Tausalzverdünnung und -rückhalt bei verschiedenen Entwässerungsmethoden – Modellberechnungen

V 313:Tausalzverdünnung und -rückhalt bei verschiedenen Entwässerungsmethoden – Modellberechnungen
Chr. Braun, M. Klute, Chr. Reuter, S. Rubbert
108 S., 98 Abb., 34 Tab., ISBN 978-3-95606-431-9, 2019, EUR 18,50

Auftausalze werden zur Vermeidung von Schnee- und Eisglätte eingesetzt. Hierbei ist Natriumchlorid das meist verwendete Salz. Diese Salze sind in Wasser leicht löslich und können in den Wasserkreislauf gelangen. Mögliche Eintragspfade sind direkter Abfluss aus dem Entwässerungssystem zu Oberflächengewässern und Versickerung ins Grundwasser. Da die Salze im Grundwasser mobil sind, gelangt die eingetragene Stoffmenge auch zu den Vorflutern. Sowohl im Grundwasser als auch in Oberflächengewässern können erhöhte Salzkonzentrationen zur Beeinträchtigung von Natur und Umwelt oder sonstiger Nutzung führen.

In diesem Projekt wurde der Wissensstand zu gewässerschutzrelevanten Wirkungen von Chlorid durch eine Literaturauswertung zusammengefasst, insbesondere zu Konzentrationsbereichen und zugehörigen Wirkungszeiträumen, die akute und chronische Toxizität für Gewässerorganismen auslösen. Auch die Transportpfade und das Verhalten des auf Straßen ausgebrachten Tausalzes wurden beschrieben. Hauptziel des Projektes war herauszufinden, welche Versickerungs- und technische Entwässerungseinrichtungen und welche Betriebsweisen die Konzentrationen von Tausalz in Gewässern unterschiedlicher Größe auf ein verträgliches Maß reduzieren können. An ausgewählten Punkten, wie Grundwasser oder Fließgewässer, wurden die berechneten Salzfrachten und -konzentrationen immissionsbezogen bewertet. Als maßgebender Punkt im Fließgewässer wird i. d. R. der unterstromige Pegel eines Gewässerkörpers betrachtet. Das Endziel des Projektes war, die Verdünnung und den Rückhalt von Tausalz bei verschiedenen Entwässerungsmethoden, die nach den RAS Ew vorgegeben sind, unter Einsatz numerischer Modellierung zu untersuchen.

Der Salztransport wurde nicht für reale Standorte modelliert. Vielmehr wurden Modellierungsberechnungen an mehreren repräsentativen Szenarien durchgeführt, die auf andere Fälle übertragen werden können. Dafür wurden unterschiedliche Kombinationen von Tausalzmengen, Straßenausbildung, Art der Entwässerung sowie hydrologischen und hydrogeologischen Ortseigenschaften ausgewählt und in den Modellen als Randbedingungen eingebaut.

Die Ergebnisse zum Transportpfad Untergrund zeigten deutliche Vermischungs- und Dämpfungseffekte durch Dispersion und Verdünnung. Die Berechnungen zeigten, dass sich ein Jahresmittelwert der Chlorid-Konzentration, der auf Tausalzeinsatz und Transport im Untergrund zurückzuführen ist, gut mit einer Massenbilanz berechnen lässt. Die saisonalen Schwankungen in den berechneten Chlorid-Konzentrationen waren in der Regel sehr gering. Somit kann in vielen Fällen auf eine numerische Modellierung des Transportpfades Untergrund verzichtet und stattdessen eine vereinfachte Massenbilanzierung verwendet werden.

Die Berechnungen zum Transportpfad der technischen Entwässerung können aus den Eingangsparametern sensitive und weniger sensitive Größen hinsichtlich des Transportverhaltens identifizieren. So hat z. B. die Regencharakteristik nur einen geringen Einfluss auf die Ergebnisse. Dagegen hatten die Streumengen und die betrachtete maximale Konzentration im Straßenablauf wie erwartet eine sehr starke Auswirkung. Auch wurden insbesondere die Möglichkeiten des Rückhaltes und der Verdünnung von Tausalz in unterschiedlichen Beckenanlagen der technischen Straßenentwässerung untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ausgestaltung der Becken einen deutlichen Einfluss auf die Ergebnisse hatte.

Die Berechnungsergebnisse der beiden Transportpfade lieferten jeweils einen Input (Wassermenge und Chloridkonzentration) zu einem Gewässer. Diese wurden dann an einem Auswertepunkt im Gewässer zusammengeführt. I. d. R. liegt dieser Auswertepunkt am unterstromigen Ende des Gewässerkörpers. Zur Überlagerung von Konzentrationen aus Sickerwasser, Grundwasser, technischen Einleitungen und Oberflächengewässer wurden in einer Mischungsrechnung jeweils die Stoffgehalte und die Wassermengen aufgenommen. Bei Betrachtung eines (Teil-)Einzugsgebiets eines Gewässers wurde dann zunächst der Zufluss im Gewässer und dessen Hintergrundkonzentration am Oberstromende zusammen mit dem Austausch über den Transportpfad Untergrund betrachtet. Die Berechnung lieferte dann einen Gewässerabfluss und eine Hintergrundkonzentration am unterstromigen Ende. Danach wurde die Mischungskonzentration am unterstromigen Ende des Gewässers mit der Einleitung aus dem technischen Entwässerungssystem berechnet. Neben den berechneten Komponenten (Wassermenge und Konzentration) aus den Transportpfaden Untergrund und technischem Entwässerungssystem gingen als Randbedingungen der Mischungsberechnung der Abfluss und die Hintergrundkonzentration des Gewässers in die Berechnung ein. Diese beiden Größen wurden in einer Matrix berücksichtigt, um ein breites Anwendungsspektrum zu erreichen. Hierbei wurden die berechneten Zuflüsse (Menge und Konzentration) zum Gewässer mit einer frei wählbaren Matrix aus Abfluss und die Hintergrundkonzentration des Gewässers in der Mischungsrechnung betrachtet