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Mit der Forschung in der Professur Hydrogeologie setzen wir uns zum Ziel, das konzeptionelle und quantitative Verständnis der Wechselwirkungen zwischen dem Grundwasser, Oberflächengewässern und grundwasserabhängiger Ökosystemen zu verbessern. Dabei bauen wir auf zwei grundsätzliche Pfeiler der hydrogeologischen Forschung: (a) auf diverse Messungen und Beobachtungen hydrologischer und biogeochemischer Flüsse und Prozesse und (b) auf integrierte hydrologische Simulationen mittels physikalisch-basierter und voll-gekoppelter, numerischer Grundwasser-Oberflächengewässer Fliess- und Transportmodellen. Einerseits ist die Integration von Beobachtungen und Messungen, die verschiedene räumliche und zeitliche Skalen abdecken, notwendig, um die überaus dynamischen und komplexen hydrologischen und biogeochemischen Prozesse im Untergrund, an der Oberfläche, in der Atmosphäre und in der Biosphäre zu charakterisieren. Andererseits sind numerische Modelle, die alle relevanten hydrologischen Flüsse und Prozesse sowohl an der Oberfläche als auch im Untergrund auf physikalisch basierte Weise simulieren können, notwendig, um das aktuelle und zukünftige Verhalten hydrogeologischer Systeme zu quantifizieren und vorherzusagen. Um die Fortschritte in beiden Pfeilern unserer Forschung bei der Weiterentwicklung unseres Verständnisses von hydrologischen und biogeochemischen Prozessen in Oberflächenwasser-Grundwassersystemen voll auszuschöpfen, integrieren wir beide Pfeiler über modernste Kalibrierungs- und Datenassimilationsalgorithmen.
Wir konzentrieren uns derzeit auf die Entwicklung und Anwendung neuartiger hydrologischer Tracer-Methoden und darauf, die Simulation von Oberflächenwasser-Grundwassersystemen mit integrierten hydrologischen Modellen durch Kalibrierung gegen Tracer-Daten voranzutreiben. Tracer-Methoden, die wir derzeit entwickeln und einsetzen, umfassen feldbasierte und kontinuierliche Messungen gelöster Gase (z.B. Edelgase, N2, O2, CO2 und CH4 gemessen mit einem GE-MIMS), mikrobieller Informationen (z.B. Umwelt DNA oder totale Zellzahlen und das Verhältnis von LNA- zu HNA-Bakterien ermittelt via online Durchflusszytometrie) sowie natürlich vorhandener radioaktiver Tracer (z.B. 222Rn, 37Ar, 3H und 3H/3He). Der Einsatz feldbasierter Online-Messsysteme erlaubt es uns dabei einerseits, Messdaten quasi in Echtzeit zu sammeln und auszuwerten, und andererseits unsere Modelle via Datenassimilierung kontinuierlich in geeichtem Zustand zu halten.
Wir setzen unsere Methoden ein, um hydrogeologische und ökohydrologische Prozesse in unterschiedlichsten Umgebungen besser zu verstehen, darunter in alpinen Flusstälern, entlang ephemerer Flusssysteme in ariden Regionen, in den borealen Einzugsgebieten von Europa und Nordamerika, sowie auf den vulkanischen Inseln Japans.Besonderes Augenmerk gilt dabei der Erforschung der komplexen und dynamischen Oberflächenwasser-Grundwasser-Wechselwirkungen entlang der vielen tief und hoch gelegenen Schotteraquifere im Jura, Mittelland sowie in den Alpen, da es gerade diese System sind, welche die Schweiz primär mit Trinkwasser versorgen. Da in den nächsten 70 Jahren sehr viele Renaturierungsprojekte anstehen und viele Trinkwasserschutzzonen neu ausgeschieden werden müssen, als auch heissere und trocknere Sommer immer häufiger auftreten werden, möchten wir mit unserer Forschung einen Beitrag dazu leisten, die zukünftige Nutzung unserer kostbaren Wasserressourcen nachhaltiger und robuster zu gestalten.
Die Professur Hydrogeologie ist direkt mit der Abteilung Wasserressourcen und Trinkwasser (W+T) der Eawag affiliiert und arbeitet eng mit mehreren Forschungsgruppen der Eawag zusammen. Zudem forschen wir in enger Zusammenarbeit der Université de Neuchâtel (Schweiz), der Université Laval (Kanada), der Flinders University (Australien), sowie der Shizuoka University (Japan).