Hydrologische Interaktion zwischen Grundwasser und Oberflächengewässer

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1 Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz Hydrologische Interaktion zwischen Grundwasser und Oberflächengewässer Prof. Dr.-Ing. Joseph Hölscher Dipl.-Ing. (FH) Thomas Ott, M.Eng.

2 Gliederung 1. Problemstellung 2. Methodendiskussion 3. Arbeitskonzept 4. Ergebnisse 5. Fazit

3 1. Problemstellung Ziel der EG-WRRL Anthropogene mengenmäßige Veränderungen in Grundwasserkörpern nicht tolerierbar, wenn, ökologische Qualitätsziele in den mit dem GWK in Verbindung stehenden OG beeinträchtigt sind signifikanten Verringerung der Qualität der OG feststellbar sind Gw-abhängige Landökosystemen signifikant gefährdet werden Umsetzung in der Grundwasserverordnung (GrwV): Bestandsaufnahme für Oberflächengewässer und Landökosysteme, die mit dem GWK in hydraulischer Verbindung stehen. Abschätzung der Grundwasserfließrichtung und der Wasseraustauschrate zwischen GWK und den in hydraulischer Verbindung stehenden Oberflächengewässer

4 Effluente Verhältnisse: (aus GW in OG) Stoffeinträge aus GW in OG (diffuse Belastungen)

5 Influente Verhältnisse: (aus OG in GW) Basisabfluss vermindert (MNQ, NNQ, Trockenfallen, ökologischer Zustand) Stoffeinträge in GW (v. a. bei Hochwasser) Kolmation GW-Absenkung GW-Absenkung MNQ, NNQ Trockenfallen Ökologischer Zustand GW-abhängige LÖS

6 Verfügbare Datenbasis Grundwasser Grundwassergleichenpläne z.b. 1: oder HÜK 200 Grundwasserstandsdaten GÜN GW-Standsdaten (Dritter) DGM (GW-Modell-Daten) GW-Entnahmen (WBE) Bodenübersichtskarten LBEG Geologische Übersichtskarte Fließgewässer Pegeldaten (W + Q) Abflussmessungen (Q, W, Sohle) Hydraul. Modell-Daten (Ü-Geb.) Gewässersohle, W, HQ, Gewässerprofile Hydrolog. Modell-Daten (Q) DGM Gewässertypen-Karte Kataster Querbauwerke

7 Methoden: Qualitative Abschätzung Grundwasser Gefährdete GWK (Menge) GW-Standsdaten (Trendanalyse) Grundwassergleichenplan 1: (GW-Fließrichtung) Fließgewässer Expert-Judgement Pegeldaten (NW-Statistik) Abflussmessungen (NQ, MNQ) Vergleich mit Nachbar-Pegeln GW-Flurabstände Grundwasserentnahmen (WBE)

8 Quantitative Ermittlung von Austauschraten Grundwasser Grundwassermodelle Fließgewässer Abflussdifferenzmessung Hydrolog. Analyse benachbarter Pegel Ermittlung Basis-Abflüsse Hydrologische Modelle (Panta Rhei) Gekoppelte Ansätze Sickerwasserraten nach Darcy unter Gewässersohle Gekoppelte Modellansätze (Hydrologie und Grundwasser)

9 Bewertung: Qualitative Abschätzung Grundwasser/Fließgewässer Auswertung hydrolog. Daten (GW + OW) Vergl. Trendanalysen (GW-Stand mit NW) Verschnitt GW-Gleichenplan und hydraul. Modelldaten Vergleich GW-Flurabstände und Gewässerprofile Expert-Judgement (GW-Entnahmen und Trockenfallen von OG) Daten Aufwand Aussage ++ o o o o o -- o

10 Bewertung: Austauschraten (Quantitativ) Grundwassermodelle Abflussdifferenz-Messung Pegeldaten-Analyse und Basis-Abfluss Hydrologische Modelle Sickerwasserraten nach Darcy unter Gewässersohle Gekoppelte Modellansätze (Hydrologie und Grundwasser) Daten Aufwand Aussage --/++ -/ o o

11 3. Arbeitskonzept

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14 Arbeitsschritte: 1. Effluenz oder Influenz? HÜK 200 (5 m - Isohypsen und GW-Fließrichtungen) Gewässerkundliche Erkenntnisse - Expert-Judgement ( E.-J.) 2. Grundwassertrends (Grimm-Strele Verfahren) 3. NW-Statistik der Fliessgewässer-Abflüsse Pegel-Statistik Ursachenermittlung bei fallenden Trends (GW-Entnahmen, N,?) Zielverfehlung zu besorgen? 4. Austauschraten ermitteln und bewerten Nur wenn GW-Entnahmen für Mengenproblem ursächlich 5. Maßnahmen-Programm

15 Klärung der Gebietskulissen Welche Möglichkeiten zur Ermittlung der Gebietskulisse stehen zur Verfügung? Trend in den Grundwasserganglinien Ermittlung von Grundwassermessstellen mit fallendem / stark fallendem Trend Hinweise in der Pegelstatistik Ermittlung von Trends bei MNQ über einen vergleichbaren Zeitraum negative Differenzen bei Abflussmessungen zwischen zwei aufeinander folgenden Pegeln im selben Gewässer Expert-Judgement Hinweise auf trockenfallende Bäche welche nicht durch Pegeldaten erfasst werden

16 Ursachenermittlung Welche Gründe können für diese Trends in Betracht kommen? Wasserentnahmerechte In welchem Umfang liegen im entsprechendem Gebiet Entnahmerechte und wenn möglich tatsächliche Entnahmemengen vor? Niederschlagsdaten Ermittlung von Trends in den Daten der vorhandenen Niederschlagsstationen Temperatur und Verdunstung Wie haben sich im Beobachtungszeitraum die Temperatur und Verdunstungsrate geändert?

17 Ermittlung / Bilanzierung der Austauschraten Methode Datengrundlage Aufwand Aussage Grundwassermodell --/++ -/++ ++ gekoppelte Modelle Pegeldatenanalyse --/++ --/o -/+ Abflusssdifferenzmessung Pegeldaten-Analyse: Vorteil: gute Datengrundlage in Gebieten wo Pegel vorhanden sind Nachteil: mittelmäßige Aussagekraft, keine Informationen in Gebieten ohne Pegel Abflussdifferenzmessung: Vorteil: gute Datengrundlage bzw. Beschaffung der Daten und hohe Aussagekraft

18 Ergebnisse Grundwasserganglinien ( ) Pegelstatistik ( )

19 Niederschlagsdaten

20 Fazit Anspruchsvolle neue Aufgabe Integrierte Bewertung Erfordert Anwendung neuer Methoden in der Hydrologie Pegelmessnetz Geringe Netzdichte insbesondere in kleinen Einzugsgebieten Verkrautungsproblem besonders im Niedrigwasserfall Grundwassermessstellen Datenbasis im Festgestein Lage der Messstellen zu den Gewässern Wasserentnahmen Wenig bis keine Informationen über tatsächliche Entnahmemengen Gemeingebrauch an Fließgewässern

21 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.