http://hdl.handle.net/10900/53320 2026-07-04T01:31:12Z http://hdl.handle.net/10900/49438 Atmogenic pollutants as reactive tracers for identification and quantification of important transport processes in a karst area at the catchment scale; ; Diffuse Schadstoffe als reaktive Tracer zur Identifikation und Quantifizierung der im Einzugsgebietsmaßstab relevanten Transportprozesse am Beispiel von Karstquellen Schwarz, Kerstin Die Zielsetzung dieser Arbeit war es herauszuarbeiten, welche Prozesse langfristig für den Verbleib persistenter organischer Verbindungen im Boden und für deren Transport ins Grundwasser im Feldmaßstab relevant sind. Dazu wurden Vertreter aus der Gruppe der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) ausgewählt, die in verhältnismäßig hohen Raten und flächenhaft durch die atmosphärische Deposition in Oberböden eingetragen werden und den verschiedensten Prozessen im Untergrund (Ad-/Desorption, Bioabbau, partikelgetragener Transport, "preferential flow", etc.) unterliegen. Die PAK stellen damit reaktive und im Einzugsgebietsmaßstab räumlich integrierende Tracer dar, die es erlauben, die transportrelevanten Prozesse zu identifizieren und zu quantifizieren. Ein geeignetes Karsteinzugsgebiet (Schwäbische Alb, Blautopf) wurde ausgewählt, in dem eine zuverlässige Eintrags- und Austragsmassenbilanz erstellt werden kann und welches zusätzlich erlaubt, Fragen zur Verletzlichkeit und Gefährdung von Karstgrundwässern zu beantworten. Der Eintrag in das Einzugsgebiet erfolgt über die atmosphärische Deposition, die eine sehr konstante Rate über das gesamte Einzugsgebiet aufweist. Es lassen sich jahreszeitlich bedingte Schwankungen nachweisen, mit höheren Werten im Winterhalbjahr. Böden beinhalten das größte Schadstoffinventar und stellen somit einen wichtigen Faktor dar, um die Speicherung und den Transport von PAK zu quantifizieren. Über das Verteilungsmuster kann ausgesagt werden, dass der Eintrag nahezu ausschließlich über die atmosphärische Deposition erfolgt. Im Sickerwasser, das direkt in den Höhlen, sozusagen in-situ, beprobt wird, werden unter "normalen" Fließbedingungen nur sehr niedrige oder gar keine PAK-Konzentrationen gemessen. Diese geringe Mobilisierung konnte im Elutionsversuch im Labor bestätig werden. Bei Schneeschmelzen steigen die Konzentrationen sprunghaft an und übersteigen zum Teil den Grenzwert für Benz(a)pyren (BaP). Diese Ergebnisse lassen sich in den Untersuchungen im Grundwasser wieder finden. Im Blautopf korreliert die zunehmende PAK-Konzentration mit der zunehmenden Schüttung und der Turbidität. Die Korrelation zeigt, dass der Haupt¬transpor¬tmechanismus von PAK mit Partikeln verbunden ist. Es konnte nicht gezeigt werden, ob die Partikel direkt von der Oberfläche kommen oder resuspendiert werden. Um die niedrigen Konzentrationen im Wasser messen zu können, wurde ein zeitintegrierendes Messsystem entwickelt. Dieses bewährt sich für die Bestimmung von Hintergrundwerten, kann aber einzelne Ereignisse (z.B. Schneeschmelze), nicht auftrennen und somit muss hierfür die konventionelle Wasserprobennahme eingesetzt werden. Die Eintrags-/Austragsmassenbilanz zeigt, dass 90 % der PAK im System verbleiben. Davon werden mehr als 50 % mit Ereignissen ausgetragen. Die PAK reichern sich in den Oberböden an und werden nicht mit dem Grundwasser aus dem Karstsystem ausgetragen. Um die Vorgänge im Untergrund besser verstehen zu können, wurden zusätzlich stabile Isotopen im Wasser untersucht. Das sich jahreszeitlich verändernde isotopische Signal des Niederschlages konnte weder im Sicker- noch im Grundwasser nachgewiesen werden. Dies zeigt eine vollständige Durchmischung und Speicherung des Sickerwassers in der vadosen Zone an.; The aim of this work was to find out which processes are relevant for the fate and transport of persistent organic pollutants POPs in field scale. Therefore, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were chosen, because they are ubiquitous and have a lateral high input rate via atmospheric deposition. They undergo different processes as ad/-desorption, biodegradation, particle-associated transport and preferential flow. Thus, PAHs are reactive and space integrating tracers, which allow identifying and quantifying transport processes. A suitable karst system (Blautopf Catchment) was chosen, for which a reliable input/output mass balance can be established. Additionally, it is possible to answer questions considering the vulnerability of (karst) groundwater. The input into the catchment happens via atmospheric deposition, which shows a stable deposition rate over the whole catchment. Seasonal fluctuations can be detected with higher values during winter. Soils have the largest storage capacity for contaminants. Thus, they are a main factor to quantify the storage and transport processes of PAHs. The distribution patterns show that the atmospheric deposition is responsible for the input. In the seepage water, which is directly sampled in the caves, there are only low or even no concentrations of PAHs during "normal" flow conditions. This low mobilisation could be verified in the laboratory with leaching tests. During snowmelts the concentrations jumped up and exceeded the limit for benz(a)pyrene BaP in drinking water. These results can also be found in the groundwater. In the Blautopf Spring the increasing concentrations of PAHs correlated with the increasing discharge and the turbidity. This correlation shows that the main transport process is linked with particles. It could not be identified if the particles are from the surface or if they have been resuspended in the system. A time integrating sampler was developed to measure the low concentrations of PAHs in the water. This sampling device is proved for background concentrations. However, it is still necessary to use the conventional water sampling for high flow events, as snowmelts or heavy rain events. The input/output mass balance shows that 90 % of the PAHs remain in the system. Of these more than 50 % can be associated with high flow events. PAHs accumulate in the top soils and do not get transported out of the karst system. To understand the processes in the subsurface stable isotopes were investigated. However, the changing isotope signal of the precipitation could not be detected in the seepage and groundwater. This shows a complete mixing and storage of the seepage water in the vadose zone. 2010-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10900/49171 Aging of NAPLs interfaces in porous media and their effects on mass transfer of organic contaminants; Alterungsprozesse von NAPL-Oberflächen in porösen Medien und ihr Einfluß auf den Massentransfer von organischen Schadstoffen Lihua Liu Groundwater and soil contaminated by organic compounds is a world wide environmental problem. Coal tar, crude oil and other complex multicomponent mixtures introduced into the subsurface by accident, uncontrolled discharging and unsuitable treatment of the products and byproducts, were persistent and act as continuous sources of contaminants. These complex mixtures are liquid, immiscible with water and known as non-aqueous phase liquids (NAPLs). The compounds inside the bulk NAPLs phase may move into gas, water and solid phase in the subsurface environment. This transferring process includes evaporation, volatilization, dissolution, diffusion, sorption and chemical and biochemical reaction. The NAPLs interfacial phase may be subject to a visible phase change during this process, that is the bulk liquid phase may change to a viscous or solid phase. This process of phase change is referred to as “aging”, and the newly formed visible interfacial phase is named as “aged film” or “skin film”. This aging process may change the mechanical, physical and chemical properties of the interfacial phase. Subsequently, affect the mass transfer, spreading, recovery and bioavailablity of NAPL and solutes in NAPL. The aging phenomenon of NAPLs was studied in this work by pendant drop test and batch experiment, and the compositions of fresh and aged NAPLs were analyzed by GC-MS. All of the NAPLs tested in the lab showed visible aged films within shorter or longer time periods. The compositions of fresh and aged coal tars were dramatically different, especially for BTEX, polar compounds and light molecular weight PAHs, which were much lower in the aged coal tars than fresh ones. The effects of environmental conditions on aging process were investigated using batch and continuously flow through experiments. The results indicated that, (i) depletion of water soluble compounds is important to the aging process of crude oil, (ii) evaporation and volatilization contribute more to the aging of coal tar, (iii) oxidation by H2O2 or O2 is not a decisive condition in the aging process of coal tar, and (iv) pH of the solution is key to the leaching properties of certain compounds, however, it has no detectable effect on the formation of interfacial film. The mass transfer of organic compounds from NAPLs to other phases determines the extent of contamination and persistence of the residual phase. Therefore, the understanding of this process is important for the risk assessment and remediation effectiveness to the sites contaminated by NAPLs. This process is known involving multiple processes and no single process alone is responsible for it. A lumped parameter – mass transfer coefficient (k, cm/s) was therefore introduced to describe the combined processes. The mass transfer process can be described by different model depending on the boundary conditions, and k can be obtained as a fitting datum. The batch model was used to describe the experimental data of simple model NAPLs and aged coal tar-water systems. The simulated concentration profiles matched well the experimental data, and k values were obtained for individual compounds and compared well with published experimental data. Remarkably, the k of most compounds are about two orders of magnitude lower in aged coal tars than those in model and fresh NAPLs, which indicated the resistance of mass transfer increased with aging process of NAPLs. However, the batch model used here can only describe the kinetic mass transfer process for batch system. A model that could simulate dynamic mass transfer process is needed, especially for the mass transfer process accompanied by aging of NAPLs. Therefore, a small-scale experiment was performed, which was conducted by a continuously stirring flow through reaction system (CSFTRS). A continuously flow model coupling mass transfer through interface and advective flow was used to analyze the experimental data. The analytical solution of this flow model can be used to simulate the mass transfer process in simple model NAPL-water system. A numerical model considering the general form of Raoults´s law was established to simulate the complex NAPL-water system. The simulated concentration profiles agreed with the experimental results. The functions of activity coefficient to mole fraction and k were also obtained from this numerical model. All of these data matched with the published in the literatures. The physicochemical parameters obtained from NAPL-water systems enhanced our understanding of the properties of the interfacial phase, especially when it underwent aging process. Further experiment should be performed with real NAPL-water system by CSFTRS, and the numerical model could be modified by more experimental data. Thus, an improved understanding of dynamic mass transfer process along with NAPLs aging process may be obtained.; Grundwasser- und Bodenverunreinigungen durch organische Schadstoffe stellen weltweit ein Problem für die Umwelt dar. Steinkohlenteer, Rohöl und andere komplexe Schadstoffmischungen, die durch Unfälle, unkontrollierte Entsorgung und den unsachgemäßen Umgang mit diesen Stoffen in den Untergrund gelangen, bilden persistente und langanhaltende Schadstoffquellen. Diese komplexen Mischungen sind flüssig, mit Wasser nicht mischbar und daher als nichtwässrige flüssige Schadstoffphasen (NAPLs) bekannt. Die einzelnen Schadstoffverbindungen können aus dem NAPL-Phasenkörper in die ungesättigte und die gesättigte Bodenzone austreten. Dieser Übergang beinhaltet Evaporations-, Verflüchtigungs-, Lösungs-, Diffusions-, und Sorptionsprozesse sowie chemische und biochemische Reaktionen. Die Grenzfläche zwischen NAPL-Phase und Luft, bzw. Wasser kann dabei einer sichtbaren Veränderung unterliegen, die sich in einem viskosen bzw. festen Film auf der Oberfläche der Flüssigkeit äußert. Diese Veränderung wird auch als “Alterungsprozess” bezeichnet und die neu gebildete Oberfläche ist als “Alterungsfilm oder –haut” bekannt. Der Alterungsprozess der NAPLs wurde mithilfe eines “Tropfentests” und in Batchreaktoren untersucht und die Zusammensetzung der frischen, sowie der gealterten NAPL-Phase mittels GC-MS-Analyse bestimmt. Alle der im Labor untersuchten NAPL-Phasen bildeten früher oder später diesen sichtbaren Alterungsfilm an der Oberfläche. Die Zusammensetzung der frischen und der gealterten Steinkohlenteere zeigte große Unterschiede, vor allem für BTEX, polare Verbindungen und PAKs mit geringen Molekulargewichten, die im gealterten Produkt weitaus niedriger waren als im frischen Steinkohlenteer. Der Einfluss von verschiedenen Umweltbedingungen auf diesen Alterungsprozess wurde mithilfe von Batch- und Durchflussreaktoren untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass (i) die Abnahme von wasserlöslichen Verbindungen einen wichtigen Effekt auf den Alterungsprozess von Rohölen hat, (ii) Evaporation und Verflüchtigung bei der Alterung von Steinkohlenteer eine größere Rolle spielen, (iii) Oxidationsprozesse dagegen kaum einen Einfluss auf den Alterungsvorgang von Steinkohlenteer haben und (iv) der pH-Wert der Lösung zwar entscheidend für die Auslaugungseigenschaften der einzelnen Verbindungen ist, aber keinen nachweisbaren Einfluss auf die Bildung des Grenzflächenfilms hat. Der Massentransfer organischer Verbindungen aus der NAPL-Phase in andere Phasen bestimmt den Verbleib der Schadstoffe und die Persistenz der Schadstoffquelle. Daher ist das Verständnis dieser Prozesse wichtig bei der Risikoabschätzung und dem Sanierungserfolg kontaminierter Standorte. Nicht nur ein einzelner Prozess ist dafür verantwortlich, sondern viele unterschiedliche Prozesse finden gleichzeitig statt. Um das Gesamtsystem zu beschreiben, wurde ein Summenparameter, der Massentransferkoeffizient (k, cm/s) eingeführt. Der Massentransferprozess kann abhängig von den Rahmenbedingungen durch unterschiedliche Modelle beschrieben werden und k kann dabei als Fittingparameter ermittelt werden. Der Batchversuch wurde als Modell benutzt, um Lösungsprofile einfacher Modell-NAPLs und gealterter Steinkohlenteer-Wasser-Systeme zu beschreiben. Die simulierten Konzentrationsprofile stimmen dabei sehr gut mit den experimentellen Daten überein, und die Werte für k, die dabei ermittelt wurden, sind gut mit bereits veröffentlichten Daten vergleichbar. Zudem zeigte sich, dass die Massentransferkoeffizienten der meisten Verbindungen um etwa zwei Größenordnungen niedriger in den gealterten Steinkohlenteeren als in den Modell- und frischen NAPLs waren, was einen Hinweis auf die Resistenz des Massentransfers mit zunehmendem Alterungsprozess der NAPLs liefert. Allerdings kann das Batchmodell lediglich den kinetischen Stoffübergang innerhalb von Batchsystemen beschreiben. Notwendig ist ein Modell, das den dynamischen Massentransferprozess simulieren kann, vor allem beim Alterungsprozess von NAPL-Phasen. Dazu wurde ein Experiment durchgeführt, das im kleinen Maßstab Umweltprozesse simuliert, ein sog. ständig bewegtes Durchflussreaktor-System (CSFTRS). Ein kontinuierliches Strömungsmodell, das den Massentransfer durch die Oberfläche und den advektiven Transport verbindet, wurde benutzt. Die analytische Lösung dieses Modells kann dazu eingesetzt werden, den Massentransfer in einfachen Modell-NAPL-Wasser-Systemen zu simulieren. Das numerische Modell, das die Aktivitätskoeffizienten und das Raoultsche Gesetz beachtet, kann die Prozesse in komplexen NAPL-Wasser-Systemen abbilden. Der Aktivitätskoeffizient und Stoffmengenanteil sowie k konnten auch mithilfe des numerischen Modells erhalten werden. Sinnvoll wäre es, zusätzliche CSFTRS-Experimente mit reellen NAPL-Wasser-Systemen durchzuführen und das numerische Modell mithilfe weiterer experimenteller Daten zusätzlich zu validieren und zu optimieren. Der dynamische Massentransfer, der mit dem Alterungsprozess von NAPL-Phasen verbunden ist, könnte mithilfe dieses Modells beschrieben werden. 2008-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10900/49131 Practical approaches to modelling natural attenuation processes at LNAPL contaminated sites; Praktische Ansätze zur Modellierung natürlicher Abbauprozesse an LNAPL-kontaminierten Standorten Miles, Benedict Contamination of the subsurface by LNAPLs (Light Non-Aqueous Phase Liquids), particularly fuel hydrocarbons, is a widespread problem threatening groundwater quality at affected sites. Monitored natural attenuation (MNA) is increasingly used in site management strategies in such cases as an alternative to, or in conjunction with conventional remediation measures. For the implementation of MNA at a contaminated site, contaminant emission, transport and degradation processes need to be understood and quantified and a prognosis made for the likely future development of the contamination, especially with regard to the spatial and temporal stationarity of the contaminant plume. In this respect, mathematical models describing the relevant physical processes have come to play a central role in the investigation of contaminated sites. For the field-scale simulation of MNA-relevant processes, existing model codes offer manifold possibilities in terms of model complexity and process representation. The choice of modelling approach is site- and problem-specific, taking into consideration the site data available and the questions to be addressed (i.e. the processes of interest); there is no “one-size-fits-all” solution. Three kerosene contaminated sites, which are broadly similar in terms of geology and contamination history, but differ in terms of scale, the quantity and distribution of kerosene in the subsurface and the data available from site investigations, are presented as case studies demonstrating different innovative modelling approaches for investigating MNA-relevant processes. The modelling approaches in each case consider different processes to address different questions of relevance for the implementation of MNA. The three cases studies serve to highlight some important points for consideration in modelling LNAPL contaminated sites, as well as demonstrating how the modelling approach used can influence the model outcome. It is shown that in terms of the source zone geometry only the lateral extent is of significance for contaminant emission; the vertical extent and the NAPL distribution, as well as the source mass are of little relevance for contaminant emission. More important are hydrogeological and hydrological conditions, particularly groundwater flow velocity and recharge rates. Groundwater recharge is shown to be one of the most important parameters to consider for large area LNAPL contaminations. On the one hand it plays a significant role in contaminant emission, while on the other hand as a source of electron acceptors it can be a key determining factor for contaminant degradation. Comparing the case studies it can be seen how the processes considered in the modelling approach can affect the model outcome; where a simple first-order kinetic representation of biodegradation results in a steady state contaminant distribution, a more complex approach considering aqueous and solid phase electron acceptors can result in a transient situation.; Die Verunreinigung des Untergrunds durch LNAPLs (Light Non-Aqueous Phase Liquids), insbesondere Kohlenwasserstoff-Kraftstoffe, ist ein weit verbreitetes Problem, das eine Bedrohung für die Grundwasserqualität an betroffenen Standorten darstellt. Die Überwachung natürlicher Schadstoffminderung (Monitored Natural Attenuation - MNA) wird in solchen Fällen zunehmend bei den Altlastenbearbeitungsstrategien verwendet – als Alternative zu oder in Verbindung mit herkömmlichen Sanierungsmaßnahmen. Für die Implementierung von MNA an einem verunreinigten Standort müssen Schadstoffemissionen, Transport und Abbauprozesse verstanden und quantitativ bestimmt werden, damit eine Prognose über die wahrscheinliche zukünftige Entwicklung der Verschmutzungssituation, besonders hinsichtlich der räumlichen und zeitlichen Stationarität der Schadstofffahne, erstellt werden kann. Mathematische Modelle, welche die relevanten physikalischen Prozesse beschreiben, spielen dabei mittlerweile eine zentrale Rolle. Für die Simulation der MNA-relevanten Prozesse im Feldmaßstab bieten vorhandene Modellcodes vielfältige Möglichkeiten hinsichtlich der Erfassung der Komplexität und der Prozessdarstellung. Die Wahl des Modellverfahrens ist standort- und problemspezifisch und erfolgt auf der Basis vorhandener Standortdaten und der zu untersuchenden Fragestellung (d.h. des zu untersuchenden physikalischen Prozesses). Dabei gibt es keine einheitliche Lösung, die auf alle Fälle anwendbar ist. Drei mit Kerosin verschmutzte Standorte, die von geologischen Gegebenheiten und Schadensfall her ähnlich sind, die sich jedoch hinsichtlich Größenordnung, Menge und Verteilung des Kerosins im Untergrund sowie der erhobenen Daten aus Standortuntersuchungen unterscheiden, werden als Fallstudien vorgelegt. Diese stellen unterschiedliche innovative Modellverfahren zur Untersuchung MNA-relevanter Prozesse dar. Die in den jeweiligen Verfahren betrachteten unterschiedlichen Prozesse verfolgen unterschiedliche Fragestellungen, die relevant sind für die Implementierung von MNA. Die drei Fallstudien dienen dazu, wichtige Gesichtspunkte hervorzuheben, die bei der Modellierung von LNAPL Standorten zu betrachten sind. Sie erlauben auch Aussagen darüber zu treffen, inwieweit das verwendete Modellverfahren das Endergebnis beeinflussen kann. Es wird gezeigt, dass bezüglich der Schadensherdgeometrie nur die laterale Ausdehnung für die Schadstoffemission von Bedeutung ist; die vertikale Ausdehnung und die Verteilung der NAPL Sättigungen sowie die gesamte Schadstoffmasse sind hingegen weniger relevant. Wichtiger sind hydrogeologische- und hydrologische Gegebenheiten, insbesondere die Grundwasserfließgeschwindigkeit und –neubildungsrate. Es stellt sich heraus, dass vor allem die Grundwasserneubildung einen der wichtigsten Parameter bei der Betrachtung großflächiger LNAPL Schadensfälle darstellt. Die Grundwasserneubildung spielt einerseits eine bedeutende Rolle bei der Schadstoffemission. Sie kann aber anderseits auch als Quelle für Elektronenakzeptoren ein Schlüsselfaktor für den Schadstoffabbau sein. Anhand der vergleichenden Fallstudien kann gezeigt werden, wie die Prozesse, die bei der Modellierung betrachtet werden, das Ergebnis beeinflussen können: Dort wo eine einfache 1.Ordnung Kinetik des Bioabbaus zu einer stationären Schadstofffahne führt, kann ein komplexeres Verfahren, welches sowohl wässrige als auch mineralische Elektronenakzeptoren betrachtet, zu einer instationären Schadstofffahne führen. 2007-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10900/48922 Integrating GIS methods for the analysis of GeoSystems; Integration von GIS Methoden zur GeoSystem Analyse Chen, Cui Modelling of hydrosystems is of increasing demand in fields of water and environmental research and basically includes modelling of surface water and groundwater flow. Due to the limitation of available data and the complexity of geo-systems themselves in most modelling tasks, Geographical Information System (GIS) is taken as a useful tool due to the ability to store diverse kinds of hydrogeological information in a common understandable structure combined with its capabilities. The GIS data are served as the input parameters for the numerical modelling. Modern GIS , not yet based on a real 3D spatial representation, focus on 2 and 2.5 dimensions to represent surface and groundwater system. The construction of 3D model is challenging and of vital importance in order to accurately simulate hydrodynamic flow. This work presents the integration implementation of GIS methods within the numerical modelling software GeoSys/Rockflow (Kolditz et al. 2004) and demonstrates how GIS technology and its integration make the geometric construction of 2D and 3D hydrosystem models easier. The 3D structural model was built based on the implemented integration techniques using existing GIS data. The GIS project contains hydrogeological boundaries extracted from geological maps, Digital Elevation Model (DEM), raster maps for the aquifer layers, fault system, river network, lithology (cross section), boreholes, and springs. The data are kept in a GIS project and converted into geometric components of the modeling system : GEOLib, and then can be used as boundary conditions, initial conditions, source sink terms, material groups and model domain. Fundamental geometric objects are points, polylines, surfaces, volumes and domains. In addition, the concept of advanced layer models, such as layer polylines, layer surfaces with Triangulated Irregular Network (TIN), layer volumes are implemented in the finite element program, which are the methodology for the construction of a 3D structural model. In order to accomplish these aims described above, the following contributions were achieved: To design and implement the geometric objects library (GEOLib) within GeoSys/RockFlow; to create the interface between GIS data and GeoSys/RockFlow; to extend the existing Graphical User Interface (GUI) of GeoSys/RockFlow for the features mentioned. As a result, the GIS integrated concept was demonstrated in several case studies in Middle East, Europe, and in local area Tübingen, which was also used as an education example for the students.; Die Nachfrage nach Simulationen nimmt in der Hydrologie und Umweltforschung zu. Diese Simulationen beinhalten die Abbildung von Oberflächen- und Grundwasserströmungen. Daten über die betrachteten Systeme stehen nur in beschränktem Umfang zur Verfügung. Außerdem weisen die Systeme eine hohe Komplexität auf. Verschiedene hydrogeologische Daten können in GIS verwaltet und dargestellt werden und werden daher als nützliches Modellierwerkzeug herangezogen. Die Daten aus einem GIS Projekt dienen dann als Eingabeparameter zur numerischen Simulation. Das heutige GIS kann Strukturen noch nicht in ihrer eigentlichen 3-dimensionalen Gestalt bearbeiten. Stattdessen stellt es die Geometrie von Oberflächen und Grundwassersystemen in 2 und 2,5 Dimensionen dar. Die Generierung 3-dimensionaler Modelle ist jedoch erforderlich, um hinreichend genaue Ergebnisse bei der Modellierung von Hydrosystemen zu erhalten. Die vorliegende Arbeit behandelt die Einbindung des GIS in das numerische Softwarepaket GeoSys/Rockflow (Kolditz et al. 2004). Gezeigt wird auch, inwiefern somit die Erstellung 2- und 3-dimensionaler numerischer hydrologischer Modelle vereinfacht wird. Ein 3-dimensionales Modell wurde exemplarisch mithilfe einese GIS-Datensatzes erstellt. Der Datensatz beinhaltet hydrogeologische Ränder, digitale Höhenmodelle (DEM), Rasterkarten, Kluftsysteme, Flussnetze, Lithologien (Querschnitte), Bohrlöcher und Quellen. Diese GIS-Daten werden als geometrische Objekte in der geometrischen Programmbibliothek GEOLib gespeichert. Fundamentale geometrische Objekte sind dabei Punkte, Polylinien, Oberflächen, Volumen und Gebiete. Diese Objekte werden zur Definition der Modellgeometrie, Anfangs- und Randbedingungen, Quelltermen verwendet. Darüber hinaus wird ein Konzept für Schichtenmodellierung aus Schicht-Polylinien, Schicht-Oberflächen (TINs) und Schicht-Volumen ins Finite Elemente Programm implementiert. Um die genannten Ziele zu erreichen, wurde die geometrische Bibliothek GEOLib entwickelt und wurde das bestehende Graphical User Interface (GUI) erweitert und verbessert. Die Neuerungen wurden anhand einiger Fallbeispiele entwickelt und getestet. Diese Fallstudien betrachten Gebiete im Mittleren Osten, Europa und dem Tübinger Umland. Letztere wurden auch zur Lehre herangezogen. 2006-01-01T00:00:00Z