Modellierung potenzieller Grundwasserentnahmen in Mecklenburg-Vorpommern

Zur Sicherung von Grundwasserdargeboten, die bisher nicht öffentlich genutzt werden, aber nachgewiesen langfristig der Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser dienen, wurden im Landesraumentwicklungsprogramm (LEP) Mecklenburg-Vorpommern insgesamt 21 Vorbehaltsgebiete zur Trinkwassersicherung festgelegt. Beispielhaft an dem Vorbehaltsgebiet Nr. 4 östlich von Schwerin wurde das Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie (LUNG) beauftragt, die für die Entwicklung dieser Gebiete notwendigen Berechnungsschritte ermitteln zu lassen. Die DHI WASY GmbH hat diese Ermittlung durchgeführt. Das Ziel des Projektes war es, in diesem Gebiet unter Zuhilfenahme virtueller Brunnen Einzugsgebiete zur möglichst vollständigen Ausnutzung des bereits ausgewiesenen Dargebots zu modellieren.

Das Untersuchungsgebiet Gebiet Nr. 4 wurde analysiert und ein repräsentatives Modellgebiet festgelegt. Für dieses Modellgebiet wurde ein hydrogeologisches Strukturmodell aufgebaut, das aus vier Grundwasserleiterkomplexen besteht und in ein numerisches 3D-Strömungsmodell übertragen wurde. Dieses Modell wurde auf der Basis von den verfügbaren Messdaten (Grundwasserstände und Abflüsse) sowie der landesweiten Karte der Grundwassergleichen erfolgreich kalibriert.

Abb.: Darstellung der Austrittwahrscheinlichkeit zu einem Flussnahen Brunnen und Infiltrationsquellen (mit Absenkungsbereich und Einzugsgebiet)
Abb.: Darstellung des Einzugsgebietes eines Brunnens, bestehend aus mehreren Flächen

Hauptkomponente des erstellten Konzepts zur Modellierung der potenziellen Grundwasser-entnahmen bildet ein spezielles FEFLOW Plug-in, dass im Rahmen dieses Projektes erstellt wurde. Dieses Plug-in basiert auf der Auswertung von Fließzeiten, des Grundwasseralters und der sogenannten Austritts-wahrscheinlichkeiten. Über die Austrittswahrscheinlichkeiten kann pro Brunnen das Einzugsgebiet automatisch ermittelt werden.

Das Konzept zur Modellierung der potenziellen Grundwasser-entnahmen basiert auf einem 500 m Raster. Für jeden Raster-mittelpunkt wurde in jedem der GWLK 1-3 die Standorteignung zur Wasserentnahme auf der Basis der kalibrierten Durch-lässigkeit sowie einer aus-reichenden Entfernung zur Vorflut getestet. Für die geeigneten 273 Punkte wurde jeweils eine der drei Entnahmehöhen im Modell angesetzt und eine anschließende kombinierte Strömungs- und Transportberechnung durchgeführt.

Für die Bewertung des jeweiligen Ergebnisses wurden acht Kriterien definiert. Die Kriterien beziehen sich auf vier Themen: Absenkung der Grundwasserstände, Ausdehnung des Einzugsgebietes, Ufer-filtratanteil und Fließzeiten. Das Plug-in wertete die Simulationen automatisch in Bezug auf diese Kriterien aus. Auf dieser Basis konnten 711 mögliche Entnahmekonfigurationen analysiert und potenziell geeigneter Entnahmemöglichkeiten in dem Vorbehaltsgebiet identifiziert werden.

Die Modulhauptkomponente des erstellten Konzepts zur Modellierung der potenziellen Grundwasserentnahmen wurde so konzipiert, dass es flexibel für alle LEP-Vorbehaltsgebiete eingesetzt werden könnte.

Abb.: Exemplarische Darstellung des 3D-Strömungsfeldes mit Einzugsgebiet einer Variante mit Kombination von fünf Brunnen

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Bertram Monninkhoff

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