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Umweltatlas Berlin

02.14 Grundwassertemperatur (Ausgabe 2014)

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Kartenbeschreibung

Temperaturprofile

Die Eindringtiefe der jahreszeitlichen Temperaturschwankungen und damit die Tiefenlage der neutralen Zone wird maßgeblich durch die geogenen Faktoren wie den Flurabstand, die thermische Leitfähigkeit und Wärmekapazität der Gesteine sowie die Grundwasserneubildung bestimmt. In Berlin liegt die neutrale Zone in Abhängigkeit von den oben genannten Verhältnissen in Tiefen zwischen ca. 15 und max. 25 m (Henning & Limberg 2012).

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Abb. 5: Jahreszeitliche Temperaturschwankungen des Untergrundes in der ungesättigten und gesättigten Bodenzone

In Abb. 5 ist für drei Spezial-Temperaturmessstellen in unterschiedlichen stadtklimatischen Zonen, die zeitliche Variation des Temperaturverlaufs in den ersten 40 m unter der Geländeoberkante im grundwasserungesättigten und -gesättigten Untergrund dargestellt. Der Grundwasserflurabstand beträgt in Abhängigkeit von der geomorphologischen Lage zwischen 5 und 10 m.

In Abhängigkeit vom jeweiligen Standort der Messstelle zeigen sich deutliche Unterschiede in den beobachteten Temperaturen sowie auch im Temperaturverlauf mit zunehmender Tiefe unterhalb der neutralen Zone zwischen ca. 10 und ca. 15 m 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 der Tabelle 1 sind für die oben dargestellten Messstellen in einer tabellarischen Übersicht die Temperaturkennwerte gegenübergestellt, die aus Messungen im Beobachtungszeitraum zwischen Februar 2008 bis März 2010 resultieren (Henning & Limberg 2012).

Tab. 1: Gegenüberstellung ausgewählter Temperaturkennwerte in unterschiedlichen Besiedlungsbereichen
Standort Stadtstrukturelle Lage Stadtklimatische Zone min. Temp. in 3 m Tiefe max. Temp. in 3 m Tiefe mittl. Temperatur
45160 Stadtrand; Grün- und Freiflächen / Wald, weniger als 10 % Versiegelung "sehr geringe" Veränderungen 5,4 °C 11,5 °C 8,4 °C
45166 Wohnbebauung, ca. 50 % Versiegelung "geringe" bis "mäßige" Veränderungen 6,4 °C 13,1 °C 9,4 °C
30267 Innenstadt, dichte Wohnbebauung, mehr als 60 % Versiegelung "hohe" Veränderungen 7,4 °C 15,9 °C 11,3 °C
Tab. 1: Gegenüberstellung ausgewählter Temperaturkennwerte in unterschiedlichen Besiedlungsbereichen

Aus Tabelle 1 ist zu ersehen, dass generell mit zunehmender Besiedlungsdichte, ausgedrückt durch die stadtstrukturelle Lage, eine Zunahme der Grundwassertemperaturen (vgl. Abb. 5) zu beobachten ist.

Es lässt sich grob folgende Einteilung für die unterschiedlichen Besiedlungsbereiche vornehmen (Tab. 2):

Bereiche Temperatur in der neutralen Zone
Stadtrand; Grün- und Freiflächen / Wald < 9 °C
Wohnnutzung
(geringe bis mittlere Siedlungsdichte)
9 - 11 °C
Stadtzentren,
Gewerbe- und Industrienutzung
(Stadtzentren, hohe Siedlungsdichte)
> 11 °C
Tab. 2: Temperaturen in der neutralen Zone in Abhängigkeit von unterschiedlichen Besiedlungsdichten

Die Abbildung 6 zeigt ein Beispiel für den Temperaturverlauf mitten in einer dichten Industrieansiedlung mit mehreren großen Abwärmeproduzenten; zudem liegt in unmittelbarer Nähe ein Oberflächengewässer. Die höchsten Grundwassertemperaturen sind im Winter und die niedrigsten im Sommer zu beobachten. Da das Oberflächengewässer durch Kühlwassereinleitungen, insbesondere während der Wintermonate, stark erwärmt wird, erhöht sich durch infiltrierendes Oberflächenwasser auch die Grundwassertemperatur. Im Jahr 1991 war über das ganze Jahr in einer Tiefe zwischen 10 und 20 m unter Geländeoberkante eine Temperaturanomalie mit jahreszeitlichen Temperaturschwankungen von nur ca. 1 K zwischen 14,5 °C und 15,5 °C zu beobachten.

Abb. 6
Abb. 6: Jahreszeitliche Temperaturschwankungen des Grundwassers in der Messstelle 4110 in unmittelbarer Nähe zu einem ganzjährig erwärmten Oberflächengewässer

In der Abbildung 7 sind die Temperaturprofile von ausgewählten Messstellen im Bezirk Berlin Mitte in einem Gebiet von ca. 3 x 3 km Fläche dargestellt, die in den Jahren 2012 und 2013 gemessen worden sind. Die Abbildung zeigt eine deutliche Beeinflussung der Untergrundtemperatur bis in Tiefen von mehr als 100 m unter der Geländeoberfläche. Die gemessenen Temperaturen bewegen sich in einem Temperaturbereich zwischen 11 und 15 °C. Die Messstelle mit der stärksten Temperaturbeeinflussung liegt in der Nähe von einem Oberflächengewässer (hier: violette Linie in der Abbildung 7).

Abb. 7
Abb. 7: Temperaturprofile von ausgewählten Messstellen im Stadtzentrum von Berlin (Bezirk Berlin Mitte)

Die Auswertung von Langzeituntersuchungen an Messstellen im Innenstadtbereich zeigen nach Henning Energie- und Umweltberatung (2010), dass langfristig auch mit einer Beeinflussung der Grundwassertemperaturen in größeren Tiefen zu rechnen ist. Die Abbildung 8 kann dies beispielhaft an Temperaturprofilen verdeutlichen, die in einer Grundwassermessstelle zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen wurden.

Abb. 8
Abb. 8: Ergebnis einer Langzeittemperaturuntersuchung an der Messstelle 7063

Die gemessenen Temperaturprofile in den Jahren 1984 und 1993 zeigen für die neutrale Zone in ca. 18 m Tiefe und dem tieferen Untergrund (mehr als 20 m Tiefe) in etwa den gleichen Temperaturverlauf. Ein Vergleich mit dem angenommenen "ungestörten" Temperaturverlauf zeigt bis in rd. 70 m Tiefe einen deutlichen Anstieg der Untergrundtemperatur. In 40 m Tiefe beträgt dieser Temperaturunterschied noch rd. 0,5 K. Dieser bis Anfang der 1990er Jahre beobachtete Temperaturanstieg ist auf Veränderung des Lokalklimas zurückzuführen, die vermutlich auf eine größere Wohnbebauung zurückzuführen, die in den 1960 bis 1970er Jahren in unmittelbar Nähe errichtet worden ist. Der "ungestörte" Temperaturverlauf wurde aus dem Bohrprofil, der für den Standort angenommenen mittleren Wärmestromdichte und der ungestörten mittleren Oberflächenjahrestemperatur theoretisch berechnet.

Zwischen 1993 und 2010 ist ein weiterer Temperaturanstieg in der neutralen Zone um rd. 0,4 K zu beobachten. Dieser Temperaturanstieg macht sich bis in Tiefen von rd. 40 m bemerkbar.
Da im Umfeld der Messstelle in diesem Zeitraum keine signifikanten Veränderungen durch z. B. Bebauung zu beobachten waren, die eine Veränderung des Lokalklimas bewirken können, besteht in diesem Fall wahrscheinlich ein Zusammenhang mit den Auswirkungen der allgemeinen Klimaerwärmung.

Abb. 9
Abb. 9: Temperaturabweichung der Lufttemperatur und der Bodentemperatur in 12 m Tiefe an der Säkularstation Potsdam im Vergleich mit der Temperaturentwicklung auf der der nördlichen Halbkugel von 1920 bis 2004 bezogen auf den Referenzzeitraum 1961 bis 1990 (Henning & Limberg 2012)

Die Abbildung 9 zeigt, dass seit Beginn der 1980er Jahre im Land Berlin und in dessen Umland ebenso wie auf der gesamten nördlichen Erdhalbkugel ein deutlicher Anstieg der Lufttemperaturen zu beobachten ist. Dieser Temperaturanstieg von ca. 0,5 K führt zu einer merklichen Störung des Temperaturgleichgewichts im oberflächennahen Untergrund, der auch unterhalb der neutralen Zone bei zahlreichen Messstellen im Land Berlin zu beobachten ist. Ein Beispiel dafür ist in Abbildung 10 dargestellt.

Abb. 10
Abb. 10: Temperaturabweichung an der Säkularstation Potsdam für die Lufttemperatur in 2 m Höhe und die Bodentemperatur in 12 m Tiefe im Vergleich mit der Temperaturentwicklung auf der nördlichen Halbkugel. Die Temperaturabweichung wird auf den Temperaturmittelwert im internationalen Referenzzeitraum 1961 bis 1990 bezogen ("Nulllinie"), (Henning & Limberg 2012)

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