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Published in: Environmental Earth Sciences 2/2013

01-05-2013 | Special Issue

Modeling coupled unsaturated and saturated nitrate distribution of the aquifer Westliches Leibnitzer Feld, Austria

Authors: Gernot Klammler, Hans Kupfersberger, Gerhard Rock, Johann Fank

Published in: Environmental Earth Sciences | Issue 2/2013

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Abstract

The aquifer Westliches Leibnitzer Feld, Austria, is a significant resource for regional and supraregional drinking water supply for more than 100,000 inhabitants, but the region also provides excellent agricultural conditions. This dual use implicates conflicts (e.g., non-point source groundwater pollution by nitrogen leaching), which have to be harmonized for a sustainable coexistence. At the aquifer scale, numerical models are state-of-the-art tools to simulate the behavior of groundwater quantity and quality and serve as decision support system for implementing groundwater protecting measures. While fully and iteratively coupled simulation models consider feedback between the saturated and unsaturated zone, sandy soil conditions and groundwater depths beneath the root zone allow the use of a unidirectional sequential coupling of the unsaturated water flow and nitrate transport model SIMWASER/STOTRASIM with FEFLOW for the investigation area. Considering separated inputs of water and nitrogen into groundwater out of surface water bodies, agricultural, residential and forested areas, first simulation results match observed groundwater tables, but underestimate nitrate concentrations in general. Thus, multiple scenarios assuming higher nitrogen inputs at the surface are simulated to converge with measured nitrate concentrations. Preliminary results indicate that N-input into the groundwater is strongly dominated by contributions of agricultural land.

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go back to reference Alvarez MP, Trovatto MM, Hernández MA, González N (2012) Groundwater flow model, recharge estimation and sustainability in an arid region of Patagonia, Argentina. Environ Earth Sci 7(66):2097–2108. doi:10.1007/s12665-011-1435-8 CrossRef Alvarez MP, Trovatto MM, Hernández MA, González N (2012) Groundwater flow model, recharge estimation and sustainability in an arid region of Patagonia, Argentina. Environ Earth Sci 7(66):2097–2108. doi:10.​1007/​s12665-011-1435-8 CrossRef
go back to reference BMLF (1974) Österreichische Bodenkartierung—Erläuterungen zur Bodenkarte 1:25.000 (Kartierungsbereich Leibnitz, Steiermark). Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Vienna BMLF (1974) Österreichische Bodenkartierung—Erläuterungen zur Bodenkarte 1:25.000 (Kartierungsbereich Leibnitz, Steiermark). Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Vienna
go back to reference BMLF (2003) Verordnung des Bundesministers für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft über das Aktionsprogramm 2003 zum Schutz der Gewässer vor Verunreinigung durch Nitrat aus landwirtschaftlichen Quellen. Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, CELEX Nr. 391L0676, Vienna BMLF (2003) Verordnung des Bundesministers für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft über das Aktionsprogramm 2003 zum Schutz der Gewässer vor Verunreinigung durch Nitrat aus landwirtschaftlichen Quellen. Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, CELEX Nr. 391L0676, Vienna
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go back to reference Diersch HJG (2009) FEFLOW Reference Manual, DHI-WASY GmbH, Berlin Diersch HJG (2009) FEFLOW Reference Manual, DHI-WASY GmbH, Berlin
go back to reference Fank J (1999) Die Bedeutung der ungesättigten Zone für Grundwasserneubildung und Nitratbefrachtung des Grundwassers in quartären Lockersediment-Aquiferen am Beispiel des Leibnitzer Feldes (Steiermark, Österreich). Beiträge zur Hydrogeologie 49/50:101–388, Graz Fank J (1999) Die Bedeutung der ungesättigten Zone für Grundwasserneubildung und Nitratbefrachtung des Grundwassers in quartären Lockersediment-Aquiferen am Beispiel des Leibnitzer Feldes (Steiermark, Österreich). Beiträge zur Hydrogeologie 49/50:101–388, Graz
go back to reference Fank J, Rock G (2005) Tracer experiments on field scale for parameter estimation to calibrate numerical transport models. In: Nützmann G, Viotti P, Aagaard P (eds) Reactive transport in soil and groundwater—processes and models, 239–250, Springer, Berlin Fank J, Rock G (2005) Tracer experiments on field scale for parameter estimation to calibrate numerical transport models. In: Nützmann G, Viotti P, Aagaard P (eds) Reactive transport in soil and groundwater—processes and models, 239–250, Springer, Berlin
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go back to reference Fank J, Feichtinger F, Dersch G, Robier J (2010) Ackerbauliche Maßnahmen für eine grundwasserverträgliche Landwirtschaft im Murtal (Graz bis Bad Radkersburg). Unpublished report. Institut für WasserRessourcenManagement—Hydrogeologie und Geophysik, Joanneum Research Graz Fank J, Feichtinger F, Dersch G, Robier J (2010) Ackerbauliche Maßnahmen für eine grundwasserverträgliche Landwirtschaft im Murtal (Graz bis Bad Radkersburg). Unpublished report. Institut für WasserRessourcenManagement—Hydrogeologie und Geophysik, Joanneum Research Graz
go back to reference Feichtinger F (1998) STOTRASIM—Ein Modell zur Simulation der Stickstoffdynamik in der ungesättigten Zone eines Ackerstandortes. In: Modelle für die gesättigte und ungesättigte Bodenzone. Schriftenreihe des Bundesamtes für Wasserwirtschaft 7:14–41, Vienna Feichtinger F (1998) STOTRASIM—Ein Modell zur Simulation der Stickstoffdynamik in der ungesättigten Zone eines Ackerstandortes. In: Modelle für die gesättigte und ungesättigte Bodenzone. Schriftenreihe des Bundesamtes für Wasserwirtschaft 7:14–41, Vienna
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go back to reference Klammler G, Rock G, Fank J, Kupfersberger H (2012) Generating land use information to derive diffuse water and nitrate transfer as input for groundwater modelling at the aquifer scale. In: Oswald SE, Kolditz O, Attinger S (eds) Models—repositories of knowledge, ModelCARE2011, Leipzig/Germany, IAHS Publ 355, 237–242 Klammler G, Rock G, Fank J, Kupfersberger H (2012) Generating land use information to derive diffuse water and nitrate transfer as input for groundwater modelling at the aquifer scale. In: Oswald SE, Kolditz O, Attinger S (eds) Models—repositories of knowledge, ModelCARE2011, Leipzig/Germany, IAHS Publ 355, 237–242
go back to reference Kollet SJ, Maxwell RM (2006) Integrated surface-groundwater flow modeling: a free-surface overland flow boundary condition in a parallel groundwater flow model. Adv Water Resour 7(29):945–958CrossRef Kollet SJ, Maxwell RM (2006) Integrated surface-groundwater flow modeling: a free-surface overland flow boundary condition in a parallel groundwater flow model. Adv Water Resour 7(29):945–958CrossRef
go back to reference Russow R, Böhme F (2005) Determination of the total nitrogen deposition by the 15N isotope dilution method and problems in extrapolating results to field scale. Geoderma 127(2005):62–70CrossRef Russow R, Böhme F (2005) Determination of the total nitrogen deposition by the 15N isotope dilution method and problems in extrapolating results to field scale. Geoderma 127(2005):62–70CrossRef
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Metadata
Title
Modeling coupled unsaturated and saturated nitrate distribution of the aquifer Westliches Leibnitzer Feld, Austria
Authors
Gernot Klammler
Hans Kupfersberger
Gerhard Rock
Johann Fank
Publication date
01-05-2013
Publisher
Springer-Verlag
Published in
Environmental Earth Sciences / Issue 2/2013
Print ISSN: 1866-6280
Electronic ISSN: 1866-6299
DOI
https://doi.org/10.1007/s12665-013-2302-6

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