16 Raummodelle als Grundlage gekoppelter Modellierung · 16 Raummodelle als Grundlage gekoppelter Modellierung Die 3D-Bearbeitung von geolo-gischen Raummodellen in heteroge-nen Aquiferen

16 Raummodelle als Grundlage gekoppelter Modellierung

Die 3D-Bearbeitung von geolo-gischen Raummodellen in heteroge-nen Aquiferen ist bis heute bezüglich der modell-technischen Handha-bung nach wie vor schwierig und sehr aufwendig. Vor dem Hinter-grund der regionalen Schadstoffbe-lastung der Grundwasserleiter im Raum Bitterfeld-Wolfen durch die ehemalige chemische Industrie und die komplexen hydraulischen Ver-hältnisse aufgrund des eingestell-ten Braunkohlebergbaus, wachsen

jedoch die Ansprüche an die Aus-sagegenauigkeit und Verfügbarkeit von 3D-Modellen. Integriert in eine GIS-Umgebung ermöglichen sie Plausibilitätsprüfungen von Punkt- und Flächendaten, Analysen kom-plexer hydrostratigraphischer und umweltchemischer Verhältnisse so-wie Prognosen zur ortskonkreten Situation des tieferen Untergrundes und Strömungs- und Transportver-haltes im Grundwasserleiter. Auf der Grundlage dieser Raummodelle können weiterführende Aussagen zum Thema fate and pathway, risk assessment, Expositionsabschätzung und Landnutzungsmanagment GIS-basiert durchgeführt werden.

Die integrative räumliche Analyse umfasst die folgenden Punkte:•3D-Modellierung der komplexen geologisch-hydrogeologischen Struktureinheiten, •Regionalisierung der Restkonta- minationen und räumliche statis- tische Betrachtung,•Expositionsanalyse auf der Basis der regionalen Grundwasserströ- mung und betroffener Schutzgüter.

3.1. Komplexe Ausgangslage und dynamische Umwelt

3.1a. 3D-Raummodelle erlauben die integ-rierte Darstellung der Erdoberfläche mit dem geologischen Untergrund. Dabei lässt die thematische Bearbeitung der Landnutzung wie auch der geologischen Schichten unter-schiedliche Kombinationen von Informatio-nen zu. Das Beispiel zeigt einen Ausschnitt der Region Bitterfeld mit Luftbild und hydrauli-schen Fenstern im oberen Grundwasserleiter auf 4 x 4 km. Der geflutete Tagebaurestsee Goitzsche ist im Vordergrund zu erkennen.

Geologische 3D-Modellierung in der Hydro- und Umweltgeologie

Quelle: AG Hydro- und Umweltgeologie, Martin-Luther-Universität Halle. 2007

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Ziel war es dabei, stoffspezifischeund ortskonkrete Aussagen im Un-tersuchungsgebiet zu Konzentrati-onen von Schadstoffen und deren Austragspfaden zu erhalten und mittels weiterführender Analysen mögliche Handlungs- und Pla-nungsoptionen aus umwelt- und ökotoxikologischer Sicht abzuleiten. Ausgehend von einer Unterbre-chung des Schadstoffpfades durch die quellnahen hydraulischen Siche-rungsmaßnahmen sind die Auswir-kungen der abreißenden und ver- bleibenden Fahnenteile im Sinne von „Schadstoffwolken“ zu untersuchen. Dazu muss die schadstoffspezifi-sche Speicherfunktion der verschie-denen geologischen Einheiten des Untergrundes abgeschätzt werden.

Das in den SAFIRA-Projekten erarbeitete großräumige digitale geologische Raummodell stellt für die Arbeiten eine detaillierte und notwendige Grundlage dar, um die lithologischen und strukturellen Heterogenitäten abzubilden. Eine der Hauptaufgaben des SAFIRA II-Projekts bestand in der nördlichen Erweiterung des Raummodells, um den nördlichen Referenzraum des Untersuchungsgebietes mit dem Zustrom zur Mulde ebenfalls zu er-fassen.

Ausgehend von der hydraulischen Situation und der jeweiligen Grund-wasserbelastung sind für Stoff- gruppen bzw. Einzelstoffe Schutz-gutbetrachtungen anzustellen, die sowohl die Transmissionspfade als

3.1b. Modellausschnitt des Bereichs Bitterfeld-Süd mit den tief eingreifenden Kip-penfüllungen und der z.T. noch verbliebenen Braunkohle. Die Abbildung gibt einen guten Einblick in die Komplexität der Schichtfolge und die Einwirkungen des Bergbaus.


Raummodelle als Grundlage gekoppelter Modellierung

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auch unterschiedliche Expositions-aspektefürspezifischeSchutz-undSachgüter deutlich machen. Dies muss unter besonderer Berücksich-tigungder langfristigenGrenzflur-abständebzw.Mindestflurabständefür die unterschiedlichen Nutzungs-bereiche je nach Schutzgut und Empfindlichkeitbetrachtetwerden.Die raumorientierten Empfind-

lichkeitsanalysen sind dabei sowohl aufdie spezifischenSachgüterundLandnutzungs-/Flächennutzungs-aspekte wie auch auf die differen-zierten ökologischen Inhalte der Oberflächengewässer umzusetzen.Die GIS-gestützte, flächendifferen-zierte Bearbeitung erfolgt durch georeferenzierte Flächendaten, u.a.

durch digitale Luftbilder, CIR-Daten, Biotopkataster, ATKIS und Flächen-nutzungspläne.

Die Grundwasserbelastungen wurden in den unterbrochenen Ab-stromfahnen nach Grundwasserlei-tern regionalisiert und stoff- sowie gruppenspezifischermittelt.AufderBasis der Zustandsbeschreibung des erarbeiteten Raummodells Bitterfeld und seiner nördlichen Erweiterung werden die notwendigen detaillierten und ortskonkreten Informationen für beispielhafte Referenzräume (Süd und Nord) bereitgestellt, ana-lysiert, bewertet und thematisch in einem Geoinformationssystem ver-schnitten.

3.1c. Volumenmodell der verbliebenen Rest-Braunkohle mit Abbaukanten, Straßen-pfeilern und Auffahrrampen im Bereich des Gebietes Bitterfeld-Süd.



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Im Rahmen der SAFIRA-Projekte wurde im Raum Bitterfeld-Wolfen auf einer Fläche von ca. 65 km² ein hochauflösendes geologischesRaummodell entwickelt und mit Hilfe der 3D-Modellierungssoft-ware GSI3D und GeoObject 2 in ein digitales Raummodell überführt.

Das digitale geologische Raum-modell ist ein Teil des „Raummodells Bitterfeld“, eines GIS-gestützten, flächennutzungsbezogenen, geo-logisch/hydrogeologischen Raum-

informationssystems, das standort- abhängige Informationen zur Situa-tionsbewertung und für planungs-relevante Fragestellungen beinhaltet.

Das Ziel der Modellierung war vor dem Hintergrund der kom-plexen geologischen Verhältnisse, die zusätzlich durch anthropogene Eingriffe tiefgreifend gestört wur-den, die optimale Erfassung der heterogenen Aquifere. Zusätzlich wurde die Umsetzung der realen geologischen Verhältnisse in das geologische Raummodell durch die anthropogenen Schichtkörper der Bergbaukippen und Industrie- und Siedlungsauffüllungen erschwert.

Bei dem digitalen geologischen Raummodell Bitterfeld wurde auf der Basis von 32 Einzelschichten bis zur Rupelton-Oberkante ein Gebiet von 65 km² modelliert. Im Gegen-satz zu einer reinen Visualisierung von geologischen Körpern steht hin-ter dem gerechneten 3D-Modell eine rasterzellenbasierte Datenbank, der in Übereinstimmung mit dem digi-talen Höhenmodell eine 10x10 m Zelle zugrunde gelegt wurde. Bei einerhöherauflösendenAusgangs-datenlage und entsprechender Re-chenkapazität lassen sich die Ras-terzellen bei Bedarf durchaus noch weiter verfeinern. Als Input-Infor-mationen liegen dem Modell 350 Bohrungenund60Profilschnitteineiner vernetzten Struktur zugrunde. Im Gegensatz zu nur räumlichen Visualisierungen oder 2,5D-Darstel-lungen kann dieses 3D-Modell als Analyse- und Prognosewerkzeug interaktiv eingesetzt werden.

3.2. Hochauflösende 3D-Raummodelle

3.2a. Virtuelle vernetzte vertikale Profil-schnitte im Modell Bitterfeld-Süd. Die Schichtenfolge des Tertiärs einschließlich Braunkohle, des Quartärs und der Kippenfül-lungen zeichnen sich deutlich ab.



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Die gerechneten Produkte rei-chen von Volumen- und Flächen-berechnungen, der Darstellung von virtuellen Bohrungen, virtuellen vertikalen und horizontalen 2D-Profilschnitten, der 3D-Darstellun-gen einzelner Sedimentkörper oder Schichtgruppen bis zu einer orts- und höhenkonkreten Lagebestim-mung einzelner Punkte aufgrund der georeferenzierten Bezugsbasis.

Die Überführung der digitalen Datenbasis in ein Strömungs- und Transportmodell z.B. Modflow/MT3DoderFeflowermöglichtunterErgänzung eines Zeitparameters eine 4D-Modellanwendung. Dabei können z.B. berechnete Stoffausbrei-tungen von nicht-reaktiven Stoffen (Tracern) in den einzelnen Grund-wasserleitern dargestellt werden.

3.2b. Virtuelle horizontale Schnitte durch den Modellkörper mit einem vertikalen Abstand von 5 m. Man beachte die sich deutlich ändernden Schichtverhältnisse bei kurzen Distanzen. Diese Art der Prognose ist in der Form nur in digitalen 3D Modellen möglich.

3.2c. Anwendungsbeispiele von unterschied-lichen virtuellen Schnitten und Einblendungen von z.B. Grundwasser-Konturlinien im Modellgebiet. Die horizontale Auflösung des digitalen Geologiemodells beträgt 10 x 10 m, die vertikale Auflösung, je nach Eingabe bis in den cm-Bereich.



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Das Gebiet kann hydrogeologisch sowohl flächenbezogen als auchvertikal in mehrere Bereiche ge-gliedert werden. Vertikal lassen sich prinzipiell zwei Grundwasserleiter (GWL), ein quartärer und ein terti-ärer, unterscheiden. Der quartäre GWL 110 ist sehr heterogen aufge-baut, was primär auf die Kleinräu-migkeit der glazialen Ablagerungen und sekundär auf die anthropo-genen Eingriffe im Zuge des Tage-baus zurückzuführen ist. Während die quartären Grundwasserleiter so häufig an hydrogeologischen Fens-tern der Grundwassergeringleiter miteinander verbunden sind, dass sie als ein Grundwasserleiterkom-plex anzusprechen sind, der nur lokal getrennte Horizonte aufweist, werden die tertiären Grundwasser-leiter von den quartären durch den Bitterfelder Decktonkomplex sowie

die streckenweise als Geringleiter fungierende oligozäne Braunkohle im unverritzten Gebirge gut ge-trennt. Im Bereich der Tagebaue ist diese Trennung durch die Ausbeu-tung der Kohle und anschließende ungeordnete Verkippung von Mate- rial des Deckgebirges nicht mehr gegeben. Im Tertiär sorgt der Brei-tenfelder Horizont für eine be-reichsweise Trennung zweier sandi-ger Grundwasserleiter. Der tertiäre Grundwasserleiter 500 ist im Unter-suchungsgebietflächendeckendvomliegenden GWL 800 durch den oligo-zänen Rupelton getrennt. In dem aus eozänen Sanden bestehenden GWL 800 herrschen nach Braun & Krapp (1992) gespannte Verhältnisse. Der Rupelton bildet einen wichtigen flächendeckenden Grundwasser- geringleiter mit sehr geringer Durch-lässigkeit und daher werden für umweltrelevante Fragestellungen tiefer liegende Grundwasserleiter, wie der GWL 800, nicht betrachtet.

3.3. Hydrogeologische Situation

3.3a. Abgedecktes geologisches Modell, entfernt wurden die Kippenfüllungen und Tei-le der oberen quartären Schichten. Deutlich markiert treten die Bereiche der hydrau-lischen Fenster hervor, in denen Schadstoffe von einem Grundwasserleiter in den unterlie-genden eindringen können.

3.3b. Räumliche Darstellung der Grund-wasser-Geringleiter im Modellgebiet. Nicht abgebildet sind die Grundwasser-Leiter. Balken zeigen die Konzentrationsverteilung von Schadstoffen an.

3.3c. Volumetrische Berechnung des durch den Grundwasseranstieg im Jahr 2002 zu-sätzlich gesättigten Bergbau-Kippenbereichs im Modellgebiet. Volumenmodelle erlauben exakte Kalkulation zu Massen- und Frachten-berechnung speziell für hydrochemische und geochemische Modellaussagen.



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Die Generierung eines numeri-schen Grundwassermodells aus den Daten des geologischen Modells scheint zunächst naheliegend. Das Strukturmodell kann tatsächlich bei ausreichenden Import- und Ex-portmöglichkeiten des geologischen Modellsystems auf der einen und des numerischen Grundwassermo-dellierungssystems auf der anderen Seite relativ leicht generiert werden.

Hierbei gilt es jedoch, einige Rah-menbedingungen zu beachten:•Die Abmessungen des geologischen Modells können in ge- wissen Grenzen beliebig gewählt werden, ein numerisches Grund-wassermodell sollte sich unbe-dingt an sinnvollen Randbe- dingungen orientieren.•In einem geologischen Modell werden alle stratigraphischen Ein- heiten ausgehalten, in einem numerischen Grundwassermodell sollten Grundwasserleiter und -geringleiter implementiert werden, wobei durchaus mehrere strati- graphische Einheiten zusammen- gefasst werden können.•IneinemnumerischenGrundwas- sermodell müssen alle „Schichten“ („layer“, „slices“) für das gesamte Modellgebiet definiert werden, in einem geologischen Modell gibt es die Möglichkeit, Schichten aus- keilen zu lassen oder sie nur in linsenartigen Strukturen zu defi- nieren.

3.4. Hydrogeologische Modellnutzung

3.4a. Fragen der Aussagesicherheit von Mo-delldaten können wie in der Abbildung durch die Abweichung in der Z-Achse dargestellt werden, z.B. hier die Oberfläche des Bitterfel-der Glimmersandes.



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Die Parametrisierung des nume-rischen Grundwassermodells kann sich zwar in einem ersten Schritt an der lithologischen Beschreibung der stratigraphischen Einheiten orien-tieren, jedoch wird dies spätestens bei der Kalibrierung verbessert wer-den müssen.

Im vorliegenden Fall wurde ein durch sinnvolle hydrogeologische Randbedingungen definierter Aus-schnitt des geologischen Modells

als Grundlage für die Erstellung des Strukturmodells für das nu-merische Grundwassermodell ge-nutzt. Die 32 geologischen Einheiten wurden jedoch auf 13 numerische „Layer“ reduziert. Die Parametri-sierung wurde zunächst auf der Grundlage der lithologischen Be-schreibung der einzelnen Einheiten vorgenommen, musste jedoch unter Zuhilfenahme von Bohrdaten im Verlauf der Kalibrierung verfeinert werden.

3.4b. Geologische Raummodelle erlauben unterschiedliche Prognosen für wichtige Pa-rameter. Das Beispiel zeigt, die im Rahmen einer Animation durch das Modellgebiet laufenden Profilschnitte mit einer farblichen Kennzeichnung der hydraulischen Leitfähig-keit der Sedimente und deren räumlicher Verteilung.

3.4c. Integration der räumlichen Verteilung von Stoffdaten in 3D Modelle der einzelnen Grundwasserleiter, hier ein unterer und ein oberer, durch ein Luftposter getrennt.



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3.5. Auswirkungen der Jahrhundertflut August 2002

Vor dem Hochflutereignis vomAugust 2002 war die hydraulische Situation im Untersuchungsraum durch einen Grundwasserabstrom nach Osten, in Richtung des Tage-baurestloches Goitzsche, gekenn-zeichnet. Durch die schnelle, hoch-wasserinduzierte, unkontrollierte Flutung des Tagebaus und die da-mit verbundene Behinderung des Abstromes kam es durch die Flut im betrachtetenGebietzumgroßflächi-gen Anstieg des Grundwasserspie-gels. Es ist aber festzustellen, dass dieser beobachtete Effekt nicht aus-schließlich auf das Hochwasserer-eignis vom August 2002 zurückzu-führen ist, sondern in Verbindung mit Niederschlagsereignissen zu sehen ist. Dem überdurchschnitt-lich starken Grundwasseranstieg im August 2002 ging ein Starkregen- ereignis mit mehr als 100 mm/m²

voraus, so dass es zu einer Überla-gerung des durch den Niederschlag hervorgerufenen Effektes mit dem durch einen verringerten Abstrom-gradienten in Richtung Goitzsche be-dingten Aufstau im Grundwasser- körper kam.

Durch den seit dem Hochwasser behinderten Abstrom des Grund-wassers in Richtung Goitzsche änderte sich die Abstromrichtung nach NE in Richtung Mulde. Es ist davon auszugehen, dass sich die Abstromverhältnisse langfristig in dieser Ausrichtung stabilisieren. Für kleinräumigere Betrachtungen bzw. längerfristige Aussagen zum hydraulischen Gesamtsystem be-züglich der Entwicklung der Grund-wasserflurabständeundderGrund-wasserfließrichtung sind allerdingsnoch weitere Daten und ein regiona-ler Modellansatz erforderlich.



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3.5b. Beispiel für die Datenübernahme aus dem digitalen 3D Strukturmodell in die Trans-portmodellierung mit nicht reaktiven Tracern. Dargestellt ist das Flächennetz zwischen dem unteren und oberen Grundwasser-Leiter des Modellgebietes. Deutlich treten die Abbau-kanten des ehemaligen Braunkohle-Abbaus hervor.


3.5a. Arbeitsschema und Verknüpfung einzelner Datengrundlagen mit gekoppelten Software-Werkzeugen der Grundwasser- und Transportmodellierung und die Einbindung in das Arbeitsumfeld von Geo-Informations-Systemen.


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3.5c. Integrierte Darstellung von Modell-ergebnissen aus der 3D Geologiemodellie-rung, (Abraum abgedeckt) mit berechneten Ausbreitungskonzentrationen über 30 Jahre eines nicht reaktiven Tracers in Kombination mit den Grundwassergleichen des Jahres 2000. Von besonderer Bedeutung ist die Ausweitung der Schadstofffahne im Bereich der quartären Rinne.

3.5d. Kombinierte Darstellung von 3D Ober-flächen mit der dominanten Rinne-Struktur im Untergrund und der Verlauf von Strö-mungslinien. Die hydraulische Auswirkung auf die Grundwasser-Strömung wird hier besonders deutlich.



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Die Grundlagen zur Erstellung eines dreidimensionalen numeri-schen Grundwassermodells wurden bereits im Rahmen des Forschungs-projekts SAFIRA geschaffen. Diese Prinzipstudien zur Strömungs- und Transportmodellierung wurden durch Bilanzierungen ergänzt. Die Modellierung dient einerseits dem besseren Prozessverständnis, ande-rerseits zu prognostischen Berech-nungen der sich neu ausbildenden hydraulischen Bedingungen. Hier-bei ist zu berücksichtigen, dass sich aus diesen Prinzipstudien Ten-denzen abschätzen lassen, die für die erforderlichen Detailmodelle eine wesentliche Grundlage bilden. DefinitiveWerte, die sich auchun-

ter Berücksichtigung weiterer Pro-zesse (Sorption von Schadstoffen, NA-Prozesse) ergeben, können erst durch Detailmodelle künftig be-rechnet werden.

Aussagen des Particle tracking und Transport eines idealen Tracers machen beim Vergleich der beiden Modelle für den Zustand vor und nach dem Hochwasserereignis zwei-erlei deutlich:• DieKontaminantenwerdenunterden neuen Strömungsbedingungen sehr stark in nördlicher Richtung verdriftet und durch den differen-ziertenAquiferaufbaubeeinflusst.• Die Kontaminationen im tertiä-ren Grundwasserleiter werden we-sentlich langsamer als im quartären Grundwasserleiter verdünnt und aus dem betrachteten Grundwasser-körper ausgetragen.

Dieses Systemverhalten wird auch in den berechneten Konzentrations-ganglinien für einige hypothetische Grundwassermessstellen deutlich. Demnach dürften die Stoffkonzen-trationen im Strömungszustand vor dem Hochwasser im Anstrom zur Goitzsche noch längere Zeit anstei-gen, während sich für die Situation nach dem Hochwasser bereits nach 5 bis 10 Jahren eine Reduktion der Stoffkonzentrationen abzeichnet.

3.6. Ergebnisse der 3D-hydrau-lischen Modellierung

3.6a. Die Abb. zeigt die Mächtigkeitskarte der Rest-Braunkohle mit dem Verlauf der quartären Rinne und den Strömungslinien der Grundwasser-Modellierung 2000 und nach dem Jahrhunderthochwasser August 2002. Aufgrund der veränderten Grundwasser-situation verlaufen künftige Stoffausträge nach Norden, die hydraulische Wirksamkeit der Rinne wird aber auch in dieser Situation deutlich.



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Der Austrag (aus quartären und tertiären Grundwasserleitern) ist vor dem Hochwasserereignis 2002 nach Osten, zur Goitzsche hin gerichtet, seit dem Hochwasser hingegen nach NE. Die Fließzeiten sind jedoch in den tertiären Grundwasserleitern wegen der gegenüber den quartä-ren Grundwasserleitern stark redu-zierten Grundwasserneubildung vergleichsweise wesentlich länger. Die berechneten Bahnlinien der Prinzipmodellierung geben einen ersten Hinweis auf die langjährige Abstromsituation vor dem Hoch-wasser und damit auf die potenzi-elle Verbreitung von Residualkon-taminationen, wobei die Bahnlinien nach dem Hochwasser die künftige

Austragssituation kennzeichnen. Der Einfluss der quartären Rinneals Dränageelement wird hier be-sonders deutlich.

Für den gesamten Grundwasser- leiterkomplex zeichnet sich ein Übergang der Stoffe im weiteren Fließverlauf zu einem Teil wieder in den quartären Grundwasserleiter ab. Die Fließzeiten liegen bei mehreren Jahrzehnten. Für den Strömungs-zustand nach dem Hochwasserer-eignis sind die Grundwasserfließ-geschwindigkeiten geringer und damit die Verweilzeit der Stoffe im Grundwasser höher. Der Stoffaust-rag wird aufgrund der veränderten Fließverhältnisse und geringeren Fließgeschwindigkeiten verzögert.

3.6b. Beispiel für regionalisierte Stoffvertei-lung in heterogenen Grundwasser-Leitern in Kombination mit Strömungslinien auf einem Luftbild.

3.6c. Erweiterte Realität – Die Mächtigkeit der Rest-Braunkohle wird mit einem Luftbild überlagert und mit der 3D Morphologie der Rinnenstruktur und den darin enthaltenen Beobachtungsbrunnen kombiniert. Der Konzentrationsanstieg von Kontaminanten nach dem Hochwasser 2002 wird in Rot oder deren Abfall in Grün angezeigt.



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3.7. 2D- und 3D-Regionalisierung ausgewählter Stoffe

Die Verwendung (geostatis- tischer) probabilistischer wie auch deterministischer Interpolations-verfahren, also z.B. Kriging und IDW, zur Abschätzung anthropogen verursachter flächenhafter Konta-mination, wird durch eine komplexe Ausgangssituation charakte- risiert. Insbesondere alte und flächenhafte Einträge erschwerendie Unterscheidung von Bereichen

erhöhter Messwerte von punktuell erhöhten Messwerten. Kommt, wie im vorliegenden Fall, eine räum-lich oder zeitlich spezifisch orien-tierte Beprobung hinzu, wirkt sich dies zusätzlich erschwerend für die Interpretation der Interpolations-ergebnisse aus. Die Aussagesicher-heit der räumlichen Verteilung von Stoffen ist jedoch für expositionsori-entierte Betrachtungen von Schutz-gütern und Landnutzungsaspekten von Bedeutung. Durch die Anwen-dung der genannten Verfahren der explorativen Datenanalyse und lo-kaler Indikatoren räumlicher Asso-ziation lassen sich die räumlichen Zusammenhänge zwischen einzel-nen punktuellen Einträgen besser verstehen.

3.7a. Räumliche Gliederung einer ehemaligen Industrie- und Bergbaufolge-Landschaft.



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3.7b. GIS-basierte Datenanalyse mit räum- licher Interpolation von Parametern (z.B. Stoffe, Temperatur, Leitfähigkeit), in Kombination mit der regionalen Verbreitung der Strömungslinien aus dem Grundwasser-Strömungsmodell vor 2002. Aufgrund des langjährigen Stoffeintrags und den langen Verweilzeiten im Grundwasser ergeben sich hier konsistente und sehr plausib-le Strukturen der Umwelt- und Grundwasser-verhältnisse.



Die Analysen zu den Interpola-tionen und die Interpolationen für ausgewählte Stoffe selbst wurden mittels spezieller Software (GeoDA) zur räumlichen explorativen Daten-analyse und Datenregionalisierung (2D-Kriging in ESRI ArcMap, 3D-Kriging in ctech MVS) durchgeführt. Die vorangegangenen Analysen verbessern durch das verbesserte Verständnis der räumlichen Vertei-lung bestimmter Werte letztendlich im Ergebnis die Regionalisierung

der Schadstoffverteilung durch eine bessere Aussagesicherheit. Mit MVS wurden dreidimensional Schad-stoffverteilungen in den einzelnen Grundwasserkörpern gerechnet und die Überschreitung vorgege-bener Werte in 2D-Projektionen im Kartenbild für die Untersuchungs-gebiete dargestellt. Zur Interpreta-tion der Ergebnisse lassen sich zum einen die Überschreitungswahr-scheinlichkeiten für bestimmte Schwellen- oder Gefährdungswerte mittels Kriging errechnen oder, wie gezeigt, Karten der ein- oder viel-fachen Überschreitung darstellen. Geht es nur darum, zu schätzen, ob auf bestimmten Flächen ein vorher festgelegter Wert überschritten wird oder nicht, eignet sich das Verfahren des Indikator-Kriging.

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Die anthropogen verursachte, komplexe und großräumige Grund-wasserbelastung im Raum Bitter-feld/Wolfen umfasst eine Vielzahl von organischen Einzelsubstanzen, die aus unterschiedlichen Quell-bereichen emittiert wurden und im Untersuchungsgebiet in sehr hetero-gener Stoff- und Konzentrationsver-teilung vorliegen.

Das Augusthochwasser 2002 führte durch die spontane Flutung der Goitzsche zu einem grund- legenden Wandel des hydraulischen Systems im Modellraum. Neben ei-nemgroßflächigenGrundwasseran-stieg kam es zu einer wesentlichen Richtungsänderung des Grund-wasserabstroms und damit zu einer Veränderung der bisherigen Aus-tragsbahnen. Dies zeigen Prinzip- modellierungen für das Gebiet Bitterfeld-Süd, die unter Annahme nicht-reaktiver Tracer für die hyd-raulische Situation im Herbst 2002 durchgeführt wurden.

Entgegen den ursprünglichen Er-wartungen zeigen die hochwasser-induzierten Konzentrationsverände-rungen nicht nur Anstiege, sondern weisen ein sehr differenziertes Bild der Konzentrationserhöhung sowie Verringerungauf.DieflutbedingtenKonzentrationsänderungen in aus-gewählten Messstellen zeigen ein sowohl räumliches, wie auch stoff-lich heterogenes Bild. Dies ist zum einenmit stofflichenEigenschaftenund zum anderen mit den hetero-genen hydraulischen Bedingungen in Verbindung mit differenzierten

Sorptions-/ Desorptionsvorgängen im Grundwasserleiter zu erklären. Diese Prozesse könnten durch räumlich und zeitlich erweiterte Datenbestände genauer abgebildet werden. Ein Effekt der allgemeinen Schadstoffverlagerung in die Ober-flächengewässer lässt sich bei ein-zelnen Stoffen in den VorfluternSpittelwasser und Mulde in einem bisher noch nicht näher untersuch-ten, dynamischen Zusammenhang beobachten.

Es ist zu erwarten, dass sich das neu eingestellte hydraulische System in der im Text dargestellten Weise stabilisiert und damit ein Stoffaus-trag nach NE, z.T. in Abhängigkeit von geologischen Untergrundstruk-turen, in Richtung Mulde statt-findet. Die sich neu einstellendenAustragsbahnen sind in künftigen Situationsbeurteilungen der Kon-zentrationsverteilungen und deren Regionalisierung zu beachten.

Im Hinblick auf zukünftige Hoch-flutereignisseistdavonauszugehen,dass sich verstärkt eine Mobilisie-rung und Verlagerung von Stoffen einstellen wird, die den sich neu eingestellten Austragsbahnen folgen und die Austragsdynamik verstär-ken wird. Die durchgeführte Klassi-fizierung der Landnutzungs-Sensi-tivitäten stellt dabei eine Grundlage fürweitergehende,flächenbezogeneBeurteilungen, wie z.B. der Betrach-tung von sich verändernden Grenz-flurabständendar.

3.8. Ergebnis der Untersuchungen zum August-Hochwasser 2002



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3.9. Publikationen zum Thema



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