Characterizing Groundwater Flow Dynamics and Storage Capacity in an Active Rock Glacier

Abstract

Alpine aquifers play a critical role in the hydrology of mountainous areas by sustaining base flow in downstream rivers during dry periods and retarding flood propagation after heavy precipitation events. Progressing climate change alters climatic and meteorological boundary conditions as well as the hydraulic response of alpine catchments by ablating glaciers and thawing permafrost. Rock glaciers exert a controlling influence on the catchment response due to their prominent groundwater storage and complex drainage characteristics. This thesis investigates the hydrogeology and internal structure of the active rock glacier Innere Ölgrube (Ötztal Alps), which governs catchment runoff and is affected by permafrost degradation. A 3D geometrical model of its internal structure is obtained by combining geophysical data and permafrost creep modelling. Available data and new results are integrated into a conceptual hydrogeological model providing a sound basis for the implementation of a prospective numerical groundwater flow model. Hydraulic properties of the hydrostratigraphic units constituting the rock glacier are estimated and groundwater recharge fluxes quantified. Fundamental properties of the heterogeneous groundwater flow system within the rock glacier are discussed and compared to existing rock glacier studies. Keywords Active rock glacier • Groundwater flow • Storage capacity • Hydraulic properties • Conceptual model • Austria Kurzfassung Alpine Aquifere nehmen eine hydrologische Schlüsselrolle in Gebirgsregionen ein. Während Trockenzeiten gewährleisten sie den Basisabfluss der unterhalb gelegenen Bäche und Flüsse, nach Starkniederschlägen verzögern sie den Hochwasserabfluss. Der fortschreitende Klimawandel verändert sowohl die klimatischen und meteorologischen Randbedingungen als auch das hydraulische Verhalten alpiner Einzugsgebiete durch Abschmelzen von Gletschern und Abtauen von Permafrost. Aufgrund ihrer ausgeprägten Speicherfähigkeit und komplexen Grundwasserströmung im Inneren prägen Blockgletscher das Abflussverhalten alpiner Einzugsgebiete. Diese Arbeit untersucht die hydrogeologischen Eigenschaften und interne Struktur des aktiven Blockgletschers Innere Ölgrube in den Ötztaler Alpen. Der Blockgletscher dominiert den Abfluss des dahinter liegenden Einzugsgebiets. Sein gefrorener Kern ist von fortschreitendem Permafrostabtau betroffen. Die Kombination geophysikalischer Erkenntnisse mit einem mechanischen Modell ermöglicht die Konstruktion eines dreidimensionalen geometrischen Modells der internen Blockgletscherstruktur. Bereits verfügbare Daten werden um neue Ergebnisse ergänzt und zu einem konzeptionellen hydrogeologischen Modell zusammengeführt, das eine solide Basis für ein zukünftiges numerisches Grundwasserströmungsmodell bildet. Die Arbeit enthält eine Abschätzung der hydraulischen Eigenschaften der wichtigsten hydrostratigraphischen Einheiten, welche den Blockgletscher aufbauen, sowie eine Quantifizierung der Grundwasserneubildungsraten. Die wesentlichen Eigenschaften des heterogenen Strömungssy...

The role of thermokarst evolution in debris flow initiation (Hüttekar Rock Glacier, Austrian Alps)

“…Active rock glaciers exhibit complex drainage patterns indicating a dual groundwater flow system, where large amounts of water are rapidly transported along a network of convoluted meltwater channels eroded into the frozen rock glacier core (Wahrhaftig and Cox, 1959;Potter, 1972;White, 1971;Johnson, 1978;Giardino et al, 1991;Burger et al, 1999;Krainer and Mostler, 2002;Vonder Mühll et al, 2003;Arenson et al, 2010;Springman et al, 2012;Winkler et al, 2018;Jones et al, 2019b;Wagner et al, 2021b;Kainz, 2022).…”