Original paper

Hydrologische Modellvorstellung für ein kleines Einzugsgebiet (Lange Bramke, Oberharz) unter Verwendung von Umweltisotopen

[Hydrological Model of a Small Basin by Using Environmental Isotopes]

Herrmann, Andreas; Maloszewski, Piotr; Koll, Jürgen; Stichler, Willi

Kurzfassung

Für das kleine hydrologische Untersuchungsgebiet Lange Bramke/Oberharz wird unter Verwendung der Umweltisotope Tritium und Sauerstoff-18 als Tracer eine Modellwasserbilanz entwickelt. Grundlage bildet ein vereinfachtes hydrologisches Einzugsgebietsmodell, in dem mit dem Porengrund-(PS) und dem Boden- mit Kluftgrundwasserspeicher (BS + KS) zwei unterirdische Subreservoire und die relevanten Wasserflüsse ausgewiesen sind. Neben isotopischen Input- und Outputfunktionen des Gebietes sind solche von PS durch Meßwerte belegt, aus dem die indirekte Abflußkomponente gespeist wird. Alle Wasserflüsse können durch modellhafte Verknüpfung der hydrologischen Daten mit den Informationen der Traceranalysen bestimmt werden. So macht z. B. der Direktabfluß nur knapp 10% des Gesamtabflusses aus, die Infiltrationsrate 690 mm/a bei rd. 1300 mm Jahresniederschlag. Als wichtige hydraulische Zielgröße gestattet die mittlere Verweilzeit des Wassers (to), die durch Anwendung von mathematischen Fließmodellen auf die Tracerfunktionen gefunden wird, bei bekannten Wasserflüssen die gesuchten Speichervolumina der Subreservoire abzuschätzen. to beläuft sich für (BS + KS) auf 2.33 a, für PS auf 4 Monate.

Abstract

A model water balance is being developed for the small research basin of Lange Bramke/Upper Harz Mts. by using the environmental isotopes tritium and oxygen-18 as tracers and a simplified hydrological catchment model as the basis. In this model, apart from the relevant water fluxes two separate subsurface subreservoirs are discriminated: the pore water (PS) and the soilwater plus fissured rock groundwater (BS + KS) stores. Experimental isotopic input and output functions are known for the whole basin and for PS which supplies the indirect runoff component. All water fluxes are being determined from model combinations of the hydrological data and informations from tracer analyses. For instance, the direct runoff proportion is only less than 10% of total runoff, and the annual infiltration rate 690 mm considering 1300 mm of annual precipitation. The turnover time of water (to), which is an important hydraulic parameter and found by applying mathematical flow models to the tracer functions, allows together with the water fluxes to calculate the wanted storage volumes of the subreservoirs. to is for (BS + KS) 2.33 a, and for PS 4 months.

Keywords

Physical modelmathematic modeldrainage basinpore waterfissured rockground waterhydrometrytracer analysestritiumdeuteriumO18ground water balance Harz Mountains (Lange Bramke)Lower Saxony TK 25: Nr. 4128