Betriebsoptimierung für die Sperrbrunnenreihe Lobau

Zum Schutz des Grundwasservorkommens in der Unteren Lobau vor Kontaminationen aus einem nahegelegenen Mineralöltanklager wurde eine Sperrbrunnenreihe errichtet. Im Zeitraum Dezember 1990 - Februar 1992 wurde eine hydrogeologische und hydrologische EDV-gestützte Untersuchung zur Optimierung des Betriebes dieser Sperrbrunnenreihe Lobau durchgeführt.

In der Unteren Lobau befinden sich in einem Wasserschutzgebiet Wassergewinnungsanlagen der Stadt Wien mit einer Kapazität von rund 80.000 m3/Tag. Um ein Eindringen von Kohlenwasserstoffen aus dem Öltanklager Lobau in das Wasserschutzgebiet verhindern zu können, wurde nach geologischen und hydrologischen Erkundungen eine Sperrbrunnenreihe mit insgesamt 12 Bohrbrunnen errichtet.

Abb. 1: Grundwassermodell Lobau - Übersicht des Untersuchungsgebietes

Das Untersuchungsgebiet (siehe Abb. 1) ist 11900 m lang , 4700 m breit. Die Grenze des Untersuchungsgebietes verläuft über folgende Altarme der Oberen und Unteren Lobau. Künstliche Oberflächengewässer, die einen wesentlichen Einfluß auf das Grundwasserregime in der Lobau haben, sind die Neue Donau, das 2. und 3. Becken des Donau-Oder Kanals (DOK) sowie auch der Ölhafen. Angrenzende Altarme und der Königsgraben wurden ebenfalls in die Betrachtung einbezogen.

Die Brunnenreihe ist am nordwestlichen Ufer des 2. Beckens des Donau/Oder Kanales situiert, beginnt nahe dem Hafengelände und reicht bis in die Nähe des Großenzersdorfer Armes. Um den Betrieb der Sperrbrunnenreihe zu optimieren, wurde die präsentierte hydrogeologische Studie mit Anwendung statistischer und matematischer Methoden mit folgender Zielsetzung erarbeitet:

· Entwicklung und Aufbau einer Datenbank jener Umweltdaten (und besonders der Zeitreihen) im Gebiet der Lobau, die für eine quantitative Erkundung des Grundwassersystems notwendig sind;

· Erstellung und Kalibrierung eines Simulationsmodelles zur Überprüfung verschiedener Betriebsvarianten der Sperrbrunnenreihe Lobau und eine daraus resultierende Zusammenstellung der Betriebsvorschrift für die Sperrbrunnenreihe.

Zur Verwaltung der grundwasserbezogenen Daten wurde eine relationale Datenbank auf der Basis des Datenbankmanagementsystems HADES aufgebaut. Die Themen-Datenbank im System HADES ist katalogorientiert eingerichtet. Das Datenbankmodell verwirklicht konsequent das relationale Dateikonzept. Sämtliche Dateien können über Relationsbedingungen miteinander verbunden sein. So können sämtliche zusammengehörige Daten in allen Datenbereichen immer zugriffsbereit zur Verfügung stehen. Die HADES- Datenbank für die Lobau ist auf 10 Dateien (Datenbereichen) in folgender Struktur aufgebaut:

Hauptdaten
--	Dokumentation
--	Geologie/Profile	-- Korngrößenverteilungen
--	Hydrogeologie
--	Pumpversuche
--	Oberflächengewässer
--	Zeitreihen
--	Wasserrechte
--	Modell

Bei der Datenauswertung wurden die Softwarepakete GEOEAS, SURFER, SPSS/PC+, das numerische Grundwassermodell MODFLOW und das Datenbanksystem HADES verwendet.

Es wurde eine 3-D Darstellung des Grundwassersystems sowie eine Strömungssimulation durchgeführt. Für diese Zwecke wurde das dreidimensionale Finite Differenzen Modell MODFLOW (McDonald, Harbaugh, 1988) verwendet. Dieses Modell gilt schon weltweit als Standard für die dreidimensionelle Simulationen der gesättigten Grundwasserströmung. Es entspricht auch den Anforderungen, die aus der Charakteristiken des Untersuchungsgebietes hervorgehen. Dies sind insbesondere die Heterogenität des Grundwasserspeichers und die Existenz der Randbedingungen von konstantem Randpotential, konstantem Randdurchfluß sowie von potentialabhängigen Randdurchfluß.

Abb. 2: Grundwassermodell Lobau - Berechnungsnetz des Grobmodelles mit dem Rand des Detailmodellgebietes

Die Simulationsstudie Lobau wurde variantenweise durchgeführt. Grundsätzlich wurden zwei Modelle erstellt - ein Grobmodell und ein Detailmodell (siehe Abb. 2). Diese wurden an den zwei Wasserständen geeicht - hoher Grundwasserstand am 30.7.1987 und niederer Grundwasserstand am 17.11. 1991. Mit den geeichten Modellen wurden insgesamt 13 Pumpvarianten simuliert.

Abb.3: Grundwassermodell Lobau - Vergleich der gemessenen und gerechneten Grundwasserstände (Modelleichung) für den 30.7.1987 unbeeinflußt von dem Betrieb der Sperrbrunnenreihe

Die hydraulischen Modelle berücksichtigen das geologische Modell und ermöglichen die dreidimensionale volumetrische Berechnung der Grundwasserströmung im alluvialen Grundwasserspeicher in der Lobau. Die Modelle ermöglichen eine Simulation der Kommunikation zwischen Grundwasser und den Altarmen der Donau.

 Mit Hilfe der Grundwassersimulationen und der statistischen Analyse der hydrologischen Daten wurde eine Betriebsvorschrift für die Sperrbrunnenreihe Lobau erstellt. Es wurden die benötigten Fördermengen in den 12 Sperrbrunnen für den durch 8 Betriebszustände charakterisierten gesamten Schwankungsbereich des Wasserspiegels mit hilfe der numerischen und statistischen Methoden erfaßt. Die erstellte Betriebsvorschrift wird derzeit getestet und aktualisiert.