Modellanwendung in unterschiedlichen Skalen und Bewertung der Modellergebnisse am Beispiel des Grundwasserleitersystems der Heil- und Mineralquellen von Stuttgart

Ulrich Lang1, Wolfgang Ufrecht2
1 Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH
2 Amt für Umweltschutz der Landeshauptstadt Stuttgart

O 14.3 in Güte und Bewertung von Grundwassermodellen

22.03.2018, 16:15-16:30, 2

Die Heil- und Mineralquellen von Stuttgart-Bad Cannstatt und -Berg werden von einem überregionalen Grundwasserleitersystem gespeist. Die Innen- und Kernzone des Heilquellenschutzgebiets liegt im dicht besiedelten Innenstadtgebiet von Stuttgart, in dem zahlreiche Nutzungen, bauliche Eingriffe und auch Wirkungen aus der Vergangenheit wie Altlasten (Kirchholtes et al. 2015) bestehen. Diese sind hinsichtlich möglicher Auswirkungen auf die Heil- und Mineralquellen zu beurteilen. Ein adäquates und für die zahlreichen Fragestellungen mögliches Instrument zur Beurteilung sind numerische Modelle, mit denen Prognosen durchgeführt werden können. Da eine systematische Bewertung der Prognosefähigkeit von Modellen fehlt, wurden im AK Kalibrierung und Prognose eine Bewertungsmatrix für Hydrogeologische Modelle entwickelt, die auf diese Modelle angewendet wird.

Als Basis dieser Grundwassermodellbetrachtungen wurden vom Amt für Umweltschutz der Stadt Stuttgart Hydrogeologische Modelle für unterschiedliche Raumskalen und Fragestellungen entwickelt. Basierend auf diesen umfangreichen hydrogeologischen Auswertungen wurde ein überregionales Grundwassermodell für den Muschelkalkaquifer und das unterlagernde Tiefe System sowie ein lokales dreidimensionales Modell für den direkten Zustrom der Mineralquellen mit den oberflächennahen Grundwasserleitern erstellt.

Die vielschichtige Modellanwendung hat gezeigt, dass die Güte des numerischen Modells direkt gekoppelt ist mit den erarbeiteten hydrogeologischen Modellen, die nicht nur geometrische hydraulische Informationen wie Schichtlagerung oder Piezometerhöhen enthält, sondern als wesentliche Schwerpunkte hydro- und isotopenchemische Auswertungen sowie daraus abgeleitete Strömungs- und Transportinformationen. Anhand der Modellergebnisse kann aufgezeigt werden, dass die ganzheitliche Betrachtung von Strömungs- und Transportinformationen dazu führen, dass die Prognosefähigkeit der Modelle wächst. In den numerischen Modellen ergeben sich konsistente Interpretationen der stationären, instationären, lokalen und überregionalen Grundwasserströmung, der Herkunft von mineralisiertem Grundwasser, der Wirkung von Störungssystemen, dem Grundwasseralter sowie dem Transport von Wasserinhaltsstoffen. Mit Hilfe des Modells wurde die Größenordnung der vertikalen Aufstiege aus dem Tiefen Aquifersystem bestimmt, die die Mineralisierung der Heilquellen bewirken. Außerdem konnte mit der seit knapp zwei Jahrzehnten andauernden Modellfortentwicklung die Einzugsgebietsabgrenzung konkretisiert und so das bestehende Heilquellenschutzgebiet bestätigt werden. In der lokalen Modellbetrachtung konnte die Prognosefähigkeit durch aktuelle Baumaßnahmen überprüft und ebenfalls bestätigt werden. Abgerundet wird das hydrogeologische und numerische Modellbild durch paläohydrologische Betrachtungen, wie z.B. die fluss- und landschaftsgeschichtliche Entwicklung im Modellraum während der letzten 500.000 Jahre.



KIRCHHOLTES, H.J., UFRECHT, W., CARLE, A., ERTEL, T., LANG, U., SCHÄFER, W., SCHWEIZER, U., SCHOLLENBERGER, U., SPITZBERG, S., VASIN, S., (2015): Chlorierte Kohlenwasserstoffe im Grundwasser: Untersuchungsmethoden, Modelle und ein Managementplan für Stuttgart. Springer Vieweg, Wiesbaden. Herausgeber: Kirchholtes, H.J., Ufrecht, W.



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