Geologie und Hydrogeologie des Stuttgarter Talkessels Ein konzeptionelles Systemmodell Wolfgang Ufrecht Amt für Umweltschutz Stuttgart
18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Altlastensituation Stuttgart 2948 Verdachtsflächen, 2047 Fälle mit LCKWVerdacht
18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Schema der Altlastenbearbeitung Grundstücks- bzw. störerbezogene Einzelfallbearbeitung und standortbezogene Untersuchungsverfahren. Gefahr-, Risikoabschätzung In Regie und auf Kosten von Behörde Störerzuordnung
Erkundung in Schritten bzw. nachfolgende Sanierung durch Störer
18.10.2012
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Schadensfallbearbeitung • Schrittweises Vorgehen, dem Verursacherprinzip folgend >> sehr zeitaufwendig, • Untersuchungen im lokalen Maßstab (Einzelfallbetrachtung), nur selten Fahnenerkundung • Tiefere Stockwerke oft unberücksichtigt, • Grenzen der Einzelfallbearbeitung bei komplexen Schadensfällen, Nur kleiner Teil der Verdachtsflächen abgearbeitet Kenntnis über Gefährdungspotential weiterer Einzelfälle? keine übergeordnete Risiko- und Gefährdungsbetrachtung. 18.10.2012
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Neue Wege: Integrale Untersuchung Gesamtschauliche Untersuchungen Ziel: Situation im Projektraum erkennen und Modellvorstellung des gesamten Systems entwickeln (Systemverständnis und Prozessverständnis). Vollwertiges räumliches und zeitliches Bild der Konzentrationsverteilung.
18.10.2012
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Das EU-Projekt MAGPlan
MAGPlan: Bewirtschaftungsplan zur Sicherstellung eines guten chemischen Grundwasserzustands durch Vermeidung von Schadstoffeinträgen aus Altlasten
Räumliche Untersuchung der Grundwasserqualität in Stuttgart Projektpartner: LHS Stuttgart Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz
Projektlaufzeit: 2010 – 2014
Projektbudget 3,4 Mio € (Fördersatz 50%)
Projektförderung Life + 2008 Environment 18.10.2012
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Der Modellraum: Stuttgarter Talkessel 705 Standorte mit potentiellem LCKW-Eintrag
Relief 101 Standorte mit untersuchtem LCKW-Eintrag Geologie Tektonik Grundwasser Funktionsraum Mineral- und Heilquellen Digitales Höhenmodell Baden-Württemberg
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Nutzungsaspekte - Schutz der Mineral Thermalwässer
Wasserwirtschaftliches Schutzgut
20
20
1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 01 4 7 01 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 01 4 7 01 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.11. 1. 1. 1.11. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.11. 1. 1. 1.11. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1 1. 1. 1. 1.1
18
Tetrachlorethen, PCE Trichlorethen, TCE
Kulturgut
µg/l
16
14
12
Gesamtschüttung: 500 l/s Drei Mineralbäder in der Stadt 18.10.2012
10
Werte in µg/l
12 Staatlich anerkannte Heilquellen (Bade- und Trinkkuren) im Oberen Muschelkalk
10
8
6
4
4
2
2
0
0
1.1984
1985
1984
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1990
Tetrachlorethen
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1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
Trichlorethen
2000
2001
2000
Werte vom 1.1.1984 bis 31.12.2009
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Hydrogeologisches Modell (konzeptionelles Modell) Instrument zur umfassenden Beschreibung der hydrogeologischen Gegebenheiten in einem Betrachtungsraum.
Sammeln und Verarbeitung von (vorliegenden) Daten,
Datenlage im urbanen Raum 8.500 Bohrungen 1.500 GWM 1000 Pumpversuche Ca. 25.000 Analysen
Verarbeitung von Daten (Raum und Zeit) Interpretation von Zusammenhängen Beschreibung der Systemeigenschaften, Prozesse und Wirkungsmechanismen Möglichst naturnahe Hydrogeologische (konzeptionelle) Systemvorstellung 18.10.2012
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Abstrahierung des komplexen Natursystems Reduzierung auf das Wesentliche
18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Datenerfassung, Auswertung
Diskrepanzen auflösen
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch Kenntnislücken => Untersuchungsmaßnahmen
18.10.2012
„Wechselspiel“ zwischen hydrogeologischem und numerischem Modell
Definition des Modellraums
Quartär Unterjura Rhät Knollenmergel Stubensandstein
Bunte Mergel und Kieselsandsteinsch. Schilfsandstein Gipskeuper
100
Unterkeuper
0
Oberer Muschelkalk Mittlerer Muschelkalk
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Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Keuper
Hangfuß und Talniederung
Hangkante und oberer Hangbereich
Strukturierung
Definition des Modell raums Strukturierung
18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
18.10.2012
Lithostratigraphie
Hydrostratigraphie
Vertikale Strukturierung Überführen von Einheiten mit vergleichbaren hydrogeologischen Eigenschaften in hydrostratigraphische Einheiten
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
18.10.2012
Lithostratigraphie
Hydrostratigraphie
Vertikale Strukturierung Überführen von Einheiten mit vergleichbaren hydrogeologischen Eigenschaften in hydrostratigraphische Einheiten
Lithostratigraphie Hydrostratigraphie
MAGPlan: 8 Grundwasserstockwerke Weitere Unterteilung des Gipskeupers Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Laterale Strukturierung (Aquifergeometrie) Schichtlagerung, Schichtausbiss durch Erosion
Bohrpunktekarte Bohrdateninformationssystem Stuttgart (BOISS) 18.10.2012
Abgedeckte Geologische Karte
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Strukturkarte Grenze Gipskeuper/Unterkeuper
Laterale Strukturierung (Aquifergeometrie)
18.10.2012
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Laterale Strukturierung: Subrosion in Abhängigkeit der Morphologie und Überdeckung Ableitung aus Subrosionskarten für alle GW-Stockwerke im Gipskeuper
Vollständig ausgelaugt, GW-Geringleiter Teilweise ausgelaugt, GW-Leiter Unausgelaugt, GW-Nichtleiter Schichtglied abgetragen 18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Laterale Strukturierung: räumliche Verteilung von Aquiferkennwerten (Homogenzonen) Datenlage für Abgrenzung oft schlecht:
Durchlässigkeit
Einsatz des geologischen à priori Wissens über Prozesse (Aquifergenese)
Strukturbildend: • sedimentationsbedingt, z.B. fazielle Differenzierung (kavernöse Zellendolomite), • Sekundäre Aquiferüberprägung (Tektonik, Verwitterung, Verkarstung) 18.10.2012
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Laterale Strukturierung: Großes tektonisches Inventar, Mehrfache Überprägung unter Wechselnden Spannungsfeldern
18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Hohe örtliche Auflösung Feingliederung vertikal (Bank für Bank) • Heterogenitäten in Durchlässigkeit • Prozesse (mikrobiell) • Verweilzeit
S. SPITZBERG (2006)
Hohe Detailgenauigkeit im Einzelfall, aber keine Möglichkeit der Auflösung in Einzugsgebietsskala (Abstrahierung) 18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Laterale Strukturierung: „Sichtbarmachung“ Hydraulisch wirksamer tektonischer Strukturen
Absenktrichter: Keine radial-symmetrische Ausdehnung
Aquiferdiagnose: Negativer Rand
Parameterkontraste S. Spitzberg
18.10.2012
Absenkbeträge in cm
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Laterale Strukturierung: Hydrogeologische Charakterisierung Verwerfung: • Prozesse an der Störung (gesteinsabhängig), • Versatzbetrag.
18.10.2012
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Laterale Strukturierung 18.10.2012
Störungen mit Sprunghöhen > 80 m (Kategorie 1) Störungen mit Sprunghöhen von 60-80 m (Kategorie 2) Störungen mit Sprunghöhen < 60 m (Kategorie 3) Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
dicht geringdurchlässig durchlässig
Hydraulisch wirksame Verwerfugen
Prüfung der Hypothesen Verteilungsmuster: • Verweilzeit • Stabile Isotope (Bildungsbedingungen)
18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Grundwasserneubildung und Randzufluss Im Stuttgarter Talkessel
18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Grundwasserneubildung und Randzufluss Im Stuttgarter Talkessel
2 l/s(km2)
1,0 l/s(km2)
4 l/s(km2)
Randzufluss: 39 l/s
GW-Neubildung: 31 l/s
Kartierung Versiegelungsgrad Abgestufte Neubildungsspende 18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Hydraulik: Grundwasserströmung GW-Strömung Dunkelrote Mergel
GW-Oberfläche und Morphologie, steile Gradienten, 275-215 mNN 18.10.2012
Abgedeckte Geologische Karte
Ausstrich Dunkelrote Mergel
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Hydrogeologisches Modell Zweiteilung: Oberflächennahe und tiefe Stockwerke
Gipsauslaugungsfront
Grundwasser-Neubildung LCKW GW-Neubildung
Gipskeuper mit Teilstockwerken
Unterkeuper
Oberer Muschelkalk 18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Vorflut Neckartal
Mineral- und Heilquellen
GW-Beschaffenheit: Vertikale Wechselwirklungen
Gipskeuper
Quartär
SO4
Unterkeuper
SO4 SO4
Hinweis auf Wechselwirkungen ? Welche GrundwasserKomponenten sind beteiligt ? Überprüfung mit Schwefelisotopie 18.10.2012
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
Entwicklung Modellvorstellungen: Werkzeuge
T. Ertel
Tracertests
Hydrochemie
Isotope / Umwelttracer
Anthropogene Spurenstoffe
Einschränkung von Freiheitsgraden ! Höherwertige Aussagen Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
18.10.2012
- Mombachquelle -
Eintrag – Austrag (Bilanz) Wo ? Was ? Wieviel ? Transport (Fahnen) Stoffliche Umsetzungen / Abbau
Reaktionsraum Stuttgarter Talkessel Gipsauslaugungsfront
LCKW GW-Neubildung Licht ins Dunkel
Vorflut Neckartal 1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Werte vom 1.1.1984 bis 31.12.2009
MineralHeilquellen
Unterkeuper
Oberer Muschelkalk
18.10.2012
1987
Karlsruher Geowissenschaftliches Kolloquium – Geologisches Fachgespräch
2001
2002
2003
2004
2005
