Modellgestützte Bilanzierung der unterirdischen Wasserressourcen Berlins - die Grundwassersituation im weiteren Einzugsgebiet des Müggelsees

Abstract

Mit dieser Arbeit wird die Grundwassersituation in der wasserwirtschaftlich bedeutenden Region im Südosten Berlins erstmals in ihrer Gesamtheit mit Hilfe eines 3D-Grundwasserströmungsmodells untersucht. Das Modellgebiet umfaßt einen Bereich des Berliner Urstromtals und Teile der angrenzenden Hochflächen. Es bildet mit einer Fläche von 350 Quadratkilometern den durch Nutzung geprägten Teil des Einzugsgebietes von sechs Wasserwerken. Aus den oberen quartären Grundwasserleitern wird Grundwasser zur Trinkwassergewinnung entnommen wobei der größere Anteil (ca. 60%) über den Weg der Uferfiltration aus den Oberflächengewässern stammt. Als Datengrundlage für die Modellrechnungen mit dem Simulator FEFLOW dient ein eigens erstelltes hydrogeologisches Modell der quartären Lockergesteinskomplexe. Für die Modellkalibrierung und -validierung (stationär) liegen Daten der Entnahmezustände der Wasserwerke aus dem Zeitraum 1991 bis 1999 und der mittleren klimatischen Verhältnisse vor. Die Verifizierung der Aussagen erfolgt zusätzlich durch einen instationären Modelllauf für das Jahr 1996. Darauf aufbauend werden die Einflüsse unterschiedlicher Entnahmestrategien der Wasserwerke einerseits und möglicher Klimaänderungen andererseits als Szenarien getrennt voneinander und gekoppelt gerechnet. Die unterschiedlichen Auswirkungen auf die Grundwasserdynamik werden dargestellt und die Volumenströme bilanziert. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Quantifizierung der Uferfiltratanteile als Bindeglied zwischen Oberflächen- und Grundwasserhaushalt der Region. Durch die Simulation unterschiedlicher Entnahmestrategien wird die gegenseitige Beeinflussung der Teileinzugsgebiete der Wasserwerke und die Konkurrenz um das gemeinsame Dargebot nachgewiesen. Bei höheren Entnahmen steigt der Uferfiltratanteil überproportional, da das durch Neubildung bereitgestellte Dargebot erschöpft und das Einzugsgebiet flächenmäßig begrenzt ist. Die gleichen Folgen resultieren aus der Simulation einer Trockenheit. Dieser Annahme liegt die für Berlin und Brandenburg wahrscheinlichste Klimaentwicklung der nächsten 50 Jahre zugrunde. Sie geht u.a. von einem Rückgang der Grundwasserneubildung um ca. 60% aus. Diese Zahlen werden im Modell umgesetzt und im Ergebnis eine dauerhafte Absenkung des Grundwasserspiegels sowie eine Vergrößerung der Teileinzugsgebiete simuliert. Gleichzeitig resultiert daraus eine erhöhte Belastung der Oberflächengewässer, da das verringerte Dargebot durch erhöhte Uferfiltration kompensiert wird. Nur durch diese regionale Betrachtung wird deutlich, daß langfristig und großflächig wirkende Klimaänderungen stärkere Auswirkungen auf den Grundwasserhaushalt haben als die vergleichsweise lokal wirkenden Änderungen im Förderregime der Wasserwerke.

Occurring for the first time a regional 3D-Groundwater-Flow-Model is set-up for the main part of a catchment area at South-East Berlin area, covering 350 square kilometres. Water works at six locations, surrounding one of the biggest facilities in Friedrichshagen, forming a system of interacting watersheds. In that urban region water is pumped from the uppermost quaternary aquifer and the sediment layer of the Urstromtal . The River Spree and Dahme dominate as surface waters, contributing to the water demand by riverbank filtration. The model is based on long-term time series of water-tables, measured by several institutions, and on hydro-geological explorations, which were conducted by several institutions as well. The aim of the model is to simulate the observed changes in the groundwater regime for calibration and validation purposes first. As a post processing result the change of catchment areas for the different water works as reaction to the altered operation regime becomes visible. Predicted changes in climate and resulting aquifer response are discussed in a main chapter. Practically use of separated or coupled simulation of effects caused by different management and recharge scenarios lead to an integrated model for managing the water resources, i.e. groundwater and surface water, of an extended urban center.