Grundwasserhöhen des Hauptgrundwasserleiters und des Panketalgrundwasserleiters 2014

Einleitung

Die genaue Kenntnis der aktuellen Grundwasserstände und damit auch der Grundwasservorräte ist für das Land Berlin unerlässlich, da das gesamte Wasser für die öffentliche Wasserversorgung von Berlin zu 100 % aus dem Grundwasser gewonnen wird (im Jahr 2013 waren es 207 Millionen m³). Dieses Grundwasser wird von neun Wasserwerken nahezu vollständig aus dem eigenen Stadtgebiet gefördert (Abb. 1). Nur das Wasserwerk Stolpe am nördlichen Stadtrand entnimmt sein Wasser im Land Brandenburg und liefert etwa 9 % der Berliner Gesamtförderung in die Stadt.

Abb. 1: Lage der neun Wasserwerke, die Berlin im Mai 2014 mit Trinkwasser versorgten

Darüber hinaus werden die Grundwasservorkommen durch Eigen- und Brauchwasserentnahmen sowie durch große Bauwasserhaltungen, Grundwassersanierungsmaßnahmen und Wärmenutzungen beansprucht. In Berlin sind zahlreiche Boden- und Grundwasserkontaminationen bekannt, die sich nur bei genauer Kenntnis der Grundwasserverhältnisse sanieren lassen.

Aus diesem Grund werden von der Arbeitsgruppe Geologie und Grundwassermanagement für die interne Bearbeitung monatlich Grundwassergleichenkarten erzeugt. Die Karte für den Mai, in dem in der Regel die höchsten innerjährlichen Grundwasserstände auftreten, wird im Umweltatlas veröffentlicht.

Definitionen zum Grundwasser

Unter Grundwasser versteht man unterirdisches Wasser, das Hohlräume der Lithosphäre zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegungsmöglichkeit ausschließlich durch die Schwerkraft bestimmt wird (DIN 4049, Teil 3, 1994). Die Hohlräume bestehen bei den in Berlin (wie auch im gesamten Norddeutschen Flachland) vorkommenden Lockersedimenten aus den Poren zwischen den Bodenteilchen. Das in den Boden einsickernde (infiltrierende) Niederschlagswasser füllt zunächst diese Poren aus. Nur der Teil des infiltrierenden Sickerwassers, der nicht als Haftwasser in der wasserungesättigten Bodenzone gebunden oder durch Verdunstung verbraucht wird, kann dem Grundwasser bis zur Grundwasseroberfläche zusickern. Über der Grundwasseroberfläche befindet sich in der ungesättigten Bodenzone Kapillarwasser, das in Abhängigkeit von der Bodenart unterschiedlich hoch aufsteigen kann (Abb. 2).

Abb. 2: Erscheinungsform des unterirdischen Wassers

Grundwasserleiter sind aus Sanden und Kiesen aufgebaut und ermöglichen als rollige Lockergesteine die Speicherung und Bewegung von Grundwasser.

Grundwassergeringleiter oder auch Grundwasserhemmer bestehen aus Tonen, Schluffen, Mudden und Geschiebemergeln und behindern als bindige Lockergesteine die Wasserbewegung.

Grundwassernichtleiter sind aus Tonen aufgebaut, die für Wasser so gut wie gar nicht durchlässig sind.

Man spricht von freiem oder ungespanntem Grundwasser, wenn die Grundwasseroberfläche innerhalb eines Grundwasserleiters liegt. Hier fallen Grundwasseroberfläche und Grundwasserdruckfläche (gegen die Atmosphäre) zusammen. Bei gespanntem Grundwasser wird der Grundwasserleiter von einem Grundwassergeringleiter so überdeckt, dass das Grundwasser nicht so hoch ansteigen kann, wie es seinem hydrostatischen Druck entspricht. Unter diesen Verhältnissen liegt die Grundwasserdruckfläche über der Grundwasseroberfläche (Abb. 3).

Befindet sich über einem großen zusammenhängenden Grundwasserleiter ein Grundwassergeringleiter wie z. B. ein Geschiebemergel, so kann sich hier in sandigen Partien oberhalb und in Linsen innerhalb des Geschiebemergels in Abhängigkeit von Niederschlägen oberflächennahes Grundwasser ausbilden. Dieses ist unabhängig vom Hauptgrundwasserleiter und wird häufig auch als so genanntes Schichtenwasser bezeichnet. Befindet sich unterhalb des Geschiebemergels eine ungesättigte Zone, spricht man von schwebendem Grundwasser (Abb. 3).

Abb. 3: Hydrogeologische Begriffe

Das Grundwasser strömt normalerweise mit einem geringen Gefälle den Flüssen und Seen (Vorflutern) zu und speist diese Oberflächengewässer (effluente Verhältnisse) (Abb. 4a).

Abb. 4a: Das Grundwasser infiltriert in das Oberflächengewässer

Führt das Gewässer Hochwasser, liegt der Wasserspiegel höher als die Grundwasseroberfläche. Es kommt während dieser Zeit zur Infiltration von Oberflächenwasser in das Grundwasser (influente Verhältnisse). Man spricht hierbei auch von Uferfiltration (Abb. 4 b).

Abb. 4b: Uferfiltration durch Hochwasser: Oberflächengewässer infiltriert in das Grundwasser

Wird in der Nähe der Oberflächengewässer Grundwasser durch Brunnen entnommen, so dass die Grundwasseroberfläche unter den Gewässerspiegel absinkt, speist das Oberflächenwasser ebenfalls durch Uferfiltration das Grundwasser (Abb. 4 c). In Berlin beträgt der Anteil des geförderten Uferfiltrats je nach Standort der Brunnen 50 bis 80 % der gesamten Fördermenge.

Abb. 4c: Uferfiltration infolge von Grundwasserförderung: Durch die Grundwasserabsenkung des Förderbrunnens infiltriert Oberflächenwasser in das Grundwasser

Die Grundwasserfließgeschwindigkeit beträgt in Berlin in Abhängigkeit vom Grundwassergefälle und der Durchlässigkeit des Grundwasserleiters etwa 10 bis 500 m pro Jahr. In der Nähe von Brunnenanlagen können sich diese geringen Fließgeschwindigkeiten allerdings stark erhöhen.

Morphologie, Geologie und Hydrogeologie

Die heutige Oberflächenform Berlins wurde überwiegend durch die Weichsel-Kaltzeit geprägt, die jüngste der drei großen quartären Inlandvereisungen. Sie hat der Stadt gleichsam ihren morphologischen Stempel aufgedrückt: Das tiefgelegene, vorwiegend aus sandigen und kiesigen Ablagerungen aufgebaute Warschau-Berliner Urstromtal mit dem Nebental der Panke sowie die Barnim-Hochfläche im Norden und die Teltow-Hochfläche zusammen mit der Nauener Platte im Süden. Beide Hochflächen sind zu weiten Teilen mit mächtigen Geschiebemergeln bzw. Geschiebelehmen der Grundmoränen bedeckt. Ergänzt wird das morphologische Erscheinungsbild durch die Niederung der Havelseenkette (Abb. 5 und 6). Näheres zur Geologie in Limberg & Sonntag (2013) und der Geologischen Skizze (Karte 01.17).

Abb. 5: Morphologische Skizze von Berlin

Abb. 6: Geologische Skizze von Berlin

Besondere Bedeutung für die Wasserversorgung und die Gründung von Bauwerken besitzen die im Durchschnitt ca. 150 m mächtigen Lockersedimente des Quartärs und Tertiärs. Sie bilden das Süßwasserstockwerk, aus dem Berlin das gesamte Trinkwasser und einen Großteil des Brauchwassers bezieht. Zahlreiche Wasserwerke und andere Fördereinrichtungen haben das Grundwasser in Berlin z. T. seit über 100 Jahren durch diese Entnahmen großflächig abgesenkt.
Der in 150 bis 200 m Tiefe liegende und etwa 80 m mächtige tertiäre Rupelton stellt eine hydraulische Barriere zu dem tiefer liegenden Salzwasserstockwerk dar (Abb. 7).

Abb. 7: Schematischer Hydrogeologischer Schnitt von Süden nach Norden durch Berlin

Durch die wechselnde Abfolge von Grundwasserleitern (grün, blau, braun und gelb dargestellt in Abb. 7) und Grundwassergeringleitern (grau dargestellt in Abb. 7) sind im Berliner Raum im Süßwasserstockwerk vier hydraulisch unterscheidbare Grundwasserleiter ausgebildet (Limberg & Thierbach 2002). Der zweite – überwiegend saalezeitliche Grundwasserleiter – wird als Hauptgrundwasserleiter bezeichnet, da aus diesem der größte Anteil für die Trink- und Brauchwasserversorgung gefördert wird. Der fünfte Grundwasserleiter befindet sich unterhalb des Rupeltons im Salzwasserstockwerk.

In der Grundwassergleichenkarte sind die Grundwasserverhältnisse des Hauptgrundwasserleiters (GWL 2) violett sowie auch die des im nordwestlichen Bereich der Barnim-Hochfläche ausgebildeten Panketalgrundwasserleiters (GWL 1) blau dargestellt. Der Panketalgrundwasserleiter liegt – durch den Geschiebemergel der Grundmoräne getrennt – über dem Hauptgrundwasserleiter (Abb. 7 und 8).

Abb. 8: Der ungespannte Panketalgrundwasserleiter (GWL 1) im nordwestlichen Bereich der Barnim-Hochfläche liegt über dem Hauptgrundwasserleiter (GWL 2), der hier gespannt ausgebildet ist

Im westlichen Bereich der Barnim-Hochfläche sind die Grundmoränen so mächtig, dass der Hauptgrundwasserleiter nicht oder nur in isolierten, wenige Meter mächtigen Vorkommen ausgebildet ist. Für diese Flächen des Berliner Stadtgebiets können keine Grundwassergleichen dargestellt werden.