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

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Environmental Earth Sciences Aims and scope Submit manuscript

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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Abbreviations

CC:

Cultivation class

cNO3 :

Nitrate concentration

E:

Evaporation

ET:

Evapotranspiration

ET0 :

Grass-reference evapotranspiration

ETa :

Actual evapotranspiration

GWRC:

Groundwater recharge

HRU:

Hydrologic response unit

k f :

Saturated hydraulic conductivity

N:

Nitrogen

NO3–N:

Nitrate-nitrogen leaching

P:

Precipitation

RMSE:

Root mean square error

SC:

Soil class

ΔS:

Change in storage

WLF:

Westliches Leibnitzer Feld (investigation area)

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Acknowledgments

The work was carried out as part of the GENESIS project on groundwater systems (http:/www.thegenesisproject.eu) financed by the European Commission 7FP contract 226536.

Author information

Authors and Affiliations

  1. RESOURCES—Institute for Water, Energy and Sustainability, JOANNEUM RESEARCH Graz, Elisabethstraße 18/II, 8010, Graz, Austria

    Gernot Klammler, Hans Kupfersberger, Gerhard Rock & Johann Fank

Authors
  1. Gernot Klammler
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  2. Hans Kupfersberger
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  3. Gerhard Rock
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  4. Johann Fank
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Correspondence to Gernot Klammler.

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Klammler, G., Kupfersberger, H., Rock, G. et al. Modeling coupled unsaturated and saturated nitrate distribution of the aquifer Westliches Leibnitzer Feld, Austria. Environ Earth Sci 69, 663–678 (2013). https://doi.org/10.1007/s12665-013-2302-6

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