Carbonatgesteinsmassive und Karstlandschaften prägen das Bild der Alpen. Grundwasserressourcen aus diesen Karstsystemen werden von vielen Städten und Gemeinden im Alpenraum für die Trinkwasserversorgung genutzt und speisen eine Vielzahl von grundwasserabhängigen Ökosystemen. Die hier vorgestellte Studie [1] quantifiziert erstmals die Verbreitung von Carbonatgesteinen und Karstwasserressourcen im Alpenraum, basierend auf der Datengrundlage der Mediterranean Karst Aquifer Map (MEDKAM) [2] in Kombination mit anderen Datensätzen.

Demnach bestehen rund 76.200 km² (40 %) der Alpen aus anstehenden Carbonatgesteinen. Die österreichischen Alpen beinhalten die größte absolute Fläche von Carbonatgesteinen (21.200 km²), während die französischen Alpen den höchsten prozentualen Anteil aufweisen (51 %). Da die höchsten Gebirgsgruppen meist aus kristallinen Gesteinen bestehen, liegt nur ein relativ geringer Teil der Alpengletscher in Karstgebieten. Diese meist kleinen Gletscher schwinden rapide, was sich stark auf die Schüttungsdynamik der damit verbundenen Karstquellen auswirkt.

In den Alpen befinden sich einige der tiefsten und längsten Höhlen sowie eine der größten Karstwasserversorgungen der Welt, die Wiener Hochquellenleitung. Durch eine Kombination von Klimadaten und Karstkarte konnten die Grundwasserneubildung und die nachhaltig verfügbaren Grundwasserressourcen abgeschätzt werden: Demnach beträgt die langjährige (1991-2020) mittlere jährliche Neubildung in alpinen Karstgebieten rund 823 mm. Dies entspricht erneuerbaren alpinen Karstwasserressourcen von etwa 57.500 Millionen Kubikmetern (MCM) pro Jahr; das ist mehr als das Volumen des Bodensees. Diese Daten bilden die Grundlage für eine verbesserte Bewirtschaftung der alpinen Karstwasserressourcen und für Prognosen in Zusammenhang mit dem Klimawandel.

[1] Goldscheider N, Xanke J, Liesch T (2025) Verbreitung von Carbonatgesteinen und Karstwasserressourcen im Alpenraum. Grundwasser, 30(3-4), https://doi.org/10.1007/s00767-025-00596-x

[2] Xanke J, Goldscheider N, Bakalowicz M, Barbera JA, Broda S, Chen Z, Ghanmi M, Günther A, Hartmann A, Jourde H, Liesch T, Mudarra M, Petitta M, Ravbar N, Stevanovic Z (2023) Carbonate rocks and karst water resources in the Mediterranean region. Hydrogeology Journal, 32(5), 1397–1418, https://doi.org/10.1007/s10040-024-02810-1

Karstgrundwasserleiter bedecken 40 % der Fläche im Alpenraum und versorgen Großstädte wie Wien und Innsbruck mit Trinkwasser (Goldscheider et al. 2025). Aufgrund der schnellen Reaktion auf hydrologische Ereignisse und der Rolle der temperaturgesteuerten Schneeschmelze für die Grundwasserneubildung sind Karstsysteme in den Alpen besonders anfällig gegenüber künftigen Klimaänderungen. Um die Karstwasserressourcen im Alpenraum unter dem Einfluss des Klimawandels nachhaltig zu bewirtschaften, bedarf es robuster, generalisierbarer Modelle, die auf viele Quellen anwendbar sind. Datengetriebene Ansätze wie Künstliche Neuronale Netze oder Speichermodelle sind für diese Aufgabe besonders geeignet, da sie mit wenig systemspezifischem Vorwissen und leicht verfügbaren Eingangsdaten auskommen. Häufig erfordern sie jedoch eine Abschätzung des Einzugsgebiets (EZG) – ein Parameter, der bei Karstquellen aufgrund komplexer unterirdischer Fließsysteme oft unbekannt und nur aufwändig bestimmbar ist, aber wichtige Eingangsgrößen wie Grundwasserneubildungsfläche, Gebietsniederschlag oder Höhenverteilung liefert.

In diesem Beitrag wird eine vereinfachte Methode zur Näherung von Größe und Lage des EZGs vorgestellt. Die Mindestgröße wird aus der mittleren Schüttung und der mithilfe globaler ERA5-LAND-Daten bestimmten Neubildung abgeschätzt, während die Lage über das scheinbare, topographische Einzugsgebiet sowie vorhandene Tracerdaten angenähert wird. Die Form des EZGs wird idealisiert als Kreis angenommen. Das Verfahren wird auf einen neuen, alpenweiten Karstquelldatensatz (Joger et al. 2025) angewendet und in drei Schritten bewertet: (1) visuell anhand gut untersuchter Quellen mit bekanntem EZG, (2) objektiv über den „Intersection over Union“ (IoU) aus der Objekterkennung und (3) hinsichtlich des Einflusses auf Modellierungsergebnisse auf ein konzeptionelles Speichermodell. Hierfür wird das Speichermodell KarstMod (Mazzilli et al. 2019) einmal als Referenz auf Grundlage des bekannten EZGs kalibriert und einmal unter ansonsten gleichen Bedingungen mit Hilfe des genäherten EZGs.

Wie erwartet zeigen die visuellen Vergleiche von bekannten EZG und deren Näherung bei komplexen Karstsystemen teils deutliche Abweichungen in Lage und Größe. Der IoU liegt für die 55 untersuchten Quellen mit mutmaßlich bekanntem EZG im Mittel bei 0.32 und maximal bei 0.73, wobei der theoretische Maximalwert von 1 aufgrund der kreisförmigen Näherung praktisch kaum erreichbar ist. Nichtsdestotrotz zeigt die konkrete Anwendung der genäherten EZG für die Modellierung mit KarstMod keine signifikanten Unterschiede in der Modellgüte. Die vorgestellte Methode bietet somit einen pragmatischen Ansatz zur Abschätzung von unbekannten Karsteinzugsgebieten für die datengetriebene Schüttungsmodellierung und eignet sich besonders für großräumige Modellierungsprojekte, die effiziente und übertragbare Verfahren erfordern.

Goldscheider, N., Xanke, J. und Liesch, T.: Verbreitung von Carbonatgesteinen und Karstwasserressourcen im Alpenraum. Grundwasser (2025). https//doi.org/10.1007/s00767-025-00596-x

Joger, F. et al.: Ein neuer Benchmark-Datensatz zu Karstschüttungen und Einzugsgebiets-Attributen im Alpenraum. 30. FH-DGGV-Tagung Leipzig (2026).

Mazzilli, N. et al.: KarstMod: A modelling platform for rainfall - discharge analysis and modelling dedicated to karst systems. Environmental Modelling & Software 122 (2019). https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2017.03.015

In dem vor allem zur Trinkwassergewinnung genutzten Karstaquifer in Nordschwaben südlich des Nördlinger Ries kommen bereichsweise sehr alte Grundwässer vor, die im Pleistozän gebildet wurden. Das Vorkommen dieser alten, Tritium-freien Grundwässer ist zum Teil an tektonische Grabenstrukturen gebunden; örtlich sind Zumischungen von jungem, Tritium-haltigen Grundwasser festzustellen.

Derartige Grundwässer werden in Bayern als Tiefengrundwässer eingestuft, die nur unter bestimmten Bedingungen für die wasserwirtschaftliche Nutzung genehmigungsfähig sind. Daher ist es für die Planung und Genehmigung der regionalen Trinkwassergewinnung erforderlich, die Entstehung der alten Grundwässer und der gegebenen Grundwasseraltersstruktur zu ermitteln, und daraus Schlussfolgerungen für die zukünftige Grundwasserbewirtschaftung in dieser Region zu ziehen.

Markant für die Grundwasseraltersstruktur im Karst in Nordschwaben ist die Grenzlinie zwischen Tritium-haltigem Grundwasser mit relevanten Jungwasseranteilen und Tritium-freiem Grundwasser. Diese Grenzlinie verschiebt sich ausgehend von den Grundwasserneubildungsgebieten auf der Schwäbischen und der Fränkischen Alb zunehmend nach Süden und Südosten. Allerdings verbleiben südlich des Nördlinger Ries Bereiche mit reliktischen alten Grundwässern in einer Grabenstruktur und nahe einer Staugrenze im Grundwasserströmungsfeld.

Die aktuell gegebene Grundwasseraltersstruktur ist durch ein erdgeschichtliches Modell zur Entwicklung der Grundwasserneubildung in den vergangenen ca. 30.000 Jahren und zur Entwicklung des Grundwasserströmungsfeldes im Karst in diesem Zeitraum erklärbar. Demnach setzt die Verjüngung des Grundwassers im Untersuchungsgebiet mit Beginn des Holozäns ein. Diese erfolgt aber ab ca. 12.000 Jahre vor heute aufgrund der räumlich und zeitlich differenzierten Wirksamkeit der maßgeblichen Vorfluter zu unterschiedlichen Zeiten und hat die Bereiche mit reliktischen Grundwässern bisher nicht oder nur sehr begrenzt erfasst. Die Vorkommen der reliktischen Grundwässer ergeben sich aus der Tektonik und der erdgeschichtlichen Entwicklung des Grundwasserströmungsfeldes.

Für die zukünftige Grundwasserbewirtschaftung ist wesentlich, dass die aktuelle Grundwasserneubildung aus Niederschlag auf der Schwäbischen und der Fränkischen Alb als maßgeblicher Treiber für die Grundwasserströmung in weiten Teilen des Untersuchungsgebietes eine fortschreitende Verjüngung des Karstgrundwassers bewirkt, und dieses dementsprechend mehr und mehr den Charakter eines typischen Tiefengrundwassers verliert. Ausgenommen hiervon sind allerdings, als wasserwirtschaftlicher Sonderfall, die lokalen Vorkommen mit reliktischen alten Grundwässern