Geologische 3D-Modellierung als Schlüssel für die Bewirtschaftung des Untergrundes LBEG, Geozentrum Hannover 20. Februar 2014

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Hannelore Bäcker
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1 Das geologische 3D-Modell als Grundlage der Untersuchung von Klimawandeleinflüssen auf das Grundwasser der Elbinsel Wilhelmsburg Anna-Gesa Meier, Wilfried Schneider Technische Universität Hamburg-Harburg Geologische 3D-Modellierung als Schlüssel für die Bewirtschaftung des Untergrundes LBEG, Geozentrum Hannover 20. Februar 2014

2 Ursache Folgen Anpassung Motivation Klimawandel Wasserwirtschaft Entscheidung Klimamodell GW-Modell Szenarien Szenarien Projektion der... Entwicklung der... Über Meeresspiegel... Grundwasserstände... GW Nutzung... Niederschläge... Temperaturen... Entwässerung... Untergrundtemp.... Landnutzung Hydrostratigraphie Geologisches 3D-Modell TUHH 2

3 Agenda Projekt: KLIMZUG-NORD Gebiet: Hamburg Wilhelmsburg Geologische 3D-Modellierung Grundwasserströmungsmodell (MODFLOW) Einfluss des Meeresspiegelanstiegs Fazit TUHH 3

KLIMZUG-NORD Strategische Anpassungsansätze zum Klimawandel in der Metropolregion Hamburg Wissenschaft, Wirtschaft und Politik TUHH WWV: Quantifizierung der

4 KLIMZUG-NORD Strategische Anpassungsansätze zum Klimawandel in der Metropolregion Hamburg Wissenschaft, Wirtschaft und Politik TUHH WWV: Quantifizierung der Wirkungszusammenhänge Klimawandel Grundwasser Definition von Anpassungsstrategien und Gegenmaßnahmen Metropolregion Hamburg ( TUHH 4

5 Gebiet Hamburg Wilhelmsburg 7 0'0"E 11 0'0"E 15 0'0"E! Hamburg ± Hamburg City Harburg Wilhelmsburg TUHH 5

6 (Hydro)Geologie Hamburg Quartärbasis [BAUBEHÖRDE HAMBURG (1983) Fachplan Wasserversorgung Hamburg] TUHH 6

7 Bohrprofile (GLA) 3D Geologie Datengrundlage Hydrostratigraphie 3D Modellierung mit GOCAD Basis & Fehlstellen 18 Profilschnitte Datenbankabfragen Grundwasserströmungsmodell (MODFLOW) TUHH 7

8 3D Geologie Schichtenfolge Quartärbasis Basis Auffüllung Basis Weichschichten (Klei/Torf) (qh) Basis Feinsande (qh) Basis Grobsande (qw) TUHH 8

9 Wilhelmsburg Grundwassergleichen Elbe = Randpotential Einfluss Entwässerung Grundwasserströmungsrichtung Einfluss Entnahmen Mittlere Grundwassergleichen TUHH 9

10 MODFLOW Konzept und Modell Stationäres Modell Brunnenentnahmen Aufgehöhter Bereich Marsch TUHH 10

11 Einfluss Klimawandel Elbwasseranstieg Änderung Grundwasserpotential Zunahme der Grundwasserpotentiale Änderung Grundwasserpotential Elbe Anstieg 20 cm im Zentrum entspricht ca. Elbe 30% 80 des cm Änderungssignals TUHH 11

12 Einfluss Klimawandel Entwässerung Nahezu lineare Zunahme der Entwässerungsrate bei stufenweise Elbwasseranstieg TUHH 12

13 Fazit Eine Erhöhung des Elbwasserspiegels führt zu steigenden Grundwasserpotentialen. 70% Pufferung des Änderungssignals aus der Elbe im Grundwasser durch ein vorhandenes Entwässerungssystem. Puffer gekoppelt an eine intakte Klei-/Torfschicht! Zunahme der Entwässerungsrate allein aufgrund erhöhter Grundwasserpotentiale (andere RBG unverändert). Die Zunahme der Entwässerungsraten durch erhöhte Grundwasserpotentiale ist unbedenklich gering im Verhältnis zu schon derzeit auftretenden Lastfällen (Starkniederschläge = Oberflächenabfluss) TUHH 13

14 Vielen Dank! Geologisches Landesamt (GLA) Hamburg als assoziierter Partner Frau Dr. Renate Taugs Herrn Jens Kröger Bundesminesterium für Bildung und Forschung für die Finazierung des Projektes. Prof. Wilfired Schneider und den Kollgegen TUHH 14

15 - FINE - Vielen Dank für Ihr Interesse! TUHH 15

16 3D Geologie Wilhelmsburger Rinne Quartärbasis TUHH 16

17 3D Geologie Schichtenfolge Basis Auffüllung Basis Weichschichten (Klei/Torf) (qh) Basis Feinsande (qh) Basis Grobsande (qw) TUHH 17

18 MODFLOW - Randbedingungen Sickerwasserrate verändert nach TETZLAFF ET. AL (2004) Drainage-Zonen nach BAUBEHÖRDE HAMBURG (1998) (Wasserwirtschaftlicher Regionalplan Wilhelmsburg) Verwendung von 16 Förderbrunnen 51 Grundwasserbeobachtungsbrunnen TUHH 18

19 Einfluss Klimawandel Elbe 20 cm TUHH 19

20 Fazit Klimawandeleinfluss 70% Pufferung des Änderungssignals aus der Elbe im Grundwasser durch ein vorhandenes Entwässerungssystem. Puffer gekoppelt an eine intakte Klei-/Torfschicht! Ohne Weichschichten Flächenvernässungen Bodenwasserstände unverändert durch Elbwasseranstieg (in drainierten Bereichen) Zunahme der Gesamtdrainagerate allein aufgrund erhöhter Grundwasserpotentiale (andere RBG neben Elbe unverändert). (leichte) Erhöhung des Grundwasseranteils an der Gesamtdrainagerate Zunahme der Grundlast für das Entwässerungssystem ist jedoch unbedenklich, da immer noch gering im Verhältnis zu schon derzeit auftretenden Lastfällen TUHH 20

Wilhelmsburg Bohrprofildichte 43823 Bohrungen bis 20 m ENDT 7496 Bohrungen tiefer als 20 m ENDT Gebietsgröße etwa 150.

21 Wilhelmsburg Bohrprofildichte Bohrungen bis 20 m ENDT 7496 Bohrungen tiefer als 20 m ENDT Gebietsgröße etwa km² etwa 341 Bohrungen pro km² Gebiet Moorwerder km²; 4836 bis 20m, 296 ab 20m 136 Bohrungen pro km² Gebiet Hafen km²; bis 20m, 4005 ab 20m 504 Bohrungen pro km² TUHH 21

22 KLIMZUG-NORD Einflussparameter (167m ) (2km) Eindeutiger Zusammenhang zwischen Elbwasserständen und Grundwasserpotentialen. Phasenverschiebung der Grundwasserpotentiale als Reaktion auf die Elbwasserstände von einem Tag auf. Kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Tagesniederschlagssummen und Grundwasserpotentialen. Grundwasser wird nicht wesentlich vom Niederschlag und einer Grundwasserneubildung beeinflusst!

Korrelationsfaktor 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 KLIMZUG-NORD Einflussparameter R² =0.

23 Korrelationsfaktor KLIMZUG-NORD Einflussparameter R² = Abstand zum Gewässer [m] Abnahme der Korrelationskoeffizienten mit zunehmendem Abstand zur Elbe/ elbebeinflusster Gewässer (linearer Zusammenhang). Zunahme anderer Einflüsse (Entwässerung, Dämpfung aufgrund Aquiferpassage). Google Street View

24 Wilhelmsburg Entwässerung TUHH 24

25 3D Geologie Weichschichten (qh) [SCHIEBENHÖFER IN KEESEBURG (1989)] TUHH 25

26 Klimawandel Wirkungszusammenhänge TUHH 26

27 Einfluss Klimawandel Elbwasseranstieg Zunahme der Grundwasserpotentiale Anstieg im Zentrum entspricht ca. 30% des Änderungssignals TUHH 27

28 3D Geologie Weichschichten (qh) [SCHIEBENHÖFER IN KEESEBURG (1989)] TUHH 28

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