Erste Auswertungen der Messkampagnen von Bundes- und Landesbehörden bestätigen bisherige Modellrechnungen und verbessern das Verständnis von Hochwasserabläufen. Im Mai und Juni des Jahres 2013 traten in den deutschen Flussgebieten außerordentliche Hochwasser auf. Die Elbe wies in einigen Abschnitten neue Höchstwasserstände auf. Insbesondere aus der Saale strömten große Wassermassen in den Fluss ein, sodass das Hochwasser unterhalb der Saalemündung deutlich höher auflief als beim Sommerhochwasser 2002; bei Magdeburg-Buckau lag der Scheitel 75 cm über dem bisherigen Höchststand. Um die Elbe zu entlasten, aktivierte man den Elbe-Umflutkanal bei Magdeburg, sperrte Nebenflüsse ab und setzte die Havelniederung kontrolliert unter Wasser. Auch durch einige Deichbrüche wurden teilweise erhebliche Volumina aus der Elbe abgeführt. Das führte zu einem Absunk der Wasserspiegel im Bereich mehrerer Dezimeter. Trotzdem wurde in Magdeburg nach Angaben der Bundesanstalt für Gewässerkunde mit ca. 5.100 m3?s ein Hochwasser mit einem Wiederkehrintervall von 200 bis 500 Jahren erreicht. Mehrere Institutionen der Elbe-Anrainerländer und des Bundes führten Messungen während des Hochwassers durch. Die BAW benötigt insbesondere Messwerte von Oberflächen- und Grundwasser, um mit ihnen Modelle zu überprüfen. Hauptziel einer Messkampagne vom 7. bis 13. Juni 2013 war deshalb, zwischen Riesa bei Elbe (El)-km 106 und dem Wehr Geesthacht (El-km 586 ) nah am Hochwasserscheitel den Wasserspiegel etwa in der Flussachse zu messen. Begleitend wurden Durchflussmessungen durchgeführt, die dazu dienten, sowohl den Abfluss als auch Durchflussanteile und Fließgeschwindigkeiten zu ermitteln. Am 14. Juni 2013 wurden im Bereich der Deichrückverlegung Lenzen (bei El-km 480) zusätzlich Fließgeschwindigkeiten in den Deichschlitzen gemessen. Diese wurden durch punktuelle Grund- und Oberflächenwasser-Messungen ergänzt. Die Auswertung der Messungen wird noch geraume Zeit in Anspruch nehmen. Schon jetzt ist aber klar, dass die Ergebnisse von großem Nutzen sein werden, um die Prozesse in der Natur besser verstehen und beschreiben zu können. Auch tragen sie dazu bei, die Strömungsmodelle der (acronym = 'Bundesanstalt für Wasserbau') BAW zu validieren. Zwei erste Auswertungen machen dies deutlich.
Bei dem Pilotvorhaben der OCER Energie GmbH im niedersächsischen Zetel (Kreis Friesland/Niedersachsen), wird die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme genutzt, um Gewächshäuser einer Gärtnerei ganzjährig, kontinuierlich mit Wärme zu versorgen. Damit kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Erdgasheizung rund die Hälfte des Brennstoffs eingespart werden. Der Ausstoß an klimaschädlichem Kohlendioxid wird um rund 368 Tonnen pro Jahr verringert. Die im Rahmen des Vorhabens benötigte Wärmeenergie soll mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen Brunnenwasser aus rund 30 Meter Tiefe, das ganzjährig ca. 10 Grad Celsius warm ist, gewonnen werden. Zusätzlich soll auch die Abwärme der Gasmotoren genutzt werden. Da an sonnenscheinreichen Tagen eine Beheizung der Gewächshäuser nicht nötig ist, wird die Wärme in dieser Zeit in Wassertanks gespeichert und je nach Bedarf zugeführt. Das Vorhaben kann ein Modell für eine Vielzahl von anderen Gärtnereien und Einrichtungen sein, bei denen die benötigte Energie oft die größten Kosten verursacht und Grundwasser in ausreichender Menge zur Verfügung steht.
Zur Lösung von Fluss- und reaktiven Transportgleichungen in heterogenen Grundwassersystemen werden neue Global Random Walk (GRW) Algorithmen entwickelt und implementiert, die stabil und frei von numerischer Diffusion sind. Um das Auftreten von Interpolationsfehlern zu vermeiden, wird ein integriertes GRW-Lösungsverfahren entwickelt, das Geschwindigkeiten und Konzentrationen auf dem selben regulären Gitter berechnet. Wir nutzen grobkörnige (engl. Coarse grained) (CG) Mittelwerte in Raum und Zeit über die Trajektorien der berechneten Partikel, die die Konzentrationen der reaktiven chemischen Spezies in den GRWSimulationen beschreiben. Diese werden genutzt, um eine kontinuierliche Beschreibung der Transportprozesse zu erhalten. Nachdem die Mittelungsprozedur die Variation der simulierten Konzentrationen reduziert, genügt eine relativ kleine Anzahl von Monte Carlo - Simulationen, um die statistischen Kennzahlen zu gewinnen, und gleichzeitig der Auswirkung der Raum-Zeit-Skalen der hydrologischen Beobachtungen Rechnung zu tragen. Des weiteren können lokale Bilanzgleichungen für die CG Raum-Zeit-Mittel genutzt werden, um die hochskalierten Diffusionskoeffizienten und Reaktionsterme zu berechnen.
Grundwasserneubildung ist eine wichtige Komponente des natürlichen Wasserkreislaufs, die eine zentrale Bedeutung für die nachhaltige Nutzung der Grundwasserressourcen hat. Zukünftige Landnutzungsänderungen und Verschiebungen durch den Klimawandel erfordern mehr denn je detailliertes Wissen über räumliche Verteilung, Intensität und zeitliche Variabilität der Grundwasserneubildung, ebenso, wie der Eintrag von Düngemitteln und Agrochemikalien ins Grundwasser. Ihre Abschätzung und Messung ist jedoch schwierig, da sie räumlich und zeitlich sehr variabel ist, große Gebiete betrifft und nicht direkt von der Landoberfläche messbar ist. Die Anwendung von Messungen des natürlichen Neutronenhintergrunds an der Landoberfläche (CRNS) könnte erstmalig konkret dazu genutzt werden, Grundwasserneubildungsraten für größere Flächen als bisher abzuschätzen. Durch die hohe Sensitivität und die räumliche Mittelung der Methode kann nicht nur die Dynamik der Bodenfeuchte im Oberboden repräsentativ und nicht-invasiv erfasst werden, sondern ebenso Schnee, der als saisonaler Wasserspeicher einen relevanten und kurzfristigen Beitrag zur Grundwasserneubildung liefern kann. Die Forschungsfragen dieses Teilprojekts der Forschergruppe 'Cosmic Sense' konzentrieren sich darauf, 1) wie die gewonnenen CRNS Daten zur Abschätzung der Grundwasserneubildung eingesetzt werden können, auch wenn mit CRNS allein bisher noch keine komplette Wasserbilanz des gesamten Bodenkompartiments möglich ist; 2) diese Abschätzung bei der experimentellen Untersuchung mehrerer, unterschiedlicher Standorte einzusetzen und zu validieren; und 3) über CRNS erstmalig auch Schnee in die Bilanzierung einzubeziehen und Schneewasseräquivalente für hydrologische Modelle zur Verfügung zu stellen. Für die Interpretation der experimentellen Daten werden sowohl die Ergebnisse eindimensionaler Simulationen der Bodenwasserströmung herangezogen als auch der Vergleich mit einer hydrogeophysikalischen Messung der Wasserverteilung im Boden bis zum Grundwasser (in einem anderen Teilprojekt). Bei den beiden Großversuchskampagnen der Forschergruppe wird die Grundwasserneubildung für das am jeweiligen Standort (in einem anderen Teilprojekt) installierte großflächige CRNS-Bodenfeuchte-Netzwerk über diese Methodik ermittelt. Die räumliche Verteilung und zeitliche Dynamik der Grundwasserneubildungsrate wird dann in einem numerischen Grundwassermodell für das Gebiet zusammengeführt und beides wird zur Überprüfung der Gesamtwasserbilanz des Gebietes im jeweiligen Großversuch dienen.
null PFAS-Belastung des Grundwassers in Mittelbaden Baden-Württemberg/Rastatt/Baden-Baden. Die Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW) hat heute ihre neue Simulation zur Belastung des Grundwassers mit per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) veröffentlicht für die Regionen Rastatt und Baden-Baden. Das Modell liefert wertvolle Informationen für die Nutzung und den Schutz des Grundwassers. PFAS im Grundwasser: Eine Herausforderung für Mittelbaden Die Belastung des Grundwassers durch PFAS-Verbindungen ist seit dem Jahr 2013 ein zentrales Umweltthema in Mittelbaden. Die Industriechemikalien, oft als „Ewigkeitschemikalien“ bezeichnet, sind bekannt für ihre extreme Beständigkeit und können sich in Wasser, Boden und Lebewesen anreichern. Im Sommer 2013 wurde bei einer Routineuntersuchung eines Trinkwasserbrunnens im Landkreis Rastatt eine PFAS-Verunreinigung festgestellt. Weitere kontaminierte, landwirtschaftlich genutzte Böden wurden im Raum Rastatt und Baden-Baden gefunden. Dies führte zu Einschränkungen bei der Entnahme von Grundwasser. „Für alle Betroffenen ist wichtig, im Vorfeld möglichst genau abschätzen zu können, wie sich in den kommenden Jahren die Schadstoffe im Grundwasser weiterbewegen“, so Dr. Ulrich Maurer, Präsident der LUBW. „Deshalb haben wir unsere Prognosen erweitert.“ Interaktive Karten: Prognosen bis 2033 für drei Grundwassertiefen Die Simulation zeigt für drei verschiedene Tiefenbereiche des Grundwassers die derzeitige Situation und prognostiziert die räumliche Ausdehnung der PFAS-Verunreinigung nun bis zum Jahr 2033. Nutzerinnen und Nutzer der interaktiven Karten können selbst wählen und sich für drei verschiedene Tiefenbereiche im Grundwasserleiter und unterschiedliche Prognosejahre die Entwicklung darstellen lassen. Die Konzentrationen werden sowohl als Summenwerte als auch für jede der neun modellierten Einzelverbindungen gezeigt. Die Simulation basiert auf dem Grundwassermodell der LUBW für Mittelbaden. Die interaktiven Karten können über die Webseiten der LUBW abgerufen werden: PFAS-Karten-Online . Erweiterte Modellierung: Neun PFAS-Verbindungen erfasst Die neue Simulation umfasst vier weitere Verbindungen und ermöglicht mit nun insgesamt neun für die Region relevante PFAS-Verbindungen eine verbesserte Bewertung der Gesamtsituation. So binden sich kurzkettige PFAS-Verbindungen weniger stark an Bodenpartikel oder organische Substanzen. Sie lösen sich leichter im Wasser und breiten sich entsprechend schneller mit dem Grundwasserstrom aus. Langkettige Verbindungen binden sich hingegen stärker an organische Substanzen oder Bodenschichten und breiten sich langsamer aus. Hintergrundinformation Trinkwasserverordnung legt ab 2026 Grenzwerte für PFAS fest Mit der zweiten Novelle der Trinkwasserverordnung (TrinkwV), die am 24.06.2023 in Kraft getreten ist, wird auch den Herausforderungen durch PFAS im Wasser Rechnung getragen. Erstmals werden Grenzwerte für die Industriechemikalien festgelegt und in zwei Stufen eingeführt. Ab dem 12. Januar 2026 gilt ein Summengrenzwert von 0,1 Mikrogramm pro Liter (µg/L) für eine Gruppe von 20 PFAS-Verbindungen. Zusätzlich enthält die Trinkwasserverordnung einen Grenzwert in Höhe von 0,02 μg/L für die Summe von PFOA, PFNA, PFHxS sowie PFOS (Summe PFAS-4). Dieser Grenzwert gilt ab dem 12. Januar 2028. Grundwassermodell Seit dem Bekanntwerden der PFAS-Verunreinigung in der Region Rastatt und Baden-Baden im Jahr 2013 erfolgten zahlreiche Untersuchungen. Alle verfügbaren Daten der unteren Wasserbehörden, der Wasserversorger und der LUBW wurden für die Modellierung der Verbreitung von PFAS im Grundwasser genutzt. Die erste Online-Veröffentlichung der Ergebnisse der Simulation erfolgte im Jahr 2018 . Seitdem wird das Modell regelmäßig an neue Erkenntnisse angepasst und aktualisiert. Das Ergebnis ist ein konsistentes Modell, das die Grundwasserströmungen und den PFAS-Transport in der Region Rastatt/Baden-Baden möglichst realitätsnah abbildet. Das Modell wird auch künftig weiterentwickelt. Die aktuelle Simulation deckt neun für die Region relevante PFAS-Verbindungen ab: PFBA, PFPeA, PFHxA, PFHpA, PFOA und neu hinzugekommenen sind PFNA, PFBS, PFHxS und PFOS. Die Konzentrationen werden sowohl als Summenwerte als auch für jede der neun modellierten Einzelverbindungen gezeigt. Die Simulation basiert auf dem Grundwassermodell der LUBW für Mittelbaden, das auf der Basis des großräumigen Grundwassermodells Basel-Karlsruhe entwickelt wurde, das im Rahmen der grenzüberschreitenden Projekte LOGAR (Länderübergreifende Organisation für Grundwasserschutz am Rhein) und MoNit (Modellierung der Grundwasserbelastung durch Nitrat im Oberrheingraben) erstellt wurde. Das Grundwassermodell der LUBW ist ein wichtiges Instrument, um die Entwicklung der PFAS-Belastung zu verstehen und zukünftige Maßnahmen zu planen. Weitere Informationen zur Methodik, den Datenquellen und den Komponenten des Modells finden sich im Zwischenbericht der LUBW „ Grundwassermodell Mittelbaden – Analyse und Prognose der PFAS-Belastung im Raum Rastatt und Baden-Baden (Stand: Dezember 2017) “ sowie in den dazugehörigen FAQs zur Grundwassermodellierung. Bei Rückfragen wenden Sie sich bitte an die Pressestelle der LUBW. Telefon: +49(0)721/5600-1387 E-Mail: pressestelle@lubw.bwl.de
Die vorliegenden Daten entsprechen den Darstellungen des Landschaftsrahmenplans-SH 2019. Unter Umständen sind mittlerweile aktuellere Datensätze verfügbar. Darstellung der Grundwassereinzugsgebiete der Wasserwerke der öffentlichen Trinkwasserversorgung mit einer Entnahmemenge ab 100.000 Kubikmeter pro Jahr, für die kein Trinkwasserschutzgebiet festgesetzt oder geplant ist. Entnahmen aus unterschiedlichen Grundwasser-stockwerken führen in einigen Fällen zu Überlagerungen hydraulisch getrennter Einzugsge¬biete. Die Datengrundlage zur Festlegung der Trinkwassergewinnungsgebiete ist heterogen: Die Ermittlung der Trinkwassergewinnungsgebiete der größeren Wasserwerke wie beispielsweise im Raum Kiel oder im Osten von Hamburg beruht in der Regel auf umfangreichen hydrogeologischen Ausarbeitungen mit Grundwassergleichenplänen, die meist eine recht zuverlässige Abgrenzung des jeweiligen Grundwassereinzugsgebietes erlauben. Grundlage der Ermittlung der Trinkwassergewinnungsgebiete im Raum Lübeck ist ein landeseigenes Grundwasserströmungsmodell als Ergebnis umfangreicher, landeseigener Untersuchungen zur Geologie und Grundwasserdynamik in diesem Raum. Auch im Raum Flensburg und Wacken liefern Grund-wasserströmungsmodelle Anhaltspunkte zur Einzugsgebietsabgrenzung. In vielen Fällen erfassen vorliegende Ausarbeitungen und Grundwassergleichenpläne jedoch nicht das gesamte Grundwassereinzugsgebiet. Insbesondere bei kleineren Wasserwerken beschränken sich Informationen oft nur auf den Nahbereich der Fassungsanlagen. Einzugsgebiete können dann nur näherungsweise, teils durch Einbeziehung zusätzlicher Informationen aus dem Geologischen Landesarchiv, anhand vorliegender überregionaler Trendpläne zu generellen Grundwasserströmungsverhältnissen oder unter Berücksichtigung morphologischer Gegebenheiten abgegrenzt werden. Der in Schleswig-Holstein verwendete Begriff „Trinkwassergewinnungsgebiet“ ist rechtlich nicht normiert, eigene rechtsverbindliche Regelungen für Trinkwassergewinnungsgebiete bestehen nicht. Der Begriff „Trinkwassergewinnungsgebiet“ ist allerdings als Kategorie in der Regionalplanung eingeführt, da in Trinkwassergewinnungsgebieten neben der Sicherung der öffentlichen Trinkwasserversorgung dem Gesichtspunkt des vorsorgenden Grundwasserschutzes bei der Abwägung mit anderen Nutzungsansprüchen ein besonderes Gewicht zukommt.
Die stetig wachsende Bevölkerung führt zu einem steigenden Bedarf an Frischwasser und die Entnahme von Grundwasser ist eine der wichtigsten Quellen diesen Bedarf zu decken. Engpässe in der Frischwasserversorgung haben die Suche Nachweis von frischem Grundwasser unter dem heutigen Meeresboden angetrieben. Die Rolle glazialer Strukturen, welche während der Vergletscherungen entstanden sind, ist jedoch im Hinblick auf das Vorkommen frischen Grundwassers noch wenig bekannt. Insbesondere sogenannte Tunneltäler (TT), welche sich unter den Eisschilden bildeten, könnten von besonderer Relevanz sein. Ihre Ausmaße (bis zu 5 km breit, 400 m tief, 100te km lang) spiegeln die gewaltigen Schmelzwassermengen wider, die den Untergrund unter den Eisschilden durchspülten. Ihre Entstehung und Füllung resultierte in stark durchlässigen Sanden und Kiesen im unteren Teil und feinkörnigen Ablagerungen im oberen Teil dieser Strukturen. Diese Konfiguration begünstigt eine Rolle als bevorzugte Fließwege für offshore Grundwasser. Zur Untersuchung des Potenzials von TT als bevorzugte Fließwege für offshore frisches Grundwasser (OFG), verfolgt dieses Projekt folgende Ziele: (O1) Durch die Kombination von elektromagnetischen und seismischen Daten wollen wir ein strukturgebundenes Widerstandsmodell für mehrere TT erstellen; (O2) Wir wollen die Salzgehaltswerte für verschiedene Architekturen und Tiefen von TT abschätzen; (O3) Aufbauend auf den ersten beiden Zielen wollen wir die Ergebnisse für das gesamte Arbeitsgebiet in ein detailliertes lithologisches 3D-Modell extrapolieren. Die sich daraus ergebende Salzgehaltsverteilung im Untergrund wird dazu beitragen, die Ober- und Untergrenzen des Volumens frischen Grundwassers abzugrenzen und die Grundlage für ein detailliertes Grundwassermodell schaffen. Folgende Schritte sind dazu nötig: (S1) Kartierung und Charakterisierung der räumlichen Heterogenität von TT anhand vorhandener seismischer Daten; (S2) Erstellung eines lithologischen Modells für den Untergrund zwischen Amrum und Helgoland von 0 bis 400 m Tiefe; (S3) Identifizierung vielversprechender Standorte und Durchführung von CSEM-Messungen (Controlled Source Electromagnetic) zur Untersuchung der Verteilung des elektrischen Widerstands im Untergrund (TT); (S4) Kombination von Widerstandsmessungen mit Mehrkanal-Seismikdaten (MCS) zur Ableitung des Salzgehalts der Porenflüssigkeit; (S5) Extrapolation der Ergebnisse für das gesamte lithologische Modell. Tunneltäler existieren in ehemals vergletscherten Regionen weltweit. Gelingt uns der Nachweis von OFG in Tunneltälern, hätte dies erhebliche Implikationen für bisher unbekannte Süßwasserverteilungen und hydrologische Systeme. Die uns zur Verfügung stehenden Daten bieten eine einzigartige Möglichkeit zur Integration von CSEM- und seismischen Messungen bei begrenztem Aufwand. Die Ergebnisse des Projekts werden einen neuen Blick auf offshore Gletscherlandschaften und ihre Rolle im pleistozänen Wasserkreislauf erlauben.
Verhalten des Grundwassers (Trend); Grundwasserstockwerke; Grundwasserdargebot; Wasserbilanz; Grundwassermodell; Grundwasserbewirtschaftungsplan; kuenstliche Grundwasseranreicherung.
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