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121 Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 3-4/96 Kurzfassung Die Wasserwirtschaft in Berlin führt zu einer Situation, in der nahezu der gesamte Wasserhaushalt der Region an- thropogenen Einflüssen unterliegt. Flächenversiegelung, Grundwasserentnahme durch die öffentliche Wasserver- sorgung und Eigenwasserentnahmen der Industrie, Me- lioration, Drainagen und undichte Kanalisation sind nur einige Beispiele hierfür. Die Untersuchungen stellen Grundwasserneubildungsvorgänge in Wald- und kleinen Feuchtgebieten dar. Mit Hilfe stochastischer Methoden wurde eine quantitative Beziehung zwischen den Grund- wasserspiegelschwankungen und der klimatischen Was- serbilanz in kleinen Einzugsgebieten hergestellt. Daraus wurde wöchentlich die Grundwasserneubildung für ein Feuchtgebiet und einen Wald errechnet. Abstract The water management in Berlin leads to a situation, whe- re nearly the entire groundwater balance is affected by human activities. Sealing, discharge by water plants and factories, drainage and leaky pipes are only some ex- amples for the human influence. In the southeast of Berlin the Free University carries out a research project on the water balance of an almost natural catchment area. The investigations refer to the groundwater recharge in a fo- rest and in small moist biotopes. A quantitative relation between the water level and the climatic water balance in the catchment area could be found by stochastic methods. The water balance equation was used to construct the graph of the weekly groundwater recharge in a moist bio- tope and in a forest. Einleitung Die wasserwirtschaftliche Situation Berlins ist geprägt von ei- ner intensiven Nutzung der Gewässer. Die Oberflächengewäs- ser werden u. a als Wasserstraßen, Freizeit- und Erholungs- raum sowie als Vorfluter der Klärwerke genutzt. Das Grund- wasser dient zur Trinkwasserversorgung der Stadt und den Eigenwasserversorgungsanlagen der Industrie als Ressource. Wasserhaltungen für Baumaßnahmen, Flächenversiegelung, Melioration, Drainagen, undichte Rohrleitungen usw. stellen zusätzliche Belastungen für den Grundwasserhaushalt dar. Der Wasserhaushalt ist daher in weiten Teilen der Stadt so stark anthropogen überprägt, daß Aussagen zum natürlichen Zustand nur noch sehr bedingt möglich sind. Insbesondere der natürliche und für ökologische Fragestellungen wichtige Wasserhaushalt von Feuchtgebieten kann wegen der anthro- pogenen Einflüsse kaum noch rekonstruiert werden. Innerhalb des Stadtgebietes von Berlin gibt es im Südosten eine ca. 6,5 km 2 große Insel, den Schmöckwitzer Werder, auf der sich die anthropogenen Einflüsse im wesentlichen auf die Stauregulierung der umgebenden Oberflächengewässer und die geringfügige Entnahme von Grundwasser über Hausbrun- nen für die Trinkwasserversorgung der Anwohner beschrän- ken. In einem Forschungsprojekt der Freien Universität Berlin wird der Schmöckwitzer Werder seit Anfang 1993 hydrogeolo- gisch untersucht. Ziel der Arbeiten ist es u. a., detaillierte Kenntnisse über die einzelnen Wasserhaushaltskomponenten für dieses Gebiet zu erhalten. Erste Ergebnisse dieser Wasser- haushaltsuntersuchungen werden im folgenden vorgestellt. Beschreibung des Untersuchungsgebiets Landnutzung Das etwa 6,5 km 2 große Untersuchungsgebiet des Schmöck- witzer Werders liegt im Bezirk Köpenick der Stadt Berlin. Es handelt sich um eine Insel, die von drei Seen (Krossinsee, Zeuthener See und Seddinsee) sowie dem Oder-Spree-Kanal umschlossen wird (Abb. 1). Das Gebiet wird derzeit hauptsächlich forstwirtschaftlich ge- nutzt. Darüber hinaus hat es eine wichtige Freizeit- und Erho- lungsfunktion für den Ballungsraum Berlin. Mehrere Zeltplät- ze, Badestrände, Bootsstege usw. machen dies deutlich. Wohnbebauung findet sich nur im Nordwesten, Nordosten und im Süden des Schmöckwitzer Werders. Wasserhaushalt kleiner Grundwassereinzugsgebiete im Südosten Berlins Wolfgang Goßel, Maria-Th. Schafmeister, Christian Sommer-von Jarmersted, Asaf Pekdeger a11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 W. Goßel Sonnenallee 54, 12045 Berlin Telefon: 030-6244449 M.-T. Schafmeister, C. Sommer-v. Jarmersted, A. Pekdeger FU Berlin, Fachrichtung Rohstoff- und Umweltgeologie Malteserstr. 74 - 100, 12249 Berlin Fachbeiträge

Wasserhaushalt kleiner Grundwassereinzugsgebiete im Südosten Berlins

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121GrundwasserGrundwasserGrundwasserGrundwasserGrundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 3-4/96

KurzfassungDie Wasserwirtschaft in Berlin führt zu einer Situation, inder nahezu der gesamte Wasserhaushalt der Region an-thropogenen Einflüssen unterliegt. Flächenversiegelung,Grundwasserentnahme durch die öffentliche Wasserver-sorgung und Eigenwasserentnahmen der Industrie, Me-lioration, Drainagen und undichte Kanalisation sind nureinige Beispiele hierfür. Die Untersuchungen stellenGrundwasserneubildungsvorgänge in Wald- und kleinenFeuchtgebieten dar. Mit Hilfe stochastischer Methodenwurde eine quantitative Beziehung zwischen den Grund-wasserspiegelschwankungen und der klimatischen Was-serbilanz in kleinen Einzugsgebieten hergestellt. Darauswurde wöchentlich die Grundwasserneubildung für einFeuchtgebiet und einen Wald errechnet.

AbstractThe water management in Berlin leads to a situation, whe-re nearly the entire groundwater balance is affected byhuman activities. Sealing, discharge by water plants andfactories, drainage and leaky pipes are only some ex-amples for the human influence. In the southeast of Berlinthe Free University carries out a research project on thewater balance of an almost natural catchment area. Theinvestigations refer to the groundwater recharge in a fo-rest and in small moist biotopes. A quantitative relationbetween the water level and the climatic water balance inthe catchment area could be found by stochastic methods.The water balance equation was used to construct thegraph of the weekly groundwater recharge in a moist bio-tope and in a forest.

EinleitungDie wasserwirtschaftliche Situation Berlins ist geprägt von ei-ner intensiven Nutzung der Gewässer. Die Oberflächengewäs-ser werden u. a als Wasserstraßen, Freizeit- und Erholungs-raum sowie als Vorfluter der Klärwerke genutzt. Das Grund-wasser dient zur Trinkwasserversorgung der Stadt und denEigenwasserversorgungsanlagen der Industrie als Ressource.Wasserhaltungen für Baumaßnahmen, Flächenversiegelung,Melioration, Drainagen, undichte Rohrleitungen usw. stellenzusätzliche Belastungen für den Grundwasserhaushalt dar.Der Wasserhaushalt ist daher in weiten Teilen der Stadt sostark anthropogen überprägt, daß Aussagen zum natürlichenZustand nur noch sehr bedingt möglich sind. Insbesondereder natürliche und für ökologische Fragestellungen wichtigeWasserhaushalt von Feuchtgebieten kann wegen der anthro-pogenen Einflüsse kaum noch rekonstruiert werden.Innerhalb des Stadtgebietes von Berlin gibt es im Südosteneine ca. 6,5 km2 große Insel, den Schmöckwitzer Werder, aufder sich die anthropogenen Einflüsse im wesentlichen auf dieStauregulierung der umgebenden Oberflächengewässer unddie geringfügige Entnahme von Grundwasser über Hausbrun-nen für die Trinkwasserversorgung der Anwohner beschrän-ken. In einem Forschungsprojekt der Freien Universität Berlinwird der Schmöckwitzer Werder seit Anfang 1993 hydrogeolo-gisch untersucht. Ziel der Arbeiten ist es u. a., detaillierteKenntnisse über die einzelnen Wasserhaushaltskomponentenfür dieses Gebiet zu erhalten. Erste Ergebnisse dieser Wasser-haushaltsuntersuchungen werden im folgenden vorgestellt.

Beschreibungdes UntersuchungsgebietsLandnutzung

Das etwa 6,5 km2 große Untersuchungsgebiet des Schmöck-witzer Werders liegt im Bezirk Köpenick der Stadt Berlin. Eshandelt sich um eine Insel, die von drei Seen (Krossinsee,Zeuthener See und Seddinsee) sowie dem Oder-Spree-Kanalumschlossen wird (Abb. 1).Das Gebiet wird derzeit hauptsächlich forstwirtschaftlich ge-nutzt. Darüber hinaus hat es eine wichtige Freizeit- und Erho-lungsfunktion für den Ballungsraum Berlin. Mehrere Zeltplät-ze, Badestrände, Bootsstege usw. machen dies deutlich.Wohnbebauung findet sich nur im Nordwesten, Nordostenund im Süden des Schmöckwitzer Werders.

Wasserhaushalt kleinerGrundwassereinzugsgebieteim Südosten BerlinsWolfgang Goßel, Maria-Th. Schafmeister,Christian Sommer-von Jarmersted, Asaf Pekdeger

a11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111W. GoßelSonnenallee 54, 12045 BerlinTelefon: 030-6244449

M.-T. Schafmeister, C. Sommer-v. Jarmersted, A. PekdegerFU Berlin, Fachrichtung Rohstoff- und UmweltgeologieMalteserstr. 74 - 100, 12249 Berlin

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Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 3-4/96122

Geologischer und hydrogeologischer ÜberblickDer Schmöckwitzer Werder liegt im südlichen Teil des Berli-ner Urstromtals. Der von Süden zuströmende Flußlauf derDahme erweitert sich hier zu einer Kette langgestreckterSeen. Der geologische Aufbau wird geprägt von fluviatilen,meist feinen Sanden mit einer Mächtigkeit von mehrerenDekametern, die aus der Saale- und der Weichsel-Eiszeitstammen. Auf den fluviatilen Sanden wurden spätglaziale äo-lische Sande abgelagert, die im Norden mehrere Metermächtig sind und langgestreckte Dünen bilden (s. Abb. 1). ImNorden des Schmöckwitzer Werders sind geringmächtigesaaleglaziale Geschiebemergel etwa 15 m unter Geländeober-fläche erhalten geblieben (s. Abb. 2). Limnische Mudden,Schluffe und Tone des Holstein-Interglazials liegen bei 0 bis -10 m ü. NN, darunter folgen elsterglaziale Schichten, die imZuge einer subglazial angelegten Rinne nach Süden stark ab-sinken. Innerhalb dieser Rinne wurde der oligozäne Rupel-ton erodiert, der die mesozoischen, Salzwasser führendenSchichten von den miozänen und quartären, Süßwasser füh-renden Grundwasserleitern trennt. Es kommt daher im Ge-biet des Schmöckwitzer Werders zu Salzwasseraufstiegen bis

Abb. 1: Lage der Grundwassermeßstellen und der geologischen Profil-schnitte auf dem Schmöckwitzer Werder

Abb. 2: Geologische W - E-Profilschnitte aufdem Schmöckwitzer Werder. Lage der Profil-schnitte: siehe Abbildung 1

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123GrundwasserGrundwasserGrundwasserGrundwasserGrundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 3-4/96

in den obersten Grundwasserleiter, die eine umfangreicheNutzung des Grundwassers in diesem für größere Wasserge-winnungsanlagen ansonsten günstigen Gebiet (geringe an-thropogene Einflüsse, Möglichkeit der Uferfiltration) ein-schränken. Eine mengenmäßig geringe Grundwassernutzungerfolgt nur zur Eigenversorgung der Anwohner und der Zelt-plätze.

Voraussetzungender Geländeuntersuchungen

Auf dem Schmöckwitzer Werder standen aus verschiedenengeologischen und hydrogeologischen Erkundungsprogram-men bereits 35 Grundwassermeßstellen im Zwei-Zoll-Ausbauzur Verfügung (s. Abb. 1). Bis zu fünf Grundwasserleiter wer-den durch diese Grundwassermeßstellen erfaßt. Der Ausbauder Grundwassermeßstellen ist in HAGEN & LANGKUTSCH 1969dokumentiert. Die hier vorgestellten Untersuchungen bezie-hen sich nur auf den obersten Grundwasserleiter, und in die-sem Grundwasserleiter standen zu Beginn der Untersuchun-gen (Februar 1993) zwölf Meßstellen zur Verfügung.Zur besseren räumlichen Erfassung der hydrodynamischenVerhältnisse im oberen Grundwasserleiter wurden im Februar1994 weitere 21 Grundwassermeßstellen mit einer Ausbautiefevon 5 m erstellt. Zwei dieser Grundwassermeßstellen wurdenan bzw. in Feuchtgebieten installiert (Nr. 35 und Nr. 36).Zur detaillierten Erfassung der einzelnen Wasserhaushalts-komponenten wurde seit Februar 1994 über einen Zeitraumvon 17 Monaten an allen 33 Grundwassermeßstellen der Was-serstand wöchentlich gemessen, während zwei zweiwöchiger

Meßkampagnen erfolgten tägliche Messungen. Zur statisti-schen Absicherung der Meßwerte und zur Erfassung einesmöglichen Tagesgangs wurden zusätzlich fünf Messungenmit dreistündigem Abstand durchgeführt.Von der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt-schutz stehen tägliche Niederschlagsmessungen aus einer we-nige 100 m westlich gelegenen Niederschlagsmeßstation zurVerfügung. Die für die Auswertung erforderlichen täglichenKlimadaten stammen vom Meteorologischen Institut der Frei-en Universität Berlin. Tägliche Messungen des Oberflächen-wasserspiegels stehen erst ab Mitte 1994 zur Verfügung undkönnen erst nach einer längeren Beobachtungsphase in dieweiterführenden Untersuchungen einfließen.

Ergebnisseder Geländeuntersuchungen

Abbildung 3 zeigt den mittleren Grundwassergleichenplan desGebiets für den Zeitraum Mai 1994 bis April 1995. Er wurdeanhand der mittleren Grundwasserstände der 33 Grundwas-sermeßstellen im oberen Grundwasserleiter und der Oberflä-chenwasserstände im gleichen Zeitraum interpoliert.Die Darstellung der Grundwasserflurabstände (Abb. 4) erfolg-te auf der Grundlage des Grundwassergleichenplans und derGeländehöhen der topographischen Karte 1:10.000.Die Grundwasserganglinien der Meßstellen in den Feuchtge-bieten (Nr. 35 und Nr. 36) und einer Meßstelle außerhalb derFeuchtgebiete (Nr. 40) von Februar 1994 bis September 1995sind in Abbildung 5 dargestellt.

Abb. 3: Lage der Teileinzugsgebiete und mittlerer Grundwassergleichen-plan des Schmöckwitzer Werders für den Zeitraum 01.05.1994 bis30.04.1995

Abb. 4: Grundwasserflurabstände auf dem Schmöckwitzer Werder er-mittelt aus den mittleren Grundwasserständen und den Angaben derTopografischen Karte 1:10.000

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Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 3-4/96124

Methodik der AuswertungDie Daten wurden mit zwei methodischen Ansätzen ausge-wertet.Mit Hilfe des Gesetzes von Darcy wurde der mittlere unterir-dische Gebietsabfluß der in Abbildung 3 dargestellten Teilein-zugsgebiete des Grundwassers berechnet.

Q k I fG f QG= ⋅ ⋅

mit:Q

G= unterirdischer Abfluß

kf

= Durchlässigkeitsbeiwert (kf-Wert)

I = hydraulischer Gradientf

QG= Abflußquerschnitt

Grundlage hierfür sind neben dem GrundwassergleichenplanUntersuchungen zu den k

f-Werten der auftretenden Sande.

Weitere Komponenten des Wasserhaushalts lassen sich überdie Wasserhaushaltsgleichung ermitteln.

h Q / AN(korr) Z+

mit:h

N(korr)= auf Bodennähe korrigierter Niederschlag

QZ/A

E= unterirdische + oberirdische Zuflußhöhe

hVt

= tatsächliche (reale) Evapotranspirationh

A= unterirdische + oberirdische Abflußhöhe

hS

= Vorratsänderung

Für die betrachteten Teilgebiete (s. Abb. 3) kann auf die Größe„Zuflußhöhe“ verzichtet werden, da sie jeweils direkt an dieGrundwasserscheide grenzen und ein oberirdischer Zuflußnicht vorhanden ist. Über die Wasserhaushaltsgleichung kön-nen mit Hilfe der meteorologischen Daten Aussagen zur rea-len Evapotranspiration getroffen werden.

Zusätzlich zu diesen beiden „klassischen“ hydrogeologi-schen Verfahren ermöglichen die statistischen Methoden derKorrelationsanalyse und der Regressionsanalyse die Herstel-lung quantitativer Beziehungen zwischen den in hoher zeit-licher Auflösung gemessenen meteorologischen Daten undden Grundwasserständen. Dadurch wird eine Übertragungauf andere meteorologische Verhältnisse wie etwa Trocken-jahre oder Naßjahre möglich. Gerade vor dem Hintergrundökologischer Fragestellungen, wie z. B. die Ermittlung der fürdas Überleben bestimmter Arten notwendigen Grundwas-serflurabstände in extremen Jahren, sind diese Aussagen vongroßer Bedeutung.

Auswertung derGeländeuntersuchungenGrundwasserdynamik

Aus dem Grundwassergleichenplan (Abb. 3) wird deutlich,daß das Grundwasser von der im Zentrum des Schmöck-witzer Werders gelegenen Grundwasserscheide in die um-liegenden Oberflächengewässer fließt. Die Fließgeschwindig-keit des Grundwassers (Abstandsgeschwindigkeit) liegt beietwa 1 cm/d (≈ 3,5 m/a).Die Flurabstände des Grundwassers sind mit Ausnahme derDünen im Norden (Schwarze Berge) sehr gering (Abb. 4).Der Jahresgang des Grundwassers mit einer Amplitude von 25bis 30 cm im Wasserhaushaltsjahr 1993/94 und 10 bis 15 cmim Wasserhaushaltsjahr 1994/95 (s. Abb. 5) ist im wesentlichenklimatisch bedingt. Die höchsten Grundwasserstände wurdenim März/April gemessen, die niedrigsten im August.Die wöchentlichen Grundwasserstandsschwankungen liegenbei max. 5 cm mit einem Mittel von 1,3 cm. Die täglichenGrundwasserstandsschwankungen betragen max. 1 cm. DieDifferenzen bei den dreistündigen Messungen lagen unterhalbder Meßgenauigkeit von 0,5 cm. Ein Vergleich mit den vonSOMMER-V. JARMERSTEDT 1992 festgestellten Grundwasser-standsschwankungen im Grunewald (im Südwesten Berlins)

Abb. 5: Grundwasserganglinien der Grund-wassermeßstellen im Langen Luch (GWM36), im Kleinen Luch (GWM 35) sowie aneiner Referenzmeßstelle (GWM 40)

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zeigt die vollkommen unterschiedliche Dynamik zwischendem anthropogen weitgehend unbeeinflußten Schmöckwit-zer Werder und den durch die Entnahmen der WasserwerkeBeelitzhof und Tiefwerder in sehr hohem Ausmaß beein-flußten Einzugsgebieten im Grunewald. Dort wurden, in be-deckten Grundwasserleitern, tägliche Druckspiegelschwan-kungen von mehreren Metern festgestellt.

Mittlerer unterirdischer AbflußDer mittlere unterirdische Abfluß der 23 Teileinzugsgebieteläßt sich nach DARCY aus den hydrogeologischen Daten über-schlägig bestimmen (s. o.). Die Mächtigkeit des Grundwasser-leiters liegt zwischen 15 m im Norden und 50 m im Süden desUntersuchungsgebiets (s. Abb. 2). Die Breite des Abflußquer-schnitts wurde für jedes der 23 Teileinzugsgebiete bestimmt.Die k

f-Werte im Gebiet wurden aus 71 Siebanalysen nach HA-

ZEN bestimmt. Sie liegen zwischen 5,4.10-5 m/s und 4,6.10-4 m/s.Der arithmetische Mittelwert beträgt 2,1.10-4 m/s (Median2,0.10-4 m/s) bei einer Standardabweichung von 0,032.10-4 m/s.Somit ist die Durchlässigkeit der fluviatilen Sande vergleichs-weise homogen. Der unterirdische Abfluß und damit dieGrundwasserneubildung für den Zeitraum vom 01.05.1994 bis30.04.1995 errechnet sich daraus zu den in Tabelle 1 wieder-gegebenen Werten, wobei den minimalen Werten der k

f-Wert

2,0.10-4 m/s und der minimale Gradient des jeweiligen Teilein-zugsgebiets zugrunde liegt und den maximalen ein k

f-Wert

von 3,0.10-4 m/s bei den jeweils maximalen Gradienten. Der

etwas über dem arithmetischen Mittel liegende kf-Wert von

3,0.10-4 m/s wurde zur Berechnung des maximalen Abflussesgewählt, da bei den Siebanalysen einer vorhergehenden Un-tersuchung (HAGEN & LANGKUTSCH 1969), bei der auch die tie-feren Bereiche des obersten Grundwasserleiters erfaßt wur-den, ein etwas höherer k

f-Wert festgestellt wurde (arithmeti-

sches Mittel: 3,7.10-4 m/s).

Korrelation zwischenGrundwasserständen und Klima

Für weitergehende Aussagen zur Beziehung zwischen den kli-matischen Einflüssen und den Grundwasserständen wurdenKreuzkorrelationen zwischen der klimatischen Wasserbilanzund den Grundwasserständen durchgeführt. Hierfür wurdenexemplarisch die Grundwassermeßstellen Nr. 36 (LangesLuch) und Nr. 40 ausgewählt. Sie liegen im Zentrum desSchmöckwitzer Werders und sind daher von Wasserspiegel-schwankungen der Oberflächengewässer wenig beeinflußt.Ausgewertet wurden die wöchentlichen Grundwasserstände(bzw. ihre Veränderung) und die wöchentliche klimatischeWasserbilanz. Diese wurde als Summe der täglichen klimati-schen Wasserbilanzen (Differenz der Niederschläge der nahe-gelegenen Niederschlagsmeßstation und der potentiellenEvapotranspiration nach TURC, aus (DVWK 1995)) berech-net. Abbildung 6 gibt die Korrelationskoeffizienten in Ab-hängigkeit von der zeitlichen Verschiebung wieder.

Teileinzugsgebiet kf-Wert 1 k

f-Wert 2 Grad. max Grad. min Breite Abfluß Mächtigkeit Fläche Abfluß min Abfluß max Abfluß mittel

Nr. [m/s] [m/s] [m] [m] [m2] [mm/a] [mm/a] [mm/a]

I 2.00E-04 3.00E-04 2.17E-04 1.63E-04 1067 15 460000 36 71 53

II 2.00E-04 3.00E-04 1.77E-04 1.56E-04 1033 15 460000 33 57 45

III 2.00E-04 3.00E-04 1.83E-04 9.71E-05 1067 18 361100 33 92 62

IV 2.00E-04 3.00E-04 1.39E-04 1.15E-04 833 20 388900 31 56 44

V 2.00E-04 3.00E-04 1.70E-04 1.63E-04 500 40 480000 43 67 55

VI 2.00E-04 3.00E-04 2.60E-04 1.63E-04 533 15 302215 27 65 46

VII 2.00E-04 3.00E-04 1.83E-04 9.71E-05 833 40 566655 36 102 69

VIII 2.00E-04 3.00E-04 1.30E-04 1.22E-04 467 35 555545 23 36 29

IX 2.00E-04 3.00E-04 1.18E-04 9.71E-05 433 40 266650 40 72 56

X 2.00E-04 3.00E-04 1.25E-04 1.03E-04 467 35 240000 44 80 62

XI 2.00E-04 3.00E-04 1.76E-04 1.30E-04 467 40 280000 55 111 83

XII 2.00E-04 3.00E-04 9.38E-05 7.69E-05 533 30 666650 12 21 16

XIII 2.00E-04 3.00E-04 1.80E-04 1.59E-04 533 40 217775 98 167 132

XIV 2.00E-04 3.00E-04 1.59E-04 9.00E-05 1100 30 480000 39 103 71

XV 2.00E-04 3.00E-04 1.93E-04 1.04E-04 500 20 283330 23 64 44

XVI 2.00E-04 3.00E-04 2.08E-04 1.08E-04 600 20 260000 31 91 61

XVII 2.00E-04 3.00E-04 1.41E-04 8.89E-05 1000 32 333325 54 128 91

XVIII 2.00E-04 3.00E-04 2.00E-04 1.00E-04 633 50 227500 88 263 176

Mittelwert 38 79 58

Tab. 1: Mittlerer Abfluß der Teileinzugsgebiete des Grundwassers

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Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 3-4/96126

Die Korrelogramme zeigen die enge Beziehung zwischen derklimatischen Wasserbilanz und den Grundwasserständen.Die Korrelationskoeffizienten der ersten 14 Tage liegen überder Signifikanzgrenze von 0,195 für das 95 %-Vertrauensin-tervall. Mit der zeitlichen Verschiebung nimmt jedoch dieKorrelation ab. Das bedeutet, daß die Veränderung derGrundwasserstände insbesondere von den klimatischen Be-dingungen des jeweiligen Tages bzw. der vorausgegangenen(max. 14) Tage abhängig ist. Der höhere Korrelationskoeffi-zient zeigt weiterhin die stärkere unmittelbare Abhängigkeitder Grundwasserstände im Feuchtgebiet (Langes Luch) vonder klimatischen Wasserbilanz. Die längere „Reaktionszeit“des Grundwasserspiegels auf die klimatische Wasserbilanz,die in GWM 40 gegenüber GWM 36 (Langes Luch) festge-stellt werden kann, ist auf die größeren Grundwasserflurab-stände (2,8 m bei GWM 40 gegenüber 0,5 m im Langen Luch)zurückzuführen.Die hohe Korrelation zwischen den Grundwasserständen undder klimatischen Wasserbilanz berechtigt zu der Erstellung derin Abbildung 7 dargestellten Regressionsgeraden für die Ab-hängigkeit der beiden Parameter. Die besondere ökologischeBedeutung dieser Beziehung liegt in der genannten Möglich-keit einer Rekonstruktion bzw. Prognose von Wasserständenunter definierten meteorologischen Bedingungen.

Jahresgang der GrundwasserneubildungFür wasserwirtschaftliche und ökologische Fragestellungen istdie Ermittlung eines Jahresgangs der Grundwasserneubildunginteressant. Die bisher angewandten Methoden (z. B. RENGER etal. 1990, DÖRHÖFER & JOSOPAIT 1980) ermöglichen nur die Er-mittlung der jährlichen Grundwasserneubildung unter mittle-ren klimatischen Verhältnissen. Bestenfalls ist die Anwendungfür ein konkretes Jahr möglich. Anwendungsbereiche sind da-her im wesentlichen großräumige Gebiete und mittelfristigeZeiträume. Den innerjährlichen Gang kann man meist nur in-direkt mit Hilfe von numerischen Grundwassermodellen oderSickerwassermodellen (z. B. PFÜTZNER & PAGENKOPF 1994) be-rechnen oder in Lysimetern messen.

Die hier durchgeführten Untersuchungen ermöglichen je-doch eine direkte Ermittlung der wöchentlichen Grundwas-serneubildungsraten über die Wasserhaushaltsgleichung. Dadie reale Evapotranspiration nicht der potentiellen Evapo-transpiration entspricht, wird für die Umrechnung ein Fak-tor über die Jahresbilanz ermittelt. Die Ergebnisse von RAKEI

1992 bei der Ermittlung der realen Evapotranspiration zei-gen, daß sich in Waldgebieten eine ausreichende, allerdingsnicht vollständige Anpassung der potentiellen an die realeEvapotranspiration durch einen Faktor erreichen läßt. Die-ser Faktor muß für jedes Teileinzugsgebiet berechnet wer-den, da er eine Reihe von Gebietseigenschaften repräsentiert,wie z. B. den Boden, die Flächennutzung usw..Für die Ermittlung dieses Faktors werden die für den Zeit-raum 01.05.1994 bis 30.04.1995 zur Verfügung stehendenklimatischen Daten Jahresniederschlag (h

N(korr) = 1,09.h

N),

potentielle Evapotranspiration nach TURC sowie die mittleregemessene Grundwasserstandsänderung in die Wasserhaus-haltsgleichung eingesetzt. Berücksichtigt werden muß außer-dem das Porenvolumen, die Fläche des Teileinzugsgebiets (A

E)

und der mittlere unterirdische Abfluß des betrachteten Teil-einzugsgebiets. Aus der Wasserhaushaltsgleichung ergibt sichfolgende Formel:

h A xN(korr) E⋅ =

mit:h

N(korr)= bodennaher Niederschlag

AE

= Fläche des Teileinzugsgebietsx . h

Vp= h

Vt = tatsächliche (reale) Evapotranspiration

QG

= unterirdischer Abfluß∆h

P= mittlere Grundwasserstandsänderung

S = Speicherkoeffizient

Der Faktor für die Umrechnung von hVp

(potentielle Evapo-transpiration) in h

Vt (tatsächliche Evapotranspiration) wurde

für die Grundwassermeßstellen GWM 36 (Langes Luch) undGWM 40 und die dazugehörigen Teileinzugsgebiete I und V

Abb. 6: Kreuzkorrelogramm der wöchent-lich gemessenen Grundwasserstände(GWM 36 und GWM 40) mit der wöchent-lichen klimatischen Wasserbilanz

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127GrundwasserGrundwasserGrundwasserGrundwasserGrundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 3-4/96

Abb. 7: Regressionsgeraden der Grundwas-serstände in GWM 36 (Abb. 7a) und GWM40 (Abb. 7b) in Abhängigkeit von der klima-tischen Wasserbilanz

Abb. 8: Wöchentliche Grundwasserneubildung im Zeitraum vom 28.02.1994 bis 03.08.1995

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Page 8: Wasserhaushalt kleiner Grundwassereinzugsgebiete im Südosten Berlins

Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser Grundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 3-4/96128

ermittelt. Für den Speicherkoeffizienten wurde ein Wert von0,3 angenommen, der in dem Feuchtgebiet aufgrund desAuftretens von Torfen jedoch erhöht sein kann (s. u.). Diegeringe räumliche Ausdehnung des Moorkörpers im be-trachteten Teileinzugsgebiet I macht jedoch keine Änderungdes für Feinsande geltenden Mittelwertes notwendig.Für Teileinzugsgebiet I ergibt sich x = 1,06, für Teileinzugsge-biet V x = 1,05.Für das Lange Luch wurde unter Berücksichtigung seiner Flä-che und des nach (AG BODEN 1994) auf 0,7 erhöhten Spei-cher-koeffizienten ein Faktor von x = 1,16 errechnet.Mit Hilfe dieses Faktors und der gemessenen klimatischen Da-ten sowie der Grundwasserstände kann die wöchentlicheGrundwasserneubildung während des Untersuchungszeit-raums nach der Wasserhaushaltsgleichung berechnet werden.In Abbildung 8 sind diese Werte dargestellt.Der innerjährliche Gang mit einer Grundwasserneubildungvon etwa 8 mm/Woche im Winterhalbjahr 1994/95 und etwa5 mm/Woche im Sommerhalbjahr 1994 ist stark ausgeprägt.Sehr deutlich treten jedoch erwartungsgemäß die Starkregen-ereignisse im Sommer sowie die lang anhaltenden Nieder-schläge im Frühjahr 1994 hervor.

Zusammenfassung und DiskussionFür die Beurteilung des Wasserhaushalts kleiner Einzugsgebie-te ist die häufige, regelmäßige und langzeitige (> 1 Jahr) Beob-achtung der Grundwasserstände eine wichtige Voraussetzungzur Beurteilung der einzelnen Komponenten des Wasserhaus-halts.Hieraus können mit statistischen Mitteln Aussagen zu ökolo-gisch relevanten Fragestellungen getroffen werden. Die Ab-hängigkeit der Grundwasserstände von der klimatischen Was-serbilanz des vorhergehenden Tages bzw. der vorhergehendenWoche ist beispielsweise für das betrachtete Gebiet signifikant.Grund für die kurze „Reaktionszeit“ sind die sandigen Bödenund die überwiegend geringen Grundwasserflurabstände zwi-schen 0 und 8 m. Die ermittelte Regressionsgerade kann daherfür die Prognose mit Hilfe von simulierten Klimabedingungengenutzt werden. Die Korrelationskoeffizienten zeigen, daß beiden beobachteten geringen Grundwasserflurabständen Beob-achtungszeiträume von wenigen Monaten für qualitative Aus-sagen (Reaktionszeiten des Grundwassers auf meteorologischeVeränderungen) ausreichen. Für eine quantitative Betrachtungsollte der Zeitraum jedoch mindestens ein Jahr betragen, umdie Wasserhaushaltsgrößen an erprobten Berechnungsverfah-ren eichen zu können.Die Berechnung der realen Evapotranspiration aus der poten-tiellen Evapotranspiration nach TURC mit Hilfe eines Faktorsstellt zwar eine Vereinfachung dar, jedoch zeigen die Ergebnis-se die Zulässigkeit dieses Vorgehens. In den betrachteten be-waldeten Teileinzugsgebieten liegt der Faktor bei etwa 1,05.Die ausreichende Versorgung der Baumwurzeln mit Grund-wasser trägt zu dieser hohen Verdunstung bei. In dem kleinenFeuchtgebiet des Langen Luchs zeigt der höhere Faktor (1,16),daß, bei einer temporär auftretenden freien Wasseroberflächeund der ganzjährigen Pflanzenverfügbarkeit des Grundwas-sers selbst für Gräser, die reale Evapotranspiration z. T. deut-lich über der potentiellen Evapotranspiration liegen kann.

Die mit Hilfe des Gesetzes von DARCY errechnete jährlicheGrundwasserneubildung von 58 mm im Untersuchungszeit-raum und im Mittel der betrachteten Teileinzugsgebiete liegtetwas unter den nach RENGER et al.1990 und DÖRHÖFER & JOSO-PAIT 1980 ermittelten 70 - 75 mm/a. Die Summe der berechne-ten Wochenwerte für die zwei detaillierter betrachteten Teil-einzugsgebiete ergibt ebenfalls 75 ± 10 mm/a. Daraus ergibtsich eine hinreichende Zuverlässigkeit der angewandten Me-thoden.

DanksagungDen Gutachtern sei an dieser Stelle für ihre Hinweise gedankt.

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