Veranstaltungsprogramm

Die extremen Trockenperioden und das Absterben der Fichtenwälder beeinflussen die Ökosysteme im Harz erheblich. Die Auswirkungen dieser Ereignisse auf die chemischen Eigenschaften des Harzer Wassers sind jedoch schwer abzuschätzen. Hydrochemische Untersuchungen an den Teichen des Oberharzer Wasserregals reichen bis ins Jahr 2015 zurück (Bozau et al. 2015, Schäfer et al. 2024) und zeigen, dass während der langen Trockenperioden der letzten Jahre in den meisten Teichen ein Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit zu beobachten ist. Beobachtungen an der Quelle Innerstesprung seit 2010 dokumentieren Austrocknungsereignisse in den Jahren 2016, 2018, 2020 und 2022 sowie eine Korrelation zwischen Trockenperioden bzw. Niederschlagsereignissen und der Mineralisation (Bozau et al. 2024).

Ein weiterer Aspekt der klimainduzierten Veränderungen betrifft die Schichtung der Wassersäule in den Oberharzer Teichen, von denen einige auch als Trinkwasserreservoir dienen. Seit 2018 kam es in der Region zu Problemen mit getrübtem Trinkwasser, die jedoch kürzlich durch eine angepasste Wasseraufbereitung behoben werden konnten (Schrader et al. 2023). Auch internationale Beobachtungen und Modellvorhersagen zeigen eine Tendenz zu persistenteren Schichtungsereignissen in Seen (Woolway et al. 2021). Seit 2023 werden die Wassersäulen ausgewählter Oberharzer Teiche (Kiefhölzer, Langer und Oberer Grumbacher Teich) mit unterschiedlichen morphologischen Eigenschaften (Tiefe, Fläche) und verschiedener wasserchemischer Zusammensetzung untersucht. Während der Sommermonate zeigte sich in allen drei Teichen eine deutliche Temperaturschichtung mit Oberflächentemperaturen über 20 °C und etwa 10 °C am Grund. Am Kiefhölzer und Langer Teich wurde dies von einer mit zunehmender Tiefe deutlichen Zunahme der Mineralisation, einem Abfall des pH-Wertes sowie der Ausbildung eines anoxischen Hypolimnions begleitet, was durch einen H₂S-Geruch etwa einen Meter über dem Sediment angezeigt wurde. Parallel dazu stiegen die Eisen- und Mangan-Gesamtkonzentrationen und die reduzierten Spezies (Fe²⁺ und Mn²⁺) in Richtung Gewässergrund an. Die starken Regenfälle im Jahr 2024 sowie die recht wechselhaften Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse im Sommer 2025 führten im Vergleich zum Sommer 2023 zu einer schwächer ausgeprägten Schichtung der Teiche.

Bozau, E., Licha, T., Stärk, H.-J., Strauch, G., Voss, I., Wiegand, B. (2015): Hydrogeochemische Studien im Harzer Einzugsgebiet der Innerste. Clausthaler Geowiss. 10, 35-46.

Bozau, E., Schäfer, T., Licha, T. (2024): Spring water monitoring in the Upper Harz Mountains: Precipitation, runoff and specific electrical conductivity. Sci. Total Environ. 939, 173565. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173565

Schäfer, T., Bozau, E., Hutwalker, A. (2024): Reservoir lakes in the Upper Harz Mountains (Germany): GIS Implementation and hydrochemical development. EGU General Assembly, Vienna, Austria, 14–19 Apr 2024, EGU24-5085. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu24-5085

Schrader, D., Herberger, T., Kiechle, C. (2023): Oberflächenwasseraufbereitung im Harz – Fallstudie Clausthal-Zellerfeld. DVGW energie I wasser-praxis 74, 14-19.

Woolway, R.I., Sharma, S., Weyhenmeyer, G.A. et al. (2021): Phenological shifts in lake stratification under climate change. Nat. Commun. 12, 2318. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22657-4

Die TrinkwEGV lässt für die Risikobewertung der Einzugsgebiete eine große Bandbreite an Bearbeitungsansätzen und -tiefen zu. Es gilt, daraus eine praktikable und bezahlbare Lösung mit Mehrwert für den Trinkwasserschutz zu finden. Wir stellen die GIS-basierte Umsetzung eines semi-quantitativen Ansatzes für Karst- und Kluftgrundwasserleiter vor.

Das Ergebnis besteht sowohl aus einem textlichen Teil in Gutachtenform als auch einem begleitenden Projekt in QGIS und ist sowohl an den Ansprüchen der prüfenden Behörde als auch an denen der Wasserversorger ausgerichtet.

Das Einzugsgebiet wird als hydrogeologisches System beschrieben und die Plausibilität und Kohärenz der vorhandenen Unterlagen zum Einzugsgebiet geprüft. Diese Analyse stellt die Basis für die Risikobewertung und die Entwicklung von Risikomanagementvorschlägen dar.

Innerhalb des semi-quantitativen Ansatzes der Risikobewertung müssen alle Gefährdungsträger im Einzugsgebiet ermittelt und kategorisiert werden. Diese werden hinsichtlich ihres Schadensausmaßes und der Eintrittswahrscheinlichkeit in je drei Kategorien eingeteilt (gering – mittel – hoch). Aus dieser Einstufung ergibt sich das Ausgangsrisiko. Um anschließend die von den konkreten Gefährdungsereignissen ausgehenden Risiken für das Rohwasser in der Trinkwasserfassung bestimmen zu können, wird die Schutzwirkung des Grundwasserleiters anhand von fünf Abstufungen bewertet (sehr gering – gering – mittel – hoch – sehr hoch). Die stärkere Differenzierung der Schutzwirkung im Vergleich zu Eintrittswahrscheinlichkeit und Schadensausmaß trägt den Möglichkeiten der hydrogeologischen Expertise Rechnung.

Anhand eines konkreten Beispiels wird gezeigt, wie die Ermittlung der Schutzwirkung in Karst- und Kluftgrundwasserleitern aufgrund hydrogeologischer Kriterien gelingen kann.

Die GIS-basierte Umsetzung einer semi-quantitativen Risikobewertung mit einem 3x3x5-Matrix wird als reproduzier- und übertragbare Lösung vorgestellt, die die Anforderungen der TrinkwEGV für den Erkenntnisgewinn im Sinne des Trinkwasserschutzes nutzt.

Hydrogeologische Strömungs- und Transportmodelle sind zentrale Werkzeuge für das Risikomanagement in Trinkwassereinzugsgebieten, insbesondere in Gebieten mit festgestellter Kontamination des Grundwassers. Doch wie belastbar sind sie, und inwiefern können sie als Grundlage für langfristige Entscheidungen durch Behörden, Betreiber und Planungsbüros dienen? Der Vortrag präsentiert einen systematischen Abgleich zwischen den Ergebnissen von 3-D-Grundwassermodellen im Einzugsgebiet eines Wasserwerks mit Konzentrationen und Frachten, welche durch das begleitende Monitoring in den Jahren nach der Grundwassermodellierung gemessen wurden.

Die statistische Auswertung von Grundwassermonitoring ermöglicht die Validierung oder Falsifizierung von Modellierungen. Die Kommunikation der daraus abgeleiteten Unsicherheiten gegenüber zuständigen Behörden bietet eine robuste Grundlage zur Einschätzung von Risiken. Wenn Grundwassermodelle als wesentliche Grundlage für Entscheidungen über den Betrieb von Wasserwerksbrunnen und Grundwasserreinigungsanlagen dienen, sollten regelmäßige Revisionen dieser Modelle mit Anpassung an gemessene Stoffkonzentrationen stattfinden, insbesondere wenn die nachfolgend gemessenen Konzentrationen nicht den prognostizierten Werten entsprechen.

Gemessene Kontaminationsdaten können Grundwassermodelle nicht nur bestätigen, sondern auch die Grundlage deren Weiterentwicklung bilden. Ein datengestützter Reality-Check verbessert Modellprognosen und schafft belastbare Entscheidungsgrundlagen für Schutz- und Sanierungsstrategien in Trinkwassereinzugsgebieten – ein gesamtgesellschaftliches Anliegen, welches insbesondere in belasteten Grundwasserleitern hohe Relevanz besitzt.

Eine besondere hydrogeologische Situation ist in einem 25 km nördlich von Leipzig liegendem Gebiet in der Region in und um Bad Düben zu beobachten. Dort treten auf einem Gebiet von ca. 20 km² gespannte Grundwässer auf. Diese Grundwässer habe ein so hohes hydraulisches Potential, dass sie über Tage treten, also artesisch sind. Historisch waren Steighöhen bis 12m!! zu verzeichnen.

Im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit werden an der TU Bergakademie Freiberg diese gespannten und zum Teil artesischen Grundwässer in einem ca. 300 km² großen Untersuchungsgebiet untersucht.

Das artesische Druckpotential wurde erst 1898 im Rahmen von Braunkohlenerkundungsbohrungen zufällig entdeckt, kam 1974 durch nahenden Bergbau, Schaffung einer Trinkwasseranlage und Niederschlagsarmut zum erliegen und entwickelte sich allmählich wieder ab 1990/91 mit der Stilllegung der in der Nähe befindlichen Braunkohlengruben und Rückgang des Wasserverbrauchs.

Der stratigraphische Ursprung der Arteser liegt im tertiären GWL 4/5. Auf Grund intensivster Braunkohlenerkundung zu Zeiten der DDR ist im Untersuchungsgebiet ein sehr reichlicher Datenfundus vorhanden. In einer 13jährigen monatlichen Messreihe wurden im Untersuchungsgebiet an Messstellen des GWL 4/5 die Grundwasserstände gemessen und aktuelle Hydroisohypsenpläne erstellt. Diese stehen im Vergleich mit einer 10jährigen Niederschlagsmessreihe (Isohyetenplan). Interessante Ergebnisse sind bei Niederschlagsereignissen zu beobachten, welche vermutlich im Zusammenhang mit einer in unmittelbarer Nähe befindlichen, bis in den GWL 4/5 reichenden glazigenen Rinne stehen. Das Einzugsgebiet der Wässer für den GWL 4/5 ist hauptsächlich aus nordöstl. und südl. Gebieten anzunehmen.

An den im Untersuchungsgebiet fließenden Oberflächenwässern wurden im Sommer/Herbst 2025 Duchflußmessungen durchgeführt, welche durch weitere Messungen im Frühjahr 2026 erweitert werden sollen.

Das Untersuchungsgebiet abdeckend, wurden an allen GWL über dem Rupelton (als untere hydraulische Basissperre des GWL 4/5) chemische Analysen durchgeführt. Hierbei wurde eine gewisse Kontinuität im GWL 4/5 festgestellt, welche aber durch punktuell stark abweichende Werte aus der Dübener Rinne unterbrochen wird.

Das durch eine ¹⁴C-Zerfallsrechnung berechnete Wasseralter für einen homogenen Grundwasserleiter liegt für eine Messstelle (freilaufender Brunnen) in Bad Düben bei 270 Jahren und deckt sich mit einer Messung aus einer 4 km südwestl. befindlichen Wasserfassung Prellheide.

An einem sehr frühen Zeitpunkt der Forschungen im Untersuchungsgebiet wurde auf Grund älterer Literatur davon ausgegangen, dass die im Norden von Bad Düben befindlichen Aufstauchungszonen bei Bad Schmiedeberg ursächlich verantwortlich sein sollten für die artesischen Verhältnisse bei Bad Düben. Diese Aussage kann so nicht mehr bestätigt werden. In Anlehnung an dem älteren Wissen wurde bei näherer Untersuchung der Aufstauchungszone festgestellt, dass bis zur Erdoberfläche aufgestauchte Tonschichten in engem Zusammenhang mit dem Auftreten ausgedehnter Farngürteln in diesen Bereichen stehen. Eine durchgeführte Farn-Kartierung der gesamten Schmiedeberger Aufstauchungszone und angrenzender Gebiete spiegelt den geologischen Untergrund mit seinen aufgepressten (Ton-) Schichten sehr gut wider.

Parallel zu den geowiss. Untersuchungen wurden touristische Untersuchungen mit dem Inst. f. nachhaltigen Tourismus in Wernigerode (Prof. Zeiss) auf einen evtl. Namenszusatz „Arteserstadt“ durchgeführt.

Robust numerical groundwater models are useful tools for predicting aquifer behavior under increasing water stress and usage conflicts. In this work, we present the technical development of current numerical groundwater flow modelling for the aquifer used for the drinking water supply for the city of Görlitz in in framework of the project CRossWATER, which is funded by the EU-Interreg-Poland-Saxony-Programme, highlighting its evolution from a basic steady-state setup to an advanced transient simulation framework using MODFLOW 6. Initial modelling began with a steady-state MODFLOW-NWT model based on limited geological detail and conventional boundary conditions. The model was later converted to a transient configuration, with monthly stress periods and daily time steps. Model calibration and residual analysis revealed shortcomings in geological representation and boundary condition realism. In response, the model was comprehensively updated. A 3D subsurface model based on a large set of borehole logs (developed via ArchPy and stochastic variogram-based simulations) provided a refined hydrostratigraphic framework. The domain was expanded using long-term average groundwater contours and regional geological maps, and information. The boundary conditions were upgraded to enable more flexible inflow estimation and a more realistic representation of surface water bodies interacting with the studied aquifer. The updated model was migrated to MODFLOW 6, using an unstructured vertex grid. A high-resolution mesh was used in the core domain and along key boundaries, while a coarser mesh was applied to the outer zones. This enabled detailed simulations to be performed at a reduced computational cost. Preliminary results show improved spatial groundwater level distribution and enhanced responsiveness to transient conditions. The general development of this model has provided an opportunity to make key methodological advances and gain early insights into groundwater flow dynamics. Future steps will focus on in-depth model evaluation and model application in water resource planning under climate stress. The numerical groundwater flow model introduced here will serve as a foundation to support robust decision-making for groundwater resource management for the city of Görlitz.

Im Rahmen eines gemeinsamen Projekts der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg (LUBW), des Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB) und der Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH (kup) wird auf Basis eines über die Landesgrenze hinaus abgestimmten Hydrogeologischen Modells ein numerisches Grundwassermodellsystem für Baden-Württemberg erstellt. Es besteht aus einem nördlichen und südlichen Modell. Für das Quartär des Oberrheingrabens existieren zwei länderübergreifende Grundwassermodelle (Elsass / Rheinland-Pfalz & Hessen), an welche angebunden wird.

Aufgrund der komplexen (hydro-)geologischen Verhältnisse wird die landesweite Grundwassermodellierung getrennt in zwei überregionalen Modellen umgesetzt. Das Modell für den Teil Süd umfasst den Oberjura-Aquifer sowie die tertiären und quartären Sedimente im Molassebecken (Alpenvorland), während das Modell Teil Nord die Formationen der Trias und des Mittleren und Unteren Jura, die quartären Talfüllungen sowie das Kristallin abbildet.

Die Grundwassermodelle liefern eine konsistente Vorstellung zur Grundwasseroberfläche im oberen Hauptgrundwasserleiter, eine Interpretation der Druckhöhen in weiteren hydrogeologischen Einheiten, eine geschlossene Grundwasserbilanz für das gesamte Land und die maßgeblichen hydrogeologischen Einheiten, Teilbilanzen für Naturräume, Vorfluter oder Grundwasservorkommen und Randbedingungen für lokale detaillierte Betrachtungen. Die beiden numerischen Grundwassermodelle (Nord/Süd) dienen als Planungsinstrument für wasserwirtschaftliche Fragestellungen, mit deren Hilfe sich großskalige Betrachtungen für wasserwirtschaftliche Entscheidungen und Bewirtschaftungen unterstützen lassen. Beispiele hierfür sind:

- Auswirkungen von Klimaänderungsprojektionen auf die Grundwasserverhältnisse

- Generelle Veränderung von Grundwassernutzungen

- Grundlagenermittlung für das Reporting der Wasserrahmenrichtlinie

Die Modellierung ist zunächst auf Strömungsprozesse ausgerichtet. In einem ersten Schritt werden zeitlich konstante, d.h. stationäre Ansätze verwendet. Darauf aufbauend werden die Modelle für instationäre Prozesse unter Berücksichtigung der hydrologischen Schwankungen und zeitlichen Entwicklung der Nutzungen erweitert.

Die beiden numerischen Modelle basieren auf einem einheitlichen Modellraster von 100 x 100 m. Sie sind dreidimensional und berücksichtigen die Schichtlagerung des Hydrogeologischen Modells, das insbesondere auf dem Geologischen 3D-Landesmodell des LGRB basiert. Es kommt das vom United States Geological Survey (USGS) entwickelte Programmsystem MODFLOW 6 mit landeseigenen Erweiterungen zum Einsatz. Als wesentliche Zuflussrandbedingung wird den Modellen die Grundwasserneubildung aus GWN-BW[1] vorgegeben. Die landesweit vorliegenden Informationen zu den Gewässern und Quellen sowie Daten der Grundwasserentnahmen bilden weitere wesentliche Randbedingungen.

[1] https://umweltdaten.lubw.baden-wuerttemberg.de/w/grundwasserneubildung

Bodenwasserhaushaltsmodellierungen basierend auf dynamisch verändernden klimatischen Bedingungen sind von zentraler Bedeutung in der Bemessung der zukünftigen Dargebotsentwicklung von Grundwasserressourcen. Jedoch stellt die Einschätzung von Unsicherheiten dieser prognostizierenden Modellierungen eine wesentliche Herausforderung für die Planung klimaresilienter Wasserversorgungssysteme dar. Modellierte Grundwasserneubildungen (GWN) unterliegen der Streubreite der Klimaprojektionen als meteorologische Eingangsvariablen, welche aufgrund ihrer methodischen Grundlage (empirisch-statistische Projektionen vs. regionalisierte physikalische Klimamodelle) und den zugrunde liegenden Repräsentativen Konzentrationspfaden (RCP2.6, RCP4.5 & RCP8.5) variieren. Weitere Unsicherheiten der GWN entstehen durch die Nutzung unterschiedlicher Bodenwasserhaushaltsmodelle, die sich in ihrem Modellansatz (konzeptionell vs. physikalisch basiert) unterscheiden, woraus sich verschiedene maßstabsabhängige Eignungen im Zusammenhang mit den entsprechenden Eingangsparameter begründen.

Die Variabilität des modellierten Bodenwasserhaushalts durch Unterschiede des methodischen Ansatzes und meteorologischer Eingangsparameter wird anhand der Zielgröße GWN standortspezifisch für den Landkreis Mittelsachsen untersucht. Dazu wird an zwei ausgewählten Standorten, welche die naturräumliche und hydrogeologische Divergenz des Projektgebietes (Mittelsächsisches Lössgebiet & Osterzgebirge) repräsentieren, im Modellvergleich die Eignung verschiedener Bodenwasserhaushaltsmodelle zur Prognose der GWN geprüft. Dieser Vergleich umfasst neben der skalenabhängigen Anwendbarkeit die Genauigkeit in der Modellierung des Bodenwasserhaushalts aus erfassten Messdaten mit dem Hintergrund standortspezifischer Charakteristika, womit Sensitivitäten und Schwächen verschiedener Modelle erfasst werden. Neben dem Unsicherheitsfaktor des Modells wird der Einfluss verschiedener Projektionen des Klimaensembles auf die Unsicherheit in der Prognose der Zielgröße GWN untersucht, welche sich aufgrund der landschaftlichen Lage, den bodenphysikalischen Eigenschaften und Landnutzungen standortspezifisch auswirken.

Das Ziel dieser Untersuchungen ist ein verbessertes Verständnis über das methodische Vorgehen dynamischer Bodenwasserhaushaltsmodellierungen zur Prognose der Entwicklung des Grundwasserdargebots, um ein optimales Vorgehen aus Belastbarkeit, Einschätzung der Modellunsicherheit und Anwendungsorientierung zu konzipieren. Dieses dient als basisbildender Bestandteil in der Entwicklung eines vielseitig resilienten Wasserbewirtschaftungskonzeptes für den ländlichen Raum im Rahmen des Verbundprojektes SpeicherLand.

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde das Gebiet nordwestliche des Güterbahnhofs Seddin als grundsätzlich geeignet für die Entwicklung eine Industire- und Gewerbestandorts eingestuft. Es könnte sich als bedeutsamer Standort für nachhaltig produzierende Hochtechnologieunternehmen eignen; gleichzeitig könnte lokales Gewerbe angesiedelt werden. Der Standort befindet sich im Land Brandenburg, südwestlich von Berlin. Die vorliegende Bearbeitung beschäftigt sich mit der Frage der Wasserversorgung und Abwasserentsorgung der Potenzialfläche, um die Grundlage für mögliche weitere Planungsschritte zu schaffen. Weiterführund wurden die Auswirkungen der untersuchten Varianten auf umliegende Seen, welche von sinkenden Wasserständen betroffen sind, und den lokalen Wasserhaushalt untersucht.

Es wurde ein Wasserbedarf von 1,0 bis 3,0 Millionen Kubikmeter pro Jahr ermittelt. Die im Untersuchungsgebiet tätigen Wasserverbände verfügen nur über geringe Reserven an genehmigten Wasserentnahmemengen; die vorhandene Infrastruktur ist weitgehend ausgelastet.

Die Untersuchungen zeigen, dass die Wasserversorgung und Entsorgung der potenziellen Gewerbefläche als machbar einzustufen sind. Sowohl für die Wasserversorgung als auch für die Abwasserentsorgung wurden umsetzbare Optionen identifiziert.

Für die Wasserversorgung wurden zwei Varianten betrachtet. Im Bereich Hoher Fläming wurde ein möglicher Standort für eine Grundwasserentnahme identifiziert, wobei das Grundwasser über eine 27…37 km lange Rohrleitung zum Standort geleitet werden muss. Als Alternative wurde eine Oberflächenwasserentnahme aus der Nieplitz betrachtet. Dabei wird das entnommene Wasser in den Seddiner See geleitet, dort zwischengespeichert und zur potenziellen Gewerbefläche geleitet. Diese Variante erfordert geringe Investitionen; ihre genehmigungsrechtliche Situation ist jedoch sehr komplex. Für die Abwasserentsorgung wurden 4 Varianten untersucht und hinsichtlich des Einflusses auf den lokalen Wasserhaushalt untersucht.

In den vergangenen 10 Jahren sank der Seewasserspiegel des Seddiner Sees stark ab, was zu einer Verschlechterung seines ökologischen Zustands führte. Die Höhe des Seewasserspiegel hängt direkt vom Grundwasserstand ab. Um ein Austrocknen des Sees langfristig zu verhindern, sind Maßnahmen zur Stabilisierung der hydrologischen Verhältnisse erforderlich.

Die durchgeführte Wasserhaushaltsmodellierung ergab, dass die untersuchte Änderung der Landnutzung, von der derzeit vorhandenen Kiefern-Monokultur zu einer teilversiegelten Gewerbefläche, zu einem signifikanten Wasserüberschuss führt. Aufgrund der starken Reduktion der Verdunstung würde sich die Grundwasserneubildung deutlich erhöhen. Trotz der teilweisen Versiegelung der potenziellen Gewerbeflächen durch die Ansiedlung von Unternehmen ist mit einer um etwa 48 mm/a höheren Grundwasserneubildung als im Ist-Zustand zu rechnen. Der darüber hinaus abfließende Niederschlag von Dach- und Verkehrsflächen kann gefasst und verfügbar gemacht werden. Durch die betrachtete Landnutzungsänderung wird somit eine dauerhafte Stützung des lokalen Wasserhaushalts ermöglicht. Für die Versickerung und Oberflächenwasserableitung des infolge der Landnutzungsänderung zusätzlich verfügbaren Wasservolumens besteht eine Vielzahl machbarer Kombinationsmöglichkeiten. Klimatische Veränderungen wurden durch eine mittlere Klimaprojektion aus dem Brandenburgischen Klimaprojektionsensemble berücksichtigt.

Die Wasserversorgung der Europastadt Görlitz-Zgorzelec stützt sich auf das natürliche Grundwasservorkommen, Uferfiltrat aus der Neiße sowie eine künstliche Grundwasseran­reicherung über Infiltrationsteiche. Der von der Wasserversorgung genutzte, ungespannte Grundwasserleiter erstreckt sich grenzübergreifend zwischen Deutschland und Polen und ist überwiegend von quartären, glazialfluviatilen Sedimenten charakterisiert. Aktuelle Forschungs­ergeb­nisse weisen auf einen ungünstigen Entwicklungstrend der regionalen klimatischen Bedin­gungen hin. Negative Auswirkungen auf den lokalen Wasserhaushalt sind bereits heute spürbar. Ins­besondere hydrologische Extremereignisse wie langanhaltende Trocken­perioden und Hoch­wasser stellen eine Herausforderung für Management bzw. Schutz von Quantität und Qualität der lokalen Grund­wasser­ressource dar. Gegenstand des im Rahmen des EU-Interreg-Förderprogrammes Polen-Sachsen von 2025 bis 2027 geförderten Projektes CRossWATER soll deshalb eine Verbesserung der Klimaresilienz der Wasserversorgung der Europastadt Görlitz-Zgorzelec und die Entwicklung eines Konzeptes für die nachhaltige Nutzung des grenzübergreifenden Grundwassersystems sein. Das Projekt­konsortium besteht aus zwei universitären Forschungsinstituten (Technische Universität Dresden als Leadpartner und Schlesische Universität in Katowice), den Verwaltungsbehörden der Städte Görlitz und Zgorzelec sowie den lokalen Wasserversorgern, der Stadtwerke Görlitz AG und dem Wasserwerks- und Abwasserunternehmen PWiK „Nysa“ Sp. z o.o. in Zgorzelec. Das Projekt ist in vier Arbeitspakete (AP) untergliedert. Dabei fokus­siert AP 1 auf den Aufbau eines gemein­samen Über­wachungsnetzwerkes, AP 2 auf die Ent­wicklung eines GIS basierten Systems zum effizienten Daten- und Informationsaustausch und ein numerisches Modell zur Abbildung des grenzübergreifenden Grundwassersystems, AP 3 auf eine Risiko­bewertung der sich verändernden klimatischen Bedingungen in Bezug auf die Wasser­versorgung sowie die Erarbeitung von Vorschlägen für entsprechende Anpassungs­maß­nahmen und AP 4 auf die Entwicklung eines Leitfadens zur Umsetzung der Arbeits­ergeb­nisse in die wasser­wirtschaftliche Praxis. Insgesamt wird das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit der zukünftigen Wasserversorgung der Europastadt Görlitz-Zgorzelec leisten.

Im Zuge des Klimawandels nimmt die Häufigkeit und Intensität von Extremen (Dürren, Hitzewellen, Hochwässer) zu. Die allgemein zunehmende Variabilität klimatisch-meteorologischer Bedingungen und insbesondere intensivere und länger anhaltende Trockenphasen, wie z.B. während der paneuropäischen Sommerdürren 2018-19, haben sich deutlich auf die Grundwasserrstände (GWS) in Deutschland ausgewirkt, wobei die Intensität und Dynamik der GWS-Änderungen eine starke räumliche Differenzierung zeigt (Ebeling et al. 2025). Derartige Bedingungen stellen eine neue Herausforderung für die Sicherstellung hinreichender Grundwasserresouren für Mensch und Umwelt zu verschiedenen Zeiten im Jahr und insbesondere während Dürreperioden dar. Um dieser Herausforderung zu begegnen, werden in der Nationalen Wasserstrategie (2023) Maßnahmen empfohlen, die den Rückhalt von Wasser in der Landschaft während Phasen hinreich­enden Wasserdargebots fördern. Methoden und Konzepte zur künstlichen Grund­wasseranreicherung (managed aquifer recharge – MAR) stellen derartige Maßnahmen und oft sehr wirksame Instrumente zur Stützung des Grundwasserhaushalts dar. Dabei kann das Spektrum der Methoden von kleineren lokalen Maßnahmen im landwirt­schaftlichen Raum (Dahlke et al. 2018; Levintal et al. 2023) bis hin zu großskaligen Anlagen mit Infiltrations­becken und Injektionsbrunnen reichen. In unserem Beitrag wollen wir verschiedene Optionen für MAR in Bezug auf beobachtete GWS-Dynamiken in Deutschland unter klimatischer Variabilität (Ebeling et al. 2025) genauer betrachten und bewerten. Dabei unterscheiden wir kürzer- und längerskalige GWS-Schwankungen und Trends und versuchen spezifische MAR-Maßnahmen zu identifizieren, die ungewollte Trends unter definierten Nutzungsanforderungen abmildern könnten.

Ebeling, P., Musolff, A., Kumar, R., Hartmann; A. & Fleckenstein. J.H. (2025) Groundwater head responses to droughts across Germany, Hydrology and Earth System Sciences, 29: 2925-2950, https://doi.org/10.5194/hess-29-2925-2025

Nationale Wassertrategie (2023), Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucher­schutz (BMUV), 11055 Berlin

Levintal, E., Kniffin, M.L., Ganot, Y., Marwaha, N., Murphy, N.P. and Dahlke, H.E., 2023. Agricultural managed aquifer recharge (Ag-MAR)—a method for sustainable groundwater management: a review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 53(3), pp.291-314.

Dahlke, H.E., LaHue, G.T., Mautner, M.R., Murphy, N.P., Patterson, N.K., Waterhouse, H., Yang, F. and Foglia, L., 2018. Managed aquifer recharge as a tool to enhance sustainable groundwater management in California: examples from field and modeling studies. In Advances in chemical pollution, environmental management and protection (Vol. 3, pp. 215-275). Elsevier.

Die langfristige Sicherheit von Endlagern für nukleare Abfälle muss über geologische Zeiträume von bis zu einer Million Jahren bewertet werden. Klimatische Prozesse, insbesondere wiederkehrende Kaltzeiten und die Bildung von Permafrost, spielen dabei eine zentrale Rolle, da sie einen Einfluss auf die hydrogeologischen Bedingungen im Deckgebirge haben können. In diesem Kontext ist auch die Volumenänderungen durch Tau-Gefrier-Prozesse relevant , da diese die hydrogeologischen und mechanischen Eigenschaften des Gesteins verändern können.

Im Rahmen des Projekts „Volumenänderung durch Tau-/Gefrierprozesse im Kontext der Endlagersicherheit (VOLUME)“ werden experimentelle Untersuchungen und numerische Modellierungen durchgeführt, um die Auswirkungen von Tau-Gefrier-Vorgänge auf das Verhalten geologischer Formationen zu erfassen.

In Laborversuchen wurden kontrollierte Temperaturzyklen an Sandsteinproben durchgeführt, um das Verformungsverhalten und die Volumenänderungen zu quantifizieren. Erste Ergebnisse zeigen einen deutlichen Zusammenhang zwischen der Gefriertemperatur und dem Ausmaß der Volumenänderung, was wertvolle Erkenntnisse für die Modellkalibrierung liefert. In anschließenden numerischen Simulationen mit OpenGeoSys werden thermo-hydro-mechanische Prozesse weiter untersucht, um deren Auswirkungen auf die Hydrogeologie zu bewerten.

Zukünftige Untersuchungen werden den Probenumfang auf weitere Fest- und Lockergesteinsarten, wie kristallines Gestein, Sand und Ton, ausweiten, um materialspezifische Stoffgesetze für Frost-Tau-Zyklen zu identifizieren.

Natürliche Tracer wie Chlorid sind insbesondere für tonhaltige Formationen ein zentraler Bestandteil von Sicherheitsbewertungen geologischer Tiefenlager für hochradioaktive Abfälle. Deren Konzentrationsprofil im einschlusswirksamen Gebirgsbereich (ewG) entsteht durch Austauschprozesse zwischen dem ewG und angrenzenden Grundwasserleitern. Ihre Analyse eröffnet einen Blick in die Paläohydrogeologie eines Standorts und erlaubt Rückschlüsse auf den dominierenden Transportprozess über geologische Zeiträume. Der Nachweis eines diffusionsdominierten Systems als Hinweis auf die Langzeitstabilität des ewG ist ein maßgebliches Sicherheitskriterium, das sich anhand der Porenwasserchemie, insbesondere den Chlorid-Profilen, belegen lässt.

Numerische Transportsimulationen werden genutzt, um gemessene Porenwasserprofile von Chlorid zu reproduzieren. Meist beschränkt sich der modellierte Zeitraum auf die geologisch jüngere Vergangenheit, die durch direkte Messungen rezenter Grundwässer gestützt ist. Aussagen über die Entwicklung für weiter zurückliegende Zeiträume unterliegen größeren Ungewissheiten, weil Signale älterer hydrogeologischer Veränderungen überprägt worden sein könnten. Die paläohydrogeologische Entwicklung von der Ablagerung bis zur jüngsten Änderung der Bedingungen in den Grundwasserleitern wird deshalb häufig in einer Annahme zur anfänglichen Porenwasserzusammensetzung zusammengefasst. Hierfür wird oftmals die höchste gemessene Chlorid-Konzentration aus dem zentralen Bereich des ewG als erste Näherung genutzt. Für die Simulationen muss deshalb in der Regel das gemessene Profil vorliegen.

Die Verfügbarkeit und Qualität von Porenwasserdaten sind in der frühen Phase der Standortsuche für ein Endlager jedoch begrenzt. Nicht für jedes zu beurteilende Teilgebiet ist eine datengestützte Analyse von Tracerprofilen möglich. Angesichts dieser Einschränkung und der sicherheitsrelevanten Bedeutung von Chlorid-Profilen stellt sich die Frage, wie diese Datenlücken mithilfe vorhandener Informationen reduziert werden können.

In dieser Studie prüfen wir, inwieweit sich Chlorid-Profile mit numerischen Simulationen der gesamten paläohydrogeologischen Genese der relevanten Formationen reproduzieren lassen. Wir wenden diesen Ansatz exemplarisch auf die Schweizer Standortregionen an. Chlorid-Gehalte und Profilformen der dortigen Bohrungen unterscheiden sich teils erheblich. Schlüsselereignisse und charakteristische Unterschiede in der Paläohydrogeologie der Regionen werden aus unabhängigen geologisch-tektonischen, geomorphologischen, hydrogeologischen und hydrogeochemischen Indizien herausgearbeitet, parametrisiert und in Modellszenarien übersetzt. Mit numerischen Transportsimulationen bewerten wir, (1) inwieweit die Abweichungen der Chlorid-Profile auf paläohydrogeologische Faktoren zurückzuführen sind, (2) wie gut sich gemessene Profile mit dem konzeptionellen Verfahren annähern lassen, und (3) in welchen Fällen es sich für Sicherheitsbewertungen im Rahmen der Standortauswahl für ein geologisches Tiefenlager für hochradioaktive Abfälle in Deutschland nutzen lässt.

Groundwater models are central to demonstrating long-term containment in deep geological repositories within the multi-barrier concept, where geological, engineered, and geotechnical barriers jointly limit radionuclide release to the biosphere. In the German context, safety assessments must address a one-million-year evaluation period with stringent cumulative (≤ 10⁻⁴) and annual (≤ 10⁻⁹) fraction release constraints, sharpening requirements on model scope, coupling, and reliability.

This contribution summarizes current challenges and opportunities for groundwater flow and transport code development across crystalline, clay-rich, and salt host rocks. Key modeling challenges include 1) fracture-network representation, 2) variable boundary conditions over geological times, and 3) integration of multi-scale, coupled thermo-hydro-mechanical-chemical processes that govern low-concentration radionuclide migration over kilometer scales and up to a million years. Host-rock-specific flow regimes including saturated flow in fractured crystalline rocks, matrix-diffusion and sorption in clays, and extremely low hydraulic conductivity in low-permeability rocks (e.g., salts, granites) dictate the modeling task and code requirements.

We critically review the groundwater flow and transport codes used internationally for repository evaluations. The primary software platforms for the developed codes include MODFLOW, FEFLOW, SUTRA, HYDRUS, OpenGeoSys, COMSOL, CRUNCHFLOW, and SPRING, among others, mapped by their process coverage. Practical repository-scale groundwater models need to be capable of 1) representing regional 3D geology (e.g., faults, fractures), 2) performing saturated and unsaturated variable-density flow, and 3) coupling surface-water features (e.g., rivers) and transient recharge, to perform long-term prognoses using expanding time steps. Multi-component transport (e.g., tracers and radionuclides with decay chains) is handled via integrated transport modules (e.g. random-walk solute transport model). Global/local sensitivity analysis and automated calibration are generally feasible through built-in or external optimization frameworks, yet end-to-end workflows remain labor-intensive for multi-scenario uncertainty exploration.

We propose a selection framework linking host rock and assessment objectives to code capabilities: 1) fracture representation accuracy (continuum vs. discrete modeling), 2) scale-bridging and boundary evolution over geologic time, 3) variable-density flow and reactive transport, and 4) verification/validation against observations over million-year periods. Applying this framework clarifies trade-offs among variable software platforms and highlights development priorities, particularly THMC integration, and probabilistic workflows for radionuclide transport, for credible, regulation-ready safety assessment of deep geological repositories.

References

COMSOL AB. (2023). COMSOL Multiphysics Reference Manual.

FEFLOW, Finite Element Subsurface Flow & Transport Simulation System, WASY GmbH, Berlin, Germany, 2007.

König, C., Becker, M., Diehl, A., Seidel, T., Rosen, B., Rüber, O., and Zimmermann, C., (2018). SPRING - Simulation of Processes in Groundwater. Witten, 5. Edition.

Kolditz, O., et al. (2012). OpenGeoSys: An open-source initiative for numerical simulation of thermo-hydro-mechanical/chemical (THMC) processes in porous media. Environmental Earth Sciences, 67(2), 589–599.

Zur Identifikation von Rahmenbedingungen für den Nitratabbau im Grundwasser wurden innerhalb des Forschungsprojekts ArNO (Nitratbelastung in Einzugsgebieten) Daten der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg zu Redoxparametern sowie Denitrifikationsdaten ausgewertet. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden auf einen Datensatz der GWD-WV (Grundwasserdatenbank Wasserversorgung) übertragen, um baden-württembergweit Messstellen mit potentiellem Nitratabbau zu identifizieren.

Ausgewertet wurden Redoxdaten der Jahre 2020 bis 2023 (LUBW und GWD-WV) und N₂-Excess-Daten (LUBW) aus 2023 und 2024. Für LUBW-Messstellen wurden Mindestanforderungen an den Ausbau gemäß ArNO-FactSheet (noch nicht veröffentlicht) berücksichtigt. Der Nitratabbau wurde nach Schwanekamp (2017) aus den N₂-Excess-Daten abgeschätzt. Die Auswertung beider Datensätze erfolgte auf Basis von Mediandaten mittels Python-Skript.

Anzeichen für Denitrifikation wiesen rund ein Viertel der LUBW-Messstellen auf. An diesen Messstellen lag der Sauerstoffgehalt stets ≤ 4 mg/L, der pH-Wert > 6,5 und der DOC-Gehalt > 0,7 mg/L („harte“ Kriterien). Hingegen scheinen Eisen- und Mangangehalte nur als „weiche“ Indikatorkriterien sinnvoll, da auch typische Werte für oxidiertes Grundwasser (< 0,1 mg/L bzw. < 0,05 mg/L) nicht eindeutig zwischen Messstellen mit und ohne Anzeichen für Denitrifikation trennten. Gleiches gilt für Nitratgehalte (< 10 mg/L), welche wenig selektiv für potentiell denitrifizierende Bedingungen waren.

Zur Auswertung des Denitrifikationspotentials in den Messstellen der Wasserversorger Baden-Württembergs (GWD-WV) wurden die identifizierten Kriterien herangezogen. Gemäß der „harten“ Kriterien zu Sauerstoff und pH-Wert waren in etwa 15 % der Messstellen Bedingungen vorhanden, die eine Denitrifikation ermöglichen. Wurden zusätzlich die (nicht eindeutigen) Grenzen von Eisen und Mangan herangezogen, so lag die Anzahl der Messstellen mit potentiellem Nitratabbau nur noch bei knapp 9 %. Gilt außerdem, dass der Nitratgehalt unter 10 mg/L liegen soll, so ergab sich nur noch für 3,5 % der Messstellen ein potentieller Nitratabbau.

Die Selektion der Messstellen mit potentiellem Nitratabbau anhand der hier identifizierten Kriterien wurde abschließend noch mit einer Auswertung über die Methode nach Wolters et al. (2022) und gemäß LAWA (2024) verglichen. Für knapp 7 % der Messstellen legen alle drei Methoden nahe, dass Denitrifikation potentiell stattfindet. Umgekehrt wurde für etwa 82 % der Messstellen berechnet, dass keine Denitrifikation möglich sein sollte. Die Messstellen mit potentiellem Nitratabbau liegen dabei insbesondere im nördlichen Oberrheingraben, aber auch verteilt vermehrt im nördlichen und vereinzelt im südlichen Baden-Württemberg.

Schwanekamp C. (2017): Bestimmung des Exzess-Stickstoffes in Grundwasser mit der N₂-Ar-Methode an ausgewählten Pilotmessstellen in Nordrhein-Westfalen, Masterarbeit

LAWA (2024): Kurzanleitung für die messstellenbezogene Ermittlung von Denitrifikations-Standortbedingungen Anlage1. Länderfinanzierungsprojekt Wasser-Boden-Abfall G 1.22, Entwurfsfassung

Wolters et al. (2022): The derivation of denitrification conditions in groundwater: Combined method approach and application for Germany, Ecological Indicators Vol. 144

Im Rahmen BMBF-Fördermaßnahme „Nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung“ (LURCH) wird das FE-Projekt WaRM bearbeitet. Damit soll ein Beitrag zur nachhaltigen, flexiblen Grundwasserbewirtschaftung in Ballungszentren auf Basis eines Wassersystemmodells am Beispiel der Metropolregion Frankfurt/Rhein-Main mit den Hauptkomponenten: Modellierung, Maßnahmen und Governance erzielt werden. An dem entwickelten Wassersystemmodell Rhein-Main arbeiten neben der GICON Resources GmbH folgende Partner: Fraunhofer ISI, Technische Universität Darmstadt, BGS UMWELT, Hessenwasser GmbH & Co KG, das Hessische Landesamt für Naturschutz und Geologie (HLNUG), und die Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt. Als Praxispartner sind das Hessische Umweltministerium (HMUKLV), die Stadt Frankfurt/Main und der Landkreis Groß-Gerau eingebunden.

Ein Teilprojekt betrifft die Ermittlung von repräsentativen Denitrifikationsraten in naturnahen Laborversuchen unter Wahrung der Maßstabsfaktoren zwischen Labor- und Feldbereich, für verschiedene Bodentypen und Bodenwassergehalte. Weitere Zielstellungen der Versuche sind die Ermittlung des Einflusses von Pflanzenschutzmitteln auf die Denitrifikationsraten und die Bildungsraten von N₂O- und N₂. Dafür wurde eine spezielle Versuchsanlage entwickelt und angewendet. Die damit ermittelten Denitrifikationsraten wurden an Felddaten geprüft, die an einer von der TU Darmstadt betriebenen Boden-Monitoringstation erhoben wurden. Im Ergebnis konnte festgestellt werden, dass mit den im Labormaßstab ermittelten Denitrifikationsraten eine Differenz zwischen Mess- und Modellergebnis von weniger als 10% ergaben. Im Vortrag werden die für dieses Ergebnis erforderlichen Problemlösungen zur Erzielung von repräsentativen Denitrifikationsraten im Labormaßstab, die ermittelten Abhängigkeiten der Denitrifikationsraten vom organischen Kohlenstoffgehalt, von der Bodenart, von Pflanzenschutzmitteln und vom Bodenwassergehalt sowie zu deren Übertragbarkeit auf andere Standorte dargestellt.

Nitrate contamination of groundwater remains a pressing environmental and public-health concern in regions affected by intensive agriculture and urbanization. This study investigates how temporally and spatially variable boundary conditions and groundwater regimes influence reactive nitrate transport, using the “Auf dem Grind” bank filtration well field (near City of Düsseldorf) as a conceptual case study. A one-dimensional reactive-transport framework was developed by coupling Phreeqc with a Python-based workflow implemented in Jupyter Notebook; this approach captures the essential processes of advection, dispersion and decay while avoiding the complexity of a fully coupled 3-D hydrodynamic model.
Model scenarios represent urban, agricultural and natural boundary conditions and include three groundwater-regime conditions (baseline, dry-season and flood) defined by combinations of Rhine stage and pumping intensity. The 1-D flow path is discretized into monthly travel-time cells; for each cell a scenario-specific Phreeqc input is autogenerated by the Python script, enabling iterative simulation of transport and biogeochemical kinetics. Key model inputs (recharge volumes, nitrate and DOC concentrations, hydraulic parameters) were compiled from monitoring data, regional studies and guideline values; sensitivity analysis identified the hydraulic conductivity of pond bottom sediments and DOC input per cell as a highly influential parameter.
Results indicate that denitrification is most probable in urban and pond zones, where persistent anoxic conditions and abundant organic substrates favor nitrate reduction. In pond-affected cells, two complementary mechanisms explain observed nitrate attenuation: (i) denitrification in oxygen-depleted bottom sediments reduces nitrate in pond water prior to recharge, and (ii) infiltration of organic-rich pond water to the sediment–aquifer interface can deliver labile carbon and microbial biomass that sustain subsurface denitrification. By contrast, agricultural sections show a slow net accumulation of nitrate: the modelled increase equals approximately 0.15 mg L⁻¹ yr⁻¹ under the agricultural scenario, consistent with the range reported for intensively farmed lands.
From a groundwater-management perspective, the study highlights practical mitigation options. Redistributing abstraction across multiple lower-yield wells (thereby reducing individual drawdown and increasing groundwater residence time) can enhance the aquifer’s intrinsic capacity for denitrification. Passive remediation measures, such as permeable reactive barriers or managed infiltration employing existing ponds, can replicate conditions that sustain denitrifying
communities without continuous operational input. Finally, the developed scripting workflow provides a simple, transparent tool for preliminary scenario analysis of nitrate reactive transport where detailed 3-D flow models are not available.

Pflanzenschutzmittel (PSM) werden flächenhaft vor allem in der Landwirtschaft eingesetzt und können, wie auch ihre (relevanten und nicht relevanten) Metaboliten, über die ungesättigte Zone in das Grundwasser eingetragen werden. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Transportdynamik und die Reaktivität bzw. Persistenz dieser Stoffe. Im Rahmen des Projektes „Wassersystemmodell Rhein/Main“ (WaRM) wurde das Verhalten und Vorkommen von Pflanzenschutzmittelwirkstoffen und deren Metaboliten auf unterschiedlichen räumlichen Skalen untersucht. Hierzu wurden sowohl punktuelle (prozessorientierte) als auch flächenhafte Untersuchungen im Hessischen Ried (Südhessen) durchgeführt. Zur Analyse des Verhaltens in der ungesättigten und gesättigten Zone wurden zwei hochauflösende Monitoringstationen auf landwirtschaftlichen Flächen errichtet. Die Standorte unterscheiden sich hinsichtlich der Anbaukultur, dem PSM- und Düngemitteleinsatz sowie der Bodeneigenschaften. Da sowohl der Applikationszeitpunkt als auch der eingesetzte Wirkstoff bekannt war, konnten die an den Standorten eingesetzten Pflanzenschutzmittelwirkstoffe und deren Metaboliten gezielt untersucht werden, wobei auch Stoffe aus früheren Anwendungen berücksichtigt wurden. Dies ermöglicht die eine differenzierte Betrachtung sowohl der unmittelbaren Stoffeinträge als auch der längerfristigen Persistenz und Verlagerung. Die Probenahme erfolgte nach der Applikation in Intervallen von wenigen Tagen und anschließend in wöchentlichen Abständen über einen Zeitraum von vier bis zehn Wochen. An den beiden Monitoringstationen wurden Sickerwasserproben mit Glassaugkerzen in verschiedenen Tiefen (10 cm, 20 cm, 50 cm, 150 cm) entnommen und im Anschluss auf Pflanzenschutzmittelwirkstoffe sowie deren Metaboliten analysiert. Darüber hinaus wurden die Konzentrationen der Hauptionen, Spurenelemente, die Bodenfeuchte und stabile Wasserisotope in der ungesättigten Zone und im Grundwasser in acht verschiedenen Tiefen zwischen 2,30 m u. GOK und 3,35 m u. GOK gemessen. Während an einem Standort keine Pflanzenschutzmittelwirkstoffe nachgewiesen werden konnten, wurden bei dem anderen Standort ein Wirkstoff sowie fünf von sechs untersuchten Metaboliten mit Konzentrationen bis zu 7,62 µg/l gemessen.

Um den flächenhaften Eintrag an Pflanzenschutzmittelwirkstoffe und deren Metaboliten zu betrachten, wurden an 15 Grundwassermessstellen im Hessischen Ried zusätzliche Untersuchungen durchgeführt. Die Analyse umfasste 17 Pflanzenschutzmittelwirkstoffe und 48 Metaboliten. Dieser Parameterumfang geht deutlich über den landesweit untersuchten Monitoringumfang des Landes Hessen hinaus. Nachgewiesen wurden zwei Pflanzenschutzmittelwirkstoffe mit Konzentrationen bis zu 0,28 µg/l und 33 Metaboliten an mindestens einer Messstelle mit Maximalkonzentrationen von 10,97 µg/l.

Brandenburg is one of the driest regions in Germany and is highly dependent on groundwater resources for both drinking water supply and irrigated agriculture. Groundwater levels in the state are falling, and climate change is expected to further exacerbate the situation. The groundwater recharge rate (GWR) is a key parameter for the sustainable management of groundwater resources. However, quantifying it remains a challenge as it cannot be measured directly on a field scale.

In this study, we use daily data from several cosmic-ray neutron sensors (CRNS), which provide non-invasive measurements of soil moisture in the near-surface root zone at the hectare scale, to calibrate the soil hydrological model HYDRUS-1D. This calibration yields scale-effective soil hydraulic parameters and allows us to derive the downward water flux below the root zone as an approximation of groundwater recharge (GWR) at the field scale.

The analysis is based on a unique six-year data set from the Potsdam Soil Moisture Observatory (PoSMO), collected at a densely instrumented agricultural research site. The approximately 10-hectare site, with a large number of agricultural plots, extends along a gentle slope towards a lake above a Pleistocene unconfined aquifer with a groundwater table depth of 1 to 10 meters. At the heart of the instrumentation are eight continuously operated CRNS in combination with more than 25 point-scale soil moisture profiles measuring at depths of up to 1 m. A variety of additional measurements, including soil texture, hydraulic properties, continuous soil moisture measurements at depth, and groundwater level monitoring, provide a solid basis for validating the model and recording the relevant hydrological processes at the site.

In various simulation experiments, we evaluate the added value of using different soil moisture products for model calibration. To analyze long-term trends and fluctuations in GWN, we drive the calibrated model with historical weather data from over 50 years. We investigate changes in GWN under different climatic conditions and discuss the associated uncertainties, particularly in relation to the site's scarce water balance.

Agriculture remains the backbone of Bangladesh`s economy and a vital source of livelihood for most of its population. While the country’s fertile soils and favorable climate allow year-round crop cultivation, the sector faces high pressure, due to rapid population growth, limited arable land, groundwater depletion and poor water quality (e.g., salinity in the coastal region), and adverse impacts of climate change including frequent and prolonged droughts as well as severe floods. Over the past three decades, irrigated land in Bangladesh has expanded from 2.58 million ha in 1990 to about 5.63 million ha in 2020, raising the share of irrigated land from 31 to 66% ^[1]. This rapid expansion – driven largely by the need to sustain rice production for a population that rose from 90 million in 1981^[2] to 165 million in 2022^[3], —has relied heavily on groundwater abstraction, often without a coordinated planning and assessment of water resources, leading to declining groundwater levels, irrigation inefficiencies, and rising energy costs for pumping.

Facing these issues requires a transition toward data-driven, science-based agricultural water management, where technology and knowledge integration play a central role. In response, the Web-based Agricultural Water Management Information System for Bangladesh (Web-AIS) project aim to provide a holistic framework that connects environmental data, modeling tools, and digital services into a unified platform. Web-AIS combines state-of-the-art technologies—including real-time sensor networks, remote sensing, and interoperable model integration—to enhance understanding of the water resources and guide sustainable irrigation planning. The project’s core components include integrated surface–subsurface modeling, crop and irrigation management modeling, and climate forecasting, collectively aiming to support informed decision-making for efficient water use.

Within this framework hydrogeology plays a vital role. Three numerical models of distinct regions, captures the diverse hydro-climatical settings across Bangladesh: (i) the central region (Manikganj – Dhaka), where continuous groundwater abstraction has caused a significant decline in water levels in Dhaka, and altering the magnitude and direction of the interaction between rivers and the shallow aquifer system; (ii) the northwestern region (Rajshahi Division), where prolonged dry-season pumping drives sustained declines in water tables; and (iii) the southern coastal region (Khulna – Satkhira), where salinity intrusion, brackish-water use (e.g. shrimp farming) threaten freshwater resources. Together, these models aim to quantify recharge dynamics, groundwater–surface-water interactions, groundwater depletion trends, and sustainable abstraction thresholds, forming the scientific basis for an integrated groundwater-management strategy under the Web-AIS framework.

References

^[1]Maniruzzaman, M., Biswas, J.C., Hossain, M.B. et al. Greenhouse gas emissions from dry season rice irrigation in Bangladesh. Mitig Adapt Strateg Glob Change 30, 8 (2025). https://doi.org/10.1007/s11027-024-10197-3

^[2]Bangladesh Bureau of Statistics. (2011). Statistical yearbook of Bangladesh. Statistical Division, Ministry of Planning, Government of the People’s Republic of Bangladesh.

^[3]Bangladesh Bureau of Statistics. (2024). Statistical yearbook of Bangladesh. Statistical Division, Ministry of Planning, Government of the People’s Republic of Bangladesh.

In oberflächennahen Grundwasserleitern können landwirtschaftliche Einträge durch Düngephasen, saisonale Prozesse oder Starkregenereignisse zu kurzfristigen und dynamischen Änderungen der Nitratkonzentration führen. Im landesweiten Grundwassermonitoring, das das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) zur Überwachung der Grundwasserqualität in Hessen durchführt, werden in der Regel jährliche Stichtagsproben entnommen. Diese Monitoring-Frequenz erlaubt die Beobachtung langzeitlicher Entwicklungen, wohingegen Aussagen zu dynamischen Prozessen nur bedingt möglich sind. In dieser Pilotstudie wird daher der Einsatz von Nitratsonden erprobt, um erste hochaufgelöste Daten zu gewinnen. Drei Grundwassermessstellen (GWM1 bis 3) im Hessischen Ried sind daher seit November 2023 mit Nitratsonden ausgestattet. Diese erfassen die Nitratkonzentrationen in einem Turnus von acht Stunden. Die Grundwassermessstellen sind mit Ausbautiefen von 12 (GWM1), 14 (GWM2) und 20 m u. GOK (GWM3) flach im Porengrundwasserleiter verbaut. Die Landnutzung im Bereich der Messstellen ist landwirtschaftlich und insbesondere durch den Anbau von Sonderkulturen geprägt. Zur Validierung der mit den Nitratsonden erfassten Daten wird monatlich das Grundwasser vor und nach dem dreifachen Austausch des Wasservolumens in den Grundwassermessstellen beprobt und auf die Hauptionen untersucht. Zusätzlich werden nach dem Austausch des Wasser Proben für die Bestimmung der Denitrifikation mittels der N₂/Ar-Methode entnommen.

Im Beobachtungszeitraum liegen die mittels Nitratsonden gemessenen Konzentrationen im Mittel bei 60 mg/l (GWM3), 130 mg/l (GWM1) und 170 mg/l (GWM2), wobei es z. T. deutliche Schwankungen während des Beobachtungszeitraums gibt. Die Spannweiten reichen von 50 bis 70 mg/l (GWM3), 80 bis 240 mg/l (GWM1) und 135 bis 190 mg/l (GWM2). Die Nitratkonzentrationen der im Labor analysierten Grundwasserproben von GWM1 und 2 sind mit einer mittleren Abweichung von rund 5 mg/l vergleichbar mit dem jeweils korrespondieren Wert der Nitratsonden. Bei GWM3 gibt es eine mittlere Abweichung von rund 20 mg/l zwischen den Daten der Nitratsonden und den Laboranalysen. Insgesamt zeigt die Beprobung, dass der dreifache Austausch des Wasservolumens in der Grundwassermessstelle einen Einfluss auf die Nitratkonzentrationen hat. Die im Labor analysierten Grundwasserproben, die vor dem Austausch entnommen wurden, weisen mittlere Nitratkonzentrationen von 85 mg/l (GWM3), 130 mg/l (GWM1) und 165 mg/l (GWM2) auf. Nach dem Austausch des Wasservolumens liegen die Nitratkonzentrationen im Mittel bei 80 mg/l (GWM3), 150 mg/l (GWM1) und 155 mg/l (GWM2). Die Ergebnisse aus der N₂/Ar-Analytik zeigen zudem, dass im Grundwasser an zwei der drei überwachten Messstellen (GWM1 und 2) ein Nitratabbau stattfindet. Die Menge des abgebauten Nitrats weißt ebenfalls Schwankungen während des Beobachtungszeitraums auf und liegt bei bis zu 30 mg/l. Im Zuge weiterer Auswertungen soll eine Korrelation zwischen der Schwankung der Nitratkonzentration und dem Nitratabbau geprüft werden.

Die in der Pilotstudie eingesetzten Nitratsonden erfassen wichtige dynamische Prozesse, die in einem jährlichen Monitoring mit Stichtagsmessungen unerkannt geblieben wären. Der Einsatz von Nitratsonden bietet durch das hochaufgelöste Monitoring somit eine gute Möglichkeit, Zusammenhänge zwischen Konzentrationsschwankungen und Ereignissen an der Oberfläche (Niederschlag/Landnutzung) zu identifizieren.

Grundwasser ist eine unverzichtbare Ressource – für die Trinkwasserversorgung, Landwirtschaft, Industrie und den Naturschutz. Doch weltweit geraten Grundwassersysteme zunehmend unter Druck: Klimawandel, steigender Wasserbedarf und konkurrierende Nutzungsinteressen führen in vielen Regionen zu sinkenden Grundwasserständen und qualitativen Verschlechterungen. Die Herausforderungen an eine nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung sind komplex und drängend.

Vor diesem Hintergrund hat das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) die Fördermaßnahme „Nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung (LURCH)" initiiert, welche Anfang 2023 startete. In zehn interdisziplinären Verbundprojekten sowie einem übergreifenden Vernetzungs- und Transfervorhaben (LURCHPlus) werden wissenschaftlich fundierte Lösungen für eine zukunftsfähige Grundwassernutzung in Deutschland erarbeitet. Die Fördermaßnahme adressiert drei zentrale Themenfelder:

a) Grundwasserquantität,
b) Grundwasserqualität und
c) integrierte, nachhaltige Bewirtschaftung.

Im Fokus stehen dabei sowohl die Verbesserung des Systemverständnisses als auch die Entwicklung praxistauglicher Strategien und Werkzeuge. Ziel ist es, Zielkonflikte zwischen Nutzungen zu erkennen und auszugleichen, Risiken frühzeitig zu identifizieren sowie ökologische und sozioökonomische Aspekte in die Grundwasserbewirtschaftung zu integrieren.

Da sich die Fördermaßnahme nun ihrem Ende nähert, stellt sich die Frage:
Welche Ergebnisse liegen vor? Welche neuen Erkenntnisse konnten gewonnen werden – und wie lassen sie sich in die Praxis überführen?

Der Beitrag gibt einen Überblick über den Stand der Projekte, identifiziert erste übertragbare Methoden und Technologien und zeigt auf, wo weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht. Zudem erläutert das Vorhaben LURCHPlus, wie Wissenstransfer und Projektsynergien gezielt unterstützt wurden – und welchen Mehrwert die Vernetzung für die Umsetzung in die Praxis bietet.

Ergänzend zum Beitrag findet auf der Konferenz die themenspezifische Session „Thema 12: Nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung in Deutschland – Herausforderungen und Innovationen“ statt. Dort werden zentrale Ergebnisse aus den LURCH-Projekten vorgestellt und gemeinsam mit weiteren Akteuren – auch über die Fördermaßnahme hinaus – diskutiert.

Im Rahmen des Projekts GW4.0 entsteht ein webbasiertes Planungsinstrument, auf der Basis eines sich fortlaufend aktualisierenden Grundwassermodells für das Obere-Gäu und das Neckartal. Die fortlaufende Aktualisierung des Grundwassermodells erfolgt über eine Datenassimilation, wobei neben aktuellen Messwerten der Grundwasserstände auch Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes zur Generierung der Grundwasserneubildung herangezogen werden.

Auf Grundlage des sich durch die Datenassimilation ermittelten aktuellen Zustands werden saisonale Prognosen erstellt. Diese berücksichtigen sowohl verschiedene hydrologische Szenarien der Grundwasserneubildung (Wasserdargebot) als auch den Wasserbedarf der im Modellgebiet ansässigen Wasserversorger. Nutzer können dabei Parameter wie Wasserbedarf, den Ausfall von Brunnen oder anderen Ressourcen individuell anpassen.

Das webbasierte Planungsinstrument wird in einer Cloud betrieben und bietet über ein Web-GIS-System Zugriff auf Messdaten und Simulationsergebnisse wie Grundwassergleichen und Ganglinien.

Ziele des webbasierten Planungsinstruments:

• Bereitstellung eines geeichten und durch Datenassimilation stets aktuellen Grundwassermodells („Living Model“)
• Bereitstellung von Monitoringdaten (Zeitreihen für Grundwasserstände, Entnahmen im Modellgebiet)
• Ergebnisse von regelmäßig durchgeführten saisonalen Prognoseszenarien
• Zusammenführung des hydrogeologischen Wissensstandes im Modellgebiet

Zielgruppen:

Die Zielgruppe des Planungsinstruments besteht im Wesentlichen aus Wasserversorgern und den wasserwirtschaftlichen Akteuren. Wasserversorgern wird ermöglicht durch Anpassung relevanter Parameter eigenständig Szenarien zu erstellen bzw. ihre bestehenden Bewirtschaftungspläne mit verschiedenen günstigen oder ungünstigen Prognosen des Wasserdargebots abzugleichen. Für wasserwirtschaftliche Fragestellungen, etwa im Rahmen von Wasserrechtsanträgen, liefert das Modell relevante Information wie gemessene und berechnete Grundwasserstände und den geologischen aufbau entlang von Schnitten.

Zukünftige Erweiterungen sind denkbar, etwa die manuelle Integration neuer Brunnen oder Grundwasserhaltungen durch die Nutzer, die dann in die Prognoserechnungen miteinfließen.

Das Projekt GW4.0 wird gefördert durch das Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt unter dem Förderkennzeichen 02WGW1670D.

Grundwasser ist eine wichtige globale Ressource für Industrie, Landwirtschaft, geothermische Nutzung und Trinkwasser und das weltweit größte terrestrische Süßwasser-Biom beherbergt. Der Klimawandel und anthropogene Aktivitäten verursachen vielfältige Veränderungen im System Grundwasser. Während die physikochemischen Folgen bereits weitreichend erforscht sind, sind die Konsequenzen für Grundwasserökosysteme kaum bekannt. Ein genaues Verständnis dafür, wie diese empfindlichen Ökosysteme auf verschiedene Stressoren, wie einen Temperaturanstieg, Sauerstoffmangel, eine veränderte Flächennutzung und chemische Verschmutzung reagieren, ist entscheidend für ein nachhaltiges Grundwassermanagement, insbesondere in Städten.

Unsere Studie liefert einen räumlichen und zeitlichen Überblick über die Grundwasserfauna (Stygofauna) in Berlin, mit dem Ziel Veränderungen aufgrund natürlicher oder anthropogener Einflüsse zu identifizieren. Dazu wurden die Stygofauna und (hydro-)geologische, standortspezifische, klimatische und physikochemische (Wasser-)Parameter an mehr als 300 Messstellen in Berlin analysiert. Zudem werden ökologische Bewertungsansätze angewendet und hinsichtlich ihrer Eignung und Robustheit bewertet.

Generell weisen die Messstellen in Berlin eine geringe Besiedlungsdichte auf, die Nematoden, Milben, Oligochaeten und Crustaceen enthält, aber von Oberflächen(nahen)-Arten dominiert ist. Die städtisch geprägte Landnutzung, der Gehalt an gelöstem Sauerstoff und der Austausch mit Oberflächengewässern sind wichtige Faktoren, die die Besiedlung der Messstellen durch Fauna beeinflussen. Im Allgemeinen weisen urbane Standorte mit niedrigem Sauerstoffgehalt und teilweise vorkommenden Schadstoffkonzentrationen ungünstige Lebensbedingungen auf. Im Gegensatz dazu enthalten Standorte außerhalb des Stadtzentrums, wie in Naturschutzgebieten und in der Nähe von Oberflächengewässern, eine vielfältigere Fauna mit mehr Individuen. Sechs Untersuchungsstandorte wurden für eine detaillierte Bewertung der relevanten Einflüsse auf die Stygofauna ausgewählt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde ein konzeptionelles Modell entwickelt, um faunistische Prozesse und Wechselwirkungen im Hauptgrundwasserleiter unter Berlin darzustellen. Jedoch sind bestehende Bewertungsansätze auf Berlin nicht anwendbar, da mehr als 90 % der Messstellen anoxische Verhältnisse aufweisen und eine Besiedlung nur sporadisch und meist lokal vorhanden ist.

Die Ergebnisse unserer Studie zeigen heterogene und zeitlich veränderliche Bedingungen im urbanen Grundwasser von Berlin als Lebensraum, die eine eindeutige Charakterisierung und Bewertung der ökologischen und faunistischen Bedingungen mit den bestehenden Bewertungsansätzen erschweren. Um die Dynamik in urbanen Zentren wie Berlin besser zu verstehen, wird ein neuer Ansatz benötigt, der weitere Parameter, wie Sauerstoffgehalt, Abstand zu Oberflächengewässern, Nahrungsangebot und die lokale Geologie, beinhaltet. Aus diesen Erkenntnissen soll dann ein Prognosemodell abgeleitet werden. Darüber hinaus sollten Informationen über urbane Grundwasserökosysteme für eine nachhaltige Nutzung des Untergrunds in die Stadt- und Energieplanung integriert werden. Zudem sind Studien mit großflächigen, wiederholten Messkampagnen erforderlich, um die Ergebnisse zu verifizieren und um die Funktion, Einflussfaktoren und Auswirkungen auf Grundwasserökosysteme zu untersuchen.

Die Bewertung der Grundwassergeschütztheit ist in humiden Klimaten mittlerweile weitgehend standardisiert. In einigen europäischen Ländern werden ähnliche Verfahren wie das in Hölting et al. (1995) dargestellte Verfahren eingesetzt. Für Karstgebiete gibt es Erweiterungen, die teilweise auf Tracerexperimenten beruhen (Goldscheider et al. 2000). In anderen Klimaten und anderen Ländern der Welt werden oftmals Verfahren eingesetzt, die der DRASTIC-Methode (Aller et al. 1987) ähneln und damit nur relative Einschätzungen darstellen, wie z.B. in Haidu & Nistor (2020). Das Problem in ariden Gebieten besteht insbesondere darin, dass die Grundwasserneubildung nicht gleichmäßig stattfindet und daher die Prozesse, die bei der Bewertung der intrinsischen Schutzfunktion berücksichtigt werden, deutlich anders sind als bei einem nahezu gleichmäßigen Transportprozess in der ungesättigten Zone. Stark schwankende Grundwasserflurabstände, wie sie insbesondere aus plötzlichen Extremereignissen resultieren, beeinflussen die Verweilzeit zusätzlich. Die klimatisch und hydrogeologisch bedingt wechselnden Eintragsbedingungen für Stoffe ins Grundwasser zeigen nicht nur einen ausgeprägteren Jahresgang sondern starke Veränderungen über Jahrzehnte, wie gravimetrische Fernerkundungsmethoden nachgewiesen haben (Lezzaik & Milewski 2017 und Liesch & Ohmer 2016). Relative Bewertungen wie Aller et al. (1987) sind zwar auch in diesen Gebieten und Klimaten grundsätzlich anwendbar, aber sie haben den entscheidenden Nachteil, keine Einschätzung der Verweilzeit geben zu können. Haidu, I, Nistor, M.-M. (2020) Groundwater vulnerability assessment in the Grand Est region, France. Quaternary International, 2020, 547, pp.86-100. Goldscheider N, Klute M, Sturm S, Hötzl H (2000) The PI method – a GIS-based approach to mapping groundwater vulnerability with special consideration of karst aquifers. Zeitschrift für angewandte Geologie, 46 (2000) 3: 157-166 Aller, L., Bennett, T., Lehr, J. H., Petty, R., and Hackett, G. (1987) DRASTIC: a standardized system to evaluate groundwater pollution potential using hydrogeologic settings: National Water Well Association, Worthington, Ohio, United States of America, http://rdn.bc.ca/cms/wpattachments/wpID3175atID5999.pdf.

Lezzaik, K & Milewski, A 2017 A quantitative assessment of groundwater resources in the Middle

East and North Africa region. Hydrogeol J (2018) 26:251–266

Seit Anfang der 90’er Jahren hat man in Dänemark das Grundwasser und damit auch die obersten 200 Meter der Geologie kartiert Hierbei wurden große Mengen von Daten generiert. Daten wie Bohrungen, Geophysik, aber auch Grundwassermodelle.

Es gibt an einigen Stellen eine Vielzahl von geologischen und hydrogeologischen Modellen für das gleiche Gebiet. Jeder dieser Modelle hat einen anderen Fokus und damit ist da ein Risiko, dass die geologischen Modelle sehr unterschiedlich sind.

Im Jahr 2018 beschloss, dass dänische Umweltamt ein Modell für Dänemark zu entwickeln. Verschiedene Consulter (hierunter auch Ramboll) und das Umweltamt hatten die Aufgabe innerhalb von 8 Monaten die besten Modelle in einem hydrostratigraphischen Modell – FOHM – zu sammeln. FOHM steht für „Fælles Offentlig Hydrostrategrafisk Model“ – „Gemeinschaftliches Öffentliches Hydrogeologisches Modell“.

Bei diesem Prozess wurden die verschiedenen Modelle nach Alter, die geologische Beschreibung usw priorisiert. Probleme entstanden, wo zwei oder mehr Modelle eine Gegend beschrieb.

Ziel dieses Modells war eine einheitliche Beschreibung zu haben und mit 45 Schichten war das möglich – heute besteht das Modell 72 Schichten. Die Netzgröße wurde auf 100 x 100 Metern gewählt.

Da nicht alle Modelle, die ins FOHM eingebaut wurde, von guter Qualität waren, ist das FOHM aufgebaut, so dass Gebiete herausgenommen werden können, geändert werden können und später wieder zurück ins FOHM geführt werden kann.Die durchgeführten Änderungen werden vom Umweltamt geprüft und genehmigt, bevor die Geologie zurück ins FOHM eingearbeitet wird..

Damit schaffte das Umweltamt ein Model, das lebendig ist und von allen Akteuren gebraucht wird – als Ausgangspunkt für Modelle oder für Randbedingungen in Grundwassermodellen.

Der Klimawandel führt in vielen Regionen Deutschlands zu einer Verringerung des verfügbaren Wasserdargebots. Um belastbare Aussagen über das Dargebot treffen zu können und Planbarkeit zu schaffen, müssen die Anforderungen und Datengrundlagen für die Vergabe von Wasserrechten angepasst werden.

Für größere Einzugsgebiete lässt sich die flächige Grundwasserneubildung meist nur modelltechnisch bestimmen. Der derzeit gängige Ansatz basiert auf Bodenwasserhaushaltsmodellen auf Landesebene (z. B. mGROWA, GWN-BW). Diese beruhen auf einem Bodenspeicheransatz und trennen die Abflussanteile in Direkt-, Zwischen- und Basisabfluss. Üblicherweise werden sie auf die Abflüsse der Hauptvorfluter kalibriert, während Grundwasserdaten, lokale Strömungsverhältnisse und Grundwasser-Oberflächen-Interaktionen unberücksichtigt bleiben. Dadurch lassen sich nur Rückschlüsse auf die Gesamtsumme von Evapotranspiration und Grundwasserneubildung ziehen. Wird die Evapotranspiration überschätzt, wird die Grundwasserneubildung zwangsläufig unterschätzt.

Zudem können anthropogene Einflüsse wie Wasserentnahmen, Bewässerung, oder wasserbauliche Maßnahmen nicht gegenüber einem natürlichen Wasserhaushalt bilanziert werden. Auch wird die Hydrogeologie stark vereinfacht, indem auf den obersten Grundwasserleiter beschränkt und Wechselwirkungen mit tieferliegenden Schichten und Abströme unterhalb des Gewässerbetts vernachlässigt werden. So lassen sich keine belastbaren quantitativen Aussagen über die Ursachen von Dargebotstrends treffen.

Eine der zuverlässigsten Methoden zur Ermittlung der Grundwasserneubildung stellen integrierte numerische Wasserhaushaltsmodelle dar. Sie bilden alle Kompartimente des Wasserkreislaufs physikalisch vollständig ab. Im Unterschied zu gängigen Verfahren erfolgt hier neben der Kalibrierung auf Abflüsse auch eine stationäre und instationäre Kalibrierung auf räumlich verteilte Grundwassermessstellen.

Ein integriertes Wasserhaushaltsmodell wird mithilfe spezialisierter Software (z. B. MIKE SHE, HydroGeoSphere) erstellt, die hydrologische und anthropogene Prozesse abbilden kann. Sind alle Prozesse bilateral gekoppelt und erfolgt eine instationäre Kalibrierung auf Abflüsse und Grundwasserstände, spricht man von einer integrierten Wasserhaushaltsmodellierung.

Diese erfordert die detaillierte Betrachtung dynamischer, saisonaler und lokaler Effekte – etwa Infiltration, Kapillar- und Speicherverhalten der ungesättigten Zone, Evapotranspiration, Oberflächenabfluss, Grundwasserströmung und Austauschprozesse mit Gewässern. Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen der Prozesse kann nur durch ihr Verständnis und eine sorgfältige Parametrisierung eine hohe Modellgüte erreicht werden.

Der integrierte Ansatz ermöglicht eine räumlich und zeitlich hochaufgelöste Berechnung der Wasserbilanzkomponenten – einschließlich Grundwasserneubildung, Bodenspeicher, Gewässeraustausch, Evaporation, Transpiration, Entnahmen, Bewässerung und Direktabfluss. Damit können Behörden belastbare Werte für die Grundwasserneubildung und das verfügbare Wasserdargebot ableiten und nachhaltige Entscheidungen zur Vergabe von Wasserrechten treffen. Zugleich lassen sich Maßnahmen zur Erhöhung des Wasserdargebots entwickeln und quantifizieren, sodass betroffene Nutzerinnen und Nutzer durch nachweislich wirksame Maßnahmen ihre Wasserrechte langfristig sichern können.

ReArMo ist ein von der IHU neu entwickeltes, numerisches Spezialmodell zur Abbildung der Transportwege und Verteilung von Stickstoff (Nitrat und Ammonium) in der Boden- und Grundwasserzone unter den spezifischen landnutzungsabhängigen, bodengeologischen und geohydraulischen Bedingungen der Modellgebiete. Die Kalibrierung und Validierung der Modelle erfolgt unter Einbindung von realen Bewirtschaftungsdaten sowie Ergebnissen aus Boden, Sediment- (Tiefenprofile), Sicker- und Grundwasseruntersuchungen.

Arbeitsschwerpunkte sind:

- Stoffstrombilanz des Stickstoffs auf Betriebs- und Teilschlagebene

- Simulation des Wasser- und Stickstoffhaushaltes in der Bodenzone

- Simulation der zeitlichen und räumlichen Verteilung der Nitrat- und Ammonium-Konzentration im Grundwasser

- Möglichkeit zur Szenarienberechnung bei Änderungen der Landnutzung oder klimatischen Randbedingungen, beispielsweise zur Bewertung der Wirksamkeit der Richtlinie „Agrarumwelt- und Klimamaßnahmen“ (RL AUK/2015) auf die Nitratbelastung des Sicker- und Grundwassers in Grundwassereinzugsgebieten

Südwestlich von Merseburg (Saalekreis) befinden sich die ehemaligen Braunkohlentagebaue des Geiseltals, die sich in mehrere, jetzt geflutete, Tagebaurestlöcher mit den Gewässern „Geiseltalsee“, „Runstedter See“,Großkaynaer See“ und „Hassesee“ unterteilen. In den vergangenen Jahren wurden durch eine Reihe von hydrogeologischen Ar­beiten die Grundlagen für die bergbaulichen Sanierungsmaßnahmen und die Lösung von wasserwirtschaftlichen Fragestellungen im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung des Geiseltales geschaffen. Die Praxis hat gezeigt, dass die Planung und eine erfolgreiche Umsetzung von technischen Sanierungsmaßnahmen und wasserwirtschaftlichen Vorhaben ganz wesentlich von der Qualität der geowissenschaftlichen Grundlagendaten und der hydro­geologischen Untersuchungen sowie den Modellprognoseberechnungen zur Grund­wassersituation und zum Wasserhaushalt abhängig sind. Der Abriss zur Entwicklung des hydrogeologischen Modells zeigt am Praxisreferenz­objekt Geiseltal, welche geologisch-hydrogeologischen Untersuchungen und fun­dierten geowissenschaftlichen Erkundungs- und Forschungsarbeiten zur Vorbe­reitung sowie Umsetzung der bergbaulich-wasserwirtschaftlichen Sanierung des Braunkohlenbergbaugebietes notwendig waren. Zugleich wird im Überblick dar­gestellt, welchen wissenschaftlichen Beitrag die hydrogeologische Modellierung und numerische Grundwassermodellierung methodisch leistete und wie auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse eine gravierende Senkung des materiell-technischen Gesamtaufwandes erzielt werden konnte. Dabei stellen das hydrogeologische Modell und die darauf basierenden Grund-und Oberflächenwasserströmungsmodelle, gekoppelt an entsprechende Monitoring- und Informationssysteme mit Datenbanken, effiziente, hydrogeologische Prognosewerkzeuge dar. Ohne diese geowissenschaftlichen Grundlagen ist eine qualifizierte, belastbare Darstellung, Analyse und Bewertung der Ausgangssituation sowie der zu erwartenden Prozesse, die sich mit der Flutung der Tagebaurestlöcher, der Entstehung von Gewässern und dem Grundwasseranstieg sowie der Gewässerbewirtschaftung verbinden, nicht machbar. Bei der Überwachung und Steuerung der hydrogeologischen und wasserwirtschaftlichen Prozesse der Flutung, dem Grundwasserwiederanstieg, der Gewässerentwicklung „Geiseltalsee“ und des Wasserhaushaltes sowie den Abflussbedingungen in den Bergbaufolgelandschaften des Geiseltales kommt den Geowissenschaften mit der Hydrogeologie, insbesondere in Hinblick auf die schrittweise Verifizierung der Modellprognoseberechnungen, auf Basis der hydrogeologischen und geotechnischen Monitoringmessdaten somit auch in der Zukunft eine entscheidende Begleitungs- und Steuerungsfunktion zur Gewässerbewirtschaftung sowie für die nachhaltige Gestaltung der Bergbaufolge zu. Die hydrogeologischen Berechnungsergebnisse aus der numerischen 3D-Grundwassermodellierung stellen, gekoppelt an 2D-Vertikalschittmodelle, außerdem wesentliche Eingangsdaten für geotechnische Berechnungen zur Bewertung der Standsicherheit von Böschungssystemen im Gewässerrandbereich des Geiseltalsees dar.Die hydrogeologische Modellierung zur Lösung von wasserwirtschaftlichen Problem­stellungen bei der bergbaulichen Sanierung des Braunkohlegebietes Geiseltales und die Umweltforschungsarbeiten zur Sicherung der subaquatischen Deponie im Tagebaurestloch Großkayna mit dem „Runstedter See“ wurden von Naturwissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern durchgeführt. Das Vorhaben wird von der LMBV mbH durchgeführt.

Disused mines offer a promising opportunity for sustainable underground thermal energy storage (MTES), repurposing legacy infrastructure to balance seasonal heat supply and demand. As part of the BMFTR-funded MineATES project, we implemented a test-scale MTES system in a controlled experimental drift section of the historic Reiche Zeche silver mine (Freiberg, Germany). Three thermal cycles, with peak water temperatures up to 39 °C and cooling down to 2 °C, were conducted in a 20 m³ basin embedded in grey gneiss at 147 m depth. Alongside detailed thermal monitoring, our focus was on hydrogeochemical responses of mine water and their engineering implications. Tracer dilution tests confirmed continuous groundwater inflow, contributing to advective heat loss but also influencing geochemical conditions. Heating triggered pronounced precipitation of minerals such as of iron oxides, accompanied by pH increase and enrichment of major ions (e.g., Ca²⁺, SO₄²⁻). Laboratory batch and column experiments with Freiberg gneiss and mine water supported in-situ observations, showing accelerated metal removal at elevated temperatures and leaching of specific elements from steel components. Fouling tests on stainless-steel heat-exchanger plates revealed up to 45 % thermal performance loss from scaling and biofilm growth, which was reduced by about 60 % using protective coatings. These results highlight that MTES in flooded mine environments must account for complex mine water–rock–infrastructure interactions, where hydrogeochemistry directly affects efficiency, maintenance, and operational stability.

In Untertagebergwerken, Gruben und Gasspeichern können Wasserzuflüsse oft nur als offener Zufluss, Tropfstelle oder Kondensat beprobt werden. Dies limitiert die Möglichkeiten von Isotopenmethoden zur Charakterisierung von Herkunft oder Alter auf Parameter, die unempfindlich für Atmosphärenkontamination sind, wie z.B. Wasserisotope (δ¹⁸O, δ²H und ³H), Kohlenstoffisotope (¹⁴C-DIC/δ¹³C) oder Isotopensignaturen von Strontium- und Sulfat (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, δ³⁴S/δ¹⁸O-SO₄). Da jedoch detaillierte Altersbestimmungen meist nur über die Kombination mit Gastracern, wie z.B. SF₆, ⁸⁵Kr, ³He_trit möglich sind, gestaltet sich die Anwendung von Isotopen bei Grubenwässern als herausfordernd. Die Fragestellungen hinter den Isotopenuntersuchungen sind hauptsächlich die Klärung, inwieweit es sich bei den Wasserzutritten um originäres Grund- oder Porenwasser der Grubenformation oder um jüngere Grundwässer bzw. evtl. sogar um schnell abfließende Niederschlags- oder Oberflächenwasserkomponenten handelt, die über durch Exposition und Abbautätigkeiten entstandene Wegsamkeiten zutreten.

Anhand von Beispielen wird gezeigt, dass je nach Gegebenheiten Diskretisierungen und relativ detailreiche Auswertungen möglich sind. So wird in einem Beispiel anhand der Kombination von hydrochemischer Zusammensetzung sowie den stabilen und radioaktiven Wasserisotopen eine Einordnung der Grundwasseraltersstrukturen von Wasserzuflüsse und eine Zuordnung des Haupt-Sümpfungswassers über eine Grube ermöglicht, die seit mehr als 100 Jahren in Betrieb ist.

Grubenwasser stellt eine nachhaltige, bisher nur gering genutzte Wärmequelle dar, die in geeigneten Regionen für große Wärmemengen technisch, wirtschaftlich und ökologisch erschließbar ist. Die Nutzbarmachung dieses Potenzials bietet zudem die Chance Grubenwässer als Energiespeicher für die thermische Energieversorgung auszulegen, Abwärmepotenziale oder saisonale Quellen, wie Solarthermie können zur Dekarbonisierung der Energieversorgung erschlossen werden, indem diese saisonal im Grubenwassergespeichert werden. Für die Inwertsetzung von Grubenwasser insbesondere in Bezug auf die Wärmespeicherung ist die Identifikation und Bewertung möglicher Standorte sowie die technische Integration solcher Systeme in die bestehenden bergbaulichen Strukturen wichtig.

Zur Ermittlung der Effizienz und zur Analyse der Funktionsweise von Grubenwasserwärmespeichern wurde im Forschungs- und Lehrbergwerk „Reiche Zeche“ (Erzbergbau Freiberg) ein Reallaborlabor errichtet, bei dem über einen mobilen Wärmepumpenversuchsstand zyklisch Wärme in ein Speicherbecken eingebracht oder entzogen wurde. Durch Messsensoren für Temperatur und Volumenstrom wurde die zeitliche Entwicklung der Wasser- und Gesteinstemperatur, sowie die ein- und ausgespeicherte Leistung ermittelt. Zusätzlich wurden technischen Komponenten wie Wärmepumpe, Wärmeübertrager und Rohrleitungen überwacht, um Schlussfolgerungen für den späteren Betrieb einer solchen Anlage zuziehen. Über einen Zeitraum von 1,5 Jahren wurden insgesamt 4 Heiz- und Kühlzyklen durchlaufen. Zudem konnten verschiedene Randparameter sowie Einflussfaktoren, einschließlich einer unbekannten Unterströmung im Wasser und Verluste an die Umgebungsluft, quantifiziert werden.

Bei den Versuchen konnten thermische Speicherwirkungsgrade von mehr als 50 % erzielt werden. Die Ermittlung der bilanziellen Wärmespeicherung sowie der Verluste erfolgte auf Grundlage der aufgezeichneten Daten. Mithilfe der Temperaturkurven konnten die Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse in der Gesteinswand erfasst und die Entzugsprozesse über das Grubenwasser analysiert werden. Es kann gezeigt werden, dass die Verluste aus dem Wasser aufgrund von einer Strömung ca. 35% betragen. Die Resultate dienen als Grundlage für die Planung und Optimierung der Auslegung zukünftiger Anlagen und deren Speicherkapazität.

Die gewonnenen Ergebnisse dienen als Grundlage für Potenzialanalysen weiterer stillgelegter Bergwerke im Raum Sachsen und Thüringen. Sie können eine zentrale Rolle bei der Transformation der Energieversorgung dienen und zumindest anteilig eine saisonale Wärmespeicherung ermöglichen.

Geflutete Bergwerke sind in Deutschland weit verbreitete Hinterlassenschaften des historischen Bergbaus. In mindestens 14 Bundesländern existieren untertägige, wassergefüllte Grubenräume, über deren Zustand und Entwicklung jedoch nur fragmentarisches Wissen vorliegt. Daten wurden nie zentral erhoben, Zuständigkeiten liegen meist bei kommunalen Trägern, und eine kontinuierliche Überwachung findet in der Regel nicht statt. Gerade vor dem Hintergrund potenzieller Risiken für Grund- und Oberflächenwasser, aber auch möglicher Chancen für geothermische Nutzung, ergibt sich hier ein erheblicher Bedarf an neuen, kosteneffizienten Überwachungs- und Bewertungsmethoden.

Im Rahmen des Projekts werden die technische Machbarkeit und Praxistauglichkeit digitaler Monitoring- und Modellierungstechnologien in gefluteten Bergwerken exemplarisch erprobt. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung und Umsetzung eines integrierten Konzepts aus Hardware- und Softwarekomponenten, das verschiedene moderne Ansätze kombiniert: ein sensorgestütztes digitales Monitoring auf Basis des Internet of Things (IoT), die Anwendung von selbstlernenden Soft Sensors mittels künstlicher neuronaler Netze, sowie die Erstellung eines physikalisch-numerischen Modells der Thermohydraulik des wassergefüllten Bergwerks. Ein digitales Datendashboard dient als zentrale Platform zur Darstellung und Verwaltung der gesammelten Daten.

Zum Ausloten der technischen, organisatorischen und ökonomischen Machbarkeit eines solchen digitalen Gesamtsystems gehört auch die Untersuchung der Anforderungen an Datenqualität und -menge, die Prüfung der Übertragbarkeit des Ansatzes auf unterschiedliche Standorttypen sowie die Bewertung der Kosten- und Wartungseffizienz der eingesetzten Technologien. Die Ergebnisse sollen Praxispartnern eine skalierbare und automatisierte Methode an die Hand geben, um geflutete Bergwerke hinsichtlich Gefahrenpotenzial und Nutzungsmöglichkeiten digital zu überwachen und zu bewerten.

Die Gewinnung von Kaliumsalzen erzeugt große Mengen an festen Rückständen, die hauptsächlich aus Natriumchlorid und in geringerem Maße aus Magnesiumsulfat, Magnesiumchlorid und unlöslichen Tonmineralien bestehen. Diese salzhaltigen Rückstände wurden auf der Erdoberfläche aufgeschüttet und bilden Halden, die in einigen Fällen Höhen von bis zu 200 Metern erreichen können. In Mitteldeutschland prägen zahlreiche Kalirückstandshalden die Landschaft und fallen besonders durch ihr auffälliges Erscheinungsbild und das vollständige Fehlen von Vegetation auf. Die Halden bestehen aus Material mit hohem Salzgehalt, weshalb sie unter klimatischen Bedingungen, insbesondere bei Niederschlag, hydrologisch sehr aktiv sind. Wenn Regenwasser mit den salzhaltigen Rückständen in Kontakt kommt, kann insbesondere Natriumchlorid gelöst und mobilisiert werden. Das salzhaltige Sickerwasser kann in den Untergrund eindringen und das Grundwasser erreichen. Dies birgt das Risiko der Versalzung der umliegenden Aquifere sowie der Beeinträchtigung von Oberflächengewässern und angrenzenden Ökosystemen. Bodenabdeckungen mit schützender Vegetationsdecke sind eine potenzielle Maßnahme, um den Kontakt zwischen Regenwasser und salzhaltigen Rückständen zu reduzieren und dadurch die negativen Auswirkungen auf das Grundwasser zu begrenzen. In welchem Maße dieser Kontakt verhindert wird, hängt von den hydraulischen Parametern jedes Bodentyps, Abdeckungsschichten, von den lokalen klimatischen Bedingungen (Niederschlag, Evapotranspiration), und insbesondere von der Art und Verteilung der Vegetationsdecke ab. Das Ziel dieser Forschung ist es, die hydrologische Reaktion einer Vegetationsdecke auf einer repräsentativen Kalirückstandshalde unter klimatischen Bedingungen in Niedersachsen (Deutschland) zu quantifizieren. Die Abdeckung besteht aus einer oberen Bodenschicht, die das vegetative Wachstum ermöglicht, einer Zwischenschicht zur Formung und Stabilisierung der Böschungsgeometrie, einer Dränschicht und schließlich einer Abdichtungsschicht. Es wird untersucht, welche hydraulischen Parameter und welche Vegetationsdecke die Wasserströmung in einer Kalihalde am stärksten bestimmen und/oder begrenzen. Das wird untersucht mit der numerischen Simulationssoftware Advanced Terrestrial Simulator (ATS), die die Kopplung von Oberflächen- und Untergrundströmung sowie die Modellierung der Evapotranspiration ermöglicht, sowie mit der Software Parameter Estimation (PEST). Die Ergebnisse der 2D-Simulationen zeigen die Fähigkeit des Modells, die komplexen gekoppelten Prozesse von Oberflächenabfluss und Untergrundströmung unter Berücksichtigung des Einflusses der Vegetation darzustellen. Die simulierten Infiltrationsmuster liefern wertvolle Informationen zur Bedeutung der hydrologischen Bodenparameter und der Auswahl der Vegetationsdecke, was zur Entwicklung wirksamer Lösungen zum Schutz des Grundwassers in Gebieten mit Kalirückstandshalden beiträgt.

Das Steinhuder Meer ist mit einer Seefläche von 29,1 km² der größte Flachwassersee Deutschlands und liegt ungefähr 30 km nordwestlich von Hannover. Die mittlere Wassertiefe beträgt 1,35 m und das oberirdische Einzugsgebiet inklusive Seefläche hat eine Größe von 80 km². Es entstand zum Ende der Weichseleiszeit vor ca. 14 000 Jahren durch Thermokarst. Das Steinhuder Meer wird zu etwa einem Drittel aus Grundwasser gespeist (Paetzmann 2024). Durch die dadurch bedingte Nährstofffracht, insbesondere Phosphat, wird die Ökologie des Sees beeinflusst. Es ist derzeit nicht genau bekannt, wie, wo und wann dieser Eintrag stattfindet. Zur Lokalisierung von ufernahen Exfiltrationszonen wurden daher Seewasserproben auf stabile Isotope analysiert. Im Januar 2024 während flächendeckender Vereisung der Seeoberfläche wurden Wasserproben unter der Eisfläche entnommen.

An zwei Stellen am Nordufer sind Grundwasserzuströme bekannt. Mittels Seepagemeter (Lee 1977) und Temperaturlanzen wurden hier Exfiltrationsraten von maximal 33 l m^-2 d^-1 bestimmt (Abb. 1). Der Einbau der Temperaturlanzen erfolgte mittels Schutzrohr und Druckluftinjektion. Diese Technik wurde auch zur Beprobung des oberflächennahen Grundwassers genutzt.

Zudem wurde zwischen 2022 und 2024 exfiltrierendes Grundwasser während drei Kampagnen beprobt und analysiert. Im Fokus der Untersuchungen stehen der Eintrag von Nährstoffen ins Steinhuder Meer über den Grundwasserpfad und der Einfluss langer Trockenphasen auf die Beschaffenheit des Grundwassers. Die erste Beprobung (Herbst 2022) zeigt auffallend hohe Konzentrationen von Eisen und Sulfat durch Oxidation von Pyriten im Grundwasserleiter aufgrund von Sauerstoffeintrag bei fallendem Grundwasserstand. Während der folgenden Probenahmen, die bei höheren Grundwasserständen durchgeführt wurden, fallen diese Werte wieder. Die Konzentration von Phosphor als limitierendem Nährstoff im See ist im Mittel um 0,09 mg l^-1 etwas hoch. Schuster (2023) gibt als Sanierungsziel eine Konzentration von 0,05 mg/l Gesamtphosphor für das Seewasser an. Mit dieser Untersuchung wurden bekannte Exfiltrationszonen bestätigt, aber auch bisher unbekannte identifiziert.

Literatur:

Lee, D. R. (1977). A device for measuring seepage flux in lakes and estuaries 1. Limnology and Oceanography, 22(1), 140-147.

Paetzmann, H. (2024). Bestimmung des Grundwasserzustroms zum Steinhuder Meer mittels einer Wasserbilanz. Bachelorarbeit an der Leibniz Universität Hannover

Schuster (2023). Phosphoreinträge in das Steinhuder Meer & Entwicklung der Phosphorkonzentration im See – geplante Maßnahmenumsetzungen. Vortrag im Juni 2023

The terrestrial subsurface functions as a reactor that regulates the fate of biogeochemically reactive compounds. The dynamics of these biogeochemical transformations and the associated changes in concentrations of nutrients and toxic substances at various scales are highly relevant for ecology and water management. However, a quantitative assessment of these transformations and of the export of compounds from groundwater to surface waters is challenging due to the complex interplay of various reactive processes and hydrological cycles.

We use a numerical modeling approach to study the fate of organic carbon and nitrogen species in a mesoscale catchment (~850 km²) upstream of the Nägelstedt gauge of the river Unstrut in central Germany. A travel-time-based model approach is employed, in which results from a spatially distributed groundwater model are coupled with biogeochemical simulations describing the microbial-driven transformation of carbon and nitrogen species along different flow paths. The approach is inititially applied to a hillslope transect within the catchment, where extensive datasets are used to constrain and validate the model. Based on the simulation results for the transect, the approach is extrapolated to describe the fate of compounds in the catchment and their impact on river water quality.

Results of the simulations of the groundwater transect show the validity of the approach to describe the fate of biogeochemical compounds in the subsurface and allow to determine the impact of surface variations (land use change, climate effects) on compound concentrations in the subsurface. Depending on the depth and location of observation wells along the transect, residence times of compounds vary between less than a year and several decades, resulting in different sensitivities of well concentrations to surface conditions and to potentially pronounced legacy effects. The results for the catchment indicate that the dynamics of flow, transport and reaction have only a negligible effect on the export of compounds to the river. Changes in species input from the surface into the subsurface, whether due to climate or anthropogenic effects, can have more pronounced influence on catchment scale budgets than changes of in situ process dynamics.

Das Land Sachsen-Anhalt, vertreten durch den Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt, plant die Errichtung des Flutpolders Axien-Mauken an der Elbe. Der geplante Polder wird südlich des Zusammenflusses von Schwarzer Elster und Elbe liegen.
Bei Auftreten eines 100-jährigen Hochwasserereignisses (HQ100) in der Elbe soll der geplante Polder in Betrieb gehen und den Hochwasserscheitel um ca. 0,2 m kappen. Innerhalb des Polders sollen auf einer Fläche von ca. 1695 ha ca. 52 Millionen Kubikmeter Wasser zwischengespeichert werden. Im Betriebszustand stellt der geflutete Polder eine Infiltrationsfläche für das zwischengespeicherte Wasser dar. Daraus ergeben sich im Vergleich zum Ist-Zustand erheblich veränderte Randbedingungen für das Grundwasser. In der Folge ändert sich auch die Gefährdungssituation für die zukünftig an den Polder grenzenden Ortslagen. Besonders hervorzuheben ist hier die Ortslage Mauken, welche dann im Hochwasserfall allseitig von Wasser umschlossen sein wird
Das Gebiet ist von einem komplexen Grabensystem durchzogen, das sowohl der Be- als auch Entwässerung dient. Die Gräben münden in den Altarm Kleindröbener Riß, dessen Vorflut durch das Schöpfwerk Klöden sichergestellt wird. Das Grabensystem und dessen Vorflut wird während der Polderflutung unterbrochen.
Für die betroffenen Ortslagen und weite Teile des Projektgebiets gibt es kaum langjährigen Grundwassermessdatenreihen. Die Auswirkungen eines Elbehochwassers auf die Ortslagen und das Projektgebiet sind daher nicht belastbar dokumentiert. Deswegen wurde zunächst ein Grundwassermessnetz errichtet, dessen Funktion einerseits die Beweissicherung im Ist-Zustand und andererseits die Datenerfassung für die Kalibrierung eines projektbegleitenden Grundwasserströmungsmodells ist. Perspektivisch soll mit dem Messnetz auch eine Beweissicherung des Plan-Zustandes erfolgen.
Zum Jahreswechsel 2023/2024 trat in der Elbe ein zweijähriges Hochwasser auf. Dies war das größte Hochwasserereignis seit 2013. Das Hochwasser führte zu einer Überflutung der Deichvorländer und löste ein Grundhochwasser im Projektgebiet aus. In der Folge des Hochwasserereignisses zeigte sich die komplexe Wechselwirkung zwischen der Elbe, dem Grundwasserleiter, dem Grabensystem, dem Altarm „Kleindröbener Riß“ und dem daran angeschlossenen Schöpfwerk Klöden.
Das projektbegleitende Grundwasserströmungsmodell wurde in Modflow 6 aufgebaut. Die Ziele der Grundwassermodellierung sind die möglichst belastbare Abbildung der Auswirkung eines HQ100 auf das Projektgebiet im Ist-Zustand und die Prognose der Auswirkung der Polderflutung auf die angrenzenden Ortslagen. Aus dem Vergleich der Ist- und Plan-Zustandsprognose wurde die Erfordernis nach zusätzlichen Binnenentwässerungsmaßnahmen abgeleitet. Das Ziel dieser Maßnahmen ist die höchsten prognostizierten Grundwasserstände des Ist-Zustandes während der Polderflutung zu halten. Das vorhandene Grabensystem soll zur Binnenentwässerung im Plan-Zustand mit genutzt werden. Die während der Polderflutung allseitig von Wasser umgebene Ortslage Mauken soll durch eine Ringdrainage mit angeschlossenem Pumpwerk vor dem aufsteigenden Grundwasser geschützt werden. Die für die Bemessung relevanten Förderraten wurden durch das Grundwassermodell prognostiziert. In die Schöpfwerksdimensionierung flossen auch die Ergebnisse eine Unsicherheitsbetrachtung mittels Monte-Carlo-Simulation ein.

Solute transport in rivers is partly driven by the exchange of water between rivers and their surrounding landscapes, a process known as river corridor exchange. The magnitude and spatial distribution of river corridor exchange across stream networks are strongly shaped by geomorphic features that influence local hydraulic gradients. However, despite a comprehensive understanding of these physical mechanisms, predicting solute transport across stream reaches remains challenging when based solely on models calibrated with slug tracers. This limitation arises because slug tracers primarily capture faster flow paths, overlooking longer transport timescales and thereby increasing parameter uncertainty. The goal of this study was to evaluate whether using multiple tracers for model calibration and linking results with geomorphic complexity, defined here by the sinuosity of a stream reach, reduces uncertainty in solute transport parameters. To achieve this, we calibrated a transient storage model (TSM) using either chloride slug injections alone or jointly with radon measurements and calculated parameter certainty. Radon was included as an additional tracer because it labels longer timescales, potentially offering insights beyond those obtained from slug tracer data alone. Chloride and radon measurements were conducted in multiple reaches across three streams in Germany and the United States that span a gradient of geomorphic complexity. For the first time, we show that the value of incorporating radon into TSM calibration, as reflected by higher parameter certainty, depends on the geomorphic complexity of these stream reaches. Parameter certainty is notably higher in reaches of higher geomorphic complexity, where transport timescales likely vary more widely than in simpler streams. This increased certainty arises because joint calibration combines the distinct transport timescales captured by chloride and radon, providing a more complete representation of solute transport timescales in systems of higher geomorphic complexity. These findings highlight that multi‐tracer approaches are needed to strengthen parameter certainty in solute transport models and advance our understanding of river corridor exchange.

Der Uferfiltrationsstandort Berlin Wannsee ist für eine nachhaltige Trinkwasserversorgung wichtig. Unsere Studie untersuchte Mischungen und Fließverhalten des Uferfiltrats im angrenzenden Aquifer. Hierbei wurden Mischungsverhältnisse in einem Förderbrunnen und Grundwassermessstellen bestimmt. Darüber hinaus wurden Fließgeschwindigkeiten des Uferfiltrats bis zum Erreichen der Grundwassermessstellen und des Brunnens evaluiert. Bei diesen Untersuchungen erwiesen sich stabile Wasserisotope als am besten geeignet für eine Massenbilanzierung von Mischungsverhältnissen. Für die Sommermonate 2024 und 2025 wurde eine Beimischung von Uferfiltrat zwischen 62 and 97 % nachgewiesen. Wegen zusätzlicher externer Einflüsse erwiesen sich andere konservative Tracer wie Chlorid (Cl^-), elektrische Leitfähigkeit (EC), und Gadolinium (Gd) als ungeeignet für Ermittlungen von Mischungsverhältnissen. Fließgeschwindigkeiten des Uferfiltrats im Aquifer wurden durch Zeitreihenkorrelation von Wasserisotopen untersucht und ergaben Fließzeiten zwischen 31 und 45 Tagen zu den im Mittel 50 m vom Ufer entfernten Grundwassermessstellen. Ähnliche Werte konnten durch vorhergehende Studien bestätigt werden. Folgeuntersuchungen sollten kontinuierliche Grundwasserprobenahme oder zumindest Messintervalle von 14 Tagen aufweisen und längere Untersuchungszeiträume mindestens einem hydrologischem Jahr mit Extremereignissen einbeziehen.

Stauanlagen unterbrechen die Durchgängigkeit von Fließgewässern. In geogen und montan belasteten Einzugsgebieten wie am Berthelsdorfer Hüttenteich führt dies zur Ablagerung von sulfidisch-silikatischen Sedimenten, welche mit Metall(oid)en (Al (maximal 30.400 mg/kg Trockenmasse), Fe (26.100 mg/kg), Pb (2.400 mg/kg), Zn (1.700 mg/kg), Cu (158 mg/kg), As (135 mg/kg), Cd (18 mg/kg)) angereichert sind. Da diese subhydrischen Sedimente den Stauraum reduzieren und damit die Funktionsfähigkeit der Stauanlagen gefährden, müssen sie aus dem Staukörper entfernt und im besten Fall einer Verwertung zugeführt werden.

Strategien zum Sedimentmanagement erfordern eine repräsentative Probennahme und chemische Charakterisierung des Sedimentkörpers. Das Prozessverständnis zur chemischen Bindung und Desorption der Metall(oid)e ist entscheidend für die Bestimmung der Mobilisierbarkeit. Davon hängt die Wahl geeigneter Verwertungs- und Aufbereitungsoptionen ab.

Um ein repräsentatives hochauflösendes Verständnis über die Lithologie sowie die räumliche Verteilung der Metall(oid)konzentration und -bindung in-situ zu erhalten, wurden tauchergestützt Einzel- und Mischproben entnommen, Eluatkonzentrationen (As, Ca, Cd, Co, Cu, Mg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Zn) bestimmt sowie korngrößenabhängig eine sequentielle Extraktion (Al, As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Zn) durchgeführt. Zur Charakterisierung der Desorptionskinetik der Metall(oid)e unter veränderten Bedingungen, wie sie z. B. ex-situ auf Schuttkörpern während der Drainierung der subhydrischen Sedimenten unter natürlichem Niederschlag als Teil einer Aufbereitungsmaßnahme auftreten, wurden im Labormaßstab Perkolationsversuche durchgeführt. Diese simulieren die Mobilisierung der Metall(oid)e durch Niederschlagswasser in einem Zeitraum von 1,5 Jahren, bestehend aus drei gravitativ induzierten Perkolationsphasen (12 h bis 24 h) und zwei Trockenphasen (24 h bis 36 h).

Die metall(oid)spezifischen Bindungsverhältnisse unterscheiden sich lateral nicht. Während die massedomierenden Metalle (Al, Fe, Mg) hochanteilig residual gebunden sind, sind nicht-massedominierende Metall(oid)e (z. B. As, Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Zn) zu 31 % bis fast 100 % nicht-residual gebunden. Mit der Tiefe werden die nicht-residualen Konzentrationen aufgrund früherer Lösungsprozesse und zunehmenden reduzierenden Bedingungen abgereichert. Mit der Tiefe abnehmende Eluatkonzentrationen bestätigen dies. Die geringen Metall(oid)konzentrationen im Oberflächenwasser leiten eine langsame in-situ-Desorptionskinetik der Metall(oid)e zwischen Sediment und Oberflächenwasser ab. Hohe Eluatkonzentrationen von Zn (maximal 19 mg/l), Cd (212 µg/l), Ni (128 µg/l), Pb (118 µg/l), As (20 µg/l) und Sulfat (310 mg/l) zeigen jedoch im Lösungsgleichgewicht eine hohe potentielle Mobilisierbarkeit. Perkolierendes Niederschlagswasser löst mit dem First Flush signifikante Mengen an Metall(oid)en aus dem Sediment, welche die Eluatkonzentrationen übersteigen. Mit Ausnahme von As folgen dem First Flush exponentiell abnehmende gelöste Metall(oid)konzentrationen. Anschließende Trocken- und Perkolationphasen können zu einer kurzzeitigen Erhöhung der Konzentrationen führen.

Die Studie zeigt die Notwendigkeit von standortabhängigen Untersuchungen zur Desorptionskinetik von Metall(oid)en in subhydrischen Sedimenten, um die natürliche Mobilisierbarkeit dieser potentiellen Schadstoffe sowohl in-situ als auch im Rahmen von Aufbereitungsmaßnahmen ex-situ einzuschätzen.

Die Wechselwirkungen zwischen Grundwasser (GW) und Oberflächengewässern (OW) spielen eine zentrale Rolle bei der Grundwasserneubildung und damit für die nachhaltige Wasserversorgung. In Städten wie Freiburg, deren Trinkwasser überwiegend aus gewässernahen Grundwasserbrunnen gewonnen wird, sind die Austauschprozesse zwischen GW und OW besonders relevant. Sie beeinflussen sowohl die Wasserqualität, etwa durch den Eintrag unerwünschter Stoffe, als auch die verfügbare Wassermenge, beispielsweise durch das Trockenfallen von Flussabschnitten. Eine unzureichende Berücksichtigung dieser Prozesse kann erhebliche ökologische und ökonomische Folgen haben. Trotz ihrer Bedeutung bestehen weiterhin methodische Herausforderungen bei der flächendeckenden Erfassung des Austauschs.

Bisherige Untersuchungen beruhen überwiegend auf punktuellen Messungen der hydraulischen Konnektivität, die zwar lokal sehr präzise Daten liefern, aber nur begrenzt räumlich übertragbar sind. Lokale Anomalien können dabei zu einer Über- oder Unterschätzung des Gesamtsystems führen. Daher stellt sich die Frage, ob integrative Ansätze geeignet sind, den Austausch über größere Flussabschnitte hinweg besser abzubilden und charakteristische Muster sowie Kipppunkte im System zu identifizieren.

Diese Studie untersucht, ob differenzielle Abflussmessungen entlang ganzer Flussabschnitte den GW-OW-Austausch zuverlässig erfassen können. Dabei gehen zwar lokale Details verloren, das Gesamtsystem wird jedoch als Ganzes beschrieben. Ziel ist es, ein flächendeckendes Verständnis räumlicher Austauschmuster in der Region zu gewinnen, welches über Einzelmessungen nicht zu erreichen ist.

Zur Untersuchung wurden in drei kleinen bis mittelgroßen Flüssen im Großraum Freiburg (mittlerer Abfluss: 2-20 m³/s) wurden an aufeinander folgenden Messstationen Abflusswerte gemessen. Entlang der untersuchten Abschnitte wurden 20 temporäre Pegelmessstationen installiert, die über mehr als zwei Jahre hinweg kontinuierlich Wasserstände und Abflüsse aufzeichneten. Durch gleichzeitige Messungen an aufeinanderfolgenden Querschnitten wurde der Nettoaustausch zwischen Fluss und Grundwasser berechnet. Alle Flüsse liegen in Trinkwassergewinnungsgebieten mit starker hydraulischer Verbindung.

Die Kombination langzeitiger und hochfrequenter Daten ermöglicht eine detaillierte Analyse saisonaler und kurzfristiger Variabilität, etwa infolge von Niederschlagsereignissen oder Trockenperioden. Besonders aufschlussreich sind die beobachteten Schwellenwerte, bei denen sich die Austauschrichtung umkehrt, was einen signifikanten Unterschied in der Wasserchemie bewirken kann. Damit werden Prozesse sichtbar, die in punktuellen Messungen kaum erfasst werden.

Der integrierte Ansatz deckt den wichtigsten Teil der Freiburger Trinkwassergebiete ab und zeigt das Potenzial differenzieller Abflussmessungen zur quantitativen Bewertung des GW-OW-Austauschs. Die Ergebnisse bieten eine wichtige Grundlage um künftig informierte wasserwirtschaftliche und ökologische Entscheidungen zu treffen.

Als größter Flächenversorger Deutschlands sichert der Oldenburgisch-Ostfriesische Wasserverband (OOWV) durch den Betrieb von 15 Wasserwerken die Trinkwasserversorgung von über eine Million Menschen im Nordwesten Deutschlands. Im Bereich dieser Wasserwerke werden an etwa 2600 Grundwassermessstellen regelmäßig der Grundwasserstand und an etwa 500 Messstellen die Wasserqualität gemessen. Die Basis für eine belastbare Qualität der erhobenen Daten bilden dabei Messstellen, die sowohl funktionsfähig als auch für ihre unterschiedlichen Überwachungs- und Monitoringaufgaben geeignet sind.

Aufgrund der Vielzahl der Messstellen ist eine manuelle Eignungsprüfung zeitintensiv und ineffizient. Daher wurde ein systematischer Ansatz entwickelt, der auf automatische Überprüfungen der Messstellendaten setzt. Im ersten Schritt wurden essentielle Kriterien definiert, die jede Grundwassermessstelle erfüllen muss, wie etwa die Angabe von aktuellen Koordinaten oder das Vorhandensein einer hydraulischen Trennung in der Schüttung. Die Kriterien orientieren sich an bestehenden Regelwerken, werden aber in einigen Punkten erweitert. Für Grundwassergütemessstellen wurden zusätzliche Anforderungen formuliert, die für reine Grundwasserstandsmessstellen nicht erforderlich sind.

Im nächsten Schritt wird nun sukzessive ein OOWV-internes R-Paket ‚messstellencheck‘ entwickelt, in dem die automatischen Überprüfungen der Kriterien zusammengefasst werden. Das Ziel ist, dieses Paket regelmäßig auf die Messstellendaten anzuwenden, um die Qualität des Messnetzes langfristig zu sichern. Erste Implementierungen und deren Anwendung auf die Messstellen eines Wasserwerks haben bereits gezeigt, dass das Paket eine große Unterstützung bei der Überarbeitung des Messnetzes sowie bei der Datenpflege darstellt. Die Ergebnisse des Messstellenchecks fördern nicht nur die Klarheit darüber, welche Messstellen verlässlich sind und weiter betrieben werden sollten, sondern weisen auch auf Lücken in den Daten hin. Diese Daten können nun gezielt in der Datenbank nachgepflegt werden, indem sie aus anderen Quellen wie PDF-Dokumenten übertragen werden. Sollten trotz der Nacherfassung weiterhin Datenlücken vorhanden sein, können ggf. Überprüfungen vor Ort, wie z.B. Kamerabefahrungen, veranlasst werden um diese zu schließen.

Das R-Paket 'messstellencheck' trägt damit entscheidend zur effizienten und gezielten Eignungsprüfung der Grundwassermessstellen bei. Diese digitale Lösung verbessert die Datenqualität und unterstützt die kontinuierliche Pflege der Messnetze, indem sie gezielt Lücken aufdeckt und Handlungsbedarfe identifiziert. Dadurch können Instandhaltungsmaßnahmen optimiert und Entscheidungen fundierter getroffen werden, was wiederum die Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit der Wasserversorgung stärkt.

Das Grundwassermonitoring basiert in Deutschland bislang weitgehend auf konventionellen Mess- und Berichtsverfahren, die auf regional verteilten Messstellen und periodischen Datenerhebungen beruhen. Diese etablierten Strukturen liefern grundlegende Informationen zu Wasserständen und hydrochemischen Parametern, schöpfen jedoch das Potenzial moderner digitaler Technologien bisher nur begrenzt aus. Die Digitalisierung eröffnet umfangreiche Möglichkeiten, die Qualität und den Nutzen des Monitorings deutlich zu steigern. Digitale Plattformen können unter anderem:

• Messnetze mit Echtzeit-Sensorik verknüpfen,
• Daten standardisieren,
• Routinen für die Plausibilisierung automatisieren,
• Beobachtungsdaten nahtlos mit Modellen verknüpfen,
• Datensicherheit gewährleisten und
• Informationen für Beteiligte und Betroffene transparent bereitstellen.

ENOLA ist eine Monitoringplattform für integriertes und kooperatives Grundwassermanagement von der Datenaufnahme bis zur Entscheidungsfindung. Essentielle Aufgaben für Hydrogeolog*innen und Akteur*innen aus der Wasserwirtschaft lassen sich darin intuitiv, schnell und vernetzt erledigen:

Erfassen – Verwalten – Analysieren – Auswerten – Diskutieren – Entscheiden

Die Akteure und Beteiligten können sowohl individuell als auch kooperativ im Team mit Echtzeitdaten arbeiten – vom kleinen Bauprojekt bis zum Landesmessnetz. Dabei greifen sie auf dieselben Daten zu („Single Source of Truth“). Die Daten sind unabhängig von Ort, Gerät sowie Betriebssystem nutzbar und liegen sicher auf DSGVO-konformen Servern in Deutschland. Durch effektive IT-Sicherheit, wie ISO/IEC 27001 zertifiziertes Datenhosting und Zwei-Faktor-Authentifizierung, sind die Daten vor unerlaubten Zugriffen geschützt.

In ENOLA sind Auswertungen (z.B. Bewertung hoher und niedriger Grundwasserstände) automatisiert, sodass Grundwasserdaten so inwertgesetzt werden können wie Wetterdaten. Dies erlaubt nicht nur die frühzeitige Erkennung hydrogeologischer Trends und eine schnellere Reaktionsfähigkeit bei kritischen Entwicklungen, sondern auch eine effizientere Planung von Maßnahmen zur Stabilisierung des Wasserhaushalts. Relevante Stakeholder können dabei nach Bedarf eingebunden werden und die Datenaufnahme sowie daraus abgeleitete Sachverhalte und Fakten transparent kommuniziert werden. Das stärkt das Vertrauen in hydrogeologische Projekte und steigert damit deren Akzeptanz.

Die Vorteile von ENOLA zusammengefasst:

• Kooperatives und integriertes Projektmanagement in der Hydrogeologie
• Zeitersparnis durch voll digitale und nahtlose Arbeitsprozesse
• Höhere Inwertsetzung der Daten durch frühe Erkennung fehlerhafter Messungen
• Verbessertes Systemverständnis durch automatisierte Auswertungen
• Direkte Anbindung von numerischen oder KI-Modellen über offene API-Schnittstelle
• Stakeholdermanagement: Möglichkeit zur direkten und transparenten Kommunikation nach außen

Daten zu umweltrelevanten Schutzgütern und Ressourcen wie Wasser werden in Deutschland größtenteils auf Länderebene und damit dezentral erfasst. Für Nutzenden ist damit der Zugang erschwert, da die Daten weit verteilt und uneinheitlich abgelegt sind. Aus diesem Grund wurde am Umweltbundesamt das Nationale Zentrum für Umwelt- und Naturschutzinformationen gegründet, dessen zentrales Produkt, das Portal umwelt.info, einen einheitlichen Zugang zu allen öffentlich verfügbaren Umwelt- und Naturschutzdaten Deutschlands bieten soll.

Das Suchportal umwelt.info ist seit Anfang 2025 online und bietet bereits über 1.2 Millionen Datensätze aus 250 verschiedenen Quellen, wie Behörden, Wissenschaft und Zivilverwaltung an (Stand Oktober 2025). Im Bereich Wasser sind bereits 127.700 Grundwassermessstellen und 24.900 Flussmessstellen erfasst. Über diese Messstellen werden Metadaten bereitgestellt wie eine global eindeutige Messstellen-ID, eine Liste der Messgrößen, Zeitraum und Ortsdaten der Messungen, sowie Verknüpfungen zu den jeweiligen Grundwasser- und Flusswasserkörpern. Des Weiteren existieren R- und Python-basierte Downloadskripte mit denen, falls vorhanden, die Zeitreihen der Messungen heruntergeladen werden können. Aufgrund unseres Open-Source-Ansatzes ist außerdem eine einfache Anpassung dieser Skripte für spezifische Anwendungszwecke möglich. Unsere dokumentierte API erleichtert einen direkten Zugriff.  

Im Bereich Grundwasser bietet umwelt.info:

• Verstetigter, regelmäßig aktualisierter und ständig wachsender Metadatenindex

• Vereinfachte Recherchen z.B. für datengetrieben Modellierung und Analyse

• Unterstützung für das skalenübergreifendes Verschneiden von verschiedenen Datenquellen

• Übersicht über Datenquellen im Bereich Wasser z.B. für die Bewertung von WRRL-Maßnahmen, den Aufbau Digitaler Zwillinge, Prognosemodellierung für die Aquiferbeschaffenheit und Grundwasserverfügbarkeit

Das Poster gibt einen Überblick über die aktuell in umwelt.info abrufbare Datenlage zu Grundwassermessstellen in Deutschland. Nutzen Sie die Gelegenheit am Poster, um mit uns über Ihre Anwendungsfälle und mögliche Datenlücken ins Gespräch zu kommen - und wie umwelt.info helfen kann, diese zu schließen.

Das Portal ist unter der Adresse https://umwelt.info erreichbar, wobei die Suche einfach unter https://umwelt.info/suche zu finden ist. Um Transparenz, Nachnutzbarkeit und Zusammenarbeit zu fördern, ist sämtlicher Code unter einer Open Source Lizenz erhältlich. Das zentrale Repository ist unter https://gitlab.opencode.de/umwelt-info gehostet, während alle Python und R-Skripte unter https://gitlab.opencode.de/umwelt-info/data-stories zu finden sind. 

Knowing the groundwater levels in observation and production wells is the basis for almost all assessments of groundwater hydraulics. Traditionally, water levels are determined manually with dip meters or indirectly via pressure sensors below the water table. The methods have proven to be robust over years, but are often not applicable, because either the gadgets are (1) not available in the area, (2) too costly or (3) not applied adequately. Due to these obstacles, many well water levels are still not monitored appropriately until today and projects like the Global Groundwater Monitoring Network (GGMN) by IGRAC (2025) show large gaps in non-OECD countries.

The smartphone app “Groundwater Global” allows everybody with access to an observation well the determination of groundwater levels by using the phone’s speaker and microphone. The app is available for iOS and Android and offers good accuracy for basically all smartphones on the market, when the well setup is suitable. The suitability of a well is mainly determined by the well diameter, the type of casing and the filter screen. The app is complemented by a database system to store the measurement results and connect them to specific locations.

When factors like air temperature are considered, the well water level can be determined with an accuracy of ±2 cm down to a depth of 25 m below well head, independently from the phone type. This was confirmed in a laboratory study with 18 different phone types for different well pipe lengths and will be evaluated further in an upcoming field study.

The app allows groundwater monitoring even under difficult circumstances and can be considered a promising tool to assess water levels at single wells as well as to improve the coverage of projects on larger scale such as the GGMN by IGRAC (2025).

References:

IGRAC (2025) - The Global Groundwater Monitoring Network (GGMN). Retrieved from https://ggmn.un-igrac.org/ (Accessed [30-10-2025]). DOI: https://doi.org/10.58154/6Z0Y-DA34

While numerical groundwater models are widely used, analytic element models (AEMs) offer advantages for specific applications. A key advantage of AEMs is their continuous nature, which can represent model values at any spatial point without requiring a computational grid. However, AEMs have several limitations that restrict their universal applicability compared to numerical models. Coupling numerical models with AEMs can combine the strengths of both modeling approaches.

This presentation demonstrates how coupling MODFLOW 6 (MF6) with the AEM TTim can enhance various aspects of groundwater modeling. The coupling was implemented using pymf6, which enables runtime control of MF6 through dynamic reading and modification of model variables. The coupling process creates a new TTim model for each MF6 cell at every time step. The TTim model inherits properties and boundary conditions from the parent MF6 model. Consequently, each MF6 cell becomes a fully functional TTim model capable of representing spatial and temporal details within that cell for one time step. Multiple TTim models can be coupled, one per MF6 cell.

The first use case demonstrates runtime reduction by coupling a TTim model containing a well to a cell in a coarsely discretized MF6 model. The objective is to obtain more accurate water levels in the well. Rather than implementing grid refinement or converting from rectilinear discretization (DIS) to vertex-based (DISV) or unstructured discretization (DISU), we employed TTim coupling. Results show that the coupled model reproduces well water levels comparable to those from MF6 models with significantly finer discretization, substantially reducing computational time by orders of magnitude.

The second use case involves placing multiple TTim wells within a single MF6 cell. This approach enables representation of closely spaced wells in an MF6 grid that is much coarser than the inter-well distances. Model outputs include water levels for all wells and the drawdown distribution within the MF6 cell. pymf6 can dynamically adjust the pumping rate of wells in the MF6 cell based on TTim results during runtime. For instance, the MF6 pumping rate can be regulated to maintain water levels in one or more wells within specified constraints.

Additional TTim features enable further coupling applications. TTim line sinks could represent small drainage ditches interacting with groundwater. TTim area sinks could model multiple small-scale infiltration structures with different hydraulic properties within a single MF6 cell. TTim models could also provide outer boundary conditions for MF6 models, such as infinite boundaries. This approach could reduce the numerical model domain size by allowing boundary conditions to be positioned closer to the area of interest, with the coupled TTim model accounting for distance effects.

Die Versuchsstation Karolinenfeld der Bayerischen Staatsgüter (BaySG) liegt östlich von München. Dort werden im Rahmen des Projektes "Moorverträgliche Bewirtschaftungsmaßnahmen" verschiedene Untersuchungen zu einer moorverträglichen Nutzung mit angehobenen Grundwasserständen durchgeführt. Zukünftig plant die BaySG mit Unterstützung des Landesamtes für Landwirtschaft (LfL) die Wiedervernässung des gesamten Moorversuchgutes, um den teilweise schon stark degradierten Torfkörper zu erhalten.

Im Rahmen des Projekts KliMoBay hat die DHI WASY zusammen mit der TU München bereits ein integriertes Wasserhaushaltsmodell aufgebaut, welches in der Lage ist, die komplexen Wechselbeziehungen zwischen Niederschlag, Verdunstung, Oberflächenabfluss, Grundwasser, Drainagen und Torfböden unterschiedlicher Degradierungsstufe abzubilden. Das integrierte Wasserhaushaltsmodell wurden stationär und instationär anhand von Grundwasserständen und Gewässerabflüssen kalibriert und ist in der Lage alle hydrologischen Prozesse und baulichen Maßnahmen realitätsnah abzubilden.

Ziel der Machbarkeitsstudie war es mithilfe des Modells die Moorwasserstände in so vielen Bereichen wie möglich auf ein Optimum anzuheben. Gleichzeitig sollten mögliche Synergieeffekte erkannt und mögliche negative Auswirkungen auf Gewässerabflüsse und Anrainer untersucht werden. So konnte beispielweise der Rückhalt von Starkregenereignissen nicht nur dem Hochwasserschutz dienen, sondern auch dazu beitragen das Wasserdefizit in den heißen Sommermonaten ausgleichen.

Das Modell ist durch den Finite-Differenzen-Ansatz in separate Modellzellen unterteilt, sodass sowohl Änderungen im (Grund-) Wasserstand, Gewässerabfluss als auch in der Wasserbilanz für jedes beliebige Teilgebiet ausgewertet werden können. Somit konnten die Auswirkungen durch den Wehranstau des zentralen Vorfluters bei Starkregen sowohl auf die maximalen Grundwasserstände als auch auf die Gewässerabflüsse detailliert untersucht werden.

Durch die Anwendung des integrierten Wasserhaushaltsmodells, konnten ebenfalls die langfristigen, sekundären Effekte auf die Wasserbilanz analysiert werden. So zeigt der Vergleich der Wasserbilanz für das Referenzszenario mit aktiven Drainagen gegenüber dem Szenario ohne Drainagen einen starken Anstieg im Direktabfluss, dem Basisabfluss und der Evapotranspiration.

Die Ergebnisse der Machbarkeitsstudie zeigen sieben vielversprechende Maßnahmen auf, welche eine Wiedervernässung ermöglichen. Darauf konnte differenziert analysiert werden, welche Maßnahmen dabei einen positiven bzw. welche einen negativen Effekt auf das Abflussverhaltens der Gewässer in Bezug auf den Hochwasserschutz erwarten lassen. Für eine der untersuchten Flächen zeigte sich beispielsweise, dass eine Umnutzung als Polderfläche die zielführendste Lösung darstellt – deren Umsetzung nun auch geplant ist. Künftig soll der Überlauf dieser Polderfläche zum Erlbach gesteuert erfolgen. Die hierfür erforderliche Steuerung wird mithilfe des integrierten Modellansatzes entwickelt.

Die Maßnahmen, wie hier vorgestellt, sollen nach Klärung der Genehmigungen und Bürgerbedenken, Schritt für Schritt erprobt werden.