Armbruster, Heinrich

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Article, Published VersionArmbruster, HeinrichVergleich berechneter und gemessenerGrundwasserstände am Beispiel KehlMitteilungsblatt der Bundesanstalt für WasserbauVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/102975Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Armbruster, Heinrich (1977): Vergleich berechneter und gemessener Grundwasserständeam Beispiel Kehl. In: Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau 41. Karlsruhe:Bundesanstalt für Wasserbau. S. 1-8.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. 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Folgender Beitrag un-tersucht , wieweit die mit ei nem Grundwassermodell vorausberechneten Grundwasserhöhe n im Bere ich der Stadt Kehl mit den gemessenen übereinstimmen, nachdem in Kehl Maßnahmen ergriffen werden mußten, um das Grundwasser nicht höher als vor dem Stau steigen zu lassen. Summary 'Itle Bundesrepublik Deutschland {FRG) and Fran ce decided in 1969 to construct a barrage at Rhein- km 309 ,100 to stop the erosion o f the river Rhine. This barrage was completed in 1974. The foll owing report con:pares the predicted heights of groundwater level given by an analogical rrodel with the measured heights. 'llle model had s hown, that preven tive measures (for exampl e wells), would be ne cessary in the city of Kehl to garantee the groundwater level of the city existing before the construction of the b .. rrage . Armbruster : Vergleich berechneter und gemessener Grundwasserstände I n h a 1 t 1 . ·Einleitung 2. Anpassungsmaßnahmen 3. Messungen 4. Vergleich der Messungen mit den Berechnungen 5. Steuerung der Grundwasserabsen-kungsanlage 6. Zusammenfassung und Beurteilung Mitt.Bl.d . BAW (1977) Nr.41 Seite 3 3 5 5 7 7 Armbruster: Vergle ich berechneter und gemessener Grundwasserstände 1. Einleitung Durch den Bau der 12 km nördlich Kehl gelegenen Rheins taustufe Gambsheim (Rhein-km 309 ,100) werden die Grundwasserverhältnisse beidseitig des Rheins beeinflußt. Das Stadtgebiet von Kehl liegt rechtsrheinisch zwi-schen dem direkt gestauten Rhein und dem Rheinnebenfluß Kinzig, deren Mün-dung im Staubereich liegt (siehe Abb.l, Lageplan). Die Erhöhung der Wasser-stände in beiden Flüssen bewirkt eine Erhöhung des Grundwasserstandes im Raum Kehl. Für das Stadtgebiet von Kehl war daher dem Bauhernn der Staustu-fe aufgegeben, die vor dem Bau vorhandenen Grundwasserstände nicht zu über-schreiten. Die dafür notwendigen Untersuchungen wurden dem"Service Geolo -gique d'Alsace et de Lorraine (SGAL)" in Straßburg und der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) ~bertragen: a) Ermittlung der Grundwasserstände nach dem Stau ohne Anpassungsmaßnahmen (SGAL). b) Ermittlung der Grundwasserstände nach dem Stau mit Anpassungsmaßnahmen (SGAL). c) Bodenmechanische Untersuchungen im Zusammenhang mit dem Bau der Anpas-sungsmaßnahmen (BAW). d) Überprüfung der fertigen Anpassungsmaßnahmen vor deren endgültigen Inbe -triebnahme (BAW) . e) Vergleich der erforderl i chen Absenkung mit der erreichten Absenkung (BAW). f) Wirtschaftliche Steuerung der Anlage (BAW) . Der nachfolgende Bericht beschäftigt sich mit den vorstehenden Punk-ten e) und f). 2. Anpassungsmaßnahmen Wie die an einem elektrisch en Analogmodell durchgeführten Untersu-chungen zeigen (Punkt la)), überschreiten die Grundwasserstände nach Stau-errichtung diejenigen vor dem Stau im Stadtber~ich um 0 bis etwa 1,70 m und nördlich des Stadtbereichs im Hafe ngebi et der Stadt Kehl bis etwa 2,50 m (siehe Lageplan). Grundlagen des Vergleich waren dabei die mittleren gemesse-nen Grundwasserhöhen für zwei Fäl l e . 3 Fall l: Rhein 1100 m/s (MW) Kinzig 22 ,lm /s (MW) 2 : 2000 3 (HW) Fall Rhein m/s Kinzig 75 m /s (HW). Beide Fälle wurden für den Zustand nach Stauerrichtung in Gambsheim als sta-tionär im Modell simuliert. Die größeren Differenzen zwischen gemessenen und simulierten Höhen brachte der Mittelwasserfall. Für die Anpassungsmaßnahmen wurden mehrere Varianten untersucht, die sich durch die Lage der Brunnen und Drainagen unterschieden. Das Kriterium für die Lösung war die in der Einlei-tung genannte Forderung, in beiden simulierten Fällen für das Stadtgebiet höchstens gleich h ohe Wasserstände wie vor dem Stau zu erreichen . Das Indu-striegebiet im Hafen sollte durch Einze lmaßnahmen, z .B. durch Grundwasser-wannen, vor dem Grundwasseranstieg geschützt werden. Die Anpassungsmaßnahmen Mitt.Bl . d.BAW (1977) Nr.41 3 4 Armbruster: Verglei ch berechnete r und gemessener Grundwasserstände für d a s Stadtgebie t gliedern sich in fünf Maßnahmen (siehe Lageplan Abb.l) : Slodlgebtel Kronenhof Ubersicht über Anpassungsmannahmen - Otchtungswond -.. . . Drotnogeleilung ~Brunnen mll Oruck lell ung Abb. 1 Lageplan a ) Di chtungswände entlang der gestauten Kinzig , b ) Di chtungswände ent lang des gestauten Rheins , c) Drainageleitung an der Luftseite des Kinzigdammes , d) Brunnenreihe an der Luftseite des Rheindammes , e) Brunnenreihe in Ost-West-Richtung zwischen Kir.~ig Stadtgebiete s. ~e in nördlich des Dami t war die Stadt von drei Seiten durch eine Absenkungsgalerie (Brunnen bzw . Drainage) ges chützt. Die Dichtungswände sollten eine Anströ-mung durch b e s onders durchlässige Schichten (alte Flußarme, Schluten) ab-schneiden. Die Brunnen werden über eine Druckwasserleitung in den Rhein bzw . über den Kinzigseitengraben entwässert ; das Wasser a us der Drainage wird von einem Pumpwerk aus in die Kinzig befördert. Mitt.Bl.d. BAW (1977) Nr . 41 Armbruster: Verglei ch berechneter und gemessener Grundwasserstände 13 Brunnen enthalten zwei Pumpen mit einer Nennleistung von je 50 1 / s, 6 Brunnen nur eine Pumpe von 50 1/s. Insgesamt sind noch 6 Reservebrunnen in-stallierbar, für die die notwendigen Druckleitungen schon verlegt wurden . 3. Messungen Die im Model l simulierten Fälle (Punkt lb) erbrachten sowohl im Fall 1 (MW) als auch im Fall 2 (HW) Absenkungen des GW im Stadtgebiet, die im wesent-lichen dem vorausgesagten Aufstau bei Inbetriebnahme der Staustufe entsprachen . Um für den Bau weiterer Staustufen Anhaltspunkte über die Aussagekraft von Mo -dellen zu gewinnen und um die Wirksamkeit der Anpassungsmaßnahmen festzustel-len , wurde ein umfangreiches Meßprogramm vorgesehen: a) Beobachtung der Probe absenkung einzelner Brunnen, b) Beobachtung des Grundwassers vor, während und nach dem Stau (Lichtlot-messungen an etwa 40 Pegeln , zusätzlich 10 Schreibpegel) , c) Beobachtung der Wasserstände o ffener Gewässer (Rhein , Kinzig , Stadtweiher , Hafen), d) Messung der Wassermengen aus Brunnen und Drainage, e) Gezielte Messungen der Drainagewasserstände und der Brunnenwasserstände bei vorgegebenen Einstellungen von Schiebern (Drainage) und Pumpen (Brun-nen). 4. Vergleich der Messungen mit den Berechnungen Bei den berechneten Grundwasserständen im Staufall nach Beeinflussung des Grundwassers durch die Anpassungsmaßnahmen war für die Fälle MW und HW davon ausgegangen worden , daß die installierten Brunnen voll in Betrieb sind. Es wurde daher, nachdem die Probeabsenkungen geringere Absenkungen als erwar-tet gezei·gt hatten, die gesamte Anlage so schnell wie möglich voll in Betrieb genommen , um eine Entscheidung über den Bau von Reservebrunnen möglichst bald zu erhalten . Da zwischen dem Festlegen der Daten für das Modell (1971) un.d der Inbetriebnahme der Staustufe (1974) die Erosion des Rheins deu~lich er-kennbar war (etwa 40 cm Absinkendes Wasserspiegels bei Q = 2000 m /s) , konn-ten die Abflüsse von Rhein bzw. Kinzig nicht als Vergleichsbasis dienen . Es wurden daher die Wasserstände der beiden Flüsse in die Vergleichsbetrachtun-gen einbezogen, die beim Modell als stationär angesehen worden waren . Für den Verglei ch wurden nicht die Absenkmaße zugrunde gelegt , da die -se nicht entscheidend sind , sondern die im Stadtgebiet nach Stau und Anpassung vorhandenen Grundwasserstände mit den geforderten . Dabei zeigt sich folgendes : 1 . Die gepumpten Was sermengen sind größer als erwartet bei geringeren Absen-kungen. Dies hängt damit zusammen , daß die oberen 20 m des anstehenden Baugrundes eine größere Durchlässigkeit besitzen als die im Modell simu-lierte . 2. Die Grundwasserhöhen im Stadtgebiet sind nur zum Teil von den Wasserstän-den der beiden Flüsse abhängig (und damit direkt vom Stau) . Sie werden groß-räumig beeinflußt durch den nicht von Anpassungsmaßnahmen direkt geschütz-ten Südteil der Stadt (Lageplan). Die Absenkmaßnahmen wirken nur im engen Bereich, großräumig haben sie keinen Einfluß . Mitt.Bl.d.BAW (1977) Nr.41 5 Armbruster : Vergleich berechneter und gemessener Grundwasserstände 3 . Im größten Teil des Stadtgebietes von Kehl reichen für die beiden Grund-fälle (siehe Punkt 2) die Anpassungsmaßnahmen aus : Die gemessenen Grund-wasserhöhen bei gleichem Rhein- bzw. Kinzigstau wie im Modell weichen nur unwesentl i ch von den geforderten ab . Dies bedeutet , daß bei den im Modell angeno mmenen Rheinabflüssen aufgrund der Rheinerosion bei voller Ausnüt-zung der Anlage die geforderten Grundwasserstände nicht überschritten wer-den . 4 . Die gemessenen Grundwasse rhöhen sind bei Fall l im Stadtgebiet niederer als die errechneten , in Fall 2 etwa gle ich hoch (s iehe Abb . 2) . 5 . Im südlichen Stadtgebiet (siehe auch unter 2) , wo keine Anpassungsmaßnah-men vorge s ehen sind , wirkt si c h der Aufstau stärker aus als erwartet . Dies hängt damit zusammen , daß für das gesamte Modell mangels Unterlagen die Ann ahme getroffen wurde , die Grundwasserstände der Stadt würden im we -sentl i chen von dem Stau in Rhein und Kinzig beeinflußt . Diese Annahme trifft für den in der Nähe des Modellrands gelegenen Südteils der Stadt nich t meh r voll zu , da die Grundwasserströmung z . T . parallel zum Rhein ver l äuft . G. Der nicht einhe itliche Untergrund wirkt sich bei den Absenkungen ö rtlich b e trächtlich aus . Die entstehenden Abweichungen vom Modell können beim Bau der Brunnen dur ch die sofortige Auswertung der Sch.i. chtprofile i . a . wi e geschehen berücksichtigt werden . 7• Die Drainageleitung e rbringt im Vergleich mit den Brunnen Absenkergebnis -se , die den Modelle rgebnissen stärker nahekommen . Dies bestätigt die Tat-sache , daß Einzelbrunnen im Mo dell (Singularitätspunkte) besondere Beach-tung b enötigen . 8 . Die nach Stau gemessenen Grundwasserwerte liegen weit unter den vor Stau gemessenen Maximalwerten , die vo raussichtlich bei Hocl1wasser n icht er-rei cht werden. Ein en tsprechendes Hochwasse r war im Beobachtungszeitraum noch nicht vorhanden . 9 .. Es ist mögli ch , bei niederen Wasserständen der Vo rfluter die Pumpwasser-menge zu drosseln·. Die Steuerung der Anlage mit 4 Steuerpegeln beschreibt der Abs chnitt 5 . Abb . 2 Grundwasserstandsganglinien Grundwasserstandsgonglinien " dl! ~­- EfbKo~l'nlP ···DroiOGgl'tt~!ung ' - bt>fKhnrle} liW Glt~chen lur -- gt'lhl'Swrr (j i!llrln •1100mlf, \I] 1 ~I Q Killli!J'll m1/ 1 ~ Mitt.Bl . d.BAW (1977) Nr.41 Armbruster: Vergle ich berechneter und gemessener Grundwasserstände 10. Die Differenz zwischen gemessenen und errechneten GW-Ständen ist im Be-reich der Dichtungswände beträchtlich, da diese nicht simuliert wurden. 11. Die im Modell nicht simulierten Dichtungswände und die Brunnen, deren Kapazität die Modellgrößen überschreitet, ergaben Reserven der Anpassungs-maßnahmen, deren Ausschöpfung die Anlage als i.a. ausreichend bezeichnen lassen. 5. Steuerung der Grundwasserabsenkungsanlage Von den fünf genannten Anpassungsmaßnahmen können drei gesteuert wer- . den (Brunnenreihe 1, 2 und Drainage), zwei nicht (Dichtungswände 1 und 2).Je nach Wasserführung der Flüsse und des großräumigen Grundwasserverhaltens wer-den über 4 in der Stadt verteilte Grundwasserbeobachtungspegel die Pumpen in den Brunnen geschaltet. Die Drainageleitung kann ebenfalls durch Senken bzw. Heben von Schiebern gesteuert werden. Diese Steuerung ist Gegenstand weite-rer Untersuchungen der BAW und soll hier nicht erörtert werden. Eine Anpas-sung der Steuerung an die Sohlenselbstdichtung der Flüsse Rhein und Kinzig ist in Zukunft denkbar. 6. Zusammenfassung und Beurteilung Aufgrund der Stauhaltung Gambsheim/Oberrhein wurde für den Raum Kehl mit einem Anstieg des Grundwassers gerechnet. Eine Auflage der Stadt an den Bauherrn sah vor, daß Maßnahmen getroffen werden, das Grundwasser im Stadtbereich bei vergleichbaren Abflüssen der Vorfluter Rhein und Kin-zig nicht höher als vor dem Stau steigen zu lassen. Mit Hilfe eines elek-trisch-analogen Grundwassermodells wurden Anpassungsmaßnahmen für den Stadtbereich geplant, außerhalb der Stadt wurden Einzelsanierungen vorge-sehen. Vorliegender Bericht untersucht, inwieweit Modellergebnisse mit den nach Stau gemessenen Ergebnissen übereinstimmen. Die Übereinstimmung ist nicht übermäßig gut, da für das Modell nur eine begrenzte Anzahl von Daten zur Verfügung stand. Die Anpassungsmaßnahmen wurden daher gegenüber den im Modell eingebauten etwas erweitert (größere Pumpwassermenge, Dich-tungswände). Diese Zusatzmaßnahmen in Verbindung mit den im Modell vorge-sehenen Maßnahmen reichten jedoch aus, um das Grundwasser im Stadtbereich Kehl auf der vor dem Stau vorhandenen Höhe zu halten. Frühere Spitzenwer-te wurden bis jetzt bei weitem nicht erreicht. Die Voraussagen eines Modells sind, dies kann aus dem vorgelegten Beispiel geschlossen werden, nur so gut wie die für das Modell verwende-ten Parameter zutreffend sind. Das Finden dieser Parameter erfordert i.a. einen erheblichen Aufwand. Andere Berechnungsarten sind sowohl beim Auf-suchen der Parameter als auch bei der Durchführung weniger aufwendig, er-möglichen aber für den vorliegenden Fall nur grobe Näherungen für die er-forderliche Anzahl der Brunnen. Detaillierte Voraussagen über Wasserstän-de im gesamten Stadtgebiet sind nur über Grundwassermodelle zu erhalten. Außerdem ermöglicht das Modell, mit geringem· Aufwand eine Anzahl von mög-lichen Varianten durchzutesten, um die optimale Verteilung der Anpassungs-maßnahmen zu erreichen. Dabei können im Modell Verhältnisse vor dem Stau simuliert werden (z.B. Hochwasserwellen ohne Anpassungsmaßnahmen), von de-nen gemessene Grundwasserhöhen vorliegen. Die "Eichung" des Modells (Ver-änderung der Parameter bis zur Übereinstimmung von Simulationen mit ge-messenen Verhältnissen) gibt _dem Modell eine Grundlage für Prognosen (Ver-hältnisse nach Stau), die bei konventionellen Berechnungsarten nicht vor-handen ist. Mitt.Bl.d.BAW (1977) Nr.41 7 

Vergleich berechneter und gemessener Grundwasserstände am Beispiel Kehl

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/102975/1/mb41_Armbruster.pdf

Vergleich berechneter und gemessener Grundwasserstände am Beispiel Kehl

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