Modellierung – Science@Bleßberghöhle

Karstmodellierung Schalkauer Platte

Posted on 15. April 202125. April 2021 by Norbert in Projekt

Projektleitung

FU Berlin, Institut für Geologische Wissenschaften – Arbeitsgruppe Dynamik der Erde

Inhalt

Entwicklung eines KarstmodellsModell Ein Computermodell ist in der Regel eine Sammlung von vielen mathematischen Gleichungen, die verschiedene natürliche (physikalische, chemische, biologische) Vorgänge sehr gut mathematisch darstellen. Im Computer kann man das Modell mit verschiedenen Parameterwerten (z. B. verschiedene Häufigkeit von Klüften, verschiedene Temperatur) laufen lassen, wodurch man ein sehr gutes Verständnis der Zusammenhänge und Einflußfaktoren auf die zu untersuchenden Phänomene erhält. für den Bereich der Schalkauer Platte sowie den Tunnelbereich des Bleßbergtunnels. Tunnelbauten sind potentiell durch Wasserbewegung durch den Fels gefährdet. Besonders im stark durchlässigen Karst ist die Modellierung der Wasserwegsamkeiten zur Gefahrenbeurteilung von großer Bedeutung. Wie ändert sich das Verkarstungsverhalten durch große Bauwerke unter Tage? Wie ändert sich die Wasserbewegung durch Betoneinbau? Leidet möglicherweise die Grundwasserqualität? Welche Auswirkungen hat eine veränderte Wasserführung in der Bleßberghöhle (und in anderen Höhlen)? Diese und viele weitere Fragen sollen mit der Modellierung des Karstes angegangen werden.

Ergebnisse

Modellierung der Verkarstung

FU Berlin, Institut für Geologische Wissenschaften – Arbeitsgruppe Dynamik der Erde

Posted on 12. April 202110. Mai 2021 by Norbert in Gruppe

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Analyse und der Modellierung von geodynamischen Prozessen, die auf und in der Erde stattfinden, wie z. B. Entwicklung von Aquifersystemen (Verkarstung, Grundwasserfließen, …). Dafür werden im Wesentlichen Computersimulationen genutzt.

Zur Bleßberghöhle wurde ein ModellModell Ein Computermodell ist in der Regel eine Sammlung von vielen mathematischen Gleichungen, die verschiedene natürliche (physikalische, chemische, biologische) Vorgänge sehr gut mathematisch darstellen. Im Computer kann man das Modell mit verschiedenen Parameterwerten (z. B. verschiedene Häufigkeit von Klüften, verschiedene Temperatur) laufen lassen, wodurch man ein sehr gutes Verständnis der Zusammenhänge und Einflußfaktoren auf die zu untersuchenden Phänomene erhält. zur SimulationModell Ein Computermodell ist in der Regel eine Sammlung von vielen mathematischen Gleichungen, die verschiedene natürliche (physikalische, chemische, biologische) Vorgänge sehr gut mathematisch darstellen. Im Computer kann man das Modell mit verschiedenen Parameterwerten (z. B. verschiedene Häufigkeit von Klüften, verschiedene Temperatur) laufen lassen, wodurch man ein sehr gutes Verständnis der Zusammenhänge und Einflußfaktoren auf die zu untersuchenden Phänomene erhält. der Verkarstung entwickelt und angewendet.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Georg Kaufmann

Webseite

https://www.geo.fu-berlin.de/geol/fachrichtungen/geophy/index.html

Publikationen

Kaufmann, Georg; Romanov, Douchko

Modelling long-term and short-term evolution of karst in vicinity of tunnels Artikel

In: Journal of Hydrology, Bd. 581, S. 124282, 2020.

Abstract | Links | BibTeX

@article{Kaufmann2020,

title = {Modelling long-term and short-term evolution of karst in vicinity of tunnels},

author = {Georg Kaufmann and Douchko Romanov},

doi = {10.1016/j.jhydrol.2019.124282},

year  = {2020},

date = {2020-02-01},

journal = {Journal of Hydrology},

volume = {581},

pages = {124282},

abstract = {Tunnel construction offers unique insights into the interior structure of rock massifs. Soluble rocks encountered during tunnel construction, however, pose a substantial challenge. Especially classical karst rocks such as limestone, dolostone, gypsum, and anhydrite are unpredictable during tunnel excavation. The enlarged voids created by the long-term dissolution of the soluble rocks in contact with water pose risks because of possible uncontrollable water inflow and of instability of the encountered cave voids, which often requires expensive remediation measures. We model the long-term development of karst features and the evolution of phreatic and epi-phreatic caves below the Schalkau Plateau in the Triassic limestone with a numerical karst evolution model. With hydrological boundary conditions derived from local meteorological data and karst springs, and a simplified model of the local lithology, our model predicts the increase in secondary permeability in the karst aquifer. Enlarged fracture zones develop at locations, where cave systems have been explored. Thus our long-term evolution model can successfully predict karst features in the Schalkau Plateau. Applying the karst evolution model on a short-term period, we assess the effect of consolidation measures taken to stabilise the tunnel cross section in vicinity of the Bleßberg Cave and its longer-term stability. Our model results suggest that flow through the cave section beneath the tunnel, which has been filled with concrete and blocks, is blocked and that during flood events the impounded water will accelerate the development of by-passes around the artificial infill.},

keywords = {},

pubstate = {published},

tppubtype = {article}

}

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Kaufmann, Georg; Romanov, Douchko

Karst and trains: The challenge of railway tunneling Proceedings Article

In: Geophysical Research Abstracts, S. EGU2019-3554, 2019.

Abstract | Links | BibTeX

Modellierung der Verkarstung

Posted on 10. April 20213. Juni 2021 by Norbert in Ergebnisse

Marwan, Norbert

Bleßberghöhle – Schatzkammer für die Wissenschaft Vortrag

15.06.2022, (VdHK-Symposium: Wissenschaft unter Tage – Höhlenforschung im Dialog, Truckenthal (Germany)).

BibTeX

Kaufmann, Georg; Romanov, Douchko

Modelling long-term and short-term evolution of karst in vicinity of tunnels Artikel

In: Journal of Hydrology, Bd. 581, S. 124282, 2020.

Abstract | Links | BibTeX

@article{Kaufmann2020,

title = {Modelling long-term and short-term evolution of karst in vicinity of tunnels},

author = {Georg Kaufmann and Douchko Romanov},

doi = {10.1016/j.jhydrol.2019.124282},

year  = {2020},

date = {2020-02-01},

journal = {Journal of Hydrology},

volume = {581},

pages = {124282},

abstract = {Tunnel construction offers unique insights into the interior structure of rock massifs. Soluble rocks encountered during tunnel construction, however, pose a substantial challenge. Especially classical karst rocks such as limestone, dolostone, gypsum, and anhydrite are unpredictable during tunnel excavation. The enlarged voids created by the long-term dissolution of the soluble rocks in contact with water pose risks because of possible uncontrollable water inflow and of instability of the encountered cave voids, which often requires expensive remediation measures. We model the long-term development of karst features and the evolution of phreatic and epi-phreatic caves below the Schalkau Plateau in the Triassic limestone with a numerical karst evolution model. With hydrological boundary conditions derived from local meteorological data and karst springs, and a simplified model of the local lithology, our model predicts the increase in secondary permeability in the karst aquifer. Enlarged fracture zones develop at locations, where cave systems have been explored. Thus our long-term evolution model can successfully predict karst features in the Schalkau Plateau. Applying the karst evolution model on a short-term period, we assess the effect of consolidation measures taken to stabilise the tunnel cross section in vicinity of the Bleßberg Cave and its longer-term stability. Our model results suggest that flow through the cave section beneath the tunnel, which has been filled with concrete and blocks, is blocked and that during flood events the impounded water will accelerate the development of by-passes around the artificial infill.},

keywords = {},

pubstate = {published},

tppubtype = {article}

}

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Kaufmann, Georg; Romanov, Douchko

Karst and trains: The challenge of railway tunneling Proceedings Article

In: Geophysical Research Abstracts, S. EGU2019-3554, 2019.

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Die Stärke und Geschwindigkeit der Verkarstung hängt von verschiedenen Parametern ab, wie vom Wasserhaushalt oder den vorhandenen Gesteinen. Mit einem VerkarstungsmodellModell Ein Computermodell ist in der Regel eine Sammlung von vielen mathematischen Gleichungen, die verschiedene natürliche (physikalische, chemische, biologische) Vorgänge sehr gut mathematisch darstellen. Im Computer kann man das Modell mit verschiedenen Parameterwerten (z. B. verschiedene Häufigkeit von Klüften, verschiedene Temperatur) laufen lassen, wodurch man ein sehr gutes Verständnis der Zusammenhänge und Einflußfaktoren auf die zu untersuchenden Phänomene erhält. wurde nun modelliert, wie sich im Bereich der Schalkauer Platte die Verkarstung entwickelt hatte und wie sie sich in Zukunft entwickeln wird.

Das ModellModell Ein Computermodell ist in der Regel eine Sammlung von vielen mathematischen Gleichungen, die verschiedene natürliche (physikalische, chemische, biologische) Vorgänge sehr gut mathematisch darstellen. Im Computer kann man das Modell mit verschiedenen Parameterwerten (z. B. verschiedene Häufigkeit von Klüften, verschiedene Temperatur) laufen lassen, wodurch man ein sehr gutes Verständnis der Zusammenhänge und Einflußfaktoren auf die zu untersuchenden Phänomene erhält. zeigt regionale Unterschiede im Verkarstungspotential. Vor allem in den Bereichen, in denen das Modell verstärkte Verkarstung berechnet hat, gibt es mehr Höhlen, u. a. die Bleßberghöhle. Die Modellierung der künftigen Entwicklung vor allem im Bereich des beim Tunnelbau verblockten Höhlenteils unter dem Tunnel ergab eine substantielle Verstärkung der Verkarstung in diesem Bereich, d. h. eine schnellere Aufweitung von Klüften und Spalten (im Zeitrahmen von 100 bis 200 Jahren).