NLWKN Hannover-Hildesheim
Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und NaturschutzNiedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz
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Hydrologische Interaktion zwischen
Grundwasser und
Oberflächengewässer
Prof. Dr.-Ing. Joseph Hölscher
Dipl.-Ing. (FH) Thomas Ott, M.Eng.
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Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz
1. Problemstellung
2. Methodendiskussion
3. Arbeitskonzept
4. Ergebnisse
5. Fazit
Gliederung
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Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz
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
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Effluente Verhältnisse: (aus GW in OG)
• Stoffeinträge aus GW in OG (diffuse Belastungen)
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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
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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
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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
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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)
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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
++ ++ ++
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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 +
-- -- ++
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3. Arbeitskonzept
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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
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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?
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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?
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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
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Ergebnisse
Grundwasserganglinien (1991-2010) Pegelstatistik (1991-2010)
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Niederschlagsdaten
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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
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Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.