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Durchlässigkeits- und Fluxmessungen in porösen Aquifern

Die Kenntnis von hydraulischen Durchlässigkeiten wie auch von Wasser- und Verunreinigungsfluxen in porösen Grundwasserleitern ist von großer Bedeutung in vielen hydrogeologischen Belangen wie z.B. Beregnung, Versickerung, quantitative und qualitative Wasserwirtschaft, Risikoabschätzung bei Verunreinigungen, usw. Derzeit ist keine theoretisch gut fundierte Methode zur Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in der gesättigten Zone verfügbar und Methoden zur Messung von gesättigten Durchlässigkeiten in der ungesättigten Zone sind beschränkt, zeitaufwendig und fallweise unzuverlässig. Außerdem ist gegenwärtig keine Methode zur direkten Messung vertikaler Wasser- und Verunreinigunsfluxe in porösen Grundwasserleitern oder am Übergang zwischen Grund- und Oberflächengewässern bekannt. Das dargelegte Projekt basiert auf der Entwicklung einer exakten Lösung des Strömungsfeldes für das Ein- oder Auspumpen von Wasser durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Filterabschnitten entlang eines ansonsten undurchlässigen Filterrohres bei verschiedenen Randbedingungen. Diese Lösung erlaubt die Ermittlung von Formfaktoren der Strömungsfelder, die zur Berechnung hydraulischer Durchlässigkeiten aus Einpressversuchen nötig sind. Die derzeit angewendeten Formeln können mit der genauen Lösung verglichen und der Einfluss anisotroper Durchlässigkeiten kann miteinbezogen werden. Eine doppelfiltrige Rammsonde wird zur bohrlochfreien Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in verschiedenen Tiefen unter dem Grundwasserspiegel vogeschlagen. Der Test besteht aus zwei Teilen: (1) Einpressen durch beide Filterabschnitte und (2) Zirkulation zwischen den Filtern. Die gleiche Sondenkonfiguration wird für die direkte und gleichzeitige Messung lokaler, kumulativer, vertikaler Wasser- und Verunreinigungsfluxe nach dem passiven Fluxmeter-Prinzip vorgeschlagen. Ohne zu pumpen werden die beiden Filterabschnitte hiebei durch eine mit Tracern geladene Filtersäule hydraulisch verbunden. Der vertikale Gradient im Testbereich treibt einen Fluss durch den Filter, der kontinuierlich Tracer auswäscht und Verunreinigungen im Filter hinterlässt. Aus der Analyse des Filtermaterials zur Bestimmung der Tracer- und Verunreinigungsmengen nach dem Test werden mit Kenntnis des Strömungsfeldes um die Sonde die Wasser- und Verunreinigungsfluxe bestimmt. Eine kegelförmige, doppelfiltrige Rammsonde wird weiters vorgeschlagen, um gesättigte Durchlässigkeiten sowohl über als auch unter dem Grundwasserspiegel direkt messen zu können. Die Methode basiert auf stationärer, gesättigt/ungesättigt gekoppelter Strömung aus kugelförmigen Hohlräumen. Die Möglichkeit einer transienten einfiltrigen Methode und einer Methode zur Messung anisotroper Durchlässigkeiten wird beurteilt. Die vorgeschlagenen theoretischen Konzepte werden ausgearbeitet und anhand von Laborversuchen überprüft.

Indikator: Nutzung der Wasserressourcen

<p> Die wichtigsten Fakten <ul> <li>Bei einem Wassernutzungs-Index von mehr als 20 % ist die Schwelle zum <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserstress">Wasserstress</a> erreicht.</li> <li>Wasserstress bedeutet ein steigendes Risiko für Umweltprobleme und wirtschaftliche Schwierigkeiten.</li> <li>Seit 2007 liegt der Wassernutzungs-Index unter der kritischen Marke von 20 %, 2022 lag er bei 10,1 %.</li> <li>Durch den Import von Gütern verursacht Deutschland eine Wassernutzung in anderen Teilen der Welt. Dies kann in manchen Regionen zum Wasserstress beitragen.</li> </ul> </p><p> Welche Bedeutung hat der Indikator? <p>Der Wassernutzungs-Index setzt die Wasserentnahmen mit den erneuerbaren Wasserressourcen ins Verhältnis. Die erneuerbaren Wasserressourcen oder das erneuerbare <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserdargebot">Wasserdargebot</a> werden als langjähriges potentielles Wasserdargebot dargestellt. Die erneuerbaren Wasserressourcen umfassen in Deutschland 176 Mrd. m³, bestimmt für die Periode 1991—2020. Wenn 20 % oder mehr des erneuerbaren Wasserdargebots genutzt werden, wird in internationalen Vergleichen von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserstress">Wasserstress</a> gesprochen. Eine zu starke Wassernutzung kann zu Umweltproblemen führen und die ökonomische Entwicklung behindern&nbsp;<a href="http://www.tellus.org/tellus/publication/comprehensive-assessment-of-the-freshwater-resources-of-the-world">(Raskin et al. 1997)</a>. Durch sinkende Grundwasserstände können Moore und Feuchtgebiete austrocknen oder Wälder geschädigt werden. In Küstennähe können Grundwasservorkommen durch eindringendes Meerwasser versalzen. Zwar herrscht in Deutschland im Mittel kein Wasserstress, jedoch gibt es regionale und saisonale Unterschiede. So ist der Niederschlag in Deutschland sehr ungleich verteilt.</p> <p>Zukünftig sollte der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/indikator">Indikator</a> um den regionalen und saisonalen Bezug ergänzt werden. Durch eine Darstellung des Wassernutzungs-Indexes zum Beispiel auf Ebene der Flusseinzugsgebiete sowie für einzelne Jahresabschnitte könnte dort möglicher Wasserstress besser erkannt werden.</p> </p><p> Wie ist die Entwicklung zu bewerten? <p>Die Europäische Kommission hat sich in ihrem <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=COM:2011:0571:FIN">„Fahrplan für ein ressourcenschonendes Europa“</a> zum Ziel gesetzt, dass der Schwellenwert von 20 % für den Wassernutzungs-Index nicht überschritten werden soll (EK 2011). Für Deutschland sank der Index zwischen 1991 und 2022 von 26,3 % auf 10,1 %, da die Wasserentnahmen kontinuierlich zurück gingen. 1991 lagen sie noch bei 46,3 Mrd. m³. 2022 lag der Wert mit 17,9 Mrd. m³ deutlich niedriger.&nbsp;</p> <p>Große Teile der verwendeten Wassermenge werden zur Kühlung eingesetzt und danach wieder in die Flüsse oder Seen eingeleitet. Würde dies bei der Berechnung berücksichtigt, läge der Wassernutzungs-Index deutlich unter 10 %. Die Entnahmen der Energieversorgung sinken seit dem Jahr 2013 deutlich. Von 2019 zu 2022 betrug der Rückgang knapp 2 Mrd. m³ von 8,8 auf 6,9 Mrd. m³. Dieser starke Rückgang lag vor allem an der geringeren Kühlwassernutzung durch konventionelle Kohle- und Atom-Kraftwerke. Allerdings könnten andere Wassernutzungen (z.B. Kühlung von Rechenzentren, Wasserstoffproduktion) zu einem erneuten Anstieg von Wasserentnahmen führen. Bei der landwirtschaftlichen Bewässerung ist im Zuge des Klimawandels ein steigender Bedarf zu erwarten.</p> <p>In Deutschland selbst herrscht im Mittel kein <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserstress">Wasserstress</a>. Jedoch trägt die deutsche Volkswirtschaft durch den Import von wasserintensiven Gütern zur Wassernutzung in anderen Ländern bei. Abhängig von den Rahmenbedingungen kann dies dort mancherorts zu Wasserstress führen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/94717">Bunsen et al. 2022</a>).</p> </p><p> Wie wird der Indikator berechnet? <p>Der Wassernutzungs-Index vergleicht die Wasserentnahmen mit dem langjährigen potentiellen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserdargebot">Wasserdargebot</a>. In die Berechnung des Wasserdargebotes fließen der Zufluss aus dem Ausland sowie die Differenz von Niederschlag und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/verdunstung">Verdunstung</a> von Boden und Pflanzen ein. Zur Berechnung wird die Periode 1991—2020 verwendet. Um einen Vergleich zur bisherigen Klimaperiode zu ermöglichen, wird der Index zusätzlich für 1961 bis 1990 dargestellt. Die Wasserentnahmen entfallen auf die öffentliche Wasserversorgung, die Energieversorgung, das verarbeitende Gewerbe und Bergbau sowie die Landwirtschaft. Die Daten werden alle drei Jahre durch das Statistische Bundesamt erfasst und veröffentlicht. Das Wasserdargebot wird über die Wasserbilanz durch die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) bestimmt.</p> <p><strong>Ausführliche Informationen&nbsp; zum Thema finden Sie im Daten-Artikel <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/20044">"Wasserressourcen und ihre Nutzung"</a>.</strong></p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Standorttypisierung_Biotopentwicklung_50000

Standorttypisierung für die Biotopentwicklung in Hessen (BFD50) - Die Bodenflächendaten 1:50 000 (BFD50, 2. Ausbaustufe) beschreiben flächenhaft die Böden, ihre Eigenschaften und Bodenfunktionen im regionalen Maßstab. Die vorliegende Typisierung weist Flächenbereiche mit besonderen bzw. extremen Standorteigenschaften aus, die vor allem durch den Wasser- und Nährstoffhaushalt bedingt sind. Unterschieden werden zunächst Feucht- bzw. Trockenstandorte. Für die Feuchtstandorte spielen die Art des Wasserdargebotes und der jahresperiodische Verlauf im Hinblick auf die Standorteigenschaften eine wichtige Rolle.

Bodenkarte von Niedersachsen 1 : 50 000 - Auswertung: BK50 Effektive Wasserbilanz der Hauptvegetationsperiode

Die Auswertung Effektive Wasserbilanz in der Hauptvegetationsperiode auf Basis der Bodenkarte von Niedersachsen 1 : 50 000 (BK50) zeigt das Wasserdargebot für Pflanzen im Zeitraum Mai – August an. Der Kennwert wurde im Rahmen des Müncheberger Soil Quality Ratings entwickelt und für Bodenkarten operationalisiert (DWA-M 920-4, 2018). Die Methode verrechnet für die Hauptvegetationsperiode (Mai bis August) die Parameter Niederschlag, den kapillaren Aufstieg aus dem Grundwasser und die nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum mit der potenziellen Verdunstung. Die Ableitung erfolgt flächendeckend für Niedersachsen unter Verwendung von Niederschlagdaten (REGNIE) und Verdunstungsdaten (VPGFAO) des DWD für den Zeitraum 1991 – 2020 im Maßstab 1:50.000. Das tatsächliche Wasserdargebot am Standort kann aufgrund des Maßstabes, unterschiedlicher Anbaukulturen und etwaiger Zusatzwassergaben von den modellierten Daten abweichen.

Bodenkarte von Niedersachsen 1 : 50 000 - Auswertung: BK50 Effektive Wasserbilanz der Hauptvegetationsperiode (WMS Dienst)

Die Auswertung Effektive Wasserbilanz in der Hauptvegetationsperiode auf Basis der Bodenkarte von Niedersachsen 1 : 50 000 (BK50) zeigt das Wasserdargebot für Pflanzen im Zeitraum Mai – August an. Der Kennwert wurde im Rahmen des Müncheberger Soil Quality Ratings entwickelt und für Bodenkarten operationalisiert (DWA-M 920-4, 2018). Die Methode verrechnet für die Hauptvegetationsperiode (Mai bis August) die Parameter Niederschlag, den kapillaren Aufstieg aus dem Grundwasser und die nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum mit der potenziellen Verdunstung. Die Ableitung erfolgt flächendeckend für Niedersachsen unter Verwendung von Niederschlagdaten (REGNIE) und Verdunstungsdaten (VPGFAO) des DWD für den Zeitraum 1991 – 2020 im Maßstab 1:50.000. Das tatsächliche Wasserdargebot am Standort kann aufgrund des Maßstabes, unterschiedlicher Anbaukulturen und etwaiger Zusatzwassergaben von den modellierten Daten abweichen.

Ökologische Mindestwasserführung

Die ökologisch begründete Mindestwasserführung (Qök) beschreibt den Mindestwasserbedarf der durchflusssensitiven Arten Makrozoobenthos und/oder Fische, der notwendig ist, um für diese biologischen Qualitätskomponenten die Bewertungsklasse 2 (gut) zu ermöglichen, wenn andere Parameter nicht dagegensprechen. Eine lang andauernde Unterschreitung dieses Abflusswertes hat mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Zielverfehlung zur Folge. Die Qök-Werte sind Mindestdurchflusswerte, die mittels LAWA-Fließgewässertypspezifischer Mindestwasser-Orientierungswerte (MOW in l/s*km²) und der Einzugsgebietsgröße der Gewässerabschnitte natürlicher oder erheblich veränderter Fließgewässer-OWK berechnet wurden. Für die Nachvollziehbarkeit der Berechnungen sind diese notwendigen Datengrundlagen pro Fließgewässerabschnitt mit aufgeführt. Zusätzlich erfolgt die Angabe der von ArcEGMO modellierten quasi-natürlichen mittleren Abflüsse und mittleren Niedrigwasserabflüsse für die Zeitreihe 1991-2015. Dies ermöglicht den Vergleich der ökologisch notwendigen Mindestabflüsse mit dem simulierten hydrologisch möglichen Wasserdargebot in Niedrigwasserzeiten und dadurch – ggf. nach Vergleich mit gemessenen MNQ-Werten – die Ermittlung des ökohydrologisch begründeten Mindestabflusses (Qmin,ök) als Ausgangspunkt für die behördliche Festlegung einer WRRL-konformen Mindestwasserführung in wasserrechtlichen Verfahren. Die ökologisch begründete Mindestwasserführung (Qök) beschreibt den Mindestwasserbedarf der durchflusssensitiven Arten Makrozoobenthos und/oder Fische, der notwendig ist, um für diese biologischen Qualitätskomponenten die Bewertungsklasse 2 (gut) zu ermöglichen, wenn andere Parameter nicht dagegensprechen. Eine lang andauernde Unterschreitung dieses Abflusswertes hat mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Zielverfehlung zur Folge. Die Qök-Werte sind Mindestdurchflusswerte, die mittels LAWA-Fließgewässertypspezifischer Mindestwasser-Orientierungswerte (MOW in l/s*km²) und der Einzugsgebietsgröße der Gewässerabschnitte natürlicher oder erheblich veränderter Fließgewässer-OWK berechnet wurden. Für die Nachvollziehbarkeit der Berechnungen sind diese notwendigen Datengrundlagen pro Fließgewässerabschnitt mit aufgeführt. Zusätzlich erfolgt die Angabe der von ArcEGMO modellierten quasi-natürlichen mittleren Abflüsse und mittleren Niedrigwasserabflüsse für die Zeitreihe 1991-2015. Dies ermöglicht den Vergleich der ökologisch notwendigen Mindestabflüsse mit dem simulierten hydrologisch möglichen Wasserdargebot in Niedrigwasserzeiten und dadurch – ggf. nach Vergleich mit gemessenen MNQ-Werten – die Ermittlung des ökohydrologisch begründeten Mindestabflusses (Qmin,ök) als Ausgangspunkt für die behördliche Festlegung einer WRRL-konformen Mindestwasserführung in wasserrechtlichen Verfahren.

Wasserversorgungsplan, Teilgebiet 5

Mit dem Wasserversorgungsplan wird die Versorgungssituation der öffentlichen Wasserversorgung in Rheinland-Pfalz dokumentiert. Neben den Bestandsaufnahmen der Wasserförderung und -verteilung für das Bezugsjahr 2000 werden die wichtigsten Zielvorgaben zur Sicherstellung der öffentlichen Wasserversorgung für das Planziel 2010 erarbeitet. Er wurde in enger Kooperation mit den Wasserversorgungsunternehmen erstellt. Dokumentiert wurden im Planungsraum die Hydrogeologie, die Grundwasserbeschaffenheit, die Bevölkerungsentwicklung, das Wasserdargebot, die Struktur der Wasserversorgung und die Wasserbilanze 1999 und 2010.

Wasserversorgungsplan, Teilgebiet 4

Mit dem Wasserversorgungsplan wird die Versorgungssituation der öffentlichen Wasserversorgung in Rheinland-Pfalz dokumentiert. Neben den Bestandsaufnahmen der Wasserförderung und -verteilung für das Bezugsjahr 2000 werden die wichtigsten Zielvorgaben zur Sicherstellung der öffentlichen Wasserversorgung für das Planziel 2010 erarbeitet. Er wurde in enger Kooperation mit den Wasserversorgungsunternehmen erstellt. Dokumentiert wurden im Planungsraum die Hydrogeologie, die Grundwasserbeschaffenheit, die Bevölkerungsentwicklung, das Wasserdargebot, die Struktur der Wasserversorgung und die Wasserbilanze 2000 und 2010.

Wasserversorgungsplan, Teilgebiet 3

Mit dem Wasserversorgungsplan wird die Versorgungssituation der öffentlichen Wasserversorgung in Rheinland-Pfalz dokumentiert. Neben den Bestandsaufnahmen der Wasserförderung und -verteilung für das Bezugsjahr 2000 werden die wichtigsten Zielvorgaben zur Sicherstellung der öffentlichen Wasserversorgung für das Planziel 2010 erarbeitet. Er wurde in enger Kooperation mit den Wasserversorgungsunternehmen erstellt. Dokumentiert wurden im Planungsraum die Hydrogeologie, die Grundwasserbeschaffenheit, die Bevölkerungsentwicklung, das Wasserdargebot, die Struktur der Wasserversorgung und die Wasserbilanze 1995 und 2010.

Wasserversorgungsplan, Teilgebiet 7

Mit dem Wasserversorgungsplan wird die Versorgungssituation der öffentlichen Wasserversorgung in Rheinland-Pfalz dokumentiert. Neben den Bestandsaufnahmen der Wasserförderung und -verteilung für das Bezugsjahr 2003 werden die wichtigsten Zielvorgaben zur Sicherstellung der öffentlichen Wasserversorgung für das Planziel 2013 erarbeitet. Er wurde in enger Kooperation mit den Wasserversorgungsunternehmen erstellt. Dokumentiert wurden im Planungsraum die Hydrogeologie, die Grundwasserbeschaffenheit, die Bevölkerungsentwicklung, das Wasserdargebot, die Struktur der Wasserversorgung und die Wasserbilanze 1999 und 2010.

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