Tausalzverdünnung und –rückhalt bei verschiedenen Entwässerungsmethoden – Modellberechnungen zum Transport im Grundwasser

Christopherus Braun1, T. Aljazzar2, B. Kocher2, Markus Klute1, Christian Reuter1, Sebastian Rubbert1
1 Björnsen Beratende Ingenieure GmbH
2 Bundesanstalt für Straßenwesen

1.10 in Wasserqualität in Grundwasser und Flusseinzugsgebieten

26.03.2020, 17:15-17:30, Weißer Saal

Auftausalze werden zur Vermeidung von Schnee- und Eisglätte auf Straßen eingesetzt. Diese Salze sind in Wasser leicht löslich und können in den Wasserkreislauf gelangen. Mögliche Eintragspfade sind direkter Abfluss aus dem Entwässerungssystem zu Oberflächengewässern (Vorfluter) und Versickerung in das Grundwasser. Sowohl im Grundwasser, als auch in Oberflächengewässern können erhöhte Salzkonzentrationen zu einer Beeinträchtigung der Umwelt oder sonstigen Nutzungen (z.B. Trinkwassergewinnung) führen.

In dem von der Bundesanstalt für Straßenwesen finanzierten Forschungsvorhaben wurden Modellierungen des Tausalztransportes auf den unterschiedlichen Transportpfaden vom Eintrag auf der Straße bis zum Vorfluter durchgeführt. Im Rahmen dieses Beitrages soll der Transportpfad „Untergrund“ (ungesättigte und gesättigte Zone) vorgestellt werden.

Der Transport von Tausalz im Untergrund hängt von einer Vielzahl von Parametern (Strömungs- und Transportparameter der gesättigten und ungesättigten Zone), geometrischen Größen (z.B. Mächtigkeit der gesättigten und ungesättigten Zone, Entfernung zum Vorfluter) und Randbedingungen (Art des Eintrags, Grundwasserneubildung, usw.) ab. Deswegen wurde in einem ersten Schritt eine systematische Parameterstudie an ein- und zweidimensionalen vertikal-ebenen Prinzipmodellen durchgeführt, um maßgebende Größen zu identifizieren. Hierdurch konnte der Umfang der weiter zu betrachtenden Parameter deutlich reduziert werden.

In einem nächsten Schritt erfolgten Transportberechnungen auf einer Ebene von Gewässereinzugsgebieten. Der Salztransport wurde nicht für reale Standorte modelliert, sondern es wurden Modellierungsberechnungen an mehreren repräsentativen Szenarien durchgeführt, die auf andere Fälle übertragen werden können. Dafür wurden unterschiedliche Kombinationen von Tausalzmengen, Straßenausbildung, Art der Entwässerung sowie hydrologischen und hydrogeologischen Ortseigenschaften ausgewählt und in den Modellen als Randbedingungen eingebaut.

Die Ergebnisse zum Transportpfad Untergrund zeigten deutliche Verdünnungs- und Dämpfungseffekte in berechneten Salzkonzentrationen. So nahmen die berechneten Konzentrationen zwischen der Versickerungsstelle und dem Gewässer ca. um einen Faktor 20 bis 100 ab. Die Ursachen für die Verdünnung und Dämpfung in den Konzentrationen sind Mischung des infiltrierten salzhaltigen Wassers aus dem Straßenabfluss mit dem natürlichen Grundwasserstrom, Kapillarkräfte in der ungesättigten Bodenzone und Dispersion im gesättigten Grundwasserbereich. Die Berechnungen zeigten weiterhin, dass sich ein Jahresmittelwert der Salz-Konzentration im Gewässer, der auf Tausalzeinsatz und Transport im Untergrund zurückzuführen ist, gut mit einer vereinfachten Massenbilanz berechnen lässt. Die saisonalen Schwankungen in den berechneten Salz-Konzentrationen sind in aller Regel wegen der oben erwähnten Vermischungs- und Dämpfungseffekte nur sehr gering ausgeprägt.



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