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Untersuchung von Grundwasserverhaeltnissen in Sueddeutschland (besonders Muenchner Raum)

Fuer die Errichtung von Tiefbauwerken, besonders Tiefgaragen, ist haeufig die genaue Kenntnis der Grundwasserverhaeltnisse, hoechster Grundwasserstand, mittlerer Grundwasserspiegel, etc. noetig. weiterhin interessiert, inwieweit durch die Errichtung von Bauwerken oder Brunnen andere Bauwerke oder Brunnen beeintraechtigt werden. Es wurden mehr als 400 Untersuchungen seit 1964 durchgefuehrt.

Tidal Subsurface Analysis (TSA): Using Earth and atmospheric tides to quantify subsurface hydro-geomechanical properties

Groundwater resources underpin ecosystems and human activities, yet their continued global depletion deteriorates water quality and ecology due to baseflow reduction and causes land subsidence and seawater intrusion. Accurate quantification of groundwater flow and storage changes is critical to enable adaptive resource management, for example through assessing potential impacts from over-extraction and determining sustainable yields. This necessitates an increase in knowledge of the spatial distribution of subsurface properties. Current groundwater investigation methods (e.g. pump testing) require high effort and are costly to conduct, restricting the rate and frequency of testing thus resulting in spatially limited outcomes. This project will establish Tidal Subsurface Analysis (TSA) as a novel methodology to quantify subsurface hydro-geomechanical properties such as transmissivity, permeability, specific storage, porosity, compressibility and/or bulk modulus. TSA utilises the groundwater response to the ubiquitous and predictable Earth and atmospheric tides which is contained in existing measurements. TSA will be developed by unifying the theories of existing approaches that have successfully quantified individual subsurface properties using the groundwater response to Earth tides or barometric loading. Next, the influence of geological heterogeneity on properties quantified using TSA will be evaluated using a combination of numerical modelling and field data from locations in the United Kingdom and Australia where the subsurface has been well characterised. Finally, TSA will be validated by comparing each of the quantified hydro-geomechanical properties with values derived from established hydrogeological or geophysical investigation techniques, such as pump testing, geophysical logging or sediment coring. Because it is a passive approach, it will overcome many of the limitations inherent to active hydraulic subsurface investigations. It is anticipated that TSA will shift the paradigm about how groundwater and atmospheric measurements are used and add significant value to monitoring programs, enhancing resource management decisions and improving implementation of the EU Water Framework Directive.

Limnologische Untersuchungen der Baggerseen Haltern Ost und Haltern West

Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung der Baggerseen Haltern Ost und West statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probenahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen mit Nährstoffen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.

Grundwasserbeschaffenheit im oberen Stockwerk

Grossraeumige, stockwerkbezogene, hydrochemische Untersuchungen an repraesentativen Grundwasserproben, z.t. im 3-monatigen Turnus, zur Schaffung von Vergleichswerten, sowie zur Beobachtung zeitlicher und raeumlicher Aenderungen.

Wasser- und Stoffflüsse an Rändern von Auengrundwasserleitern und ihre Kontrolle durch Untergrundstrukturen

In Flussauen von Flussmittelläufen in gemäßigten Klimazonen ist der Grundwasserstrom typischerweise vornehmlich talabwärts gerichtet. Die hydrologische Funktion der Auengrundwasserleiter hängt allerdings vom Vorhandensein hydrogeologisch relevanter Strukturen ab, und das Grundwassersystem wird stark durch Wasser- und Stoffflüsse über seine Ränder beeinflusst. Das beantragte Projekt zielt daher darauf ab, die hydrogeologischen Steuergrößen für diese Flüsse zu charakterisieren und die relative Bedeutung der Ränder für die Wasserbilanz und den Umsatz gelöster Stoffe in Auengrundwasserleitern zu ermitteln. Als Untersuchungsgebiet dient die Ammeraue bei Tübingen (Südwestdeutschland), die typisch für Auengebiete entlang von Flussmitteläufen in gemäßigten Klimazonen ist und bereits von den Antragstellern im Rahmen des SFB1253 CAMPOS untersucht wurde. Für die Modellierung und Vorhersage der hydrologischen Funktion des Auengrundwasserleiters und seiner Ränder ist es wichtig, die räumliche Lage, Geometrie und die Eigenschaften hydraulisch leitfähiger Strukturen an den Auenrändern zu erkunden. Unsere Untersuchungen zielen daher darauf ab, geologische Strukturelemente an den Auenrändern zu charakterisieren, die die Gesamtflüsse des Grundwassers und der darin gelösten Stoffe durch den Auengrundwasserleiter bestimmen. Hierfür entwickeln wir arbeits- und kosteneffiziente Methoden, mit denen sich die räumliche Ausdehnung und Geometrie der Ränder (mittels geophysikalischer Methoden) abbilden und die hydraulische Konnektivität zu den Auengrundwasserleitern (mittels hydraulischer Methoden) charakterisieren lassen. Mit besonderem Fokus auf die identifizierten hydrogeologisch relevanten Strukturelemente an den Auenrändern wollen wir die Wasserflüsse und die Stoffströme bestimmen, die die Ränder des Auengrundwasserleiters passieren, um ihre relativen Beiträge innerhalb des Auengrundwasserleiters zu quantifizieren. Wir untersuchen hierfür insbesondere die zeitliche Grundwasserdynamik, um zu bestimmen, unter welchen hydrologischen Bedingungen ein erhöhter Wasseraustausch stattfindet. Die experimentellen Projektergebnisse fließen in ein konsistentes numerisches Grundwassermodell ein, um hydrogeologische Messungen vorherzusagen und die Ergebnisse der dynamischen Austauschflüsse zu interpretieren. Schließlich werden wir die geologischen Informationen, die in den verschiedenen Untersuchungsschritten und in vorherigen Arbeiten gesammelt wurden, umfassend geologisch interpretieren. Dies ermöglichst es, die maßgeblichen geologischen Prozesse zu identifizieren, die das Vorkommen und die Wirkung durchlässiger Strukturen an den Rändern von Auengrundwasserleitern bestimmen sowie die Austauschprozesse über die Ränder kontrollieren. Dieser Ansatz erlaubt es, unsere Ergebnisse auf andere Standorte zu übertragen und zu verallgemeinern.

Charakterisierung und Modellierung von Multi-Kompartment Karst Systemen mittels integrierter Interpretation von Quellsignalen - iKarst

Karstsysteme stellen heterogene hydrologische Systeme mit ausgeprägter Anisotropie dar. Die Charakterisierung solcher Systeme ist extrem aufwendig, da viele Prozesse bisher nur unzureichend verstanden sind. Die Aussagekraft von klassischen Feld- und Geländeuntersuchungen in Karstsysteme kann durch geeignete Modellkonzepte entscheidend erhöht werden. Aufgrund der Komplexität von Karstsystem sind numerische Simulationsmethoden geeignet, um das Strömungs- und Transportverhalten von Wasser und gelösten Stoffen zu beschreiben. Zahlreiche numerische Werkzeuge können die einzelnen Karst-Kompartimente (Oberfläche bzw. Surface Zone, vadose Zone, phreatische Zone) beschreiben, es fehlt jedoch an integrierten hydrologischen Modellen mit physikalisch-basierten Ansätzen, welche die relevanten physikalischen Prozesse sowie deren Zusammenspiel beschreiben können. Unsere Vorarbeiten verdeutlichen, dass die Quellsignale in Karstgebieten von einer Vielzahl von interagierenden Prozessen geprägt werden (Generierung der Eingangssignale, Austausch zwischen Karströhren und Festgesteinsmatrix oder Röhrenspeicherprozesse). Darüber hinaus limitieren mehrdeutige Modelllösungen (z. B. resultierende aus der Modellstruktur, den verwendeten Parametern etc.) die Anwendung von hoch-parametrisierten Modellen für komplexe Karstsysteme. Die Zerlegung des Gesamtsystems in individuelle Kompartimente wird genutzt, um bereits existierende Modelle mit räumlich verteilten Parametern (distributed parameter models) für die prozessbasierte Charakterisierung zu nutzen. Dies ermöglicht ein deutlich verbessertes Prozessverständnis in Hinblick auf Grundwasserströmung und Transport gelöster Stoffe. Vorhandene numerische Werkzeuge werden zu einem integrierten Modellansatz gekoppelt. Dabei wird die Vorwärtsmodellierung von idealisierten Szenarien genutzt, um das systematische Verhalten verschiedener Karsttypen zu untersuchen. Zum Beispiel werden Eingangssignale in das Röhrensystem auf Grundlage von multiplen Quellsignalen (Strömung, Wärme sowie gelöste Stoffe) identifiziert und quantifiziert. Gleichzeitig wird die Relevanz der jeweiligen Prozesse und Parameter mittels Sensitivitätsanalyse untersucht. Maßgebende Modelleigenschaften und -Parameter sowie resultierende Modellunsicherheiten werden anschließend mit Hilfe inverser Methoden (z. B. automatische Parametrisierung) gezielt untersucht und identifiziert. Für reale Einzugsgebiete wird die nötige Modellkomplexität mit geeigneten Kriterien in Abhängigkeit von verfügbaren Informationen und Daten bestimmt. Dabei kann die Modellkomplexität schrittweise bis hin zu hoch-parametrisierten Modellen angepasst werden, um gezielt und unter Berücksichtigung der vorhandenen Rechenkapazitäten Aussagen treffen zu können. Damit können zukünftige Anforderungen in Hinblick auf die Erkundung und Charakterisierung von Karstgebieten identifiziert werden. Ebenso wird das Wassermanagement in Karstsystemen unterstützt.

Mittlere Wärmeleitfähigkeiten des Untergrundes für den Tiefenbereich 0-50m

Für die Erstellung der Potentialkarte wurden die Schichtenverzeichnisse von insgesamt 28742 Bohrungen verwendet. Den einzelnen Schichten wurden die oben genannten Wärmeleitfähigkeitswerte für die wassergesättigte und trockene bzw. teilgesättigte Zone unter Berücksichtigung des Grundwasserflurabstandes zugeordnet. Mit Hilfe rechnerischer Verfahren wurden die effektiven Wärmeleitfähigkeitswerte für die Tiefenabschnitte 0m - 50m und 0m - 100m gewichtet ermittelt und zwischen den Bohrungen interpoliert. Die Darstellung der Wärmeleitfähigkeiten erfolgt daher auf zwei Karten. Die verwendeten Werte der Wärmeleitfähigkeiten wurden konservativ angesetzt, um die Gefahr einer Unterdimensionierung von Erdwärmesonden zu vermeiden. Zusätzliche Effekte z.B. durch Grundwasserströmung wurden nicht berücksichtigt. Daher können die aus Geothermal Response Tests abgeleiteten Werte zur Wärmeleitfähigkeit höher liegen.

Mittlere Wärmeleitfähigkeiten des Untergrundes für den Tiefenbereich 0-100m

Für die Erstellung der Potentialkarte wurden die Schichtenverzeichnisse von insgesamt 28742 Bohrungen verwendet. Den einzelnen Schichten wurden die oben genannten Wärmeleitfähigkeitswerte für die wassergesättigte und trockene bzw. teilgesättigte Zone unter Berücksichtigung des Grundwasserflurabstandes zugeordnet. Mit Hilfe rechnerischer Verfahren wurden die effektiven Wärmeleitfähigkeitswerte für die Tiefenabschnitte 0m - 50m und 0m - 100m gewichtet ermittelt und zwischen den Bohrungen interpoliert. Die Darstellung der Wärmeleitfähigkeiten erfolgt daher auf zwei Karten. Die verwendeten Werte der Wärmeleitfähigkeiten wurden konservativ angesetzt, um die Gefahr einer Unterdimensionierung von Erdwärmesonden zu vermeiden. Zusätzliche Effekte z.B. durch Grundwasserströmung wurden nicht berücksichtigt. Daher können die aus Geothermal Response Tests abgeleiteten Werte zur Wärmeleitfähigkeit höher liegen.

WMS - Grundwasserstände und Quellschüttungen

Bei der Darstellung der Messstellen mit aktuellen Messwerten wird unterschieden zwischen Trend (letzter Wert im Vergleich zum Vorwochenwert) und letzter Wasserstand bzw. prozentuale Quellschüttung im Vergleich zum langjährigen Monatsmittelwert. Die Trenddarstellung erfolgt nur dann, wenn der letzte Messwert nicht älter als 8 Tage und der vorletzte Wert nicht älter als 15 Tage ist, die Darstellung im Vergleich zum langj. Monatsmittelwert, wenn mehr als 10 vollständige Abflussjahre vorliegen.

Gewässertyp des Jahres (Applikation)

Der Gewässertyp des Jahres - Eine Aktion des Umweltbundesamtes. Grundlage für die Auswahl ist die nach der Wasserrahmenrichtlinie vorgenommene Einteilung der Gewässer in Typen. Aktuell werden in Deutschland 25 Fließgewässertypen, 14 Seentypen und 11 Typen für Küsten- und ⁠Übergangsgewässer⁠ unterschieden. Über die Gewässer des „Typs des Jahres“ erfahren Sie, welche besonderen Eigenschaften sie haben, wie sie überwiegend genutzt werden und wodurch sie besonders gefährdet sind. Gewässertypen des Jahres: 2011 - Typ 5: Grobmaterialreiche, silikatische Mittelgebirgsbäche; 2012 - Typ 15: Sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse und Typ 15_g: Große sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse; 2013 - Typ 3: Fließgewässer der Jungmoräne des Alpenvorlandes (Bäche der Jungmoräne des Alpenvorlandes (3.1); kleine Flüsse der Jungmoräne des Alpenvorlandes (3.2)); 2014 - Typ 13: Kalkreicher, geschichteter Tieflandsee mit relativ kleinem Einzugsgebiet (2 - 123 km²); 2015 - Typ N2: Salzreiches (Euhalines) Wattenmeer; 2016 - Typ 10: Kiesgeprägter Strom; 2017 - Typ 8: Talsperren; 2018 - Typ 14: Sandiger Tieflandbach; 2019 - Typ T1: Großes Ästuar; 2020 - Typ 7: Steiniger, kalkreicher Mittelgebirgsbach; 2021 - Typ 4: Alpensee; 2022 - Grundwasser; 2023 - Typ 9/9.1/Subtyp 9.1_K: Mittelgebirgsfluss; 2024 - Typ B3: Flaches Küstengewässer der Ostsee; 2025 - Typ 16: Kiesgeprägte Tieflandbäche; 2026 - Kleingewässer Der Gewässertyp des Jahres - Eine Aktion des Umweltbundesamtes<br><br> Grundlage für die Auswahl ist die nach der Wasserrahmenrichtlinie vorgenommene Einteilung der Gewässer in Typen. Aktuell werden in Deutschland 25 Fließgewässertypen, 14 Seentypen und 11 Typen für Küsten- und ⁠Übergangsgewässer⁠ unterschieden. Über die Gewässer des „Typs des Jahres“ erfahren Sie, welche besonderen Eigenschaften sie haben, wie sie überwiegend genutzt werden und wodurch sie besonders gefährdet sind. <br><br>Gewässertypen des Jahres: <br>2011 - Typ 5: Grobmaterialreiche, silikatische Mittelgebirgsbäche; <br>2012 - Typ 15: Sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse und Typ 15_g: Große sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse; <br>2013 - Typ 3: Fließgewässer der Jungmoräne des Alpenvorlandes (Bäche der Jungmoräne des Alpenvorlandes (3.1); kleine Flüsse der Jungmoräne des Alpenvorlandes (3.2)); <br>2014 - Typ 13: Kalkreicher, geschichteter Tieflandsee mit relativ kleinem Einzugsgebiet (2 - 123 km²); <br>2015 - Typ N2: Salzreiches (Euhalines) Wattenmeer; <br>2016 - Typ 10: Kiesgeprägter Strom; <br>2017 - Typ 8: Talsperren; <br>2018 - Typ 14: Sandiger Tieflandbach; <br>2019 - Typ T1: Großes Ästuar; <br>2020 - Typ 7: Steiniger, kalkreicher Mittelgebirgsbach; <br>2021 - Typ 4: Alpensee

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