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 22.12.2005 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: Vertikale Austauschraten zwischen Neuenburg und Breisgau-Formation

4 Untersuchungsgebiet: Vergleich Stichtag 20.10.1986 zu langjährigem Mittel Differenz Stichtag - Langjähriges Mittel [m]

5 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung: 1520 ausgewertete Messstellen Mittlere Abweichung: 65 cm Bei 50 % der Messstellen Abweichung < 50 cm Differenz gemessen-berechnet [m]

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

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

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

9 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung:

10 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung:

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

12 Untersuchungsgebiet: Stationäre Anpassung: Stand: 18.11.2005.Stand: 22.12.2005.

13 Untersuchungsgebiet: Stationäre Wasserbilanz: ZuflussAbfluss Neubildung31,70,0 Austausch mit Rhein15,212,1 Austausch mit Rheinkanal1,60,2 Austausch mit Gewässernetz21,048,8 Randzu-/abfluss8,00 Entnahmen0,016,2 Festpotential0,10,3 Austausch mit Baggerseen2,9 Gesamt:80,5

14 Untersuchungsgebiet: Austausch zwischen Teilgebieten aus LIFE: 1.6 m³/s0.7 m³/s 2.2 m³/s 0.2 m³/s 3.7 m³/s 1.7 m³/s 0.6 m³/s 3.1 m³/s 1.1 m³/s 1.4 m³/s 1.6 m³/s 0.3 m³/s

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

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

17 Untersuchungsgebiet: Infitrierende / Exfiltrierende Streams bei eingetiefter Sohle: Leakagekoeffizient Infiltration: 3.0e-6 Exfiltration: 4.5e-6 Änderung der Exfiltrationsrate: 48,8 m³/s 51,8 m³/s

18 Untersuchungsgebiet: Abfluss in den Gewässern:

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

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

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

22 Untersuchungsgebiet: Anmerkungen stationäres Eichergebnis: Verbesserung gegenüber 18.11.2005 Mittlere Abweichung = 0,65m << 1% vom totalen Δh=150 m In- und Exfiltrationsbereiche der Gewässer plausibel Durchlässigkeiten eher geringer als hydrogeologisches Modell Randbereiche Breisgauschichten geringere Durchlässigkeiten Eingetiefte Gewässersohle ergibt: Geringfügig höheren Abfluss Ähnliche Anpassung (Unterschied von 1 cm im Mittel)

23 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz:

24 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz:

25 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz:

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

27 Untersuchungsgebiet: Instationäre Wasserbilanz:

28 Untersuchungsgebiet: Dynamik der Grundwasserstände:

29 Untersuchungsgebiet: Verteilung der speichernutzbaren Hohlraumanteile: Hohlraumanteile

30 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

31 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

32 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

33 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

34 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

35 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

36 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

37 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

38 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

39 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

40 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Ganglinien:

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: Dynamik der Grundwasserstände: Messung Rechnung Schankungsbreite [m]

60 Untersuchungsgebiet: Anmerkungen instationäre 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 Hohlraumanteile ohne große Sensitivität Gespannter Speicher 10 -5 1/s

61 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

62 Untersuchungsgebiet: Simulation Sauerstoff: Randbedingungen: Stationäres Strömungsfeld Neubildung: 10 mg/l Rhein: 7 mg/l Gewässer, Randzufluss: 5 mg/l Simulationszeit: näherungsweise stationäre Sauerstoffverteilung nach 30 Jahren Abbau 0. Ordnung (konstanter Abbau) Anpassung der Abbauraten Vergleich mit gemessenen Sauerstoffdaten 1010 Messwerte für 1997 Mittelwerte für 596 Ganglinien

63 Untersuchungsgebiet: Anpassung Sauerstoffabbau: Variation der homogenen Abbauverteilung: Beste Anpassung bei 0,23 mg/l a Mittlere Abweichung 2,74 mg/l Differenzierte Abbauverteilung 0,02 mg/l a – 2,2 mg/l a Mittlere Abweichung 2,55 mg/l

64 Untersuchungsgebiet: Differenzierter Sauerstoffabbau: O 2 –Abbaurate [mg/l * s]

65 Untersuchungsgebiet: Vergleich der Sauerstoffkonzentrationen: gemessenberechnet O 2 –Konzentration [mg/l]

66 Untersuchungsgebiet: Vergleich der Sauerstoffkonzentrationen: Differenz gemessen – berechnet [mg/l]

67 Untersuchungsgebiet: Simulation Sauerstoff:

68 Untersuchungsgebiet: Bereiche geringer Sauerstoffkonzentration: Abbau < 2 mg/l O 2 Abbau < 3 mg/l O 2

69 Untersuchungsgebiet: Simulation des Nitrattransports: Nitratzufluss aus Neubildung: Nitratfrachtverteilung für 1950, 1980, 1990 und 2000 Ermittlung der Nitratkonzentration aus Neubildung Lineare Interpolation der Nitratzuflusskonzentration Nitratkonzentration der Oberflächengewässer: 4-9 mg/l Nitratkonzentration des Randzuflusses aus Einzugsgebietsbetrachtung Simulationszeitraum: 1950 – 2000 Stationäre Strömung Abbau 0. Ordnung: Abbau in den Bereichen mit O 2 <3 mg/l Abbauverteilung des Sauerstoffs * 1,55 (aus Stöchiometrie) Vergleich Messwerte und Modellrechnung: 1997 (Bestandsaufnahme der Grundwasserqualität im Oberrheingraben) Ganglinien

70 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1980 Nitratkonzentration (aktuell): Nitratkonzentration (alt):

71 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1950 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration:

72 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1960 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration:

73 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1970 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration:

74 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1980 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration:

75 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 1990 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration:

76 Untersuchungsgebiet: Simulation langjähriger Nitrattransport: Eintrag 2000 Nitratfracht:Nitratzuflusskonzentration:

77 Untersuchungsgebiet: Heterotrophe Denitrifikation: Heterotrophe Denitrifikation Mikrobiell katalysierte Oxidation von natürlichem org. Kohlenstoff (CH 2 O) mit Sauerstoff und, bei Sauerstoffmangel, mit Nitrat als Oxidationsmittel. Oxidation mit Sauerstoff: 1 Mol O 2 pro Mol CH 2 0 32 g O 2 pro Mol CH 2 O Oxidation mit Nitrat: 4/5 Mol NO 3 - pro Mol CH 2 0 49,6 g NO 3 - pro Mol CH 2 O Faktor O2 : NO3 = 49,6/32 = 1,55

78 Untersuchungsgebiet: Layer 1 Layer 5 Nitratkonzentration 1997:

79 Untersuchungsgebiet: Layer 7Layer 10 Nitratkonzentration 1997:

80 Untersuchungsgebiet: Nitratkonzentration 1997: GemessenBerechnet Tiefengemittelt (1-5)

81 Untersuchungsgebiet: Vertikale Nitratverteilung 1997:

82 Untersuchungsgebiet: Vertikale Nitratverteilung 1997: Differenz gemessen – berechnet [mg/l]

83 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

84 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

85 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

86 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

87 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

88 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

89 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

90 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

91 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

92 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

93 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

94 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

95 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

96 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

97 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

98 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

99 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

100 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

101 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

102 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

103 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

104 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

105 Untersuchungsgebiet: Ausgewählte Nitratganglinien:

106 Untersuchungsgebiet: Anmerkungen Nitratmodellierung: Zu hohe berechnete Nitratkonzentrationen: Mehr Abbau nicht möglich Größtenteils Nitratzuflusskonzentrationen im Süden größer als 100 mg/l über mehr als 10 Jahre Ganglinien passen vergleichsweise gut Nitratkonzentrationen an den Messstellen 1997 deutlich zu hoch Strömung hat nur sehr geringen Einfluss auf berechnete Nitratkonzentrationen

107 Untersuchungsgebiet: Frohe Weihnachten