Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Zone 2003

Kartenbeschreibung

Die vorliegende Karte stellt die aus dem Grundwasserflurabstand, dem Aufbau der Deckschichten und der Grundwasserneubildung nach dem dargestellten Verfahren für den oberflächennahen, dauerhaft wasserführenden Grundwasserleiter abgeleitete Verweilzeit des Sickerwassers in der Grundwasserüberdeckung dar und kann als Maß für die intrinsische Verschmutzungsempfindlichkeit betrachtet werden. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass diese Karte aufgrund des Bearbeitungsmaßstabes von 1:50.000 (bedingt durch den Maßstab der Datengrundlagen s.o.) vor allem für großräumliche Betrachtungen geeignet ist. Für die exakte Bewertung von Detailflächen sind kleinmaßstäbliche Untersuchungen nötig.

Im folgenden wird nach einer allgemeinen Beschreibung der im Berliner Raum in der Grundwasserüberdeckung auftretenden Gesteine, die ganz überwiegend pleistozäne, d.h. eiszeitliche Bildungen sind, die Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers für die geomorphologischen Einheiten Berlins beschrieben.

Allgemeine Beschreibung der pleistozänen Bildungen

Der letzte Zeitabschnitt des Tertiärs (Pliozän) zeigte durch eine starke Abkühlung des Gebietes um den nördlichen Pol den Übergang zum Eiszeitalter (Pleistozän) an. Durch große Niederschlagsmengen in Skandinavien kam es zur Bildung von Gletscherströmen, die sich nach Süden bewegten, dabei die vorhandene Erdoberfläche erodierten und große Mengen von Gesteinsmaterial aufnahmen. In Mittel- und Nordeuropa konnten drei große Eisvorstöße, die durch Bildungen von Warmzeiten getrennt sein können, lokalisiert werden (Elster-, Saale- und Weichseleiszeit). Der Rückzug des Eises erfolgte durch Abschmelzen infolge einer Klimaerwärmung. Folgende Landschaftsformen wurden durch die Vor- und Rückzugsphasen des Eises geschaffen:

Grundmoräne: an Gletschersohle aufgearbeitetes Gesteinsmaterial als unsortiertes Gemisch aus Ton, Schluff und Sand (Geschiebemergel, Geschiebelehm) und nicht aufgearbeitete Gesteinsblöcke (Geschiebe in der Geschiebemergelmasse). Der feinkörnige Anteil (Schluff, Ton) erreicht im allgemeinen Gewichtsanteile von 20% bis zu mehr als 60%. Die Ablagerung des Materials erfolgte beim Aus- und Abschmelzen der Gletscher.

Endmoräne: gebildet durch vor dem Eis transportiertes grobes Gesteinsmaterial (Gesteinsblöcke); bei Gleichgewicht von Nachschub und Abschmelzen des Eises (Stillstand der Inlandeisrandlage) erfolgt über längere Zeit Aufschüttung von häufig groben Blockpackungen nordischen Gesteinsmaterials, aber auch von Kiesen und Sanden, zum Teil auch von tonigem Material. Die Ablagerung erfolgte an den Stirnseiten und Randlagen der Gletscher.

Sander: durch Schmelzwässer (stammen vom Eisrand, aber auch von der Gletscheroberfläche) aus Endmoräne ausgewaschenes kiesiges und vor allem grob- und mittelsandiges Material, das vor dem Gletscher abgelagert wird.

Urstromtal: Abflußgebiet der Schmelzwässer. Verbreitet sind im allgemeinen Sande verschiedener Körnungen. Im allgemeinen feinkörniger als Sanderflächen. In den nacheiszeitlichen Erwärmungsperioden werden in den Tälern häufig Materialen mit hohen organischen Anteilen abgelagert (Mudden und Torfe).

Innerhalb der drei großen Eisvorstöße erfolgten mehrere Vorstoß- und Rückzugsphasen (z. B. werden in der Weichseleiszeit drei Phasen unterschieden: die Brandenburger, die Frankfurter und die Pommersche Phase) mit oben beschriebener glazialer Abfolge. Dadurch kam es zur Überlagerung mehrerer glazialer Abfolgen mit den entsprechenden Bildungen.

Die Spaltung des Gletschers in viele Gletscherströme mit entsprechender Abfolge bewirkte zusätzlich eine Verschachtelung der glazialen Formen, so daß es in Gebieten mit kleinräumigen glazialen Landschaftsformen oft schwer ist, die Bildungen eindeutig genetisch zuzuordnen.

Vor allem die Grundmoränenlandschaft ist noch stärker in sich gegliedert. Als Ergebnis der Schmelzwassertätigkeit entstanden zum einen Seen verschiedener Formen, zum anderen unterschiedliche Ablagerungsformen von im Eis enthaltenem Gesteinsmaterial. Der Abfluß von Schmelzwasser in Eisspalten des Gletschers schuf tiefe, schmale Rinnenseen (z.B. Grunewald-Seenkette, Havel-Seenkette); die Erosionstätigkeit von ehemaligen Eiszungen des Inlandeises liegt den oft breiten und tiefen, langgestreckten Zungenbeckenseen zugrunde. Ausschmelzende Toteisschollen (vom abschmelzenden Inlandeis abgetrennte Eisblöcke) schufen abflußlose wassergefüllte Senken (Sölle, Pfuhle). Beim Abschmelzen des Eises auf der Grundmoräne zurückgebliebenes Gesteinsmaterial (Sande, Kiese, Blöcke) aus intraglazialen Rinnen und Kolkstrukturen bildete Oser und Kames (geschichtete Sand- und Kiesablagerungen in Eisspalten und Geröllhügel). Das sich bewegende Eis schuf beim Überfahren älterer, bereits abgelagerter Sedimente Drumlins (elliptische Geröllhügel mit einem Kern aus Geschiebemergel).

Diese verschiedenen geologischen Bildungen weisen unterschiedliche Korngrößen und Kornzusammensetzungen auf. Daraus resultieren sehr unterschiedliche Feldkapazitäten und Wasserleitfähigkeiten. Diese beeinflussen zum einen die Feldkapazität (und damit das Wasserspeichervermögen) der Grundwasserüberdeckung, aber auch die Grundwasserneubildung (s. Karte 02.13.5) und den Flurabstand (ungespannte überwiegend sandige Talgebiete, gespannte Geschiebemergel-Hochflächen). Die Verweilzeit des Sickerwassers hängt eng mit der Verbreitung dieser Bildungen zusammen.

Mittlere Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Zone

Die nach der BTU-Methode berechneten Verweilzeiten reichen von weniger als einem Jahr bis über 200 Jahre und sind räumlich stark differenziert.

Die Flächenanteile der verschiedenen Verweilzeitklassen zeigt die Tab. 1. Es lassen sich nach den Flächenanteilen zwei Maxima voneinander unterscheiden, einmal im Bereich von Verweilzeiten zwischen 3 und 10 Jahren mit einer generell hohen Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers und zum anderen Bereiche mit Verweilzeiten von mehr als 25 bis 100 Jahren, die eine geringere Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers aufweisen. Diese repräsentieren die zwei hauptsächlichen geologisch-morphologischen Strukturen im Raum Berlin: die Täler und Niederungen (das Berliner Urstromtal und seine Nebentäler, wie das Panketal) sowie die Hochflächen (Grundmoränenflächen des Barnims, des Teltows, Kamesbildungen der Havelberge).

Abb. 2: Flächenanteile der Verweilzeitklassen für das Land Berlin

In den Talbereichen (z.B. Warschau-Berliner Urstromtal, Tal der Panke) werden überwiegend Verweilzeiten von <1 bis 5 Jahren erreicht. Diese kurzen Verweilzeiten sind vor allem auf die überwiegend geringen Flurabstände zurückzuführen Die Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung ist als gering und die Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers überwiegend als hoch einzustufen, da eine Stoffverlagerung ins Grundwasser innerhalb weniger Jahre erfolgen kann. In weiteren in die Hochflächen eingesenkten Talstrukturen wie dem Wuhletal, einer Schmelzwasserrinne auf der Barnimhochfläche finden sich sehr engräumig ebenfalls Bereiche mit hoher Verschmutzungsempfindlichkeit.

In den Niederungen ist in Bereichen mit besonders flurnahem Grundwasser (<1,5m) in der Jahresbilanz z.T. eine Grundwasserzehrung zu beobachten, d.h. in den Sommermonaten wird dem Grundwasser durch Pflanzen und Verdunstung mehr Wasser entzogen, als im gesamten Jahr durch Sickerwasser zufließt also neu gebildet wird. Diese Gebiete sind aufgrund der geringen Flurabstände als sehr sensible Flächen einzuschätzen. Zudem finden sich hier z.T. ökologisch bedeutsame Feuchtgebiete.

Auf den Hochflächen des Barnims, des Teltows und der Havelberge werden überwiegend Verweilzeiten von >20 Jahren bis zu z.T. über 100 Jahren berechnet. In diesen Bereichen ist die Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung generell als hoch einzuschätzen. In Teilbereichen der Teltow-Hochfläche, unmittelbar östlich der Nordost-Südwest verlaufenden Teufelssee-Pechsee-Barssee-Rinne sind geringere Verweilzeiten zwischen 5 und 15 Jahren und damit eine erhöhte Verschmutzungsempfindlichkeit zu verzeichnen.

Verweilzeiten von > 25 Jahren wurden für die aus bindigen, schluffig-tonigen Material aufgebauten Bereiche innerhalb der Hochflächen des Barnim und des Teltow ermittelt, aber auch für die nach der Geologischen Karte weitgehend als mit Sanden bedeckten Flächen der Havelberge und der Nauener Platte. Die langen Verweilzeiten in den sandigen Gebieten sind einerseits durch die sehr hohen Mächtigkeiten der Grundwasserüberdeckung bedingt. Daraus ergeben sich, trotz hoher Sandanteile in der Grundwasserüberdeckung, hohe bis sehr hohe (Gesamt-) Feldkapazitäten. Andererseits kann der Bodenartenklasse der Sande, je nach Körnung eine weite Spanne von Feldkapazitäten zugewiesen werden (von 11 % bis 24 %). Für diese Bereiche der Hochflächensande wurden bei der Auswertung der Schichtenverzeichnisse der Bohrungen mittlere Feldkapazitäten von i.d.R. über 20 % ermittelt. Dieses deutet auf eine Dominanz von Feinsanden und feinsandigen Mittelsanden hin. Die Verweilzeiten in diesen Gebieten sind deshalb aufgrund der hohen Grundwasserflurabstände und der tatsächlichen lithologischen Verhältnisse gut begründbar.

Die Berechnung der Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Zone erfolgte unter der Berücksichtigung der Grundwasserneubildung bei aktuellen Oberflächenversiegelung (s. Karte 02.13.5). Die ermittelten Werte stellen für die einzelnen Blockflächen Mittelwerte dar. Die Berechnung der Verweilzeiten ohne Versiegelung wurde mit Daten der Grundwasserneubildung ohne Versiegelung analog durchgeführt. Diese Daten liegen ebenfalls bei der Senatsverwaltung vor, wurden jedoch nicht im Umweltatlas veröffentlicht. Es ergibt sich grundsätzlich die Tendenz, dass in hochversiegelten Bereichen vor allem in der Innenstadt die Verweilzeit des Sickerwassers aufgrund der Zunahme der Sickerwassermenge bei unversiegelten Verhältnisse verringert wird. In den geringer versiegelten Zonen, im äußeren Stadtbereichen ist z.T. eine gegenläufige Tendenz festzustellen. Die Sickerwassermengen nehmen bei Entsiegelung (in Zusammenhang mit veränderten Entwässerungsbedingungen und erhöhter Evapotranspiration) ab, und die Verweilzeiten werden erhöht.