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Erschienen 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

verfasst von: Gernot Klammler, Hans Kupfersberger, Gerhard Rock, Johann Fank

Erschienen in: Environmental Earth Sciences | Ausgabe 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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Literatur
Zurück zum Zitat Allen RG, Pereira LS, Raes D, Smith M (1998) Crop evapotranspiration—guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56. United Nations FOA, Rome Allen RG, Pereira LS, Raes D, Smith M (1998) Crop evapotranspiration—guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56. United Nations FOA, Rome
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Zurück zum Zitat 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
Zurück zum Zitat 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
Zurück zum Zitat BMLF (2008) Verordnung des Bundesministers für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft über das Aktionsprogramm 2008 zum Schutz der Gewässer vor Verunreinigung durch Nitrat aus landwirtschaftlichen Quellen. Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, CELEX Nr. 391L0676, Vienna BMLF (2008) Verordnung des Bundesministers für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft über das Aktionsprogramm 2008 zum Schutz der Gewässer vor Verunreinigung durch Nitrat aus landwirtschaftlichen Quellen. Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, CELEX Nr. 391L0676, Vienna
Zurück zum Zitat Diersch HJG (2009) FEFLOW Reference Manual, DHI-WASY GmbH, Berlin Diersch HJG (2009) FEFLOW Reference Manual, DHI-WASY GmbH, Berlin
Zurück zum Zitat 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
Zurück zum Zitat 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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Zurück zum Zitat 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
Zurück zum Zitat 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
Zurück zum Zitat 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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Zurück zum Zitat Schneider J (1998) Kartierung der nassen Deposition in Österreich. Bericht des Umweltbundesamts BE-104. Bundesministerium für Umwelt, Jugend und Familie, Vienna Schneider J (1998) Kartierung der nassen Deposition in Österreich. Bericht des Umweltbundesamts BE-104. Bundesministerium für Umwelt, Jugend und Familie, Vienna
Zurück zum Zitat SGV (2005) Verordnung des Landeshauptmannes von Steiermark vom 21. November 1990, mit der ein Grundwasserschongebiet zum Schutz der Wasserversorgungsanlagen der Leibnitzerfeld Wasserversorgung GmbH, der Marktgemeinde Lebring St. Margrethen und der Gemeinde Retznei bestimmt wird. Stammfassung: LGBl. Nr. 86/1990, Novelle: LGBl. Nr. 48/2006, Graz SGV (2005) Verordnung des Landeshauptmannes von Steiermark vom 21. November 1990, mit der ein Grundwasserschongebiet zum Schutz der Wasserversorgungsanlagen der Leibnitzerfeld Wasserversorgung GmbH, der Marktgemeinde Lebring St. Margrethen und der Gemeinde Retznei bestimmt wird. Stammfassung: LGBl. Nr. 86/1990, Novelle: LGBl. Nr. 48/2006, Graz
Zurück zum Zitat Stenitzer E (1988) SIMWASER – Ein numerisches Modell zur Simulation des Bodenwasserhaushaltes und des Pflanzenertrages eines Standortes. Mitteilungen der Bundesanstalt für Kulturtechnik und Bodenwasserhaushalt 31:1–118, Petzenkirchen, Austria Stenitzer E (1988) SIMWASER – Ein numerisches Modell zur Simulation des Bodenwasserhaushaltes und des Pflanzenertrages eines Standortes. Mitteilungen der Bundesanstalt für Kulturtechnik und Bodenwasserhaushalt 31:1–118, Petzenkirchen, Austria
Zurück zum Zitat Therrien R, McLaren RG, Sudicky EA, Panday SM (2012) HydroGeoSphere. A three dimensional numerical model describing fully-integrated subsurface and surface flow and solute transport. User’s Guide, Waterloo Therrien R, McLaren RG, Sudicky EA, Panday SM (2012) HydroGeoSphere. A three dimensional numerical model describing fully-integrated subsurface and surface flow and solute transport. User’s Guide, Waterloo
Zurück zum Zitat Van Walsum PEV (2011) Influence of feedbacks from simulated crop growth on integrated regional hydrologic simulations under climate scenarios. Hydrol Earth Syst Sci Discuss 8:10151–10193. doi:10.5194/hessd-8-10151-2011 CrossRef Van Walsum PEV (2011) Influence of feedbacks from simulated crop growth on integrated regional hydrologic simulations under climate scenarios. Hydrol Earth Syst Sci Discuss 8:10151–10193. doi:10.​5194/​hessd-8-10151-2011 CrossRef
Zurück zum Zitat Van Walsum PEV, Veldhuizen AA (2011) Integration of models using shared state variables: implementation in the regional hydrologic modelling system SIMGRO. J Hydrol 409:363–370CrossRef Van Walsum PEV, Veldhuizen AA (2011) Integration of models using shared state variables: implementation in the regional hydrologic modelling system SIMGRO. J Hydrol 409:363–370CrossRef
Zurück zum Zitat Wakonigg H (1978) Witterung und Klima in der Steiermark. Arbeiten aus dem Institut für Geographie der Universität Graz. Verlag für die Technische Universität, Graz Wakonigg H (1978) Witterung und Klima in der Steiermark. Arbeiten aus dem Institut für Geographie der Universität Graz. Verlag für die Technische Universität, Graz
Metadaten
Titel
Modeling coupled unsaturated and saturated nitrate distribution of the aquifer Westliches Leibnitzer Feld, Austria
verfasst von
Gernot Klammler
Hans Kupfersberger
Gerhard Rock
Johann Fank
Publikationsdatum
01.05.2013
Verlag
Springer-Verlag
Erschienen in
Environmental Earth Sciences / Ausgabe 2/2013
Print ISSN: 1866-6280
Elektronische ISSN: 1866-6299
DOI
https://doi.org/10.1007/s12665-013-2302-6

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