Stationär kalibriertes Grundwassermodell Muttenz unteres Birstal

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1 Stationär kalibriertes Grundwassermodell Muttenz unteres Birstal Berechnung geschichtlicher Szenarien zur Abschätzung der Schadstoffverteilung der Deponien in Muttenz Prof. P. Huggenberger, A. Affolter, Dr. E. Zechner, Dr. H. Dresmann BGA Muttenz-197, September 2009

2 Berichtsnummer: Baugrundarchiv (BGA), Muttenz-197 Auftraggeber: Kanton Basellandschaft Amt für Umweltschutz und Energie Rheinstrasse Liestal Datum: 15. September 2009 Adresse Angewandte und Umweltgeologie Departement Umweltwissenschaft Bernoullistrasse 32, 4056 Basel T: / F: pages.unibas.ch/aug Sachbearbeiter: Dr. Eric Zechner (Projektleitung) Dr. Horst Dresmann (Geologische Modellierung) Annette Affolter (Hydrogeologische Modellierung) Angewandte und Umweltgeologie i

3 Inhaltsverzeichnis 1 Ausgangslage Auftrag Beschreibung Modell Geologie Modellgebiet und Randbedingungen Szenarien Szenario 1: Situation vor Szenario 2: Situation zwischen 1954 und Szenario 3: Situation ab IST-Zustand Resultate Szenario 1: Situation vor Szenario 2: Situation zwischen 1954 und Szenario 3: Situation ab IST-Zustand Diskussion Verzeichnisse Abbildungen...16 Angewandte und Umweltgeologie ii

4 1 Ausgangslage Zu Beginn 2008 gab das Amt für Umweltschutz und Energie Basellandschaft (AUE BL) der Angewandten und Umweltgeologie (AUG) der den Auftrag, die beiden Grundwassermodelle Unteres Birstal (BGA-BL 126C, 2007) und Muttenz-Pratteln (BGA-BL 142, 2007) zusammenzuführen. Mit dem Modell sollen im Hinblick auf den planerischen Grundwasserschutz die Zustrombereiche zu den Trinkwasser- und Nutzwasserbrunnen geklärt werden. Des weitern soll das Modell die Grundlage liefern für die Berechnung des historischen, aktuellen, und möglichen zukünftigen Abstroms aus den Deponien Muttenz. Dies erforderte eine Ergänzung der bisherigen Messstellen, eine Anpassung des regionalen 3D Geologischen Modells sowie eine Zusammenstellung der umfassenden hydrologischen Daten (inkl. der zahlreichen Grundwassernutzungen). 2 Auftrag Im Mai 2009 erfolgte ein Zusatzauftrag vom AUE BL an die AUG, die historische Entwicklung des Grundwasserregimes seit den 50iger Jahren bis heute, mit dem stationär kalibrierten Modell zu berechnen und darzustellen. 3 Beschreibung Modell 3.1 Geologie Aus geologischer Sicht beinhaltet das Untersuchungsgebiet drei unterschiedliche strukturelle Bereiche. Im Westen (Unteres Birstal) befindet sich der östliche Rand des Oberrheingrabens, welcher durch die intensiv deformierte Flexurzone vom Tafeljura (Gebiet Muttenz) getrennt. Sowohl die Flexurzone als auch die dominanten Horst- und Grabenstrukturen des Tafeljuras zeigen eine allgemeine Orientierung in NE-SW bis NNE-SSW Richtung. Im Bereich Unteres Birstal wird die Basis des Quartärs (Fels) durch die tertiären Sedimente der Elsässer Molasse und Tüllinger Schichten aufgebaut, während im Gebiet östlich der Flexurzone die quartären Schotter auf Einheiten des Unteren Muschelkalks bis Unteren Doggers zu liegen kommen. Die Lagerungsverhältnisse der geologischen Einheiten innerhalb der komplex aufgebauten Flexurzone ist zu weiten Teilen nicht bekannt. Innerhalb dieses Übergangsbereiches muss mit kleinräumigen Änderungen der Geologie gerechnet werden, die sich derzeit im 3D Modell nicht auflösen lassen. Das bestehende geologische 3D Modell der Region Muttenz und Pratteln (BGA-BL142, 2007) und das hydrogeologische Modell des Unteren Birstals (BGA-BL 126C, 2007), dienten als Grundlage für eine Überarbeitung auf der Basis neuer geologischer Daten. Die neuen geologischen Daten, insbesondere nach 2005 abgeteufte Bohrungen im Projektgebiet, flossen in einen Abgleich der bestehenden geologischen Modellhorizonte ein. Das 3D Modell besteht aus 5 stratigraphischen Horizonten (Top Unterer Muschelkalk, Top Obere Sulfatzone, Top Trigonodusdolomit, Top Keuper und der Basis Quartär (Fels)), der Topographie und allen wichtigen Verwerfungen an denen ein signifikanter Versatz zu erkennen ist. Komplett neu erstellt wurden die zwei Horizonte im Bereich der Flexurzone (Abbildung 1). Da dort die exakten Geometrien, sowohl der geologischen Horizonte als auch etwaiger Störungen, nicht bekannt sind, wurden als Basis für das hydrogeologische Modell die untere und obere Begrenzung des Kluftaquifers Top Obere Sulfatzone und Top Trigonodusdolomit aus dem Modellbereich östlich der Flexurzone in die Flexurzone (nach Westen) projiziert. Angewandte und Umweltgeologie 3

5 Ebenfalls im gesamten Modellgebiet neu modelliert wurde die Basis Quartär (Fels). Die Auflösung (Triangulationsnetz) der Flächenmodellierung wurde generell verfeinert, darüber hinaus wurde in Bereichen mit einer hohen Datendichte eine variable Anpassung und weitere Verfeinerungen vorgenommen. Die Maschenweite der Triangulationen, bisher konstante 134m, wurde somit auf eine Maschenweite von ~60 m bis ~8 m verkleinert. Abbildung 1: Ausschnitt 3D Modell Blick von SW, nicht überhöht, Topographie und Basis Quartär (Fels) nicht dargestellt, D1 Deponie Feldreben, D2 Deponie Margelacker 3.2 Modellgebiet und Randbedingungen Die im 3D-Modell modellierten hydrostratigraphischen Modellhorizonte wurden in ein horizontal regelmässiges 3D Modellgitter (25 m x 25 m) mit 3 (Gitter)-Schichten ( layers ) zur Berechnung der Grundwasserströmung mit finiten Differenzen übertragen (MODLFOW-2000). Die erste Schicht repräsentiert die quartären alluvialen Rhein- und Birsschotter (Eigenschaft: Quartär) deren Basis die Felsoberfläche bildet. Die zweite (mittlere) Schicht setzt sich aus Mergeln und Tonen des Keupers zusammen, dessen Basis mit dem Modellhorizont Top Trigonodusdolomit zusammenfällt. Die mittlere Schicht wirkt, falls sie im geologischen Modell vorhanden ist, als Aquitard zwischen den zwei Hauptaquiferen. Die dritte Schicht erhält dort, wo der Kluftaquifer vorhanden ist (im gesamten Modellgebiet, ausser im nordwestlichsten Teil) die Eigenschaft Muschelkalk. Die Basis dieser Schicht bildet der Horizont Top Obere Sulfatzone. Als Startwerte für das stationäre Modell wurden die Randbedingungen und die k f -Werte so gewählt, wie sie im Modell Muttenz Pratteln und Modell Münchenstein verwendet wurden. Das stationäre Modell wurde mittels nichtlinearer Regression automatisch an Messungen in über 150 Grundwassermessstellen kalibriert, welche anlässlich einer grenzüberschreitenden Stichtagsmessung für die Kalibration des Modells Muttenz - Pratteln am 8. August 2003 ermittelt wurden (Abb. 2). Angewandte und Umweltgeologie 4

6 Abbildung 2: Modellkonzept mit den Randbedingungen sowie allen Grundwasserbeobachtungsstellen und Grundwasserentnahmen. Hydraulische Parameter Bei der Kalibration resultierte eine ähnliche kf-wertverteilung wie in den vorangegangen Berichten (BL 142, Muttenz 173, BL 126C). Als Ausgangswerte des Kalibrierungsvorgangs dienten die kf-werte der früheren Modelle (BL 142, Muttenz 173, BL 126C). Für den Schottergrundwasserleiter hat sich eine Zonierung (6 Zonen) als geeignet erwiesen (Abb. 3). Für die anderen geologischen Formationen wurde für jede geologische Einheit ein kf-wert bestimmt (Abb. 4 und Tab. 1). Angewandte und Umweltgeologie 5

7 Abbildung 3: kf-werte im Schottergrundwasserleiter. Angewandte und Umweltgeologie 6

8 Flexurzone Abbildung 4: Geologie Layer 2 und 3 Tabelle 1: kf-werte und Durchlässigkeit der Birs- und Rheinsohle. Muttenz Schotter Keuper Lias/ Unterer Dogger Störung/ Flexur Birstal Schotter kf-werte [m/s] 4.7E E E-6 8.0E-4 1.0E-4 8.0E-4 bis 1.0E-2 Hauptmuschelkalk Leakage- Faktor Minimum Maximum Rhein 1.1E-6 (im Bereich der Schleuse Birsfelden) 5.0 E-4 Birs 1.0E-5 7.0E-5 Angewandte und Umweltgeologie 7

9 Grundwasseranreicherung Die Grundwasseranreicherung ist ein wichtiger Faktor in den Wasserbilanzen. Um die erforderliche hohe zeitliche und räumliche Auflösung des GW-Fliessfeldes zu erhalten, muss die Information über die Wassermengen, die in den verschiedenen Versickerungsgräben und Weihern infiltrieren, differenziert erfasst werden. Beim früheren Modell hat sich klar gezeigt, dass sich ohne Verbesserung der Datenlage der Versickerung Inkonsistenzen in der Grundwasserspiegelverteilung z.b. weiter südlich das GW-Fliessfeld um die Deponien Feldreben und Margelacker ergeben. Zur Verbesserung der Datenlage wurden zum einen in drei Messkampagnen ( , ; ) mittels Abflussmessungen in den Gerinnen und anschliessender Differenzenbildung die Anreichungsmengen unter verschiedenen Pegelständen bestimmt. An 14 Standorten wurden gleichzeitig Pegellatten angebracht, welche über eine aus den Messkampagnen gewonnene Pegel-Abflussbeziehung erlauben, die Abflussmenge in einem beliebigen zeitlichen Abstand zu überprüfen (z.z. wöchentlich). 4 Szenarien Die historische Entwicklung des Grundwasserregimes in Muttenz seit den 50er Jahren bis heute wurde anhand von vier definierten Szenarien berechnet. Die vier Szenarien bilden jeweils eine Situation im Zeitraum zwischen 1953 und heute ab, bevor oder nachdem ein massgeblicher Eingriff ins Grundwasserfliessregime im Untersuchungsgebiet stattfand. Für jedes Szenario wurden mit dem stationären Modell der Abstrom der Deponien (Feldreben, Margelacker, Rothausstrasse und Hirschacker) sowie die Zustrombereiche der Brunnen berechnet. Zudem erfolgte eine Abschätzung der Wasserbilanz des Gebiets der Trinkwasserförderung der Hardwasser AG. Tabelle 2: Zusammenfassung aller berechneten Szenarien. Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3a Szenario 3b Ist-Zustand Situation vor 1954, ohne Kraftwerk Birsfelden Situation zwischen 1954 und 1956, nach dem Bau Kraftwerk Birsfelden, ohne Entnahmen und Anreicherung Hardwasser AG Situation zwischen 1956 und 1958 mit Entnahmen Hardwasser AG a) mit Entnahmen Florin b) ohne Entnahmen Florin Mit Anreicherung Hardwasser AG 4.1 Szenario 1: Situation vor 1954 Ohne Kraftwerk Birsfelden Ohne Anreicherung Hardwasser Ohne Entnahmen Hardwasser Abfluss Rhein ~500m 3 /s Abfluss Birs ~3.5m 3 /s Grundwasserentnahmen: Angewandte und Umweltgeologie 8

10 Tabelle 3: Pumpraten die für die Berechnung des Szenarios 1 verwendet wurden. Pumprate [m 3 /s] Br18Ciba Grenzach Br13 II Ciba Grenzach Br13 I Ciba Grenzach PW1HLR Grenzach TBI Grenzach BL21A104 Muttenz BL17A1 Birsfelden BL21A101 Muttenz BL21A103 Muttenz BL21A111 Muttenz BL21E20 Schweizerhalle Szenario 2: Situation zwischen 1954 und 1956 Mit Kraftwerk Birsfelden Ohne Anreicherung Hardwasser Ohne Entnahmen Hardwasser Bedingungen Rhein und Birs wie IST-Zustand ( ) Q-Rhein 661m 3 /s, Q-Birs 2.05m 3 /s Grundwasserentnahmen wie bei Szenario 1 (Tab. 3) 4.3 Szenario 3: Situation ab 1957 Mit Kraftwerk Birsfelden Ohne Anreicherung Hardwasser Mit Entnahmen Hardwasser a) Mit Entnahmen Florin-Brunnen b) Ohne Entnahmen Florin-Brunnen Bedingungen Rhein und Birs wie IST-Zustand ( ) Abfluss Rhein 661 m 3 /s, Abfluss Birs 2.05 m 3 /s Grundwasserentnahmen: Tabelle 4: Pumpraten die für die Berechnung der Szenarien 3a und3b verwendet wurden. Pumprate [m3/s] Br18Ciba Grenzach Br13 II Ciba Grenzach Br13 I Ciba Grenzach PW1HLR Grenzach PW2HLR Grenzach TBI Grenzach BL21A12 Hardwasser BL21A14 Hardwasser BL21A25 Hardwasser BL21A26 Hardwasser BL21A29 Hardwasser BL21A104 Muttenz Angewandte und Umweltgeologie 9

11 BL17A1 Birsfelden BL21A101 Muttenz BL21A103 Muttenz BL21A111 Muttenz BL21E12 Schweizerhalle BL21E20 Schweizerhalle BL21E3 Florin a) b) IST-Zustand Bedingungen Rhein und Birs Abfluss-Rhein 661 m 3 /s, Abfluss-Birs 2.05 m 3 /s Pegelstand vom von 150 Messstellen Grundwasserentnahmen bei insgesamt 70 Brunnen: 1.86 m3/s. Anreicherung Hardwasser AG:1.016 m3/s 5 Resultate Da in der Zeit zwischen 1953 und 1957 die Entnahmemengen nicht protokolliert wurden oder diese nicht mehr verfügbar sind, mussten die Pumpraten abgeschätzt werden. Als Daten standen jeweils das Baujahr des Brunnens und teilweise die Leistung der eingebauten Pumpe zur Verfügung. Von den Brunnen von Hardwasser, welche für die Berechnung des Szenarios 3 eine wichtige Rolle spielten, lagen uns Angaben zu durchschnittlichen Tagesentnahmen vor. Die Entwicklung der grossflächig auftretenden Hintergrundbelastungen von Schadstoffen lässt sich durch die historischen Änderungen des GW-Fliessregimes in guter Näherung verfolgen. Die Resultate der Modellierungen erklären den überwiegenden Teil der Schadstoffbelastungen im Gebiet Muttenz-Birsfelden, welche mit dem Bau des Birsfelder Stauwehrs, der Hardwasser- und der Industrienutzungen jeweils ihre Ausbreitungsrichtung änderten. Die jeweiligen Abstromfahnen hinterliessen eine diffuse Belastung des Untergrundes. Ein Teil der im Grundwasserträger adsorbierten Stoffe findet den Weg zurück ins Grundwasser. 5.1 Szenario 1: Situation vor 1954 Abstrom Deponien Vor dem Bau des Kraftwerks Birsfelden gab es die Deponie Hirschacker noch nicht, daher fehlt auf der Abb. 5 der Abstrom dieser Deponie. Vor dem Aufstau des Rheins floss das Grundwasser von Süden in Richtung Norden, wo es in den Rhein exfiltrierte (Abb. 5). Zustrom Brunnen Die Brunnen von Grenzach ziehen ihr Wasser hauptsächlich aus dem Rhein. Der Zustrom des Brunnens in Birsfelden zeigt eine Verbindung zwischen dem Grundwasser im Muschelkalk und dem Schottergrundwasser im Birstal (Abb. 6). Wasserbilanz Gebiet Hardwasser Mit Hilfe des Modells konnten Wasserbilanzen für das Gebiet der Hardwasserbrunnen berechnet Angewandte und Umweltgeologie 10

12 werden. Vor dem Bau des Kraftwerks in Birsfelden floss der grösste Teil (64%) des Grundwassers aus dem Süden in das Gebiet von Hardwasser, aus dem Bereich Schweizerhalle und Auhafen floss ebenfalls etwas Wasser zu, der Rest ist der Grundwasserneubildung zuzuschreiben. Der Abfluss erfolgte grösstenteils als Exfiltration in den Rhein, aber auch in Richtung Birsfelden und Auhafen. 19% des gesamten Abflusses wurde über Brunnen gefördert (Abb. 7). 5.2 Szenario 2: Situation zwischen 1954 und 1956 Abstrom Deponien Der Aufstau des Rheins durch den Bau des Kraftwerks Birsfelden beeinflusst das Grundwasserfliessregime stark. Der Abstrom der Deponien Margelacker und Feldreben fliesst nicht mehr direkt nach Norden in den Rhein, sondern wird in Richtung Westen zum Pumpwerk von Birsfelden abgelenkt und fliesst dann auf Höhe der Birsmündung in den Rhein (Abb. 8). Der Abstrom der Deponie Rothausstrasse wird durch den Bau des Kraftwerks nicht beeinflusst. Zustrom Brunnen Der Zustrombereich des Pumpwerks in Birsfelden verschiebt sich so, dass das Wasser aus Richtung der Deponien Feldreben und Margelacker gefördert wird. Das Pumpwerk Au in Muttenz und der Brunnen in Schweizerhalle ziehen ihr Wasser hauptsächlich aus dem südlich gelegenen Muschelkalkaquifer und teilweise auch aus dem Rhein (Abb. 9). Wasserbilanz Gebiet Hardwasser Durch den Aufstau des Rheins verändern sich die Grundwasserverhältnisse so, dass es zu einer Rheinwasserinfiltration kommt, welche 34% der gesamten Zuflüsse in das Gebiet von Hardwasser ausmacht. Der südliche Zufluss beträgt im Vergleich zum Szenario 1 nur noch 41%. Beim Abfluss verändert sich die Situation so, dass nichts mehr in den Rhein exfiltriert, sondern das meiste Wasser Richtung Birsfelden abfliesst (Abb. 10). 5.3 Szenario 3: Situation ab 1957 Ab 1957 beginnt die Hardwasser AG mit den ersten Grundwasserförderungen, bevor sie die künstliche Anreicherung betreibt. Ende August 1957 wurde bei der Florin AG ein Brunnen gebaut. Gemäss Florin wurde dieser Brunnen erst ab 1960 in Betrieb genommen. Da diese Inbetriebnahme nicht eindeutig dokumentiert wurde, wird das Szenario 3 mit Betrieb des Florin- Brunnens (a) und ohne Betrieb des Florin-Brunnens (b) gerechnet. Abstrom Deponien a) Der Abstrom der Deponie Margelacker fliesst direkt zum Florin-Brunnen. Auch der grösste Teil des Abstroms der Deponie Feldreben gelangt zum Florin-Brunnen, ein kleiner Rest fliesst zu den neu betriebenen Brunnen 12 und 14 von der Hardwasser AG. Der Abstrom der Deponie Rothausstrasse reicht nicht mehr bis nach Grenzach sondern fliesst zu den Brunnen in Schweizerhalle (Abb. 11). b) Der Abstrom der Deponie Margelacker sowie Feldreben fliesst direkt zu den Brunnen 12 und 14 von der Hardwasser AG. Ein Teil des Abstroms der Deponie Feldreben gelangt bis zum Brunnen in Birsfelden (Abb. 14). Angewandte und Umweltgeologie 11

13 Zustrom Brunnen a) Die Abbildung 12 zeigt, dass die Brunnen, die von Hardwasser in Betrieb genommen wurden, hauptsächlich das Wasser aus dem Rhein fördern. Ein weiterer Teil kommt aus dem südlich gelegenen Muschelkalkaquifer. b) Wenn der Florinbrunnen nicht in Betrieb ist, wird bei den Brunnen 12 und 14 der Zustrom aus dem Bereich der Deponien Feldreben und Margelacker etwas grösser (Abb. 15). Ansonsten bleiben die Zustrombereiche etwa gleich wie beim Szenario 3a. Wasserbilanz Gebiet Hardwasser a) Die starke Infiltration von Rheinwasser wird auch bei der Berechnung der Wasserbilanz deutlich. 48% des Zuflusses kommt direkt und 26% indirekt über den Auhafen aus dem Rhein. Der südliche Zufluss beträgt nur noch 17%. Die Grundwassernutzung spielt im Gebiet der Hardwasser AG bereits jetzt eine entscheidende Rolle. 60% des gesamten Abflusses wird als Grundwasserförderung aus dem Gebiet entzogen, der Rest fliesst nach Westen in Richtung Birsfelden (Abb. 13). b) Durch den Nichtbetrieb des Florinbrunnens steigt der südliche Zufluss von 17 % auf 21 %, dafür wird die Rheinwasserinfiltration etwas kleiner (Abb. 16). 5.4 IST-Zustand Abstrom Deponien Der Grundwasserberg der durch die künstliche Anreicherung im Hardwald erzeugt wird, verhindert einen Abfluss der Deponien Margelacker und Feldreben in Richtung Trinkwasserbrunnen der Hardwasser AG. Der Abstrom der Deponien führt Richtung Schweizerhalle, wo viel Wasser gefördert wird. Von der Deponie Hirschacker fliesst das Wasser zu den Brunnen von Grenzach (Abb. 17). Im Bereich der künstlichen Anreicherung steigt der Pegel bis zu 4 m an im Vergleich zu den Szenarien ohne Anreicherung. Zustrom Brunnen Durch die künstliche Anreicherung der Hardwasser AG verschieben sich die Zustrombereiche der Hardwasserbrunnen hin zur Anreicherung. Auch die Florinbrunnen sowie einige Brunnen aus dem Gebiet von Schweizerhalle ziehen ihr Wasser von der Anreicherung. Die Rheinnahen Brunnen von Schweizerhalle und Grenzach ziehen ihr Wasser aus dem Rhein (Abb. 18). Wasserbilanz Gebiet Hardwasser Der Zustrom zum Gebiet der Trinkwasserbrunnen von Hardwasser wird dominiert von der künstlichen Anreicherung (90% über südlichen Rand). Geringe Anteile (3%) gelangen über den Rhein, den Auhafen und von Seite Schweizerhalle zu den Brunnen. Knapp 80 % des gesamten Abflusses wird durch die Grundwasserförderung dem Gebiet im Hardwald entzogen. Der Rest fliesst in Richtung Birsfelden und Auhafen ab (Abb. 19). Angewandte und Umweltgeologie 12

14 6 Diskussion Die Berechnungen der historischen Szenarien machen deutlich, dass es im Untersuchungsgebiet zu verschiedenen bedeutenden Eingriffen ins Grundwassersystem kam, was jeweils eine Änderung des Fliessfelds zur Folge hatte. Vor 1954 wurden Schadstoffe von den Deponien Feldreben und Margelacker direkt in das Gebiet, wo sich heute die Trinkwasserbrunnen von der Hardwasser AG befinden, ausgewaschen. Durch den Bau des Kraftwerks Birsfelden und den damit verbundenen Aufstau des Rheins veränderten sich die Fluss-Grundwasser-Interaktionen von exfiltrierenden zu infiltrierenden Verhältnissen. Bei Inbetriebnahme der ersten Hardwasser Brunnen vor dem Betrieb der künstlichen Anreicherung wurde ein grosser Anteil an Rheinwasser in das Gebiet infiltriert. Zu dieser Zeit muss auch mit einem Schadstoffeintrag aus dem Rhein gerechnet werden. Durch die verschiedenen Änderungen des Grundwasserfliessregimes kam es im Verlauf der Jahre zu einer grossräumigen Verteilung der Schadstoffe aus den Deponien und dem Rhein. Berechnet man wie sich die Schadstofffahne der Deponie Feldreben, welche vor dem Bau des Kraftwerks entstand, bei heutigem hydraulischem Zustand verteilt (Abb. 20), muss man davon ausgehen, dass sich die Schadstoffe über das ganze Gebiet der Hardwasser AG verbreitet haben können. Der heutige Abstrom der Deponien gefährdet zwar nicht unmittelbar einen Trinkwasserbrunnen, er hinterlässt aber wieder eine Spur. Wird in dem stark von menschlichen Aktivitäten beeinflussten Grundwasserleiter eine Nutzungsänderung vorgenommen, muss mit einer erneuten Änderung des Fliessregimes gerechnet werden, die Schadstoffe können sich dann wieder in einer andere Richtung verteilen. Daraus folgt, dass alle Stoffe, die sachgemäss aus der ungesättigten Zone entsorgt werden, nicht mehr ins Grundwasser gelangen können um bei Nutzungsänderungen allenfalls wieder in unerwünschte Richtungen verfrachtet zu werden. Da die Berechnungen mit einem stationär kalibrierten Modell gemacht wurden, muss mit einigen Unsicherheiten gerechnet werden. Denn für die Kalibration konnte nur eine hydrologische Situation berücksichtigt werden. Zurzeit wird dieses Modell anhand eines einjährigen Datensatzes instationär kalibriert. Erste Resultate liegen Ende 2009 vor. Mit dem kalibrierten Modell steht ein Werkzeug zur Verfügung, das erlaubt, Nutzungsänderungen und den allfälligen Einfluss von Sanierungsmethoden frühzeitig zu beurteilen. Sachbearbeitung Geologisches Institut Angewandte und Umweltgeologie Dipl. Natw. ETH A. Affolter Dr. E. Zechner Prof. Dr. P. Huggenberger Dr. H. Dresmann Basel, 15. September 2009 Angewandte und Umweltgeologie 13

15 Verzeichnisse Abbildungen Abbildung 1: Ausschnitt 3D Modell Blick von SW, nicht überhöht, Topographie und Basis Quartär (Fels) nicht dargestellt, D1 Deponie Feldreben, D2 Deponie Margelacker...4 Abbildung 2: Modellkonzept mit den Randbedingungen sowie allen Grundwasserbeobachtungsstellen und Grundwasserentnahmen....5 Abbildung 3: kf-werte im Schottergrundwasserleiter...6 Abbildung 4: Geologie Layer 2 und Abbildung 5: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker und Rothausstrasse, berechnet für die Situation beschrieben in Szenario Abbildung 6: Zustrom der Brunnen, die bei Szenario 1 in Betrieb sind Abbildung 7: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser vor dem Bau des Kraftwerk Birsfelden...18 Abbildung 8: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker und Rothausstrasse, berechnet für die Situation beschrieben in Szenario Abbildung 9: Zustrom der Brunnen, die bei Szenario 2 in Betrieb sind Abbildung 10: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser nach dem Bau des Kraftwerks Birsfelden und vor Beginn der Grundwasserförderung von Hardwasser...21 Abbildung 11: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker, Rothausstrasse und Hirschacker berechnet für die Situation beschrieben in Szenario 3a Abbildung 12: Zustrom der Brunnen, die bei Szenario 3a in Betrieb sind Abbildung 13: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser zu Beginn der Grundwasserförderung von Hardwasser und vor der künstlichen Anreicherung mit Betrieb des Florin-Brunnens Abbildung 14: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker, Rothausstrasse und Hirschacker berechnet für die Situation beschrieben in Szenario 3b Abbildung 15: Zustrom der Brunnen, die bei Szenario 3b in Betrieb sind Abbildung 16: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser zu Beginn der Grundwasserförderung von Hardwasser und vor der künstlichen Anreicherung ohne Betrieb des Florin-Brunnens Abbildung 17: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker, Rothausstrasse und Hirschacker, berechnet für die Situation der Stichtagsmessung vom Abbildung 18: Zustrom der Brunnen, die beim Ist-Zustand in Betrieb sind Abbildung 19: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser berechnet für die Situation vom Abbildung 20: Verteilung der Schadstoffe die vor dem Betrieb der künstlichen Anreicherung in Angewandte und Umweltgeologie 14

16 das Gebiet von Hardwasser eingetragen wurden unter hydraulischem Ist- Zustand...31 Tabellen Tabelle 1: kf-werte und Durchlässigkeit der Birs- und Rheinsohle....7 Tabelle 2: Zusammenfassung aller berechneten Szenarien....8 Tabelle 3: Pumpraten die für die Berechnung des Szenarios 1 verwendet wurden....9 Tabelle 4: Pumpraten die für die Berechnung der Szenarien 3a und3b verwendet wurden....9 Literatur BL 126C, 2007: Unteres Birstal Abschnitt Münchenstein-Birsfelden Technischer Bericht Instationäres Grundwassermodell. BL 142, 2007: Subrosion als Ursache von Gebietssenkungen im Gebiet Muttenz - Pratteln: geologische, hydrogeologische, hydrochemische und Vermessungs - Grundlagen, Kanton Basel- Landschaft, Amt für Umweltschutz und Energie. Muttenz 173, 2007: Schlussbericht zu den Grundwassermodellen erstellt im Rahmen der Technischen Untersuchung Deponie Feldreben,. Angewandte und Umweltgeologie 15

17 7 Abbildungen Abbildung 5: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker und Rothausstrasse, berechnet für die Situation beschrieben in Szenario 1. Angewandte und Umweltgeologie 16

18 Abbildung 6: Zustrom der Brunnen, die bei Szenario 1 in Betrieb sind. Angewandte und Umweltgeologie 17

19 Szenario 1 24% 29% 19% 11% Szenario 1 Niedrigwasser Zufluss 0% 7% 11% Fluss Infiltration GW-Neubildung Ostrand In Südrand In Westrand In 18% Auhafen In 7% 64% 64% 5% 23% 18% Szenario 1 Niedrigwasser Abfluss Fluss Exfiltration GW-Entnahmen Ostrand Out Südrand Out 23% 29% Westrand Out Auhafen Out 24% 19% 5% 0% Abbildung 7: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser vor dem Bau des Kraftwerk Birsfelden. Angewandte und Umweltgeologie 18

20 Abbildung 8: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker und Rothausstrasse, berechnet für die Situation beschrieben in Szenario 2. Angewandte und Umweltgeologie 19

21 Abbildung 9: Zustrom der Brunnen, die bei Szenario 2 in Betrieb sind. Angewandte und Umweltgeologie 20

22 Szenario 2 61% 1% 34% 18% 9% Szenario 2 Zufluss 1% 7% 34% Fluss Infiltration GW-Neubildung Ostrand In Südrand In Westrand In Auhafen In 7% 41% 41% 5% 8% 9% 15% 8% Szenario 2 Abfluss 0% 5% 18% 1% Fluss Exfiltration GW-Entnahmen Ostrand Out Südrand Out Westrand Out Auhafen Out 15% 61% Abbildung 10: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser nach dem Bau des Kraftwerks Birsfelden und vor Beginn der Grundwasserförderung von Hardwasser. Angewandte und Umweltgeologie 21

23 Szenario 3 a) Abbildung 11: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker, Rothausstrasse und Hirschacker berechnet für die Situation beschrieben in Szenario 3a. Angewandte und Umweltgeologie 22

24 Szenario 3 a) Abbildung 12: Zustrom der Brunnen, die bei Szenario 3a in Betrieb sind. Angewandte und Umweltgeologie 23

25 Szenario 3 a) 1% 35% 48% 26% 60% 4% Szenario 3 Zufluss 26% 1% 17% 48% Fluss Infiltration GW-Neubildung Ostrand In Südrand In Westrand In Auhafen In 17% 4% 4% 5% 4% Szenario 3 Abfluss Fluss Exfiltration GW-Entnahmen Ostrand Out Südrand Out Westrand Out 35% Auhafen Out 60% 5% Abbildung 13: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser zu Beginn der Grundwasserförderung von Hardwasser und vor der künstlichen Anreicherung mit Betrieb des Florin-Brunnens. Angewandte und Umweltgeologie 24

26 Szenario 3 b) Abbildung 14: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker, Rothausstrasse und Hirschacker berechnet für die Situation beschrieben in Szenario 3b. Angewandte und Umweltgeologie 25

27 Szenario 3 b) Abbildung 15: Zustrom der Brunnen, die bei Szenario 3b in Betrieb sind. Angewandte und Umweltgeologie 26

28 Szenario 3 b) 1% 35% 45% 25% 60% 4% Szenario 3 Zufluss 25% 1% 45% Fluss Infiltration GW-Neubildung Ostrand In Südrand In Westrand In Auhafen In 21% 21% 4% 4% 5% 4% Szenario 3 Abfluss Fluss Exfiltration GW-Entnahmen Ostrand Out Südrand Out Westrand Out 35% Auhafen Out 60% 5% Abbildung 16: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser zu Beginn der Grundwasserförderung von Hardwasser und vor der künstlichen Anreicherung ohne Betrieb des Florin-Brunnens. Angewandte und Umweltgeologie 27

29 Abbildung 17: Abstrom der Deponien Feldreben, Margelacker, Rothausstrasse und Hirschacker, berechnet für die Situation der Stichtagsmessung vom Angewandte und Umweltgeologie 28

30 Abbildung 18: Zustrom der Brunnen, die beim Ist-Zustand in Betrieb sind. Angewandte und Umweltgeologie 29

31 IST-Zustand 9% 3% 79% 2% IST-Zustand Zufluss 0%3% 3% 2%2% Fluss Infiltration GW-Neubildung Ostrand In Südrand In Westrand In Auhafen In 3% 90% 3% 8% 2% 90% 1% IST-Zustand Abfluss 0% 8% 9% 1% 3% Fluss Exfiltration GW-Entnahmen Ostrand Out Südrand Out Westrand Out Auhafen Out 79% Abbildung 19: Zu- und Abfluss im Gebiet der Wasserförderung von Hardwasser berechnet für die Situation vom Angewandte und Umweltgeologie 30

32 Abbildung 20: Verteilung der Schadstoffe die vor dem Betrieb der künstlichen Anreicherung in das Gebiet von Hardwasser eingetragen wurden unter hydraulischem Ist-Zustand. Angewandte und Umweltgeologie 31