Ein Wasserwerk ist eine Anlage zur Aufbereitung und Bereitstellung von Trinkwasser. Wesentliche Bestandteile sind unter anderem Filter, Pumpen und oft auch ein Wasserspeicher bzw. Wasserbehälter. Dazu kommen Hochbehälter, Armaturen und Schalträume, wo die Verteilung des Trinkwassers in das Leitungsnetz gesteuert und überwacht wird. In größeren Wasserwerken werden auch Laboratorien betrieben, die die chemische und biologische Zusammensetzung des Wassers kontrollieren. Erfolgt die Wasserversorgung aus dem Grundwasser, befindet sich das Wasserwerk meist direkt bei den Brunnen. Das Gelände ist meist als Zone I eines Trinkwasserschutzgebietes ausgewiesen. Auch Grundwasseranreicherungsanlagen, welche zusätzliches Fließwasser aus Flüssen oder Bächen in das Grundwasser einbringen (Uferfiltration), sind häufig Bestandteil eines solchen Wasserwerks.
Zielsetzung: Uferfiltration ist eine gängige Methode zur Trinkwassergewinnung bei begrenztem natürlichen Grundwasserangebot und wird in vielen Regionen Deutschlands mit großen Oberflächengewässern, wie z.B. in Berlin, Düsseldorf und Hamburg eingesetzt. Rohwasser, das durch Uferfiltration gewonnen wird, ist gefährdet durch den Eintrag von Schadstoffen aus Oberflächengewässern. Schadstoffe können neben organischen Verbindungen und Schwermetallen auch Krankheitserreger, wie Viren und Bakterien, sein. Die deutsche Trinkwasserverordnung (TrinkwV) beinhaltet aktuell nur Grenzwerte für bestimmte Indikatorbakterien, wie Escherichia coli und Enterokokken. Im aktuell gesetzlich festgelegten Messprogramm für die Trinkwasserqualität sind humanpathogene Viren kein Bestandteil. Die im Jahr 2021 in Kraft getretene neue EU-Trinkwasserrichtlinie (EU-TWR) sieht vor, somatische Coliphagen als Indikatorviren für Grundwasserverunreinigungen durch humanpathogene Viren zu nutzen, da die Detektion der somatischen Coliphagen deutlich einfacher ist als die der humanpathogenen Viren, wie z.B. Adenoviren. Dabei ist zu beachten, dass somatische Coliphagen keine Krankheitserreger für Menschen sind. Auf Grund des unterschiedlichen Transportverhaltens verschiedener Viren ist jedoch davon auszugehen, dass Indikatorviren und -bakterien nur beschränkt aussagekräftig für humanpathogene Viren sind. U.a. haben unsere Untersuchungen am Rhein und im Uferfiltrat des Wasserwerks Flehe gezeigt, dass die Existenz und das Abbaupotential somatischer Coliphagen nicht in direkter Korrelation zu humanpathogenen Viren, z.B. Adenoviren, stehen muss (Knabe et al., 2023). Verschiedene Faktoren können dazu führen, dass eine erhöhte Virenbelastung im Oberflächengewässer auftreten und eine Migration in das Rohwasser zur Folge haben kann. Zum einen können hydrologische Veränderungen als Folge des Klimawandels, z.B. häufigere Extremereignisse wie Trockenperioden und besonders Hochwasser (Blöschl et al., 2019), die natürliche Reinigungswirkung der Uferfiltration verringern. Zum anderen können Bevölkerungswachstum, Urbanisierung sowie Landnutzungsänderungen dazu führen, dass die Abwasserbelastung in Flüssen zunimmt (Wen et al., 2017). Die neue EU-Trinkwasserrichtline (EU-TWR) erfordert zusätzlich zur Einhaltung von Grenzwerten risikobasierte Ansätze für die ereignis-basierte Überwachung der Wasserqualität, wie bspw. das Water-Safety-Plan-Konzept (WSP) der WHO (World Health Organization). Der WSP sieht für einen Wasserversorger die Beschreibung des gesamten Trinkwasserversorgungsystems vor, einschließlich einer Erfassung aller möglichen Eintragsquellen von Gefährdungen für die Trinkwasserqualität. Eine Risikobewertung für jede einzelne Kombination von Gefährdung und Gefährdungsereignis in Form einer Risiko-Matrix nach Eintrittswahrscheinlichkeit und Schadensausmaß, liefert klare Monitoring- und Handlungsprioritäten zur Risikominimierung. Basierend auf der neuen EU-TWR werden Wasserversorger zeitnah vor dem Problem stehen, zum Teil komplexe Risikobewertungen durchführen zu müssen. Das bedeutet, dass eine Vielzahl an Gefährdungsereignissen im Hinblick auf die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Gefahrenquelle einzustufen ist. Ziel des Projektes ist es, Wasserwerksbetreibern eine wissenschaftlich fundierte Bewertung des Risikos und Transports humanpathogener Viren bei der Uferfiltration unter Berücksichtigung aktueller gesetzlicher Vorgaben (EU-TWR) und Empfehlungen der WHO zu ermöglichen. Dabei soll insbesondere der Einfluss von Extremwetterereignissen (Starkniederschläge, Hochwasserperioden, Niedrigwasser) und messtechnischen Unsicherheiten in der Risikobewertung berücksichtigt werden. (Text gekürzt)
Einige persistente und mobile organische Mikroschadstoffe (OMP) wurden kürzlich in aquatischen Umgebungen im Bereich von ng/L bis µg/L gefunden. Dies ist wahrscheinlich auf ihre bemerkenswert hohe Mobilität zurückzuführen, die zu einer starken Neigung zur Dispersion in Wasserressourcen führt und somit Herausforderungen bei der Sanierung darstellt. Die gesteigerten Nachweisraten dieser OMP resultieren aus den neuesten Fortschritten in quantitativen analytischen Methoden. Bewirtschaftete Grundwasseranreicherungssysteme (MAR), einschließlich Uferfiltration (BF) und künstliche Grundwasseranreicherung, werden seit über 150 Jahren erfolgreich in Europa sowie in anderen Teilen der Welt zur Trinkwasserversorgung eingesetzt. Zahlreiche aktuelle Studien haben die Schicksale (Persistenz und Biotransformation) verschiedener OMP in Laborversuchen zur Simulation von BF untersucht. Jedoch bleibt das Schicksal vieler nachgewiesener OMP in Oberflächengewässern und MAR-Systemen unbekannt, insbesondere unter realistischen und variablen klimatischen Bedingungen wie Temperaturschwankungen, UV-Strahlung und Niederschlag. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Wirksamkeit von MAR bei der Entfernung persistenter und mobiler OMP sowie die Anpassungsfähigkeit von MAR-Systemen an den Klimawandel zu untersuchen. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen des Klimawandels (einschließlich Temperaturschwankungen, Fluktuationen im Wasserfluss und Niederschlag/Abfluss) auf das Schicksal neu auftretender Schadstoffe sowohl in Oberflächengewässern als auch in BF-Systemen zu untersuchen. Die Studie wird den Einfluss von partikulärer organischer Materie, verschiedenen Wasserqualitätsparametern (wie Trübung, gelöste organische Substanz, Eisen, Mangan und Nitrat), hydraulischer Verweilzeit und Redox-Bedingungen auf die Entfernung von OMP untersuchen. Darüber hinaus wird auch die Entfernung von OMP durch Pflanzen untersucht werden. Chargen, Laborversuche, Versuche unter realistischen Bedingungen und Mesokosmenexperimente werden eingesetzt, um die Schicksale von OMP in BF zu bewerten. Darüber hinaus wird die Mobilität von OMP in Oberflächengewässern durch Mesokosmen-Teichexperimente bewertet. Die aus diesen Experimenten gesammelten Daten werden systematisch genutzt, um ein Vorhersagemodell mithilfe eines maschinellen Lernansatzes zu entwickeln und Einblicke in die Schicksale von OMP zu bieten.
Untersucht werden seit mehreren Jahren Bakterien, die komplexgebundene Fe(II)- und Fe-(III)-Verbindungen dadurch zur Ausfaellung bringen, das sie bei pH-Werten zwischen 6 und 7,5 den organischen Liganden verwerten. (Frueher als Gruppe der Siderocapsazeen zusammengefasst.) Umweltrelevant ist hierbei die Bildung der organischen Eisenkomplexe, z.B. bei der Uferfiltration oder nach Eindringen organisch belasteten Wassers in Grundwasserleiter. Vorliegende Eisenverbindungen werden dann mobilisiert und nach Zutritt von Sauerstoff in Zusammenwirken mit der Taetigkeit der genannten Bakterien wieder ausgefaellt.
Seit 1964 werden im Auftrag von Wasserwerken mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Uferfiltration im Rahmen von Trinkwasserversorgungsanlagen durchgefuehrt. Wird ein Uferfiltrat infolge zu grosser Belastung mit organischer Substanz anaerob, so entstehen mikrobiologische und chemische Produkte, die ihrerseits nach Mischung dieses Wassers mit sauerstoffhaltigen Hangwasser wiederum oxydiert werden und zur Massenvermehrung von Mikroorganismen fuehren.
Allgemeines In den Karten der Grundwassertemperatur 2024 wird für das Land Berlin die Temperaturverteilung im Untergrund für die Bezugshorizonte 20 m, 40 m, 60 m, 80 m und 100 m unter Geländeoberkante und die mittlere Temperatur für den Tiefenbereich von 20 bis 100 m unter Geländeoberkante dargestellt. Es muss beachtet werden, dass die Isothermenverläufe in Abhängigkeit von der vorhandenen Messstellendichte relativ große Unsicherheiten aufweisen können. Die oberflächennahen Bezugshorizonte (20 m und 40 m) sind durch die urbane Flächennutzung und Versiegelung an der Oberfläche stärker beeinflusst, weshalb die interpolierten Isothermenverläufe für diese Tiefenhorizonte unter Berücksichtigung der Flächennutzung manuell nachbearbeitet wurden. Die Kartenangaben zur Temperaturverteilung sollten immer dann verwendet werden, wenn für den Standort keine repräsentativen Temperaturmessungen vorliegen. Es ist zu beachten, dass die Ergebnisse einer Temperaturmessung immer nur exakt für das aufgenommene Tiefenprofil gelten. Je nach Variabilität der Standortcharakteristik können schon wenige 10er m weiter andere Bedingungen vorherrschen, die zu einer Temperaturänderung im Untergrund führen. Ohne Berücksichtigung der Faktoren kann dies bei einer Übertragung auch auf dicht benachbarte Standorte zu einer teilweise erheblichen Fehleinschätzung der Temperaturverhältnisse führen. Grundsätzlich ist aber anhand der aufgeführten Karten eine erste Abschätzung der Temperaturverhältnisse an einem Standort z. B. für die Nutzung von geothermischer Energie möglich. Es konnte ein erheblicher Einfluss auf das oberflächennahe Temperaturfeld durch die Uferfiltration im Bereich verschiedener Brunnengalerien der Berliner Wasserbetriebe festgestellt werden. Aufgrund der saisonalen Temperaturschwankungen von Oberflächengewässern sind vor allem Messstellen zwischen Förderbrunnen und Oberflächengewässern beeinflusst, weshalb Messpunkte in diesem Bereich nicht bei der Kartenerstellung berücksichtigt werden. Es ist zu beachten, dass aufgrund des Abstands der Messpunkte nicht alle räumlichen Strukturen an der Oberfläche und im Untergrund aufgelöst und deshalb in ihrer Wirkung auf die Temperaturverhältnisse berücksichtigt werden können. Messpunkte, welche kleinräumige und saisonale Temperaturanomalien darstellen, wurden daher größtenteils vor der Interpolation entfernt. Temperaturen 20 m unter Geländeoberkante Die Temperaturverteilung mit Messungen aus dem Jahr 2024 weist für den Bezugshorizont 20 m unter Geländeoberkante (Karte 2.14.1) teilweise deutliche Unterschiede zu der vorhergehenden Kartenausgabe von 2020 auf. Diese sind u. a. darauf zurückzuführen, dass wesentlich mehr Messstellen, vor allem im östlichen Stadtgebiet für die Ermittlung der Temperaturverteilung verwendet wurden. Generell ist weiterhin ein tendenzieller Temperaturanstieg vom Stadtrand hin zum Stadtzentrum zu beobachten. Im Vergleich zur Karte von 2020 fällt auf, dass keine Temperaturbereiche < 9,5 °C (hellblau) im Stadtgebiet mehr auftreten. Gleichzeitig sind die höchstgemessenen Temperaturen leicht angestiegen. Das Temperaturmaximum in 20 m Tiefe liegt bei 16 °C (Messstelle 6005). Der Temperaturverlauf im Nordosten zeigt einen kontinuierlichen Anstieg zum Stadtzentrum hin, während sich das übrige Stadtgebiet durch das Auftreten mehrerer kleinerer positiver und negativer Temperaturanomalien auszeichnet. Das stark bebaute und versiegelte Stadtzentrum wird 20 m unter Geländeoberkante (Karte 02.14.1) von einer 12,5 °C-Isolinie eingeschlossen. Die im Stadtzentrum zu beobachtende Wärmeinsel mit Temperaturen von mehr als 12,5 °C wird z. B. durch den Großen Tiergarten, eine große Grünfläche im Innenstadtbereich, durchbrochen. Innerhalb dieser Wärmeinsel sind Temperaturanomalien mit Temperaturen von mehr als 15,0 °C zu beobachten. Außerhalb des Stadtzentrums korrelieren positive Temperaturanomalien ebenfalls mit hoch versiegelten Bereichen wie Nebenzentren und Industriegebieten. Unterhalb der ausgedehnten Waldgebiete im südöstlichen, nördlichen und nordwestlichen Stadtrandbereich sowie im Bereich des Grunewalds sind die Temperaturen geringer als 10,5 °C. Es sind einige Temperaturanomalien im Stadtgebiet mit weniger als 11,5 °C, wie z. B. der Britzer Garten, das Tempelhofer Feld oder die Jungfernheide zu beobachten. Diese Flächen weisen einen hohen Vegetationsanteil auf. Generell ergeben sich im dicht besiedelten Innenstadtbereich gegenüber dem Umland Temperaturerhöhungen im Grundwasser von mehr als 7 °C. Temperaturen 40 m, 60 m, 80 m und 100 m unter Geländeoberkante Die weiteren Karten (Karten 02.14.3 – 02.14.6) zeigen die Grundwassertemperaturverteilung für die Bezugshorizonte 40 m, 60 m, 80 m und 100 m unter Geländeoberkante im Land Berlin. In diesen Tiefen ist eine Beeinflussung durch die täglichen und saisonalen Temperaturschwankungen ausgeschlossen. Es können sich jedoch langfristig anhaltende verursachte Temperaturänderungen, die z. B. durch eine veränderte bauliche Entwicklung oder klimatische Veränderungen verursacht werden, bemerkbar machen. Solche Temperaturanomalien sind insbesondere im Innenstadtbereich im Bezirk Mitte, aber auch an der südlichen Stadtgrenze in Berlin Lichterfelde am Teltowkanal mit einer langen baulichen bzw. intensiven industriellen Nutzung zu vermuten, wobei eine Überlagerung mit der natürlichen Erwärmung auf Grund des terrestrischen Wärmestroms nahe liegt. Andere Temperaturanomalien wie z. B. im Südwesten von Berlin an der Grenze zu Potsdam, im nördlichen Grunewald im Bereich des Erdgasspeichers und in Lübars an der nördlichen Grenze von Berlin sind wahrscheinlich mit geologischen Strukturen im tieferen Untergrund verknüpft. Bei den benannten Temperaturanomalien ist ein Zusammenhang mit den im Großraum Berlin bekannten Salzkissenstrukturen im tiefen Untergrund anzunehmen ist. Die dargestellten Temperaturverteilungen im tieferen Untergrund mit mehr als 80 m unter Geländeoberkante z. B. in den Ortsteilen Lichtenberg, Marzahn und Hellersdorf im Osten von Berlin sind aufgrund der geringen Anzahl an Messwerten mit relativ großen Unsicherheiten behaftet. Durchschnittstemperatur 20 m bis 100 m unter Geländeoberkante In Ergänzung zu den Karten für die Grundwassertemperaturverteilung für die unterschiedlichen Bezugshorizonte ist zusätzlich eine Karte für die Durchschnittstemperatur in dem Tiefenbereich 20 m bis 100 m erstellt worden. Die Karte dient u. a. als Planungsgrundlage für die Auslegung von geothermischen Anlagen. Die Karte zeigt, dass insbesondere der stark bebaute Innenstadtbereich Durchschnittstemperaturen von mehr als 11,5 °C aufweist. In den Außenbezirken liegen die Durchschnittstemperaturen zwischen 10,5 – 11,5 °C bzw. in den unbebauten Randbereichen bei ca. 9,5 – 10,5 °C. Im Zusammenhang mit dieser Karte wird darauf hingewiesen, dass aufgrund der lokalklimatischen Verhältnisse und der vorhandenen Messstellendichte die ausgewiesenen Durchschnittstemperaturen kleinräumig abweichen können. So ist in Gebieten mit hohen Grünflächenanteilen eine niedrigere Durchschnittstemperatur möglich, in Gebieten mit einer hohen Oberflächenversiegelung können gegebenenfalls höhere Durchschnittstemperaturen auftreten. Fazit Zusammenfassend ist festzustellen, dass im dicht besiedelten Innenstadtbereich gegenüber dem unbebauten Randbereichen im Grundwasser lokale Temperaturunterschiede von mehr als 7 °C auftreten. Die Karte in Abbildung 14 zeigt die Temperaturdifferenzen zwischen den Messungen von 2020 und 2024. Abgesehen von einigen negativen Ausreißern (lokale Einflüsse der Oberflächengewässer, bauliche Veränderungen an Messstellen oder der direkten Umgebung) ist flächendeckend eine Temperaturzunahme zu erkennen. In der Innenstadt zeigen sich die größten positiven Temperaturdifferenzen, während zum Stadtrand hin die Veränderungen geringer ausfallen bzw. für den Zeitraum keine Veränderungen auftreten. Allgemein zeigt sich ein direkter Zusammenhang zwischen der oberflächennahen Grundwassertemperaturverteilung und der Versiegelung im Land Berlin. Der Einfluss von Industrieansiedlungen, größeren Baukörpern, Abwärmeproduzenten, Oberflächenversiegelung, und erwärmten Oberflächengewässern findet sich deutlich in den Temperaturverteilungen im Grundwasser wieder. Die genannten anthropogenen Faktoren haben einen wesentlichen Einfluss auf die zunehmende Veränderung des Temperaturfeldes im Untergrund. Ebenso kann gezeigt werden, dass Grünflächen negative Temperaturanomalien (geringere Temperaturen) im Untergrund verursachen und folglich zu einer Abkühlung des Untergrundes beitragen bzw. einer weiteren Erwärmung entgegenwirken. Um die zukünftige Erwärmung des Grundwassers zu verlangsamen, sind Maßnahmen zur Verringerung der Versiegelung in die Stadtplanung zu integrieren (Böttcher & Zosseder 2022). Es ist wichtig, dass offene Flächen erhalten bleiben und stark versiegelte Flächen zunehmend entsiegelt werden. Die Umsetzung von Konzepten wie der Schwammstadt Berlin können dazu beitragen, die Erwärmung im Untergrund und die Ausbildung von Urban Heat Islands zu verringern. Die Temperatur als abiotischer Parameter hat weitreichende Auswirkungen auf den Lebensraum Grundwasser, deren Ausmaß derzeit noch nicht vollständig abgeschätzt werden kann. Erhöhte Temperaturen im Grundwasser wirken vor allem indirekt auf den Lebensraum, indem sie die Sauerstofflöslichkeit und mikrobielle Aktivität beeinflussen (Scheytt 2025). Das Ziel für eine nachhaltige Nutzung der Ressource Grundwasser sollte vor allem den Grundwasserschutz und die vielfältigen urbanen Nutzungsformen im Untergrund vereinen.
Die im Jahr 2024 durchgeführten Temperaturmessungen im Grundwasser des Landes Berlin zeigen eine Erhöhung der Untergrundtemperaturen im zentralen Innenstadtbereich um bis zu 7 Grad Celsius gegenüber den Randbereichen. Des Weiteren zeigen die Messungen, dass die positiven Temperaturanomalien sich im Vergleich zu den vorherigen Messkampagnen seitlich und in die Tiefe ausdehnen. In der vorliegenden Veröffentlichung werden die Begriffe Grundwassertemperatur und Untergrundtemperatur synonym verwendet, da im gesättigten Bereich von einem thermischen Gleichgewicht zwischen Untergrund und Grundwasser ausgegangen wird. In städtischen Bereichen wird das Grundwasser durch verschiedene menschliche Aktivitäten erwärmt. Abwärme von Gebäuden, Industrieanlagen, Verkehrsinfrastrukturen und unterirdischen Versorgungssystemen (Fernwärmeleitungen, Abwasserkanäle) können die Temperaturen im Grundwasser im Vergleich zu ländlichen Gebieten um mehrere Grad erhöhen. In Menberg et al. (2013) wurde die Ausbreitung von Temperaturanomalien und die Entstehung unterirdischer Wärmeinseln in verschiedenen deutschen Großstädten untersucht. Die Überlagerung zahlreicher Wärmequellen bewirkt langfristig eine flächenhafte Erwärmung, die oft standortspezifisch durch lokale Faktoren gesteuert wird. Die Ursachen für die Temperaturerhöhung sind vielfältig und stehen im direkten Zusammenhang mit der fortschreitenden baulichen Entwicklung, den vorhandenen Nutzungen an der Erdoberfläche und den Auswirkungen des Klimawandels. Es lassen sich direkte und indirekte Beeinflussungen der Grundwassertemperatur unterscheiden (siehe Abbildung 1): Unter einer direkten Beeinflussung der Grundwassertemperatur werden alle Wärmeeinträge in das Grundwasser durch das Abwasserkanalnetz, Fernwärmeleitungen, Stromtrassen und unterirdische Bauwerke wie Tunnel, U-Bahnschächte, Tiefgaragen etc. verstanden. Sie umfassen auch Wärmeeinträge, die mit der Grundwasserwärmenutzung und -speicherung in Verbindung stehen. Unter einer indirekten Beeinflussung der Grundwassertemperatur werden Prozesse im Zuge der Urbanisierung verstanden, die mit der Veränderung des Wärmehaushalts der bodennahen Atmosphäre entstehen. Nach Gross (1991) sind als wichtige Größen zu nennen: Die Störung des Wasserhaushalts durch einen hohen Versiegelungsgrad. Die Veränderung der thermischen Oberflächeneigenschaften wie Oberflächenwärmeleitung und -wärmekapazität durch Versiegelung und Ansammlung von Baukörpern. Die Änderung des Strahlungshaushalts durch Veränderungen in der Luftzusammensetzung. Die anthropogene Wärmeerzeugung. Die Stadt heizt sich langsam auf, speichert Wärme und gibt diese nur langsam wieder an die Umgebung ab, d. h., sie kann allgemein als ein riesiger Wärmespeicher betrachtet werden. Langfristig führt dieser Prozess zu einer Erhöhung des langjährigen Mittels der Lufttemperatur (vgl. Karte Langjähriges Mittel der Lufttemperatur 1981-2010, Karte 04.02 ). Von der langfristigen Erwärmung im urbanen Raum ist auch das oberflächennahe Grundwasser betroffen. Eine Temperaturerhöhung hat Auswirkungen auf die Grundwasserbeschaffenheit und auf die im Grundwasser ablaufenden Prozesse. Höhere Temperaturen führen zu einer stärkeren Sauerstoffzehrung durch eine erhöhte mikrobiologische Aktivität und verändern die Löslichkeit von Gasen und Mineralen (Scheytt 2025). Die Stadt Berlin bezieht ihren Bedarf an Trink- und Brauchwasser ausschließlich aus den lokalen Grundwasservorkommen, wobei die Uferfiltration den Großteil ausmacht. Dem Schutz des Grundwassers vor tiefgreifenden Veränderungen wie z. B. einer Temperaturerhöhung aber auch einer Temperaturerniedrigung ist daher eine große Bedeutung beizumessen – insbesondere vor dem Hintergrund einer zunehmenden geothermischen Nutzung und einer nachhaltigen Wasserwirtschaft. Durch erhöhte Untergrundtemperaturen wird auch die Verdunstungsrate erhöht und folglich die Grundwasserneubildung reduziert. Seit 1978 werden durch die Senatsverwaltung umfangreiche Temperaturmessungen in Grundwassermessstellen im Stadtgebiet durchgeführt, um langfristige Veränderungen der Untergrundtemperatur zu untersuchen. Neben den berlinweiten Messkampagnen in Grundwassermessstellen werden seit 2008 in speziell ausgebauten Temperaturmessstellen mehrfach im Jahr Temperaturtiefenprofile gemessen. Diese Temperaturmessstellen bestehen aus einem geringdimensionierten Vollrohr ohne Filteranbindung an das Grundwasser, so dass diese annähernd bis zur Geländeoberfläche mit Wasser befüllt werden können und eine Temperaturmessung auch im wasserungesättigten Untergrund ermöglichen. Die Erfassung der Temperatur in den oberen 20 Metern erfolgt seit 2021 in einigen Temperaturmessstellen mit Hilfe von Temperaturmessketten automatisiert. Die Temperatur wird an 20 Messknoten in unterschiedlichen Tiefen täglich erfasst. Diese zeitlich hochaufgelösten Messungen ermöglichen eine standortspezifische Betrachtung der oberflächennahen Temperaturen und saisonalen Wärmeeinträge in den Untergrund. In Grundwassermessstellen können (in Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser und Temperaturgefälle) Vertikalströmungen die Temperaturschichtung im Messstellenrohr stören, wodurch nicht alle Grundwassermessstellen für die Erfassung von Temperaturtiefenprofilen uneingeschränkt geeignet sind. Besonders in den oberen 20 Metern unter der Oberfläche, in denen jahreszeitlich bedingt die größten Temperaturschwankungen auftreten, kann es im Winter zu beeinträchtigten Messungen kommen, wenn kälteres Wasser wärmeres überlagert (Grundwasser 1987). Gleichzeitig können auffällige Temperaturprofilverläufe Hinweise auf bauliche Defekte (z.B. undichte Rohrverbindungen) einer Messstelle geben. Das vorliegende Kartenwerk der Grundwassertemperatur (2024) soll die Fortschreibung der vorliegenden Dokumentation zur zeitlichen Veränderung der Untergrundtemperatur im Land Berlin bilden, als Genehmigungsgrundlage für grundwassertemperaturverändernde Maßnahmen dienen und Eingangsdaten für die Planung und Auslegung von Anlagen zur Erdwärmenutzung zur Verfügung stellen. Zusätzlich kann es in Kombination mit anderen thematischen Karten wie z. B. der Grundwassergleichenkarte (Umweltatlas: Karte 02.12 ), der Karte für Bohrtiefen der oberflächennahen Geothermie (Geoportal: Bohrtiefen ) oder den geothermischen Potenzialkarten (Umweltatlas: Karte 02.18 ) zur Vorplanung einer energetischen Bewirtschaftung des Grundwassers herangezogen werden. Die Untergrundtemperatur stellt eine wichtige Größe für die Auslegung von Anlagen der oberflächennahen Geothermie dar. Untergrundtemperatur und Temperaturprofile Grundsätzlich unterliegen die Temperaturen an der Erdoberfläche und somit auch der Wärmeeintrag bzw. -austrag periodischen Schwankungen, entsprechend dem Verlauf der Jahreszeiten und dem Tag-Nacht-Zyklus. Die Sonneneinstrahlung beeinflusst die Temperatur an der Erdoberfläche stark und verursacht tägliche und saisonale Temperaturschwankungen im Untergrund. Diese Schwankungen werden jedoch mit zunehmender Tiefe immer mehr gedämpft (siehe Abbildung 2). Die minimalen und maximalen Temperaturen je Messtiefe gleichen sich mit zunehmender Messtiefe immer weiter an, so dass bei der Betrachtung kurzer Zeiträume (< 3 Jahre) in einer Tiefe von 20 m keine Temperaturveränderung mehr messbar sind. Die Eindringtiefe und die Geschwindigkeit, mit der Wärme transportiert wird, ist unter anderem abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes. In wassergesättigten Schichten ist die Wärmeleitfähigkeit größer als in ungesättigten Schichten. Folglich haben der Flurabstand (Abstand zwischen Geländeoberfläche und Grundwasseroberfläche) und die Mächtigkeit der ungesättigten Zone einen starken Einfluss auf den Wärmeeintrag in den Untergrund. Beim Wärmetransport im Untergrund kann zwischen konduktivem und konvektivem Wärmetransport unterschieden werden. Während beim konvektiven Wärmetransport die Wärme durch Materie wie z. B. Grund- und Sickerwasser erfolgt, wird beim konduktiven Wärmetransport Energie ohne Materialbewegung im Gestein weitergeleitet. Häufig liegt eine Mischung aus beiden Wärmetransportarten vor. Der Wärmeeintrag von der Oberfläche ist variabel und in oberflächennahen Schichten oft viel stärker als der geothermische Wärmefluss aus der Tiefe, der hier kontinuierlich und relativ schwach ist. Mit zunehmender Tiefe nimmt der Einfluss des geothermischen Wärmeflusses zu. Das langjährige Mittel der Lufttemperaturen 1981-2010 liegt in Berlin im Jahresmittel je nach Ort zwischen 9,3 °C und 10,4 °C (SenStadtWohn 2021, Umweltatlaskarte 04.02 ). Während die täglichen Schwankungen nur eine Tiefe von max. 1 m erreichen, können die jahreszeitlichen Schwankungen bis in eine Tiefe von 15 bis 20 Meter reichen (Abbildung 3, linke Grafik). Ab dieser Tiefe, in der jahreszeitliche Einflüsse nicht mehr zu registrieren sind, der sog. neutralen Zone, steigt die Temperatur in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit der Gesteine und der regionalen Wärmestromdichte in unbeeinflussten Gebieten an. Im Vergleich zu unbeeinflussten Temperaturprofilen ist der natürliche Temperaturgradient bei anthropogen überprägten Profilen erst in größeren Tiefen erkennbar. Beeinflusste Temperaturtiefenprofile zeigen eine charakteristische Abnahme der Temperatur mit zunehmender Tiefe bevor der natürliche Temperaturgradient den Temperaturverlauf erst viel tiefer umkehrt. In Abbildung 3 ist in der rechten Grafik eine Abnahme der Temperatur bis 70 m Tiefe zu erkennen. Darunter deutet sich der natürliche Temperaturanstieg durch den terrestrischen Wärmestrom an. Im Berliner Raum beträgt der durchschnittliche natürliche Temperaturgradient zwischen 50-100 m Tiefe ungefähr 2,5 – 3 °C / 100 m. Für eine detaillierte Auswertung der Gradienten sind die zu betrachtende Tiefe sowie geologische und hydrogeologische Daten zu berücksichtigen. Die Eindringtiefe der jahreszeitlichen Temperaturschwankungen und damit die Tiefenlage der neutralen Zone wird maßgeblich durch die geogenen Faktoren wie den Grundwasserflurabstand, die Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität der geologischen Schichten sowie die Grundwasserneubildung bestimmt. Zusätzlich kann eine Zunahme des Wärmeeintrags von der Oberfläche die Tiefenlage der neutralen Zone langfristig verschieben. In Berlin liegt die neutrale Zone in Abhängigkeit von den oben genannten Einflüssen in der Regel zwischen ca. 15 und 20 m unter Geländeoberkante (Henning & Limberg, 2012). Innerhalb eines Jahres ist keine Veränderung der Temperatur unterhalb von 15-20 m Tiefe in Temperaturmessstelle 70005 messbar (siehe Abbildung 4). Bei der Betrachtung eines längeren Zeitraums (2014 – 2024) ist erkennbar, dass die Temperaturprofile einen Temperaturanstieg zeigen, welcher mit zunehmender Tiefe geringer ausfällt. Dieser Trend der Temperaturzunahme ist in allen Temperaturmessstellen unterschiedlich stark ausgeprägt (vgl. Abbildung 4). Die Messstelle 70003 zeigt zwischen 2019 und 2021 auffällig erhöhte Durchschnittstemperaturen in 20 m Tiefe, welche aus einem unterkellerten Bauvorhaben neben der Messstelle resultierten. Die Messungen während der Bauphase zeigen erhöhte Wärmeeinträge, die sich mit der Zeit gedämpft im Untergrund verteilen. Im Jahr 2024 ist die durchschnittliche Temperatur in 20 m Tiefe wieder auf ein zu erwartendes Niveau gesunken. In Abhängigkeit vom jeweiligen Standort der Messstelle zeigen sich deutliche Unterschiede in den beobachteten Temperaturen sowie auch im Temperaturverlauf mit zunehmender Tiefe unter der Geländeoberkante. Im oberflächennahen Bereich (< 5 m Tiefe) treten die niedrigsten Untergrundtemperaturen in der Regel im Frühjahr (Februar bis Mai) und die höchsten im Herbst (September bis Oktober) auf. In Tabelle 1 sind für einige Temperaturmessstellen verschiedene Temperaturkennwerte gegenübergestellt, die aus Messungen im Beobachtungszeitraum Januar 2024 bis Dezember 2024 resultieren. 1 Umweltatlas: Stadtklimatische Zonen (2000): https://www.berlin.de/umweltatlas/klima/stadtklimatische-zonen/ Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, dass generell mit zunehmender Versiegelung eine Zunahme der Grundwassertemperaturen zu beobachten ist. Die niedrigsten Temperaturen in 3 m Tiefe werden im Februar und höchsten Temperaturen im September/Oktober gemessen. Die mittlere Temperatur in 20 m Tiefe zeigt auch einen Zusammenhang mit der stadtstrukturellen Lage bzw. dem Grad der Versiegelung, d.h. Temperatur der neutralen Zone ist standortabhängig. In Abbildung 5 sind die Messdaten einer Temperaturmesskette der Messstelle 70005 für den Messzeitraum Juli 2021 bis März 2026 dargestellt. Die saisonalen Temperatursignale an der Oberfläche werden zeitlich verzögert und gedämpft in den Untergrund geleitet, d.h. die hohen Lufttemperaturen im Sommer sind erst mehrere Monate später im Winter gedämpft im Untergrund messbar. Die Wärmetransportprozesse im Untergrund werden hauptsächlich durch den Wassergehalt, die Porosität und die Gesteinszusammensetzung beeinflusst. Wassergesättigte Schichten leiten Wärme besser als trockene, da Wasser die Wärmeleitfähigkeit stark erhöht (weniger Dämpfung). Für das Sommerhalbjahr (Mai-Oktober) sind die mittleren Niederschläge signifikant höher (SenStadtWohn 2021, Umweltatlaskarte 04.02 ), wodurch der Wärmetransport in den Untergrund begünstigt wird. Die Porosität kann ebenfalls einen starken Einfluss auf die thermischen Eigenschaften des Bodens haben, da viele mit Luft gefüllte Poren eine schlechte Wärmeleitung ergeben und viele mit Wasser gefüllte Poren eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit bedingen. Ebenso hat das Material des Korngerüsts einen Einfluss, z.B. besitzt Ton eine hohe Wärmekapazität und kann Wärme gut speichern, folglich wird das Temperatursignal dann stärker gedämpft. Die Auswertung verschiedener Grundwassermessstellen im Innenstadtbereich mit Daten aus den letzten Jahrzehnten zeigt, dass langfristig ein Anstieg der Grundwassertemperatur in größeren Tiefen zu verzeichnen ist. Die in der Grundwassermessstelle 7063 zwischen 1984 und 2024 durchgeführten Messungen in Abbildung 6 zeigen eine immer stärkere Abweichung der Temperaturtiefenprofile von dem ungestörten Temperaturverlauf, wobei die Abweichung mit der Tiefe abnimmt. Ein Vergleich mit dem angenommenen „ungestörten“ Temperaturverlauf zeigt bis in ca. 70 m Tiefe einen deutlichen Anstieg der Untergrundtemperatur. In 40 m Tiefe beträgt dieser Temperaturunterschied im Vergleich zur Messung Mai 1984 ca. 1 °C. Dieser beobachtete Temperaturanstieg ist auf eine Veränderung des Lokalklimas durch vermutlich eine Zunahme der Wohnbebauung zurückzuführen, die in den 1960 bis 1970er Jahren in unmittelbarer Nähe errichtet worden ist. Möglicherweise steht die Temperaturzunahme auch im Zusammenhang mit einem Rupeltonfenster und damit verbundenem Salzwasseraufstieg. Der „ungestörte“ Temperaturverlauf wurde aus dem Bohrprofil, der für den Standort angenommenen mittleren Wärmestromdichte und der ungestörten mittleren Oberflächenjahres¬temperatur theoretisch berechnet (Henning Energie- und Umweltberatung, 2010). Die Messungen von 2015, 2021 und 2024 zeigen einen fortschreitenden Temperaturanstieg. Dieser Temperaturanstieg ist bis in Tiefen von ca. 80 m sichtbar. Da im Umfeld der Messstelle in diesem Zeitraum keine signifikanten Veränderungen durch z. B. Bebauung/Flächenversiegelung bekannt sind, die eine Veränderung des Lokalklimas bewirken könnte, besteht in diesem Fall wahrscheinlich ein Zusammenhang mit den steigenden Lufttemperaturen in Folge des Klimawandels und einer Beeinflussung mit sich überlappenden Faktoren wie Versiegelung, Bebauung, Verkehr und Abwärmeeinträgen. Topographie und Hydrogeologie Das in nahezu Ost-West-Richtung verlaufende Warschau-Berliner Urstromtal trennt die Barnim-Hochfläche im Norden von der Teltow-Hochfläche und der Nauener Platte im Süden der Stadt (Abbildung 7). Die Geländehöhen des Urstromtales liegen bei 30 bis 40 m über NHN, während die Hochflächen durchschnittlich bei 40 bis 60 m über NHN liegen. Einzelne Höhen erheben sich bis über 100 m über den Meeresspiegel. Das Normalhöhennull (NHN) bezeichnet die Bezugsfläche für die Angabe von Höhen über dem Meeresspiegel in Deutschland. Im geologischen Untergrund von Berlin ist der Porenraum, der überwiegend sandig und kiesigen Sedimente der oberen 150 bis 200 m, vollständig bis nahe an die Geländeoberfläche mit Grundwasser erfüllt, das zur Trinkwasserversorgung der Stadt genutzt wird. Der Abstand zwischen Grundwasseroberfläche und Geländeoberkante (Grundwasserflurabstand) schwankt je nach morphologischen und geologischen Gegebenheiten zwischen 0 m und wenigen Metern im Urstromtal sowie 5 bis über 30 m auf den Hochflächen (vgl. Karte Flurabstand des Grundwassers, Karte 02.07 ). Die Grundwasserentnahmen zur Trink- und Brauchwassergewinnung führen zur Ausbildung von weit gespannten Absenktrichtern der Grundwasseroberfläche in den Wasserschutzgebieten, wodurch die natürlichen Grundwasserflurabstände und -fließgeschwindigkeiten erhöht sowie die natürlichen Grundwasserfließrichtungen verändert werden. Dadurch sind in den Bereichen, in denen Brunnengalerien in der Nähe von Flüssen und Seen Grundwasser fördern, influente Verhältnisse entstanden, d. h. das Oberflächenwasser infiltriert als Uferfiltrat in das Grundwasser. Das Oberflächenwasser wird durch erhöhte Lufttemperaturen im Sommer und vielfache Kühlwassereinleitungen von Heizkraftwerken ganzjährig erwärmt (wie z. B. im Bereich der Spree) und führt durch die Infiltration im Einzugsbereich des Oberflächengewässers zwangsläufig zu einer Erwärmung des Grundwassers. Flächennutzung, Versiegelung und klimatische Verhältnisse Das Land Berlin besitzt eine polyzentrale Besiedlungsstruktur, die durch das Vorhandensein zweier Hauptzentren, mehrerer kleinerer Stadtzentren sowie einem dichten Nebeneinander von Wohnen, Grünflächen, Gewerbe und Industrie charakterisiert ist. Größere Gewerbegebiete und Industrieansiedlungen liegen bevorzugt an den vom Stadtkern radial zum Stadtrand gerichteten Siedlungs- und Entwicklungsachsen sowie an kanalisierten Oberflächengewässern (siehe Abbildung 8). Vereinfacht lassen sich folgende Unterscheidungen treffen (SenStadt 2015, Umweltatlaskarte 06.01 ): Grün- und Freiflächen (34,6 %) Bebaute Flächen (inkl. Straßen) (59,3 %) Gewässer (6,1 %) Bei der Betrachtung der lokalklimatischen Verhältnisse in Berlin zeigt vor allem die baulich hochverdichtete Innenstadt tiefgreifende Temperaturveränderungen gegenüber den Randbereichen. So beträgt das langjährige Mittel der Lufttemperatur zwischen 1981 und 2010 (vgl. Karte Langjähriges Mittel der Lufttemperatur 1981 – 2010, Karte 04.02 ) beispielsweise am nordöstlichen Stadtrand in Buch 9,5 °C, im Innenstadtbereich wird dagegen ein langjähriges Mittel von bis zu 10,4 °C gemessen. Die Temperaturabweichungen auf globaler sowie lokaler Ebene für Berlin in Abbildung 9 zeigen, dass seit Beginn der 1980er Jahre ein deutlicher Anstieg der Lufttemperaturen im Vergleich zum langjährigen Mittel zu beobachten ist. Die globale Temperaturabweichung vom langjährigen Mittel beträgt im Jahr 1995 ca. 0,5 °C und im Jahr 2024 ca. 1,3 °C. Diese wachsenden Abweichungen sind auch lokal in Berlin an verschiedenen Klimastationen festzustellen und führen zu einer merklichen Störung des Temperaturgleichgewichts im oberflächennahen Untergrund. In Abbildung 10 sind verschiedene Temperaturentwicklungen in 12 bzw. 20 m Tiefe für den Zeitraum 1979 – 2024 dargestellt. Die in Potsdam ermittelte Bodentemperatur in 12 m Tiefe ist im Zeitraum zwischen 1984 und 2019 um ca. 1,4 °C gestiegen. Die Messungen der Bodentemperatur an der Säkulärstation Potsdam wurden im Jahr 2019 eingestellt. In der Grundwassermessstelle 7063 in Berlin Neukölln stieg im Betrachtungszeitraum von 1984 bis 2024 die Temperatur in 20 m Tiefe um 1,5 °C an. In der Messstelle 6007 in Berlin Gesundbrunnen ist ein ähnlicher Temperaturanstieg zu verzeichnen. Die Messstelle 6005 in Berlin Wedding zeigt einen erheblich stärkeren Anstieg der Temperatur mit 4,6 °C von 1979 bis 2024, welche auf veränderte Wärmeeinträge durch eine veränderte Flächennutzung in der Umgebung hindeutet. Die Grundwassermessstelle 6005 befindet sich am Becken des Nordhafens, weshalb auch thermische Einträge aus Oberflächengewässern eine Rolle spielen können.
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