Applied numerical modeling of saturated / unsaturated flow and ...

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Randbedingungen abhängig ist. Aus diesem Grund sind die berechneten Verdünnungsfaktoren nur für die hier betrachteten Geometrien, Infiltrationsraten und Materialkombinationen quantitativ gültig. (a) Lärmschutzwall (b) Straßendamm Modellergebnisse bezogen auf den Transportpfad (SMART-Output) über Gesamtbreite gemittelte Modellergebnisse über Gesamtbreite gemittelte Modellergebnisse 10 Modellergebnisse bezogen auf den Transportpfad (SMART-Output) Abb. 6: Geschwindigkeitsvektoren der ungesättigten Strömung an allen Elementknoten im Lärmschutzwall (a) und in einem Ausschnitt des Straßendammes (b). Die Konzentration des Flusses in den Bodendeckschichten ist Resultat des Kapillarsperreneffektes, wird durch die feinere Netzdiskretisierung jedoch überzeichnet. C/C0 [-] 1 0.1 0.01 a) Tracer Parkplatz Lärmschutzwall Straßendamm 0.01 0.1 1 10 Zeit [a] 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 b) Parkplatz Naphthalin Phenanthren Σ15 EPA PAK 0.1 1 10 100 Zeit [a] Abb. 7: Zeitliche Entwicklung der aus der Schadstoffquelle eluierenden Konzentrationen an der Recycling- Baustoff-Unterkante (RCB) für ausgewählte Schadstoff-Verwertungsszenario-Kombinationen: (a) konservativer Tracer für Parkplatz-, Lärmschutzwall- und Straßendammszenario; (b) Naphthalin, Phenanthren und Σ15 EPA-PAK für das Parkplatzszenario. Auch für das SD-Szenario ist ein Kapillarsperreneffekt zu beobachten (Abb. 6(b)). Während sich im Bankettbereich eine relativ gleichförmige Verteilung der Sickerwasserströmung zeigt, strömt in der Bodenabdeckung der Böschung ein Teil des Sickerwassers am RCB vorbei und infiltriert konzentriert am Böschungsfuß. Bei kleinräumiger Mittelung der Durchbruchskonzentrationen ergibt sich eine Verdünnung um ca. 31 %. Die Durchbruchskurven des Tracers (Abb. 5 (c)) zeigen ein steileres Ansteigen als beim LSW und fallen innerhalb von fünf Jahren auch deutlich schneller ab. Die maximalen Durchbruchskonzentrationen C/C0 liegen im kleinräumigen Mittel zwischen 0.20 (Braunerde) und 0.18 (Schwarzerde). Abb. 8 zeigt die Durchbruchskurven für NAP, PHE und Σ15 EPA-PAK jedoch ohne Abbau. Für das PP- Szenario zeigt sich in Abb. 8 (a)-(c) deutlich der Effekt der vom Corg des Unterbodens abhängigen Sorption. Während für die Corg-armen Böden NAP bereits nach kurzer Zeit durchbricht, wird es beim mäßig Corghaltigen Podsol leicht, bei der Corg-reichen Schwarzerde stärker retardiert (Abb. 8 (a)). Für PHE und Σ15 EPA-PAK (Abb. 8 (b) und (c)) zeigen auch die Corg-armen Böden eine deutliche Retardation. Der flachere Verlauf der Durchbruchskurven für Braunerde im oberen Konzentrationsbereich deutet zudem auf einen Einfluss der langsamen Sorptionskinetik des Skelettanteils hin. Für alle Böden bis auf die Schwarzerde wird innerhalb der Simulationszeit der Durchbruch der PHE-Peaks mit C/C0 zwischen 0.70 und 0.96 und eine 500
anschließende Konzentrationsabnahme auf Grund der zeitlichen Abnahme der Quellstärke (siehe Abb. 7 (b)) beobachtet. Für die Schwarzerde steigt C/C0 nach 500 a noch deutlich an. C/C0 [-] C/C0 [-] C/C0 [-] 1 0.1 0.01 1 0.1 0.01 1 0.1 0.01 a) Parkplatz Naphthalin d) Lärmschutzwall Naphthalin g) Straßendamm Naphthalin 0.1 1 10 100 Zeit [a] b) Parkplatz Phenanthren e) Lärmschutzwall Phenanthren h) Straßendamm Phenanthren 0.1 1 10 100 Zeit [a] 11 c) Parkplatz Σ15 EPA PAK Braunerde Podsol Schwarzerde Parabraunerde Fahlerde Pelosol f) Lärmschutzwall Σ15 EPA PAK Braunerde (verd.) Podsol (verd.) Schwarzerde (verd.) Braunerde Podsol Schwarzerde i) Straßendamm Σ15 EPA PAK Braunerde (verd.) Podsol (verd.) Schwarzerde (verd.) Braunerde Podsol Schwarzerde 0.1 1 10 100 Zeit [a] Abb. 8: Durchbruchskurven der sorbierbaren Stoffe Naphthalin (schwach sorptiv, links) und Phenanthren (mäßig gut sorptiv, Mitte) und des Summenparameters Σ15 EPA-PAK (stark sorptiv, rechts) für die drei Szenarien Parkplatz ((a)-(c)), Lärmschutzwall ((d)-(f)) und Straßendamm ((g)-(i)). Gezeigt werden für Lärmschutzwall und Straßendamm jeweils Durchbruchskurven für den Schadstofftransportpfad (graue dicke Kurven) bzw. auf das Gesamtbauwerk bezogene Durchbruchskurven unter Berücksichtigung der Verdünnung durch nicht belastetes Sickerwasser (schwarze dünne Kurven). Abb. 8 (d)-(f) zeigt die NAP-, PHE- und Σ15 EPA-PAK- Durchbruchskurven des LSW-Szenarios. Ein deutlicher Unterschied zum PP ist das längere Anhalten hoher Konzentrationen, welches aus den im Durchschnitt niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten resultiert. Für NAP werden unter Berücksichtigung der Verdünnung durch am RCB vorbeiströmendes Sickerwasser Maximaldurchbrüche von C/C0 = 0.56 erreicht (Abb. 8 (d)). Für PHE und Σ15 EPA-PAK zeigen sich bei allen betrachteten Böden nach 500 a noch deutlich ansteigende Konzentrationen (Abb. 8 (e) und (f)). Im Vergleich dazu zeigen sich für das SD-Szenario aufgrund der stark erhöhten Infiltrationsraten steilere Durchbruchskurven und somit ein früheres Erreichen der Konzentrationspeaks (Abb. 8 (g)-(i)). NAP zeigt seine Maximaldurchbrüche bei der Braunerde bereits nach 19 a (C/C0 = 0.59), bei der Schwarzerde nach 46 a (C/C0 = 0.60). Ohne Abbau erfolgt langfristig der Eintrag der gesamten Schadstoffmasse des RCB ins Grundwasser. Wird Abbau bei der Simulation mit berücksichtigt (Abb. 9 (a)– (i)), ist die Massenreduktion bei gegebener Abbauratenkonstante nur von der Verweilzeit der Substanzen im Bodenwasser abhängig. Retardation hat
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