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Projekt MAGPlan Ulrich Lang Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH Wolfgang Schäfer, Steinbeis-Transferzentrum Grundwassermodellierung

Nachbildung der LCKW-Schadstofffahnen im Stuttgarter Untergrund mit einem reaktiven Multispezies-Modell: Identifizierung von Schadensherden

Übersicht • Grundwassermodell • Werkzeuge der Kalibrierung • Piezometerhöhen • Markierungsvresuche

Quellgebiet

• Beispiele der komplexen Zusammenhänge: • Durchlässigkeit • Abbau • Multi-Spezies-Transport

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Grundwassermodell-System

Strömungsmodell: • 17 Modellschichten für 13 hydrogeologische Einheiten • 700.000 Elemente in einer Modellebene • Strömungskalibrierung: •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 => TCE => cDCE => VC •TCA • Aerober und anaoerober Abbau • Instationärere Transport ab 1960 MAGPlan – Sauberes Grundwasser für Stuttgart

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Hydrogeologisches Modell / Grundwassermodell Piezometerhöhen Muschelkalk Quartär Mittlerer Gipshorizont

Modellgebiet

Dunkelrote Mergel Bochinger Horizont Grundgipsschichten Unterkeuper

Muschelkalk

Fildergrabenrandverwerfung MAGPlan – Sauberes Grundwasser für Stuttgart

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Hydrogeologischer Schnitt entlang Nesenbachtal

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Kalibrierung des Modellsystems Strömungsmodell

Hydrogeologisches Modell

Vergleich Piezometerhöhen

Durchlässigkeiten

Steckbriefe Schadensfälle

Transportmodell Summe LCKW

Eintrag PCE-Äquivalent

Vergleich PCE-Äquivalent

Transportmodell Isotopen und Markierungsversuche Vergleich Durchbruchskurven

Konzeptionelles Schadstoffmodell Hohlraumanteil Dispersivität Durchlässigkeiten

Multispeziesmodell Vergleich LCKW-Ganglinien Vergleich LCKW-Verteilungen MAGPlan – Sauberes Grundwasser für Stuttgart

Durchlässigkeiten Abbauraten bei Verteilung entsprechend Milieukarten FH-DGG Bayreuth 29.05.2014

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Markierungsversuche Trigonodusdolomit: Markierungsversuch P172 P172 P177

GWM 343 GWM Auf der Steig

Mombachquelle

Sarweybrunnen

Auquelle

5408000

GWM 840

MAG 11

Sarweybrunnen tief

Doppelporositätsansatz:

Inselquelle

GWM 8a NB Landesgesundheitsamt

5407000

GWM B 9

Leuzequelle

¶C m ¶C im ¶C m ö ¶ ¶ æ çç Q m Dij ÷Qm + Q im = (Q m vi C m ) + qq C q - q s C m ¶t ¶t ¶x i è ¶xi ÷ø ¶x i

Q im

Berger Quellen

¶Cim = z (Cm - Cim ) ¶t

5406000 P 177

Parametrisierung: GWM B 3

Hohlraumanteil Klüfte: Hohlraumanteil Matrix: Austauschkoeffizient: Längsdispersivität: Querdispersivität:

0,008 0,02 2∙10-9 1/s 5∙10-9 1/s 25/50 m 2,5 m

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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 GWM 16 14 15 GWM B 4GWM GWM Leonhardsbrunnen 10

3513000

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3514000

3515000

3516000

3517000

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Markierungsversuch P172:

berechnet gemessen

Westquelle Berg

55 50

0.03

45 40

c [µg/l] gemessen

c [mg/l] berechnet

0.025

35

0.02

30 0.015

25 20

0.01 15 10

0.005

5 0

0

100

200

300

400

500

Zeit [d]

Sarweybrunnen :

berechnet gemessen

Auquelle

3.5 0.01

3.25 3

0.009

2.75 2.5

c [µg/l] gemessen

c [mg/l] berechnet

0.008 0.007

2.25

0.006

2

1.75

0.005

1.5

0.004

1.25

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 MAG 11: • Zuströmung zu hoch und nieder konzentrierten Mineralquellen • Tiefes Potenzial an GWM8

GWM8

MAG11

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9

Markierungsversuch P172 Markierungsversuch MAG 11: • Zuströmung zu hoch und nieder konzentrierten Mineralquellen • Tiefes Potenzial an GWM8 => heterogene Durchlässigkeitsstruktur

GWM8

MAG11

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10

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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Markierungsversuch P172 Abbau im Bereich P172 mit MKW-Schadensfall: • Umströmung Störungszone auf Grund Markierungsversuch

P172

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Markierungsversuch P172 Abbau im Bereich P172 mit MKW-Schadensfall: • Umströmung Störungszone auf Grund Markierungsversuch • Durchströmung MKW-Schaden (38.000 l Heizöl)

Fahne des MKW-Schadens

P172

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Markierungsversuch P172 Abbau im Bereich P172 mit MKW-Schadensfall: • Umströmung Störungszone auf Grund Markierungsversuch • Durchströmung MKW-Schaden (38.000 l Heizöl) • Entwicklung der DCE-Fahne aus MKW-Schadensfall

Fahne des MKW-Schadens

P172

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

1.000 10.000 5.000

Quartär Gipskeuper Unterkeuper

1 – 2 µg/l

0 - 50 Muschelkalk 10 – 50 µg/l

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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-Äquivalent [µg/l]

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

B6 (BOISS: 8294) Mittlerer Gipshorizont

PCE-Äquivalent [µg/l]

PCE-Äquivalent [µg/l]

9000

40000

30000

Marwitz&Hauser

20000

10000

0 1980

1990

2000

2010

Riemann MAGPlan – Sauberes Grundwasser für Stuttgart

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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

LCKW-Konzentration [µg/l]

P172 (BOISS: 10551) Muschelkalk 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1980

2000

2010

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

Br. 4 Dinkelacker (BOISS: 10660) Muschelkalk

LCKW-Konzentration [µg/l]

1990

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

MAGPlan – Sauberes1980 Grundwasser 1990 für Stuttgart

2000

2010 FH-DGG Bayreuth 29.05.2014

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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

B9 Ehmannstr (BOISS: 50617) Muschelkalk 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1980

1990

2000

2010

Inselquelle (BOISS: 35009) Muschelkalk

PCE berechne TCE berechnet cDCE berechn VC berechnet PCE gemessen TCE gemessen cDCE gemesse VC gemessen

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

Berger Mittelquelle (BOISS: 35014) Muschelkalk 10 9 8 7

LCKW-Konzentration [µg/l]

10

LCKW-Konzentration [µg/l]

LCKW-Konzentration [µg/l]

10

9 8 7 6 5 4 3 2 1 1980

1990

2000

2010

6 5 4 3 2 1 1980

1990

2000

MAGPlan – Sauberes Grundwasser für Stuttgart

2010

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Zusammenfassung reaktive Transportmodellierung • Aufbau des Modellsystems auf der Basis: •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?

LCKW-Konzentration [µg/l]

10 9 8 7 6

Ohne Raab-Karcher

5 4 3 2 1 1980

1990

2000

2010

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

Berger Mittelquelle (BOISS: 35014) Muschelkalk 10

LCKW-Konzentration [µg/l]

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

Berger Mittelquelle (BOISS: 35014) Muschelkalk

9 8 7 6

Mit Raab-Karcher

5 4 3 2 1 1980

1990

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2000

2010

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