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Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau

Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau. Abschlusspräsentation 17. Mai 2010. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau. Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen.

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Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau

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Presentation Transcript

  1. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau Abschlusspräsentation 17. Mai 2010

  2. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau • Grundlagen • Kalibrierung • Validierung • Bilanzierung • Modellanwendung • Trinkwasserversorgung • Kühlwassereinleitungen • Nassbaggerungen • Retentionsflächen

  3. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau • Grundlagen • Kalibrierung • Validierung • Bilanzierung • Modellanwendung • Trinkwasserversorgung • Kühlwassereinleitungen • Nassbaggerungen • Retentionsflächen

  4. Datengrundlagen - Hydrologie • Grundwasserdaten: • 107 amtliche Grundwasserpegel • Datenreihen 1997 bis 2004 • Messintervall hauptsächlich wöchentlich • Abflussdaten Ill • Niederschlagsdaten • 5 amtliche Messstellen • Datenreihen 2000 bis 2006 • Grundwassernutzungen • Bewilligte Konsensmengen • Tatsächlich entnommene Mengen als Tages-, Wochen- Monats- oder Jahreswerte

  5. Datengrundlagen - Landnutzung • Flächennutzung und Flächenwidmung • Gefährdungspotentiale • Autobahn, Bahntrasse • Tankstellen • Deponien und Altstandorte

  6. Datengrundlagen - Landnutzung

  7. Grundlagen – Hydrogeologische Verhältnisse • Fläche: ca. 50 km² • Geologisch: Flyschzone und nördliche Kalkalpen • Felssohle bis 150 m unter Talniveau • zusammenhängender Grundwasserkörper • durch Felsrippen in drei Becken unterteilt

  8. Grundwassermodell Walgau Geologie

  9. Grundwassermodell Walgau Modellaufbau • Regional zweidimensional-horizontales Modell: • variable Parameter horizontal • vertikale Inhomogenitäten gemittelt • Hydraulische Simulation mit SPRING (2008), Finite Elemente • ca. 17.500 Knoten und 19.400 Elemente • Automatische (inverse) Kalibrierung • Gemessene Grundwasserstände und In-/Exfiltration • Anpassung k-Werte und Leakagekoeff.

  10. Grundwassermodell Walgau – Randbedingungen I • Direkte Grundwasserneubildung • aus Niederschlag, Verdunstung, Oberflächenabfluss und Flurabstand • Randzufluss (Absprache mit Dr. Bertle) • Abschätzung aufgrund Größe, Höhe und Geologie Einzugsgebiet • Anpassung während Kalibrierung

  11. Grundwassermodell Walgau – Randbedingungen II

  12. Grundwassermodell Walgau – Randbedingungen III • Oberflächengewässer • Großer Einfluss Ill / Giessenbäche auf Grundwasserspiegel • Wasserstände instationär modelliert • Grundwassernutzung • Vorhandene Entnahme- und Versickerungsdaten berücksichtigt • Baggerseen

  13. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau • Grundlagen • Kalibrierung • Validierung • Bilanzierung • Modellanwendung • Trinkwasserversorgung • Kühlwassereinleitungen • Nassbaggerungen • Retentionsflächen

  14. Kalibrierung • stationäre Kalibrierung • instationäre Kalibrierung

  15. stationäre Kalibrierung • Hydrologie sehr variabel • kein stationärer Zustand • 11. März 2002 als stationärer Zustand • Mittlerer Wasserstand • Messdaten bei vielen Pegeln -> bessere Kalibrierungsergebnisse

  16. stationäre Kalibrierung Ergebnisse • Mittlerer Fehler Pegelstände: 21 cm • Giessenbäche gut modelliert • k-Werte zwischen 10-4 bis 10-2 m/s

  17. stationäre Kalibrierung - Ergebnisse

  18. instationäre Kalibrierung • Kalibrierungsperiode: 11.03.2002 – 31.12.2003 • Anfangs hohe Grundwasserstände • niedrige Grundwasserstände am Ende

  19. instationäre Kalibrierung - Ergebnisse • Mittlere Abweichung Pegel: 20 cm • Probleme • Pegel Modellrand • Baggerseen • k-Werte 5x10-4 bis 5x10-3 m/s

  20. instationäre Kalibrierung - Ergebnisse

  21. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau • Grundlagen • Kalibrierung • Validierung • Bilanzierung • Modellanwendung • Trinkwasserversorgung • Kühlwassereinleitungen • Nassbaggerungen • Retentionsflächen

  22. Validierung • neuer Datensatz (Jahr) • kalibrierte Parameter

  23. Validierung Pegel 04.38.03 Links Kalibrierung, rechts Validierungblau: beobachtete Werte, rot: modellierte Werte

  24. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau • Grundlagen • Kalibrierung • Validierung • Bilanzierung • Modellanwendung • Trinkwasserversorgung • Kühlwassereinleitungen • Nassbaggerungen • Retentionsflächen

  25. Bilanzierung • Randzuflüsse ca. 3x so groß wie direkte Neubildung • aus Oberflächengewässer ca. 5.000 l/s • aus Ill ca. 3.000 l/s • Abfluss Walgau zu 90 % als Oberflächenwasser

  26. Bilanzierung

  27. Bilanzierung Große Unterschiede zwischen trockenen und nassen Jahren bei der direkten Neubildung und bei Randzuflüssen. 1999 ... Nasses Jahr 2001 ... Charakteristisches Jahr 2003 ... Trockenes Jahr

  28. Bilanzierung – zeitlicher Verlauf der Zu- und Abflüsse

  29. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau • Grundlagen • Kalibrierung • Validierung • Bilanzierung • Modellanwendung • Trinkwasserversorgung • Kühlwassereinleitungen • Nassbaggerungen • Retentionsflächen

  30. TrinkwasserversorgungAufgabe • Analyse potentieller Entnahmen an bestehenden Brunnenstandorten ohne/mit Schongebiete • Potential bestehende Schongebiete • Berücksichtigung Gefährdungspotentiale • Auswirkungen auf GW-Spiegel, Giessenbäche und Anströmbereich der Brunnen

  31. TrinkwasserversorgungMethoden • BahnlinienBewegung eines Wasserteilchens über die Fließzeit • Transport unter invertierter StrömungWahrscheinlichkeit, dass ein Wasserteilchen innerhalb der gewählten Zeit den Brunnen erreicht, wird ermittelt, Dispersion wird berücksichtigt

  32. Trinkwasserversorgung – Schutz- und Schongebiete • Kriterien für minimale Fließzeit: • Schutzgebiet Zone II: 60 Tage • Schutzgebiet Zone III: 6 Monate • Schongebiet: 6 Monate • Schongebiete im Walgau: • Schongebiet Felsenau 0,76 km² • Schongebiet Satteinser Au 2,03 km² • Schongebiet Untere Lutz 7,56 km² • Schongebiet Tschalenga Au 2,56 km² • Fläche Walgau 76 km²

  33. Trinkwasserversorgung – potentielle Entnahme • Maximale Menge jedes Brunnens einzeln untersucht • übrige Brunnen aktuelle Fördermenge

  34. Trinkwasserversorgung – potentielle Entnahme

  35. Trinkwasserversorgung – potentielle Entnahme

  36. Trinkwasserversorgung – Potential der Schongebiete • Maximale Entnahmemenge • optimale Brunnenstandorte • Rahmenbedingungen: • max. Absenkung: 1 – 1,5 m bei gleichzeitigem Betrieb • 6 Monats-Kriterium für Schongebietsgrenzen • Gefährdungspotentiale berücksichtigt • Gute Verteilung der Standorte

  37. Trinkwasserversorgung – Potential der Schongebiete (Bsp. Untere Lutz)

  38. Trinkwasserversorgung – Potential der Schongebiete

  39. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau • Grundlagen • Kalibrierung • Validierung • Bilanzierung • Modellanwendung • Trinkwasserversorgung • Kühlwassereinleitungen • Nassbaggerungen • Retentionsflächen

  40. KühlwassereinleitungAufgabe • Analyse der Auswirkung thermischer Einleitung in den Grundwasserkörper am Beispiel der Fa. Rauch • Anlage der Fa. Rauch • 5 Entnahmebrunnen • 2 Versickerungsschächte • 20 Messstellen, an denen die Temperatur täglich gemessen wird

  41. KühlwassereinleitungAnlage Fa. Rauch

  42. KühlwassereinleitungModellierung • Für Berechnung des Energiemodells ist 3d-Modell erforderlich -> Umwandlung des 2d Modells in ein 3d Modell

  43. KühlwassereinleitungRandbedingungen I • Strömungsberechnung: • Stationäre Randbedingungen und Modellparameter des 2d Modells werden verwendet • Vertikale k-Werte 10-mal kleiner als horizontale angenommen • Entnahme- und Versickerungswerte der Fa. Rauch ab 2004

  44. KühlwassereinleitungRandbedingungen II • Wärmetransport: • Konstante Wassertemperatur bei allen Modellzuflüssen 10°C bei Randzuflüssen und Neubildung, 8°C in Vorflutern • Rückgabewasser Fa. Rauch: tatsächliche Pumpmenge und tatsächlicher Temperaturverlauf

  45. KühlwassereinleitungErgebnisse

  46. KühlwassereinleitungErgebnisse

  47. KühlwassereinleitungErgebnisse • Gemessene Werte tendenziell tiefer als modellierte (Messung erfolgt in Bohrloch, Mischtemperatur wird gemessen) • Tendenzen erkennbar, Rückgang Ende 2005 mit Zeitverschiebung abgebildet • Grundwassertemperatur reagiert sehr schnell auf veränderte Versickerungsmengen

  48. KühlwassereinleitungSchlussfolgerungen • großer Einfluss im Nahbereich der Versickerungsschächte auf GW-Temperatur • Temperaturerhöhung beschränkt sich auf den oberen Bereich • Veränderung der Kühlwassermenge wirkt sich schnell auf die GW-Temperatur aus

  49. Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau • Grundlagen • Kalibrierung • Validierung • Bilanzierung • Modellanwendung • Trinkwasserversorgung • Kühlwassereinleitungen • Nassbaggerungen • Retentionsflächen

  50. NassbaggerungenAufgabe • Einfluss Baggerseen auf Grundwasserkörper • Wärmeaustausch Grundwasser / Baggersee mittels 2d und 3d Modellierung • Änderungen im Grundwasserfluss durch Verfüllung von Baggerseen

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