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Wasserwirtschaftliches Informationssystem Hydrologie Oberflächenwasser im Land Brandenburg

Der Name der Datenbank Hydrologie OW ist WISKI (Wasserwirtschaftliches Informationssystem der Fa. Kisters). In der Datenbank werden alle Pegelstationen erfasst, für die Daten vorliegen. Erfasst werden Daten, die die Pegelstationen näher beschreiben (Stammdaten), sowie die Messdaten (hier Wasserstände, Durchflüsse, Wassertemperaturen). Mit Hilfe von WISKI sind vielfältige Auswertungen der Messdaten (Aggregierung zu Hauptwerten, Darstellung in Ganglinien, hydrologische Auswertungen) möglich.

Grundwassermessstellen in Hamburg

Zusammenstellung der Grundwassermessstellen mit Datenfernübertragung und Darstellung tagesaktueller Ganglinien. Die Behörde für Umwelt; Klima, Energie und Agrarwirtschaft betreibt im Hamburger Stadtgebiet ein dichtes Netz an Grundwassermessstellen. Hier finden sich diejenigen Messstellen, die mit einer Datenfernübertragungseinheit ausgestattet sind und somit ein aktuelles Bild der Grundwassersituation vermitteln. Die Daten werden in einem halbstündlichen Messintervall aufgezeichnet und täglich ins Internet übertragen. Die Lagekoordinaten wurden mit einer Unschärfe versehen. Der Standort der Messstelle kann daher vom tatsächliche Standort um mehr als 100 m abweichen. An der technischen Umsetzung wird noch gearbeitet. Ein genauer Zeitpunkt zur Darstellung der Daten kann nicht genannt werden.

Grundwassermonitoringsystem des Landes Brandenburg

Die GCI-GMS Datenbank dient der Vorhaltung hydrochemischer Daten aus Grundwassermessstellen und Brunnen. Diese Daten beinhalten verschiedene anorganischen und organischen Parametern, um entsprechend der Wasserrahmenrichtlinie Bewertungen für die Beurteilung des chemischen Zustandes im Grundwasser vornehmen zu können. Die Daten werden in einer Oracle- Datenbank vorgehalten. Das Programm beinhaltet Stammdaten von Grundwassermessstellen des Landes, Daten Dritter wie Brunnen und Wasserwerke. Im GCI-GMS sind Auswertemechanismen für Ganglinien, Trend- und Flächenbetrachtungen integriert.

KOSTRA-DWD-2010

Das Projekt "KOSTRA-DWD-2010" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Hydrologie durchgeführt. Für die Hochwasserbemessung von wasserbaulichen/wasserwirtschaftlichen Anlagen und Maßnahmen werden meist Niederschlag-Abfluss-Modelle eingesetzt, mit denen T-jährliche Hochwasserabflussganglinien für kurz und lang andauernde Niederschläge abgeleitet werden. Eingangsgrößen in diese Berechnungen sind Niederschlagsstatistiken, die vom Deutschen Wetterdienst (DWD) als sogenannte KOSTRA-Niederschläge flächendeckend für Deutschland zur Verfügung stehen. Im Jahre 2016 hat der DWD eine Neubearbeitung dieser Statistiken und der Bezeichnung KOSTRA-DWD-2010 der wasserwirtschaftlichen Praxis zur Verfügung gestellt. Im Auftrag der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg (LUBW) hat das IWG diese Neubearbeitung für das Land Baden-Württemberg einerseits mit den zuvor gültigen Statistiken (KOSTRA-DWD-2000) verglichen und andererseits bezüglich der Anwendbarkeit für die wasserwirtschaftliche Bemessungspraxis bewertet . Die Bewertung der neuen Statistiken im Hinblick auf die wasserwirtschaftliche Bemessungspraxis ergab, dass in zahlreichen Regionen von Baden-Württemberg erhebliche Unstimmigkeiten vorhanden sind, die vor allem anhand der hydrologischen Modellergebnisse erkennbar waren. Nach Vorstellung und Diskussion dieser Erkenntnisse mit der LUBW und dem DWD erfolgte seitens des DWD eine Überarbeitung, die 2017 unter der Bezeichnung KOSTRA-DWD-2010R veröffentlicht wurde.

Verkehrsmengen DTV 1993

Schwankungen der Verkehrsmengen Verkehrszählungen finden auf Autobahnen und Bundesstraßen bundesweit im Auftrag des Bundesministers für Verkehr nach einer einheitlichen Methode und zu einem vergleichbaren Zeitraum statt. Sie werden durchgeführt von den jeweiligen Landesbehörden, in Brandenburg vom Brandenburgischen Landesamt für Verkehr und Straßenbau, in Berlin von der Senatsverwaltung für Verkehr und Betriebe, die ebenso für die ergänzenden Erhebungen im übrigen Hauptstraßennetz verantwortlich ist. Für die Auswertungen und Hochrechnungen von Verkehrszählungen sind – wie erwähnt – die jahreszeitlichen, wöchentlichen und täglichen Schwankungen im Kfz-Verkehr von wesentlicher Bedeutung. So gehen zum Beispiel die Verkehrsmengen in den Wintermonaten (Januar, Februar), bei plötzlichem Wintereinbruch (Ende November und Dezember) sowie in den Sommer-Schulferien (Juli) deutlich zurück (vgl. Abb. 3). Die Verkehrsstärken unterliegen auch innerhalb der Woche Schwankungen , die vom jeweiligen Wochentag abhängen. Die konstantesten Verkehrsverhältnisse im Kfz-Verkehr sind montags bis donnerstags anzutreffen. Der jeweilige Verlauf der Tagesganglinien dieser Werktage ist nahezu identisch. Deutlich sichtbar sind in der Abbildung 4 die morgendliche und nachmittägliche Berufsspitze der Werktage. Die Freitags-Ganglinie verläuft für die Morgenspitze ebenfalls analog den übrigen Werktagen, während die Nachmittagsspitze etwa 2 Stunden früher auftritt. Die Ganglinien im Lkw-Verkehr weisen einen glockenartigen Verlauf auf. Sie sind montags bis donnerstags etwa deckungsgleich und erreichen die höchsten Belastungen meist zwischen 9.00 und 12.00 Uhr. Auch hier tritt der Nachmittagsverkehr – wie bei privaten Kfz – am Freitag etwa ein bis zwei Stunden früher auf als an den übrigen Werktagen. Am Wochenende kommt dem Lkw-Verkehr nur geringe Bedeutung zu. Tägliche Schwankungen Die täglichen Schwankungen können beispielhaft an den Tagesganglinien einer Strecke im Stadtzentrum sowie einer radial auf das Stadtzentrum zuführenden Strecke verdeutlicht werden (vgl. Abb. 5 und Abb. 6). Der Ganglinientyp verläuft im Citybereich relativ konstant, zwischen 6 und 19 Uhr bewegen sich die Richtungsbelastungen in nur geringen Schwankungsbreiten, so daß Belastungsspitzen kaum erkennbar sind. Die Berufsverkehrsspitzen sind hingegen auf den zuführenden Strecken wesentlich deutlicher ausgeprägt. Der Darstellung der Karte liegen mit dem durchschnittlichen täglichen Verkehr (DTV) rechnerisch aufbereitete Zahlen zugrunde, die diese jahreszeitlichen, wochentags- bzw. tageszeitbezogenen Schwankungen nicht explizit aufweisen können. An ca. 360 Zählstellen wurden Kurzzeitzählungen (vier Stunden) durchgeführt. Wegen der stündlichen Schwankungen im Verkehrsfluß eines Tages war für jede Strecke ein gesonderter Hochrechnungsfaktor aus vorhandenen 12-Stunden-Zählungen an kontinuierlich registrierenden Langzeitmeßstellen zu ermitteln, mit dem die Zähldaten dann auf die 12-Stunden-Verkehrsstärke (7.00 bis 19.00 Uhr) hochgerechnet wurden. Um darüberhinaus auch die jahreszeitlichen Schwankungen im Kfz-Verkehr durch Witterungseinflüsse und die Ferienzeiten auszugleichen, wurden anschließend die 12-Stunden-Daten mit Wochenfaktoren multipliziert, die ebenfalls an den automatischen Langzeitzählstellen ermittelt wurden. Als letzter Schritt war dann noch eine Hochrechnung auf 24-Stunden-Werte notwendig, getrennt nach DTV-Wt sowie DTV. Die Baustellensituation ist nicht gesondert gekennzeichnet. Insbesondere in den östlichen Bezirken waren während der Zählungen diverse Baustellen und Umleitungsstrecken vorhanden. Da die Zählungen über mehrere Jahre erfolgten, wurden die Verkehrsmengen auf einen einheitlichen Netzzustand angeglichen. Im Vergleich zum Umweltatlas aus dem Jahr 1985 ist eine deutliche Steigerung des Verkehrsaufkommens festzustellen. Die Differenzierung in den Verkehrsmengenklassen mußte deshalb im unteren Bereich verringert werden. Deutliche Beispiele für erhöhte Verkehrsmengen liefern die innerstädtischen Autobahnen. Auf einigen Straßenzügen sind die Richtungsfahrbahnen räumlich voneinander getrennt. Dies ist zum Beispiel am Autobahnabschnitt auf der Höhe des Internationalen Congress Centrums (ICC) und auf den Kanaluferstraßen in Kreuzberg der Fall. In der Karte können bei diesen Straßen die unterschiedlichen Richtungsfahrbahnen andere Farbgebungen aufweisen, als wenn sie, wie die übrigen Straßen, als Summe beider Richtungsfahrbahnen dargestellt würden.

Zu erwartender höchster Grundwasserstand (zeHGW) 2022

Die hier veröffentlichte Karte wurde in einzelnen Abschnitten entsprechend der unterschiedlichen geologischen Einheiten in Berlin in der Reihenfolge Urstromtal Panketal Teltow-Hochfläche und Nauener Platte Barnim-Hochfläche südöstlich des Panketals entwickelt, wobei z.T. unterschiedliche Methoden angewandt wurden. Für das Gebiet des Berliner Urstromtals ist die zeHGW-Karte mit Hilfe eines numerischen Grundwasserströmungsmodells entwickelt worden. Das war deshalb erforderlich, weil wegen der langen z.T. starken anthropogenen Beeinflussung der Grundwasseroberfläche die Berechnung einer solchen Karte nur auf der Grundlage gemessener Grundwasserstände im Sinne der o.g. zeHGW-Definition nicht möglich ist. Ein numerisches Modell erlaubt die ortsdiskrete Simulation von Grundwasserständen unter vorgegebenen geohydraulischen Randbedingungen. Hierzu zählen die Grundwasserneubildung, die u.a. eine Funktion des Niederschlags ist, und die Spiegelhöhen der Oberflächengewässer. Beide unterliegen natürlichen und auch künstlich bedingten Schwankungen. In unserem Klimabereich findet z.B. die Grundwasserneubildung im Wesentlichen im Winterhalbjahr statt, was zur Folge hat, dass die höchsten Grundwasserstände innerhalb eines Jahres üblicherweise im Frühjahr auftreten. Häufig tragen relativ hohe Wasserspiegel der Oberflächengewässer (hier Spree, Havel und ihre Nebengewässer) in dieser Zeit zu den hohen Grundwasserständen zusätzlich noch bei. Besonders hohe Grundwasserstände werden beobachtet, wenn die Niederschlagsmenge über mehrere aufeinander folgende Jahre deutlich über dem langjährigen Mittel liegt. In solchen extremen Feuchtperioden ist dann der höchste Grundwasserstand im betrachteten Gebiet zu erwarten. Beginnend 2003 ist ein numerisches Grundwasserströmungsmodell entwickelt worden, das langfristig für das gesamte Berliner Gebiet zur Klärung wasserwirtschaftlicher Fragen auf Landesebene zur Verfügung stehen soll. 2008 war dieses Modell soweit gediehen, dass damit für das Gebiet des Berliner Urstromtals eine zeHGW-Karte angefertigt werden konnte, die nachfolgend von den Fachleuten der Senatsverwaltung für Grundwasserauskünfte benutzt und dadurch einer intensiven Praxisprüfung unterzogen worden ist. Die Entwicklung der zeHGW-Karte für das Berliner Urstromtal ist in Limberg, Hörmann & Verleger (2010) beschrieben und wird hier zusammengefasst: Das numerische Modell, für das das Programmsystem MODFLOW verwendet wurde, ist so angelegt, dass es die gesamte Fläche Berlins umfasst (Abbildung 3). Das Gebiet des Berliner Urstromtals ist vertikal in mehrere Modellschichten unterteilt, von denen die oberste für den – hier im Regelfall ungespannten – Hauptgrundwasserleiter steht, dessen höchster Grundwasserstand berechnet werden soll. Horizontal ist das Modell in Rechteckzellen unterteilt. Die Zellgröße variiert zwischen 50 × 50 und 100 × 100 Meter. Die weitere Modellierung geschah in folgenden Schritten: Modellkalibrierung Nach Vorgabe der bekannten bzw. geschätzten geohydraulischen Randbedingungen (Vorfluthöhen, Grundwasserentnahmen, Grundwassereinleitungen etc.) wurde das Modell im Wesentlichen durch Variation einer vorgegebenen Verteilung der Wasserleitfähigkeit mit Hilfe hydraulisch stationären Berechnungen kalibriert. Dazu sind die Mittelwerte der Daten hinsichtlich der Grundwassernutzung und der Grundwasserstände des Jahres 2004 gewählt worden. Das Jahr 2004 kann klimatisch als durchschnittlich angesehen werden. Modellverifizierung Unter Modellverifizierung versteht man hier einen Test des Modells dahingehend, ob es in der Lage ist, eine vom Kalibrierungszeitraum abweichende bekannte Beanspruchungssituation des Grundwassers (z.B. geänderte Grundwasserentnahmen) bezüglich der tatsächlich beobachteten Grundwasserhöhen hinreichend genau wiederzugeben. In diesem Fall wurden die Grundwasserstände für das Jahr 2001 mit dem Modell berechnet, das sich insbesondere in der Verteilung der Grundwasserförderung von der des Jahres 2004 unterscheidet. Die Abweichungen der modellberechneten Grundwasserstände von den beobachteten konnten als relativ gering bewertet werden. Damit hat das Modell einen wesentlichen Qualitätstest bestanden. Modellsimulation des zu erwartenden höchsten Grundwasserstands und Plausibilisierung Nach der Verifizierung sind verschiedene Modellsimulationen zur Berechnung des höchsten Grundwasserstandes vorgenommen worden. Dazu mussten zusammengefasst drei Arten von hydraulischen Randbedingungen entsprechend verändert werden. Diejenigen, die der Modellkalibrierung und auch der Verifizierung zugrunde liegen, gelten für klimatisch durchschnittliche Jahre und eine bestimmte Grundwasserbeanspruchung. Die drei Randbedingungen sind: die Grundwassernutzung Gemäß der zeHGW-Definition finden in diesem Szenario weder Grundwasserentnahmen noch Einleitungen in das Grundwasser statt. Das gilt sowohl für die Wasserwerke als auch andere Entnahmen wie für die Eigenwasserversorgung, Sanierungen oder Baumaßnahmen. die Höhe der Vorflut für das Grundwasser Die Definition der Spiegelhöhen der Vorflutgewässer für den sog. HGW-Fall geschah über die Auswertung von Pegelständen. die Grundwasserneubildung Beim Eintreten des höchsten Grundwasserstandes muss die Grundwasserneubildung deutlich über ihrem langjährigen Mittel liegen. Zur Abschätzung wurden einige orientierende Modellsimulationen mit nachfolgender Plausibilitätsprüfung anhand ausgewählter gemessener Grundwasserstände vorgenommen. In deren Ergebnis ist die Grundwasserneubildung für den HGW-Fall – je nach ihrer örtlich differenzierten Höhe – bis zu 15 % über dem langjährigen Jahresmittel angesetzt worden. Nach Fertigstellung dieser vorläufigen zeHGW-Karte folgte eine intensive Plausibilitätsprüfung anhand der Daten von rd. 2.200 Grundwassermessstellen und eine Vielzahl anderer Daten und Informationen (Lage der zur Plausibilitätsprüfung benutzten Grundwassermessstellen s. Abb. 4). Anschließend waren nur noch geringe Modifikationen der Karte erforderlich. Zu diesen Modifikationen zählte auch die Einführung der Darstellung von sog. Uferstreifen entlang einiger Oberflächengewässer. In diesen auf der Karte gesondert ausgewiesenen Flächen sind zeHGW-Werte festgelegt, die nicht unmittelbar durch das großräumige Grundwasserströmungsmodell berechnet worden sind. Das war insofern notwendig, als in einigen ufernahen Bereichen starke kurzfristige Erhöhungen der Vorflutspiegel zu einer Anhebung der Grundwasseroberfläche in Ufernähe führen können, die mit der hydraulisch stationär berechneten Karte nicht bzw. nicht sicher genug abgedeckt werden. Gesonderte zeHGW-Werte wurden auch für einzelne Flächen ausgewiesen, in denen die modellberechnete Karte aufgrund einer vergleichsweise geringen Modelldiskretisierung möglicherweise zu unsichere Werte zeigt, z.B. im Umfeld von Schleusen und in einigen Uferbereichen am Tegeler See. Die Festlegung dieser zeHGW-Werte geschah auf der Grundlage von gemessenen höchsten Pegelständen der Oberflächengewässer und z.T. überschlägigen hydraulisch instationären Berechnungen. Zur Methode der zeHGW-Karte gehört auch ihre fortlaufende Prüfung, insbesondere nach der Beobachtung sehr hoher Grundwasserstände. Nach Fertigstellung der Karte sind im Zeitraum 2008 bis 2011 solche extrem hohen Grundwasserstände registriert worden. Die Prüfung mit diesen Grundwasserstandsdaten bestand die Karte mit sehr gutem Erfolg. Nachfolgend sind nur marginale Änderungen erfolgt. Die veröffentliche Karte ist nun so eingestellt, dass die an den einzelnen Messstellen maßgeblichen, d.h. als unbeeinflusst anzusehenden HGW mindestens 10 cm unter dem dargestellten zeHGW liegen. Für die Entwicklung der zeHGW-Karte im Gebiet des Panketals war anfangs die gleiche Methode wie für die des Urstromtals vorgesehen, nämlich mit Hilfe eines numerischen Grundwassersimulationsmodells. Demzufolge ist für dieses Gebiet zunächst ein gesondertes Grundwassermodell erstellt worden, das im Grundsatz für wasserwirtschaftliche Fragestellungen zur Verfügung steht und auch schon genutzt worden ist. Bereits bei den Arbeiten zu diesem Modell zeigte sich aber, dass die erforderliche Datenlage zur Hydrologie und Hydrogeologie in einigen Bereichen vergleichsweise gering ist. Die Berechnung einer vorläufigen zeHGW-Karte und deren kritische Prüfung führte zu der Bewertung, dass das Modell in diesen Teilbereichen die besonders hohen Qualitätsanforderungen, die an ein zeHGW-Modell zu stellen sind, gegenwärtig noch nicht erfüllt. Da die anthropogene Beeinflussung des Grundwassers im Panketal anders als im Berliner Urstromtal relativ gering ist, können hier in direkterer Weise gemessene HGW-Werte bei der Entwicklung der zeHGW-Karte berücksichtigt werden. Die zeHGW-Karte für das Gebiet des Panketals umfasst nicht allein das Panketal im engeren Sinne, wie es auf der geologischen Karte von Berlin ausgewiesen ist, sondern auch einen kleinen angrenzenden Teil des Urstromtals. Es handelt es sich hierbei um einen Übergangsbereich zwischen beiden geologischen Einheiten, der hydrogeologisch eher dem Panketal mit seinem relativ gering mächtigen obersten Grundwasserleiter zuzurechnen ist. Das methodische Vorgehen ist in Hörmann & Verleger (2016) beschrieben und wird hier wie folgt zusammengefasst: 1. Ganglinienanalyse Alle Ganglinien der Grundwassermessstellen aus dem Archiv der Senatsverwaltung, die im Panketal-Grundwasserleiter (GWL 1.2 nach der Grundwasserleiternomenklatur von Limberg & Thierbach 2002) verfiltert sind (135), wurden auf ihre Eignung für den vorliegenden Zweck untersucht. Dazu zählte insbesondere eine Beurteilung der Grundwasserstände hinsichtlich einer möglichen künstlichen Beeinflussung und etwaiger Datenfehler. Wesentliches Ergebnis dieser Untersuchung war, dass die Grundwasserstände vor 1990 deutlich häufiger und meist auch stärker beeinflusst sind als in der Zeit danach. Eine wesentliche Ursache hierfür ist der Betrieb der Rieselfelder im nördlichen Teil des Panketals, der in den 1980er Jahren eingestellt wurde, und örtlich eine deutliche Anhebung des Grundwasserstands bewirkt hat. Die zur Zeit des Rieselfeldbetriebs gemessenen höchsten Grundwasserstände sind keine zu erwartenden höchsten Grundwasserstände. Im Ergebnis dieser Ganglinienanalyse sind nur Messdaten ab 1990 für die zeHGW-Bestimmung verwendet worden. 2. Festlegung der zeHGW-Werte Für jede einzelne als geeignet erkannte Grundwassermessstelle ist der höchste Grundwasserstand (HGW) extrahiert worden. Zur Bestimmung des zeHGW wurde der HGW mit einem Zuschlag versehen: zeHGW = HGW + Zuschlag Der Zuschlag wurde aufgrund verschiedener Überlegungen zur Abschätzung der Zuverlässigkeit der Erfassung höchster Grundwasserstände festgelegt. Dabei wurden vor allem die Messhäufigkeit und die Dauer der Beobachtung der Grundwassermessstellen berücksichtigt. Der Mindestzuschlag auf den HGW beträgt 0,3 m. Dieser Wert gilt für Messstellen, die den Zeitraum von 2007 bis 2012 durch häufige Messungen gut erfassen. In diesem Zeitraum sind allgemein in Berlin die höchsten Grundwasserstände unter den derzeit herrschenden geohydraulischen Randbedingungen (vgl. zeHGW-Definition) beobachtet worden (s. Beispiel Abb. 5). HGW-Werte von Grundwassermessstellen, die die Zeit allgemein hoher Grundwasserstände nicht erfassen und/oder eine kleinere Messfrequenz besitzen, sind mit Zuschlägen von 0,5 m bzw. 0,7 m versehen worden. 3. Berechnung der zeHGW-Karte Auf der Grundlage von 105 geeigneten Grundwassermessstellen und ihren zeHGW-Werten als Stützpunkte ist die Verteilung des zeHGW ohne Berücksichtigung der Gewässer mit Hilfe des Programmsystems SURFER berechnet und in Form von Linien gleichen zeHGW dargestellt worden. Die Berechnungsmethode ist dieselbe, wie sie bei der aktuellen Grundwassergleichenkarte (Hannappel, Hörmann & Limberg 2007) benutzt wird. Ferner ist grundsätzlich Folgendes zu bemerken: Da die zeHGW-Karte für unterschiedliche Fragestellungen zur Verfügung gestellt wird, beinhalten die zu erwartenden höchsten Grundwasserstände keine anwendungsbezogenen pauschalen Sicherheitszuschläge, wie z. B. in den für die Errichtung von Bauwerken relevanten Regelwerken gefordert werden . Die für das Gebiet des Panketals teilweise differenzierten Zuschläge auf den HGW (0,3 bis 0,7 m, s. Methode) wurden lediglich wegen der unterschiedlich guten Erfassung höchster Grundwasserstände und der hier im Vergleich zum Urstromtal relativ hohen natürlichen Amplitude des Grundwassergangs gewählt. Im Urstromtal liegen die der zeHGW-Karte zu entnehmenden Werte mindestens 0,1 m über den höchsten, als maßgeblich bewerteten gemessenen höchsten Grundwasserständen . Ganz überwiegend liegt der zeHGW jedoch erheblich stärker über dem HGW, im Gebiet der Senktrichter der Berliner Wasserwerke im Meterbereich. Damit handelt es sich also um mit rechnerischen Methoden auf der Basis umfangreicher Daten und einer Vielzahl anderer Informationen ermittelte Schätzwerte des zeHGW, die nach gegenwärtigem Wissenstand auf der „sicheren Seite“ liegen – in dem Sinne, dass sie aller Wahrscheinlichkeit nach nicht überschritten werden. Letzteres hat auf der anderen Seite zur Folge, dass sie nicht unbedingt in der angegebenen vollen Höhe eintreten müssen. Zur Methode der Kartenentwicklung gehört auch die laufende Kontrolle, d.h. der Vergleich mit den aktuellen Grundwasserständen. Eine umfassende Prüfung der Karte, die auf der Datenlage bis 2007 beruht, ist im Jahr 2013 durchgeführt worden, nachdem in den Jahren 2008 und 2011 in Berlin extrem hohe Grundwasserstände registriert worden sind. Sie ergab, dass es auch in diesen äußerst niederschlagsreichen Zeiten nicht zu Überschreitungen dieser zeHGW-Werte gekommen ist . Ab 2013 ist für den Bereich der Teltow-Hochfläche und der Nauener Platte mit der Entwicklung einer zeHGW-Karte begonnen worden. 2017 wurde sie für diese beiden hydrogeologischen Einheiten fertiggestellt und wird hier zusammen mit den zeHGW-Karten für das Urstromtal und das Panketal erstmalig veröffentlicht. Die Methode der Kartenentwicklung entspricht im Grundsatz derjenigen, die auch bei der Urstromtalkarte angewendet wurde, d.h. die Karte wurde mit Hilfe eines numerischen Grundwasserströmungsmodells angefertigt (Hörmann & Verleger 2020). Wie im Urstromtal war hier die Verwendung eines Simulationsmodells wegen der langen anthropogenen Beeinflussung der Grundwasserstände, vor allem durch die Wasserwerke Beelitzhof, Tiefwerder und Kladow erforderlich. Im Folgenden werden die wesentlichen Unterschiede genannt: Auf der Basis des vorhandenen vierschichtigen Grundwassermodells für Berlin ist eine weitere vertikale Differenzierung vorgenommen worden. Das Modell ist nun in acht Modellschichten unterteilt. Dies war insofern notwendig, da der hydrogeologische Schichtaufbau auf der Teltow-Hochfläche und der Nauener Platte erheblich komplexer ist als im Urstromtal. Einen Nord-Süd-Schnitt durch das Modell, wie es derzeit für das gesamte Berliner Landesgebiet vorliegt, zeigt die Abbildung 6. Die Modellschichten (Layer) L 1 bis L 6 stehen für den Hauptgrundwasserleiter, der örtlich in die Teilleiter GWL 2.1, GWL 2.2 und GWL 2.3 differenziert ist, die insbesondere in den Hochflächenbereichen durch gering wasserleitende Geschiebemergelschichten hydraulisch voneinander getrennt sind. Aufgrund der besseren Datenlage hinsichtlich der beobachteten Grundwasserstände ist das Jahr 2001 als Kalibrierungsjahr und das Jahr 2004 als Verifizierungsjahr verwendet worden. Nach der Kalibrierung und Verifizierung erfolgte die zeHGW-Simulation wie für den Bereich des Urstromtals, wobei für die Plausibilisierung und eine erforderliche Nachkalibrierung des zeHGW-Modells die Daten von rd. 1100 Grundwassermessstellen benutzt wurden. Die Plausibilitätsprüfung der Karte im Gebiet der Teltow-Hochfläche und der Nauener Platte ergab, dass anders als im Urstromtal auf die gesonderte Ausweisung von Uferstreifen entlang einzelner Gewässer verzichtet werden konnte. Eine nachträgliche Modifizierung der modellberechneten Karte wurde im Wesentlichen nur in einem kleinen Gebiet auf der Nauener Platte westlich von Kladow vorgenommen, wo einer hydrogeologischen Anomalie durch die Ausweisung von Flächen gleicher zeHGW-Werte auf der Basis beobachteter höchster Grundwasserstände Rechnung getragen wurde. Bei der Erstellung des numerischen Grundwasserströmungsmodells für die Barnim-Hochfläche wurde deutlich, dass die erforderliche Datenlage zur Hydrogeologie in einigen Bereichen vergleichsweise gering ist und die z. T. sehr komplizierten hydrogeologischen Verhältnisse in ihrer Komplexizität nicht überall mit hinreichender Genauigkeit abgebildet werden konnten. Bei der sehr kritischen Prüfung der berechneten zeHGW-Karte ergab sich, dass das Modell in einem Teilbereich die an ein zeHGW-Modell zu stellenden besonders hohen Qualitätsanforderungen noch nicht in jeder Hinsicht erfüllt. Ebenso wie für das Panketal wird daher zunächst auf gemessene HGW-Werte für die Erstellung der zeHGW-Karte zurückgegriffen. Verwendung finden hierbei die Grundwasserstände seit dem Jahr 2000, da der anthropogenen Beeinflussung nach Einstellung der Wasserförderung am Wasserwerk Buch und der Rieselfeldbewirtschaftung in den 1990er Jahren vergleichsweise keine Relevanz mehr zukommt. Die zeHGW-Karte für das Gebiet der Barnim-Hochfläche südöstlich des Panketals beinhaltet nicht nur die auf der geologischen Karte von Berlin veranschaulichte Hochfläche, sondern auch einen kleinen angrenzenden Teil im Übergangsbereich vom Panketal zum Urstromtal (s. Abb. 2). Der Bereich der Barnim-Hochfläche westlich des Panketals wird hingegen in diesem Kartenwerk nicht berücksichtigt, da dort der Hauptgrundwasserleiter nicht flächenhaft verbreitet ist oder es weiterführender Analysen der hydrogeologischen Situation bedarf, bevor belastbare Aussagen zum zeHGW getroffen werden können. Für die Berechnung der zeHGW-Karte in dem südöstlich des Panketals gelegenen Bereich der Barnim-Hochfläche wurde in folgenden Schritten vorgegangen: 1. Ganglinienanalyse Für 43 repräsentative Grundwassermessstellen, welche nach der Grundwasserleiternomenklatur von Limberg & Thierbach (2002) im Hauptgrundwasserleiter (GWL 2.1, GWL 2.2, GWL 2) verfiltert sind, erfolgte eine statistische Auswertung der Grundwasserstände. Da bis zum Jahr 2000 ein hydraulischer Einfluss durch künstliche Grundwasseranreicherungen im Bereich ehemaliger Rieselfelder und Grundwasserabsenkungen durch das Wasserwerk Buch auf die Wasserstände nicht ausgeschlossen werden können, wurden nur Daten seit Januar 2000 in dieser Auswertung berücksichtigt. Zunächst wurden die Datensätze auf Datenfehler hin untersucht. Ein weiteres Kriterium für die Verwendung war, dass die Messreihen keine langen Messlücken aufweisen und mindestens 80 % des Betrachtungszeitraums abdecken. Ausgewertet wurde jeweils der Grundwasserstand am 15. Tag eines Monats. Ziel der Auswertung war die Ermittlung des Monats mit den höchsten Grundwasserständen im Betrachtungszeitraum und die Bestimmung des maximalen Grundwasseranstiegs im Verlauf eines Winterhalbjahrs bzw. durch Starkniederschlagsereignisse im Sommer. Die höchsten Grundwasserstände auf der Barnim-Hochfläche wurden im Winter 2012 (23 Grundwassermessstellen) und im Winter 2011 (16 Grundwassermessstellen) gemessen. Im Winterhalbjahr 2008 und 2002 wurden an 3 bzw. 1 Grundwassermessstellen Höchstwerte aufgezeichnet. Der Monat mit den höchsten Grundwasserständen war der Februar 2012 mit 21 Maxima; im Winter 2011 wurden die höchsten Grundwasserstände mit 13 Maxima ebenfalls im Februar festgestellt. In der Abbildung 7 ist erkennbar, dass die Messstellen mit den Höchstwerten im Winter 2012 (pinke Markierung) im südlichen Bereich der Barnim-Hochfläche und im Nordwesten (Frohnau/Hermsdorf) liegen, während sich die Messstellen mit Höchstständen im Winter 2011 (blaue Markierung) vor allem im nördlichen und östlichen Bereich befinden. Die Differenz der Wasserstände zwischen den beiden Höchstständen im Winter 2012 und 2011 ist in Abbildung 8 dargestellt. Die Grundwasserstände in den nördlichen und östlichen Grundwassermessstellen (blaue Markierung in Abbildung 7) liegen im Winter 2012 bis zu 0,44 m unterhalb der maximalen Wasserstände im Jahr 2011 und im Median um 0,10 m niedriger als die Wasserstände aus dem Jahr 2011. In den südlichen Grundwassermessstellen (pinke Markierung in Abbildung 7) lag der Wasserstand im Jahr 2012 im Mittel 0,17 m über den Wasserständen im Jahr 2011. Die höchsten Grundwasseranstiege innerhalb eines Monats liegen bezogen auf alle untersuchten Grundwassermessstellen der Barnim Hochfläche bei 0,39 m und sind auf die Starkniederschlagsereignisse im Juni/Juli 2017 zurückführen. Betrachtet man mehrmonatige Grundwasseranstiege ist besonders der Winter von November 2010 bis Februar 2011 mit einem Anstieg von 0,47 m in drei Monaten hervorzuheben. 2. Festlegung der zeHGW-Werte und Berechnung der zeHGW-Karte Die Ganglinienanalyse ergab, dass im Februar 2012 insgesamt die höchsten Grundwasserstände gemessen wurden. Entsprechend wurde dieser Zeitpunkt als Basis für die Berechnung der zeHGW-Karte gewählt. Um dem Einfluss von Starkniederschlagsereignissen beziehungsweise lang anhaltenden Niederschlagsphasen im Winter Rechnung zu tragen, wurden diese Wasserstände um 0,5 m erhöht. In Abbildung 7 ist ersichtlich, dass im nördlichen und östlichen Teil der Barnim Hochfläche die höchsten Grundwasserstände im Winter 2011 (blaue Markierung) gemessen wurden und um bis zu 0,44 m höher lagen als im Februar 2012 (vgl. Abbildung 8). Um dies zu berücksichtigen wurden für diese Grundwassermessstellen die Wasserstände vom Februar 2012 zusätzlich um 0,4 m erhöht. p=. zeHGW Werte Barnim Hochfläche = Grundwasserstand (Februar 2012) + Starkniederschlagszuschlag (0,5 m) + Zuschlag im Norden und Osten (+0,4 m) Auf der Grundlage dieser Auswertung wurden zeHGW-Werte für alle zur Verfügung stehenden Grundwassermessstellen auf der Barnim-Hochfläche berechnet und mit Hilfe des Programmsystems SURFER ein Grundwassergleichenplan erstellt. Die verwendete Berechnungsmethodik und die Anzahl der verwendeten Grundwassermessstellen ist dieselbe, wie sie bei der aktuellen Grundwassergleichenkarte (Hannappel, Hörmann & Limberg 2007) benutzt wird. 3. Anpassungen an die zeHGW-Karten Urstromtal und Panketal Die zeHGW-Karte der Barnim-Hochfläche schließt im Süden direkt an die zeHGW-Karte des Urstromtals an und wurde im Übergangsbereich manuell an die vorhandene Karte angepasst. Der Panketalgrundwasserleiter stellt in seinem Verbreitungsgebiet den obersten, hydraulisch weitestgehend vom Hauptgrundwasserleiter getrennten Grundwasserleiter dar. Entsprechend sind im Bereich des Panketals die zeHGW-Werte des Panketalgrundwasserleiters abgebildet. Dadurch ist der Übergang zwischen Panketal und Barnim-Hochfläche nicht kontinuierlich, sondern durch einen Versatz der zeHGW-Isolinien gekennzeichnet, der sich daraus ergibt, dass hier zwei hydraulisch getrennte Grundwasserleiter auf der Karte aneinanderstoßen. Im Südwesten im Übergang zum Urstromtal ist der Panketalgrundwasserleiter hingegen nicht mehr hydraulisch vom Hauptgrundwasserleiter entkoppelt und die Isolinien des zeHGW des Panktetalgrundwasserleiters gleichen sich ab der Isolinie 42 m NHN den Ganglinien des zeHGW der Barnim-Hochfläche bzw. des Urstromtals an. In diesem Bereich liegen die ermittelten zeHGW-Werte der Barnim-Hochfläche bis auf wenige Ausnahmen (z. B. nordöstlich des Schäfersees) über den zeHGW-Werten des Panketalgrundwasserleiters, weshalb in der aktuellen Karte die zeHGW-Werte der Barnim-Hochfläche gezeigt werden. Diese Anpassung war notwendig, da nur so eine hydrogeologisch begründbare Anpassung der zeHGW-Karte der Barnim-Hochfläche an die bereits existierenden zeHGW-Karten des Urstromtals und des Panketals möglich war.

Zu erwartender höchster Grundwasserstand (zeHGW) 2022

Die Höhe der Grundwasseroberfläche bzw. der Grundwasserdruckfläche ist für verschiedene wasserwirtschaftliche, ökologische und bautechnische Fragestellungen von Bedeutung. Insbesondere gilt das für ihren Maximalwert, den höchsten Wert, den der Grundwasserstand erreichen kann, der vor allem für die Bemessung von Bauwerken benötigt wird. Als Planungsgrundlage für die Auslegung einer Abdichtung des Bauwerks gegen „drückendes“ Wasser oder für die Bemessung der Gründung ist dieser Wert unabdingbar. Meist wird dieser Maximalwert anhand langjähriger Grundwasserstandsbeobachtungen ermittelt. Zurzeit werden im Berliner Stadtgebiet an rund 2000 Grundwassermessstellen Grundwasserstände (Standrohrspiegelhöhen) gemessen und in Form von Grundwasserstandsganglinien dargestellt (Beispiel s. Abbildung 1). Der Maximalwert einer solchen Ganglinie wird als höchster Grundwasserstand , abgekürzt HGW , bezeichnet. Der HGW ist damit also ein in der Vergangenheit gemessener Wert. Grundwasserstandsganglinien dreier Messstellen im Urstromtal: Der höchste Grundwasserstand (HGW) wurde zu unterschiedlichen Zeiten gemessen: Mst. 137: 1975, Mst. 5476: 2002 und Mst. 8979: 2011. Wenn an dem Ort, für den der höchste Grundwasserstand benötigt wird, keine Grundwassermessstelle mit hinreichend langer Beobachtungsdauer vorhanden ist, kann dieser Wert aus den höchsten Grundwasserständen benachbarter Messstellen durch Interpolation näherungsweise bestimmt werden. Ein solcher interpolierter Wert wird gleichfalls als HGW bezeichnet. Für viele Fragestellungen ist die Kenntnis eines höchsten, in der Vergangenheit eingetretenen Grundwasserstands zwar sehr hilfreich, aber nicht in allen Fällen voll befriedigend bzw. ausreichend. Soll der HGW beispielweise zur Bemessung einer Bauwerksabdichtung gegen drückendes Wasser benutzt werden, so muss dieser in der Vergangenheit beobachtete Wert selbstverständlich einer sein, der auch in Zukunft, d.h. innerhalb der Nutzungsdauer des Bauwerks, nicht überschritten wird und nur in extrem nassen Situationen auftreten kann. Wenn der beobachtete Grundwasserstandsgang im Wesentlichen durch natürliche Ursachen bedingt ist (jahreszeitlich unterschiedliche Grundwasserneubildung, Wechsel von niederschlagsarmen mit niederschlagsreichen Jahren) kann davon ausgegangen werden, dass er sich zukünftig ähnlich verhält. Das gilt auch im Fall anthropogener Eingriffe mit Auswirkungen auf die Grundwasseroberfläche, sofern diese dauerhaft sind, sich also in Zukunft nicht ändern werden. In weiten Teilen Berlins herrschen bereits seit Langem keine natürlichen Grundwasserverhältnisse mehr. Durch dauerhafte wie zeitlich begrenzte Eingriffe in den Grundwasserhaushalt ist die Höhe der Grundwasseroberfläche künstlich beeinflusst . Zu den dauerhaften Maßnahmen zählen: die Regenwasserkanalisation, die eine Verminderung der Grundwasserneubildung und damit eine Absenkung des Grundwasserstands zur Folge hat; die dezentrale Regenwasserverbringung über Versickerungsanlagen, wodurch die Grundwasseroberfläche in Abhängigkeit von den Niederschlagsereignissen örtlich angehoben werden kann; Dränagen und Gräben, mit denen der Grundwasserstand gebietsweise gezielt abgesenkt wurde; wasserbauliche Maßnahmen (Stauhaltungen, Ufereinfassungen, Gewässerbegradigungen), die sowohl zu einer Anhebung wie zu einer Absenkung des Grundwasserstandes führen können; in das Grundwasser hineinreichende Bauwerke, mit der Auswirkung eines Aufstaus des Grundwassers in Anstromrichtung bzw. einer Absenkung in Abstromrichtung. Zu den zeitlich begrenzten Maßnahmen bzw. denjenigen, die in ihrem Ausmaß stark variieren können, gehören: Grundwasserentnahmen für die öffentliche und private Wasserversorgung sowie zum Zweck der Wasserfreihaltung von Baugruben oder zur Altlastensanierung, die zur Absenkung der Grundwasseroberfläche führen; Grundwasseranreicherungen zur Erhöhung des Grundwasserdargebots für die öffentliche Wasserversorgung, die in der Umgebung der Anreicherungsanlagen den Grundwasserstand anheben; Reinfiltration von gehobenem Grundwasser, z.B. im Rahmen von Grundwasserhaltungsmaßnahmen für Bauzwecke, wodurch – meist örtlich begrenzt – ebenfalls die Grundwasseroberfläche angehoben wird. Durch diese Vielzahl möglicher künstlicher Maßnahmen mit Auswirkungen auf das Grundwasser wird deutlich, dass es im Einzelfall selbst für Fachleute mitunter schwierig zu beurteilen ist, ob und in welchem Ausmaß ein beobachteter (= gemessener) höchster Grundwasserstand (HGW) anthropogen beeinflusst ist und in wieweit ein solcher Wert auch für in die Zukunft gerichtete Fragestellungen verwendet werden kann. Um die Qualität des HGW-Wertes weiter zu erhöhen und sie für den Nutzer leichter verfügbar zu machen, ist eine Karte entwickelt worden, die den „ zu erwartenden höchsten Grundwasserstand “, abgekürzt „ zeHGW “, direkt angibt. Dieser ist folgendermaßen definiert: Der zu erwartende höchste Grundwasserstand (zeHGW) ist derjenige, der sich witterungsbedingt maximal einstellen kann. Er kann nach extremen Feuchtperioden auftreten, sofern der Grundwasserstand in der Umgebung durch künstliche Eingriffe weder abgesenkt noch aufgehöht wird. Nach dieser Definition handelt es sich um einen Grundwasserstand, der nach gegenwärtigem Wissenstand unter den folgenden geohydraulischen Randbedingungen nach sehr starken Niederschlagsereignissen nicht überschritten wird: einerseits den natürlichen Randbedingungen (z.B. Wasserdurchlässigkeit des Untergrundes) und andererseits den dauerhaft künstlich veränderten Randbedingungen (z.B. Stauhaltungen der Fließgewässer, s.o.). Höhere Grundwasserstände als der zeHGW können grundsätzlich zwar auftreten, aber nur in Folge weiterer künstlicher Eingriffe. Solche Eingriffe (z.B. Einleitungen in das Grundwasser) sind langfristig natürlich nicht vorhersehbar. Sie brauchen aber auch für die meisten Fragen insofern nicht berücksichtigt zu werden, als sie in jedem Fall einer wasserbehördlichen Erlaubnis oder Bewilligung bedürfen. Sinngemäß entspricht die Definition des zu erwartenden höchsten Grundwasserstands damit der Definition des „Bemessungsgrundwasserstands“ für Bauwerksabdichtungen gemäß BWK-Regelwerk, Merkblatt BWK-M8 (2009; BWK Bund der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau e.V.). Der Begriff Bemessungsgrundwasserstand wird hier zu Gunsten des Begriffs zu erwartender höchster Grundwasserstand jedoch nicht verwendet, da die zeHGW-Karte auch für andere Fragen neben der nach einer erforderlichen Bauwerksabdichtung zur Verfügung gestellt wird. In diesem Zusammenhang wird auch darauf hingewiesen, dass die Festlegung von Bemessungsgrundwasserständen für Baumaßnahmen im Grundsatz dem Bauherrn bzw. seinem Fachplaner oder -gutachter obliegt. Da dies für den Einzelnen wegen der übergreifenden komplexen, durch den Menschen stark beeinflussten Grundwasserverhältnisse in Berlin allein auf der Grundlage von Grundwasseruntersuchungen am Ort der Baumaßnahme und dem engeren Umfeld mitunter nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich ist, stellt das Land Berlin Informationen zum Grundwasserstand für den Bürger zur Verfügung. Die Arbeitsgruppe Landesgeologie der Senatsverwaltung für Umwelt, Mobilität, Verbraucher- und Klimaschutz gibt seit Jahrzehnten Auskünfte zum Grundwasser, damit auch zum höchsten Grundwasserstand (HGW), der von Fachleuten auf der Basis der vorliegenden Grundwasserstandsdaten ermittelt wird. Da der HGW entsprechend seiner Definition (s.o.) kein unbeeinflusster Grundwassersstand sein muss, wird angestrebt, für das gesamte Stadtgebiet eine Karte des zeHGW zu entwickeln, der für in die Zukunft gerichtete Fragestellungen (z.B. Bauwerksabdichtung) aussagekräftiger ist. Der Zugriff auf die Karte über das Internet erlaubt es dem Nutzer, den zeHGW für den gewünschten Standort abzulesen. Bisherige Wartezeiten, die durch die schriftliche Anfrage entstanden, entfallen dadurch. Die zeHGW-Karte ist für vier Gebiete Berlins verfügbar (s. Abbildung 2). Geologisch gesehen handelt es sich um das Gebiet des Berliner Urstromtals und das Gebiet des Panketals . Beide sind dadurch gekennzeichnet, dass ihr Untergrund oberflächennah ganz überwiegend durch gut wasserleitende Sande, aufgebaut ist und sich die Grundwasseroberfläche im Allgemeinen nur in geringer Tiefe (Grundwasserflurabstand wenige Meter, stellenweise auch weniger als einem Meter) befindet (SenStadtUm). Des Weiteren wurde die zeHGW-Karte für die südlich des Urstromtals anschließenden Bereiche der Teltow-Hochfläche und der westlich der Havel gelegenen Nauener Platte entwickelt. Im östlichen Teil ist die Hochfläche von relativ mächtigem Geschiebemergel bzw. Geschiebelehm der Grundmoräne bedeckt, die z. T. auch für gespannte Grundwasserverhältnisse verantwortlich sind, im westlichen Teil sind überwiegend mächtige Sandabfolgen vorhanden. Im Bereich der Nauener Platte sind Geschiebemergel und Schmelzwassersande gleichermaßen verbreitet. Kennzeichnend für das Gebiet südlich des Urstromtales ist, dass die Grundwasseroberfläche in einer Tiefe von meist deutlich größer 10 m, im Grunewald und auf der Wannseehalbinsel teilweise auch größer 20 m anzutreffen ist. Geringe Flurabstände finden sich dagegen entlang der oberirdischen Gewässer z. B. Havel, Grunewaldseen, aber auch im Gebiet um das Rudower Fließ, im südlichen Bereich von Lichtenrade und auf den ehemaligen Rieselfeldern Karolinenhöhe. Aktuell wurde die zeHGW-Karte für den nördlich des Urstromtales und südöstlich des Panketals angrenzenden Teil der Barnim-Hochfläche ergänzt. In diesem Bereich bestimmen die ausgedehnten Geschiebemergelkomplexe der weichsel- und saalekaltzeitlichen Grundmoränen, die zumeist mit Schmelzwassersanden wechsellagern, die hydrogeologischen Verhältnisse maßgeblich. Der Grundwasserleiter ist in diesem Bereich i. A. bedeckt und in weiten Teilen gespannt, z. T. auch artesisch, das hydraulische Gefälle ist vergleichsweise hoch. Der Grundwasserflurabstand kann mehrere zehner Meter erreichen. Da über den Grundmoränensedimenten häufig Decksande abgelagert sind, ist das Vorkommen von Schichtenwasser verbreitet. Für alle Gebiete, in denen z.T. methodisch unterschiedlich vorgegangen wurde, wird hier eine Karte der Grundwasserhöhen mit der Bezeichnung „Zu erwartender höchster Grundwasserstand (zeHGW)“ veröffentlicht.

Zu erwartender mittlerer höchster Grundwasserstand (zeMHGW) 2016

Für die beiden Gebiete Urstromtal und Panketal wurden unterschiedliche Methoden für die Berechnung des zeMHGW angewandt. Urstromtal Für das Gebiet des Berliner Urstromtals ist die zeMHGW-Karte mit Hilfe eines numerischen Grundwasserströmungsmodells berechnet worden. Das war deshalb erforderlich, weil wegen der langen z.T. starken anthropogenen Beeinflussung der Grundwasseroberfläche die Berechnung einer solchen Karte nur auf der Grundlage gemessener und daraus berechneter mittlerer Grundwasserstände im Sinne der o.g. zeMHGW-Definition nicht möglich ist. Die Grundlage für das zeMHGW-Modell bildet das Modell, mit dem bereits die Karte des zu erwartenden höchsten Grundwasserstands ( zeHGW ) entwickelt worden ist. Dieses Modell ist in Limberg, Hörmann & Verleger (2010) beschrieben und wird hier zusammengefasst: Das numerische Modell, für das das Programmsystem MODFLOW verwendet wurde, ist so angelegt, dass es die gesamte Fläche Berlins umfasst (Abbildung 4). Das Gebiet des Berliner Urstromtals ist vertikal in mehrere Modellschichten unterteilt, von denen die oberste für den – hier im Regelfall ungespannten – Hauptgrundwasserleiter steht, dessen zeMHGW berechnet werden soll (s. Abbildung 5). Horizontal ist das Modell in Rechteckzellen unterteilt. Die Zellgröße variiert zwischen 50 × 50 und 100 × 100 Meter. Dieses Strömungsmodell ist durch hydraulisch stationäre Berechnungen kalibriert und verifiziert worden. Hierzu wurden im Jahr 2004 (Kalibrierung) und 2001 (Verifizierung) gemessene Grundwasserstände benutzt. Mit Hilfe gemessener höchster Grundwasserstände ist das darauf fußende zeHGW-Modell mit sehr gutem Erfolg plausibilisiert worden (vgl. auch Beschreibung der zeHGW-Karte ). Zur rechnerischen Simulation des zeMHGW sind gegenüber der des zeHGW die Randbedingungen Grundwasserneubildung und Spiegelhöhen der Vorflutgewässer (Spree, Havel und ihre Nebengewässer) verändert worden. Entsprechend der Zielstellung sind als Spiegelhöhen mittlere höchste Wasserstände (MHW) vorgegeben worden. Zur Ermittlung der MHW wurde die Zeitreihen 1960 bis 2009 verwendet. Die langjährige mittlere Grundwasserneubildung und ihre örtliche Verteilung im stark urban geprägten Berliner Stadtgebiet sind trotz aufwändiger Ermittlungsverfahren nicht bis ins letzte Detail bekannt. Von derjenigen, die zusammen mit den Vorflutspiegeln den mittleren höchsten Grundwasserstand hervorruft, kann lediglich gesagt werden, dass sie kleiner als diejenige im Fall des höchsten Grundwasserstandes sein muss. Deshalb sind Berechnungen mit unterschiedlich verminderter Grundwasserneubildung durchgeführt worden. Ziel war hierbei eine möglichst gute Anpassung an mittlere höchste Grundwasserstände, die aus Standrohrspiegelhöhen von Grundwassermessstellen berechnet worden sind, die durch Grundwasserentnahmen oder –einleitungen möglichst nicht beeinflusst sind. Aus mehreren tausend Ganglinien von vorhandenen und auch heute nicht mehr existierenden Grundwassermessstellen, über die bis 2010 bei der Landesgeologie Daten vorlagen, wurden in mehreren Schritten 103 geeignete herausgefiltert. Es handelt sich um Ganglinien, die folgende Kriterien erfüllen: Filterstrecke der Grundwassermessstellen im Hauptgrundwasserleiter; Erfassung des Grundwasserstandes mindestens in den letzten zehn Jahren vor 2010; keine Messlücken von über einem halben Jahr in dem Zeitraum, für den der mittlere höchste Grundwasserstand berechnet wird; keine erkennbaren unnatürlich großen Schwankungen im betrachteten Zeitraum. Die Lage der Grundwassermessstellen, deren MHGW-Werte als Zielwerte bei der Modellierung benutzt wurden, ist in der Abbildung 6 dargestellt. Allen Modellrechnungen ist gemäß der zeMHGW- wie der zeHGW-Definition – gemein, dass weder Grundwasserentnahmen noch -einleitungen stattfinden. Die Grundwasseroberfläche der Berechnungsvariante mit der besten Anpassung an diese Zielwerte entspricht der zeMHGW-Karte. Als Beispiel ist in der Abbildung 7 die Ganglinie einer Grundwassermessstelle mit dem MHGW für den Zeitraum 1998 bis 2015 und dem modellberechneten zeMHGW wiedergegeben. Hier liegt der zeMHGW 0,13 m über dem MHGW. Im Jahr 2014 erfolgte eine Aktualisierung des Grundwasserströmungsmodells für den zeMHGW, da partielle Überarbeitungen im östlichen Bereich des zeHGW-Modells durchgeführt wurden. Somit sind auch Messreihen bis 2014 berücksichtigt. Panketal Als Basis für die Entwicklung der Karte des zu erwartenden mittleren höchsten Grundwasserstands (zeMHGW) im Bereich des Panketals und seines Übergangs zum Urstromtal stand keine zeHGW-Karte zur Verfügung, die mit einem geeigneten Grundwasserströmungsmodell berechnet worden war. Die zeHGW-Karte ist hier aus mit Zuschlägen versehenen HGW-Werten von insgesamt 105 Grundwassermessstellen, die Messreihen bis 2014 aufweisen, unter Benutzung des Programms SURFER berechnet worden (vgl. Erläuterung zur zeHGW-Karte ). Um auszuschließen, dass die zeMHGW-Karte keine Widersprüche zur zeHGW-Karte aufweist (Definitionsbedingt muss der zeMHGW überall unter dem zeHGW liegen.), ist die Karte des zu erwartenden mittleren Grundwasserstands in analoger Weise angefertigt worden. Als Stützpunkte dienten dieselben Grundwassermessstellen wie für die zeHGW-Karte. Das methodische Vorgehen bei der Entwicklung der zeMHGW-Karte gliedert sich in folgende Schritte: Ganglinienanalyse, statistische Auswertungen der Grundwasserstände, Festlegung der zeMHGW-Werte für 105 Grundwassermessstellen, Berechnung der zeMHGW-Verteilung und Kartendarstellung. Die Ganglinienanalyse ergab, dass die Grundwasserstände vor 1990 zum großen Teil zu stark künstlich beeinflusst sind, als dass ein MHGW, bei dessen Berechnung auch diese Daten berücksichtigt werden, als zu erwartender mittlerer höchster Grundwasserstand angesehen werden kann. Auch bei der zeHGW-Karte sind die Daten vor 1990 aus Gründen der starken Beeinflussung nicht berücksichtigt worden. Ferner lassen die Ganglinien ab Anfang der 2000er Jahre tendenziell höhere Grundwasserstände erkennen als in den 1990er Jahren, was auch statistisch belegt werden kann. Die Abbildung 8 zeigt als Beispiel die Ganglinie der Grundwassermessstelle Nr. 293 mit den MHGW-Werten für den gesamten betrachteten Zeitraum von 1990 bis 2014 (MHGW90-14), für den von 1990 bis 2001 (MHGW90-01) und den von 2002 bis 2014 (MHGW02-14). Typisch ist, dass der MHGW für den Zeitraum von 2002 bis 2014 deutlich höher ist als der für den Zeitraum von 1990 bis 2001 und ferner, dass der Gang des Grundwasserstands durch meist tägliche Messungen besser belegt ist. Aus diesen Gründen wurden für die Berechnung der zeMHGW-Karte nur die MHGW-Werte des Zeitraums 2002 bis 2014 verwendet. Von den insgesamt 105 Grundwassermessstellen, auf denen die Karte des zu erwartenden höchsten Grundwasserstands beruht, existierten bis 2014 noch 67. Das heißt, für 38 Messstellen liegen keine oder nicht hinreichende Grundwasserstandsdaten vor, um daraus den benötigten MHGW für den Zeitraum 2002 bis 2014 berechnen zu können, aber wohl für den Zeitraum 1990 bis 2001, zumindest mit einigen Einschränkungen (z.B. geringere Messhäufigkeit). Um ein genauso dichtes Stützstellennetz wie für die zeHGW-Karte zu erhalten, sind die MHGW dieser 38 Messstellen für den Zeitraum 2002 bis 2014 geschätzt worden. Mit Hilfe von Korrelationsanalysen zwischen verschiedenen aus den Ganglinien gewonnenen Größen wurde eine signifikante Beziehung zwischen dem zeMHGW für den Zeitraum 2002 bis 2014 (zeMHGW 02-14 ), dem Mittelwert der Messwerte zwischen 1990 und 2001 (MGW 90-01 ) und der Standardabweichung der Messwerte zwischen 1990 und 2001 (s 90-01 ) gefunden. Unter Berücksichtigung eines gewählten Zuschlags von 20 cm, der den in diesem Verfahren liegenden Unsicherheiten Rechnung tragen soll, ergibt sich folgende Formel zur Berechnung des gesuchten zeMHGW 02-14 : zeMHGW 02-14 = 2,43 * s 90-01 + 0,13 + MGW 90-01 mit zeMHGW 02-14 :gesuchter zu erwartender mittlerer höchster Grundwasserstand s 90-01 :Standardabweichung der Messwerte zwischen 1990 und 2001 MGW 90-01 :Mittelwert der Messwerte zwischen 1990 und 2001 Nach dieser Methode sind die MHGW-Werte für die o.g. 38 Grundwassermessstellen rechnerisch geschätzt worden. Damit liegen, wie angestrebt, MHGW-Werte für 105 Messstellen vor. Auf der Grundlage dieser 105 MHGW-Werte und weiteren 15 Stützpunkten, die an der Grenze zur zeMHGW-Karte für das Urstromtal vorgegeben wurden, um einen widerspruchsfreien Anschluss zu dieser Karte zu gewährleisten, ist die Verteilung des zeMHGW ohne Berücksichtigung der Oberflächengewässer mit Hilfe des Programmsystems Surfer berechnet und ebenso wie für das Urstromtal in Form von Linien gleichen zeMHGW dargestellt worden. Die Berechnungsmethode ist dieselbe, wie sie bei der aktuellen Grundwassergleichenkarte (Hannappel, Hörmann & Limberg 2007) benutzt wird. Flurabstand Für das Urstromtal und das Panketal wurde nachfolgend im Jahr 2020 auf der Grundlage der mit unterschiedlichen Vorgehensweisen berechneten Ergebnisse des zeMHGW der Flurabstand mit Hilfe der jeweiligen Grids ermittelt. Aus den Grids wurde zur besseren Anpassung des Ergebnisses die Methode der Dreiecksnetzberechnung angewendet, um eine einheitliche Grundwasseroberfläche zu erhalten. Aus den Werten der Geländehöhe und der Grundwasseroberfläche wurde dann durch Differenzenbildung der jeweilige Wert des Flurabstandes in einer Rasterweite von 2 m ermittelt. Der Flurabstand des zeMHGW wurde in 12 Abstandsklassen eingeteilt und als Schichtstufenkarte dargestellt. Um differenziertere Aussagen insbesondere für die flurnahen Bereiche zu ermöglichen, wurden bis zu einer Tiefe von 3 m unter Geländeoberkante (GOK) eine kleinteilige Klasseneinteilung gewählt.

Zu erwartender höchster Grundwasserstand (zeHGW) 2022

Die zeHGW-Karten für das Berliner Urstromtal, die Teltow-Hochfläche und die Nauener Platte, die mit Hilfe von numerischen Grundwasserströmungsmodellen entwickelt wurden (s. Methode), beruhen auf einer außerordentlich umfangreichen Datengrundlage. Zur Erfassung der hydrogeologischen Struktur des Hauptgrundwasserleiters im Berliner Urstromtal standen die Geologischen Schnitte der Landesgeologie zur Verfügung. Als Ergänzung dazu wurden zahlreiche tiefere Bohrungen aus der Datenbank der Landesgeologie ausgewertet. Für die Kalibrierung und Verifizierung der Grundwassermodelle wurden die Ausbaudaten von über 1300 Grundwassermessstellen und ihrer Grundwasserstandsdaten verwendet. Ferner standen Informationen über die Grundwasserförderungen aller Berliner Wasserwerke, Grundwasseranreicherungen sowie über sonstige Grundwasser-Entnahmen (Wasserhaltungen, Eigenwasserversorgungsanlagen, Altlastensanierungen) zu Verfügung. Wesentliche hydraulische Randbedingungen bilden die Oberflächengewässer, die die Vorflut für das Grundwasser darstellen. Hierzu ist eine Vielzahl von Daten – vor allem Pegelstände – und Informationen zum Ausbau der Gewässer verwendet worden. Die Daten für die Grundwasserneubildung wurden aus der Karte des Umweltatlas in das Modell implementiert (SenStadtUm 2012). Zur Plausibilisierung der berechneten zeHGW-Karte für den Bereich des Berliner Urstromtals wurden die Ganglinien von rd. 2.200 Grundwassermessstellen ausgewertet. Für die zeHGW-Karte im Gebiet der Teltow-Hochfläche und der Nauener Platte waren es rd. 1.100. Darüber hinaus konnte auf einen sehr umfassenden Fundus weiterer hydrogeologischer, wasserwirtschaftlicher, geographischer und historischer Informationsquellen zurückgegriffen werden. Zur Entwicklung der zeHGW-Karte für das Panketal wurden die Ganglinien von rd. 150 weiteren Grundwassermessstellen ausgewertet. Gleichfalls wurde umfangreiches Datenmaterial zur Geologie des Panketal-Grundwasserleiters, das bei der Senatsverwaltung vorliegt, genutzt. Für die Panke und einige ihrer Nebengewässer standen Pegeldaten zur Verfügung. Für den südöstlich des Panketals gelegenen Bereich der Barnim-Hochfläche wurde nach einer statistischen Analyse der Grundwasserstände von 43 repräsentativen Messstellen die zeHGW-Karte anhand der für die aktuellen Grundwassergleichenpläne genutzte, aus 98 Messstellen bestehende Datenbasis verwendet.

Flash-flood risk assessment under the impact of land use changes and river engineering works

Das Projekt "Flash-flood risk assessment under the impact of land use changes and river engineering works" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Fachgebiet Hydromechanik und Hydraulik durchgeführt. General Information: Large uncertainties affect the policies for mitigation of flood hazard in flashy streams. These descend from complexity of physical processes, including scale problems in both observation and modelling, and from the lacking knowledge on the effects of man-induced changes on flood frequency regime. The present proposal is aimed at reducing the above uncertainties, also searching for a unified approach to risk assessment in Europe. This requires a deeper insight of the unsolved complexity, jointly with an appropriate framework to include the river basin system in the analysis of extreme events. Accordingly, the major objectives of the project are (a)an insigth of complex mechanisms producing extreme flash-floods with (apparently) high return periods; (b)the production of physically-based methods for flood risk assessment, accounting for land use changes, and river engineering works; (c)the substantiation of criteria to evaluate regional sensitivity of flood risk to climate, land use changes, and river engineering works. These objectives are achieved through (l)the development of physically-based methods for regionalization of flood frequency estimates, because of the major role of spatial homogeneity; (2)the development of spatially-distributed methods for flood risk analysis based on derived distribution techniques, towards a unified approach to dynamics of flood frequency, including climate and the river basin system; (3)the development of spatially-distributed methods for flood risk analysis based on simulation techniques, in order to investigate flood mechanisms and compare flood hydrographs under different scenarios; and (4)the development of, and demonstration with spatially-distributed models for regional and basin cases studies as a paradigm for different climate, land use, river basin exploitment and flood regime in different countries of Europe (AT, DE, IT, ES, CH and UK). This is to assess the sensitivity of study areas to climate and land use variability. In addition, it will provide flood risk assessments under control and modified climate, land use and river regulation scenarios. Also, criteria are provided to integrate hydrological risk with historical data on land use, river regulation rules, river and catchment training works, as an essential issue to work out historical, present and modified scenarios, and to predict the response of a basin to future actions. Project benefits are user-friendly, integrated, spatially-distributed technologies at regional and basin scales; an improved, unified European framework for flood risk assessment; and objective criteria to substantiate the policies for mitigation of flood hazard in Europe. ... Prime Contractor: Politecnico di Milano, Centro Interdipartimentale di Ricerca in Informatica Territoriale e Ambientale; Milano.

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