Abschluss-Präsentation 26. Oktober 2004, Dresden. Abwasserverlust der Kanalisation ein Gefährdungspotenzial für das Grundwasser

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1 BMBF-Projekt Auswirkungen der August-Hochwasser-Ereignisse 2002 auf die Tal-Grundwasser-Körper im Raum Dresden - Lösungsansätze und Handlungsempfehlungen Abschluss-Präsentation 26. Oktober 2004, Dresden Abwasserverlust der Kanalisation ein Gefährdungspotenzial für das Grundwasser Ronald Giese und Michael Glöckner (GFI Dresden) Arbeitspaket 4: Undichte Kanäle (Teil 2) Projektpartner: Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft (TU Dresden) GFI Grundwasserforschungsinstitut GmbH Dresden

2 Aufgabenanalyse Sickerwasserprognose Quellterm - variabler Quellstrom - diffuse/lokale Exfiltration Transportpfad - technogene/natürliche Bodenschichten - variable Länge Schutzgut - Grundwasserleiter - lokale Schutzobjekte

3 Bearbeitungskonzept Quellterm - Kanalnetzbilanz, Exfiltrationsmengenmodell TUD-ISI - Messdaten Zulauf KA Kaditz Transportpfad - Standortuntersuchung/Probenahme - Technikum-Säulenexperiment: Transportszenarien - Modellierung Transportszenarien - modellgestützte Prognoseszenarien lokaler Beispielstandorte Schutzgut - Relative Gefährdungsausweisung GWL durch Kanalnetz - Quantifizierung regionaler Schadstofffrachten

4 Transportpfad: Standortuntersuchung Beispielstandort Mohnstraße Profilaufnahme Schichtenaufbau und Bodenschäden Probenahme Bodenphysik und Säulenexperiment Kanalschaden #S Mohnstraße Kötzschenbroder Str. Elbe Leipziger Straße

5 Transportpfad: Technikum-Säulenexperiment Systemsteuerung + Datenerfassung Vakuumeinheit Probenahme Bodenwasser SK 1 SK 2 TDR (Wassersättigung) Versuchsszenarien N2-Gas Zulauf Reaktor L = 50cm D = 25 cm Probenahme Bodengas Versuchsreaktor Bodenzone I II konstante Trockenwetterexfiltration (ungesättigt) variable Mischwasser- Schwallexfiltration (Sättigungswechsel) Abwasser Schlauchpumpe Zulaufwasser (4-Kanäle) Ablauf Bodenwasser Tensiometrie Wasser DS1 DS2 DS3 III konstante Hochwasserexfiltration (gesättigt)

6 Transportpfad: Prozessanalyse Technikum NH4 TOC Pges abfiltr.stoffe Zulaufkonz.[mg/l] Ablaufkonz.[mg/l] Bodenwasser Bodenluft 9% 7% 84% O2 N2 CO2 Boden-Feststoff DNA [µg/gts] Teufe [m] 0,0 0,1 0,2 0, GZZ-Start GZZ-Ende DNA-Start DNA-Ende 0,4 GZZ [Z./gTS] 1,E+08 4,E+08 7,E+08 1,E+09 Zulauf: NH 4, TOC/DOC, P ges, (Cu) Filtration: TOC, P ges, o-po 4, (Cu, Zn) Abbau: teufenzoniert, partiell 0-15cm DOC (CO 2, heterotrophe MO) 15-45cm NH 4 (ph, NH 4, NO 2, NO 3 ) keine relevante Schwermetallfracht

7 Transportpfad: Kalibrierung Transportmodell HYDRUS-2D Parameteridentifikation, Strömungsanpassung Schätzung Abbauraten TOC/NH 4 aus Stoffbilanz Festlegung Zonierung, Anpassung Abbauraten, Bilanzkontrolle Konz. [g/m3] Konz.[mg/l] Messwerte-Ablauf NH4-Simulation NH4-N I I Messwerte-Ablauf TOC-Simulation Ammonium II Zeit [d] (abbaubarer Anteil) TOC-abbaubar II III III Zeit [d]

8 Transportprognose: Standortszenarien Schadens-Beispielstandorte Mohnstr. und Salzburger Str. Szenario 1 a-diffus, b-punktuell Szenario 2 a-diffus, b-punktuell Szenario 3 (Hochwasserszenario) gemittelte langfristige Mischwasser- Exfiltration (mehrere Monate) gemittelte langfristige Trockenwetter- Exfiltration (mehrere Monate) kurzfristige Hochwasser- Maximalexfiltration (Tage)

9 Transportprognose: Exfiltrationsbeispiel Mohnstraße NH 4 -N Stoffumsätze TOC: 42 % NH 4 -N: 14 % 1b Szenario 1b x=0.0[m] Szenario 2b 34 mg/l 34 mg/l z=0.00 [m] z=0.00 [m] TOC: 18 % NH 4 -N: 53 % 2b x=0.0[m] Szenario 3 21 mg/l 21 mg/l z=0.00 [m] TOC: 3 % NH 4 -N: 0 % ,3 mg/l 1.3 mg/l x=0.0[m]

10 Schutzgut: Relatives Gefährdungspotenzial N "! 22 # "! # 1 "! # "! 4 # "! 3 # 2 "! # 5 "! "! # # # 8 6 "!7 "! 9 "! 13 "! 15 # "! # # # "! 10 "! # # "! # "! # "! 23 # "! 16 # "! 17 # "! 18 # "! 19 # # # "! "! relatives Gefährdungspotenzial = Quantität (simulierte Exfiltrationsraten) / GW-Abstand

11 Schutzgut: Quantifizierung regionaler Stofffrachten Kopplung Exfiltrationsmengen- und Transportpfadmodellierung Annahmen Berechnungsbeispiel: mittl. jährliche Exfiltrationsströme, mittl. Transportlängen Profilklassen, Transportprognoseszenario 2 (mittl. Trockenwetterexfiltration) NH 4 TOC Profilhöhe Kanallänge Abstand GW-Kanalsohle Exfiltr.-rate Stoffeinträge GW H L z GW-KS Q W-Exf M NH4-N M TOC-abbau in mm in m in m m³/a kg/a kg/a , , , , , , , , , Summe-gesamt Summe mm Summe >1200mm

12 Zusammenfassung Ergebnisse - Identifizierung und Quantifizierung Schadstoffrückhalt in der Bodenzone (Schutzfunktion Pfad Boden-Grundwasser) kritisches Szenario: punktuelle Mischwasserexfiltration bei geringem GW-Abstand zur Kanalsohle Hochwasserszenario: keine relevante Stofffracht ins GW - Beispielhafte Prognose Gefährdungspotenzial für GWL durch lokale/regionale Abwasserexfiltration Lokalisierung mittels relativer Gefährdungspotenziale Stofffracht-Quantifizierung mittels Kopplung Exfiltrationsmengenund Transportpfadmodellierung - Gefährdung GWL zu besorgen: mehrfache Überschreitung LAWA- Prüfgrößen Änderung GW-Basisbeschaffenheit für NH 4 und DOC

13 Zusammenfassung Forschungsdefizite - Langzeitwirkung Feststoffeinlagerung und Prozessinteraktion Bodenwasser / Bodengas (experimentelle Simulation) - Überprüfung/Validierung Prognosemodellwerkzeug an Realstandorten, ggf. reaktive Transportmodellierung - Parametersensitivitäts- und Fehlerfortpflanzungstests für Prognose regionaler Stofffrachten Dank - Projektförderung BMBF - PTJ - Projektleitung Umweltamt Dresden / DGFZ