3. Transnationall Science and d Policy Panel Ulrich Lang g Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH 20 02 2014 20.02.2014

Kenntnisstand im großräumlichen Zusammenhang Zwischenergebnisse der reaktiven Transportmodellierung p g und Visualisierungstool g

Übersicht • Hydrogeologisches Modell und Gr nd assermodell Grundwassermodell

Quellgebiet

• Werkzeuge der Kalibrierung • Beispiele der komplexen Zusammenhänge • Visualisierung: MAGPlan Google MAGPlan-Google

20.02.2014

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Grundwassermodell-System

Strömungsmodell: • 17 Modellschichten für 13 hydrogeologische Einheiten • 700.000 Elemente in einer Modellebene • Strömungskalibrierung: g g •Variation der horizontalen und vertikalen Durchlässigkeiten •Vergleich mit Grundwasserständen Transportmodell: • Nachbildung Markierungsversuche • Nachbildung von Isotopen und geochemischen Parametern • Simulation Summe LCKW (PCE-Äquivalent) Reaktives Transportmodell: • 5 LCKW-Komponenten mit sequenziellem Abbau: •PCE C => TCE C => cDCE C => VC C •TCA • Aerober und anaoerober Abbau • Instationärere Transport ab 1960 20.02.2014

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Hydrogeologisches Modell / Grundwassermodell Pi Piezometerhöhen t höh M Muschelkalk h lk lk Quartär Mittlerer Gipshorizont p

Modellgebiet

Dunkelrote Mergel Bochinger Horizont Grundgipsschichten Unterkeuper

Muschelkalk

Fildergrabenrandverwerfung 20.02.2014

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Hydrogeologischer Schnitt entlang Nesenbachtal

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Grundlagen für reaktives Transportmodell Steckbriefe der Schadensherde: • Lokale Hydrogeologie • Ausbtreitungspfade, Fahnengeometrie • Schadstoffinventar • Stand der Sanierung

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Grundlagen für reaktives Transportmodell Konzeptionelles Schadstoffmodell: • LCKW-Verteilung in den Grundwasserstockwerken • Isotopenanalysen • Milieucharakterisierung • Abbaumechanismen

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Kalibrierung des Modellsystems St ö Strömungsmodell d ll

H d Hydrogeologisches l i h Modell M d ll Durchlässigkeiten

Vergleich Piezometerhöhen

Transportmodell Summe LCKW

Steckbriefe Schadensfälle Eintrag PCE-Äquivalent

Vergleich PCE-Äquivalent

Transportmodell T t d ll Isotopen I t und d Markierungsversuche

Konzeptionelles K ti ll Schadstoffmodell Hohlraumanteil Dispersivität Durchlässigkeiten

Vergleich Durchbruchskurven

Multispeziesmodell Vergleich LCKW-Ganglinien Vergleich LCKW-Verteilungen g g 20.02.2014

Durchlässigkeiten Abbauraten bei Verteilung entsprechend Milieukarten

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Schadstoffinventar (PCE-Äquivalent): 1 – 4 µg/l

1.000 10.000 5 000 5.000

Quartär Gipskeuper Unterkeuper

1 – 2 µg/l

0 - 50 M Muschelkalk h lk lk 10 – 50 µg/l

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Markierungsversuche Trigonodusdolomit: Markierungsversuch P172 P172 mit 1,7 Billionen Microkügelchen

GWM 343 GWM Auf A f der d Steig St i

Mombachquelle Auquelle

P177 mit Natrium-Naphthionat Natrium Naphthionat

5408000

Sarweybrunnen mit Natrium-Naphthionat Natrium Naphthionat

5407000

GWM 840

S Sarweybrunnen b ti f tief

Inselquelle

GWM 8a NB Landesgesundheitsamt

GWM B 9

Leuzequelle

Berger Quellen

5406000 P 177

Parametrisierung: GWM B 3

Hohlraumanteil Klüfte: Hohlraumanteil Matrix: A Austauschkoeffizient: hk ffi i Längsdispersivität: Q di i ität Querdispersivität: 20.02.2014

0,008 0,02 2 10-99 1/s 2·10 1/ 5·10-9 1/s 25 m 25m 2,5

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B6

5405000

P 174 B 4a PM BK 11/16 GM

B7(a)

BK 17.1/4 PM

GWM B 2 GWM 19 P 172

5404000

BK 17.4/3 PM

Störungszone

GWM B 1 GWM 16 GWM 14 15 GWM B 4GWM GWM Leonhardsbrunnen 10

3513000

3514000

3515000

3516000

3517000

10

berechnet gemessen

Inselquelle

Markierungsversuch 1999 P172:

2

0.0004

1.5

0.0003

c [µg/l]] gemessen

c [mg/l] berechnet

1 75 1.75

1.25 1

0.0002

0.75 0.5

0.0001

0.25 0

0

100

200

300

400

0 500

Zeit [d]

berechnet gemessen

Westquelle Berg

55 50

0.03

c [mg/l] berechnet

40 35

0.02

30 0.015

25 20

0.01 15 10

0.005

5 0

0

100

200

300

400

500

Zeit [d]

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11

c [µg/l] gemessen

45 0 025 0.025

berechnet gemessen

Auf der Steig

Markierungsversuch 1998 Sarweybrunnen :

1.3E-05

10

1.2E-05 9

1.1E-05

c [mg//l] berechnet

9E-06

7

8E-06 7E-06

6

6E-06

5

5E 06 5E-06

4

4E-06 3E-06

3

2E-06

2

c [µg/ll] gemessen

8

1E-05

1E-06 1

0 0

100

200

300

400

0 500

Zeit [d]

berechnet gemessen

Auquelle

3.5 3.25

0.01

3

0.009

2.75 2.5

c [µg/l] gemessen

c [mg/l] berechnett

0.008 0.007

2.25

0.006

2

1.75

0.005

1.5

0.004

1.25

0 003 0.003

1 0.75

0.002

0.5 0.001 0

0.25 0

100

200

300

400

0 500

Zeit [d]

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Markierungsversuch P172 Markierungsversuch P172 von 1998: 12 von 1 1,7 7 Billionen Microkügelchen wiedergefunden

 Neuer Markierungsversuch SF6 • Dauerhafte Zugabe • Verbessertes Messstellenfeld • Erkundung der um Strömung der Störungszone

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Entwicklung der Durchlässigkeitsverteilungen: Markierungsversuch P172 Hydrogeologisches Systemmodell: Strömungskalibrierung:

Transportkalibrierung:

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Bedeutung der vertikalen Interaktion: Markierungsversuch P172 Konservativer Tracer vom Schadensherd Marwitz&Hauser

Grenzdolomit Unterkeuper Trigonodusdolomit

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Bedeutung der vertikalen Interaktion: Markierungsversuch P172 Vertikale Durchlässigkeiten der Trennhorizonte Grundgipsschichten

Grüne Mergel Esterienschichten

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Nachbildung der zeitlichen Entwicklung Markierungsversuch P172 des Eintrags: PCE berechnet TCE berechnet cDCE berechnet VC berechnet PCE gemessen TCE gemessen cDCE gemessen VC gemessen

P5600 (BOISS: 8629) Mittlerer Gipshorizont

10000

8000

20000

7000 6000 5000 4000

3000 2000 1000 0 1980

1990

2000

15000

10000

5000

2010 0 1980

Klenk

1990

2000

2010

PCE berechnet TCE berechnet cDCE berechnet VC berechnet PCE gemessen TCE gemessen cDCE gemessen VC gemessen

GWM 5 ((BOISS: 1305534)) Bochinger Horizont

50000

PCE-Äqu uivalent [µg/l]

PCE berechnet b h t TCE berechnet cDCE berechnet VC berechnet PCE gemessen TCE gemessen cDCE gemessen VC gemessen

B6 (BOISS: 8294) Mittlerer Gipshorizont

PCE-Äquiva alent [µg/l]

PCE-Ä Äquivalent [µg/l]

9000

40000

30000

Marwitz&Hauser

20000

10000

0 1980

1990

2000

2010

Riemann 20.02.2014

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Nachbildung der zeitlichen Entwicklung: Markierungsversuch P172 PCE berechnet TCE berechnet cDCE berechnet VC berechnet PCE gemessen TCE gemessen cDCE gemessen VC gemessen

P172 (BOISS: 10551) Muschelkalk

P CE-Äquivalent [µg/l]

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1980

1990

2000

PCE berechnet TCE berechnet cDCE berechnet VC berechnet PCE gemessen TCE gemessen cDCE gemessen VC gemessen

Br. 7 Dinkelacker (BOISS: 10922) Muschelkalk 100

Br. 4 Dinkelacker (BOISS: 10660) Muschelkalk

PCE -Äquivalent [µg g/l]

90 80 70 60

PCE-Ä Äquivalent [µg/l]

90 PCE berechnet TCE berechnet cDCE berechnet VC berechnet PCE gemessen TCE gemessen cDCE gemessen VC gemessen

2010

80 70 60 50 40 30 20 10

50 40

1980

1990

2000

2010

30 20 10

20.02.2014

0

1980 – Sauberes1990 2000 MAGPlan Grundwasser für Stuttgart

2010

18

Zeitlichen Entwicklung PCE: Markierungsversuch P172

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Zeitlichen Entwicklung TCE: Markierungsversuch P172

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Zusammenfassung reaktive Transportmodellierung • A Aufbau fb des d Modellsystems M d ll t auff d der B Basis: i •Hydrogeologisches Modell •Konzeptionelles Schadstoffmodell mit Schadenscharakterisierung • Iterative Kalibrierung: •Strömung => Durchlässigkeiten •Konservativer Transport => Wirkung von Störungszonen •Reaktiver Transport => Abbauraten und vertikaler Austausch

• Welcher Schadensfall beeinflusst die Quellen maßgeblich? g Marwitz&Hauser

Klenk

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Visualisierung mit Google Business Dienste Anforderungen: g • Überprüfung des numerischen Modells • Visualisierung von: •Messdaten (Konsistenzprüfung) •Modelleingangsdaten •Modellergebnisse: •Piezometerhöhen Simulations-Server •Strömungsrichtungen •LCKW-Konzentrationen LCKW Konzentrationen • Individuelle Auswertung mit: •Kombinierter Darstellung (mehrere Parameter) •Vertikalen Schnitten Anwender

Fusion Tables

Java Script/Ajax Java-Script/Ajax WEB-Server

• Zugriff für alle Projektpartner • Leichte Bedienbarkeit

G l Maps M => Google 20.02.2014

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Google-Maps

Parameterauswahl

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Google-Maps

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Google-Maps

Kombination mit Satellitenbild: • Identifizierung Messstelle • Ggf. Kombination mit Streetmap

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Google-Maps

Vergleich Messung/Rechnung: • Darstellung von Ganglinien • Lokalisierung der Messstellen • Überprüfung der zeitlichen Entwicklung

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Wie wirkt der Abbau?

PCE-Konzentration

Anaerober PCE-Abbau

TCE-Konzentration

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Wie sind die vertikalen Austauschprozesse?

PCE-Konzentration Unterkeuper

Vertikale Durchlässigkeiten Estherienschichten

PCE K PCE-Konzentration t ti Trigonodus Ti d D Dolomit l it

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Wie sind die Strömungsrichtungen?

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Interaktive Schnitte

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Wie wirken die Störungen?

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Zusammenfassung Visulaisierung Google Maps zur Visualisierung: • Verarbeitung von Mio. von Daten aus Modellergebnissen • Einfache Bedienung • Kombinierte Darstellung von Parametern • Individuelle Auswertung • Gemeinsame Datenbasis in einem Projekt • Zugriff auf Daten/Modellbasis durch alle Projektpartner • Präsentation des Projektergebisses

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