Arbeitsbericht NAB 13-24

Der vorliegende Bericht dokumentiert Simulationen zu den lokalen Grundwasserzirkulationsverhältnissen in den potenziellen Standortgebieten Zürich Nordost und Südranden mit Hilfe eines dreidimensionalen hydrogeologischen Modells. Das hier beschriebene Modell umfasst eine Grundfläche von 214 km² um die Gebiete Zürich Nordost und Südranden von der Geländeoberfläche bis zu einer Tiefe von 1240 m. Das Modell umfasst 14 hydrogeologische Einheiten vom Quartär bis zu den Gesteinen der Anhydritgruppe. Störungen von regionaler Bedeutung (hauptsächlich die Neuhausen Störung) sind ebenfalls im Modell abgebildet. Der Schichtverlauf der hydrogeologischen Einheiten und die Geometrie der tektonischen Strukturen sind aus einem regionalen geologischen Modell entnommen, dass in Gmünder et al. (2013a) dokumentiert ist. Die für das lokale Modell erforderlichen lateralen Randbedingungen werden aus einem regionalen, die gesamte Nordwestschweiz umfassenden, hydrogeologischen 3-D Modell abgeleitet (siehe Gmünder et al. 2013b).

Die lokalen hydrogeologischen Verhältnisse in den beiden Standortgebieten werden massgeblich von den hydraulischen Eigenschaften des regionalen Störungssystems (Neuhausen Störung) geprägt. Um dessen Einfluss auf die Grundwasserzirkulation systematisch zu analysieren, wurde eine Sensitivitätsstudie mit 4 verschiedenen Basisfällen und umfangreichen Parametervarianten durchgeführt. In den 4 Basisfällen wurde die regionale Störung als geringmächtige vertikale Struktur mit komplementären hydraulischen Eigenschaften ("permeable fault – along flow/cross flow", "sealing fault", "throw only") implementiert, welche die sedimentären Schichtpakete fragmentieren. Zusätzlich wurde im Rahmen von weiteren Parametervarianten die Bedeutung einzelner hydrogeologischer Einheiten als potenziell wasserführende Systeme untersucht.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass in den beiden Standortgebieten die tonreichen Formationen des Doggers und des tonigen Lias zur Ausbildung eines oberen und unteren Grundwasserstockwerks führen, die hydraulisch voneinander entkoppelt sind. Eine Grundwasserzirkulation zwischen den beiden Stockwerken kann praktisch nur über Störungen ausserhalb der Standortgebiete erfolgen, sofern diese permeabel sind. Das obere Grundwasserstockwerk beinhaltet den Malm Aquifer und, als potenziell wasserführendes System, die Wedelsandstein-Formation ('Brauner Dogger' 4, BD4). Es zeigt sich, dass der Grundwasserfluss im oberen Grundwasserstockwerk stark durch die Topographie und die hydrogeologischen Eigenschaften der Neuhausen Störung beeinflusst wird und es zumeist zur Ausbildung (sub-) hydrostatischer Drücke kommt. Die Exfiltrationsgebiete liegen alle innerhalb, bzw. nur knapp ausserhalb des Modellgebiets und orientieren sich an den lokalen/regionalen Vorflutern (zumeist dem Rhein).

Das untere Grundwasserstockwerk beinhaltet die hydrogeologischen Einheiten Arietenkalk (in einzelnen Sensitivitätsfällen als potentiell wasserführendes System implementiert), Keuper Aquifer sowie den Muschelkalk Aquifer. Im Allgemeinen zeigen die Simulationen der Aquifere des unteren Grundwasserstockwerks artesische Drücke, vor allem im Keuper Aquifer. Dies deckt sich mit Messungen an Bohrungen und spiegelt wahrscheinlich die Topographie des (regionalen) Infiltrationsgebiets wieder. Wenn die hydraulischen Eigenschaften der implementierten Störungen einen vertikalen Fluss zulassen kommt es zu einem Druckausgleich des unteren mit dem oberen Grundwasserstockwerk. Die Fliessrichtungen im unteren Grundwasserstockwerk sind nicht, bzw. nur noch sehr bedingt von der lokalen Topographie abhängig, hier dominieren die hydrologischen Eigenschaften der Störungen und die regionalen Infiltrationsgebiete den Grundwasserfluss.

Ein Vergleich der errechneten Grundwasserpotenziale mit den (wenigen) vorhandenen gemessenen Potenzialen zeigt, dass aufgrund der Simulationen keine der simulierten Hypothesen ausgeschlossen bzw. als weniger wahrscheinlich bewertet werden kann.