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Grundwasser

pp 1–15 | Cite as

Quantifizierung der Grundwasserströmung im Molassebecken im Hinblick auf Dichteströmungen

  • Vilmos VasváriEmail author
  • Christian Kriegl
Fachbeitrag
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Zusammenfassung

Die Grundwasserströmung im Malm-Aquifer des Molassebeckens ist wegen seiner intensiven geothermischen Nutzung und wirtschaftlichen Bedeutung in der Region Gegenstand breitgefächerter Untersuchungen, um die optimale bilaterale Nutzung sicherzustellen. Ein 2D-Grundwasserströmungsmodell wurde bereits 1999 entwickelt und für Simulationen bei wasserwirtschaftlichen Fragestellungen verwendet. Zur einheitlichen Berechnung der Druckpotenziale wurde ein Modellwasser definiert.

Bei der Bearbeitung und Aktualisierung des hydrogeologischen Konzeptmodells lieferte die Auswertung und Interpretation der Daten von Thermalwasserbohrungen in Oberösterreich erste Hinweise darauf, dass die treibende Kraft der Strömung im Malm-Aquifer nicht nur auf Druckpotenziale, sondern auch auf Auftriebskräfte, welche durch Dichtedifferenzen hervorgerufen werden, zurückzuführen sein könnte. Da der Malm-Aquifer im Molassebecken geneigt und gespannt ist, kann die Auftriebskomponente der strömungstreibenden Kraft nicht vernachlässigt werden.

Um die möglichen Abweichungen von den Druckpotenzialen quantifizieren zu können, wurden die DFR-Werte (driving-force ratio) für ausgewählte Bohrungen bestimmt und analysiert. Somit liefern diese Ergebnisse die Grundlage für die Weiterentwicklung des Strömungsmodells in Hinblick auf Dichteströmungen.

Quantification of groundwater flow in the Molasse basin with respect to density-driven flow

Abstract

Groundwater flow in the Malm aquifer of the Molasse basin has been the subject of wide-ranging research due to its intense geothermal utilization and regional economic importance. In one such study, a 2D groundwater flow simulation model was developed in 1999 and applied for addressing water management issues including conflicts of use. To ensure consistency between the field-measured and calculated pressure potentials which assumed a uniform density, they defined a mean water density as a correction factor to calibrate the model.

While developing the hydrogeological conceptual model, the evaluation and interpretation of data from the geothermal wells in Upper Austria provided the first evidence that, in addition to the pressure potential, the driving force of groundwater flow in the Malm aquifer could also include buoyancy forces caused by density differences. Since the inclined and confined Malm aquifer is exploited for geothermal energy in the Molasse basin, high temperature gradients are induced and thus the buoyancy component of the driving force for flow cannot be neglected.

In order to quantify possible deviations from the pressure potentials, the driving-force ratio (DFR) values for selected wells were determined and analysed. The results provide the basis for further development of the flow model with respect to density-driven flow.

Keywords

Molasse basin Density driven flow Driving force ratio Aquifer pressure Temperature Salinity 

Notes

Literatur

  1. Adams, J.J., Bachu, S.: Equations of state for basin geofluids: Algorithm review and intercomparison for brines. Geofluids 2, 257–271 (2002)CrossRefGoogle Scholar
  2. Bachu, S.: Flow of variable-density formation water in deep sloping aquifers: Review of methods of representation with case studies. J. Hydrol. (Amst) 164, 19–38 (1995).  https://doi.org/10.1016/0022-1694(94)02578-y CrossRefGoogle Scholar
  3. Bachu, S., Michael, K.: Flow of variable-density formation water in deep sloping aquifers: Minimizing the error in representation and analysis when using hydraulic-head distributions. J. Hydrol. (Amst) 259, 49–65 (2002)CrossRefGoogle Scholar
  4. Batzle, M., Wang, Z.: Seismic properties of pore fluids. Geophysics 57(11), 1396–1408 (1992)CrossRefGoogle Scholar
  5. Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft: Das thermalwasservorkommen im Niederbayerisch-Oberösterreichischen Molassebecken. Hydrogeologisches Modell und Thermalwasser-Strömungsmodell. Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, München (1999). Kurzbericht. 21 S.Google Scholar
  6. Birner, J.: Hydrogeologisches Modell des Malmaquifers im Süddeutschen Molassebecken Bd. 86. Freie Universität Berlin, Berlin (2013). Dissertation, Fachbereich GeowissenschaftenGoogle Scholar
  7. Birner, J., Fritzer, T., Jodocy, M., Savvatis, A., Schneider, M., Stober, I.: Hydraulische Eigenschaften des Malmaquifers im Süddeutschen Molassebecken und ihre Bedeutung für die geothermische Erschließung. Z. Geol. Wiss. 40(2/3), 133–156 (2012)Google Scholar
  8. Birner, J., Mayr, C., Lutz, T., Schneider, M., Baumann, T., Winkler, A.: Hydrochemie und Genese der tiefen Grundwässer des Malmaquifers im bayerischen Teil des süddeutschen Molassebeckens. Z. Geol. Wiss. 39(3/4), 291–308 (2011)Google Scholar
  9. Davies, P.B.: Modeling areal, variable-density, ground-water flow using equivalent freshwater head—analysis of potentially significant errors. In: Proceedings of the NWWA-IGWMC conference—solving groundwater problems with models Denver, 10–12 February 1987. S. 888–903. National Water Well Association, Dublin (1987)Google Scholar
  10. Ferguson, G., McIntosh, J.C., Grasby, S.E., Hendry, M.J., Jasechko, S., Lindsay, M.B.J., Luijendijk, E.: The persistence of brines in sedimentary basins. Geophys. Res. Lett. 45(10), 4851–4858 (2018)CrossRefGoogle Scholar
  11. Frisch, H., Huber, B.: Ein Hydrogeologisches Modell und der Versuch einer Bilanzierung des Thermalwasservorkommens für den Malmkarst im Süddeutschen und im angrenzenden Oberösterreichischen Molassebecken. Hydrogeol. Umw. 20, 25–43 (2000)Google Scholar
  12. Gill, A. E.: Atmosphere-Ocean Dynamics. Academic, New York (1982)Google Scholar
  13. Goldbrunner, J.E., Vasvári, V.: Hydrogeology and geothermic simulation of the geothermal doublet at Waldkraiburg (Bavaria). Austrian. J. Earth. Sci. 109(1), 99–113 (2016)Google Scholar
  14. Kemp, N. P., Thomas, D. C., Atkinson, G., Atkinson, B. L.: Density modeling for brines as a function of composition, temperature and pressure. SPE Production Engineering, 4:394–400 (1989).  https://doi.org/10.2118/16079-PA CrossRefGoogle Scholar
  15. Kriegl, C., Goldbrunner, J., Vasvari, V., Heiss, H.P., Gold, M., Muhr, D.: GeoMol Austria. Projektorganisation und Bearbeitung regionaler hydrogeologischer Fragestellungen im oberösterreichisch-niederbayerischen Molassebecken. Geoteam GmbH, Graz, S. 9 (2015). Tätigkeitsbericht 4 – Rechnungsperiode 5. Pilotgebiet Oberösterreich – Hydrogeologisches KonzeptmodellGoogle Scholar
  16. Lemcke, K.: Das Bayerische Alpenvorland vor der Eiszeit. Erdgeschichte – Bodenschätze. Geologie von Bayern, Bd. 1. Schweizerbart, Stuttgart (1988)Google Scholar
  17. Lemmon, E. W., McLinden, M. O., Friend, D. G.: Thermophysical properties of fluid systems. In: Linstrom, P. J., Mallard, W. G. (Hrsg.) NIST chemistry webbook, NIST standard reference database number 69, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD 20899. (2016). https://doi.org/10.18434/T4D303. Zugegriffen: 7. November 2016
  18. LIAG, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik: GeotIS – Geothermisches Informationssystem für Deutschland (2016). http://www.geotis.de/homepage/geothermPotentiale.php, Zugegriffen: 25. Juli 2016Google Scholar
  19. Lusczynsky, N.J.: Head and flow of ground water Head and flow of groundwater of variable density. J. Geophys. Res. 66, 4247–4256 (1961)CrossRefGoogle Scholar
  20. Mao, S., Duan, Z.: The P, V, T, x properties of binary aqueous chloride solutions up to T = 573 K and 100 MPa. J. Chem. Thermodyn. 40(7), 1046–1063 (2008).  https://doi.org/10.1016/j.jct.2008.03.005 CrossRefGoogle Scholar
  21. McCain, W. D. Jr: Reservoir fluid property correlations – state of the art. SPE Reservoir Engineering, 6:266–72 (1991).  https://doi.org/10.2118/18571-PA Google Scholar
  22. McKeown, C., Haszeldine, R.S., Couples, G.D.: Mathematical modelling of groundwater flow at Sellafield, UK. Eng. Geol. 52(3-4), 231–250 (1999).  https://doi.org/10.1016/s0013-7952(99)00008-3 CrossRefGoogle Scholar
  23. Palliser, C., McKibbin, R. A.: A model for deep geothermal brines, III: Thermodynamic properties – enthalpy and viscosity. Transport in Porous Media, 33:155–171 (1998).  https://doi.org/10.1023/A:1006549810989 CrossRefGoogle Scholar
  24. Pandit, A., Ali, N., Heck, H., Mamoua, K.: Estimation of submarine groundwater discharge into the Indian river lagoon. Austin J. Irrigation 2(1), 1003 (2016)Google Scholar
  25. Pfleiderer, S. (Hrsg.): GeoMol – Geologische 3D-Modellierung des Österreichischen Molassebeckens. Abhandlungen der Geologischen Bundesanstalt, 70, 88 S.; Wien. https://opac.geologie.ac.at/wwwopacx/wwwopac.ashx?command=getcontent&server=images&value=AB0070_001_A.pdf. (2016)
  26. Phillips, S. L., Igbene, A., Fair, J.A., Ozbek, H., Tavana. M.: A Technical Databook for Geothermal Energy Utilization. Lawrence Berkeley Laboratory Report 12810, 46 S.; https://escholarship.org/content/qt5wg167jq/qt5wg167jq.pdf. (1981)CrossRefGoogle Scholar
  27. Post, V., Kooi, H., Simmons, C.: Using hydraulic head measurements in variable-density ground water flow analyse. Ground Water. 45(6), 664–671 (2007).  https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2007.00339.x CrossRefGoogle Scholar
  28. Rowe, A.M., Chou, J.C.S.: Pressure-volume-temperature-concentration relation of aqueous nacl solutions. J. Chem. Eng. Data. 15(1), 61–66 (1970)CrossRefGoogle Scholar
  29. Savvatis, A., Steiner, U., Huber, B., Fritzer, T., Schneider, M.: Limitierungen bei der Ermittlung der Grundwasserfließrichtung in tiefen Aquiferen am Beispiel des Malms im Süddeutschen Molassebecken. Grundwasser 20(4), 271–280 (2015)CrossRefGoogle Scholar
  30. Verweij, H., Simmelink, E., Underschultz, J.: Pressure and fluid flow systems in the permian Rothliegend in the Netherlands onshore and offshore. Sepm Special Publ. 98, 247–263 (2011)Google Scholar
  31. Wagner, B., Kus, G., Kainzmaier, B., Spörlein, T., Wilferth, T., Veit, W., Fritsch, P., Wrobel, M., Lindenthal, W., Neumann, J., Sprenger, W.: Erläuterungen zur Hydrogeologischen Karte von Bayern 1:500.000. Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg (2009)Google Scholar
  32. Wrobel, J.-P., Fritzer, T., Mikulla, C., Schuldes, D., Suckow, A.: Forschungsbohrung Altdorf bei Landshut/Niederbayern – Erkundung einer geothermischen Anomalie im Bereich des Landshut-Neuöttinger-Hochs. Grundwasser 7(1), 14–24 (2002)CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

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Authors and Affiliations

  1. 1.Geoteam Technisches Büro für Hydrogeologie, Geothermie und Umwelt Ges.m.b.H.GrazÖsterreich

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