61853
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12287.03769.974766-7
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Kläfferquellen als größte Quellen im Norden des Hochschwab Karstmassivs spielen eine wichtige Rolle bei der Trinkwasserversorgung der Stadt Wien. Aufgrund der Anfälligkeit der Karstwässer sind Teile des Hochschwabmassivs 80 km südwestlich von Wien als Schutz und Schongebiete deklariert. Der obere Teil des Karstaquifers ist die ungesättigte oder vadose Zone, einschließlich des Epikarsts am Top. Deiser spielt eine wichtige Rolle für die Grundwasserneubildung und Regulierung des Wasserfließverhalten in die darunter liegende vadose Zone. Zur Qualitätssicherung des Trinkwassers werden Forschungen zum Prozessverständnis des Karstaquifers betrieben.
Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Charakterisierung des Fließverhaltens der oberen vadosen Zone. Die Grundlage dieser Analysen ist das hydrologische Monitoring in einem alpinen vadosen Schacht, dem Furtowischacht. Der 712 m tiefe störungsgebundene Furtowischacht liegt im westlichen Teil des Hochschwab und öffnet sich in 1785 m Höhe. Die Höhle ist im mitteltriassischen Wettersteinkalk entlang markanter ostgerichteter Störungen entwickelt. In einen schmalen, permanent wasserführenden Canyon 100 m unter dem Eingang wurde 2016 ein Thomson-Wehr und ein Datenlogger installiert, um Schüttung, elektrische Leitfähigkeit (EC) und Temperatur (T) des Wassers mindestens alle 10 Minuten zu messen.
Die Schüttung kann als extrem variabel, mit einem Iv von 6367, klassifiziert werden und unterliegt Schwankungen zwischen 0,003 und 19 l/s bei einem Durchschnitt von 0,3 l/s. Mittels Salzmarkierungsversuchen konnte eine Durchflussgeschwindigkeit von mindestens 0.09 m/s ermittelt werden. Mit Hilfe der Hydrographen Analyse kann die Abflussdynamik nach einem Neubildungsereignis mit drei Komponenten und durchschnittlichen Auslaufkoeffizienten (α) beschrieben werden: (1) α1 mit 4 1/d als schneller Abfluss durch Canyons, Röhre und Großklüfte; (2) α3 mit 0,4 l/d langsamer Abfluss durch die Gesteinsmatrix, Feinklüfte und Störungszonen; (3) α2 mit 1,4 l/d intermediärer Abfluss, welcher sich aus (1) und (2) variabel zusammensetzt. Schneeschmelze Ereignisse zeigen nur einen intermediären und langsamen Abfluss.
Eine Wasserspeicherung kann aus den folgenden Beobachtungen abgeleitet werden: (1) Die Reaktionen von T und EC nach dem Anstieg des Abflusses schwanken zwischen weniger als 2 min und 6 h. (2) Während Regenereignisse steigt die elektrische Leitfähigkeit (nach einer kurzen Abnahme) an und bleibt für längere Zeit auf einem erhöhten Niveau. (3) Die längste Trockenperiode betrug 16 Tage im Sommer und im Winter konnte über 89 Tage kein signifikantes Niederschlags- oder Schneeschmelzevent ermittelt werden. (4) Selbst nach langen Trockenperioden ist das Gerinne im Canyon nicht ausgetrocknet. Die Sommerperiode 2019 wurde mit einem Niederschlag-Abflussmodell mittelmäßig gut simuliert (NSE von 0,54), allerdings ist die Dynamik gut im Modell dargestellt.
Abstract
(Englisch)
The Kläfferquellen as the largest springs in the north of the Hochschwab karst massif are an important source of drinking water for the city of Vienna. Due to the vulnerability of karst waters, major parts of the Hochschwab (80 km southwest of Vienna) are a spring water protection zone. The upper part of a karst aquifer is the vadose or unsaturated zone, that also includes the epikarst on the top. The epikarst plays an important role for the recharge, potential storage, and the regulation of water flow to the vadose zone below. A better understanding of the karst aquifer recharge is important for karst water protection management. To ensure the quality of drinking water, research is being conducted to understand the processes within the underground aquifers.
The aim of this research is to quantify the water flow characteristics and its storage in the upper vadose zone. Hydrological monitoring in an Alpine vadose shaft, the Furtowischacht, is the basis of these analyses. The Furtowischacht is located in the western part of the Hochschwab and opens at 1785 m a.s.l. A Thomson-weir and data logger were installed in a small and water-bearing canyon 100 m below the entrance. Since 2016, water level, electrical conductivity (EC), and temperature (T) have been measured at the weir at least every 10 minutes.
The discharge is classified as extremely unstable with a variability degree (Iv) of 6367, fluctuations between 0.003 and 19 l/s and with an average of 0.3 l/s. Salt tracer experiments indicate measured transit velocity of 0.09 m/s. The discharge behaviour after a recharge event is classified using the hydrograph recession analysis. The following components can be separated: (1) quick flow (α1) of 4 1/d through canyons, tubes and large fissures; (2) slow flow (α3) of 0.4 1/d through rock matrix, and (3) intermediate flow (α2) of 1.4 1/d which is composed of (1) and (2). Snowmelt events only produces intermediate and slow flow.
A water storage component can be inferred from the following observations: (1) Reactions of T and EC after the increase of discharge vary between less than 2 min and 6 h. (2) During summer rain events, EC increases (after a short decrease) and remains at an elevated level for longer time period. (3) Long recessions during a dry period after a rain event of 19 days and during the wintertime with 89 days. (4) No drying up of the cave stream after long periods without recharge. The bucket-type rainfall-runoff model was used to simulate the summer period 2019 with a NSE of 0.54, but the general dynamics are well illustrated.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
karst aquifer cave monitoring vadose zone tracer experiments epikarst Austria numerical model
Schlagwörter
(Deutsch)
Karstgrundwasserleiter Monitoring in der Höhle vadose Zone Markierungsversuche Epikarst Österreich numerisches Modell
Autor*innen
Eva-Florina Kaminsky
Haupttitel (Englisch)
Characterisation of the water flow regime in the upper vadose zone, Furtowischacht (Hochschwab, Austria)
Paralleltitel (Deutsch)
Charakterisierung des Wasserströmungsregimes in der oberen vadosen Zone, Furtowischacht (Hochschwab, Österreich)
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
V, 97 Seiten : Illustrationen, Diagramme, Karten
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Bernhard Grasemann
AC Nummer
AC16113783
Utheses ID
54676
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |