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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Markierungsversuch P172 Markierungsversuch MAG 11: • Zuströmung zu hoch und nieder konzentrierten Mineralquellen • Tiefes Potenzial an GWM8 => heterogene Durchlässigkeitsstruktur
GWM8
MAG11
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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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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
MAGPlan – Sauberes Grundwasser für Stuttgart
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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