Der GCI-Rohrpassivsammler ermöglicht unter Nutzung der Anreicherung von Wasserinhaltsstoffen an Kollektormaterialien (Passivsammler) eine zeitintegrative Überwachung variierender Spurenstoff-Konzentrationen. Der optimierte Messwasserstrom und die stoffspezifische, frachtbasierte in situ-Kalibrierung ermöglichen eine hohe Sensitivität mit quantitativer Auswertung der Kollektionsbefunde. Der Vorteil liegt in der lückenlosen und integralen Überwachung über lange Zeiträume bei gleichzeitig geringem Aufwand für Laboranalysen. Die Abbildung 1 zeigt eine Rohrpassivsammler-Messeinrichtung im Bypass eines Betriebsbrunnens (A) und den geöffneten Rohrpassivsammler mit Träger und Passivsammlern (B).

Abb. 1 A: GCI-Rohrpassivsammler-Messeinrichtung zur PFAS-Messung im Bypass eines Wasserwerksbrunnens B: Rohrpassivsammler mit Träger und Passivsammlern C: Gegenüberstellung mittlerer PFAS-Konzentrationen aus Direktanalytik und Rohrpassivsammler-Monitoring einer 28 Tages Probe vom Werksausgang des Wasserwerks (aus Hein et al. 2025)

Die Kalibrierergebnisse zeigen deutliche Anreicherungseffekte der PFAS aus dem Messwasserstrom auf den Passivsammlern, die trotz sehr niedriger Konzentrationsbereiche im Reinwasser bis in den Bereich der analytischen Bestimmungsgrenze (1 ng/L) eine sichere Bestimmung und Beurteilung der relevanten Einzelverbindungen ermöglichen. Die Gegenüberstellung mittlerer PFAS-Konzentrationen eines 28-Tage-Versuches, der nicht Teil der Kalibrierung war, zeigt sehr gute Übereinstimmungen zwischen Direktanalytik von Mischwasserproben und dem kontinuierlichen Rohrpassivsammler-Monitoring (s. Abb. 1C).

Seit September 2025 werden die PFAS-Gehalte in einem Wasserwerk im Reinwasser und zwei ausgewählten Brunnen (im Einzugsgebiet einer Altlast) mit Rohrpassivsammlern kontinuierlich erfasst. Mit jeweils einer Analyse pro Monat kann hier die Einhaltung zulässiger Grenzwerte im Reinwasser am Werksausgang des Wasserwerkes und die Wirksamkeit eingeleiteter Abwehrmaßnahmen im Grundwasseranstrom überwacht werden. Die Ergebnisse des Rohrpassivsammler-Monitorings ermöglicht die Ableitung frachtbasierter Informationen für das kontinuierliche Monitoring.

Das patentierte Messprinzip (Patent-Nr. DE 10 2016 003 8430, 2017) kann insbesondere an unter-Druck-stehenden Systemen eingesetzt werden. Vielseitig erprobt ist der Einsatz im Bypass von Brunnen- und geklärten Abwasserförderströmen (Hensel et al. 2024) zur Detektion von sprengstofftypischen Verbindungen (STV), Industriechemikalien und Pharmaka. Auch in industriellem Abwasser wurde der Rohrpassivsammler erfolgreich getestet (Hensel et al., eingereicht).

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Hein, J.-H., Hensel, T., Zietzschmann F. (2025) Rohrpassivsammler - Eine innovative Messeinrichtung zur zeitintegrativen Überwachung anthropogener Wasserinhaltsstoffe im teilgeschlossenen Wasserkreislauf. Grundwasser, Themenheft 2026, Status accepted

Hensel, T., Hein, J.-H., Reemtsma, T., Sperlich, A., Gnirß, R., Zietzschmann, F. (2024) In Situ Calibration of a Tube Passive Sampler in Wastewater Effluent with Adjustable Volumetric Flow for the Assessment of Micropollutants with Fluctuating Concentrations. ACS ES&T water 4(12):5310–5319. https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00348

Hensel, T., Hein, J.-H., Krystek, P., Togola A., Reemtsma, T., Zietzschmann, F. Complementarity of passive sampling and composite aqueous sampling to assess PFAS emissions in industrial wastewater, Okt. 2025 eingereicht

Das Landesamt für Natur, Umwelt und Klima Nordrhein-Westfalen (LANUK) begleitet die Bergbautätigkeit im Rheinischen Braunkohlerevier langjährig mit einem großräumigen Grundwassermodell. Das dreidimensionale und instationäre Strömungsmodell wird mit der Software Feflow® betrieben.

Eine Herausforderung für die Modellierung ist die hinreichende Abbildung des montanhydrologischen Lebenszyklus eines Tagebaus. Die kontinuierliche Fortschreitung der Tagebaue erfordert einen räumlich heterogenen und zeitlich variablen Wechsel der hydraulischen Parameter für individuelle Modellelemente im Simulationsverlauf von der ursprünglichen geologischen Schichtung zu Tagebaurestloch und abschließender Rekultivierung (Kippe bzw. Tagebaurestsee). Eine hinreichende Abbildung dieses Lebenszyklus ist essenziell für eine gute Modellkalibrierung und damit für die Prognosefähigkeit des Modells. Feflow bietet hierfür bereits softwareinterne Lösungen an. Das Grundwassermodell wird fortlaufend aktualisiert, um die sich stetig verändernde Datenlage über die Modellkalibrierung in eine jederzeit bestmögliche Prognosefähigkeit des Modells umzusetzen. Unter diesen Bedingungen sind die erwähnten Bordmittel von Feflow nur begrenzt effektiv einsetzbar. Um die hierfür notwendigen Parameteränderungen effizienter umsetzen zu können, wurde im Rahmen des Projektes die Modellsoftware um bergbauspezifische Funktionalitäten erweitert (IFM-Modul). Das Modul ermöglicht eine effektive Vorgabe der Modellzustände in Teilbereichen des Tagebaus. Wesentliche Aspekte der Steuerung umfassen

(1) zeitliche Berücksichtigung des Tagebaufortschritts,

(2) zeit- und potentialabhängige ortsspezifische Vorgabe von Randbedingungen zur Tagebauentwässerung, die über die üblichen Randbedingungen von Feflow hinausgehen

(3) der Wechsel der Parameter k_f-Werte, Porosität und spez. Speicher im Bereich des Tagebaus (geologische Schicht – Kippe – Tagebaurestsee)

Im Abbaugebiet kommt es zu signifikanten Veränderungen der Geländeoberfläche. Die größten topographischen Überformungen bilden die Tagebaurestlöcher, welche im Rheinischen Revier künftig als großflächige Tagebaurestseen rekultiviert werden sollen. Die Tagebaurestseen werden im Modell über die „high-k-method“ abgebildet, d.h. das Seevolumen wird im Modellgitter berücksichtigt und mit hohen k_f-Werten und einer Porosität von 1 belegt. Um die künftig zu erwartende Interaktion zwischen See und Grundwasser verlässlich mit dem Modell beschreiben und bilanzieren zu können, bedarf es einer Berücksichtigung der Bathymetrie im Modellgitter. Mittels eines weiteren eigenentwickelten IFM-Moduls ist es möglich, eine adaptive Anpassung des Modellgitters in der Vertikalen während der Laufzeit gezielt zu einem definierten Zeitpunkt vorzunehmen. Die Bathymetrie wird entsprechend der Planungsvorgaben im Modell abgebildet und die Modellschichten zwischen Seeboden und definierter Seespiegelhöhe gleichverteilt.

Der Große Seddiner See, ein 218 ha großer Flachwassersee südlich von Potsdam, weist seit Ende der 1980er Jahre einen kontinuierlichen Rückgang des Seewasserspiegels um rund 1,4 m auf, der sich in den Trockenjahren 2018–2020 verstärkt. Parallel hierzu zeigen umliegende GW-Messstellen auf der Hochfläche gleichgerichtete Trends, was auf eine hydraulische Kopplung zwischen Grundwasser (GW) und Oberflächenwasser (OW) schließen lässt. Der fallende Wasserstand führt zu einer Verschlechterung des trophischen Zustands und zum großflächigen Austrocknen der Flachwasserhabitate. Der See ist für die Gemeinde Seddiner See von hoher wirtschaftlicher und kultureller Bedeutung. Zur Stabilisierung des Seewasserstands und zur Vermeidung einer weiteren ökologischen Degradation wird von der Gemeinde die Einleitung von Fremdwasser aus der südlich gelegenen Nieplitz als mögliche Maßnahme diskutiert. Zur Untersuchung, ob eine solche Maßnahme den Seewasserstand langfristig stützen kann, wurde ein dreidimensionales instationäres Grundwassermodell für den Zeitraum 1974–2023 in FEFLOW erstellt und kalibriert. Die Grundwasserneubildung wurde auf monatlicher Basis mit dem Bodenwasserhaushaltsmodell Mike SHE berechnet.

Das Modellgebiet ist 308 km² groß und reicht bis zu den Niederungen der regionalen Vorfluter. Das GW-Modell umfasst den Seddiner See, die umliegenden Grundwasserleiter sowie alle recherchierbaren Wasserentnahmen > 10 m³/d. Der See wird im Modell über die „high-k-method“ abgebildet. Dafür wurden die Bathymetrie und das Seevolumen ins Modell implementiert. Außerdem wird eine kartierte Verbreitung der Seemudde unterhalb des Sees berücksichtigt. Die tägliche Seewasserverdunstung wurde mit dem Modell FLake berechnet und anhand von Temperaturtiefenprofilen im See kalibriert. Dies erlaubt eine zeitlich variable Berechnung des Seewasserspiegels und die Identifikation von Austauschflächen im Modell. Die Simulationen bilden die GW-OW-Interaktionen im Seeumfeld realitätsnah ab. Es wurden monatliche Bilanzen für den Seewasserhaushalt ausgewiesen. Für den Seddiner See lassen sich räumlich sowohl konstante Zu- und Abstromzonen sowie Bereiche mit zeitweise wechselnden Bedingungen ausweisen.

Mit verschiedenen Szenarien wurden die Effekte von Fremdwassereinleitungen zur Stützung des Seewasserstandes untersucht:

1. Einleitung unter aktuellen klimatischen Bedingungen
2. Einleitung für ausgewählten Klimaprojektionen (Spannweitenbetrachtungen für 26 instationäre Klimaprojektionen der Klimaszenarien RCP 4.5 und RCP 8.5)
3. Bestimmung der erforderlichen Einleitmengen zur Erreichung eines Zielwasserstands

In den Szenarien 1 und 2 wurde eine jährliche Einleitmenge von 650.000 m³/a auf die Monate November bis März verteilt. Unter heutigen Bedingungen (1) würde dies den mittleren Seewasserstand um etwa 30 cm erhöhen; im Zukunftsszenario (2) ergibt sich ein mittlerer Anstieg von 45–60 cm. Gleichzeitig zeigt sich während der Einleitungsphasen ein erhöhter Nettoabstrom aus dem See ins Grundwasser.

Die Ergebnisse des Szenarios 2 verdeutlichen, dass unter kontinuierlicher Einleitung von 650.000 m³/a der Zielwasserstand nur in den feuchtesten Klimaprojektionen erreicht wird.

Im Szenario 3 wurde auf Basis der mittleren RCP 8.5-Projektion die zur Zielerreichung erforderliche jährliche Einleitmenge bestimmt. Diese beträgt im Mittel 1,08 Mio. m³/a, variiert jedoch zeitlich mit den klimatischen Bedingungen und sinkt langfristig auf etwa 0,79 Mio. m³/a bis zum Jahr 2100.

Im Jahr 2001 wurde nach einer 105-jährigen Betriebsphase das Wasserwerk (WW) Jungfernheide in Berlin vom Netz genommen. Das WW förderte > 75% Uferfiltrat aus der Spree und über künstliche Anreicherungsbecken. Die Entscheidung zur Schließung des WW resultierte aus dem damals über längere Zeit stark sinkenden Wasserverbrauch in der Hauptstadt. Da infolge der Schließung durch die wiederansteigenden Grundwasserpegel Nässeschäden an Gebäuden im Umfeld zu befürchten waren, wurde zwischen den Berliner Wasserbetrieben (BWB) und dem Land Berlin ein durch die BWB durchzuführendes Grundwassermanagement inkl. einer Grundwasserhaltung vereinbart. Die Grundwasserhaltung wurde später durch das Unternehmen Siemens in Kombination mit einer erforderlichen Altlastensanierung übernommen.

Seit 2010 steigen die Einwohnerzahlen in Berlin jedoch deutlich an. Ende 2024 lag die Zahl mit ca. 3,9 Mio. bereits ca. 500.000 und damit 15% höher als 2010. Aus diesem und einem vorläufig prognostizierten weiteren Anstieg ergibt sich ein entsprechend zusätzlicher Rohwasserbedarf. Der Bedarf nach Zusatzrohwasserkapazitäten wurde ebenfalls im Masterplan Wasser Berlin konstatiert. Für die Wiederinbetriebnahme des WW Jungfernheide, als naheliegende Maßnahme zur Erhöhung dieser Rohwasserkapazitäten, wurde in 2022 ein modellgestütztes Gutachten erstellt, dass sowohl mit einem hydraulischen und betrieblichen Blick als auch aus Sicht der Beschaffenheit und einer möglichst naturnahen Aufbereitung die maximal möglichen Entnahmemengen bestimmen sollte. Im Rahmen der Studie wurde aus Uferfiltrat- und GW-Bilanzanteilen die zu erwartende Rohwasserqualität für alle relevanten Stoffe unter Berücksichtigung von Minderungsfaktoren für die Bodenpassage und Abbauprozessen im Grundwasserleiter prognostiziert, darunter u.a. org. Spurenstoffe, Arzneimittel, LHKW, PFAS, und Sulfat. Die Ergebnisse zeigen, dass auch bei dominierendem Oberflächenwasseranteil grundsätzlich eine gute Wasserqualität zu erwarten ist. Das Grundwassermodell bezieht ebenfalls die benachbarten WW Tegel und Spandau sowie zwei Galerien des WW Tiefwerder ein.

Das WW-Gelände Jungfernheide liegt im stark urban geprägten Umfeld, eingebettet zwischen Siemensstadt und Spree. Entsprechend sind auch die unterschiedlichsten Belange der umliegenden Areale einzubeziehen, insbesondere der wachsende Bedarf nach einer geothermischen Nutzung des Grundwassers. In Abstimmung mit dem Berliner Senat wurden diesbezüglich weiterführende Modelluntersuchungen durchgeführt, mit dem Ziel ein geplantes Erdwärmesondenfeld im Einklang mit dem zukünftigen WW-Betrieb zu ermöglichen.

Aufgrund des anhaltenden Bevölkerungswachstums, Einschränkungen durch Altlasten sowie als Folge des Klimawandels (längere Trockenphasen mit einem Zusatzwasserbedarf und damit verbunden kürzere Intervalle für die Regenerierung der Förderbrunnen) erfahren die BWB bereits aktuell einen akuten Bedarf nach Zusatzkapazitäten. Da jedoch die Genehmigungsprozesse für Grundwasserentnahmen in der Regel einen langen und umfassenden Bearbeitungsprozess insbesondere bei Erfordernis einer UVU-Pflicht beanspruchen, wird derzeit das Grundwassermodell dazu eingesetzt, eine vereinfachte Bauweise des WW mit einer geringeren Entnahmemenge zur Verkürzung der Genehmigungsdauer zu untersuchen.

In dem Vortrag wird über die Geschichte des Wasserwerks Jungfernheide, die Entwicklung und Fortschreibung des Grundwassermodells und die zu erwartenden Uferfiltratsmengen berichtet.

Die softwaregestützte Bewertung von Grundwässern ist ein zentraler Bestandteil des Grundwassermonitorings und der Gefährdungsanalyse.
Für die Beurteilung des Vorliegens und der Intensität eines salinaren Stoffeintrags in Gewässer und Grundwasser nimmt die Software GEBAH (Genetische Bewertung von Analysen der Hydrosphäre) in Norddeutschland eine bedeutende Rolle ein. Mit Hilfe hydrogeochemischer Daten gelingt es, salinare Wasserintrusionen (Binnenversalzung, Küstenversalzung) konzentrationsunabhängig und damit frühzeitig zu erkennen. GEBAH wird in Brandenburg seit 2010 von Landesbehörden, Wasserversorgern und Ingenieurbüros eingesetzt. Auswertungen mit GEBAH sind hier etablierter Bestandteil des Grundwassermanagements, der Erkundung und Erschließung von Wasservorräten sowie der Wasserrechts- und Wasserschutzgebietsverfahren.
Im Zuge der Weiterentwicklung wird GEBAH vollständig in die Programmiersprache Python überführt und als cloudbasierte Software-as-a-Service (SaaS) bereitgestellt. Damit wird das bisherige auf VB6 basierende System in eine zukunftssichere, skalierbare Architektur überführt, die eine ortsunabhängige Nutzung, die automatisierte Datenübermittlung an das LBGR (im Sinne des Geologiedatengesetzes) und eine Integration in bestehende Fach- und Behörden-Workflows ermöglicht. Ziel ist die Schaffung einer digitalen Plattform, die den Betrieb, die Weiterentwicklung und die Qualitätssicherung der Bewertungsmethoden langfristig gewährleistet.
Die technische Umsetzung basiert auf einer serviceorientierten Drei-Schichten-Architektur mit klar getrennten Ebenen für Datenhaltung, Logik/API und Präsentation. Diese Struktur erlaubt eine hohe Modularität und erleichtert die Integration neuer Funktionen und Schnittstellen. Der Python-Kern implementiert sämtliche Bewertungsalgorithmen modular und stellt sie über eine standardisierte REST-API bereit. Damit können perspektivisch ggf. auch externe Anwendungen und Fachverfahren direkt auf die Bewertungsfunktionen von GEBAH zugreifen.
Die browserbasierte Webanwendung bietet moderne Benutzeroberflächen mit Kartenansichten, interaktive Visualisierungen und Plausibilitätsprüfungen. Ein integriertes Benutzer- und Rechtemanagement, Protokollierung und automatisierte Updates gewährleisten die Einhaltung aktueller IT-Sicherheits- und Datenschutzstandards. Kernkomponenten bilden Module zur Stammdaten- und Messdatenverwaltung, eine Administrationsoberfläche, die GEBAH-Auswertung sowie weitere anwendungsorientierte Funktionsmodule.
Die Cloud-Umgebung wird containerisiert bereitgestellt und kann wahlweise in öffentlichen oder behördeninternen Rechenzentren betrieben werden. Dieses Konzept ermöglicht eine effiziente Skalierung, eine zentrale Verteilung von Softwareupdates und den ortsunabhängigen Zugriff für unterschiedliche Nutzergruppen.
Mit der Neuentwicklung von GEBAH als Cloud-Dienst entsteht ein Werkzeug für hydrogeochemische Bewertungsprozesse, das klassische hydrogeochemische Fachlogik mit modernen Konzepten der Softwareentwicklung, Cloud-Technologien und Datenintegration verbindet. Die Plattform steht exemplarisch für den Übergang von spezialisierten Fachanwendungen hin zu integrierten digitalen Grundwassersystemen, die Daten, Modelle und Bewertungswerkzeuge in einer einheitlichen digitalen Umgebung zusammenführen.
Der Vortrag gibt Einblicke in das Projekt zur Transformation der GEBAH-Desktopanwendung in die Cloud und stellt die neue Fachanwendung vor.