Referenzbeispiele für einige Grundwassermodelle:
Auftraggeber: Freistaat Bayern/Republik Österreich
Fertigstellung: 11.09.1998Kurzcharakteristik:
Geologisch-hydrogeologische Auswertung von 200 Trinkwasser-, Forschungs- und Erdölbohrungen; Erarbeitung von Isopachen-, Fazies- und Strukturkarten von Oberjura, Kreide und Tertiär der Ostmolasse; Zusammenstellung, Auswertung und Interpretation hydrochemischer und isotopenhydrologischer Daten; Erarbeitung von hydromechanischen Grundlagen zur Temperatur- und Dichtekorrektur gemessener Einzelpotentiale als Grundlage für die Erarbeitung der Potentialverteilung des Malmkarstes der Ostmolasse; Erarbeitung eines konsistenten hydrogeologischen Modells als Basis für ein mathematisches GwStrömungsmodell.
Erstellung eines 2D-Kluftgrundwasser-Strömungsmodells für den Malmkarstaquifer des Niederbayerisch-Oberösterreichischen Molassebeckens.Modellsystem:
Kontinuierlich-diskontinuierliche Finite-Elemente Programme MK1 und MK2 des CENTRE D’HYDROGÉOLOGIE UNIVERSITÉ DE NEUCHÂTEL (Kiraly 1991)Referenzen:
Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, München: BD Dipl.-Ing. Roth, LRD Dr. Frisch, ORR Büttner, Dipl.-Ing. Veit Bayer. Geologisches Landesamt, München: LRD Dr. Wrobel
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Wien: MR Dr. Vollhofer
Oberösterreichische Landesregierung, Linz: Dipl.-Ing. Dr. ÜberwimmerLiteratur:
BAYERISCHES LANDESAMT FÜR WASSERWIRTSCHAFT (Hrsg.) (1999): Das Thermalwasservorkommen im niederbayerisch-oberösterreichischen Molassebecken – Hydrogeologisches Modell und Thermalwasser-Strömungsmodell im Auftrag des Freistaates Bayern und der Republik Österreich, Kurzbericht.- 21 S., 4 Abb., 20 Anl.; München (Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft).
Grundsatzmodell „Eschau" im Buntsandstein-Spessart
Auftraggeber: Freistaat Bayern
Fertigstellung: November 1997Kurzcharakteristik:
Modellgestützte Bilanzierung des grundwasserhydraulischen Fließgeschehens und Berechnung der 50-Tage-Linie zur Festlegung der engeren Schutzzone (Zone II) der Erkundungsbohrungen A und B im Erkundungsgebiet 1.12 Eschau. Erstellung eines 2D-Grundwasser-Strömungsmodells unter Berücksichtigung eines orthogonalen StörungssystemsModellsystem:
2D Finite-Differenzen-Modell ASM (Kinzelbach & Rausch 1995)Referenzen:
Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, München: LRD Dr. Frisch, RR Lindenthal, Dipl.-Ing. Veit
Wasserwirtschaftsamt Aschaffenburg: Dr. Fritsch
Grundsatzmodelle „Rodenbach-Nord" und „Rodenbach-Süd" im Buntsandstein-Spessart
Auftraggeber: Zweckverband Fernwasserversorgung Mittelmain
Fertigstellung: August 1996
Kurzcharakteristik:
Modellgestützte Bilanzierung des grundwasserhydraulischen
Fließgeschehens und Berechnung der 50-Tage-Linie zur Festlegung der engeren Schutzzonen
(Zonen II) der Brunnengalerien Rodenbach-Nord und Rodenbach-Süd. Erstellung von
2D-Strömungsmodellen unter Berücksichtigung eines orthogonalen Störungssystems
Modellsystem:
2D Finite-Differenzen-Modell ASM (Kinzelbach & Rausch 1995)
Referenzen:
Zweckverband Fernwasserversorgung Mittelmain, Würzburg: Hr. Sedelmayer, Hr.
Müller-Fecher
Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, München: LRD Dr. Frisch, RR Lindenthal,
Dipl.-Ing. Veit
Wasserwirtschaftsamt Würzburg:Dr. König
Auftraggeber: Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm, Wasserwirtschaftsamt Krumbach
Fertigstellung: Juli 1996
Kurzcharakteristik:
Die Iller weist als Alpenfluß Hochwässer von Januar bis März auf.
Zur Schaffung einer Retentionsfläche als künstlicher Überschwemmungsbereich in der
Illerschleife südwestlich von Ulm, dem sog. Warmwässerle-Graben, mußte der Zusammenhang
zwischen einem Hochwasserereignis der Iller und dem Grundwassergang im Bereich der
Illerschleife modelltechnisch untersucht werden. Dabei wurden etwaige Aufhöhungen des
Grundwasserspiegels, z. T. über Flur, prognostiziert, um Beeinträchtigungen angrenzender
landwirtschaftlich und gewerblich genutzter Gebiete durch die geplante Maßnahme
abschätzen zu können und ggf. Abhilfemaßnahmen zu projektieren.
Erstellt wurde ein numerisches 3D-Grundwasserströmungsmodell mit
instationärem Rechenansatz, um die zeitabhängigen Beziehungen zwischen einer
Hochwasserwelle und dem Grundwassergang zu simulieren.
Modellsystem:
USGS Finite-Differenzen Programme MODFLOW/MODPATH (McDonald & Harbough
1988, Pollock 1989) unter PROCESSING MODFLOW (Chiang & Kinzelbach 1993).
Referenzen:
Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm: Dipl.-Ing. Schmidberger
Wasserwirtschaftsamt
Krumbach: RR Dr. Sprenger
Bayer.
Landesamt für Wasserwirtschaft, München:Dipl.-Ing. Veit
Auftraggeber: Kalkwerk Saal GmbH & Co.
Fertigstellung: November 1994Kurzcharakteristik:
Hydrogeologisches Modell und numerisches 2D-Kluftgrundwasser-Strömungsmodell im Rahmen des Genehmigungsverfahrens für die Erweiterung des Kalkstein-Tiefenabbaues im Malmkarst der südlichen Frankenalb:
Geologisch-hydrogeologische Bearbeitung vorhandener Daten zu Stratigraphie, Bruchtektonik, großtektonischem Rahmen und Grundwasserströmungsfeld, Strukturgeologische Analyse des tektonischen Inventars aus Geländeaufnahmen und Photolineationskartierung; Erarbeitung eines detaillierten hydrogeologischen Modells als Basis für ein mathematisches GwStrömungsmodell.
Numerisches 2D-Grundwasserströmungsmodell, an die spezielle Problematik von Kluft- und Karstgrundwasserleitern angepaßt, Prognosefallberechnung für verschiedene Absenkungszustände des Karstgrundwasserleiters im Zuge des Kalksteinabbaues sowie von Reinjektionsmaßnahmen des geförderten Karstgrundwassers.Modellsystem:
Kontinuierlich-diskontinuierliches Finite-Elemente Programm MK1 des CENTRE D’HYDROGÉOLOGIE UNIVERSITÉ DE NEUCHÂTEL (Kiraly 1991)Referenzen:
Kalkwerk Saal GmbH & Co., Saal a.d. Donau: Herr Dietz, Herr Oellinger
Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, München: BD Dipl.-Ing. Roth, ORR Büttner, Dipl.-Ing. Veit
Bayer. Geologisches Landesamt, München: Dr. ApelLiteratur:
HUBER, B. & BÜTTNER, W. (1996): Darstellung der hydrogeologischen Verhältnisse im Bereich des Kalkwerkes Saal, Landkreis Kelheim und Simulation durch ein numerisches Grundwasserströmungsmodell zur Beurteilung einer Grundwasserabsenkung.- In: Merkel, B. (Hrsg.): Grundwasser und Rohstoffgewinnung. Vortrags- und Posterkurzfassungen der Tagung der FH DGG, Freiberg, Sachsen, Mai 1996: 209-213, 2 Abb.; Köln (von Loga).
Auftraggeber: ZV Mettenheimer Gruppe/Mühldorf a. Inn
Fertigstellung: Oktober 1994Kurzcharakteristik:
Das Modellgebiet umfaßt den gesamten, für die Trinkwassererschließung genutzten regionalen Grundwasserleiter der Ampfinger Niederterrasse, wobei das mathematische Modell mit einem zweidimensionalen Ansatz erstellt wurde.
Zielsetzung des Modells war es, eine Grundwasserbilanz für den Aquifer zu erstellen, d.h. die bislang nur aufgrund überschlägiger Berechnungen bekannten Grundwasserzu- und -abflüsse zu ermitteln. Davon ausgehend konnte sodann eine optimale Bewirtschaftung des Grundwasservorkommens durch die verschiedenen Wasserversorgungsträger projektiert werden.
Weiterhin mußte die zukünftige Ausbreitung einer Grundwasserkontamination rechnerisch prognostiziert werden, um die für Trinkwasserzwecke ungeeigneten Aquiferabschnitte zu kartieren. Die für den Stofftransport maßgeblichen Parameter wurden durch umfangreiche Auswertungen von bekannten Schadstoffdurchgangskurven (Chrom6+, LHKW) mit Durchflußmodellen (Sauty & Kinzelbach, 1992) bestimmt.Modellsystem:
USGS Finite-Differenzen Programme MODFLOW/MODPATH (McDonald & Harbough 1988, Pollock 1989), MT3D (Zheng 1992) unter PROCESSING MODFLOW (Chiang & Kinzelbach 1993).Referenzen:
Stadtwerke Mühldorf: Dipl.-Ing. Langenbuch
Ludwig-Maximilians-Universität München: Prof. Dr. Wohnlich
Grundwasserströmungsmodell „Kiesabbaugebiet südlich von Königsbrunn"
Auftraggeber: Fa. Kranzfelder Straßen- und Tiefbau GmbH, Bobingen
Fertigstellung: Dezember 1993Kurzcharakteristik:
Im Bereich des Lechfeldes südlich von Königsbrunn befinden sich gemäß Regionalplan ausgedehnte Vorrangflächen für Kiesabbau. Gleichzeitig liegen diese Abbauflächen innerhalb des Trinkwasserschutzgebietes der Brunnen der Städte Augsburg und Königsbrunn. Um die Auswirkungen der vielfältigen Kiesabbau- und Wiederverfüllungsmaßnahmen auf die Grundwasserströmung zu untersuchen, wurde ein numerisches 3D-Grundwasser-strömungsmodell erstellt.
Im einzelnen wurde das Modell eingesetzt, um Grundwasseraufhöhungen und -absenkungen zu berechnen sowie Beeinflussungen der Grundwasserströmungsrichtung durch einzelne Kiesabbauvorhaben festzustellen. Weiterhin wurde das Modell für die Planfeststellungsverfahren der Kiesabbau-Vorhabensträger im Zuge der behördlichen Prüfung eingesetzt.Modellsystem:
USGS Finite-Differenzen Programme MODFLOW/MODPATH (McDonald & Harbough 1988, Pollock 1989) unter PROCESSING MODFLOW (Chiang & Kinzelbach 1993).Referenzen:
Fa. Kranzfelder Straßen- und Tiefbau GmbH, Bobingen: Dipl.-Ing. Mader
Wasserwirtschaftsamt Donauwörth: RR von Roda
Auftraggeber: Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft
Fertigstellung: Oktober 1991Kurzcharakteristik:
Mit dem Grundwasserströmungsmodell „Erlach" wurden die Anströmverhältnisse zweiter benachbarter Brunnengalerien im Kluftgrundwasserleiter des Unteren und Mittleren Buntsandsteins im Ostspessart untersucht. Ausgehend von tektonischen Detailuntersuchungen, einer regionalen strukturgeologischen Deformationsanalyse und einem detaillierten hydrogeologischen Modell wurde die Anströmung mittels eines kombinierten diskontinuierlich-kontinuierlichen numerischen 2-D-Rechenmodells geklärt. Die rechentechnische Simulation der Grundwasserströmungsverhältnisse bildet die Basis für die Bemessung der Zonen II (engere Schutzzonen) der Trinkwasserschutzgebiete dieser Grundwassererschließungen.Modellsystem:
Kontinuierlich-diskontinuierliches Finite-Elemente Programm MK1 des CENTRE D’HYDROGÉOLOGIE UNIVERSITÉ DE NEUCHÂTEL (Kiraly 1991)Referenzen:
Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, München: LRD Dr. Frisch, ORR Koschel, Dipl.-Ing. Veit
Institut für Geologie der Universität Würzburg:Univ.-Prof. Dr. habil. UdluftLiteratur:
HUBER, B. (1992): Der Einfluß des Trennflächengefüges auf die Grundwasserströmung in Kluftgrundwasserleitern. - Hydrogeologie und Umwelt, 5: 1-293, 78 Abb., 21 Tab., 48 Anl.; Würzburg.
HUBER, B. (1994): Grundwasserströmungsmodell „Erlach" - Modellierung der Grundwasserströmungsverhältnisse im Kluftgrundwasserleiter des Buntsandsteins. - Mitt. Lehrstuhl Hydraulik und Gewässerkunde TU München, Sonderheft Mathematische Grundwasserströmungsmodelle in Bayern, 57: S. L 1-L 21, 19 Abb.; München.
Grundwasserströmungsmodell „Textilviertel Augsburg und angrenzende Gebiete"
Auftraggeber: Stadt Augsburg, Tiefbauamt
Fertigstellung: April 1998Kurzcharakteristik:
Im Textilviertel der Stadt Augsburg sind seit 1980 erhebliche Grundwasseranstiege infolge verstärkter Aussickerungen der aus dem Lech ausgeleiteten Stadtbäche und infolge reduzierter Grundwasserentnahmen eingetreten. Im Zuge des Schleifenstraßen-Projektes der Stadt Augsburg war ein Mischwasserkanal im Textilviertel vorgesehen, der oberstromig einen weiteren Grundwasseranstieg erwarten ließ.
Zur Untersuchung der dadurch verursachten Grundwasserstandsveränderungen und hydraulischer Maßnahmen zur Absenkung der Grundwasseroberfläche auf die früheren Wasserstände wurde ein 3D-Grundwasserströmungsmodell erstellt.
Mit dem Modell wurden die Strömungsverhältnisse in den Lechtalkiesen im Textilviertel und Siebentischwald – mit Berücksichtigung auch des in hydraulischer Verbindung stehenden Grundwassers in den unterlagernden Tertiärsanden – simuliert. Neben der starken Einspeisung der Stadtbäche in das Grundwasser waren erhebliche Grundwasserabflüsse als „Fremdwasser" zum Klärwerk der Stadt Augsburg zu berücksichtigen. Als instationäre Kalibrierungsvariante war das Absinken der Grundwasseroberfläche während der jeweiligen Bachablässe zu simulieren.Modellsystem:
USGS Finite-Differenzen Programme MODFLOW/MODPATH (McDonald & Harbough 1988, Pollock 1989) unter PROCESSING MODFLOW (Chiang & Kinzelbach 1993).Referenzen:
Tiefbauamt der Stadt Augsburg: Dipl.-Ing. Haller; Dipl.-Ing. Rutte
Ing.-Büro Arnold, Kissing, Dipl.-Ing. Kwade
Grundwasserströmungsmodell „Schwangau" zur Wasserversorgung der Stadt Füssen
Auftraggeber: Stadt Füssen, Tiefbauamt
Fertigstellung: August 1998Kurzcharakteristik:
Die Stadt Füssen betreibt zwei Trinkwasserversorgungsbrunnen bei Alterschrofen (Gemeinde Schwangau), die aus spätglazialen Schottern der Würmeiszeit der Schwangauer Ebene Grundwasser fördern. Für eine Überprüfung der Ausrichtung und Dimensionierung des bestehenden Trinkwasserschutzgebietes mußte auf der Grundlage eingehender hydrogeologischer und hydrochemischer Untersuchungen mit einem Grundwasserströmungsmodell die Frage geklärt werden, aus welcher Richtung die Hauptanströmung der Brunnen erfolgt und in welchem Umfang südliche Randzuflüsse aus den Kalkalpen in den Grundwasserleiter im Einzugsgebiet einspeisen.
Mit dem erstellten 2D-Strömungsmodell konnte geklärt werden, daß ca. 25 % des Grundwassers im Anstrombereich der Brunnen aus dem Kalkalpen-Randzufluß stammt, jedoch nicht in bislang angenommenen Bereichen. Auf der Grundlage der Modellberechnungen und des damit ermittelten Einzugsbereiches konnte eine Neuausrichtung sowie eine optimierte Bemessung des Trinkwasserschutzgebietes vorgenommen werden.Modellsystem:
USGS Finite-Differenzen Programme MODFLOW/MODPATH (McDonald & Harbough 1988, Pollock 1989) unter PROCESSING MODFLOW (Chiang & Kinzelbach 1993).Referenzen:
Stadt Füssen: OB Dr. Wenger; Dipl.-Ing. Natterer, Tiefbauamt
Wasserwirtschaftsamt Kempten: BD Schade, Dr. Procher
Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, München:BD Mangelsdorf
Ing.-Büro Reg.-Baumeister Schlegel, München: Dipl.-Ing. Schrankenmüller
Grundsatzmodell „Neubau Bayer. Landesamt für Umweltschutz" in Augsburg
Auftraggeber: Staatl. Hochbauamt Augsburg
Fertigstellung: Februar 1997Kurzcharakteristik:
Für den Neubau des Bayer. Landesamtes für Umweltschutz (LfU) in Augsburg war eine Grundwasserabsenkung im quartären Kies-Grundwasserleiter der Haunstetter Niederterrasse erforderlich. Wegen ausgeprägter Höhenunterschiede der Sohle des Grundwasserleiters und wegen der erforderlichen Rückleitung des geförderten Wassers über Sickerbrunnen in das Grundwasser noch im Randbereich des Absenkungstrichters waren auf der klassischen Forchheimer’schen Mehrbrunnen-Formel beruhende Berechnungsmethoden für die Wasserhaltung nicht geeignet.
Es wurde deshalb ein vereinfachtes 2D-Strömungsmodell (Grundsatzmodell) erstellt, mit dem die in Abhängigkeit von den Grundwasserständen zur Zeit der Bauausführung zu erwartenden Förder- und Versickerungsmengen, die hierzu erforderliche Anzahl der Brunnen und eine Optimierung der Standorte der Entnahme- und Versickerungsbrunnen vorgenommen werden konnte. Desweiteren konnten mit dem Modell die Reichweiten des Entnahmetrichters und des Aufhöhungskegels der Grundwasseroberfläche für die Festlegung erforderlicher Beweissicherungsmaßnahmen berechnet und der schrittweise Rückbau der Brunnen den jeweiligen Anforderungen der Baustelle optimal angepaßt werden.Modellsystem:
USGS Finite-Differenzen Programme MODFLOW/MODPATH (McDonald & Harbough 1988, Pollock 1989) unter PROCESSING MODFLOW (Chiang & Kinzelbach 1993).Referenzen:
Staatl. Hochbauamt Augsburg: Dipl.-Ing. Bubmann, Dipl.-Ing. Teynor
Architekten BDA/DWB, Prof. Kaup, Dr.-Ing. Scholz, Dipl.-Ing. Jesse, München:Dipl.-Ing. Werner
Grundwasserströmungsmodell „Arsensanierung HMD Gallenbach"
Auftraggeber: Großraum-Mülldeponie Gallenbach GmbH & Co, Müllbeseitigungs- und Verwertungs-KG, Gersthofen
Fertigstellung: Januar 1995Kurzcharakteristik:
Im Anfang der 70er Jahre errichteten Teilbereich „Alter Müllberg" der HMD Gallenbach, welche keine Basisabdichtung aufwies, ist infolge Sickerwassereinspeisungen in den unterlagernden Tertiären Grundwasserleiter geogenes Arsen in den Tertiärsedimenten mobilisiert worden, weshalb im Grundwasserabstrom zum Paartal erhebliche Arsenbelastungen festgestellt wurden.
Zur Untersuchung hydraulischer Maßnahmen zur Fassung des kontaminierten Grundwassers zwecks Ableitung in eine Arsen-Reinigungsanlage war die Erstellung eines 2D-Grundwasserströmungsmodelles erforderlich. Mit dem Modell wurde der Wirkungsgrad verschiedener ins Auge gefaßter Maßnahmen in der Abstromfahne berechnet. Am zweckmäßigsten erwies sich ein Draingraben mit unterstromig vorgesetzter Teilumspundung, dessen Standort optimiert werden konnte.Modellsystem:
USGS Finite-Differenzen Programme MODFLOW/MODPATH (McDonald & Harbough 1988, Pollock 1989) unter PROCESSING MODFLOW (Chiang & Kinzelbach 1993).Referenzen:
Regierung von Schwaben: RD Dr. Schröder
Bayer. Geol. Landesamt, München: RD Schneider
Wasserwirtschaftsamt Donauwörth: BD Thormann
Grundwassermodell „Brauchwassergewinnung Firma Haindl, Augsburg"
Auftraggeber: Haindl Papier GmbH, Augsburg
Fertigstellung: Januar 1999Kurzcharakteristik:
Die Haindl Papier GmbH benötigt für das bestehende Werk Süd und das im Bau befindliche Werk Nord an der Stadtbachstraße in Augsburg erhebliche Brauchwassermengen, welche aus dem postglazialen Kiesgrundwasserleiter zwischen Augsburger Hochterrasse und dem Lech entnommen werden müssen. Der Grundwasserleiter wird in erheblichem Umfang durch Aussickerungen mehrerer Stadtbäche gespeist, während die natürliche Grundwasserneubildung eine nur sehr untergeordnete Rolle spielt. Mit dem Strömungsmodell sollten die maximal möglichen Entnahmemengen und die hierzu erforderliche Brunnenanzahl und –anordnung bei mittleren und niedrigen Grundwasserständen sowie während der jeweils zweiwöchigen Ablässe der Stadtbäche ermittelt werden.
Hierzu war die Erstellung eines 3D-Strömungsmodelles unter Einbeziehung auch des Grundwasserleiters der Tertiärsande, welche unter den Quartärkiesen anstehen, erforderlich. Neben der stationären Kalibrierung des Modells war eine instationäre Eichung mit dem Absinken der Grundwasseroberfläche während der Bachablässe im Herbst 1998 sowie mit den Ergebnissen von Großpumpversuchen mit 7 bestehenden Brauchwasserbrunnen im Werk Süd erforderlich.
Die Modelleichungen ergaben, daß die Bachaussickerungen zu 80 % am Grundwasserumsatz im Modellbereich beteiligt sind, wovon ca. 50 % zum Klärwerk als Fremdwasser abfließen. Mit dem Modell konnten die maximalen Entnahmemengen für verschiedene Grundwasserstände sowie für die Dauer der jeweiligen Bachablässe prognostiziert und eine Optimierung der Brunnenstandorte vorgenommen werden.Modellsystem:
USGS Finite-Differenzen Programme MODFLOW/MODPATH (McDonald & Harbough 1988, Pollock 1989) unter PROCESSING MODFLOW (Chiang & Kinzelbach 1993).Referenzen:
Haindl Papier GmbH, Augsburg: Dipl.-Ing. Mlynek, Dipl.-Ing. Plischka, Dipl.-Ing. Heinzel
Auftraggeber: Freistaat Bayer (Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft)
Fertigstellung: Dezember 2001Kurzcharakteristik:
Erstellung eines mehrschichtigen 3D-Grundwasserströmungsmodells für das Tiefengrundwasser in den tertiären Ortenburger Schottern zwischen Straubing und VilshofenModellsystem:
Finite-Elemente Programm FEFLOW 4.8 der WASY Gesellschaft für wasserwirtschaftliche Planung und Systemforschung mbHReferenzen:
Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, München: BD Dipl.-Ing. Roth, ORR Büttner, Dipl.-Ing. Veit