Bei Befunden anthropogener Schadstoffe in Grundwassermessstellen stellt sich stets die Frage nach dem Ort des Eintrags und damit auch nach dem möglichen Verursacher. Üblicherweise werden mögliche Eintragsorte anhand von Grundwassergleichenplänen ermittelt. Diese definieren die Anstromrichtung zur Messstelle, welche den konvektiven, horizontalen Stofftransport bestimmt. Aufgrund der natürlichen Heterogenität des Grundwasserleiters nimmt jedoch die Aussagesicherheit mit wachsender Entfernung zur Messstelle erheblich ab. Effekte wie die Variabilität der Durchlässigkeit und die hydrodynamische Dispersion können bereits bei relativ kurzen Fließwegen dazu führen, dass die Fließrichtung stark variiert. Bei mehrjährigen Fließzeiten erschweren darüber hinaus saisonale Grundwasserstands- und Fließrichtungsschwankungen die Ermittlung des Eintragsbereiches. Auch die durch die Grundwasserneubildung hervorgerufene Vertikalkomponente der Grundwasserströmung hat einen starken Einfluss auf den Fließweg.

All diese Effekte können mit einfachen Ansätzen wie dem LAWA-Verfahren[1] nicht adäquat erfasst werden. Auf der anderen Seite ist der Aufwand für eine umfassende geohydraulische Modellierung, die auch Parameterunsicherheiten und Schwankungen stochastisch erfasst sowie zeitliche Variabilitäten berücksichtigt, nur in seltenen Fällen gerechtfertigt.

Um dennoch nachvollziehbare und geohydraulisch begründete Aussagen zur Herkunft von Schadstoffen treffen zu können, wurde ein statistisches Particle-Tracking-Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, die Auswirkungen verschiedener Parameterkombinationen effektiv zu berechnen und verbleibende Unsicherheiten transparent darzustellen.

Das Verfahren basiert auf einer inversen Stofftransportmodellierung, bei der mittels Random-Walk-Ansatz die Fließwege von mehreren Tausend Partikeln rückwärts – von der Messstelle in Richtung potenzieller Eintragsorte – simuliert werden. Jedem Partikel können dabei unterschiedliche Parameterwerte (z. B. Durchlässigkeit, Dispersivität, Grundwasserneubildung, Fließrichtung) zugewiesen werden, um sowohl stochastische Schwankungen als auch bestehende Unsicherheiten im hydrogeologischen Kenntnisstand abzubilden.

Die resultierende Flächendichte dieser Punkte lässt sich als Wahrscheinlichkeitsverteilung interpretieren (siehe Abbildung). Bereiche mit hoher Dichte weisen eine erhöhte Wahrscheinlichkeit auf, tatsächlich zum Eintrag beigetragen zu haben. Liegt eine potenzielle Quelle beispielsweise im zentralen Bereich der berechneten Verteilung (z. B. unterhalb des 75. Perzentils), ist mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem Zusammenhang mit der gemessenen Belastung auszugehen.

Für insgesamt 492 Grundwassermessstellen in Mecklenburg-Vorpommern wurden im Auftrag des Landesamtes für Umwelt, Naturschutz und Geologie auf diese Weise Eintragsflächen berechnet. Zur Sicherstellung konsistenter Ergebnisse erfolgten im Vorfeld umfangreiche Sensitivitätsanalysen. Schwerpunkt war dabei die Ableitung eines Parametermodells für die Dispersivität.

Der vorgestellte Ansatz schließt eine Lücke zwischen vereinfachten Planungsinstrumenten und aufwändiger Modellierung und liefert ein robustes Werkzeug für die nachvollziehbare Rückverfolgung von Schadstoffeinträgen ins Grundwasser.

[1] https://www.laenderfinanzierungsprogramm.de/projektberichte/lawa/, Projekt G 1.17, Zugriff am 10.10.2025