Numerische Modellierung der Inter-Aquifer-Strömung durch Trennschichten – Konsequenzen für die Nitratausbreitung

Pesci Maria1, Post Vincent2, Houben Georg2, Graf Thomas1
1 Leibniz Universität Hannover
2 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

2.6 in Wasserquantitäts- und qualitätsmodellierung auf regionaler Skale - Herausforderungen und neue Ansätze

27.03.2020, 15:45-16:00, Weißer Saal

Der intensive Einsatz von Düngemitteln auf den landwirtschaftlich genutzten Flächen in der Region des Bourtanger Moors (NW Deutschland), hat zu einem Anstieg der Konzentration bestimmter Stoffe (z.B. Nitrat) im oberen Grundwasser geführt. Der untere Grundwasserleiter, aus dem das Grundwasser für die öffentliche Wasserversorgung gewonnen wird, ist durch eine schlecht durchlässige Schicht (Grundwasserhemmer) vom oberen Grundwasserleiter getrennt.

Hydrochemische Zeitreihen zeigen, dass Wasser aus dem oberen Grundwasserleiter begonnen hat, in die Versorgungsbrunnen zu gelangen. Da der Grundwasserhemmer als wirksame Strömungsbarriere wahrgenommen wurde, kam die Idee auf, dass es hydraulische „Fenster“ geben könnte, die die vertikale Bewegung der Schadstoffe ermöglichen. Somit wird die Grundwasserqualität im unteren Grundwasserleiter schneller als bei einem durchgehenden Grundwasserhemmer beeinträchtigt. Die Beschaffenheit dieser Diskontinuitäten sowie ihre Verteilung innerhalb des Grundwasserhemmers sind nicht vollständig bekannt.

Aus diesem Grund wurde ein stationäres Grundwasserströmungsmodell entwickelt, um das System der Grundwasserleiter darzustellen. Anschließend wurden 24 Fallszenarien, unter Berücksichtigung verschiedener Positionen und Größen der hydraulischen „Fenster“, analysiert. Die hydraulischen „Fenster“ beeinflussen den Grundwasserfluss in der Nähe der Entnahmebrunnen, wenn sie eine Fläche von mehr als 0.5 km2 umfassen und sich weniger als 1000 m von den Brunnen entfernt befinden. Die Berechnung der Laufzeiten des Grundwassers durch den Grundwasserhemmer innerhalb der 20 Jahres-Zone um die Förderbrunnen hat jedoch gezeigt, dass Wasser aus dem oberen Grundwasserleiter – auch bei einer durchgehenden Aquitardschicht – innerhalb weniger Jahre den unteren Grundwasserleiter erreichen kann. Aus diesem Ergebnis wurde geschlossen, dass in numerischen Modellierungsstudien von Gebieten mit hoher Nitratbelastung der Einfluss der sedimentären Heterogenität der Aquitardschicht auf die Verweilzeitverteilung explizit berücksichtigt werden muss.



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