Infiltration and groundwater flow into a fractured porous sandstone aquifer in the eastern Thuringian Basin

Abstract

Kurzfassung Im Osten des Thüringer Beckens sind aufgrund der geringen Niederschläge von 585 mm/a die Grundwasserressourcen in den geklüfteten Buntsandsteingrundwasserleitern stark limitiert. Ziel der Untersuchung war es, für dieses Buntsandsteinfließsystem ein numerisches Grundwasserströmungsmodell zu erstellen, um die zukünftige Entwicklung der Grundwasserressourcen auf der Grundlage verschiedener Klimaszenarien prognostizieren zu können. Im vorliegenden Beitrag wurden Grundwasserganglinien mit dem Ziel analysiert, eine Inputfunktion für die Grundwasserneubildung am Grundwasserspiegel abzuleiten, welche ein wichtiger Eingangsparameter bei der numerischen Modellierung ist. Es konnte gezeigt werden, dass die Strömung im Buntsandsteingrundwasserleiter sowohl durch ein kluft- sowie ein matrixdominiertes Strömungsregime charakterisiert ist. Der überwiegende Anteil der Grundwasserneubildung infiltriert rasch durch das Kluftsystem. Dagegen bewirken die geringeren Matrixdurchlässigkeiten in der ungesättigten Zone, in Abhängigkeit vom Flurabstand, eine deutliche Verzögerung der Grundwasserneubildung von bis zu mehreren Jahren.

In the eastern Thuringian Basin, the low precipitation rate of 585 mm/y limits the groundwater resources in the sandstone aquifer system. The aim of this study was to develop a groundwater flow model for the region in order to forecast the impacts of different climate scenarios on the groundwater balance. Since recharge is of high relevance for the numerical model, a time series of groundwater levels were investigated to obtain the recharge input function. In the sandstone aquifer it could be shown that groundwater flow is characterised by flow in the fracture network as well as in the matrix. The largest fraction of recharge reaches the water table very quickly via the fracture network. However, both the thickness of the unsaturated zone and the low hydraulic conductivity of the sandstone matrix control the time lag of groundwater recharge. The time lag of the slow component to reach the water table is in the order of several years.