Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau

Präsentation zum Thema: "Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau"—  Präsentation transkript:

1 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Abschlusspräsentation 17. Mai 2010

2 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

3 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

4 Datengrundlagen - Hydrologie
Grundwasserdaten: 107 amtliche Grundwasserpegel Datenreihen 1997 bis 2004 Messintervall hauptsächlich wöchentlich Abflussdaten Ill Niederschlagsdaten 5 amtliche Messstellen Datenreihen 2000 bis 2006 Grundwassernutzungen Bewilligte Konsensmengen Tatsächlich entnommene Mengen als Tages-, Wochen- Monats- oder Jahreswerte

5 Datengrundlagen - Landnutzung
Flächennutzung und Flächenwidmung Gefährdungspotentiale Autobahn, Bahntrasse Tankstellen Deponien und Altstandorte

6 Datengrundlagen - Landnutzung

7 Grundlagen – Hydrogeologische Verhältnisse
Fläche: ca. 50 km² Geologisch: Flyschzone und nördliche Kalkalpen Felssohle bis 150 m unter Talniveau zusammenhängender Grundwasserkörper durch Felsrippen in drei Becken unterteilt

8 Grundwassermodell Walgau Geologie

9 Grundwassermodell Walgau Modellaufbau
Regional zweidimensional-horizontales Modell: variable Parameter horizontal vertikale Inhomogenitäten gemittelt Hydraulische Simulation mit SPRING (2008), Finite Elemente ca Knoten und Elemente Automatische (inverse) Kalibrierung Gemessene Grundwasserstände und In-/Exfiltration Anpassung k-Werte und Leakagekoeff.

10 Grundwassermodell Walgau – Randbedingungen I
Direkte Grundwasserneubildung aus Niederschlag, Verdunstung, Oberflächenabfluss und Flurabstand Randzufluss (Absprache mit Dr. Bertle) Abschätzung aufgrund Größe, Höhe und Geologie Einzugsgebiet Anpassung während Kalibrierung

11 Grundwassermodell Walgau – Randbedingungen II

12 Grundwassermodell Walgau – Randbedingungen III
Oberflächengewässer Großer Einfluss Ill / Giessenbäche auf Grundwasserspiegel Wasserstände instationär modelliert Grundwassernutzung Vorhandene Entnahme- und Versickerungsdaten berücksichtigt Baggerseen

13 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

14 Kalibrierung stationäre Kalibrierung instationäre Kalibrierung

15 stationäre Kalibrierung
Hydrologie sehr variabel kein stationärer Zustand 11. März 2002 als stationärer Zustand Mittlerer Wasserstand Messdaten bei vielen Pegeln -> bessere Kalibrierungsergebnisse

16 stationäre Kalibrierung Ergebnisse
Mittlerer Fehler Pegelstände: 21 cm Giessenbäche gut modelliert k-Werte zwischen 10-4 bis 10-2 m/s

17 stationäre Kalibrierung - Ergebnisse

18 instationäre Kalibrierung
Kalibrierungsperiode: – Anfangs hohe Grundwasserstände niedrige Grundwasserstände am Ende

19 instationäre Kalibrierung - Ergebnisse
Mittlere Abweichung Pegel: 20 cm Probleme Pegel Modellrand Baggerseen k-Werte 5x10-4 bis 5x10-3 m/s

20 instationäre Kalibrierung - Ergebnisse

21 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

22 Validierung neuer Datensatz (Jahr) kalibrierte Parameter

23 Validierung Pegel Links Kalibrierung, rechts Validierung blau: beobachtete Werte, rot: modellierte Werte

24 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

25 Bilanzierung Randzuflüsse ca. 3x so groß wie direkte Neubildung
aus Oberflächengewässer ca l/s aus Ill ca l/s Abfluss Walgau zu 90 % als Oberflächenwasser

26 Bilanzierung

27 Bilanzierung Große Unterschiede zwischen trockenen und nassen Jahren bei der direkten Neubildung und bei Randzuflüssen Nasses Jahr Charakteristisches Jahr Trockenes Jahr

28 Bilanzierung – zeitlicher Verlauf der Zu- und Abflüsse

29 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

30 Trinkwasserversorgung Aufgabe
Analyse potentieller Entnahmen an bestehenden Brunnenstandorten ohne/mit Schongebiete Potential bestehende Schongebiete Berücksichtigung Gefährdungspotentiale Auswirkungen auf GW-Spiegel, Giessenbäche und Anströmbereich der Brunnen

31 Trinkwasserversorgung Methoden
Bahnlinien Bewegung eines Wasserteilchens über die Fließzeit Transport unter invertierter Strömung Wahrscheinlichkeit, dass ein Wasserteilchen innerhalb der gewählten Zeit den Brunnen erreicht, wird ermittelt, Dispersion wird berücksichtigt

32 Trinkwasserversorgung – Schutz- und Schongebiete
Kriterien für minimale Fließzeit: Schutzgebiet Zone II: Tage Schutzgebiet Zone III: 6 Monate Schongebiet: Monate Schongebiete im Walgau: Schongebiet Felsenau 0,76 km² Schongebiet Satteinser Au 2,03 km² Schongebiet Untere Lutz 7,56 km² Schongebiet Tschalenga Au 2,56 km² Fläche Walgau km²

33 Trinkwasserversorgung – potentielle Entnahme
Maximale Menge jedes Brunnens einzeln untersucht übrige Brunnen aktuelle Fördermenge

34 Trinkwasserversorgung – potentielle Entnahme

35 Trinkwasserversorgung – potentielle Entnahme

36 Trinkwasserversorgung – Potential der Schongebiete
Maximale Entnahmemenge optimale Brunnenstandorte Rahmenbedingungen: max. Absenkung: 1 – 1,5 m bei gleichzeitigem Betrieb 6 Monats-Kriterium für Schongebietsgrenzen Gefährdungspotentiale berücksichtigt Gute Verteilung der Standorte

37 Trinkwasserversorgung – Potential der Schongebiete (Bsp. Untere Lutz)

38 Trinkwasserversorgung – Potential der Schongebiete
Konsensmenge derzeit Potential Untere Lutz 55 l/s 1.400 l/s Tschalenga Au 0 l/s 250 l/s Satteiner Au 90 l/s 800 l/s Frastanz 280 l/s 380 l/s

39 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

40 Kühlwassereinleitung Aufgabe
Analyse der Auswirkung thermischer Einleitung in den Grundwasserkörper am Beispiel der Fa. Rauch Anlage der Fa. Rauch 5 Entnahmebrunnen 2 Versickerungsschächte 20 Messstellen, an denen die Temperatur täglich gemessen wird

41 Kühlwassereinleitung Anlage Fa. Rauch

42 Kühlwassereinleitung Modellierung
Für Berechnung des Energiemodells ist 3d-Modell erforderlich -> Umwandlung des 2d Modells in ein 3d Modell

43 Kühlwassereinleitung Randbedingungen I
Strömungsberechnung: Stationäre Randbedingungen und Modellparameter des 2d Modells werden verwendet Vertikale k-Werte 10-mal kleiner als horizontale angenommen Entnahme- und Versickerungswerte der Fa. Rauch ab 2004

44 Kühlwassereinleitung Randbedingungen II
Wärmetransport: Konstante Wassertemperatur bei allen Modellzuflüssen 10°C bei Randzuflüssen und Neubildung, 8°C in Vorflutern Rückgabewasser Fa. Rauch: tatsächliche Pumpmenge und tatsächlicher Temperaturverlauf

45 Kühlwassereinleitung Ergebnisse

46 Kühlwassereinleitung Ergebnisse

47 Kühlwassereinleitung Ergebnisse
Gemessene Werte tendenziell tiefer als modellierte (Messung erfolgt in Bohrloch, Mischtemperatur wird gemessen) Tendenzen erkennbar, Rückgang Ende 2005 mit Zeitverschiebung abgebildet Grundwassertemperatur reagiert sehr schnell auf veränderte Versickerungsmengen

48 Kühlwassereinleitung Schlussfolgerungen
großer Einfluss im Nahbereich der Versickerungsschächte auf GW-Temperatur Temperaturerhöhung beschränkt sich auf den oberen Bereich Veränderung der Kühlwassermenge wirkt sich schnell auf die GW-Temperatur aus

49 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

50 Nassbaggerungen Aufgabe
Einfluss Baggerseen auf Grundwasserkörper Wärmeaustausch Grundwasser / Baggersee mittels 2d und 3d Modellierung Änderungen im Grundwasserfluss durch Verfüllung von Baggerseen

51 Nassbaggerungen Baggerseen
Fläche [ha] Tiefe [m] Volumen [m³] Satteinsersee 2,0 10-13 Galinasee 5,3 7-20 Gr. Beschlingersee 5,1 30-35 Kl. Beschlingersee 1,25 13 Hilti & Jehle See 5,4 28-32 Tschalenga See 7,4 43-50

52 Nassbaggerungen Ergebnis 2D Modellierung

53 Nassbaggerungen 3D-Modellierung
Einführung von Randbedingungen für Strömungsberechnung Wärmetransport

54 Nassbaggerungen Ergebnis 3D Modellierung – Wasseraustausch

55 Nassbaggerungen Ergebnis 3D Modellierung – Jahresverlauf
Jänner Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember

56 Grundwasseruntersuchung und Modellierung Walgau
Grundlagen Kalibrierung Validierung Bilanzierung Modellanwendung Trinkwasserversorgung Kühlwassereinleitungen Nassbaggerungen Retentionsflächen

57 Retentionsflächen Aufgabe
Im BA03 des Ill Ausbauprojektes ergeben Retentionsflächen Auswirkungen auf GW-Verhältnisse Auswirkungen darstellen bewerten Vergleich HQ100 Projekt / HW 1999

58 Retentionsflächen Ausbauprojekt Ill (Werner Consult)
Dotation eines Retentionsbeckens bei HQ100 Verbreiterung Ill Höhenlage der Sohle soll verändert werden Wasserspiegel der Ill aus hydrodyn. 2d-Modell als Eingangswerte für das Grundwassermodell

59 Retentionsflächen Ausbauprojekt Ill (Werner Consult)

60 Retentionsflächen

61 Retentionsflächen In Retentionsflächen bei HQ100 Planungszustand:
zusätzliche Versickerung erhöhte Grundwasserneubildung Planungszustand: Verbreiterung der Ill Grundwasserspiegel sinkt

62 Retentionsflächen

63 Retentionsflächen Ergebnisse
Nahbereich Retentionsbecken: Grundwasserstand 1 m höher als 1999 In 500 m Entfernung GW Spiegel bis zu 0,75 m höher als 1999 Nach wenigen Tagen GW wie 1999 Bereich Giessenbäche GW hoch höhere Wasserführung in Giessenbächen

64 Retentionsflächen Ergebnis

65 Zusammenfassung Schongebiete im Walgau sind bedeutendes Potential für die Trinkwasserversorgung, lokale Auswirkungen auf Grundwasserstand und Oberflächengewässer können nicht ausgeschlossen werden Kühlwasserversickerungen und Nassbaggerungen sind immer im Einzelfall zu beurteilen Im Nahbereich von Retentionsflächen Anstieg des GW-Spiegels, Auswirkungen zeitlich begrenzt

66 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit