Ermittlung der Verweilzeiten des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung. für Mecklenburg-Vorpommern

HYDOR Consult GmbH Hydrogeologische Planung und Beratung Ermittlung der Verweilzeiten des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung nach der DIN 19732 für Mecklenburg-Vorpommern Auftraggeber: Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie Mecklenburg-Vorpommern Goldberger Straße 12 18273 Güstrow Auftragnehmer: HYDOR Consult GmbH Am Borsigturm 40 13507 Berlin Bearbeitung: Dipl. Ing. Sarah Zeilfelder Dipl. Geol. Elzbieta Rejman-Rasinska Dr. Stephan Hannappel Berlin, 31.03.2011 Dr. rer. nat. S. Hannappel Geschäftsführer HYDOR Consult GmbH Das Beste aber ist das Wasser Sitz der Gesellschaft Telekommunikation Geschäftsführer Amtsgericht Bankverbindung PHÖNIX-Gründerzentrum Tel.: 030-4372 6730 Dr. Stephan Hannappel Berlin-Charlottenburg GLS Gemeinschaftsbank Am Borsigturm 40 Fax: 030-4372 6731 hannappel@hydor.de HRB 83961 BLZ 430 60 967 13507 Berlin Internet: www.hydor.de USt-IdNr.: DE220435515 St.-Nr. 27/419/05191 Kto.-Nr. 1101218900

Inhaltsverzeichnis 1 Veranlassung und Zielsetzung... 3 2 Methodik zur Ermittlung der Verweilzeiten nach der DIN 19732... 4 3 Methodisches Vorgehen und verwendete Daten... 7 3.1 Digitales Geländehöhenmodell DGM 25... 7 3.2 Oberirdische Fließ- und Standgewässer... 7 3.3 Grundwasserdruckflächen und Modifizierung der Gleichenlinien... 8 3.4 Daten der Hydrogeologischen Karte 1 : 50 000... 11 3.5 Bohrungsdaten des Landesbohrdatenspeichers... 13 3.6 Feldkapazitäten der Bodenzone... 15 3.7 Grundwasserneubildungsraten... 16 4 Ermittlung der Mächtigkeit der Grundwasserüberdeckung (Flurabstand)... 18 4.1 Flurabstände in Gebieten mit ungespanntem Grundwasser... 18 4.1.1 Datenbasis... 18 4.1.2 Modifizierung der Daten zum Grundwasseranschluss der oberirdischen Standgewässer... 19 4.1.3 Aggregierung der modifizierten Rasterpunkte mit ungespannten Grundwasserhöhendaten... 22 4.2 Flurabstände in Gebieten mit gespanntem Grundwasser... 23 4.2.1 Vorbereitung der schichtbezogenen Bohrungsdaten... 23 4.2.2 Ausweisung von Flurabständen mittels schichtbezogener Algorithmen... 24 4.2.3 Überprüfung und Modifizierung der zugeordneten Flurabstände... 25 4.2.4 Ergebnis der bohrungsbezogenen Zuordnung der gespannten Flurabstände... 27 4.3 Methodik zur Aggregierung der Datenbasis in gespannten und ungespannten Gebieten... 29 4.4 Regionalisierung der Bohrungen zu Rasterdaten der Flurabstände in gespannten Gebieten... 31 4.5 Ergebnis der Regionalisierung zu den landesweiten Flurabständen des Grundwassers... 36 5 Ermittlung der Feldkapazitäten der Grundwasserüberdeckung... 37 5.1 Komplettierung der Feldkapazitäten der Bodenzone... 37 5.2 Schichtweise Ermittlung der Feldkapazitäten der ungesättigten Zone unterhalb des Bodens.. 38 5.3 Bohrungsbezogene Aggregierung der Feldkapazitäten der ungesättigten Zone... 43 5.4 Regionalisierung der Datenbasis zu den Feldkapazitäten unterhalb des Bodens... 45 5.5 Ergebnis der Regionalisierung der Feldkapazitäten in der gesamten ungesättigten Zone... 46 6 Ermittlung der Verweilzeiten der Grundwasserüberdeckung... 47 6.1 Zuordnung der flächenhaften Grundwasserneubildungsraten an das Gitter... 47 6.2 Verknüpfung der Teilinformationen zu den Verweilzeiten der Grundwasserüberdeckung... 47 6.3 Regionale Übersicht zu den Verweilzeiten... 50 7 Résumé... 51 8 Literaturverzeichnis... 53 Verzeichnis des Anhangs (außer Anhang 3 Übersichtskarten im Maßstab 1 : 250 000): Anhang 1: Grundwassergleichen des oberen wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserleiters Anhang 2: Modellierter Flurabstand des oberen wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserleiters Anhang 3: Tabellarische Zuordnung von Schichten zu Feldkapazitätswerten Anhang 4: Modellierte summarische Feldkapazitäten in der gesamten ungesättigten Zone Anhang 5: Modellierte Verweilzeiten des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung Beilage: CD und dazugehörige Dokumentation der digital übergebenen Daten im shape-und Grid-Format 2

1 Veranlassung und Zielsetzung Ziel des Projektes ist es, die Verweilzeiten des Sickerwassers in der gesamten ungesättigten Zone digital zu berechnen. Diese Informationen werden als Input-Daten für die ebenfalls landesweit anschließend durchzuführende Modellierung des Stoffhaushaltes im System Boden - ungesättigte Zone - Grundwasser seitens des Forschungszentrum Jülich mit einer bereits in anderen Regionen Norddeutschlands erprobten Methode (Wendland et al. 2010) benötigt. Die Verweilzeiten des Sickerwassers werden auf der Grundlage einer einfachen Beziehung nach dem Algorithmus der DIN 19732 (1997, s. Kap. 2) im Sinne der intrinsischen Empfindlichkeit des Grundwassers berechnet. Unter diesem Begriff werden die ausschließlich auf die natürliche Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers bzw. die Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung bezogenen Eigenschaften verstanden. Im Gegensatz dazu steht die spezifische Empfindlichkeit, die im Sinne einer Gefährdungsabschätzung mögliche Auswirkungen menschlichen Handelns - z. B. den Eintrag von Schadstoffen an der Erdoberfläche - mit einbezieht. Diese spezifische Verschmutzungsempfindlichkeit ist immer im Hinblick auf eine bestimmte Nutzung bzw. einen von dieser Nutzung ausgehenden potenziellen Schadstoffeintrag in das Grundwasser zu betrachten. Dabei spielen nicht nur geologisch-hydrologische Randbedingungen, sondern auch das stoffspezifische Verhalten des zu betrachtenden Stoffes bzw. der Stoffgruppen und deren potenziell durch den Menschen freigesetzte Mengen eine Rolle. Die intrinsische Empfindlichkeit kann in Anlehnung an Hannappel & Voigt (1999) bzw. Voigt et al. (2003) als worst case scenario eines Schadstoffeintrages in die ungesättigte Zone, bei dem keine Wechselwirkungen des Schadstoffes mit den Medien stattfindet, betrachtet werden. Diese Empfindlichkeit kann auf der Grundlage der Verweilzeit des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung eingeschätzt werden. Die Methode zur Berechnung der Sickerwasserverweilzeiten bzw. der daraus ableitbaren Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung nach der DIN 19732 basiert ausschließlich auf Daten, die in den Beständen des LUNG vorhanden sind bzw. aus ihnen abgeleitet wurden. Große Bedeutung kommt dabei den Bohrungsdaten sowie den - aus ihnen und den Grundwassergleichen (HYDOR 2010) abzuleitenden - Flurabständen bei. Die Methode wurde bereits in anderen Regionen Norddeutschlands erfolgreich angewendet (Heinkele et al. 2001, BTU 2003, Jahnke et al. 2004, HYDOR 2005). Die resultierenden Verweilzeiten sind geeignet, die im eiszeitlich überprägten Untergrund stattfindenden Prozesse in z. T. sehr langen Zeiträumen darzustellen. Zugleich können sie als Grundlage für eine effektive Maßnahmenplanung zur Erreichung der Umweltziele der Wasserrahmen- (EG 2000), der Grundwasserrichtlinie (EG 2006) und der deutschen Grundwasserverordnung (GrwV 2010) herangezogen werden. Die hier dokumentierten Arbeiten beruhen inhaltlich auf der Leistungsbeschreibung des LUNG, dem Angebot der HYDOR Consult GmbH vom 31.08.2010 bzw. dem Nachtragsangebot vom 18.01.2011 sowie den dazu geschlossenen Verträgen mit dem LUNG. In Hannappel et al. (2011) sind die wichtigsten Ergebnisse der Fachöffentlichkeit zugänglich gemacht. 3

2 Methodik zur Ermittlung der Verweilzeiten nach der DIN 19732 In die Ermittlung der Verweilzeit des Sickerwassers in der gesamten Grundwasserüberdeckung inkl. der durchwurzelten Zone nach der DIN 19732 aus dem Jahr 1997: Bestimmung des standörtlichen Verlagerungspotenzials von nichtsorbierbaren Stoffen gehen folgende Parameter ein: die Mächtigkeit der Grundwasserüberdeckung bzw. der Flurabstand des Grundwassers im wasserwirtschaftlich genutzten Hauptgrundwasserleiter (aufgrund der hohen lateralen und vertikalen Variabilität der Grundwasserüberdeckung im quartären Lockergestein des Landes Mecklenburg-Vorpommern zu ermitteln mit lithologischen Bohrungsdaten), die Feldkapazität der gesamten Grundwasserüberdeckung (auch mit Bohrungsdaten), die flächendifferenzierten Grundwasserneubildungsraten. Die Verweilzeit des Sickerwassers wird aus der Verlagerungsgeschwindigkeit des Sickerwassers und der Mächtigkeit der Grundwasserüberdeckung berechnet: oder dabei ist: t s = M/v s t s = M i FK i / GWNB = (M 1 FK 1 M 2 FK 2 M n FK n ) / GWNB v s = GWNB/FK Verlagerungsgeschwindigkeit des Sickerwassers, in dm a -1, GWNB Grundwasserneubildungsrate in mm a -1 FK durchschnittliche Feldkapazität der gesamten Grundwasserüberdeckung in mm * dm -1 FK i Feldkapazität der n-ten Schicht des Bodens bzw. der tieferen Grundwasserüberdeckung in mm dm -1, M Mächtigkeit der gesamten Grundwasserüberdeckung in dm M i Mächtigkeit der n-ten Schicht des Bodens bzw. der tieferen Grundwasserüberdeckung in dm Die Verlagerungsgeschwindigkeit des Sickerwassers ist der Quotient aus der Sickerwasser- bzw. der Grundwasserneubildungsrate und dem Volumenanteil an Wasser im Boden bzw. der tieferen Grundwasserüberdeckung. Zur Charakterisierung des Wassergehaltes wird die Feldkapazität als Volumenanteil eingesetzt. Die Verlagerungsgeschwindigkeit beschreibt den Massenschwerpunkt einer Verlagerungsfront. Der durch hydrodynamische Dispersion verursachte voraus- oder nacheilende Stofffluss wird dabei nicht berechnet. Bevorzugte Fließwege (z. B. Makroporenfluss) können je nach Aufenthaltsort des Stoffes die Geschwindigkeit erhöhen (wenn der Stoff direkt an der Oberfläche von Poren vorliegt) oder verringern (wenn der Stoff in der Bodenmatrix vorliegt). Die zum Verständnis der Prozesse wesentlichen Komponenten und Prozesse des Gebietswasserhaushalts im Lockergestein zeigt Abb. 2.1, in Jankiewicz et al. (2005) sind sie anschaulich beschrieben. 4

Abb. 2.1: Schematische Darstellung wesentlicher Zusammenhänge des Gebietswasserhaushalts: Einflussfaktoren auf Abflussbildung (aus: Kampf et al. 2007) Der Berechnung der Verweilzeiten des Sickerwassers in der ungesättigten Zone kommt im quartären Lockergestein ckergestein mit daraus resultierend unterschiedlichen Verweilzeiten des Sickerwassers verdeutlichen. besonders Gewicht zu, da aufgrund der unterschiedlichen Lagerungsverhältnisse sehr große Differenzen auftreten können. Abb. 2.2 soll dies schematisch anhand charakteristischer Lagerungsbedingungen im Lo- Abb. 2.2: Unterschiedlich lange Verweilzeiten des Sickerwassers in der ungesättigten Zone Die jeweils in den Untergrund eingetragenen (Schad-)Stoffe verbleiben dementsprechend unterschiedlich lang in der ungesättigten Zone, wodurch die dort stattfindenden Prozesse (Adsorption, mikrobieller Abbau) sich entsprechend differenziert auf die Konzentrationen beim Zutritt zum Grundwasser in der darunter liegenden gesättigten Zone auswirken können. Prozesse des Makroporenflusses und des sog. preferential flow werden bei der Anwendung der DIN 19732 nicht berücksichtigt. Diese Prozesse spielen vor allem in bindigen, quellfähigen und gefügereichen Böden aus Festgesteinen im Mittelgebirgsbereich eine Rolle. Die folgenden Einschränkungen für die Gültigkeit der auf der Grundlage der DIN 19732 berechneten Verweilzeiten sind zu beachten (s. auch DIN 19732, Anmerkungen 1 bis 3): 5

- Die berechnete Verlagerungsgeschwindigkeit beschreibt den Massenschwerpunkt einer Verlagerungsfront. Der durch hydrodynamische Dispersion verursachte voraus- oder nacheilende Stofffluss kann nicht berechnet werden. - Bevorzugte Fließwege (z.b. Makroporenfluss) können je nach Aufenthaltsort des Stoffes die Verlagerungsgeschwindigkeit erhöhen (wenn der Stoff/die Stoffe direkt an der Oberfläche von Poren vorliegt), aber auch verringern (wenn der Stoff/die Stoffe in der Bodenmatrix vorliegt). Prozesse des Makroporenflusses und des preferential flow können nicht berücksichtigt werden. Diese Prozesse spielen vor allem in bindigen, quellfähigen, gefügereichen Böden eine Rolle. - Auf Standorten mit Grundwasseranschluss führt der kapillare Aufstieg zu einer Minderung der Netto-Sickerwasserrate, da ein Teil der winterlichen Versickerung während des Sommerhalbjahres wieder in den Wurzelraum transportiert wird. Inwieweit diese oszillierende Wasserbewegung zur Grundwasserbelastung führt, hängt davon ab, ob die Verlagerungsgeschwindigkeit während des Winterhalbjahres ausreicht, die Stofffront bis zur Grundwasseroberfläche zu verdrängen. In diesen Fällen sollte die Sickerwasserrate für das hydrologische Winterhalbjahr gesondert berechnet werden. Abb. 2.3 dokumentiert in schematischer Form den Bearbeitungsweg zur GIS-bezogenen Berechnung der Verweilzeiten des Sickerwassers sowie die jeweils digital einzubeziehenden Daten. In Kap. 3 werden diese vom LUNG übergebenen Daten im Einzelnen für die Landesflache von Mecklenburg-Vorpommern vorgestellt, bevor in den kap. 4 und 5 die Arbeiten zur Ermittlung der Faktoren beschrieben werden. Aus bisherigen Arbeiten in Norddeutschland ist bekannt, dass in der Reihenfolge Feldkapazität Grundwasserneubildung Flurabstand die Bedeutung der Faktoren bei der Berechnung der Verweilzeiten zunimmt (BTU 2003). Abb. 2.3: Schema des Bearbeitungsweges (aus: BTU 2003) 6

3 Methodisches Vorgehen und verwendete Daten 3.1 Digitales Geländehöhenmodell DGM 25 Als Informationsquelle zu den Geländehöhen wurde das landesweit digital verfügbare DGM 25 des Landesamtes für innere Verwaltung (LAIV 2009) verwendet. Die Daten wurden vom LUNG projektbezogen als rasterbezogene Grid-Datei übergeben. Genutzt wurden die Daten des DGM 25 zur Ermittlung des bohrungsbezogenen Flurabstandes bei Bohrungen in gespannten Gebieten ohne bzw. mit nicht plausiblen Angaben zur Geländehöhe in der Landesbohrdatenbank (s. Kap. 4.2), das betraf etwa 5 % dieser Bohrungen. Hier wurde über eine Punkt-in-Polygon-Analyse den betreffenden Bohrungen die Geländehöhe aus dem DGM 25 zugewiesen, um damit hilfsweise unter Verwendung der landesweit ermittelten Grundwasserdruckflächen (HYDOR 2010) für diese Bohrungen den Ruhewasserspiegel als Ausgangspunkt der Bearbeitung zur Festlegung des Flurabstandes zu erhalten. Bei allen übrigen Bohrungen mit einer eingetragenen Geländehöhe wurde diese genutzt (näheres s. Kap. 4.2). Das digitale Geländemodell DGM 25 ist ein digitales, numerisches Modell der Geländehöhen und -formen mit Informationen zur Geländehöhe im horizontalen Abstand von 25 Meter. Es beschreibt die Geländeoberfläche als die Grenzfläche zwischen dem festen Erdkörper und dem Wasser einerseits und der Luft andererseits. Die mittlere Höhengenauigkeit des DGM 25 ist als Standardabweichung der Höhengitterpunkte definiert. Sie wird zumeist einheitlich für eine Erfassungseinheit ermittelt. Dazu werden Höhenwerte mit übergeordneter Genauigkeit bestimmt. Liegen keine Höhenwerte übergeordneter Genauigkeit vor, wird die Höhengenauigkeit aus dem Erfassungsverfahren abgeleitet. Die mittlere Höhengenauigkeit lässt sich in Abhängigkeit von Gelände und Bewuchs angeben und beträgt mit einer Sicherheitswahrscheinlichkeit von 95 % in flach bis wenig geneigtem Gelände mit geringem Bewuchs mindestens 5 %, in stark geneigtem Gelände mit geringem Bewuchs mindestens 15 % und in Gelände mit starkem Bewuchs mindestens 20 % der Gitterweite. Die daraus resultierenden absoluten Beträge der Ungenauigkeiten des DGM 25 von durchschnittlich etwa 2 Meter wurden in Kauf genommen, da unbedingt damit gerechnet werden muss, dass die in der Landesbohrdatenbank enthaltenen Geländehöhen bei einem sehr großen Anteil der Bohrungen nicht markscheiderisch mit einer deutlich geringeren Abweichung eingemessen, sondern topografischen Kartenwerken entnommen wurden. Hier liegen die Ungenauigkeiten mindestens genauso hoch. 3.2 Oberirdische Fließ- und Standgewässer Als georeferenzierte Informationen zu den Fließ- und Standgewässern (DLM25W-L bzw. DLM25W-F) wurden die vom LUNG als shape-daten übergebenen und zusätzlich im Hinblick auf den hydraulischen Kontakt zum Grundwasser (HYDOR 2010) qualifizierten Daten genutzt. Das DLM 25W-F (Seen) enthält 28.772 und das DLM25W-L 184.916 Datensätze. 7

Verwendet wurden die Daten des DLM 25 insbesondere bei der manuellen Festlegung des bohrungsbezogenen Flurabstandes in den gespannten Gebieten, da hier die Lage bzw. räumliche Entfernung der Bohrung zu einem Fließ- oder Standgewässer in einigen Fällen eine Orientierung beim Auftreten mehrerer relevanter Horizonte in vertikaler Hinsicht sein konnte (s. Kap. 4.2) Das digitale Gewässernetz wurde ursprünglich mit dem DLM25 erstellt, ist inzwischen aber in mehreren Etappen unter Einbeziehung umfangreicher Korrekturinformationen der Wasser- und Bodenverbände (WBV) sowie unter Nutzung der digitalen Orthofotos (DOP), mehrfach überarbeitet worden. Mit Stand August 2009 sind alle Gewässer 1. Ordnung, alle Lawa-Routen sowie alle WRRL-berichtspflichtigen Seen DOP-korrigiert (mittlerer Lagefehler < 1 Meter; bei Grenzelementen, WSA-Achsen und in final überarbeiteten WBV-Gebieten < 0.5 Meter). Verfügbare Achsen von Bundeswasserstraßen (WSA-Achsen) sind integriert. Im Bereich einzelner WBV sind alle Gewässerobjekte existenz- und lagegeprüft. Im DLM25W werden Gewässerlinien (gerichtet), -flächen und Einzugsgebiete integriert gehalten; für die Nutzung wurden die Gewässerflächen (Seen und Fließgewässer) ab ca. 12 Meter Breite separiert bereitgestellt. 3.3 Grundwasserdruckflächen und Modifizierung der Gleichenlinien Der Grundwasserflurabstand ist in der DIN 4049-3 als lotrechter Höhenunterschied zwischen der Erdoberfläche und der Grundwasseroberfläche definiert. Wird der Grundwasserleiter von schlecht durchlässigen, bindigen Schichten - also Grundwasserhemmern, wie z. B. Geschiebemergel oder -lehm - so überlagert, dass das Grundwasser nicht so hoch ansteigen kann, wie es seinem hydrostatischen Druck entspricht, liegt gespanntes Grundwasser vor. In diesem Fall ist der Flurabstand als der lotrechte Höhenunterschied zwischen der Geländeoberkante und der Unterkante des grundwasserhemmenden Geschiebemergels definiert, der den Grundwasserleiter überlagert. Abb. 3.1 erläutert die Begriffe in grafischer Form (weitere Begriffe werden in der DIN 4049, Teil 3 sowie bei Hölting 2009 erläutert). Die flächendeckende Kenntnis von Gebieten mit gespanntem Grundwasser ist also eine erste Voraussetzung zur Erarbeitung des Grundwasserflurabstandes (s. dazu Kap. 3.4). Abb. 3.1: Hydrogeologische Begriffe (aus: Hannappel & Limberg 2007) Zudem muss die Grundwasserdruckfläche (s. Abb. 3.1) als einheitliche Bezugsbasis zur Herleitung des Flurabstandes ebenfalls landesweit bekannt sein. Bei ungespanntem Grundwasser wird sie 8

verwendet, um den Flurabstand als Differenz zur Erdoberfläche zu ermitteln. Bei gespanntem Grundwasser ist sie hingegen nur eine erste Orientierung dazu, welche Bereiche des Untergrundes bzw. von Schichten in Bohrungen in jedem Fall trocken sind. Hier ist also nur eine Abgrenzung nach oben möglich. Unterhalb der Grundwasserdruckfläche muss die Oberfläche des Grundwassers bohrungsbezogen im Einzelfall festgelegt werden (s. Kap. 4.2) Im Projekt Ermittlung grundwasserbeeinflusster oberirdischer Gewässer in Mecklenburg- Vorpommern (HYDOR 2010) wurden die Grundwasserdruckflächen landesweit digital ermittelt und in den ungespannten Gebieten mit den Daten des DGM 25 bereits dazu verwendet, die Flurabstände zu berechnen (s. Kap. 4.1). Sowohl die Druckflächen als auch die Flurabstände in den ungespannten Gebieten liegen als Rasterdaten in der Gitterweite und den Abmessungen des DGM 25 vor. Anhang 1 des Berichtes dokumentiert die Druckflächen in Form einer landesweiten Übersichtskarte als Grundwassergleichenlinien in intervallartig abgestuften Abständen. Sie wurden unter Verwendung sowohl der bisherigen Daten zu den landesweiten Druckflächen (LUNG 2004) als auch aller aktuell im LUNG verfügbaren Daten zu gemessenen Wasserständen des Grundwassers und der oberirdischen Gewässer erstellt. Ein wesentlicher Vorteil dieser neuer Daten besteht in der beschriebenen und flexibel handhabbaren digitalen Verfügbarkeit, die es für die Zielstellung der Ermittlung der Grundwasseroberfläche in den gespannten Gebieten ermöglichte, mit den Rasterdaten bei Bohrungen ohne Angabe zum Ruhewasserspiegel diese gesuchte Information mit einem GIS-Verschnittes zu ergänzen. Die o. g. Übersichtskarte zeigt jedoch auch einige Nachteile dieser neu erstellten Daten. Diese haben ihren Grund in der primär digitalen Erarbeitung unter Verwendung geostatistischer Hilfswerkzeuge, und zwar: - Im Detail verlaufen die Linien oft sehr unruhig, also mit kleinräumigen Schwankungen, denen keine hydrodynamische Begründung zukommt, - In der Nähe von Messwerten sind z. T. Knicke erkennbar, die aufgrund des verwendeten Verfahrens (Punkt-Kriging) am Messort entstehen, in dessen unmittelbarer Umgebung jedoch die Linie abknicken lassen; - Vor allem in Niederungsgebieten entlang von oberirdischen Fließgewässern kommt es öfters zu sog. Inselbildungen bzw. Absenkungstrichtern der dargestellten Linien, die ihre Ursache in zumeist ungleich größeren Unterschieden des Druckpotentials quer zum Gewässer im Vergleich zur Längsrichtung haben; diese Strukturen konnten bei der Regionalisierung nicht adäquat widergegeben werden, so dass hydrodynamisch zusammenhängende Linien in mehrere Teilbereiche aufgeteilt sind und damit die lokalen Fließverhältnisse des Grundwassers in den Auen nicht korrekt dokumentieren; Es handelt sich hierbei zumeist nur um Unplausibilitäten im Detail, die jedoch bei bestimmten Verwendungen (z. B. großmaßstäbliche Darstellungen auf WebMapServern) nachteilig erscheinen. Um die Daten auch für diese Zwecke uneingeschränkt verwenden zu können, wurde mit dem AG im Zuge eines Nachtrags vereinbart, manuell ein neues Linien-shape zu erstellen, dass 9

sich an den mit den Rasterdaten erzeugten Linien orientiert, aber die beschriebenen Nachteile nicht mehr enthält. Es handelt sich also im Wesentlichen um eine Glättung der mit den Rasterdaten automatisch erzeugten Linien. Die neuen Linien (s. Anhang 1 in der Übersichtskarte) wurden im GIS landesweit im 1- (unterhalb von 5 Meter NHN), 5-Meter- (5 m NHN bis 100 m NHN) bzw. 10 Meter-Intervallabstand (> 100 m NHN) erzeugt und mit dem Wert der Grundwasserdruckfläche attributiert. In den beiden Abb. 3.2 und 3.3 sind exemplarisch zwei HK 50-Blattausschnitte mit den neu erzeugten Linien sowie der messstellenbezogenen und digital nicht veränderten Datenbasis (gelbe Punkte) dokumentiert. Abb. 3.2: Exemplarische Darstellung der Grundwassergleichenlinien (HK 50-Blatt 15) Abb. 3.3: Exemplarische Darstellung der Grundwassergleichenlinien (HK 50-Blatt 22) 10

3.4 Daten der Hydrogeologischen Karte 1 : 50 000 Anhand der landesweit digital verfügbaren und vom LUNG übergebenen Daten der Karte der Grundwassergefährdung als Teil der Hydrogeologischen Karte 1 : 50 000 (im Folgenden: HK 50, Voigt 1987a) wurde eine Abschätzung zu den Gebieten mit gespannten Grundwässer vorgenommen. In der HK 50 sind Informationen zum wasserwirtschaftlich genutzten bzw. nutzbaren Hauptgrundwasserleiter dokumentiert. Das ist zumeist der in der WRRL genannte obere, großräumig zusammenhängende Grundwasserleiter, lokal können jedoch darüber befindliche Sande - zumeist allerdings nur saisonal - Grundwasser führen, die dann in der HK 50 mit Zusatzsymbolen (Punkten) charakterisiert sind. Diese Daten waren nicht Bestandteil des vom LUNG übergebenen Datensatzes und wurden nicht berücksichtigt. Tab. 3.1 enthält die einzelnen Legendeneinheiten der Karte, ihre berechneten Flächengrößen sowie das Ergebnis der - in Übereinstimmung mit der Vorgehensweise im Projekt Entlastungsgebiete - vorgenommenen Zuordnung zur Grundwasserspannung, in Abb. 3.4 ist das Ergebnis flächenhaft dargestellt. Die Gruppe wechselhafter Aufbau wurde aufgeteilt, Flächen mit Tab. 3.1: Erläuterungen und Flächengrößen der einzelnen Legendeneinheiten der K 4 der HK 50 (Voigt 1987a) K4 HK 50 Kürzel Größe Flurabstand Flurabstandsbezogene hydrogeologische Charakterisierung A 1.1 3229 km 2 < 2 Meter A 1.2 2286 km 2 2-5 Meter A 1.3 1525 km 2 > 5-10 Meter Flächen mit ungespanntem Grundwasser Ungespanntes Grundwasser im Lockergestein, Anteil bindiger Bildungen an der Versickerungszone < 20 % A 2.1 48 km 2 < 10 Meter Grundwasser unter geologisch gestörten Deckschichten A 2.3 2 km² keine Angabe Grundwasser in anthropogen-technogen gestörten Gebieten B 1 907 km 2 > 10 Meter Anteil bindiger Bildungen an der Versickerungszone < 20 % B 2 653 km 2 > 10 Meter Grundwasser unter geologisch gestörten Deckschichten B 3 747 km 2 keine Angabe Grundwasser in Flusstälern unter anmoorigen Deckschichten B 4.1 264 km 2 < 5 Meter Grundwasser in Gebieten mit wechselhaftem Aufbau der Versickerungszone; B 4.2 549 km 2 5-10 Meter Anteil bindiger Bildungen an der Versickerungszone zwi- schen 20 und 80 % B 5 515 km 2 < 5 Meter Anteil bindiger Bildungen an der Versickerungszone > 80 % B 4.3 1461 km 2 > 10 Meter Flächen mit gespanntem Grundwasser wechselhafter Aufbau der Versickerungszone; Anteil bindiger Bildungen an der Versickerungszone zwischen 20 und 80 % C 1.1 1286 km 2 5-10 Meter Anteil bindiger Bildungen an der Versickerungszone > 80 % C 1.2 7766 km 2 > 10 Meter Anteil bindiger Bildungen an der Versickerungszone > 80 % C 2 227 km 2 keine Angabe artesisches Grundwasser ogw 885 km 2 keine Angabe Gebiete ohne nutzbare Grundwasserführung Summe (ohne Seen): 22356 km 2 Flurabständen < 10 Meter n. HK 50 wurden als ungespannt interpretiert, diejenigen mit > 10 Meter als gespannt, da hier die Wahrscheinlichkeit des Antreffens von bindigen Bildungen in der Versickerungszone deutlich höher liegt. Bei Flurabständen von < 5 m hingegen ( B 5 ) wur- 11

den die Flächen als ungespannt interpretiert, da diese oftmals an den Hochflächenrändern liegenden Bereiche mit den geringen Versickerungsmächtigkeiten nicht sicher als dauerhaft gespannt interpretiert werden können. In Stauchungsgebieten ( B2 und A21 ) wurden ebenfalls ungespannte Verhältnisse angenommen, da hier die Versickerung unregelmäßig und oftmals beschleunigt auf bevorzugten Fließwegen entlang von glazigenen Störungen stattfindet. Auch Grundwasser in Flusstälern unter anmoorigen Deckschichten ( B3 ) wurde als ungespannt angenommen, da diese Deckschichten keine dauerhafte Grundwasserspannung wie ein Geschiebemergel bewirken. Abb. 3.4: Ergebnis der Ausweisung von Gebieten mit gespanntem Grundwasser auf Basis der HK 50 (Voigt 1987a) Bei den sog. OGW -Flächen nach HK 50 handelt es sich z. T. um (sowohl gespannte als auch ungespannte) Grundwasserleiter mit geogenen Versalzungen im quartären Lockergestein, z. T. aber auch um Bereiche, in denen bis zum Zeitpunkt der Fertigstellung der HK 50 kein Grundwasser in wasserwirtschaftlich nutzbaren Mengen nachgewiesen werden konnte. Für die Ermittlung des Flurabstandes wurden diese Bereiche genauso behandelt wie die übrigen gespannten Flächen, da eine eindeutige Unterscheidung nicht möglich und auch nicht sinnvoll ist. Bohrungen in diesen Gebieten wurden also Einzelfallunterscheidungen unter Berücksichtigung ihres Schichtaufbaus unterzogen. In Abb. 3.5 sind aus der Nutzerrichtlinie der HK 50 2 Beispiele mit komplexen Lagerungsverhältnissen übereinander liegender Grundwasserleiter und deren Zuordnung zu den Legendeneinheiten der Karte 4 herausgegriffen. 12

Abb. 3.5: 2 Beispiele der Interpretation der Lagerungen Grundwasserleitern in der HK 50 (Voigt 1987a) Insgesamt wurden 10.213 km² als ungespannt ausgewiesen (etwa 44 % der Landesfläche), als gespannt ausgewiesen wurden 12.141 km² (etwa 56 % der Landesfläche, jeweils ohne Seenflächen nach HK 50). 3.5 Bohrungsdaten des Landesbohrdatenspeichers Zur Ermittlung des Flurabstandes in den Gebieten mit gespanntem Grundwasser wurden vom LUNG als Auszug aus der GeODin-Bohrungsdatenbank tabellarische Angaben zu insgesamt 62.865 Bohrungen (um Duplikate bereinigte Anzahl) mit dazugehörigen Schichtdateneinträgen übergeben. Die Inhalte umfassten folgende Felder bzw. inhaltliche Angaben: - Lage- und Bohrungsidentifikatoren (PRJ_ID, IDENT und BO_IDENT), - Koordinaten (XCOORD und YCOORD), - Höhenangaben zur Geländehöhe des Bohransatzpunktes in Meter NN (ZCOORDB) und zur Tiefe der Schichtunterkante in Meter unter Gelände (DEPTH), - Informationen zur Art der Bohrungen bzw. zum Aufgabenbereich (AUFG), - Schichtbezogene Daten (PETRO, GENESE und ZUSATZ) sowie - Bohrungsbezogene, z. T. terminierte Angaben zum Grundwasserruhestand (GWRUHE). 13

Vereinbarungsgemäß wurden zu allen Bohrungen nur Schichtdaten bis zu einer Tiefe von maximal 50 Meter übergeben. Bei Bohrungen mit einer höheren Endteufe wurden diese Informationen vorab eliminiert. Der Grund für diese vereinbarte Vorgehensweise lag darin begründet, dass bereits bei einer Tiefe von 50 Meter erwartungsgemäß die daraus resultierenden Verweilzeiten mehrere Jahrzehnte bis ggf. mehr als 100 Jahre betragen, so dass der Bearbeitungsaufwand hier vor dem Hintergrund der Zielstellung optimiert werden konnte. In Abb. 3.6 ist die Lage aller übergebenen Bohrungsdaten in der Landesfläche dargestellt. Insgesamt beträgt die Informationsdichte nahezu 3 Bohrungen pro km² Landesfläche. Abb. 3.6: Lage der 62.865 Bohrungen mit übergebenen Schichtangaben Abb. 3.7: Überproportionale Bohrungsdichte in ungespannten Gebieten Gut erkennbar ist, dass die Bohrungen zwar den gesamten Landesbereich abdecken, im Detail jedoch auch sehr ungleichmäßig in Clustern angeordnet sind, und zwar vornehmlich in Siedlungsund dort vorwiegend in ungespannten Gebieten (s. Abb. 3.7 mit einem Bohrungscluster bei Bützow). Oft sind dies flache Baugrundbohrungen. 14

3.6 Feldkapazitäten der Bodenzone Als flächendifferenzierte Datengrundlage zur Ermittlung der Feldkapazitäten der gesamten ungesättigten Zone wurden seitens des LUNG shape-daten zu den Feldkapazitäten der oberen 20 Dezimeter, also der Bodenzone übergeben (LUNG 2010). Datenquelle hierzu waren die nutzungsspezifischen Normalprofile der Karteneinheiten der Konzeptbodenkarte 1 : 25 000. Die Herleitung der Feldkapazitäten erfolgte entsprechend der Verknüpfungsregel 1.11 der Methodendokumentation Bodenkunde. Inhaltlich entsprechen diese Werte denen in der KA 5 (2005, dort Tab. 70 in Kap. 1.2.2) aufgeführten Werte für eine mittlere Trockenrohdichte (pt3). Die Genauigkeit wird seitens des LUNG mit 1 : 50 000 angegeben. Jedem Bodenhorizont wurden aus einer Matrix entnommene Werte der Feldkapazität zugeordnet und auf 20 dm aufsummiert. Abb. 3.8 dokumentiert das Histogramm der insgesamt 43 961 Polygone des shape-datensatzes des LUNG: 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1400-14 1300-1350 1200-1250 1100-1150 1000-1050 900-950 800-850 700-750 600-650 500-550 400-450 300-350 200-250 100-150 0-50 Die Häufigkeitsverteilung der aufsummierten Feldkapazitäten zeigt eine mehrgipflige Verteilung mit einem deutlich erkennbaren Maximum bei 500 mm. Der arithmetische Mittelwert liegt bei 581 mm, das entspricht 29 mm/dm bzw. Volumen-%. Die Bandbreite der Werte reicht insgesamt von 84 mm bis 1450 mm. Der Datensatz enthält jedoch auch einige Lücken, also nicht attributierte Bereiche, das zeigt die Übersichtskarte der Werte in Abb. 3.9. Hierbei handelt es sich vorwiegend um Wasserflächen (Seen) und siedlungsgeprägte Bereiche (z. B. Rostock, Schwerin, Neubrandenburg), aber auch um Gebiete außerhalb von Siedlungen (z. B. südlich von Anklam). Es sind insgesamt 2059 km², also etwa 9 % der Landesfläche. Diese Bereiche bedurften einer Ergänzung im Sinne einer flächenhaften Auffüllung der Werte mit den übergebenen Bohrungsdaten, näheres hierzu s. Kap. 5.1. Feldkapazität in mm der oberen 2 Meter Abb. 3.8: Nutzbare Feldkapazitäten des Bodens bis 20 dm Die Übersichtskarte dokumentiert den pedologischen Aufbau des Untergrundes, der den geologischen Strukturen folgt. Im Südwesten des Landes z. B. sind unter sandigen Substraten große Bereiche mit relativ niedrigen Feldkapazitäten erkennbar (< 400 mm), während höhere Werte (> 600 mm) vor allem in den von Geschiebemergel geprägten Landesteilen auftreten, z. B. in Nordwestmecklenburg. Besonders hohe Werte (> 1000 mm) zeigen sich in holozänen Niede- 15

Abb. 3.9: Summarische Feldkapazitäten der Bodenzone bis 20 dm (Daten vom LUNG übergeben; Herleitung nach der Verknüpfungsregel 1.11 der Methodendokumentation Bodenkunde) rungsgebieten mit großflächig verbreiteten anmoorigen Deckschichten (z. B. unter der Großen Friedländer Wiese, der Peene- und der Randowniederung). 3.7 Grundwasserneubildungsraten Als Datengrundlage zur Berücksichtigung der Grundwasserneubildungsraten bei der Ermittlung der Verweilzeiten wurden vom LUNG flächendifferenzierte Daten zur Versickerung übergeben, die aktuell in mehreren Arbeitsetappen auf Grundlage des ATV-Merkblattes M 504 erstellt und ausführlich dokumentiert wurden (HGN 2008, FUGRO-HGN 2009). Abb. 3.10 zeigt die hieraus resultierende Übersichtskarte zu den Versickerungsraten unter Berücksichtigung des Direktabflusses (Feld: GWN_P1 ), die für die hier durchzuführenden Berechnungen zur Ermittlung der Verweilzeiten in Abstimmung mit dem AG den Grundwasserneubildungsraten gleichgesetzt wurden. Der arithmetische Mittelwert der 371.945 Datensätze liegt bei 123 mm/a (Maximum 419 mm/a), der Mittelwert ohne Berücksichtigung des Direktabflusses liegt bei 154 mm/a. Sehr hohe Raten (> 250 mm/a) sind im Südwesten, sehr niedrige (< 50 mm/a) bzw. negative Werte (Grundwasserzehrung) im Osten erkennbar. Hier zeigt sich sehr deutlich der Einfluss des Klimas (Parameter Niederschlag). Der Aufbau des Untergrundes (Parameter Direktabfluss) ist ebenfalls erkennbar, in Nordwestmecklenburg z. B. mit zwar hohen Niederschlägen aber ebenfalls hohen Direktabflussspenden (s. Abb. 3.11) liegen die Grundwasserneubildungsraten klar niedriger. 16

Abb. 3.10: Flächendifferenzierte Grundwasserneubildungsraten (Daten aus: FUGRO-HGN 2009) Abb. 3.11: Mittlerer Direktabfluss (Abb. aus: FUGRO-HGN 2009) 17

4 Ermittlung der Mächtigkeit der Grundwasserüberdeckung (Flurabstand) 4.1 Flurabstände in Gebieten mit ungespanntem Grundwasser 4.1.1 Datenbasis In Gebieten mit ungespanntem Grundwasser ist der Flurabstand die Differenz zwischen der Erdoberfläche und der freien Grundwasseroberfläche (s. Kap. 3.3). In den als ungespannt ausgewiesenen Landesteilen nach der HK 50 (s. Kap. 3.4) befinden sich 40.609 der 62.865 Bohrungen (64,5 %). Zu 39.781 davon konnte der Flurabstand anhand der o. g. Differenz unter Verwendung des Geländehöhenwertes des DGM 25 sowie der rasterbezogenen freien Grundwasseroberfläche nach HYDOR (2010) ermittelt werden. 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 38-39 36-37 34-35 32-33 30-31 28-29 26-27 24-25 22-23 20-21 18-19 16-17 14-15 12-13 10-11 8-9 6-7 4-5 2-3 0-1 n > 40 m: 105 Bhg. Abb. 4.1 zeigt das resultierende Histogramm. Deutlich zeigt sich eine eingipfelige, aber weit streuende Verteilung der Werte mit einem Maximum im Bereich von 2 bis 3 Meter Flurabstand unter Gelände. Der Mittelwert liegt ausreißerbedingt bei 6 Meter unter Gelände. Zu 105 Bohrungen wurde ein Flurabstand von mehr als 40 Meter berechnet. Die Ergebnisse können als plausibel für ungespannte Grundwasserleiter gewertet werden. Flurabstand in Meter unter Gelände Abb. 4.1: Histogramm der berechneten Bohrungswasserstände 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 berechneter Flurabstand (m unter Gelände) n. HYDOR (2010) Abb. 4.2: GWRUHE zu berechneten Bohrungswasserständen In Abb. 4.2 sind die übergebenen bohrungsbezogenen Angaben zum Grundwasserruhestand (Feld GWRUHE aus der Bohrungsdatenbank) diesen ermittelten Werten gegenübergestellt. Möglich war dies nur für etwa 47 % der Bohrungen, da zu den übrigen keine Daten vorhanden waren oder diese unplausibel sind (negative Werte im Feld GWRUHE). Erkennbar ist überwiegend eine gute Übereinstimmung der Werte, aber auch eine große Anzahl von Ausreißern in jeweils beide Richtungen, die durch die sehr heterogene, über ei- 18

nen langen Zeitraum reichende und oft auch nicht rekonstruierbare Herkunft der Bohrungswasserstände in der Datenbank zu erklären sind. Davon abgesehen kann die Gegenüberstellung jedoch als ein Beleg für die Qualität der berechneten Grundwasserdruckflächen in den ungespannten Gebieten, zu deren Ermittlung die Bohrungsdaten nicht in Gänze herangezogen worden waren, gewertet werden. In Abb. 4.3 sind exemplarisch für einen Ausschnitt nördlich des Kummerower Sees die berechneten Flurabstände in den ungespannten Gebieten aus HYDOR (2010) in Form der Flächenfarben zusammen mit der für die Berechnung verwendeten Datengrundlage (gelbe Punkte) sowie den - mit blauen Punkten markierten - Bohrungen dargestellt. Der Kartenausschnitt enthält Abb. 4.3: Verwendete Datenbasis zur Ermittlung des Flurabstandes in ungespanntem Gebieten n. HYDOR (2010) zusätzlich - in Form der kleinen schwarzen Punkte - die Rasterdatenbasis im 100 Meter- Abstand, zu denen die berechneten Flurabstände im Ergebnis der Regionalisierung vorliegen. Gut erkennbar ist, dass die punktbezogene Datenbasis der Bohrungen und weiteren Standorten mit Wasserstandsangaben oftmals den ungespannten Bereich nicht flächenhaft abdecken. Nordwestlich von Gnoyen z. B. (rot markiert) zeigt sich ein mehrere Quadratkilometer großes Gebiet mit nur sehr wenigen Messwerten und keinen Bohrungen, die berechneten Flurabstände liegen hier bei mehr als 5 Meter unter Gelände. Gleiches trifft auch auf ein kleineres Gebiet bei Fürstenhof am Hochflächenrand zu (ebenfalls markiert). Die berechneten Flurabstände sind hier jeweils durch die Grundwasserdruckflächen in den benachbarten Hochflächengebieten ge- 19

stützt, so dass es sinnvoll ist, die bereits berechneten Rasterpunkte des Flurabstandes direkt für die weiteren Berechnungen zu verwenden. Hierdurch kann auch die Kongruenz zu den Ergebnissen der landesweiten Berechnung der Grundwassergleichen (HYDOR 2010) gewährleistet werden, die dann nicht mehr gegeben wäre, wenn eine neue Regionalisierung der Flurabstände unter zusätzlicher Berücksichtigung aller Bohrungswasserstände durchgeführt würde. Aus diesem Grund wurden die insgesamt 1.138.998 Rasterpunkte mit Flurabstandsangaben in den ungespannten Gebieten in die weitere Bearbeitung überführt. Werte des Grids <=0, die sich in vom DGM 25 erkannten lokalen Senken in den Entlastungsgebieten befinden, wurden auf den Wert 0 gesetzt. Insgesamt sind das etwa 3 % der Gesamtanzahl der Gitterpunkte. 4.1.2 Modifizierung der Daten zum Grundwasseranschluss der oberirdischen Standgewässer Alle oberirdischen Gewässerverläufe des DLM 25W (Fließgewässer und Seen) wurden im Rahmen der Arbeiten von HYDOR (2010) in Bezug auf ihren Grundwasseranschluss klassifiziert. In den ungespannten Gebieten geschah dies anhand des Flurabstandes, d. h. bei Flurabständen von weniger als 2 Meter wurde bei dem Gewässer ein Grundwasseranschluss postuliert (Attribut 1 im Feld GW_KONTAKT des DLM25W_l bzw.des DLM25W_f). Die der Berechnung des Flurabstandes zugrunde liegenden Gewässerhöhen (u. a. aus der TK 10) wurden generell in den ungespannten Gebieten digitalisiert. Hierbei fanden auch diejenigen Flächen Berücksichtigung, die in den Datensätzen der Karte 4 der HK 50 als SEE (oberirdische Standgewässer) klassifiziert sind. Die exakten Uferverläufe dieser Seen stimmen jedoch in fast allen Einzelfällen nicht mehr mit den aktuellen Verläufen in den DLM 25W_f überein, da es hier in den vergangenen Jahrzehnten zu deutlichen Verbesserungen in der Datenauflösung und - qualität gekommen ist. Von Relevanz sind solche Unstimmigkeiten im Detail vor allem in Gebieten, wo die Seen teilweise oder komplett von gespannten Gebieten umgeben sind. Hier können durch die geschilderte Vorgehensweise Stützpunkte mit als ungespannt interpretierten Wasserständen entstanden sein, die nach den neuen Daten bereits im gespannten Gebiet liegen und daher eine Verfälschung der berechneten Grundwassergleichen und Flurabstände bewirkt haben können. Und zwar vor allem dann, wenn der See im gespannten Gebiet voraussichtlich nicht an den wasserwirtschaftlich relevanten Grundwasserleiter angeschlossen ist. Daher wurde mit dem AG vereinbart, alle Seen-Polygone in den gespannten Gebieten daraufhin zu überprüfen, ob ihnen ein hydraulischer Kontakt zum Grundwasser beigemessen werden kann oder nicht. Falls nicht, müssen die mit den Seewasserständen berechneten Rasterpunkte zu den Flurabständen aus der o. g. Datenbasis entfernt werden. Durchgeführt wurde die Prüfung des hydraulischen Kontakts mit den Daten der Isobathen der Seenvermessung, die vom LUNG dafür projektbezogen übergeben wurden. Seeflächen, die komplett im gespannten Gebiet liegen wurde ein Kontakt zum Grundwasser zugesprochen, 20

wenn ihre Tiefen mindestens 15 Meter und mehr betrugen, da dann die Wahrscheinlichkeit deutlich ansteigt, dass der unterlagernde Geschiebemergel durch den Seeboden durchteuft ist. In solch einem Fall kann die Fläche des Sees weiter als ungespannt interpretiert werden und dementsprechend bzw. die hieraus berechneten Rasterpunkte im 100 Meter-Abstand in der Datenbasis der Flurabstände in den ungespannten Gebieten verbleiben. Bei Seeflächen im Randbereich von gespannten und ungespannten Gebieten wurde auch eine Tiefe von 10 Meter als ausreichend gewertet. Allen übrigen Seenflächen mit geringeren maximalen Tiefen im gespannten Bereich hingegen wurde kein hydraulischer Kontakt zum Grundwasser zugesprochen, so dass hier die Rasterpunkte entfernt werden müssen. Abb. 4.4 zeigt ein Beispiel aus dem Gebiet südöstlich des Tollensesees: kein hydraulischer Kontakt hydraulischer Kontakt GW/OW hydraulischer Kontakt GW/OW kein hydraulischer Kontakt Abb. 4.4: Ausschnitt aus dem gespannten Gebiet (grün hinterlegt) südöstlich des Tollensesees mit dem Ergebnis der vorgenommenen Bewertung der Seen (lila: hydraulischer Kontakt zum Grundwasser) anhand der Isobathen (rot: > 15 Meter Tiefe, gelb: 10 bis 15 Meter Tiefe) Bei den lila eingefärbten Seen inmitten der gespannten Gebiete wurde aufgrund der maximalen Tiefen von mehr als 15 Meter der Kontakt zum Grundwasser postuliert. Bei den blauen hingegen nicht, da diese nicht so tief sind. Bei Seen in ungespannten Gebieten wurde der Kontakt auch dann weiter beibehalten, wenn sie nicht 15 Meter tief sind, z. B. im linken unteren Bildausschnitt sowie insgesamt in den ungespannten Gebieten. Durchgeführt wurde diese Analyse mit den See-Polygonen des DLM 25W_f, aber nur für Seen mit einer Mindestgröße von 1 ha, da zu den sehr vielen sehr kleinen Seeflächen des Datensatzes auch keine Wasserstände aus der TK 10 digitalisiert worden waren, wodurch wiederum kein 21

Überprüfungsbedarf entstand. Bei Seen ohne Isobathen wurde die Einschätzung anhand der Größe des Sees und der Umgebungsinformationen getroffen. Mit dieser Methode konnte bei 139 Seen im gespannten Gebiet der hydraulische Kontakt zum Grundwasser nicht bestätigt werden. Von den insgesamt 28.766 Einzelpolygonen des DLM 25W_f (ohne Küstengewässer) verbleiben somit 11.132 Einzelpolygone, denen ein hydraulischer Kontakt zum Grundwasser zugesprochen wurde. Die daraus resultierende Flächengröße liegt bei 722 km² von insgesamt 877 km² Seefläche (inkl. der Seen im ungespannten Bereich), das entspricht etwa 82 %. Dieser Wert kann als plausibel für die hydrogeologischen Lagerungsverhältnisse des Landes bewertet werden. Abgelegt ist die Information im Feld GW_KONTAKT des neu übergebenen Polygon-shapes (s. Datendokumentation zur CD in der Beilage). 4.1.3 Aggregierung der modifizierten Rasterpunkte mit ungespannten Grundwasserhöhen Auf Grundlage der neuen Zuordnung wurden 6.389 Rasterpunkte im ungespannten Bereich aus der gesamten Datenbasis eliminiert, so dass nunmehr insgesamt 1.132.609 Rasterpunkte aus diesem Bereich für die landesweite Berechnung des Flurabstandes zur Verfügung stehen. Abb. 4.5 zeigt die entsprechende flächige Verteilung in Intervallabständen von jeweils 1 Meter. Abb. 4.5: Grundwasserflurabstände in Gebieten mit ungespanntem Grundwasser Bei den hellroten und lila Flächen handelt es sich um die Entlastungsgebiete, bei allen anderen farbig dargestellten Flächen um die Neubildungsgebiete im ungespannten Bereich. Regional treten diese z. B. im Bereich der Mecklenburgischen Seenplatte auf sandigen Substraten auf. 22

4.2 Flurabstände in Gebieten mit gespanntem Grundwasser 4.2.1 Vorbereitung der schichtbezogenen Bohrungsdaten In den gespannten Gebieten (s. Kap. 3.4) liegen 22.139 der 62.865 Bohrungen (35 %) mit insgesamt 166.107 vertikal definierten Schichtdatensätzen. Zunächst wurde zur eindeutigen Identifizierung einer jeden Schicht ein neues Feld (SCHICHT) eingeführt, da das Feld IDENT nur innerhalb eines TK 50-Blattes (PRJ_ID), aber nicht landesweit eindeutig ist. Das neue Feld SCHICHT enthält die aus den Feldern PRJ_ID und IDENT zusammengesetzte blattübergreifende Information, so dass damit eine landesweit eindeutig Kennzeichnung möglich ist. Zudem wurde jeder Bohrung über eine GIS-bezogene Punkt-in-Polygon-Analyse die Information zum Feld LEGENDE aus der HK 50 beigegeben, um diese für nachfolgende Zuordnungen qualifizierend nutzen zu können. Wie bereits in Kap. 3.1 erwähnt, wurden die Daten der Felder GWRUHE und ZCOORDB dazu genutzt, zu diesen Bohrungen jeweils eine - für die nachfolgende schichtbezogene Flurabstandsanalyse - verwertbare Information zum Ruhewasserspiegel zu erhalten. Bei 54 % (11930 der 22139 der Bohrungen) konnten die Daten direkt aus dem Feld GWRUHE (in Meter unter Gelände) übernommen werden. Bei den übrigen Bohrungen ohne Wasserstandsangaben wurden diese ersatzweise anhand des Verschnittes der Geländehöhen (Originaldaten im Feld ZCOORDB oder ersatzweise ermittelt mit dem DGM 25) mit den Grundwasserdruckflächen (HYDOR 2010) in Meter unter Gelände berechnet. Hierdurch konnte zu 97 % der 22.139 Bohrungen eine Wasserstandsinformation erzeugt werden. Die übrigen Bohrungen ohne diese Information verblieben hilfsweise ebenfalls weiterhin in der Datengrundlage, um ggf. auch hier einen Flurabstand ausweisen zu können (z. B. bei einem komplett bindigen Profil, s. u.). Anschließend wurde mit den Feldern PETRO und GENESE eine schichtbezogene Zuordnung in die Kategorien bindig und rollig für alle Bohrungen vorgenommen, um damit eine erste automatisierte Zuordnung bohrungsbezogener Flurabständen durchführen zu können. Hierfür wurden vereinbarungsgemäß nur Schichtdateneinträge vor dem Semikolon verwendet. Die Zuordnung erfolgte primär anhand des PETRO-Feldes (X, G, S usw.: rollig, T, U, F, H: bindig), die Grenze wurde zwischen den Einträgen fs, u3 (rollig) und fs, u4 (bindig) bzw. zwischen fs, t3 (rollig) und fs, t4 (bindig) gezogen. Informationen aus dem Feld GENESE wurden dann bevorzugt behandelt, wenn dort Hinweise auf Geschiebemergel oder -lehm bzw. auf Aufschüttungen vorhanden waren. Im ersteren Fall wurde eine Zuordnung zu bindig, im letzteren zu rollig vorgenommen, unabhängig vom jeweiligen Eintrag im Feld PETRO. Insgesamt wurden 41 % aller Schichten als rollig und 59 % als bindig voreingeschätzt. Für die rolligen Schichten wurde anschließend eine Berechnung der Einzelschichtmächtigkeiten und der kumulativen Mächtigkeiten von aufeinander folgenden 23

Schichten durchgeführt. Dies geschah, da vereinbarungsgemäß - und analog zum methodischen Vorgehen in der HK 50 (Voigt 1987b) - eine Mindestmächtigkeit von 2 Meter für rollige Sedimente vorausgesetzt wurden, um eine Schicht als relevanten Bezugshorizont für einen Grundwasserleiter zu interpretieren. Hierdurch sollten geringmächtigere Wechsellagerungen für die Analyse der Zuordnungen von Flurabständen aufgrund nicht gegebener wasserwirtschaftlicher Relevanz ausgeschlossen werden. 4.2.2 Ausweisung von Flurabständen mittels schichtbezogener Algorithmen Mit den geschaffenen Informationen wurde eine automatisierte Attributierung von Indizes mit Hilfe von datenbankgenerierten Access-Abfragen durchgeführt. Im Ergebnis stand eine 5-fach klassierte schichtbezogene Zuordnung des Flurabstandes. Tab. 4.1 dokumentiert das Ergebnis: Tab. 4.1: Vergebene Attribute im Rahmen der ersten automatisierten Datenbank-Zuordnung für die 22.139 Bohrungen im gespannten Bereich Attribut Erklärung N Bohrungen N Schichten* x Schichtunterkanten grundwasserhemmender Bildungen 8.946 74.186 u ungespannte Ruhewasserstände unter bindiger Bedeckung 4.378 36.360 b komplett bindiges Profil bis 50 Meter Teufe unter Gelände 1.624 10.978 t Ruhewasserspiegel in Bohrung > 50 Meter 77 782 l keine verwertbaren Informationen (löschen) 7.114 43.801 *: hier handelt es sich um die Anzahl der Schichten von den in der Spalte davor aufgeführten Bohrungen Folgende Erläuterungen seien zu den 5 Attributen gegeben: - Attribut x: Standardfall : Ruhewasserspiegel liegt innerhalb einer bindigen Schicht, so dass der Flurabstand bei der Unterkante dieser Schicht liegt; - Attribut u: hier liegt der Ruhewasserspiegel innerhalb einer rolligen Schicht, so dass es sich um einen ungespannten, aber bedeckten Horizont handeln könnte; - Attribut b: hier wurde der Flurabstand auf 50 Meter gesetzt, da bei komplett bindigen Profil dadurch bereits die Verweilzeiten sehr groß sind und die verbleibenden Unsicherheiten aufgrund der exakten Tiefenlage des Flurabstandes im Vergleich dazu niedrig eingeschätzt wurden; das Attribut wurde auch bei mehr als 2 Meter mächtigen, aber trockenen rolligen Schichtabfolgen vergeben; - Attribut t: bei diesen Bohrungen kann kein Flurabstand berechnet werden, da nur Schichtdaten bis 50 Meter Teufe übergeben und bis dahin kein Grundwasser angetroffen (oder ersatzweise) berechnet wurde; das Attribut wurde auch bei Bohrungen mit einer Endteufe von weniger als 50 Meter vergeben; die Bohrungen können für die weitere Bearbeitung nicht verwendet werden, da aufgrund unterschiedlicher Lithologien die Unsicherheiten bei der Auswahl der jeweiligen Endteufen sehr groß gewesen wären; 24

- Attribut l: hier handelt es sich um flache, oftmals um IG-Bohrungen in sog. Clustern, bei denen das Grundwasser nicht angebohrt wurde und die deshalb nicht für die weitere Bearbeitung verwendet werden konnten. 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 komplett bindig zu flach trocken bis 50 m ungespannt Schichtunterkante Abb. 4.6: Spannweitendiagramm der Bohrungsteufen pro Kategorie in gespannten Gebieten In Abb. 4.6 zeigt die Boxplots der Bohrtiefen innerhalb der automatisiert vergebenen 5 o. g. Kategorien. Gut erkennbar sind die l -Bohrungen, die gelöscht werden mussten, da sie ganz überwiegend zu flach sind. Mit b (komplett bindig) markierte Bohrungen sind stets 50 Meter tief, während die mit t markierten Bohrungen (trocken bis 50 Meter) auch z. T. flacher sein können. Bohrungen mit ungespannten Grundwasserständen zeigen etwas oberflächennähere Flurabstände als solche mit gespannten ( Schichtunterkante ), das ist hydrogeologisch plausibel. 4.2.3 Überprüfung und Modifizierung der zugeordneten Flurabstände Diese automatisierte Zuordnung wurde anschließend einzelbohrungsbezogen in mehreren hydrogeologisch sich signifikant unterscheidenden HK 50-Blättern auf Plausibilität überprüft. Dabei zeigte sich bei 8.691 Bohrungen ein plausibles Ergebnis. Bei 6.781 Bohrungen hingegen war keine hydrogeologisch eindeutige Zuordnung möglich, z. B. ungespannt bei mehreren Grundwasserleitern in der vertikalen Abfolge nach unten. Bei diesen Bohrungen wurde manuell in verschiedenen Arbeitsetappen mit den vom AG projektbezogen und landesweit übergebenen Rasterdaten im tif-format der K 4 der HK 50 überprüft, ob der automatisiert zugeordnete Flurabstandswert im Vergleich zu den dort eingetragenen Isolinien bzw. Bereichsklassen (z. B. 20 bis 40 Meter ) des Flurabstandes in den gespannten Gebieten modifiziert werden muss. Mit Hilfe der HK 50-Information und der Schichtdaten wurde also eine geeignete Unterkante definiert oder die vorindizierte Angabe bestätigt. Beispiel: der Ruhewasserspiegel einer Bohrung liegt bei 15 Meter unter Gelände innerhalb einer rolligen Schicht (Ergebnis der automatisierten Zuordnung: ungespannt). Die Bohrung liegt aber in einer C 1.2-Fläche und im Bereich einer Flurabstandsangabe von etwa 30 Meter. Die Schichtdaten zeigen eine bindige Schichtunterkante bei 28 Meter an, so dass ein x auf diese Grenze gesetzt wurde. Folgende Fälle wurden zunächst manuell mit Hilfe des GIS überprüft: 25

- Als ungespannt ausgewiesene Bohrungen mit Flurabständen > 10 Meter, die in den Klassen B 4.3, C 1.2, C 2 oder OGW der HK 50 liegen (Prüfung auf ggf. tiefere GWL); - Als ungespannt ausgewiesene Bohrungen in Bereichen, die nach der K 4 der HK 50 als saisonbedingt wasserführend ausgewiesen sind (dito Prüfung auf ggf. tiefere GWL) - Als gespannt ausgewiesene Bohrungen mit Flurabständen von weniger als 10 Meter, die in folgenden Klassen der K 4 der HK 50 liegen: B 4.3, C 1.2, C 2 oder OGW ; - Als gespannt ausgewiesene Bohrungen mit Flurabständen von mehr als 10 Meter, die in den Klassen C 1.1 oder OGW der K 4 der HK 50 liegen; - Alle übrigen, noch nicht attributierten Bohrungen mit einer Teufe von > 10 Meter. Bei der manuellen Überprüfung wurde in Gebieten mit einer sehr hohen Bohrungsdichte (Cluster) aufgrund der dann geringeren räumlichen Bedeutung einer Einzelbohrung selektiv vorgegangen, d. h. nicht jede Bohrung bestätigt bzw. modifiziert, wenn in großer räumlicher Nähe bereits Bohrungen mit einer zuverlässigen Einstufung bestehen. Im Ergebnis dieser ersten manuellen Überprüfung konnte der Flurabstand zu insgesamt 10.726 Bohrungen im gespannten Bereich festgelegt bzw. bestätigt werden. Anschließend wurden weitere manuelle Überprüfungen zur Gewährleistung einer hohen Qualität der bohrungsbezogenen Flurabstände durchgeführt, und zwar: - Überprüfung der Flurabstände unter Berücksichtigung der Entfernungen der Bohrungen zueinander: bei Abständen von weniger als 500 Meter und Unterschieden im Flurabstand von mehr als 30 Meter wurde unter Berücksichtigung des Umfeldes und der HK 50 der unplausiblere Wert gelöscht; - Räumlich isolierten Bohrungen mit keinen Nachbarbohrungen in einem Abstand von 1 km wurde in jedem Fall ein Flurabstandswert zugeordnet; - Bohrungen mit einem ungespanntem Flurabstand < 5 Meter wurden alle manuell kontrolliert und der Flurabstandwert entweder angenommen oder der Wert gelöscht; - Bei Bohrungen, deren Flurabstand oberflächennäher als der Grundwasserruhestand (GWR) gesetzt wurde, wurde im SVZ der Bohrung eine mögliche Unterkante einer bindigen Schicht gesucht, die tiefer liegt, als der GWR. War keine vorhanden, so wurde die Bohrung gelöscht; - Überprüfung von Schichten, die zunächst in bindig oder rollig kodiert wurden, aber leere Einträge im Petro- bzw. Genese-Feld haben ( leere Schichten); hier wurde eine Überprüfung und ggf. Korrektur falsch kodierter Schichten sowie das Löschen der Bohrungen aus der Datengrundlage für die Regionalisierung der FA bzw. das Umindizierung an eine Schicht, die eine geeignete bindige Unterkante darstellt, durchgeführt; 26

- Überprüfung von Bohrungen im gespannten Gebiet anhand ihres zugeordneten Flurabstands und ihrer Entfernung zu den ungespannten Gebieten: a) Ungespannte Gebiete mit Flurabstand > 10m: Bohrung im Abstand von 100 m zu diesen Flächen und deren FA <=10m ist -> löschen -> (49 Bohrungen); b) 11 Bohrungen im Abstand von 200 m und deren FA <=5m ist wurden gelöscht; c) 1 Bohrung im Abstand von 300 m und deren FA <=2m ist wurde gelöscht; e) in ungespannten Gebiete mit Flurabständen <= 10 m wurden 255 Bohrungen im Abstand von 100 m zu den ungespannten Flächen und deren FA > 30m ist, gelöscht; f) 180 Bohrungen im Abstand von 200 m und deren FA > 40m ist, wurden gelöscht. - Erneute Überprüfung von Bohrungen, deren Flurabstand flacher als der Grundwasserstand gesetzt wurde; im Schichtenverzeichnis der Bohrung wurde eine mögliche Unterkante einer bindigen Schicht gesucht, die tiefer liegt, als der Grundwasserstand. War keine vorhanden, so wurde die Bohrung gelöscht. 4.2.4 Ergebnis der bohrungsbezogenen Zuordnung der gespannten Flurabstände Im Ergebnis aller beschriebenen Arbeitsschritte konnte der Flurabstand zu 9.986 Bohrungen in den gespannten Gebieten festgelegt werden. Das entspricht einer Bohrungsdichte von 0.9 Bohrungen pro km². Abb. 4.7 dokumentiert die Häufigkeitsverteilung der festgesetzten Flurabstände für die 8.648 Bohrungen, bei denen ein Flurabstand entweder schichtkonkret an die Unterkante einer hemmenden Deckschicht (gespannt) oder wasserstandsbezogen innerhalb einer rolligen Schicht (ungespannt) festgesetzt werden konnte. Die übrigen 1.338 Bohrungen sind die komplett bindigen Bohrungen mit festgesetzten 50 Meter Flurabstand. 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 4-6 0-2 40-42 36-38 32-34 28-30 24-26 20-22 16-18 12-14 8-10 Flurabstand in Meter unter Gelände 48-50 44-46 Abb. 4.7: Bohrungsflurabstände in gespannten Gebieten nach HK 50 Der arithmetische Mittelwert des Flurabstandes liegt bei 20 Meter unter Gelände, die Klasse 12 bis 14 Meter ist am häufigsten vertreten. Es zeigt sich eine leicht rechtsschiefe Verteilung mit jedoch gleichmäßig abfallenden Häufigkeiten mit zunehmendem Teufenbereich. Bohrungen mit sehr geringem Flurabstand treten nur sehr untergeordnet auf. Insgesamt kann das Ergebnis als hydrogeologisch plausibel für die Lagerungsverhältnisse des Landes bewertet werden. 27

Anzahl Bohrungen Anzahl Bohrungen Ermittlung der Verweilzeiten des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung Abb. 4.8 differenziert das Histogramm der zugeordneten Flurabstände für Bohrungen in gespannten Gebieten in solche für ungespannte (links) und gespannte (rechts) Grundwässer: 175 600 550 150 500 125 100 75 450 400 350 300 250 50 25 0 4-6 0-2 40-42 36-38 32-34 28-30 24-26 20-22 16-18 12-14 8-10 48-50 44-46 200 150 100 50 0 4-6 0-2 40-42 36-38 32-34 28-30 24-26 20-22 16-18 12-14 8-10 48-50 44-46 Flurabstand in Meter unter Gelände Flurabstand in Meter unter Gelände Abb. 4.8: Flurabstände von 1.279 ungespannten (links) und der 7.382 gespannten (rechts) Grundwässern Im Durchschnitt liegt der Flurabstand der ungespannten Grundwässer bei 13,3 und derjenige der gespannten bei 21,2 Meter unter Gelände, diese Unterschiede sind plausibel. Der Vergleich der beiden Histogramme zeigt sehr deutlich das häufigere Auftreten von niedrigen Flurabständen (< 10 Meter) bei ungespannten Grundwässern Abb. 4.9 zeigt die Spannweiten der Flurabstände pro Legendeneinheit der K 4 der HK 50. Hier 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 N = 1239 B43 1635 C11 6497 C12 175 C2 Legendeneinheit der K 4 der HK 50 Abb. 4.9: Bohrungs-Flurabstände in gespannten Gebieten pro Legendeneinheit der Karte 4 der HK 50 468 ogw Am niedrigsten liegen die Flurabstände in den mit C 1.1 markierten Gebieten der HK 50 mit dort ausgewiesenen Flurabständen von weniger als 10 Meter. In begründeten Einzelfällen (Sterne in Abb. 4.9, Ausreißer) wurden auch höhere Werte als plausibel angenommen und zugeordnet. Bohrungen in B 4.3 -Flächen zeigen einen etwas geringeren Median (lila Linie) im Vergleich zu den Bohrungen in den C 1.2 -Flächen, da hier der Aufbau der Versickerungszone nicht ausschließlich bindig ausgeprägt ist und somit auch ungespannte Grundwässer auftreten können. 28

4.3 Methodik zur Aggregierung der Daten in gespannten und ungespannten Gebieten Im Ergebnis der in Kap. 4.1 und 4.2 beschriebenen Arbeiten liegen in den ungespannten Gebieten rasterbezogene und in den gespannten Gebieten zunächst noch bohrungsbezogene Daten zur Verfügung. Der Flurabstand des Grundwassers muss jedoch - vereinbarungsgemäß und für die Nachnutzung im Rahmen der Berechnungen zur Stoffstromsimulierung - zu jedem Rasterpunkt des auf 100 Meter aufgeweiteten DGM 25-Gitters mit den daraus resultierenden Eckkoordinaten vorliegen (s. Tab. 4.2 in Kap. 4.4). Hierfür kamen grundsätzlich 2 Methoden in Frage: zum einen könnten die Rasterpunkte in den ungespannten Gebieten gemeinsam mit den Bohrungen in den ungespannten Gebieten der geostatistischen Regionalisierung unterzogen werden. Zum anderen könnten auch die Bohrungen zunächst separat ausschließlich in den gespannten Gebieten regionalisiert und anschließend die beiden Teilergebnisse aggregiert werden. Unterschiede sind hierbei vor allem an schlecht mit Bohrungen belegten Hochflächenrändern zu erwarten, da hier im ersten Fall die Flurabstände in den ungespannten Gebieten in die Hochflächen hinein wirken, während im zweiten Fall der Einfluss höherer Flurabstände in den Hochflächen ausschließlich bis zum rand reichen kann. Die Abb. 4.10 bis 4.12 zeigen für drei Ausschnitte von HK 50-Blättern dazu exemplarische Übersichten: Abb. 4.10: Ausschnitt nördlich des Kummerower Sees mit der Datenbasis in gespannten und ungespannten Gebieten zur einheitlichen Berechnung des landesweiten Flurabstandes des Grundwassers; Farbflächen in ungespannten Gebieten repräsentieren Rasterpunkte Im nordöstlichen Kartenausschnitt z. B., dort wo die Trebel keinen Anschluss an den Grundwasserleiter hat, sind in der Nähe der Entlastungsgebiete mit Flurabständen < 2 Meter im Flusstal 29

Abb. 4.11: Ausschnitt westlich des Schweriner Sees mit der Datenbasis in gespannten und ungespannten Gebieten zur einheitlichen Berechnung des landesweiten Flurabstandes des Grundwassers; Farbflächen in ungespannten Gebieten repräsentieren Rasterpunkte Abb. 4.12: Ausschnitt südlich der Großen Friedländer Wiese mit der Datenbasis in gespannten und ungespannten Gebieten zur einheitlichen Berechnung des landesweiten Flurabstandes des Grundwassers; Farbflächen in ungespannten Gebieten repräsentieren Rasterpunkte der Trebel relativ wenig Bohrungen vorhanden. Bei einer gemeinsamen Regionalisierung würden hier dementsprechend niedrige Flurabstände resultieren. Die Bohrungen in der weiteren 30

Umgebung südlich und nördlich des Trebeltals zeigen jedoch alle relativ hohe Flurabstände (> 10 bzw. > 25 Meter), die dann nicht adäquat widergegeben werden könnten. Vergleichbare Beispiele zeigen sich z. B. in Abb. 4.11 am Nordrand des Entlastungsgebietes nördlich von Bad Sülze (bei Kavelsdorf) und in Abb. 4.12 entlang weiter Bereiche des hier etwa West-Ost verlaufenden Hochflächenrandes. Aus diesem Grund wurden zunächst die bohrungsbezogenen Flurabstände separat der geostatistischen Analyse unterzogen (s. Kap. 4.4) und anschließend die in den gespannten Gebieten liegenden Rasterpunkte mit denjenigen in den ungespannten Gebieten digital aggregiert (s. Kap. 4.5). Ziel dieses etwas aufwändigeren Verfahrens war es, auf der Hochflächenseite der Ränder den Bohrungsdaten ihre primäre Bedeutung zukommen zu lassen, auch wenn dies bei geringeren Bohrungsdichten dort nicht immer zu befriedigenden Ergebnissen führt. 4.4 Regionalisierung der Bohrungen zu Rasterdaten der Flurabstände in den gespannten Gebieten Unter dem Begriff Regionalisierung wird im Folgenden die Übertragung der Flurabstandsinformationen von den ungleichmäßig in der Landesfläche vorliegenden Bohrungen auf ein gleichmäßig verteiltes Blockraster (oder: Gitter bzw. Grid ) mit einem Durchmesser der quadratischen Rasterzellen von einheitlich 100 Meter verstanden. Um die gesamte Landesfläche abzudecken wurden hierfür die in Tab. 4.2 aufgeführten Eckkoordinaten verwendet. Sie entsprechen dem gerundeten (ohne Dezimalstellen) und auf 100 Meter aufgeweiteten Gitter des digitalen Geländehöhenmodells DGM 25 mit Stand der digitalen Übergabe Frühjahr 2010. Tab. 4.2: Eckkoordinaten (UTM-ETRS89, Zone 33) des auf 100 Meter ausgedünnten und gerundeten DGM 25-Rasters bzw. -Grid Minimum Maximum Anzahl Zellen Distanz (km) Rechts 33205987 33461987 2560 256 Hoch 5889987 6061987 1720 172 Die Regionalisierung wird mit geostatistischen Verfahren vorgenommen, die überblicksweise und mit hydrogeologischem Bezug anschaulich in Schafmeister (1999) beschrieben sind. Genutzt wurde hierfür das Programm Surfer in der Version 9.11 (Golden Software 2009). Das Programm gestattet vor Durchführung der geostatistischen Berechnungen in komfortabler Hinsicht die Durchführung einer sog. Variogrammanalyse, die mit der bohrungsbezogenen Datengrundlage die am besten angepassten geostatistischen Parameter ermittelt, welche dann anschließend automatisiert in die Grid-Berechnung übernommen werden. Es handelt sich hierbei vor allem um die Reichweite der Entfernungen von Bohrungen zueinander, die für die Berechnungen an den zu schätzenden Gitterpunkten verwendet werden. Mit steigenden Entfernungen der Bohrungen zueinander steigen verständlicherweise auch die Varianzen der Flurabstände untereinander. Ab einer bestimmten besteht hierbei kein geostatistischer ( raumbezogener ) Zusammenhang mehr, so dass es nicht sinnvoll ist, die Flurabstände dieser Bohrungen für die Berechnungen an den gesuchten Gitterpunkten zu verwenden. Dieser 31

Parameter wird range genannt und durch die Darstellung im sog. experimentellen Variogramm ermittelt. Abb. 4.13 dokumentiert dieses für das ermittelte und verwendete Modell. Die grüne Linie markiert den verwendeten range bei 5 km. range Modell Bohrungspaare Nugget-Effekt Abb. 4.13: Variogramm der Regionalisierung der Bohrungs- Flurabstände in den gespannten Gebieten blauen Modell-Linie mit der y-achse (Varianz) bei 7. Es handelt sich um ein sog. expotentielles Modell. Die roten Punkte markieren jeweils Bohrungspaare mit ihren dazugehörigen Abständen und Flurabstandsprodukten. Bis etwa 9 km Entfernung steigen die Produkte linear an, ab da ist ein deutliches Abknicken erkennbar. Bei höheren Abständen steigen die Produkte nicht weiter an, hier besteht kein räumlicher Zusammenhang mehr. Die blaue Linie modelliert diese Abhängigkeiten nach. Da die Flurabstände eine geringe engräumige Varianz aufweisen, konnte der Nugget-Effekt entsprechend niedrig gehalten werden, erkennbar ist dies in Abb. 4.13 an dem Schnittpunkt der Eine weitere relevante Einstellung beim Kriging betrifft die sog. blank nodes. Das sind Rasterzellen, für die keine Schätzwerte ermittelt werden, weil die Anzahl von Bohrungen in ihrer Entfernung zu gering ist. Als Mindestanzahl wurden hier 5 Bohrungen im radialen Abstand von 5 km um den Punkt herum eingestellt. Wenn diese Anzahl in der sog. Suchellipse um den Schätzpunkt nicht erreicht ist, wird also kein Flurabstandswert berechnet, das betrifft jedoch landesweit nur 12.932, also etwa 0.6 % der Gitterpunkte. Mit den identifizierten Parametern wurde zunächst eine Protoregionalisierung durchgeführt. Ziel war es, die Schätzwerte zusammen mit den Bohrungen erneut abzugleichen und die in Kap. 4.2.3 beschriebenen Prüfverfahren einem letzten landesweiten Durchlauf zu unterziehen. Hierbei wurden weitere 172 Bohrungen aus der Datenbasis herausgenommen, wenn ihre räumliche Anordnung kein sinnvolles Regionalisierungsergebnis zulässt. Zumeist handelte es sich hierbei um große Flurabstandsdifferenzen nahe zueinander liegender Bohrungen (z. B. 30 Meter Differenz bei einem Abstand der Bohrungen von weniger als 100 Meter), die jedoch durch die bisherigen Prüfmethoden nicht erfasst worden waren. Eine einzige Stützstelle des Flurabstandes wurde zudem in die Datenbasis eingefügt, da die räumliche Anordnung geostatistisch durchgeführter, aber hydrogeologisch nicht nachvollziehbarer Extrapolation dies erforderlich 32

erscheinen ließ. Insgesamt bestand die Datenbasis damit vor der Regionalisierung aus 9.815 Bohrungen bzw. Stützstellen, das entspricht einer endgültigen Dichte von 0,84 Bohrungen pro km² in den 11 626 km² großen Gebieten mit gespanntem Grundwasser. Das anschließend erstellte landesweite Grid der Flurabstände in den gespannten Gebieten musste im Ergebnis anschließend zunächst um alle ungespannten Gebiete (Seen, ungespannte Grundwasserleiter) reduziert werden, da hier lediglich eine Extrapolation der bohrungsbezogenen Daten in diese Bereiche hinein berechnet worden war. Die folgenden drei exemplarischen Ausschnitte in Form von HK-50-Blattschnitten mit überwiegend gespannten Bereichen zeigen das Ergebnis in einer siebenfach gewählten Intervallskalierung. Abb. 4.14: Ergebnis der Regionalisierung der Bohrungsflurabstände in den gespannten Gebieten im HK-50-Blatt 17 Geringe Flurabstände von weniger als 10 Meter sind östlich von Dargun sowie südwestlich von Gnoien jeweils am Hochflächenrand erkennbar. Die Bohrungsdichte ist hier zwar nicht hoch, die Flächen sind aber jeweils mit Stützstellen abgesichert. Das trifft auch auf die Flächen mit sehr hohen Flurabständen von mehr als 40 Meter zu, z. B. der große Bereich nördlich von Jördenstorf. Bei ebenfalls im Ausschnitt erkennbaren Ergebnissen der Regionalisierung, die lokal nicht durch Stützpunkte abgesichert erscheinen (z. B. westlich von Kleverhof mit Flurabständen von mehr als 30 Meter) handelt es sich in der Realität um die gleichen Phänomene: die beiden Bohrungen bei Kleverhof haben einen Flurabstand von 34 Meter, wodurch für die südwestlich angrenzende Fläche ohne Bohrungen vergleichbare Werte berechnet wurden. Zur Dokumentation der Unsicherheiten des ermittelten Schätzergebnisses sind in Abb. 4.15 die Werte der Standardabweichungen in Meter für das gleiche HK 50-Blatt dargestellt (die digitale Dokumentation umfasst die landesweiten Standardabweichungen). Hohe Varianzen zeigen ent- 33

sprechend hohe Unsicherheiten aufgrund einer in der Umgebung des zu schätzenden Gitterpunktes geringen Datendichte, also der Bohrungsbelegung an. Diese Werte können zugleich mit dem Schätzergebnis des Flurabstandes digital ausgegeben werden und erlauben eine quantitative Einschätzung des Berechnungsergebnisses. Gut erkennbar sind die großen Unsicherheiten in den Bereichen ohne Bohrungen (gelbe und rote Bereiche), hier liegen die Standardabweichungen z. T. bei 10 Meter und mehr, während sie an und in der Umgebung der Bohrungen entsprechend niedriger sind (blaue Bereiche). Gemindert werden könnten die Unsicherheiten nur durch eine Verbesserung der bohrungsbezogenen Datenbasis, da das verwendete geostatistische Modell bereits auf die zur Verfügung stehenden Bohrungen hin optimiert wurde. Abb. 4.15: Ergebnis der Regionalisierung der Bohrungsflurabstände in den gespannten Gebieten im HK-50-Blatt 21 Der Ausschnitt in der Abb. 4.16 (nächste Seite) zeigt den Bereich westlich des Schweriner Sees mit dem Übergang in den ausgedehnten Hochflächenbereich, in dem zumeist sehr hohe Flurabstandswerte oberhalb von 30 bzw. 40 Meter dominieren. Die Bohrungsdichte ist hier jedoch oft gering, Beispiele dafür sind die Gebiete südöstlich von Gadebusch und südöstlich von Zickhusen mit niedrigen und südwestlich von Upahl mit hohen Flurabständen. Auch hier treffen die o. g. Aussagen in Bezug auf die Unsicherheiten zu. Der Ausschnitt in der Abb. 4.17 (nächste Seite) zeigt den Bereich in der Umgebung von Altentreptow mit im Vergleich zu den o. g. Beispielen eher niedrigeren Flurabständen. Die Anzahl der verwendeten Bohrungen liegt hier bei 577, das sind deutlich mehr als bei den anderen beiden Blättern, dort waren es nur 372 bzw. 278 Bohrungen. Sie treten jedoch stark gehäuft im Stadtbereich von Altentreptow auf und dokumentieren damit sehr gut den kontrastreichen Übergang vom tief eingeschnittenen Tollensetal in die westlich angrenzende Hochfläche mit sehr hohen Flurabständen von mehr als 40 Meter. 34

Westlich davon schließt sich innerhalb der Hochfläche ein Bereich mit etwas geringeren Flurabständen (10 bis 20 Meter, lokal sogar weniger als 10 Meter) und einer guten Bohrungsbelegung an, der sich nicht aufgrund einer Geländedepression, sondern aufgrund eines Ausdünnens des Geschiebemergels ergibt. Östlich des Tollensetals treten zumeist nicht mehr so hohe Flurabstände auf, der Hochflächenrand selber ist hier allerdings auch nicht gut belegt. Abb. 4.16: Ergebnis der Regionalisierung der Bohrungsflurabstände in den gespannten Gebieten im HK-50-Blatt 21 Abb. 4.17: Ergebnis der Regionalisierung der Bohrungsflurabstände in den gespannten Gebieten im HK-50-Blatt 25 35

85000 80000 75000 70000 65000 60000 55000 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 4-6 0-2 8-10 16-18 12-14 40-42 36-38 32-34 28-30 24-26 20-22 Flurabstand in Meter) Abb. 4.18: Histogramm der Flurabstände im regionalisierten Datensatz der 1.159.737 Gitterpunkte In Abb. 4.18 zeigt die Häufigkeitsverteilung der berechneten Flurabstände an allen 1.172.810 Gitterpunkten im gespannten Bereich bis 50 Meter. Der Vergleich zum Histogramm der bohrungsbezogenen Originalwerte der Flurabstände in Abb. 4.7 zeigt aufgrund der nicht gleichmäßig vorhandenen Flächenbelegung der Bohrungsdaten einige Abweichungen. Der Mittelwert der Flurabstände bei den Bohrungen lag bei 20 Meter und bei den berechneten Gitterpunkten bei 26,5 Meter. Die Verteilung ist jedoch ebenso klar eingipfelig und leicht rechtsschief wie bei den Bohrungen. Das Maximum befindet sich bei den Bohrungen in der Klasse 12 bis 14 m, bei den Gitterpunkten in der Klasse 20 bis 22 m. Die Unterschiede sind geostatistisch tolerierbar, so dass die berechneten Flurabstände in die weitere Bearbeitung zur Berechnung der Verweilzeiten eingehen können. 4.5 Ergebnis der Regionalisierung zu den landesweiten Flurabständen des Grundwassers Anschließend wurden die beiden Teil-Grids in den gespannten und ungespannten Gebieten digital zur flächendeckenden Darstellung der Flurabstände aggregiert. Anhang 2 zeigt das Ergebnis als Übersichtskarte zusammen mit den topografiebezogenen Rasterdaten der TK 500 im Maßstab 1 : 250 000 und den verwendeten Bohrungen (zu statistischen Maßzahlen s. Tab. 6.1). Erkennbar sind vor allem die z. T. sehr großen Sprünge des Flurabstandes an den Hochflächenrändern (schwarze Schraffuren in der Karte) oder bei tief in die Hochflächen eingeschnittenen Flusstälern sowie innerhalb der Hochflächengebiete dort, wo der in der Region bedeckte Hauptgrundwasserleiter durch einen oberen Horizont überlagert wird. Die Differenzen der Flurabstände können hier auf engstem Raum (wenige 100 Meter) bis zu 30 Meter und mehr betragen, ein Beispiel hiervon ist der Mündungsbereich von Trebel, Tollense und Peene, wo im Peenetal Flurabstände von < 2 Meter dominieren (Entlastungsgebiete, blau dargestellt), während unmittelbar benachbart (nördlich und südlich von Demmin) die Flurabstände auf mehr als 40 Meter unter Bedeckung ansteigen. Diese Effekte können topografiebezogen verursacht sein, sie können aber genauso durch in der Natur vorkommende und durch die Lagerungsbedingungen der Grundwasserleiter verursachte Sprünge (s. Abb. 3.5 auf S. 13) hervorgerufen sein. 4 44-46 Insgesamt gibt die Übersichtskarte zu den Flurabständen den Aufbau des Untergrundes landesweit gut wider. Die berechneten Daten wurden intensiv geprüft und als geeignet zur weiteren Verwendung bei der Berechnung der Verweilzeiten befunden (s. Kap. 6). S M N 36

5 Ermittlung der Feldkapazitäten der Grundwasserüberdeckung 5.1 Komplettierung der Feldkapazitäten der Bodenzone Wie in Kap. 3.6 erläutert, bedürfen etwa 9 % der Landesfläche einer Ergänzung der vom LUNG übergebenen Daten im Sinne einer flächenhaften Auffüllung der Werte, da in diesen überwiegend siedlungsgeprägten Bereichen bisher keine Daten zur Feldkapazität vorhanden waren. Durchgeführt wurde dies mit den lithologischen Informationen in den schichtbezogenen Daten von 11.968 Bohrungen innerhalb dieser Flächen (s. Abb. 3.9). Zumeist handelt es sich hierbei um IG - (n=8934), nachgeordnet um Hy - (n=2410) und weitere Bohrungen. Den insgesamt 28.814 Einzelschichten dieser Bohrungen bis 2 Meter Tiefe wurden entsprechend ihrer substratbezogenen Ausprägung Feldkapazitäten nach der gleichen Methodik wie bei den übrigen Bohrungsdaten in der ungesättigten Zone unterhalb des Bodens (s. Kap. 5.2) manuell zugeordnet. Anschließend wurde die bohrungsbezogene und mächtigkeitsgewichtete Aufsummierung dieser Werte vorgenommen. Die Häufigkeitsverteilung dieser Daten bis 1000 mm zeigt Abb. 5.1, das ist auch das Maximum der berechneten Werte. 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 100-150 50-100 0-50 950-1000 900-950 850-900 800-850 750-800 700-750 650-700 600-650 550-600 500-550 450-500 400-450 350-400 300-350 250-300 200-250 150-200 summare Feldkapazität bis 20 dm (mm) Std.abw. = 229,41 Mittel = 359 N = 11968,00 Abb. 5.1: Histogramm der summaren Feldkapazitäten von allen Bohrungen in städtisch geprägten Gebieten bis 2 Meter Tiefe Erkennbar ist eine ungleichförmige mehrgipfelige Verteilung der Werte mit einem Maximum bei sehr niedrigen Feldkapazitäten unterhalb von 100 mm. Das sind zumeist Bohrungen mit einem sehr hohen Skelettanteil, z. B. Bauschutt oder Aufschüttungen mit entsprechend niedrigen Feldkapazitäten aufgrund niedriger bindiger Bestandteile. Bei 300 und 600 mm zeigen sich weitere Maxima in der Verteilung, hierbei handelt es sich überwiegend um feinsandige bzw. lehmige Substrate. Die Maxima sind durch zumeist organikreiche Schichten geprägt, die in den städtischen Gebieten nur untergeordnet auftreten. Als pauschaler Wert zur Auffüllung der Flächendaten wurde der arithmetische Mittelwert von 359 mm gewählt, da eine flächendifferenzierte Zuordnung anhand der regionalen Verteilung der Werte nicht sinnvoll erschien und der Median (280 mm) der Verteilung der Werte nicht so gut entspricht wie der Mittelwert, der in etwa einem lehmigen Feinsand entspricht. 37

Anschließend mussten die Feldkapazitäten des nunmehr flächenhaft komplettierten Datensatzes in den Bereichen reduziert werden, in denen der Flurabstand des Grundwassers weniger als 2 Meter beträgt (Entlastungsgebiete ohne Seen), da hier die pauschal auf 2 Meter bezogenen Daten einen zu hohen Wert ergeben würden. Das betrifft sowohl die gespannten als auch die ungespannten Gebiete, da in beiden Fällen ein Flurabstand von weniger als 2 Meter bedeutet, dass unterhalb davon die gesättigte Zone beginnt, die für die Ermittlung der Verweilzeiten keine Relevanz mehr hat. In den ungespannten Gebieten waren davon ca. 3.500 km², also ca. 15 % der Landesfläche, betroffen. Dafür wurden die flächenhaften Daten des shapes in eine räumliche Verbindung zu dem Berechnungsgitter (Grid) gesetzt und im GIS die Werte der pauschalen Feldkapazitäten bis 2 Meter mit den Flurabständen in Beziehung gesetzt. In Abhängigkeit von den Flurabstandswerten wurde anschließend eine direkt proportionale Reduktion der Feldkapazitäten vorgenommen. Bei einem Flurabstand von 1 Meter z. B. wurde eine Reduktion um 50 % des Feldkapazitätswertes (1 von 2 Meter) vorgenommen. Schichtweise Inhomogenitäten in den oberen 2 Metern mussten dabei vernachlässigt werden, da diese nicht in den digital übergebenen Feldkapazitätswerten vorhanden waren. Der Mittelwert der modifizierten Daten liegt bei 579 mm, die Spannweite reicht von 2 bis 1450 mm. Diese reduzierten und digital im Berechnungsrater separat abgelegten Daten (s. Datendokumentation in der Beilage) gehen anschließend in die Ermittlung der Feldkapazitäten der gesamten ungesättigten Zone (s. Kap. 5.5) ein. 5.2 Schichtweise Ermittlung der Feldkapazitäten der ungesättigten Zone unter dem Boden Die Ermittlung der Feldkapazitäten der ungesättigten Zone unterhalb der Bodenzone wurde ausschließlich mit Bohrungsdaten vorgenommen. Die Einbeziehung weiterer Daten, wie z. B. digital vorliegender geologischer bzw. hydrogeologischer Karten (GÜK bzw. HÜK 200), wurde in Einvernehmen mit dem AG verworfen, da diese aufgrund ihrer geringen Flächenauflösung keine über die Detailliertheit der Bohrungen hinausgehenden Informationen liefern können. Unterschieden wurde bei den Bohrungen grundsätzlich wieder nach gespannten und ungespannten Gebieten, die anhand der HK 50 ermittelt worden waren (s. Tab. 3.1 in Kap. 3.4). In ungespannten Gebieten wurden zunächst alle Einzelschichten der 39.781 Bohrungen (s. Kap. 4.1.1) aus der Datenbasis herausgefiltert, die sich oberhalb von 2 Meter Tiefe befinden und damit nicht in die weitere Bearbeitung einzugehen brauchen, da hier bereits die flurabstandbezogenen Feldkapazitäten für die Bodenzone ermittelt worden sind (s. Kap. 5.1). Anschließend wurden Bohrungen mitsamt ihrer Schichtdaten ermittelt, deren Endteufe geringer lag als die Grundwasseroberfläche in Meter unter Gelände, da mit ihnen keine vollständige Ermittlung der Feldkapazitäten in der ungesättigten Zone möglich war. In Abb. 5.2 ist deren Lage dokumentiert. Es handelte sich insgesamt um 8.451 Bohrungen in den ungespannten Gebie- 38

ten (blassrot in Abb. 5.2). Oftmals verteilen sie sich auf Cluster im ungespannten Bereich (z. B. südwestlich des Schweriner Sees oder nordöstlich der Müritz). Abb. 5.2: Bohrungen (rote Punkte) mit Endteufen oberhalb der Grundwasseroberfläche Der nunmehr noch 31.330 Bohrungen umfassende Datensatz wurde in einem weiteren Bearbeitungsschritt um diejenigen Bohrungen reduziert, die in Entlastungsgebieten mit Flurabständen von weniger als 2 Meter liegen. Da hier die Informationen zur Feldkapazität bereits mit den Daten aus der Bodenzone ermittelt wurde (s. Kap. 5.1), liefern die schichtbezogenen Daten dieser Bohrungen keine weiteren verwertbaren Informationen. Es handelt sich 9.210 Bohrungen, so dass nunmehr 22.120 Bohrungen in der Auswahl für die weitere Bearbeitung verblieben. Bei diesen Bohrungen wurden alle Schichten eliminiert, die sich unterhalb der Grundwasseroberfläche befinden. Damit verbleiben 54.407 Schichtdatensätze. Die Unterkanten dieser Schichten wurden an der Grundwasseroberfläche abgeschnitten, um ihre Mächtigkeiten exakt von 2 Meter unter Gelände bis zur Grundwasseroberfläche ermitteln zu können. Die Zuordnung von Feldkapazitäten (FK) zu diesen Schichten geschah auf Grundlage der lithologischen und genetischen Angaben (Felder PETRO und GENESE ). Dafür wurden alle 54.407 Einzelschichten in Abhängigkeit von ihrer Beschreibung analysiert und FK-Werten in Anlehnung an die Werte aus der Tab. 70 für mittlere Trockenrohdichten und Poren < 50 µm (pf>1.8) zugeordnet. In Tab. 5.1 auf der nächsten Seite sind diese Werte rot umrahmt. Insbesondere die in den letzten drei Zeilen aufgeführten Werte konnten hierfür verwendet werden, da es sich dabei um Bodenarten handelt, die auch in den Schichtbeschreibungen der Bohrungen enthalten sind. 39

Tab. 5.1: Feldkapazitäten in Abhängigkeit von der Bodenart nach Tab. 70 der KA 5 (2005); rot umrahmt: verwendete Werte für die Zuordnung der Bohrungsdaten Die übrigen in der Tabelle 5.1 aufgeführten Bodenarten wurden den Schichtbeschreibungen des Feldes PETRO zugeordnet. Verwendet wurden hierfür vereinbarungsgemäß ausschließlich die Einträge vor dem Semikolon in der Schichtbeschreibung, um eine Vereinfachung der z. T. sehr unübersichtlichen und detaillierten Beschreibungen zu erreichen. Bei 279 Bohrungen traten Schichtbeschreibungen auf, die keinem FK-Wert zugeordnet werden konnten, zumeist sind das Schichten ohne oder mit nicht interpretierbaren Texten. Um keine Verzerrung der Werte zu generieren, wurden diese Bohrungen komplett aus dem Datensatz herausgenommen. Es verblieben 21.841 Bohrungen mit 53.786 Schichten. Anhang 3 beinhaltet die tabellarische Dokumentation der Zuordnung von Schichtbeschreibungen zu Feldkapazitätswerten, hierin enthalten sind auch die Schichtbeschreibungen aller Bohrungen in den gespannten Gebieten (s. u.). Die beiden Tabellen im Anhang 3a (Tabellarische Zuordnung von Schichten zu Feldkapazitätswerten) und 3b (FK-Werte bei PETRO- und GENESE-Informationen der Schichtdaten) beinhalten neben den - in Bezug auf ihre Häufigkeit - relevanten Schichtbeschreibungen auch die jeweilige Anzahl und Mächtigkeit der Schichten. Erkennbar ist, dass vor allem die Gruppen mit FK-Werten zwischen etwa 8 und 20 sehr gut belegt sind. Hierbei handelt es sich um die im ungespannten Bereich primär vorkommenden Sande unterschiedlicher Körnung und Ausprägung bzw. mit beigeordneten Feinkornanteilen. Daneben sind die Klassen mit FK-Werten zwischen 34 und 36 stark belegt. Hier handelt es sich um Schichtbeschreibungen, die vor allem beim Feld GENESE auf Geschiebemergel hindeuten. Diese Hinweise wurden vorrangig beachtet, d. h. jeglicher Hinweis auf einen Geschiebemergel oder - lehm wurde durch einen dann erhöhten FK-Wert interpretiert, auch wenn z. T. Widersprüche zum PETRO-Feld bestanden (z. B. dort Sand, aber bei GENESE Geschiebemergel). Damit sollte sichergestellt werden, dass die deutlich höheren Feldkapazitäten der bindigen Geschiebemergel-Relikte o. ä. in die Berechnung der Verweilzeiten eingehen können. Abb. 5.3 dokumentiert die resultierenden Häufigkeitsverteilungen aller 53.786 Einzelschichten. Der Mittelwert der Mächtigkeiten der Einzelschichten im ungespannten Bereich liegt bei 1,9 m, 40

Anzahl Einzelschichten Ermittlung der Verweilzeiten des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 4000 3000 2000 1000 0 9,0-9,5 8,0-8,5 7,0-7,5 6,0-6,5 5,0-5,5 4,0-4,5 3,0-3,5 2,0-2,5 1,0-1,5 0,0 -,5 3000 Std.abw. = 2,49 2000 Mittel = 1,9 11,0-11,5 10,0-10,5 5000 4000 N = 53773,00 1000 0 48-50 44-46 40-42 36-38 32-34 28-30 24-26 20-22 16-18 12-14 8-10 4-6 0-2 Std.abw. = 12,41 Mittel = 19 N = 53786,00 Mächtigkeit (Meter) Feldkapazität [mm/dm] Abb. 5.3: Histogramme der Mächtigkeiten (links) und der FK-Werte der 53.786 Schichten im ungespannten Bereich die im Histogramm gebildete Klasse von 0,5 bis 1,0 Meter ist dabei am häufigsten belegt. 903 Schichten (also nur ca. 2 %) weisen eine Mächtigkeit von mehr als 10 Meter auf. Das sind insgesamt plausible Werte für den ungespannten Bereich. Der Mittelwert der Feldkapazitäten aller 53.786 Einzelschichten liegt bei 19 mm/dm bzw. % (Abb. 5.3 rechts), hier zeigen sich mehrere Einzelmaxima, die den unterschiedlichen Hauptkornfraktionen entsprechen (s. Tab. 5.2), z. B. 10 bis 12 % für Mittelsande und 34 bis 36 % für Lehme und Schluffe bzw. Geschiebemergel. Bei 50 mm/dm liegt das Maximum des zugeordneten Wertes pro Einzelschicht. In den gespannten Gebieten wurde die Zuordnung von FK-Werten zu den 39.316 Einzelschichten der 9.653 Bohrungen analog durchgeführt (s. Tabellen im Anhang 3 mit den Schichtbeschreibungen der Bohrungen). Folgende Arbeitsschritte wurden im Rahmen der schichtbezogenen Vorbereitung durchgeführt: - Abschneiden der Schichten einer Bohrung, die tiefer sind als die Grundwasseroberfläche bzw. der Flurabstand in Meter unter Gelände (die erste diesen Wert überschreitende Schicht wurde nicht aus der Datenbasis herausgenommen), - Korrektur des Tiefenwerts der Schicht, die den Flurabstandswert erstmals überschreitet, auf genau den Wert des Flurabstandes, - Auswahl von Schichten oberhalb des Flurabstandes und Berechnung derer Mächtigkeit, - Herausnahme von Schichten oberhalb von 2 Meter (FK-Werte bereits aus den Bodendaten ermittelt) und von nicht zuordenbaren Schichten (s. o., S. 40), 41

Anzahl Einzelschichten Ermittlung der Verweilzeiten des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung - Korrektur des Mächtigkeitswertes für jede Schicht, deren Oberkante oberhalb von 2 Meter Tiefe liegt auf ihre Mächtigkeit ab 2 Meter (Beispiel: einer Schicht von 1,7 bis 3 Meter unter Gelände wird eine Mächtigkeit von 1,0 statt 1,3 Meter zugewiesen). Abb. 5.4 zeigt die resultierenden Häufigkeitsverteilungen aller 39.316 Einzelschichten: 9000 8500 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 6-7 4-5 2-3 0-1 28-29 26-27 24-25 22-23 20-21 18-19 16-17 14-15 12-13 10-11 8-9 Std.abw. = 6,76 Mittel = 5 N = 39316,00 22000 21000 20000 19000 18000 17000 16000 15000 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 4-6 0-2 8-10 48-50 44-46 40-42 36-38 32-34 28-30 24-26 20-22 16-18 12-14 Std.abw. = 10,83 Mittel = 30 N = 39316,00 Mächtigkeit der Einzelschichten Feldkapazität [mm/dm] bzw. [%] Abb. 5.4: Histogramme der Mächtigkeiten (links) und der FK-Werte im gespannten Bereich Im Vergleich zu den Schichten der Bohrungen im ungespannten Bereich (s. Abb. 5.3, links) zeigt sich eine mehr als doppelt so hohe durchschnittliche Mächtigkeit der Einzelschichten. Auch die Verteilung reicht deutlich weiter in die höheren Werteklassen, so haben allein 589 einzelne Schichten (etwa 1,5 %) eine Mächtigkeit von mehr als 30 Meter, sehr viele auch nahezu bis 50 Meter, also pro Bohrung nur eine einzige Schichtbeschreibung. Hierdurch ist der höhere Mittelwert beeinflusst, es handelt sich vermutlich um in Wirklichkeit sehr viel tiefere Bohrungen, bei denen der Auflösungs- bzw. Genauigkeitsgrad der Schichtbeschreibungen im oberen Bereich nicht so detailliert ist wie bei den Bohrungen im ungespannten Gebiet. Bei den Feldkapazitäten zeigen sich ebenfalls deutliche Unterschiede im Vergleich zum rechten Histogramm in Abb. 5.3. Der Mittelwert liegt nahezu doppelt so hoch, was erkennbar durch deutlich weniger häufige Schichten mit niedrigeren FK-Werten verursacht wird. Dagegen zeigt sich ein klares Maxima im Bereich der bindigen FK-Zuordnungen, also Werte oberhalb von 30 mm/dm. Dies entspricht nach Tab. 5.2 Lehmen, Schluffen, Geschiebemergel u. ä. Bei den niedrigen FK-Werten handelt es sich entweder um Einlagerungen von geringmächtigen sandigen Schichten innerhalb der bindigen Substrate (< 2 Meter) oder um trockene sandige Schichten oberhalb der die Grundwasserleiter bedeckenden Schichten. 42

Anzahl Bohrungen Anzahl Bohrungen Ermittlung der Verweilzeiten des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung 5.3 Bohrungsbezogene Aggregierung der Feldkapazitäten der ungesättigten Zone Ingesamt standen zur Ermittlung der Feldkapazitäten für die ungesättigte Zone unterhalb des Bodens im ungespannten und gespannten Gebiet Schichtdaten von 31.494 Bohrungen zur Verfügung. Deren FK-Werte wurden nun bohrungsbezogen bis zum Erreichen der Grundwasseroberfläche unter Berücksichtigung der jeweiligen Mächtigkeit ihrer Schicht gewichtet summiert. Abb. 5.5 (links) dokumentiert die Häufigkeitsverteilung dieser summarischen FK-Werte pro Bohrung, die rechte Verteilung zeigt die Verteilung für die Bohrungen zuzüglich des zugeordneten Wertes aus dem Grid der Bodenzone für den Bereich < 2 Meter unter Gelände. 6000 4000 5000 3500 3000 4000 2500 3000 2000 2000 1000 0 0-150 1500 1000 Std.abw. = 4210,52 Mittel = 2825 5700-5850 N = 31494,00 500 0 5700-5850 5400-5550 5100-5250 4800-4950 4500-4650 4200-4350 3900-4050 3600-3750 3300-3450 3000-3150 2700-2850 2400-2550 2100-2250 1800-1950 1500-1650 1200-1350 900-1050 600-750 300-450 300-450 0-150 Std.abw. = 4248,29 Mittel = 3305 N = 31494,00 Feldkapazität ungesättigte Zone unter dem Boden (mm) 5400-5550 5100-5250 4800-4950 4500-4650 4200-4350 3900-4050 3600-3750 3300-3450 3000-3150 2700-2850 2400-2550 2100-2250 1800-1950 1500-1650 1200-1350 900-1050 600-750 Feldkapazität gesamte ungesättigte Zone (mm) Abb. 5.5: Histogramm der bohrungsbezogen bis zum Flurabstand aufsummierten FK-Werte als Ausgangsdatenbasis für die Regionalisierung (links: FK-Werte unterhalb von 2 Meter, rechts: FK-Werte gesamte ungesättigte Zone) Beide Histogramme zeigen klar eingipfelige Verteilungen der FK-Werte mit jeweiligen Maxima bei weniger als 100 mm (links) bzw. bei 450 bis 600 mm. FK-Werte unterhalb von 2 Meter Tiefe von mehr als 6000 mm treten bei 5.073 Bohrungen auf, inkl. der FK-Werte aus dem Bodenbereich sind es 5.543 Bohrungen. Die in den Bildern dokumentierten Mittelwerte sind stark von den Wertespannen bis > 20.000 geprägt. Abb. 5.6 auf der nächsten Seite zeigt die räumliche Verteilung der Werte für die ungesättigte Zone unterhalb des Bodens in der Landesfläche. Die Übersichtskarte zeigt die hydrogeologischen Lagerungsbedingungen bzw. den Untergrundaufbau des Landes sehr deutlich mit hohen FK-Werten im Bereich der Hochflächen und niedrigen Werte in den Niederungen. Auch Bereiche mit Hochflächensande (z. B. nordöstlich der Müritz) zeigen eher niedrige Werte, da hier zwar die Flurabstände hoch liegen können, das Substrat hingegen überwiegend rollig mit entsprechend niedrigen FK-Werten ist. In Entlastungsgebieten treten scheinbare Lücken auf (z. B. in der Lewitz nördlich von Neustadt/Glewe), da hier nur Bodendaten verwendet wurden. 43

Abb. 5.6: Räumliche Verteilung der 31.494 bohrungsbezogen und mächtigkeitsgewichtet aufsummierten Feldkapazitäten in der ungesättigten Zone unterhalb des Bodens 44