Kopplung eines hydrodynamischen Strömunsgmodells und eines Grundwassermodells

Summary: Numerical models are at present widely used for the simulation of water flow in rivers and aquifers. In most cases, interaction takes place between the two subsystems. This requires a coupling of the two models in order to include feedback mechanisms. Here, the 2D hydrodynamic flow model 2dMb for the river system, developed at ETH Zurich, and the 2D groundwater model MODFLOW-2000 are coupled. The 2D approach for the surface water is adopted to account for the morphological structure of braided river systems. In floodplains of alpine river systems steep slopes, a wide range of occurring streamflow rates and drying and wetting areas are special constraints for the capability of the river flow model. The proposed coupling strategy consists of the comparison of the heads both in the surface and ground water in a distributed way and in the calculation of the mass exchange fluxes between the two subsystems in each simulation time step. These variables are then treated as new boundary conditions for the two models for the following time step. This modeling system provides a space-time variable description of hydrological and hydraulic variables of ecological relevance. key words: model coupling, groundwater – river interaction, 2dMb, MODFLOW Kurzfassung: Numerische Modelle fur die Stromungsberechnung in Flussen und Aquiferen sind heutzutage in grosem Mase im Einsatz. Oft besteht ein intensiver Austausch zwischen Flus und Grundwasser mit Ruckkopplungseffekten, was eine modell-technische Kopplung dieser beiden Modelle erforderlich macht. Ein morpholo-gisch weitgehend naturliches verzweigtes Flussystem in einem alpinen Tal macht eine 2D-Stomungsmodellierung fur das Oberflachengewasser notwendig, wobei hier das an der ETH Zurich entwickelte Modell 2dMb zur Anwendung kommt. Mit MODFLOW-2000 werden die Grundwasserstrome modelliert. Ausgehend von den Piezometerhohen in Flus und Grundwasser werden fur jeden Simulationszeitschritt die Austauschraten in jeder einzelnen Zelle berechnet und als Randbedingung fur den nachsten Zeitschritt in beide Modelle eingegeben. Die Modellergebnisse erlauben eine Beurteilung uber die zeitliche und raumliche Variabilitat von hydrologischen und hydraulischen Grosen, wie sie fur okologische Fragestellungen von Bedeutung sind. Stichworte: Modellkopplung, Infiltration, Exfiltration, 2dMb, MODFLOW