Modellierung der regionalen Nitrattransportprozesse im Grundwasser des länderübergreifenden Oberrheingrabens (F/D/CH) zwischen Karlsruhe und Basel im Rahmen.

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1 Modellierung der regionalen Nitrattransportprozesse im Grundwasser des länderübergreifenden Oberrheingrabens (F/D/CH) zwischen Karlsruhe und Basel im Rahmen des Projektes INTERREG III MoNit Projektstand 18.11.2005 Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH Institut de Mécanique des Fluides et des Solides, Straßburg Steinbeis-Transferzentrum 734, Grundwassermodellierung

2 Untersuchungsgebiet: Berechnete stationäre Grundwassergleichen

3 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung: Differenz gemessen-berechnet [m] 1521 ausgewertete Messstellen Mittlere Abweichung: 80 cm Bei 75 % der Messstellen Abweichung < 80 cm

4 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung: Differenz gemessen-berechnet [m]

5 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung: Differenz gemessen-berechnet [m]

6 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung: Differenz gemessen-berechnet [m]

7 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung:

8 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung:

9 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung: Stand: 18.11.2005.Stand: 07.10.2005.

10 Untersuchungsgebiet: Anmerkungen Stationäre Anpassung: Verbesserung gegenüber 07.10.2005 Mittlere Abweichung = 0,8m << 1% vom totalen Δh=150 m Weiterer Anpassungsbedarf: Freiburger Bucht Kalibecken Vorbergzone südlich des Kaiserstuhls Colmar-Selesat

11 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz: ZuflussAbfluss Neubildung31,70,0 Austausch mit Rhein26,118,7 Austausch mit Rheinkanal1,60,5 Austausch mit Gewässernetz20,551,6 Randzu-/abfluss7,90 Entnahmen0,016,2 Festpotential0,10,8 Austausch mit Baggerseen3,1 Gesamt:90,9

12 Untersuchungsgebiet: Teilgebiete aus LIFE:

13 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz - Haguenau: ZuflussAbfluss Neubildung2,20,0 Austausch mit Rheinkanal0,10,0 Austausch mit Gewässernetz0,22,8 Randzu-/abfluss0,80,0 Entnahmen0,01,1 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten4,64,0 Austausch mit Baggerseen0,4 Gesamt:8,3

14 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz - Strasbourg: ZuflussAbfluss Neubildung3,10,0 Austausch mit Rheinkanal0,10,4 Austausch mit Gewässernetz1,52,1 Randzu-/abfluss0,80,0 Entnahmen0,04,9 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten13,111,2 Austausch mit Baggerseen0,3 Gesamt:18,9

15 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz - Sélestat: ZuflussAbfluss Neubildung3,30,0 Austausch mit Rheinkanal0,40,0 Austausch mit Gewässernetz1,32,8 Randzu-/abfluss0,50,0 Entnahmen0,00,5 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten12,514,7 Austausch mit Baggerseen0,1 Gesamt:18,1

16 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz - Colmar: ZuflussAbfluss Neubildung7,60,0 Austausch mit Rheinkanal0,90,0 Austausch mit Gewässernetz4,50,8 Randzu-/abfluss1,30,0 Entnahmen0,06,0 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten2,910,4 Austausch mit Baggerseen0,6 Gesamt:17,8

17 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz – Mulhouse-Bâle: ZuflussAbfluss Neubildung1,00,0 Austausch mit Rheinkanal0,10,0 Austausch mit Gewässernetz0,30,1 Randzu-/abfluss0,60,0 Entnahmen0,00,5 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten0,21,6 Austausch mit Baggerseen0,1 Gesamt:2,3

18 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz – Rastatt: ZuflussAbfluss Neubildung4,20,0 Austausch mit Rhein3,00,4 Austausch mit Gewässernetz2,211,3 Randzu-/abfluss0,60,0 Entnahmen0,00,6 Festpotential0,10,7 Austausch mit Teilgebieten5,93,0 Austausch mit Baggerseen0,5 Gesamt:16,5

19 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz – Offenburg: ZuflussAbfluss Neubildung4,40,0 Austausch mit Rhein8,65,9 Austausch mit Gewässernetz4,513,9 Randzu-/abfluss0,60,0 Entnahmen0,01,4 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten12,59,4 Austausch mit Baggerseen0,5 Gesamt:31,1

20 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz – Lahr: ZuflussAbfluss Neubildung1,90,0 Austausch mit Rhein11,95,1 Austausch mit Gewässernetz2,912,1 Randzu-/abfluss0,60,0 Entnahmen0,00,2 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten10,410,3 Austausch mit Baggerseen0,2 Gesamt:27,9

21 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz – Freiburger Bucht: ZuflussAbfluss Neubildung1,70,0 Austausch mit Rhein0,0 Austausch mit Gewässernetz1,73,0 Randzu-/abfluss0,90,0 Entnahmen0,00,2 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten0,01,1 Austausch mit Baggerseen0,2 Gesamt:4,5

22 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz – Markgräflerland: ZuflussAbfluss Neubildung1,80,0 Austausch mit Rhein1,55,2 Austausch mit Gewässernetz0,92,2 Randzu-/abfluss0,70,0 Entnahmen0,00,4 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten5,52,6 Austausch mit Baggerseen0,1 Gesamt:10,5

23 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz – Basel: ZuflussAbfluss Neubildung0,30,0 Austausch mit Rhein1,02,1 Austausch mit Gewässernetz0,30,6 Randzu-/abfluss0,50,0 Entnahmen0,00,6 Festpotential0,0 Austausch mit Teilgebieten1,30,1 Austausch mit Baggerseen0,0 Gesamt:3,4

24 Untersuchungsgebiet: Anmerkungen Wasserbilanzen: Gesamtbilanz: Rhein mehr Zufluss als Abfluss Gewäsernetz: 20 m³/s Zufluss und 51 m³/s Abfluss Teilbilanzen: Abfluss in Gewässern F < D Oft keine Gewässersohle vorhanden Gewässersohle 1 m unter GOK Zu geringer Austausch Frankreich Rheinkanal Deutschland Rhein Teilgebiet Lahr: hoher Zufluss aus dem Rhein

25 Untersuchungsgebiet: Trockene Streams: Anmerkung: Wasserführung in trockenen Streams durch Umverteilung des Zuschlags teilweise erhöht => weniger trockene Streams

26 Untersuchungsgebiet: Infitrierende / Exfiltrierende Streams: Leakagekoeffizient Infiltration: 3.0e-6 Exfiltration: 4.5e-6

27 Untersuchungsgebiet: Berechnete Piezometerhöhe über GOK: Piezometerhöhe – GOK [m]

28 Untersuchungsgebiet: Berechnete Piezometerhöhe über GOK: Piezometerhöhe – GOK [m]

29 Untersuchungsgebiet: Berechnete Piezometerhöhe über GOK: Piezometerhöhe – GOK [m]

30 Untersuchungsgebiet: Durchlässigkeiten Modellschicht 1: Durchlässigkeit [m/s] Durchlässigkeit Obere Neuenburgformation (LGRB) Durchlässigkeit Modellschicht 1

31 Untersuchungsgebiet: Durchlässigkeiten Modellschicht 5: Durchlässigkeit [m/s] Durchlässigkeit Untere Neuenburgformation (LGRB) Durchlässigkeit Modellschicht 5

32 Untersuchungsgebiet: Durchlässigkeiten Modellschicht 10: Durchlässigkeit [m/s] Durchlässigkeit Modellschicht 10

33 Untersuchungsgebiet: Anmerkungen vorläufiges Eichergebnis: Auf deutscher Seite bleiben Streams trocken In- und Exfiltrationsbereiche plausibel Piezometerhöhen teilweise über GOK: Große Bereiche nur 0 bis 20 cm => Geländemodell in F ok? Über 20 cm in Senken nahe Baggerseen Randbereiche Durchlässigkeiten eher geringer als hydrogeologisches Modell Randbereiche Breisgauschichten geringere Durchlässigkeiten

34 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz:

35 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz:

36 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz:

37 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz: Anmerkung: Entnahmen noch einmal aktualisiert

38 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz:

39 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien: Direkt am Festpotentialrand

40 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien: 2 km südlich Festpotentialrand

41 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

42 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

43 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

44 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

45 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

46 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

47 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

48 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

49 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

50 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

51 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

52 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

53 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

54 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

55 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

56 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

57 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

58 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

59 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

60 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

61 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

62 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

63 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

64 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

65 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

66 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

67 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

68 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

69 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

70 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

71 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

72 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

73 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

74 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

75 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

76 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

77 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

78 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

79 Untersuchungsgebiet: Anmerkungen stationäre Eichung: Sehr viele Ganglinien zeigen sehr gute Anpassung Saisonale Reaktion gut Mehrjährige Reaktion am Rand wird nachgebildet Rheindynamik wird nachgebildet In allen Bereichen Messstellen mit guter Anpassung Identifikation von zu ändernden Leakagekoeffizienten schwierig Weitergehende Verbesserung: Laterale Variation der Speicherkoeffizienten Anpassung der Speicherkoeffizienten auf Ergebnis Transportmodellierung Weitere Verbesserungen in folgenden Bereichen: Freiburger Bucht Kalibecken

80 Untersuchungsgebiet: Simulation Tritium: Randbedingungen: Zeitlich variabler Tritiumeintrag gemäß Neubildung unter Berücksichtigung der ungesättigten Zone Flächige Neubildung Randzuflüsse Zeitlich variabler Tritiumeintrag entsprechend Niederschlag: Gewässernetz Baggerseen Zeitlich variabler Tritiumeintrag für den Rhein Betrachtungszeitraum: 1963 – 1998 Vergleich mit gemessenen Tritiumwerten 466 Messstellen 498 Werte

81 Untersuchungsgebiet: Vorhandene Messdaten: 466 Messstellen

82 Untersuchungsgebiet: Vergleich gemessenes und berechnetes Tritium Alle Daten bis 1998

83 Untersuchungsgebiet: Tritiumverteilung 1990, Schicht 1

84 Untersuchungsgebiet: Tritiumverteilung 1990, Schicht 5

85 Untersuchungsgebiet: Tritiumverteilung 1990, Schicht 8

86 Untersuchungsgebiet: Tritiumverteilung 1990, Schicht 10

87 Kalibrierung des Tritiumtransports

88 Parameter Effektive Porosität (von 15% – 30%) Vertikale Anisotropie (10 – 1000) Förderraten Durchlässigkeiten der tieferen Schichten

89 Messung - Rechnung Laufnene Dispersivi- täten Vertikale Aniso- tropie ( [Messung- Rechnung]) /476 ( Betrag [Messung- Rechn.])/476 10,2100–10–0,11004,411,0 20,25100–10–0,11005,310,9 30,3100–10–0,11006,111,1 40,250 – 0 – 01006,612,0 50,25100–10–0,110006,011,1 60,25100–10–0,1104,810,8

90 Vertikaler Trend

91 Untersuchungsgebiet: Simulation Sauerstoff (erster Modelllauf): Randbedingungen: Stationäres Strömungsfeld Neubildung: 10 mg/l Gewässer, Randzufluss: 5 mg/l Konstanter Abbau: 10 -11 g/s = 0,3 mg/a Simulationszeit: näherungsweise stationäre Sauerstoffverteilung nach ca. 30 Jahre Verglich mit gemessenen Sauerstoffdaten 258 Messstellen Mittelung bei Ganglinien =>Nitratabbau O 2 < 3 oder 2 mg/l

92 Untersuchungsgebiet: Messstellen mit Sauerstoffinformation: Messstellen: Deutschland: 460 Frankreich: 142

93 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1950 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration: NO3 [kg/ha]

94 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1960 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration: NO3 [kg/ha]

95 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1970 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration: NO3 [kg/ha]

96 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1980 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration: NO3 [kg/ha]

97 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1990 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration: NO3 [kg/ha]

98 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 2000 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration: NO3 [kg/ha]

99 Untersuchungsgebiet: Messstellen mit Nitratinformation: Messstellen: Deutschland: 460 Frankreich: 142