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Umweltatlas Berlin

02.05 Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers (Ausgabe 1993)

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Problemstellung

Das Grundwasser ist eine für den Menschen lebensnotwendige Ressource.

Der Bericht zur Situation und Entwicklung der Öffentlichen Trinkwasserversorgung des Landes Berlin und der Städte und Gemeinden des Landes Brandenburg im Umland von Berlin (AG Wasser 1991) zeigt eine relativ angespannte Situation der Ressource Grundwasser für Berlin auf. Das theoretisch maximal verfügbare Grundwasserdargebot für West-Berlin, das sich anteilig aus der natürlichen Grundwasserneubildung, aus Uferfiltrat und aus der künstlichen Grundwasseranreicherung zusammensetzt, wird schon jetzt vollständig genutzt. Die Differenz aus dem 1990 genutzten Dargebot und dem theoretisch maximal verfügbaren Dargebot (= erkundetes Grundwasserdargebot) für Ost-Berlin bildet daher allein die Grundwasserreserve, die Gesamt-Berlin aufgrund des prognostizierten größtmöglichen Einwohnerzuwachses bis zum Jahr 2010 auf 4 Mio. fast vollständig verbrauchen wird (vgl. Tab. 1).

Tabelle 1
Tab. 1: Grundwasserdargebot und -nutzung (AG Wasser 1991)

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

Das heißt, daß bei weiterer Kontamination von Grundwasser keine ausreichende Versorgung der Bevölkerung mit qualitativ gutem Trinkwasser mehr gewährleistet werden kann.

Deshalb sollte dem Schutz des Grundwassers größte Bedeutung beigemessen werden. Erste Voraussetzung dafür ist der Schutz des Bodens vor Kontaminationen, denn vor allem die löslichen Schadstoffe werden durch Versickerung des Niederschlagswassers in das Grundwasser weitergeleitet.

Einflußfaktoren der Empfindlichkeit

Die Bewertung der Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers ist von einer Reihe von Einflußfaktoren abhängig, wie z. B.:

geologisch-lithologischen - Aufbau der Versickerungszone
morphologischen - Oberflächenformen
geochemischen - Bindungsverhältnisse des Bodens
  - Zusammensetzung der Schadstoffe
physikalischen - Adhäsions- und Kohäsionskräfte im Boden
hydrogeologischen - ober- und unterirdischer Abfluß
  - Fließrichtung und -geschwindigkeit

Der erste Grundwasserleiter, der hier betrachtet wird, ist durch die über ihm liegenden geologischen Deckschichten in unterschiedlichem Maße vor eintretenden Schadstoffen geschützt (natürliche Schutzwirkung). Besonders bindige Böden sind in der Lage, eine gewisse Menge von Schadstoffen, z. B. durch Einbau von Metallen in die Schichtgitter der Tonminerale, zu absorbieren. Während von diesen im Boden komplex gebundenen Schadstoffen eine relativ geringe Gefährdung des Grundwassers ausgeht, können die nicht gebundenen Schadstoffe durch Versickerung in das Grundwasser gelangen.

Ein Schadstoffabbau im Boden kann durch mikrobiologische Prozesse erfolgen, ist jedoch stoffspezifisch sowie abhängig von Beschaffenheit, Temperatur und Sauerstoffgehalt des Bodens. Diese Selbstreinigung ist aber ebenso wie die Filterwirkung relativ unbedeutend. Daher stellt jede erfolgte Kontamination eine Gefahr vor allem für den ersten Grundwasserleiter dar. Sande und Kiese ohne bindigen Anteil binden auch nur sehr geringe Mengen an Schadstoffen und bieten darum dem Grundwasser kaum Schutz. Ein "gewisser" Schutz wird erst bei einer großen Mächtigkeit (>10 m) durch die Verlängerung der Sickerzeit angenommen.

Ausbreitung von Schadstoffen

Für die zeitliche und räumliche Ausbreitung der Schadstoffe bzw. des Grundwassers sind

  • der Oberflächenabfluß und seine Fließrichtung
  • die Sickergeschwindigkeit und
  • die horizontale Fließgeschwindigkeit im Grundwasserleiter von Bedeutung.

Ein Oberflächenabfluß setzt dann ein, wenn

  • die Versickerungszone aus bindigem Material wie Ton, Schluff und/oder Geschiebemergel besteht
  • die Erdoberfläche eine Hangneigung aufweist
  • ein die Versickerung übersteigendes Angebot an Niederschlagswasser vorhanden ist.

Schadstoffe, die auf bindigen Böden abgelagert werden, versickern zwar nicht so schnell, können aber durch Niederschlagswasser in Senken mit sandigem Untergrund transportiert werden und stellen in diesem Fall ebenso eine große Gefahr für den ersten Grundwasserleiter dar.

Ausbreitungsgeschwindigkeit

Die Sickergeschwindigkeit bzw. die meßbare Größe Sickerzeit ist eines der maßgeblichsten Kriterien für die Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers. Sie resultiert im wesentlichen aus dem geologischen Aufbau der über dem Grundwasser liegenden Deckschichten (Durchlässigkeitsbeiwert, Porosität) und ihren Mächtigkeiten (Fließ- bzw. Sickerweg). Mit der Zunahme des Anteils bindiger Bildungen ist eine Abnahme des Durchlässigkeitsbeiwertes und damit der Sickergeschwindigkeit verbunden. Größer werdende Flurabstände verlängern die Sickerzeit.

Der lithologische Aufbau des Grundwasserleiters und das Grundwasser-Fließgefälle bestimmen die horizontale Fließgeschwindigkeit und damit die räumliche und zeitliche Ausbreitung von Schadstoffen innerhalb eines Grundwasserleiters. Da ein Grundwasserleiter nicht homogen aufgebaut ist, sondern feinsandige mit grobsandigen oder auch schluffigen Partien wechseln können, muß ein resultierender horizontaler Durchlässigkeitsbeiwert zur Berechnung der Fließgeschwindigkeit herangezogen werden.

Ausbreitungsmodelle

Praktisch ist es sehr schwierig, alle wichtigen Einflußgrößen für die Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers in ein Modell einfließen zu lassen. Deshalb werden für die Erarbeitung von Modellen und Karten nur die wichtigsten morpho- und geologischen Größen verwendet, wobei die Einflüsse durch die physiko-chemischen Eigenschaften der Schadstoffe sowie deren Wechselwirkungen mit dem geologischen Umfeld (z. B. das geochemische Bindungsverhalten) keine Berücksichtigung finden.

Als die wichtigsten morpho- und geologischen Größen gelten:

  • ein Geländehöhenlinienmodell (in Form einer Höhenlinienkarte, insbesondere für die Bewertung von Richtung, Geschwindigkeit und Größe des Oberflächenabflusses)
  • ein Modell des geologischen Aufbaus und der Mächtigkeit der Deckschichten des ersten Grundwasserleiters (in Form einer differenzierten Karte der vertikalen Duchlässigkeitsbeiwerte)
  • ein Modell der Grundwasserdynamik (in Form einer Karte der Grundwasserströmungsrichtung und -geschwindigkeit).

Erste Ansätze zur Erstellung eines hydrogeologischen Modells für Berlin wurden in der Arbeitsgruppe Landesgeologie der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umweltschutz entwickelt.

Die detaillierte Bewertung der Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers auf der Grundlage der genannten geo- und morphologischen Faktoren war hier nicht möglich, da eine Reihe der benötigten Datengrundlagen fehlt bzw. in ihrer Genauigkeit nicht den Anforderungen entspricht.

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