Diplomarbeit

"Erstellung eines hydrogeologischen Transportmodells für die Prognose der Nitratreduktion im Einzugsgebiet eines Wasserwerkes am Niederrhein"

Projekt-Kurzbeschreibung
Im Rahmen der Diplomarbeit wurde ein zwischen SPRING® und MIN3P gekoppeltes reaktives Stofftransportmodell zur Prognose des Nitratabbaus im Umfeld eines Wasserwerkes am Niederrhein aufgebaut. Dem Modell liegen Daten aus dem Verbundprojekt im Forschungs- und Entwicklungsprogramm InnoNet des BWMi: "Ein Prognosewerkzeug zur Berechnung der Nitratausbreitung in wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserleitern - WaWiProg" zugrunde. Die Leistungen bestanden im Wesentlichen aus folgenden Punkten:

  • Großräumiges 3D-Grundwassermodell
  • Numerische Modellierung von Grundwasserleitern
  • Gekoppeltes 2D-Stofftransportmodell
  • Reaktive Stofftransportmodellierung.

Transportmodell_01
Abb 1: Einzugsgebiet

 

Transportmodell_02
Abb. 2: Entnahme Vertikalschnitt

 

Transportmodell_03
Abb. 3: Geometrie- und Transmissivitätsanpassung


  • In der ungesättigten Zone findet durch die Nitrifizierung zunächst eine Nitratanreicherung und ein Ammoniumabbau statt.
  • Im oberen Bereich kommt es zu geringen Kalzitauflösungen die jedoch die im Aquifer vorhandene Kalzitmenge nur unmerklich vermindern.
  • Der Nitratabbau erfolgt größtenteils in Zone 2. Dort wirkt dem Nitrateintrag die autotrophe Denitrifikation fein verteilter Pyrite entgegen. Ihre Reaktionsrate steigt beim Übergang von Zone 1 zu Zone 2 und damit dem Wechsel von oxidierenden zu reduzierenden Verhältnissen sprunghaft an. Dies wird an der Zonengrenze von steigenden Stickstoffgehalten begleitet. Mit zunehmender Tiefe reduzieren sich die Nitratgehalte kontinuierlich.
  • Des Weiteren oxidieren am linken Modellrand geringe Pyritmengen, da dort der in Zone 1 atmosphärisch diffundierte Sauerstoff noch nicht vollst. abgebaut ist und so teilweise in die darunter liegende Zone gelangen kann.
  • Der in Zone 3 vorhandene organische Kohlenstoff fördert die mikrobiell ausgelöste Sulfatreduktion unter Bildung von Schwefelwasserstoff.
  • Die hohen Kalzitvorräte im gesamten Modell reduzieren den Säure- und Mineralisationsgehalt des Grundwassers stark und erhöhen den pH-Wert des einströmenden Wassers (aus Neubildung) schon nach wenigen Metern auf über 7.

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