Konzeptmodell

Begriff und Grundlage

Ein Konzeptmodell ist in der Hydrogeologie ein früher Schritt des Modellierungsprozesses und gleichbedeutend mit Standortcharakterisierung. Es ist noch keine mathematische Modellierung, sondern zunächst meist ein gedanklicher Prozess. Dabei werden alle bekannten Informationen über die Geologie, Hydrologie und Geochemie eines Untersuchungsgebiets zusammengetragen.

Dazu können beispielsweise Grundwasserstände in Bohrungen, der Aufbau des Untergrundes und die Zusammensetzung des Grundwassers gehören. Die Daten stammen unter anderem aus geologischen Karten der zuständigen Landesämter, bereits durchgeführten Studien, privatwirtschaftlich vorgenommenen Bohrungen sowie eigenen Beprobungen.

Inhalte des Konzeptmodells

Die gesammelten Informationen werden zu einem ersten vereinfachten und qualitativen Modell des Untersuchungsgebiets zusammengefasst. Qualitativ bedeutet hier, dass zunächst Eigenschaften und Prozesse beschrieben oder abgeschätzt werden, ohne sie bereits mathematisch zu berechnen.

Das Konzeptmodell enthält erste Annahmen über die Eigenschaften des Gebiets und Vermutungen zu den relevanten ablaufenden Prozessen. Dazu gehören insbesondere:

• die Geometrie und die Grenzen des Untersuchungsgebiets,
• der Aufbau des Aquifers, also des Grundwasserleiters, einschließlich Material, Heterogenität und Isotropie,
• das Fließverhalten des Grundwassers,
• die Eigenschaften des Grundwassers, zum Beispiel seine Zusammensetzung, Chemie und sein Redoxverhalten.

Ziele und Bedeutung für die weitere Modellierung

Ein Konzeptmodell fasst zunächst den aktuellen Wissensstand über das Untersuchungsgebiet zusammen. Dadurch wird sichtbar, welche Daten noch erhoben werden müssen. Gleichzeitig vermittelt es ein erstes Bild der ablaufenden Prozesse und ermöglicht die Identifikation von Schlüsselprozessen. Schlüsselprozesse sind die Abläufe, die für die jeweilige Zielstellung der Modellierung besonders relevant sind.

Aus dem Konzeptmodell lassen sich Entscheidungen für die weitere Modellierung ableiten, etwa über den benötigten Modelltyp und Eigenschaften des mathematischen Modells wie die Gittergröße. Es legt außerdem fest, wie stark das mathematische Modell vereinfacht werden darf. Werden relevante Prozesse weggelassen, kann das Modell keine verwertbaren Aussagen liefern. Werden dagegen zu viele für die Fragestellung irrelevante Prozesse einbezogen, wird es unnötig komplex und rechenintensiv.

Das später erstellte mathematische Modell überprüft zugleich die im Konzeptmodell enthaltenen Vorstellungen. Wenn die Berechnungen auf neue oder andere Prozesse hindeuten, muss das Konzeptmodell im Verlauf der Modellierung angepasst werden. Es bezeichnet daher letztlich den jeweiligen Stand der Erkenntnis über das Untersuchungsgebiet.