Flurabstand des Grundwassers 2009

Methode

Zur Ermittlung der Flurabstände wurde zunächst aus den Daten der Grundwassermessstellen die Höhe der freien Grundwasseroberfläche über dem Meeresspiegel für den Monat Mai 2009 errechnet. Das Verfahren ist im Text zur Karte Grundwasserhöhen Mai 2009 beschrieben (vgl. Karte 02.12).

In Bereichen mit gespanntem Grundwasser ist der Flurabstand als Abstand zwischen der in der Höhenlage unterschiedlichen Unterfläche der Deckschicht (bzw. der Oberfläche des Grundwasserleiters) und der Geländeoberfläche definiert. In diesen Bereichen wurden daher die Grundwasserstandsdaten der Messstellen durch die Stützpunkte ersetzt, die die Unterflächen der Deckschichten repräsentieren (s. Abb. 6). Zusätzlich existieren im Norden von Berlin (Märkisches Viertel, Lübars, Blankenfelde, Rosenthal) Gebiete, wo der bedeckte quartäre Hauptgrundwasserleiter unter Geschiebemergel nicht zusammenhängend, sondern nur isoliert verbreitet ist. Das in den Untergrund versickernde Wasser erreicht diesen zumeist nicht, sondern fließt auf oberflächennahen bindigen Zwischenschichten lateral zum nächsten Vorfluter (sog. “hypodermischer Abfluss”). Diese Gebiete wurden aufgrund der Komplexität der hier bestehenden Lagerungsbedingungen von der Berechnung des Flurabstandes ausgenommen.

Die Erarbeitung des einheitlichen Rasterdatenbestandes (Grid) zur Grundwasseroberfläche aus der beschriebenen Datengrundlage geschah sukzessiv in mehreren Arbeitsschritten. Im Rahmen der Bearbeitung im Jahr 2003 hatte sich gezeigt, dass es durch die einheitliche Regionalisierung der gesamten Stützpunktbasis – bestehend aus den Grundwasserständen in den ungespannten und den Stützpunkten zu den Unterflächen in den gespannten Gebieten – zu einer lokal z. T. weit reichenden Beeinflussung über die als signifikant erkannten Grenzlinien unterschiedlicher Spannungszustände hinaus kommen kann. Da an diesen Grenzlinien aber zumeist auch sehr große Unterschiede der Tiefenlage der Grundwasseroberfläche bestehen (auf der gespannten Seite der Grenze liegt die Oberfläche zumeist deutlich tiefer als auf der ungespannten Seite) führt das einheitliche Regionalisierungsverfahren hier zu unbefriedigenden Ergebnissen.

Aus diesem Grund wurde das Kriging-Verfahren getrennt jeweils in ungespannten und gespannten Gebieten durchgeführt und anschließend die separaten Teil-Grids zusammengeführt. Hierdurch können die hydrogeologisch begründeten Differenzen bzw. “Sprünge” an den Grenzlinien der Grundwasserspannung besser abgebildet werden. Dies wirkt sich vor allem an den Rändern des Urstromtals zu den nördlich bzw. südlich angrenzenden Hochflächengebieten positiv aus, da es hier nicht mehr zu einem “Herabziehen” der Grundwasseroberfläche im ungespannten Bereich kommt.

Mit dieser aggregierten Datengrundlage wurde dann das Modell der Grundwasseroberfläche erstellt, das in Form von Isohypsen (Linien gleicher Höhenlage der Grundwasseroberfläche) sichtbar gemacht werden kann (s. Abb. 7). Zur Interpolation wurde eine Variogrammanalyse erstellt und das Kriging-Verfahren mit Hilfe des Programmes Surfer verwendet.

Abb. 7: Grundwasseroberfläche in Berlin und im Umland im Mai 2009 in Meter NHN

Diese Übersicht zur Grundwasseroberfläche ist ein Zwischenergebnis im Sinne eines synthetischen Berechnungsergebnisses. Die Darstellung und Interpretation dieses Zwischenergebnisses ist eine wichtige Plausibilitätsprüfung auf dem Weg der Ermittlung des Flurabstandes, da durch den Verschnitt mit dem Höhenmodell eine neue, unabhängige Information in das Modell integriert wird. Unklarheiten in diesem Verschneidungsergebnis können ihre Ursachen dann in Unplausibilitäten einer der beiden unabhängigen Informationen haben.

Durch die Einbeziehung der Unterflächen der hemmenden Deckschichten zeigen sich die Bereiche, in denen die (gespannte) Grundwasseroberfläche unter mächtiger Geschiebemergelbedeckung in großen Tiefen liegt, sehr deutlich. Zugleich sind auch die “Sprünge” der Grundwasseroberfläche an den Rändern der Gebiete von gespanntem bzw. ungespannten Grundwasser gut erkennbar.

Auf der Barnim-Hochfläche befinden sich tiefe Bereiche insbesondere im nordöstlichen sowie im südlichen Randbereich der Grundmoränenplatte. Hier liegt die gespannte Grundwasseroberfläche nahe bei bzw. lokal tiefer als 0 Meter NHN. Es sind zumeist auch diejenigen Gebiete, in denen kein bzw. nur ein isoliert verbreiteter Grundwasserleiter vorhanden ist. Innerhalb der gespannten Gebiete in Frohnau taucht die Grundwasseroberfläche hingegen nur auf etwa 15 Meter +NHN ab.

Der südliche Bereich der Teltow-Hochfläche (Marienfelde, Buckow) ist durch Tiefenlagen der Grundwasseroberfläche von etwa 10 Meter +NHN geprägt. Im Bereich der Hochflächensande des Teltow östlich der Havel sind ebenfalls sehr tiefliegende Bereiche erkennbar, lokal erreichen diese hier annähernd 0 Meter +NHN. Westlich der Havel ist dies auch der Fall, zumeist liegt die Grundwasseroberfläche in den gespannten Bereichen hier jedoch zwischen 10 und 25 Meter +NHN.

Die höchsten Lagen der Grundwasseroberfläche finden sich mit Höhenlagen zwischen 55 und 60 Meter +NHN im nordöstlichen, ungespannten Bereich des Panketals in Buch an der Landesgrenze zu Brandenburg. Außerhalb Berlins steigt die Grundwasseroberfläche auf dem Barnim sogar lokal bis oberhalb von 60 Meter + NHN, zeigt aber auch kleinräumig sehr große Schwankungen (z. B. an der Stadtgrenze bei Ahrensfelde). Im Nordwesten von Berlin befindet sich die Grundwasseroberfläche innerhalb des Urstromtals auf einem relativ homogenen Niveau, fällt aber bei Marwitz im gespannten Bereich wieder deutlich ab. Südlich von Berlin liegt sie im Bereich des Teltows bei wechselnden Spannungszuständen zumeist oberhalb von 35 Meter, lokal auch oberhalb von 40 Meter + NHN.

Der ungespannte Bereich des Panketals tritt deutlich gegenüber den gespannten Gebieten in der Umgebung mit Höhenlagen der Grundwasseroberfläche von zumeist 40 bis 50 Meter +NHN in Erscheinung. An den Rändern des Panketals sind auch die größten “Sprunghöhen” der Grundwasseroberfläche mit lokal bis zu 40 Meter vertikaler Differenz auf wenige Hundert Meter in der Horizontalen erkennbar (z. B. am östlichen Rand auf der Höhe von Blankenburg). Durch die zunächst getrennte und anschließend wieder aggregierte Berechnung der Grundwasseroberfläche konnte erreicht werden, dass hier keine gegenseitige – und in der Natur nicht vorhandene – Beeinflussung aufgrund des Regionalisierungsprozesses entstanden ist.

Im Urstromtal entspricht die Grundwasseroberfläche den Grundwassergleichenlinien. Es zeigt sich ein kontinuierlicher Abfall der Grundwasseroberfläche in Fließrichtung der beiden für den Hauptgrundwasserleiter maßgeblichen Vorfluter Spree und Havel in Ost-West- bzw. Nord-Süd-Richtung. Dies entspricht dem hier flächendeckend vorhandenen hydraulischen Kontakt zwischen Oberflächen- und Grundwasser.

Anschließend wurde aus dem Modell der Grundwasseroberfläche und dem Geländehöhenmodell ein Differenzmodell errechnet. Die Rasterweite betrug dabei 5 Meter.

Neben dem 5 m-Modell wurden weitere Modelle mit größeren Rasterweiten berechnet (10, 25, 50 und 100m), die je nach Abbildungsmaßstab im GIS dargestellt werden. Für die PDF-Karte wurde die Rasterweite 25 m gewählt.

Der Flurabstand des Grundwassers wurde in 14 Abstandsklassen eingeteilt und als Schichtstufenkarte ausgegeben. Um die Flurabstände vor allem in dem für die Vegetation wichtigen Bereich bis zu 4 Metern differenziert angeben zu können, wurde dort eine detailliertere Klasseneinteilung gewählt.

Für kleinräumige Betrachtungsweisen ist es unter Verwendung kleinerer Rasterweiten bei der Interpolation mit den digital vorliegenden Ausgangsdaten möglich, genauere Ergebnisse zu erzielen. Auch die Klassengrenzen für die Flurabstandsklassen sind frei wählbar und liegen in den berechneten Gitterdaten dementsprechend mit diskreten Angaben vor.

Die Aussagegenauigkeit des Flurabstandsmodells ist unmittelbar abhängig von der Qualität des Höhenmodells; deshalb sind die für die Höhenmodelle angegebenen Genauigkeiten im Prinzip auch für die Flurabstandskarte gültig. Für das DGM 25 auf Brandenburger Gebiet liegen die Genauigkeiten bei kleiner +/- 2 m, für das DGM 5 auf Berliner Gebiet bei +/- 0,5 m oder besser.

Um möglichen Fehlinterpretationen vorzubeugen, sind folgende Punkte zu berücksichtigen:

• Die Daten zu den Geländehöhen weisen aufgrund der Datenlage z. T. Ungenauigkeiten auf. Dies betrifft einerseits das Gebiet des Landes Brandenburg, das durch das DGM5 noch nicht erfasst wird. Andererseits sind auch in den Gebieten, die durch Daten des DGM5 abgedeckt werden einige methodisch bedingte Fehler (z.B. Fehlinterpretation des Laserscan-Verfahrens bei Glasdächern und Solarkollektoren) enthalten, die z.T. zu falschen Höhenangaben und damit zu scheinbaren Senken mit geringen Flurabständen führen, die in der Realität nicht vorhanden sind. Solche Gebiete treten z.B. in der dicht bebauten Innenstadt auf, sind aber selten und in ihrer Ausdehnung eng begrenzt.
• In Bereichen, in denen Grundwasser unter mächtigen schlecht durchlässigen grundwasserhemmenden Geschiebemergelschichten ansteht und zumeist dann auch gespannt ist, ist in der Regel von Flurabständen von mehr als 10 Metern, oftmals auch von mehr als 20 Metern auszugehen. Die Unterkante des Grundwasserhemmers wurde dort als Oberfläche des Grundwassers angenommen. Sandige Einlagerungen in und auf diesen Geschiebemergelschichten, in denen auch oberflächennah bzw. nur saisonal ausgebildetes Grundwasser auftreten kann, sind räumlich eng begrenzt, in ihrem Vorkommen nur mit großem Aufwand lokalisierbar und für die Flurabstandsermittlung nicht berücksichtigt. Besonders im gespannten Gebiet mit nur isoliert vorkommendem quartären Hauptgrundwasserleiter ist ebenfalls mit oberflächennahem Vorkommen von Grundwasser (z. B. im Tegeler Fließ) zu rechnen.
• Im Nahbereich der Brunnen unterliegt die Grundwasseroberfläche je nach Förderleistung starken Schwankungen. Aus diesem Grunde können hier kleinräumig höhere Flurabstände auftreten, die in ihrer flächenmäßigen Ausdehnung im gewählten Maßstab ebenfalls nicht darstellbar sind.
• Es ist zu beachten, dass in der Flurabstandskarte nicht alle feuchten, für den Biotop- und Artenschutz potentiell wertvolle Flächen abgelesen werden können (Flurabstand < 1,0 m). Dies betrifft z.B. Flächen, die keinen Grundwasseranschluss besitzen und durch Stauwasser bzw. periodisch auftretende Überflutungen vernässt werden (z.B. die Tiefwerder Wiesen, Tegeler Fließ).