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Grundwasserressourcen

Übersicht über das genutzte, das nicht nutzbare und das potenziell nutzbare Grundwasserdargebot in Mecklenburg-Vorpommern, Mai 2012 Karte A0 im Maßstab 1 : 250 000 digitaler Maßstab 1 : 50 000 Kartenportal-Thema Grundwasserressourcen (t4_gwres) im Dienst a7_hydrogeologie

Landesmessstellen Grundwasserstand (Überwachung des mengenmäßigen Zustands)

Landesmessnetz zur Erfassung des Grundwasserstandes (Überwachung des mengenmäßigen Zustandes der Grundwasserkörper gemäß Wasserrahmenrichtlinie. Das Messnetz besteht derzeit aus 733 Grundwassermessstellen und ist landesweit flächendeckend in allen relevanten Grundwasserleitern ausgebaut. Im Gegensatz zu den Messnetzen der Wasserwerksbetreiber im Umfeld ihrer Wasserwerke geben die Messreihen der Landesmessstellen den langfristigen, weitestgehend nicht anthropogen beeinflussten Grundwassergang wieder. Teilweise sind Überlagerungen mehrerer größerer Grundwasserentnahmen in einem Gebiet erkennbar. Die Daten liegen komplett digital vor.

Unterirdische Einzugsgebiete im Grundwasser

Die Daten sind aus dem Projekt „Bilanzierung des Grundwasserdargebotes für das Land Brandenburg“ (HGN-Gutachten 2021) im Zusammenhang mit den Daten zum Projekt „Hydroisohypsenplan 2017“ aus dem Umweltplan-Gutachten (2017) aggregiert worden. Auf Grundlage stichtagsbezogener Grundwasser-/ Oberflächenwasserstandsdaten des Frühjahres 2015 erfolgte über das Interpolationsverfahren „Detrended Kriging/Residual Kriging“ in Kombination mit einer geohydraulischen Modellierung, die Berechnung der Hydroisohypsen (Linien gleicher Grundwasserstände auf NHN bezogen). Für die Darstellung der unterirdischen Einzugsgebiete wurden zuerst die oberirdischen Einzugsgebiete ausgegrenzt. Danach erfolgte die Ausgrenzung der unterirdischen Einzugsgebiete in Ableitung der o. g. Hydrodynamik aus dem Frühjahr 2015. Unterirdische Einzugsgebiete werden auch Grundwassereinzugsgebiete genannt. Die Daten sind aus dem Projekt „Bilanzierung des Grundwasserdargebotes für das Land Brandenburg“ (HGN-Gutachten 2021) im Zusammenhang mit den Daten zum Projekt „Hydroisohypsenplan 2017“ aus dem Umweltplan-Gutachten (2017) aggregiert worden. Auf Grundlage stichtagsbezogener Grundwasser-/ Oberflächenwasserstandsdaten des Frühjahres 2015 erfolgte über das Interpolationsverfahren „Detrended Kriging/Residual Kriging“ in Kombination mit einer geohydraulischen Modellierung, die Berechnung der Hydroisohypsen (Linien gleicher Grundwasserstände auf NHN bezogen). Für die Darstellung der unterirdischen Einzugsgebiete wurden zuerst die oberirdischen Einzugsgebiete ausgegrenzt. Danach erfolgte die Ausgrenzung der unterirdischen Einzugsgebiete in Ableitung der o. g. Hydrodynamik aus dem Frühjahr 2015. Unterirdische Einzugsgebiete werden auch Grundwassereinzugsgebiete genannt. Die Daten sind aus dem Projekt „Bilanzierung des Grundwasserdargebotes für das Land Brandenburg“ (HGN-Gutachten 2021) im Zusammenhang mit den Daten zum Projekt „Hydroisohypsenplan 2017“ aus dem Umweltplan-Gutachten (2017) aggregiert worden. Auf Grundlage stichtagsbezogener Grundwasser-/ Oberflächenwasserstandsdaten des Frühjahres 2015 erfolgte über das Interpolationsverfahren „Detrended Kriging/Residual Kriging“ in Kombination mit einer geohydraulischen Modellierung, die Berechnung der Hydroisohypsen (Linien gleicher Grundwasserstände auf NHN bezogen). Für die Darstellung der unterirdischen Einzugsgebiete wurden zuerst die oberirdischen Einzugsgebiete ausgegrenzt. Danach erfolgte die Ausgrenzung der unterirdischen Einzugsgebiete in Ableitung der o. g. Hydrodynamik aus dem Frühjahr 2015. Unterirdische Einzugsgebiete werden auch Grundwassereinzugsgebiete genannt.

Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung (WMS)

Das Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung bewertet die Schutzwirkung der ungesättigten Zone einschließlich des Bodens über dem oberen zusammenhängenden, wasserwirtschaftlich nutzbaren Grundwasserleiter mit potenziellem Grundwasserdargebot gegenüber dem vertikalen Eindringen von Schadstoffen. Die Erarbeitung bundesweiter flächendeckender Informationen zum Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung in den Jahren 2002 bis 2005 war ein Beitrag der Staatlichen Geologischen Dienste (SGD) zur erstmaligen Beschreibung der Grundwasserkörper im Rahmen der Berichtspflichten zur Umsetzung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie. Die Ermittlung des Schutzpotenzials folgte methodisch grundsätzlich den Vorgaben der LAWA-Arbeitshilfe (Stand 2003) und sieht in der Kartendarstellung eine Einstufung in die Kategorien „günstig“, „mittel“ und „ungünstig“ vor. In Abhängigkeit von der digitalen Verfügbarkeit der benötigten Informationsgrundlagen ergaben sich in den geologischen Diensten der einzelnen Bundesländer im Wesentlichen zwei Lösungsverfahren: 1). In den Bundesländern Berlin, Brandenburg, Bremen, Hamburg, Hessen, Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Schleswig-Holstein, dem Saarland und Sachsen wurden mit konventionellen empirischen Methoden vorhandene Flächeninformationen (Hydrogeologische Übersichtskarte HÜK250 oder andere landesspezifische Grundlagen) und/oder Punktinformationen (Schichtenverzeichnisse aus Bohrungen) mit hydrogeologischem Informationsgehalt hinsichtlich einer potenziellen Schutzwirkung gegen Schadstoffeintrag klassifiziert und nach den Vorgaben der LAWA interpretiert. 2). In Baden-Württemberg, Bayern, Sachsen-Anhalt und Thüringen wurde die von den SGD entwickelte Methodik zur Ermittlung der Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung (HÖLTING et al. 1995) angewendet. Sie führt zu differenzierteren Aussagen, setzt aber flächendeckende Informationen über Sickerwasserrate/Grundwasserneubildung, nutzbare Feldkapazität des Bodens, Gesteinsart und Mächtigkeit der Grundwasserüberdeckung unterhalb des Bodens, Gefügeeigenschaften der Festgesteine und artesische Druckverhältnisse voraus. Die auf einem Punktbewertungsschema beruhende Klassifikation wurde in die Kategorien nach Vorgabe der LAWA-Arbeitshilfe übersetzt. Flächen mit stehenden Oberflächengewässern und Gebiete mit bisher unzureichender Informationsdichte wurden nicht bewertet.

Grundwasserdynamik 2021

Die Darstellung der Grundwasserdynamik beinhaltet verschiedene Layer: Stützstellen, die Grundwasserdynamik (Hydroisohypsen) in 1-m Auflösung und 5-m-Auflösung und den Grundwasserflurabstand. Datengrundlage bilden dabei die sachsenweit durchgeführten Grundwasserstichtagsmessungen vom Herbst 2021 im oberen Hauptgrundwasserleiter (Porengrundwasserleiter). Die Höhenangaben der Hydroisohypsen beziehen sich auf Meter über NHN. Im Lockergesteinsbereich erfolgt die Darstellung der Hydroisohypsen im 1 m-Abstand. Im Lössgebiet, Randpleistozän und der Vorerzgebirgssenke werden die Hydroisohypsen im 5 m-Abstand dargestellt. Die Hydroisohypsen sind zwar im Lössgebiet darstellbar, allerdings kann durch die unsichere Mächtigkeit der Lössauflage innerhalb eines Gebietes auch das Abflussverhalten von Grundwasser nicht eindeutig bestimmt werden. Diese daraus resultierenden Unsicherheiten sollten bei der Betrachtung der Hydroisohypsen im Lössgebiet beachtet werden. Hinzufügbar sind ebenso die für die Erstellung der Grundwasseroberfläche verwendeten Stützstellen. Diese repräsentieren die im Rahmen der Stichtagsmessung erhobenen Messwerte des Grundwasserstandes in Meter über NHN. Die Grundwasserflurabstände werden in Meter unter Gelände mit einer Auflösung von 8 m x 8 m angegeben. Diesbezüglich erfolgte die Erstellung der Grundwasserflurabstände durch Verschnitt des Rasters der Geländeoberkante (DGM) mit dem vormals ermittelten Raster der Grundwasserdynamik. Die durch den Bergbau beeinflussten Gebiete haben eine gestörte Grundwasserdynamik bzw. komplexe hydrodynamische Verhältnisse, sodass eine Darstellung der Hydroisohypsen und Grundwasserflurabstände mit hinreichender Genauigkeit nicht gewährleistet werden kann. WICHTIGE FACHLICHE HINWEISE Die Darstellungen der Hydroisohypsen und Grundwasserflurabstände geben den momentanen Zustand der Grundwasserverhältnisse zur Stichtagsmessung wieder. Die Grundwasseroberfläche ist jedoch in ständiger Veränderung. Eine Kartendarstellung kann daher immer nur die Situation zu einem bestimmten Zeitpunkt abbilden. Um eine umfassendere und präzisere Aussage über die Grundwasserverhältnisse an einem bestimmten Punkt zu treffen, ist es ratsam, auch die Messwerte und Ganglinienverläufe benachbarter Grundwassermessstellen zu betrachten. Methodisch bedingt sind grundstücks- oder flurstücksbezogene Aussagen jedoch nicht ohne Weiteres möglich. Für die Ableitung eines höchsten zu erwartenden Grundwasserstandes (Bemessungsgrundwasserstand) oder einer kleinräumigen Grundwasserstandsermittlung wird die Hinzuziehung von weiteren Daten oder Fachleuten bzw. Gutachtern empfohlen.

Grundwasserdynamik 2022

Die Darstellung der Grundwasserdynamik beinhaltet verschiedene Layer: Stützstellen, die Grundwasserdynamik (Hydroisohypsen) in 1-m Auflösung und 5-m-Auflösung und den Grundwasserflurabstand. Datengrundlage bilden dabei die sachsenweit durchgeführten Grundwasserstichtagsmessungen vom Frühjahr 2022 im oberen Hauptgrundwasserleiter (Porengrundwasserleiter). Die Höhenangaben der Hydroisohypsen beziehen sich auf Meter über NHN. Im Lockergesteinsbereich erfolgt die Darstellung der Hydroisohypsen im 1 m-Abstand. Im Lössgebiet, Randpleistozän und der Vorerzgebirgssenke werden die Hydroisohypsen im 5 m-Abstand dargestellt. Die Hydroisohypsen sind zwar im Lössgebiet darstellbar, allerdings kann durch die unsichere Mächtigkeit der Lössauflage innerhalb eines Gebietes auch das Abflussverhalten von Grundwasser nicht eindeutig bestimmt werden. Diese daraus resultierenden Unsicherheiten sollten bei der Betrachtung der Hydroisohypsen im Lössgebiet beachtet werden. Hinzufügbar sind ebenso die für die Erstellung der Grundwasseroberfläche verwendeten Stützstellen. Diese repräsentieren die im Rahmen der Stichtagsmessung erhobenen Messwerte des Grundwasserstandes in Meter über NHN. Die Grundwasserflurabstände werden in Meter unter Gelände mit einer Auflösung von 8 m x 8 m angegeben. Diesbezüglich erfolgte die Erstellung der Grundwasserflurabstände durch Verschnitt des Rasters der Geländeoberkante (DGM) mit dem vormals ermittelten Raster der Grundwasserdynamik. Die durch den Bergbau beeinflussten Gebiete haben eine gestörte Grundwasserdynamik bzw. komplexe hydrodynamische Verhältnisse, sodass eine Darstellung der Hydroisohypsen und Grundwasserflurabstände mit hinreichender Genauigkeit nicht gewährleistet werden kann. WICHTIGE FACHLICHE HINWEISE Die Darstellungen der Hydroisohypsen und Grundwasserflurabstände geben den momentanen Zustand der Grundwasserverhältnisse zur Stichtagsmessung wieder. Die Grundwasseroberfläche ist jedoch in ständiger Veränderung. Eine Kartendarstellung kann daher immer nur die Situation zu einem bestimmten Zeitpunkt abbilden. Um eine umfassendere und präzisere Aussage über die Grundwasserverhältnisse an einem bestimmten Punkt zu treffen, ist es ratsam, auch die Messwerte und Ganglinienverläufe benachbarter Grundwassermessstellen zu betrachten. Methodisch bedingt sind grundstücks- oder flurstücksbezogene Aussagen jedoch nicht ohne Weiteres möglich. Für die Ableitung eines höchsten zu erwartenden Grundwasserstandes (Bemessungsgrundwasserstand) oder einer kleinräumigen Grundwasserstandsermittlung wird die Hinzuziehung von weiteren Daten oder Fachleuten bzw. Gutachtern empfohlen.

Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung

Das Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung bewertet die Schutzwirkung der ungesättigten Zone einschließlich des Bodens über dem oberen zusammenhängenden, wasserwirtschaftlich nutzbaren Grundwasserleiter mit potenziellem Grundwasserdargebot gegenüber dem vertikalen Eindringen von Schadstoffen. Die Erarbeitung bundesweiter flächendeckender Informationen zum Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung in den Jahren 2002 bis 2005 war ein Beitrag der Staatlichen Geologischen Dienste (SGD) zur erstmaligen Beschreibung der Grundwasserkörper im Rahmen der Berichtspflichten zur Umsetzung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie. Die Ermittlung des Schutzpotenzials folgte methodisch grundsätzlich den Vorgaben der LAWA-Arbeitshilfe (Stand 2003) und sieht in der Kartendarstellung eine Einstufung in die Kategorien „günstig“, „mittel“ und „ungünstig“ vor. In Abhängigkeit von der digitalen Verfügbarkeit der benötigten Informationsgrundlagen ergaben sich in den geologischen Diensten der einzelnen Bundesländer im Wesentlichen zwei Lösungsverfahren: 1). In den Bundesländern Berlin, Brandenburg, Bremen, Hamburg, Hessen, Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Schleswig-Holstein, dem Saarland und Sachsen wurden mit konventionellen empirischen Methoden vorhandene Flächeninformationen (Hydrogeologische Übersichtskarte HÜK250 oder andere landesspezifische Grundlagen) und/oder Punktinformationen (Schichtenverzeichnisse aus Bohrungen) mit hydrogeologischem Informationsgehalt hinsichtlich einer potenziellen Schutzwirkung gegen Schadstoffeintrag klassifiziert und nach den Vorgaben der LAWA interpretiert. 2). In Baden-Württemberg, Bayern, Sachsen-Anhalt und Thüringen wurde die von den SGD entwickelte Methodik zur Ermittlung der Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung (HÖLTING et al. 1995) angewendet. Sie führt zu differenzierteren Aussagen, setzt aber flächendeckende Informationen über Sickerwasserrate/Grundwasserneubildung, nutzbare Feldkapazität des Bodens, Gesteinsart und Mächtigkeit der Grundwasserüberdeckung unterhalb des Bodens, Gefügeeigenschaften der Festgesteine und artesische Druckverhältnisse voraus. Die auf einem Punktbewertungsschema beruhende Klassifikation wurde in die Kategorien nach Vorgabe der LAWA-Arbeitshilfe übersetzt. Flächen mit stehenden Oberflächengewässern und Gebiete mit bisher unzureichender Informationsdichte wurden nicht bewertet.

GWGI - Grundwassergewinnungsindizes in Deutschland (WFS)

Bereitgestellt werden die Grundwassergewinnungsindizes (GWGI) in Bezug auf die NUTS-3 Geometrien und das Bezugsjahr 2019. Der GWGI beschreibt Zusammenhänge zwischen Grundwasserneubildung und Grundwassergewinnung, basierend auf dem theoretisch nutzbaren oder erneuerbaren Grundwasserdargebot. Es liegen jedoch für Deutschland weder eine flächendeckend anwendbare Methodik zur Bestimmung des nutzbaren Grundwasserdargebots vor, noch kann die Verteilung aus Regionalstudien lückenlos und konsistent zusammengesetzt werden. Aus diesem Grund basiert im Rahmen des Projektes WADKlim die Berechnung des GWGI für die NUTS-3-Regionen auf der mit dem Wasserhaushaltsmodell mGROWA bilanzierten Grundwasserneubildung außerhalb der Grundwasserzehrgebiete (z. B. Feuchtgebiete), d.h. in den für die Grundwasserbewirtschaftung relevanten sogenannten Neubildungsgebieten. Das Risiko, mit Nachteilen oder Schäden in Zeiten länger anhaltender Trockenheit konfrontiert zu sein, wächst für einzelne Regionen, wenn zusätzlich zur klimatologischen Gefährdung relevante Grundwassergewinnung stattfindet oder zukünftig vermehrt stattfinden soll, was sich in hohen GWGI widerspiegelt. Die Methodik wird in den Kapiteln 2.3., 2.3.3., 2.3.5.1, 2.3.9, 2.3.13 und 2.3.15 des WADKlim-Berichts beschrieben (https://openumwelt.de/handle/123456789/10430).

Integration von Qualitätsparametern bei der Energieoptimierung von Wassergewinnungen - Entwicklung eines ganzheitlichen Optimierungsansatzes

In zahlreichen Forschungsprojekten wurden bereits Energieverbräuche und Energieeinsparpotentiale in den Bereichen Wassergewinnung, -aufbereitung und -verteilung über separate Systemanalysen untersucht. Nur wenige Forschungsprojekte, wie z.B.das BMBF-geförderte ENERWA-Vorhaben, haben durch die gekoppelte Betrachtung der genannten Bereiche einen ganzheitlichen energetischen Betrachtungsansatz der wasserwirtschaftlichen Wertschöpfungskette erarbeitet. Aber auch diese Ansätze haben bei der energetischen Betrachtung die Wasserressource ausgegrenzt. Ein wichtiger Grund für das Fehlen solcher integrativer Betriebsstrategien ist, dass die Entwicklung innovativer Ansätze mit einem hohen Personalaufwand und finanziellen Risiko verbunden ist, welche im Betrieb durch die Wasserunternehmen nicht geleistet werden kann. Optimierungsmaßnahmen orientieren sich deshalb gemeinhin ausschließlich an den allgemein anerkannten Regeln der Technik und können nur selten darüber hinaus erprobt werden. Das vorliegende Vorhaben zielt daher darauf ab, diese Lücke bestehender Optimierungsansätze zu schließen, indem es intelligente, praxisorientierte Analysewerkzeuge zur integrierten qualitäts- und energieoptimierten Steuerung von Brunnengalerien für Anlagenbetreiber entwickelt. Hierbei kommen innovative Analysemethoden aus den Bereichen Big Data und KI zur Anwendung, um die bereits in der Praxis angewendete Methoden zur energetischen Optimierung von Pump- und Verteilungssystemen in der Wassergewinnung und die durch Grundwasserdargebot und -qualität vorgegebenen Limitierungen bzw. Optimierungspotentiale zu verbinden. Aufbauend auf den praktischen Erkenntnissen wird eine fachlich anerkannte Optimierungsmethodik, bestehend aus praxisorientierten Leitfäden und Tools, entwickelt, welche die wasserwirtschaftliche Nutzung von Einzelbrunnen und Brunnengalerien fokussiert und somit Wasserversorgungsunternehmen und Industriebetriebe mit eigener Wassergewinnung adressiert.

Integration von Qualitätsparametern bei der Energieoptimierung von Wassergewinnungen - Entwicklung eines ganzheitlichen Optimierungsansatzes, Teilvorhaben: Qualitätsorientierte Steuerung von Brunnengalerien

In zahlreichen Forschungsprojekten wurden bereits Energieverbräuche und Energieeinsparpotentiale in den Bereichen Wassergewinnung, -aufbereitung und -verteilung über separate Systemanalysen untersucht. Nur wenige Forschungsprojekte, wie z.B.das BMBF-geförderte ENERWA-Vorhaben, haben durch die gekoppelte Betrachtung der genannten Bereiche einen ganzheitlichen energetischen Betrachtungsansatz der wasserwirtschaftlichen Wertschöpfungskette erarbeitet. Aber auch diese Ansätze haben bei der energetischen Betrachtung die Wasserressource ausgegrenzt. Ein wichtiger Grund für das Fehlen solcher integrativer Betriebsstrategien ist, dass die Entwicklung innovativer Ansätze mit einem hohen Personalaufwand und finanziellen Risiko verbunden ist, welche im Betrieb durch die Wasserunternehmen nicht geleistet werden kann. Optimierungsmaßnahmen orientieren sich deshalb gemeinhin ausschließlich an den allgemein anerkannten Regeln der Technik und können nur selten darüber hinaus erprobt werden. Das vorliegende Vorhaben zielt daher darauf ab, diese Lücke bestehender Optimierungsansätze zu schließen, indem es intelligente, praxisorientierte Analysewerkzeuge zur integrierten qualitäts- und energieoptimierten Steuerung von Brunnengalerien für Anlagenbetreiber entwickelt. Hierbei kommen innovative Analysemethoden aus den Bereichen Big Data und KI zur Anwendung, um die bereits in der Praxis angewendete Methoden zur energetischen Optimierung von Pump- und Verteilungssystemen in der Wassergewinnung und die durch Grundwasserdargebot und -qualität vorgegebenen Limitierungen bzw. Optimierungspotentiale zu verbinden. Aufbauend auf den praktischen Erkenntnissen wird eine fachlich anerkannte Optimierungsmethodik, bestehend aus praxisorientierten Leitfäden und Tools, entwickelt, welche die wasserwirtschaftliche Nutzung von Einzelbrunnen und Brunnengalerien fokussiert und somit Wasserversorgungsunternehmen und Industriebetriebe mit eigener Wassergewinnung adressiert.

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