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
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 20.02.2014 TUHH 2
Agenda Projekt: KLIMZUG-NORD Gebiet: Hamburg Wilhelmsburg Geologische 3D-Modellierung Grundwasserströmungsmodell (MODFLOW) Einfluss des Meeresspiegelanstiegs Fazit 20.02.2014 TUHH 3
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 (www.klimzug-nord.de) 20.02.2014 TUHH 4
Gebiet Hamburg Wilhelmsburg 7 0'0"E 11 0'0"E 15 0'0"E! Hamburg ± Hamburg City Harburg Wilhelmsburg 20.02.2014 TUHH 5
(Hydro)Geologie Hamburg Quartärbasis [BAUBEHÖRDE HAMBURG (1983) Fachplan Wasserversorgung Hamburg] 20.02.2014 TUHH 6
Bohrprofile (GLA) 3D Geologie Datengrundlage Hydrostratigraphie 3D Modellierung mit GOCAD Basis & Fehlstellen 18 Profilschnitte Datenbankabfragen Grundwasserströmungsmodell (MODFLOW) 20.02.2014 TUHH 7
3D Geologie Schichtenfolge Quartärbasis Basis Auffüllung Basis Weichschichten (Klei/Torf) (qh) Basis Feinsande (qh) Basis Grobsande (qw) 20.02.2014 TUHH 8
Wilhelmsburg Grundwassergleichen Elbe = Randpotential Einfluss Entwässerung Grundwasserströmungsrichtung Einfluss Entnahmen Mittlere Grundwassergleichen 1997-2007 20.02.2014 TUHH 9
MODFLOW Konzept und Modell Stationäres Modell Brunnenentnahmen Aufgehöhter Bereich Marsch 20.02.2014 TUHH 10
Einfluss Klimawandel Elbwasseranstieg Änderung Grundwasserpotential Zunahme der Grundwasserpotentiale Änderung Grundwasserpotential Elbe Anstieg 20 cm im Zentrum entspricht ca. Elbe 30% 80 des cm Änderungssignals 20.02.2014 TUHH 11
Einfluss Klimawandel Entwässerung Nahezu lineare Zunahme der Entwässerungsrate bei stufenweise Elbwasseranstieg 20.02.2014 TUHH 12
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). 20.02.2014 TUHH 13
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 20.02.2014 TUHH 14
- FINE - Vielen Dank für Ihr Interesse! 20.02.2014 TUHH 15
3D Geologie Wilhelmsburger Rinne Quartärbasis 20.02.2014 TUHH 16
3D Geologie Schichtenfolge Basis Auffüllung Basis Weichschichten (Klei/Torf) (qh) Basis Feinsande (qh) Basis Grobsande (qw) 20.02.2014 TUHH 17
MODFLOW - Randbedingungen Sickerwasserrate verändert nach TETZLAFF ET. AL (2004) Drainage-Zonen nach BAUBEHÖRDE HAMBURG (1998) (Wasserwirtschaftlicher Regionalplan Wilhelmsburg) Verwendung von 16 Förderbrunnen 51 Grundwasserbeobachtungsbrunnen 20.02.2014 TUHH 18
Einfluss Klimawandel Elbe 20 cm 20.02.2014 TUHH 19
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. 20.02.2014 TUHH 20
Wilhelmsburg Bohrprofildichte 43823 Bohrungen bis 20 m ENDT 7496 Bohrungen tiefer als 20 m ENDT Gebietsgröße etwa 150.59 km² etwa 341 Bohrungen pro km² Gebiet Moorwerder 37.65 km²; 4836 bis 20m, 296 ab 20m 136 Bohrungen pro km² Gebiet Hafen 37.65 km²; 15003 bis 20m, 4005 ab 20m 504 Bohrungen pro km² 20.02.2014 TUHH 21
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 =0.782 1558 0 500 1000 2000 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
Wilhelmsburg Entwässerung 20.02.2014 TUHH 24
3D Geologie Weichschichten (qh) [SCHIEBENHÖFER IN KEESEBURG (1989)] 20.02.2014 TUHH 25
Klimawandel Wirkungszusammenhänge 20.02.2014 TUHH 26
Einfluss Klimawandel Elbwasseranstieg Zunahme der Grundwasserpotentiale Anstieg im Zentrum entspricht ca. 30% des Änderungssignals 20.02.2014 TUHH 27
3D Geologie Weichschichten (qh) [SCHIEBENHÖFER IN KEESEBURG (1989)] 20.02.2014 TUHH 28