Vortrag: Grundwassermodell Hamburg
Verfasst: Fr Nov 11, 2022 1:01 pm
Grundwassermodell Hamburg – Optionen zur Rückführung von Aufbereitungskonzentraten in tiefere, versalzene Grundwasserleiter
Paul Meyer, Carsten Hansen, Benedikt Ahner
Seitens HAMBURG WASSER wird aufgrund eines steigenden Trinkwasserbedarfs der Einsatz einer Membranaufbereitungsanlage zur Mitgewinnung stärker versalzener Grundwässer untersucht. Bei der Aufbereitung solcher Wässer würden Konzentrate anfallen, die entsorgt werden müssten. Eine
Option ist hierbei die Einleitung in tiefere, versalzene Grundwasserleiter.
Um die hydraulischen Auswirkungen einer Konzentratinfiltration im Umfeld des Wasserwerks Stellingen aufzuzeigen, wurde ein Grundwasserströmungs- und Stofftransportmodell erstellt, das sowohl die quartären Grundwasserleiter mit allen Wasserwerksbrunnen als auch die tieferen tertiären Grundwasserleiter beinhaltet. Für die Erstellung des Modells wurden Daten aus bestehenden Modellen („Grundwassermodell Stellingen“, „Hamburg-Modell“ verwendet und für den Bereich des Untersuchungsgebietes mit aktuellen Daten aus der Strukturmodellierung des geologischen Landesamtes Hamburg (GLA) aktualisiert.
Das Grundwassermodell wurde stationär anhand mittlerer Grundwasserverhältnisse für das Jahr 2010 kalibriert. Der Fokus der Kalibrierung lag auf der Anpassung modellberechneter Grundwasserstände an gemessene Wasserstände. Mit dem kalibrierten Grundwassermodell wurde die Ausbreitung der Konzentrate für drei potentielle Infiltrationsstandorte unter Vorgabe einer permanenten Konzentratinfiltration berechnet. Einheitlich wurde ein zukünftiges Förderregime unter Ausnutzung der wasserrechtlich zulässigen Jahresentnahme von 4,5 Mio. angesetzt. Neben der räumlichen Ausbreitung der Konzentrate wurde jeweils auch die langfristigen Entwicklungen der Konzentratanteile in den Rohwässern der Förderbrunnen berechnet. Die Modellergebnisse wurden hinsichtlich der Auswirkungen auf die Schutzgüter Grundwasser, Rohwasser (Brunnenfassungen) und Oberflächengewässer bewertet. Neben den geohydraulischen Auswirkungen einer Konzentratinfiltration wurden auch die damit verbundenen hydrochemischen Auswirkungen auf die Grundwasserbeschaffenheit und die Alterungsrisiken der Brunnen untersucht.
Für alle drei Infiltrationsstandorte zeigt sich ein Einfluss der Konzentrate auf das Grundwasser und die Rohwässer der Förderbrunnen des Wasserwerks Stellingen. Ausmaß der Betroffenheit und die zeitliche Entwicklung unterscheiden sich in den untersuchten Standorten aber deutlich voneinander. So wären für einen Infiltrationsstandort nach weniger als zehn Jahren Mischungsanteile des infiltrierten Konzentrats im Rohwasser eines Förderbrunnens von ca. 20% und nach 30 Jahren von bis zu 80% zu erwarten. Andere Standorte weisen längere Durchbruchszeiträume der Konzentrate in den Rohwässern auf. Hier erreichen die Konzentrat-Mischungsanteile im Rohwasser Werte von bis zu 30%, dafür wären aber mehrere Brunnen betroffen. An einem der Infiltrationsstandort ist ein geringer Einfluss auf die Oberflächengewässer nicht auszuschließen.
Je nach Mischungsanteil führt der permanente Zustrom der Konzentrate zu einer veränderten Rohwasserbeschaffenheit in den Förderbrunnen. Auch bei einer temporären Infiltration würden sich die Konzentrate in Richtung auf die Förderbrunnen ausbreiten. Hier wären die längeren
Auswirkungszeiträume, bei denen es erst nach Jahrzehnten zu einer relevanten Zumischung der Konzentrate in die Rohwässer der Förderbrunnen kommt, ins Verhältnis zur vorgesehenen Infiltrationsdauer zu setzen.
Präsentation:
Paul Meyer, Carsten Hansen, Benedikt Ahner
Seitens HAMBURG WASSER wird aufgrund eines steigenden Trinkwasserbedarfs der Einsatz einer Membranaufbereitungsanlage zur Mitgewinnung stärker versalzener Grundwässer untersucht. Bei der Aufbereitung solcher Wässer würden Konzentrate anfallen, die entsorgt werden müssten. Eine
Option ist hierbei die Einleitung in tiefere, versalzene Grundwasserleiter.
Um die hydraulischen Auswirkungen einer Konzentratinfiltration im Umfeld des Wasserwerks Stellingen aufzuzeigen, wurde ein Grundwasserströmungs- und Stofftransportmodell erstellt, das sowohl die quartären Grundwasserleiter mit allen Wasserwerksbrunnen als auch die tieferen tertiären Grundwasserleiter beinhaltet. Für die Erstellung des Modells wurden Daten aus bestehenden Modellen („Grundwassermodell Stellingen“, „Hamburg-Modell“ verwendet und für den Bereich des Untersuchungsgebietes mit aktuellen Daten aus der Strukturmodellierung des geologischen Landesamtes Hamburg (GLA) aktualisiert.
Das Grundwassermodell wurde stationär anhand mittlerer Grundwasserverhältnisse für das Jahr 2010 kalibriert. Der Fokus der Kalibrierung lag auf der Anpassung modellberechneter Grundwasserstände an gemessene Wasserstände. Mit dem kalibrierten Grundwassermodell wurde die Ausbreitung der Konzentrate für drei potentielle Infiltrationsstandorte unter Vorgabe einer permanenten Konzentratinfiltration berechnet. Einheitlich wurde ein zukünftiges Förderregime unter Ausnutzung der wasserrechtlich zulässigen Jahresentnahme von 4,5 Mio. angesetzt. Neben der räumlichen Ausbreitung der Konzentrate wurde jeweils auch die langfristigen Entwicklungen der Konzentratanteile in den Rohwässern der Förderbrunnen berechnet. Die Modellergebnisse wurden hinsichtlich der Auswirkungen auf die Schutzgüter Grundwasser, Rohwasser (Brunnenfassungen) und Oberflächengewässer bewertet. Neben den geohydraulischen Auswirkungen einer Konzentratinfiltration wurden auch die damit verbundenen hydrochemischen Auswirkungen auf die Grundwasserbeschaffenheit und die Alterungsrisiken der Brunnen untersucht.
Für alle drei Infiltrationsstandorte zeigt sich ein Einfluss der Konzentrate auf das Grundwasser und die Rohwässer der Förderbrunnen des Wasserwerks Stellingen. Ausmaß der Betroffenheit und die zeitliche Entwicklung unterscheiden sich in den untersuchten Standorten aber deutlich voneinander. So wären für einen Infiltrationsstandort nach weniger als zehn Jahren Mischungsanteile des infiltrierten Konzentrats im Rohwasser eines Förderbrunnens von ca. 20% und nach 30 Jahren von bis zu 80% zu erwarten. Andere Standorte weisen längere Durchbruchszeiträume der Konzentrate in den Rohwässern auf. Hier erreichen die Konzentrat-Mischungsanteile im Rohwasser Werte von bis zu 30%, dafür wären aber mehrere Brunnen betroffen. An einem der Infiltrationsstandort ist ein geringer Einfluss auf die Oberflächengewässer nicht auszuschließen.
Je nach Mischungsanteil führt der permanente Zustrom der Konzentrate zu einer veränderten Rohwasserbeschaffenheit in den Förderbrunnen. Auch bei einer temporären Infiltration würden sich die Konzentrate in Richtung auf die Förderbrunnen ausbreiten. Hier wären die längeren
Auswirkungszeiträume, bei denen es erst nach Jahrzehnten zu einer relevanten Zumischung der Konzentrate in die Rohwässer der Förderbrunnen kommt, ins Verhältnis zur vorgesehenen Infiltrationsdauer zu setzen.
Präsentation: