BN1 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Hochwasserschutz Stadt Lauenburg Ergebnisse der hydrogeologischen Untersuchungen Bürgerinformation Stadt Lauenburg, 09.03.2016 Referent: Hanjo Hamer GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Zielsetzung der hydrogeologischen Untersuchungen Klärung der hydrogeologischen Grundlagen für die Planung von Hochwasserschutz-Maßnahmen, insbesondere: Stehen eventuelle Bodenbewegungen im Geesthang in Zusammenhang mit Grundwasserstandsänderungen, die durch Elbe-Hochwasser induziert sind? In welcher Größenordnung finden Grundwasserbewegungen im Elbe-Uferbereich bei Hochwasserereignissen statt? In welchen Tiefen und Schichten strömt Grundwasser vom Geesthang auf die Elbe zu? In welcher Größenordnung erfolgt diese Strömung? 3 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Hydrogeologisches Erkundungsprogramm Bauüberwachung Auswertung der Bohrungsdaten Auswertung der Grundwasserstandsdaten Anfertigen von 4 (hydro-) geologischen Profilschnitten • Erarbeiten eines hydrogeologischen Modells Erstellen von vertikalen, 2-dimensionalen Grundwasserströmungsmodellen 4 BN3 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Untersuchungsgebiet Kartenausschnitt: Topografische Karte 1:25.000, LVermGeo SH 5 BN45 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Lage der Grundwassermessstellen und Profilschnitte Legende: Profilschnittlinien A, B, C, E C.4 Grundwassermessstelle mit Bezeichnung Kartengrundlagen : Topografische Karten 1:5.000, LVermGeo SH 6 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung BN8 Profilschnitt A 7 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Profilschnitt B 8 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Wesentliche Ergebnisse der hydrogeologischen Erkundung • Heterogener Schichtaufbau mit durchlässigen und gering durchlässigen Schichten, kleinräumig wechselnd • Verbreitet bindige Schichten im Bereich der Grundwasserdruckfläche (bei „Elbe-Normalniveau“) dadurch (halb)gespannte Grundwasserverhältnisse im Hauptgrundwasserleiter • im Bereich des Geesthangs wurde partiell oberhalb des Hauptgrundwasserleiters dauerhaft vorhandenes, ungespanntes Grundwasser angetroffen (Profil ‚B‘) • Staunässe örtlich möglich und jahreszeitlich begrenzt Das Grundwasser oberhalb des Hauptgrundwasserleiters ist für die Hochwasser-Problematik nicht relevant, da es nur lokal vorhanden ist. 9 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Grundwassergleichenplan für den Hauptgrundwasserleiter – Profile A und B Elbe-Wasserstand: 4,23 mNN Kartengrundlagen: Topografische Karten 1:5.000, LVermGeo SH Legende: A.3 4,28 Messstelle mit Bezeichnung und Grundwasserstand am 08./09.10.2015 Grundwassergleiche mit Angabe der Druckspiegelhöhe 6,89 Messwert nicht berücksichtigt 4,5 10 BN5 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Wasserstands-Zeitreihen für die Elbe und das Grundwasser Rückstau durch Sturmflut Hochwasser-Ereignis 12/2015 11 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Hydrogeologisches Modell: Vom hydrogeologischen Systemverständnis zur numerischen Modellierung Wesentliche Ergebnisse aus der hydrogeologischen Erkundung: • Die Elbe ist hydraulisch unmittelbar mit dem Hauptgrundwasserleiter verbunden • Das Elbe-Hochwasser erzeugt im Uferbereich einen Druckanstieg im Hauptgrundwasserleiter, Grundwasser dringt in die oberflächennahen sandigen Ablagerungen ein Folge: Grundwasseranstieg im Bereich der Altstadt, jedoch vernachlässigbarer Rückstau durch den landseitigen Grundwasserzufluss • Anhand der gemessenen Wasserstandsdaten lassen sich zwei Situationen abbilden, die als Ausgangspunkt für die Modellbildung und -kalibrierung geeignet sind: 1) Normalwassersituation: Grundwasserabstrom in die Elbe 2) Hochwassersituation: Infiltration von Elbe-Wasser in den Grundwasserleiter 12 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Hydrogeologisches Modell: Vom hydrogeologischen Systemverständnis zur numerischen Modellierung Zweck der numerischen Beschreibung der Grundwasserbewegung: • Vereinfachung und Festlegung der maßgeblichen hydrogeologischen Prozesse • Physikalisch begründete Interpolation und Interpretation von gemessenen Wasserständen entlang der Profilschnitte im 2-dimensionalen Modell • Simulation der Auswirkungen von Wasserstandsänderungen und Bilanzierung von Wasserflüssen • Verbesserung des Systemverständnisses • Entscheidungshilfe zur Planung von Hochwasserschutzmaßnahmen BN21 13 BN38 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Hydrogeologisches Modell : Vom hydrogeologischen Systemverständnis zur numerischen Modellierung Hydrogeologisches Modell: Aufgabenstellung • Datenerhebung und Auswertung Hydrogeologisches Modell Numerisches Modell qualitativ Abstraktion und Schematisierung der natürlichen Komplexität des Grundwassersystems Definition der für das Systemverständnis maßgeblichen Prozesse und Parameter quantitativ Verifizierung Bewertung der Ergebnisse, Prognosen Überprüfung der Modellannahmen mit gesondertem Datensatz, z.B. Hochwasserdurchgang 14 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Hydrogeologisches Modell: Vom hydrogeologischen Systemverständnis zur numerischen Modellierung Grundwasserströmungssystem, schematisch, modellhaft angenommene Rand des numerischen Modells 15 BN22 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Numerisches Modell: Durchgeführte Berechnungen Stationäres Modell: Niedrigwasser 10/2015 Instationäres Modell 1: Elbe-Wasserstand Nov./Dez. 2015 Instationäres Modell 2: Extremhochwasser (+10 mNHN, 2013) BN23 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Kalibriertes stationäres Modell (Zeitpunkt 08. / 09.10.2015): Beispiele für die Anpassung der gemessenen / berechneten GW-Stände A.2 ist nicht dargestellt, da diese vom Hauptgrundwasserleiter hydraulisch weitestgehend abgekoppelt ist 17 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Kalibriertes instationäres Modell 1 Beispiele für die Anpassung der gemessenen / berechneten GW-Stände Instationäres Modell : M essstelle A1 5,5 W asserstand [m ] W asser stand gem essen W asser stand berechnet 5,0 4,5 4,0 0 200 400 600 800 1000 Z eit [h] 17.12.2015 18 BN42 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Numerisches Modell: Instationäres Modell 2: Hochwasserwelle 2013 im Grundwasser der Altstadt 19 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Ergebnisse Stehen eventuelle Bodenbewegungen im Geesthang in Zusammenhang mit Grundwasserstandsänderungen, die durch Elbe-Hochwasser induziert sind? NEIN, • Durch Elbe-Hochwasser induzierte Grundwasserstandsänderungen und dadurch eventuell hervorgerufene Bodenbewegungen können nur in Bereichen bis max. 100 m Elbe-Entfernung und mit geringen Grundwasser-Flurabständen auftreten • Die Grundwasserflurabstände im Bereich des Geesthanges betragen > mehr als 8 m und mehr als > 35 m im Bereich der Geesthochfläche, bei Aufstau des Grundwassers für die Dauer eines Elbehochwassers sind keine Untergrundvernässungen im Bereich von Gebäuden und auch keine Veränderungen der Hangstabilität zu erwarten • Im Falle eines Hochwassers kann es zu Druckerhöhungen und kurzzeitigem Einstau von Grundbzw. Elbwasser in das Grundwasserleitersystem kommen. 20 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Ergebnisse Welche Grundwasser-Bewegungen finden im Elbe-Uferbereich bei Hochwasserereignissen statt? Im Elbuferbereich – bis zu 100 m von der Elbe entfernt – reagiert der Grundwasserdruckspiegel fast ohne Zeitverzögerung auf den Elbwasserstand – sowohl bei Anstieg als auch beim Absinken Die Hochwasserwelle bildet sich quasi 1:1 im Grundwasserkörper ab Ein Anstieg des Grundwasserstandes findet dort statt, wo a) keine Deckschichten auf dem Hauptgrundwasserleiter liegen bzw. der Hauptgrundwasserleiter in direktem hydraulischen Kontakt mit der Elbe steht oder wo BN26 b) Elbwasser im Ufer- bzw. Überschwemmungsbereich in oberflächennahe grundwasserleitende Schichten einsickert. Hier kann es zu einem kurzzeitigem Einstau von Grund- bzw. Elbwasser in den Untergrund kommen. 21 BN48 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Profilschnitt C 22 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Ergebnisse In welchen Tiefen und Schichten strömt Grundwasser vom Geesthang auf die Elbe zu? Das Grundwasser fließt von der Geest mit einem flachen Gefälle in N-S-Richtung auf die Elbe zu Der wassererfüllte Bereich reicht von der Basis des Hauptgrundwasserleiters bis ca. +4 mNN Ein Zustrom aus tieferen Grundwasserleitern (Braunkohlensande) wird nicht angenommen Die oberflächennahen Sande sind partiell wenige cm bis dm Grundwasser-erfüllt 23 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Ergebnisse In welcher Größenordnung erfolgt diese Strömung? Folgende Grundwasser-Bewegungen wurden mit dem Grundwassermodell berechnet: Bei Normal- und Niedrigwasser strömen etwa 0,6 bis 0,8 m³/h Grundwasser in die Elbe (bezogen auf einen Abstromquerschnitt von 100 m). Im Hochwasserfall dürfte der Grundwasserstrom im oberen Wasserleiter – abhängig von Dauer und Höhe der Hochwasserwelle – etwa dem 20- bis 40-fachen der Niedrigwassermengen entsprechen. Der Austausch von Grund- und Elbe-Wasser erfolgt ausschließlich Elbe-nah (< 100 m). Der Zustrom aus dem nördlich gelegenen Einzugsgebiet ist gering Ein Grundwasser-Rückstau ist im Verhältnis zu den Elbe-nah zu- und abströmenden Wassermengen zu vernachlässigen. 24 Wir danken für Ihre Aufmerksamkeit ! 25 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Numerisches Modell: Randbedingungen für stationäre Berechnungen Niedrigwassersituation (Oktober2015) Festpotenzial Definierter BN32 Randzufluss über die angenommene Wasserscheide BN33 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Numerisches Modell: Randbedingungen für instationäre Berechnungen Hochwassersituation Nov./Dez. 2015 5,2 mNHN Zeitlich veränderbares Festpotenzial Veränderlicher Zu/Abfluss, abhängig vom Wasserstand entsprechend dem Durchgang der Welle Einstrom von Elbe-Wasser in den Grundwasserleiter, zeitweise Umkehr der Strömungsrichtung, Wasseranstieg in die zuvor ungesättigte Zone BN39 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Instationäres Modell : Messstelle A3 5,5 W asserstand [m ] W asser stand gem essen W asser stand berechnet 5,0 Instationäres Modell : Messst elle A4 5,5 4,5 4,0 0 200 400 W asserstand [m ] W asser stand gemessen W asser stand berechnet 5,0 600 800 1000 Z eit [h] 4,5 Instationäres Modell : Messstelle A5 5,5 W asser stand gem essen W asser stand berechnet W asserst and [m ] 4,0 0 200 400 600 800 1000 Z eit [h] 5,0 4,5 0 200 400 600 Z eit [h] 800 1000 29 GeoC GmbH – Contor für Geologie und Umweltplanung Instationäres numerisches Modell: Wasserbilanz bei Extremhochwasser (10 mNN) 17.12.2015 30
© Copyright 2024 ExpyDoc
