Hydrologische Interaktion zwischen Grundwasser und ...€¦ · Grundwassertrends (Grimm-Strele –Verfahren) 3. NW-Statistik der Fliessgewässer-Abflüsse • Pegel-Statistik •

NLWKN Hannover-Hildesheim

Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und NaturschutzNiedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz


Hydrologische Interaktion zwischen

Grundwasser und

Oberflächengewässer

Prof. Dr.-Ing. Joseph Hölscher

Dipl.-Ing. (FH) Thomas Ott, M.Eng.


Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz

1. Problemstellung

2. Methodendiskussion

3. Arbeitskonzept

4. Ergebnisse

5. Fazit

Gliederung



Ziel der EG-WRRL

Anthropogene mengenmäßige Veränderungen in Grundwasserkörpern nicht

tolerierbar, wenn,

• ökologische Qualitätsziele in den mit dem GWK in Verbindung stehenden OG beeinträchtigt sind

• signifikanten Verringerung der Qualität der OG feststellbar sind

• Gw-abhängige Landökosystemen signifikant gefährdet werden

1. Problemstellung

Umsetzung in der Grundwasserverordnung (GrwV):

• Bestandsaufnahme für Oberflächengewässer und Landökosysteme, die mit dem GWK in

hydraulischer Verbindung stehen.

• Abschätzung der Grundwasserfließrichtung und der Wasseraustauschrate zwischen GWK und den in

hydraulischer Verbindung stehenden Oberflächengewässer



Effluente Verhältnisse: (aus GW in OG)

• Stoffeinträge aus GW in OG (diffuse Belastungen)



Influente Verhältnisse: (aus OG in GW)

• Basisabfluss vermindert (MNQ, NNQ, Trockenfallen, ökologischer Zustand)

• Stoffeinträge in GW (v. a. bei Hochwasser)

GW-Absenkung

GW-Absenkung

• MNQ, NNQ

• Trockenfallen

• Ökologischer Zustand

• GW-abhängige LÖS

Kolmation



Verfügbare Datenbasis

Grundwasser

• Grundwassergleichenpläne

z.B. 1:50.000 oder HÜK 200

• Grundwasserstandsdaten GÜN

• GW-Standsdaten (Dritter)

• DGM

• (GW-Modell-Daten)

• GW-Entnahmen (WBE)

• Bodenübersichtskarten LBEG

• Geologische Übersichtskarte

Fließgewässer

• Pegeldaten (W + Q)

• Abflussmessungen (Q, W, Sohle)

• Hydraul. Modell-Daten (Ü-Geb.)

Gewässersohle, W, HQ,

• Gewässerprofile

• Hydrolog. Modell-Daten (Q)

• DGM

• Gewässertypen-Karte

• Kataster Querbauwerke



Methoden: Qualitative Abschätzung

Grundwasser

• Gefährdete GWK (Menge)

• GW-Standsdaten

(Trendanalyse)

• Grundwassergleichenplan

1:50.000 (GW-Fließrichtung)

• GW-Flurabstände

• Grundwasserentnahmen (WBE)

Fließgewässer

• Expert-Judgement

• Pegeldaten (NW-Statistik)

• Abflussmessungen (NQ, MNQ)

• Vergleich mit Nachbar-Pegeln



Quantitative Ermittlung von Austauschraten

Grundwasser

• Grundwassermodelle

Fließgewässer

• Abflussdifferenzmessung

• Hydrolog. Analyse benachbarter

Pegel

• Ermittlung Basis-Abflüsse

• Hydrologische Modelle (Panta

Rhei)

Gekoppelte Ansätze

• Sickerwasserraten nach Darcy unter Gewässersohle

• Gekoppelte Modellansätze (Hydrologie und Grundwasser)



Bewertung: Qualitative Abschätzung

Grundwasser/Fließgewässer

• Auswertung hydrolog. Daten (GW + OW)

• Vergl. Trendanalysen (GW-Stand mit NW)

• Verschnitt GW-Gleichenplan und hydraul.

Modelldaten

• Vergleich GW-Flurabstände und

Gewässerprofile

• Expert-Judgement (GW-Entnahmen und

Trockenfallen von OG)

Daten Aufwand Aussage

++ o o

o -- +

+ -- o

o -- o

++ ++ ++



Bewertung: Austauschraten (Quantitativ)

• Grundwassermodelle

• Abflussdifferenz-Messung

• Pegeldaten-Analyse und Basis-Abfluss

• Hydrologische Modelle

• Sickerwasserraten nach Darcy unter

Gewässersohle

• Gekoppelte Modellansätze (Hydrologie

und Grundwasser)

Daten Aufwand Aussage

--/++ -/++ ++

+ + ++

++ + o

- -- +

-- o +

-- -- ++



3. Arbeitskonzept







Arbeitsschritte:

1. Effluenz oder Influenz ?• HÜK 200 (5 m - Isohypsen und GW-Fließrichtungen)

• Gewässerkundliche Erkenntnisse - Expert-Judgement ( E.-J.)

2. Grundwassertrends (Grimm-Strele –Verfahren)

3. NW-Statistik der Fliessgewässer-Abflüsse • Pegel-Statistik

• Ursachenermittlung bei fallenden Trends (GW-Entnahmen, N, ?)

• Zielverfehlung zu besorgen?

4. Austauschraten ermitteln und bewerten• Nur wenn GW-Entnahmen für Mengenproblem ursächlich

5. Maßnahmen-Programm



Klärung der Gebietskulissen

Trend in den Grundwasserganglinien

• Ermittlung von Grundwassermessstellen mit fallendem / stark fallendem Trend

Hinweise in der Pegelstatistik

• Ermittlung von Trends bei MNQ über einen vergleichbaren Zeitraum

• negative Differenzen bei Abflussmessungen zwischen zwei aufeinander

folgenden Pegeln im selben Gewässer

Expert-Judgement

• Hinweise auf trockenfallende Bäche welche nicht durch Pegeldaten erfasst

werden

Welche Möglichkeiten zur Ermittlung der Gebietskulisse stehen zur Verfügung?



Ursachenermittlung

Welche Gründe können für diese Trends in Betracht kommen?

Niederschlagsdaten

• Ermittlung von Trends in den Daten der vorhandenen Niederschlagsstationen

Temperatur und Verdunstung

• Wie haben sich im Beobachtungszeitraum die Temperatur und

Verdunstungsrate geändert?

Wasserentnahmerechte

• In welchem Umfang liegen im entsprechendem Gebiet Entnahmerechte und

wenn möglich tatsächliche Entnahmemengen vor?



Ermittlung / Bilanzierung der Austauschraten

Methode Datengrundlage Aufwand Aussage

Grundwassermodell --/++ -/++ ++

gekoppelte Modelle -- -- ++

Pegeldatenanalyse --/++ --/o -/+

Abflusssdifferenzmessung + -- ++

Abflussdifferenzmessung:

Vorteil: gute Datengrundlage bzw. Beschaffung der Daten und hohe Aussagekraft

Pegeldaten-Analyse:

Vorteil: gute Datengrundlage in Gebieten wo Pegel vorhanden sind

Nachteil: mittelmäßige Aussagekraft, keine Informationen in Gebieten ohne Pegel



Ergebnisse

Grundwasserganglinien (1991-2010) Pegelstatistik (1991-2010)



Niederschlagsdaten



Fazit

• Anspruchsvolle neue Aufgabe

• Integrierte Bewertung

• Erfordert Anwendung neuer Methoden in der Hydrologie

Pegelmessnetz

• Geringe Netzdichte insbesondere in kleinen Einzugsgebieten

• Verkrautungsproblem besonders im Niedrigwasserfall

Grundwassermessstellen

• Datenbasis im Festgestein

• Lage der Messstellen zu den Gewässern

Wasserentnahmen

• Wenig bis keine Informationen über tatsächliche Entnahmemengen

• Gemeingebrauch an Fließgewässern



Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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