Projekt MAGPlan - Amazon Web Services...5.000 0 - 50 Quartär Gipskeuper Unterkeuper Muschelkalk. MAGPlan– Sauberes Grundwasser für Stuttgart FH-DGG Bayreuth 29.05.2014 17 Nachbildung

Projekt MAGPlan

Nachbildung der LCKW-Schadstofffahnen im Stuttgarter Untergrund mit einem reaktiven

Multispezies-Modell: Identifizierung von Schadensherden

Ulrich Lang Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbHWolfgang Schäfer, Steinbeis-Transferzentrum Grundwassermodellierung

FH-DGG Bayreuth 29.05.2014 2MAGPlan – Sauberes Grundwasser für Stuttgart

Übersicht

• Grundwassermodell

• Werkzeuge der Kalibrierung• Piezometerhöhen• Markierungsvresuche

• Beispiele der komplexen Zusammenhänge:• Durchlässigkeit• Abbau

• Multi-Spezies-Transport

Quellgebiet


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

Grundwassermodell-System


Hydrogeologisches Modell / GrundwassermodellPiezometerhöhen Muschelkalk

Fildergrabenrandverwerfung

Mittlerer Gipshorizont

Muschelkalk

Unterkeuper

Grundgipsschichten

Dunkelrote MergelBochinger Horizont

ModellgebietQuartär


Hydrogeologischer Schnitt entlang Nesenbachtal


Kalibrierung des Modellsystems

Strömungsmodell

Vergleich Piezometerhöhen Durchlässigkeiten

Transportmodell Summe LCKW

Transportmodell Isotopen und Markierungsversuche

Multispeziesmodell

Vergleich PCE-Äquivalent

Vergleich Durchbruchskurven

Vergleich LCKW-GanglinienVergleich LCKW-Verteilungen

Eintrag PCE-Äquivalent

HohlraumanteilDispersivität

Durchlässigkeiten

DurchlässigkeitenAbbauraten bei Verteilung entsprechend Milieukarten

Hydrogeologisches Modell

Steckbriefe Schadensfälle

Konzeptionelles Schadstoffmodell


Doppelporositätsansatz:

Parametrisierung:

Hohlraumanteil Klüfte: 0,008Hohlraumanteil Matrix: 0,02Austauschkoeffizient: 2∙10-9 1/s

5∙10-9 1/sLängsdispersivität: 25/50 mQuerdispersivität: 2,5 m

Markierungsversuch P172

Berger Quellen

Inselquelle

Leuzequelle

AuquelleMombachquelle

B6B7(a)

GWM 10GWM 14GWM 15GWM 16

GWM 19

GWM Auf der Steig

P 177

P 174

P 172

Leonhardsbrunnen

GWM 343

GWM 840

GWM B 1

GWM B 3

GWM B 9

GWM B 2

GWM B 4

NB Landesgesundheitsamt

BK 17.4/3 PM

BK 11/16 GMB 4a PM

BK 17.1/4 PM

GWM 8a

Sarweybrunnen tief

3513000 3514000 3515000 3516000 35170005404000

5405000

5406000

5407000

5408000

P172

P177

Sarweybrunnen

MAG 11

Störungszone

Markierungsversuche Trigonodusdolomit:

( ) msqqmimii

mijm

i

imim

mm CqCqCv

xxC

Dxt

Ct

C−+Θ

∂∂

−

∂

∂Θ

∂∂

=∂

∂Θ+

∂∂

Θ

( )immim

im CCt

C−=

∂∂

Θ ζ


Zeit [d]

c[m

g/l]

bere

chne

t

c[µ

g/l]

gem

esse

n

0 100 200 300 400 5000

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

berechnetgemessenWestquelle BergMarkierungsversuch

P172:

Sarweybrunnen :

Zeit [d]c

[mg/

l]be

rech

net

c[µ

g/l]

gem

esse

n

0 100 200 300 400 5000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

2.5

2.75

3

3.25

3.5

berechnetgemessenAuquelle


Markierungsversuch P172Markierungsversuch MAG 11: • Zuströmung zu hoch und nieder konzentrierten Mineralquellen• Tiefes Potenzial an GWM8

MAG11GWM8


Markierungsversuch P172Markierungsversuch MAG 11: • Zuströmung zu hoch und nieder konzentrierten Mineralquellen• Tiefes Potenzial an GWM8=> heterogene Durchlässigkeitsstruktur

MAG11GWM8


Markierungsversuch P172Bedeutung der vertikalen Interaktion:Konservativer Tracer vom Schadensherd Marwitz&Hauser

Grenzdolomit

Unterkeuper

Trigonodusdolomit


Markierungsversuch P172Bedeutung der vertikalen Interaktion:Vertikale Durchlässigkeiten der TrennhorizonteGrundgipsschichten

Grüne Mergel

Esterienschichten


Markierungsversuch P172Abbau im Bereich P172 mit MKW-Schadensfall: • Umströmung Störungszone auf Grund Markierungsversuch

P172


Markierungsversuch P172Abbau im Bereich P172 mit MKW-Schadensfall: • Umströmung Störungszone auf Grund Markierungsversuch• Durchströmung MKW-Schaden (38.000 l Heizöl)

P172

Fahne des MKW-Schadens


Markierungsversuch P172Abbau 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

P172

Fahne des MKW-Schadens


Schadstoffinventar (PCE-Äquivalent):

10 – 50 µg/l

1 – 2 µg/l

1 – 4 µg/l

1.00010.0005.000

0 - 50

QuartärGipskeuperUnterkeuper

Muschelkalk


Markierungsversuch P172Nachbildung der zeitlichen Entwicklung des Eintrags:

PC

E-Ä

quiv

alen

t[µg

/l]

1980 1990 2000 20100

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

PCE berechnetTCE berechnetcDCE berechnetVC berechnetPCE gemessenTCE gemessencDCE gemessenVC gemessen

P5600 (BOISS: 8629)Mittlerer Gipshorizont

Klenk

PC

E-Ä

quiv

alen

t[µg

/l]

1980 1990 2000 20100

5000

10000

15000

20000


B6 (BOISS: 8294)Mittlerer Gipshorizont

Marwitz&Hauser

PC

E-Ä

quiv

alen

t[µg

/l]

1980 1990 2000 20100

10000

20000

30000

40000

50000


GWM 5 (BOISS: 1305534)Bochinger Horizont

Riemann


Markierungsversuch P172Nachbildung der zeitlichen Entwicklung:

LCK

W-K

onze

ntra

tion

[µg/

l]

1980 1990 2000 20100

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Br. 4 Dinkelacker (BOISS: 10660)Muschelkalk

LCK

W-K

onze

ntra

tion

[µg/

l]

1980 1990 2000 20100

10

20

30

40

50

60

70

80

90


P172 (BOISS: 10551)Muschelkalk


Markierungsversuch P172Nachbildung der zeitlichen Entwicklung:LC

KW

-Kon

zent

ratio

n[µ

g/l]

1980 1990 2000 2010

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Berger Mittelquelle (BOISS: 35014)Muschelkalk

LCK

W-K

onze

ntra

tion

[µg/

l]

1980 1990 2000 2010

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

PCE berechneTCE berechnetcDCE berechnVC berechnetPCE gemessenTCE gemessencDCE gemesseVC gemessen

Inselquelle (BOISS: 35009)Muschelkalk

LCK

W-K

onze

ntra

tion

[µg/

l]

1980 1990 2000 2010

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


B9 Ehmannstr (BOISS: 50617)Muschelkalk


• 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?

Zusammenfassung reaktive TransportmodellierungLC

KW-K

onze

ntra

tion

[µg/

l]

1980 1990 2000 2010

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



Ohne Raab-KarcherLC

KW

-Kon

zent

ratio

n[µ

g/l]

1980 1990 2000 2010

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



Mit Raab-Karcher

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