Modellierung der Strömung und der Nitratausbreitung im Berner Seeland, Schweiz

Abstract

Das Berner Seeland stellt einen der grössten Lockergesteinsgrundwasserträger des alpinen Vorlandbeckens dar. Aufgrund vorliegender qualitativer und quantitativer Beeinträchtigungen wird aus wasserwirtschaftlicher Sicht ein Nutzungs- und Schutzkonzept gefordert, welches von einem regionalen hydrogeologischen Modell ausgeht. Der Perimeter des Grundwasserleiters umfasst eine Fläche von 71 km2 und weist ein dichtes Messstellennetz auf: 140 Grundwassermessstellen (deren 18 sind mit einem Pegelschreiber ausgerüstet), 106 Abstichpunkte von Oberflächengewässern und 55 Abflussmessstationen. Während zweier Simultanmesskampagnen (24.-27. September 1992 und 22.-23. Mai 1993) wurden die entsprechenden Wasserstands- und Abflussmessungen durchgeführt. Durch das Konstanthalten des Aareabflusses wurden im Raum des Hagneckkanals und der Alten Aare annähernd stationäre Bedingungen erreicht. Das Strömungsmodell wurde stationär geeicht. Für die Schätzung der Modellparameter wurde ein Maximumlikelohood-Ansatz verwendet. Man erhält diese Parameter (z. Bsp. hydraulische Leitfähigkeit) durch automatische Schätzung aufgrund des Modellverhaltens (z. Bsp. Potentiale. In- und Exfiltrationsraten) und vorgängig vorhandener Informationen. Diese Informationen beinhalten vor allem Kenntnisse über die hydraulische Leitfähigkeit aus Flowmetermessungen und über die Grundwasserneubildung aus SMA Klimadaten. Aus der stationären Eichung resultieren 41 Durchlässigkeitszonen, die die gemessenen Potentiale und Infiltrationsraten innerhalb einer Fehlertoleranz genügend genau reproduzieren. Zusätzlich konnte die Zuverlässigkeit des Durchlässigkeitssatzes durch die Interpretation von gemessenen Flüssen (z. Bsp. Flussinfiltration) signifikant verbessert werden. Das geeichte Strömungsmodell wird auf die Modellierung des Nitrattransports im Grundwasser angewandt. Dispersivitäten werden aus Tracertest- und Flowmeterdaten geschätzt. In einem ersten Schritt wird das Nitrat als konservativer Tracer behandelt, d. h. Sorption. Abbau und Redoxreaktionen werden vernachlässigt. Der Vergleich von berechneten und gemessenen Konzentrationen zeigt eine gute Übereinstimmung. Die regionale Konzentrationsverteilung wird befriedigend wiedergegeben. Das Strömungs- und das Transportmodell werden für die Vorhersage der Reaktion des Grundwassers auf zukünftige Eingriffe (Entnahme. Versickerung) und für die Quantifizierung des regionalen Nitratfluxes aufgrund landwirtschaftlicher Tätigkeit verwendet.