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Interaktion Oberflächenwasser-Grundwasser in den tidebeeinflussten Gebieten der deutschen Nordsee-Ästuare

Erstellt am: 28.02.2018 | Stand des Wissens: 05.08.2019
Auftraggeber / Förderer:   Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Auftragnehmer:   Bundesanstalt für Wasserbau
Projektkoordination:   Rudnick, Sebastian
Projektnummer:   B3952.03.04.70004
Projektvolumen:   < 500.000
Laufzeit:   2015/10 bis 2022/12
Projektstand:   laufend
Webseite:   http://www.baw.de/
Raumbezug:   Bundesrepublik Deutschland
Veröffentlichung:   [Nuru17] Bau von Grundwasser- und Porenwasserdruckmessstellen zur Grundwasserbeweissicherung an der Unterems
Sonstige Informationen:  
Das BAW-Forschungskompendium Verkehrswasserbau 2018 steht auf www.baw.de zum Download zur Verfügung.
Aufgabenstellung und Ziel
Die Wechselwirkungen zwischen Oberflächengewässern und Grundwasser werden grundsätzlich von den hydrologischen und hydrogeologischen Randbedingungen beeinflusst. Weiter spielen auch die Gewässerstruktur, die Substratzusammensetzung der Gewässersohle und die Stratigraphie des angeschnittenen Grundwasserleiters eine wichtige Rolle. In den tidebeein-flussten Ästuaren der deutschen Nordseeküste werden die Grundwasserverhältnisse zusätzlich insbesondere durch die Tidedynamik, die Salzgehaltsentwicklung sowie den Schwebstoff- und Sedimenthaushalt geprägt.
Die tideinduzierten Wasserstandsänderungen im Ästuar führen zu einem stark instationären Grundwasserströmungsfeld, dessen Ausdehnung auf Uferseite einige hundert Meter betragen kann.
Ein Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verbesserung des grundlegenden Verständnisses dieses komplexen Systems und die Identifizierung relevanter Parameter für den Austausch zwischen Ästuar und Grundwasserkörper. Die Auswirkungen von z.B. Änderungen der Tidedynamik, anthropogenen Eingriffen in den Wasserhaushalt oder durch den Klimawandel hervorgerufenen Veränderungen der hydrologischen Randbedingungen auf das Grund-wasserströmungsregime und die Beschaffenheit im Ästuarbereich können so besser prognostiziert werden. Es werden hierzu Methoden und Ansätze entwickelt, die Einblicke in die Austauschvorgänge im Gewässerbett geben und helfen bestehende Ansätze zur Folgenabschätzung zu verbessern.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Erfahrungen bei WSV-Projekten an Ems, Weser und Elbe zeigen sowohl im Zusammenhang mit den Genehmigungsverfahren als auch bei der Ausführung der Vorhaben die hohe Bedeutung der Thematik Wechselwirkungen zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser für die naturschutzfachliche und wasserwirtschaftliche Bewertung der Maßnahmen. Insbesondere durch maßnahmenbedingte Veränderungen der Tidedynamik und durch Eingriffe in den Schwebstoff- und Sedimenthaushalt der Ästuare können Änderungen der Grundwasserströmungssituation und der Grundwasserbeschaffenheit in den Ästuargebieten nicht ausgeschlossen werden.
Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen Oberflächengewässern und dem Grundwasser in den Ästuarbereichen lassen sich die Folgewirkungen von verkehrswasserbaulichen Ausbau- und Unterhaltsmaßnahmen auf die quantitativen und qualitativen Grundwasserverhältnisse derzeit nur eingeschränkt prognostizieren und bewerten. Das FuE-Vorhaben soll eine wissenschaftlich fundierte Grundlage bilden, um zukünftig belastbarere Prognosen zu ermöglichen und somit die Genehmigungsverfahren hinsichtlich der erforderlichen Aussagen zum Grundwasser gezielt zu unterstützen. Weiter ist zu erwarten, dass auf der Grundlage der Untersuchungsergebnisse die Beweissicherungskonzepte wirtschaftlicher und zielführender gestaltet werden können.
Untersuchungsmethoden
Die Interaktion zwischen Ems und Grundwasserkörper wird an drei Standorten entlang der Unterems untersucht. Neben der Erfassung der Grundwasserganglinien (Nuber et al. 2017) werden Grundwasserproben bezüglich der gelösten Inhaltsstoffe und der Isotopenzusammensetzung der Wassermoleküle untersucht. Dabei werden die Ver-hältnisse der schwereren Isotope von Sauerstoff (18O) und Wasserstoff (2H) jeweils zu den leichteren Isotopen 16O und 1H bestimmt, die sogenannten delta18O und delta2H Werte. Diese Isotopensignaturen erlauben Rückschlüsse auf die Bildungsbedingungen des Grundwassers.
Auf Grundlage der Tritium-Helium-Methode werden des Weiteren die durchschnittlichen Verweilzeiten des Wassers im Untergrund seit der Versickerung als Niederschlag bestimmt. Diese kombinierte Untersuchung physikalischer und chemischer Parameter erlaubt die Erarbeitung eines konzeptionellen Modells der chemisch-hydraulischen Mechanismen, das die rezenten Grundwasserverhältnisse erklärt. Der Vergleich der so gewonnenen Vorstellung mit Ergebnissen, die im Rahmen vorhergehender Studien gewonnen wurden, liefert weitere Hinweise auf die dominierenden Einflussgrößen in der Interaktion Oberflächenwasser-Grundwasser.
Ansprechpartner
Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Bundesanstalt für Wasserbau
Literatur
[Nuru17] Bundesanstalt für Wasserbau, Nuber, T., Rudnick, S., Lensing, H.-J., Siebenborn, G., Roeloffzen, F., Otte, K. Bau von Grundwasser- und Porenwasserdruckmessstellen zur Grundwasserbeweissicherung an der Unterems, veröffentlicht in 68. Deutsche Brunnenbauertage und BAW-Baugrundkolloquium, 2017
Glossar
O2
= Sauerstoff. Im Normzustand ist Sauerstoff ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas. Es ist sehr reaktiv, fast jede Chemikalie, abgesehen von Edelgasen, reagiert mit Sauerstoff um Verbindungen zu bilden.
Sauerstoff ist von großer Bedeutung, weil er wesentlich an den Atmungsprozessen der meisten lebenden Zellen und an den Verbrennungprozessen beteiligt ist. Es ist das am häufigsten vorkommende Element der Erdkruste. Die Luft besteht zu fast einem Fünftel (Volumen) aus Sauerstoff. Ungebundener gasförmiger Sauerstoff besteht normalerweise aus einem zweiatomigen Molekül (O2), aber es gibt ihn auch in dreiatomiger Form O3 besser bekannt unter dem Begriff Ozon.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?481247

Gedruckt am Mittwoch, 21. August 2019 18:45:11