Grundwassermodelle Bayern

Grundwassermodelle Bayern sind inzwischen kein Nischenthema mehr. Im Freistaat Bayern spielt Grundwasser schließlich eine Rolle für Trinkwasser, Landwirtschaft, Industrie und Gewässerschutz. Das Bayerische Landesamt für Umwelt (LfU Bayern) beschreibt den Einsatz von Grundwassermodellen inzwischen als Standard, wenn hydrogeologische und geohydraulische Fragestellungen beantwortet und bewertet werden sollen. 

 

Der Hintergrund ist pragmatisch: Wer im Untergrund plant, Wasser entnimmt, Baugruben absichert, Schutzgebiete abgrenzt oder die Ausbreitung von Schadstoffen beurteilt, braucht belastbare Daten ebenso wie plausible Modellergebnisse und eine nachvollziehbare Simulation. Grundwassermodelle liefern dafür ein Instrument, das Prozesse wie Grundwasserströmung, Temperatur- und Stofftransport sowie Einflüsse der Grundwasserneubildung und die Interaktion zwischen Grund- und Oberflächenwasser abbilden kann. 

 

Für die AKVO GmbH ist das ein vertrautes Feld. Wir erstellen numerische Modelle zur Berechnung von Grundwasserströmung sowie Stoff- und Wärmetransport, bauen geologische 3D-Modelle als Grundlage der numerischen Modellierungen auf und unterstützen bei der Analyse, Kalibrierung, Prüfung und verständlichen Ergebnisdarstellung – inklusive Visualisierung in Karten, Diagrammen und Szenarien – je nach Projektziel auch im Kontext von Genehmigungsverfahren sowie Geothermie und Wärmewende. 

 

Grundwasser in Bayern

In Bayern hängt die Bedeutung des Themas direkt an der Versorgungslage. Das LfU weist darauf hin, dass in Bayern rund 92 Prozent des Trinkwassers aus Grundwasser gewonnen werden. Damit wird klar: Der Schutz von Trinkwasser, die Bewertung von Entnahmen und die langfristige Sicherung des Wasserhaushalts sind nicht nur Umweltfragen, sondern Kernaufgaben der Wasserwirtschaft.

 

Grundwasser in Bayern tritt je nach Geologie sehr unterschiedlich auf. Typische Systemtypen sind:

 

• Porengrundwasserleiter in Lockergesteinen, häufig gut modellierbar mit klassischen numerischen Ansätzen
• Kluftgrundwasserleiter in Festgesteinen, oft stärker heterogen und nur mit angepasster Parametrisierung sinnvoll abbildbar
• lokal auch komplexere Festgesteinssysteme, in denen Strömung und Transport deutlich schwerer beschreibbar werden können

 

Gerade deshalb ist eine präzise Systembeschreibung wichtig: Welche Einheiten leiten Wasser, wo liegen trennende Schichten, wie ist die hydraulische Verbindung zu Fließgewässern, und wie wirken Entnahme, Niederschlag, Verdunstung und Landnutzung zusammen?

 

Grundwasserstände in und um Bayern

Grundwasserstände sind die Messgröße, an der viele Modelle geerdet werden. Bayern verfügt dafür über ein breites Messnetz. Das LfU nennt für die staatlichen Messnetze unter anderem 621 Grundnetz-Messstellen, rund 210 Verdichtungsnetz-Messstellen und rund 1.030 staatliche Sondernetz-Messstellen (Stand Juli 2021). An den Grundnetz-Messstellen werden jährlich über 2 Millionen Messdaten erhoben; die Messstellenfunktion wird regelmäßig geprüft, etwa durch Kamerabefahrungen, Auffülltests und bei Bedarf Pumpversuche. 

 

Für Modellprojekte sind solche Messwerte gleich doppelt wichtig:

 

1. Kalibrierung: Stimmen berechnete Grundwasserstände mit beobachteten Zeitreihen und räumlichen Verteilungen überein?
2. Validierung und Plausibilität: Bleibt das Modell auch außerhalb des Kalibrierzeitraums belastbar, etwa bei Hochwasserereignissen, Trockenphasen oder geänderter Entnahmesituationen?

 

Die Datenbasis wird häufig ergänzt durch Bohrungen und Profilschnitte, Pumpversuche, Messungen an Brunnenstandorten, Gewässerdaten sowie Informationen zur Grundwasserneubildung. In Bayern wird die Grundwasserneubildung beispielsweise mit dem Bodenwasserhaushaltsmodell GWN-BW flächenhaft berechnet.

 

Grundwassermodelle: Diese Modelle gibt es

Ein Grundwassermodell ist ein vereinfachtes, rechnerisch auswertbares Abbild des Systems. In der Praxis unterscheidet man vor allem nach Modellansatz und Ziel:

 

Analytische Modelle

Analytische Modelle nutzen vereinfachte Gleichungen, um Zusammenhänge zwischen Ursache und Wirkung zu beschreiben, etwa zwischen Durchlässigkeit, Entnahme und Grundwasserstand. Sie sind schnell, aber oft nur für klar begrenzte Fragestellungen geeignet.

 

Numerische Modelle

Numerische Modelle berücksichtigen die Grundwasserdynamik und bilden das hydraulisch relevante Untersuchungsgebiet als Modellnetz ab. Das Modellgebiet wird diskretisiert, Randbedingungen werden definiert und für jedes Netzelement werden Strömungsgleichungen gelöst. So lassen sich Grundwasserstand, Fließrichtungen und -geschwindigkeiten, Bilanzgrößen und Auswirkungen von Maßnahmen berechnen. Je nach Fragestellung wird stationär oder instationär gerechnet, also zeitunabhängig oder unter Berücksichtigung zeitabhängiger Randbedingungen bzw. Parameter.

 

Wärmetransportmodelle und Stofftransportmodelle

Wenn die Frage nicht nur „Wie fließt Wasser?“ lautet, sondern „Wie breiten sich Wärme bzw. Stoffe aus?“, braucht es Transportmodelle. Stofftransportmodelle dienen unter anderem zur Vorhersage der Ausbreitung einer Kontamination, Risikoabschätzung, Planung von Überwachungsprogrammen sowie dem Entwurf hydraulischer Abwehr- und Sanierungsmaßnahmen. In Bayern werden solche Modellketten beispielsweise auch im Nitratkontext genutzt, bei denen auf ein Strömungsmodell ein Transportmodell aufsetzt. 

 

Grundwassermodelle Bayern: Methodik, Ziele und Anwendungen

Methodik: Modellaufbau und Berechnung

Ein tragfähiges Modell entsteht nicht aus Software, sondern aus einem sorgfältigen Vorgehen:

 

1. Zieldefinition: Was soll beantwortet werden? Schutzgebiet, Brunnenoptimierung, Baugrube, Schadstoffausbreitung, Wärme, Bilanz, etc.?
2. Systemverständnis: konzeptionelles hydrogeologisches Modell (Schichtfolgen, Grundwasserleiter/-hemmer, Grenzflächen, Randbedingungen, etc.)
3. Diskretisierung und Modellnetzstruktur: räumliche Auflösung passend zur Fragestellung
4. Randbedingungen und Entnahmen: Flüsse, Zu- und Abflüsse, Brunnen, Infiltration, Grundwasserneubildung
5. Kalibrierung, Validierung, Sensitivität: Parameter prüfen, Unsicherheiten dokumentieren

 

Gerade Sensitivitätsanalysen und eine transparente Unsicherheitsdarstellung sind wichtig, damit die Ergebnisse nicht als Scheingenauigkeit missverstanden werden. Für die fachliche Einordnung von Kalibrierung und Prognosefähigkeit gibt es in Deutschland zudem Bewertungsleitfäden, die quantitative Kriterien und Tools bereitstellen.

 

Anwendungen in Bayern

Das LfU nennt für Grundwasserströmungsmodelle unter anderem diese Anwendungen: Bestimmung von Grundwasserbilanzen, Berechnung von Absenkungen bei Entnahme, Bestimmung von Einzugsgebieten und Fließzeiten für Trinkwasserfassungen und Schutzgebietsabgrenzungen, Optimierung von Brunnenstandorten sowie die Vorhersage von Einflüssen aus Baumaßnahmen wie Grundwasseraufstau oder Tunnelbau. 

 

In der Praxis lassen sich diese Anwendungsfelder gut clustern:

• Trinkwasser und Schutzzonen: Einzugsgebiete, Fließzeiten, Beurteilung von Schutzgebietsgrenzen, Risikoanalysen
• Bau und Wasserhaltung: Baugruben, Absenkungen, Aufstau, Auswirkungen auf Nachbarbebauung und Gewässer
• Altlasten und Schadstoffe: Ausbreitungsszenarien, Transportmodelle, Maßnahmenplanung und Monitoring
• Wasserwirtschaftliche Planung: Grundwasserbilanz, Nutzungsszenarien, Optimierung und Maßnahmenbewertung
• Geothermie und Temperatur: Wärmetransport, Einfluss auf Grundwassertemperatur, wasser- und klimaschutzverträgliche Nutzung

 

Ein aktueller AKVO-Bezug in diesem Kontext ist das UBA-Forschungsprojekt UnterPlan, das Instrumente für eine klima- und wasserschutzverträgliche Beplanung energetischer Eingriffe in den Untergrund entwickelt, mit Fokus auf Geothermie und Grundwasserwärmepumpen. 

 

Grundwasserentnahme 

Ist es erlaubt, Grundwasser abzupumpen? Grundsätzlich handelt es sich bei der Entnahme von Grundwasser um eine Benutzung nach Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und sie ist in der Regel erlaubnispflichtig, in bestimmten Fällen auch anzeigepflichtig. Ob eine wasserrechtliche Zulassung erforderlich ist, hängt insbesondere von Zweck, Entnahmemenge, Standort und möglichen Auswirkungen auf den Wasserhaushalt ab. In der Praxis ist daher eine frühzeitige Abstimmung mit den zuständigen Wasserbehörden sinnvoll. 

 

Grenzen, Unsicherheiten und Modellgrenzen

Auch gute Modelle haben Grenzen. Typische Unsicherheitsquellen sind Datenlücken, unklare Parameterverteilung im Untergrund, begrenzte Messnetzdichte in Teilräumen oder schlecht bekannte Randbedingungen. In heterogenen Festgesteinen und stark karstigen Systemen können zusätzliche Limitationen auftreten, weil bevorzugte Strömungswege nicht flächenhaft, sondern kanalartig verlaufen. Dann sind ergänzende Messprogramme und konservative Annahmen oft zwingend.

 

AKVO: Partner für Grundwassermodelle in Bayern

Wenn Grundwassermodelle als Entscheidungsgrundlage für Trinkwasserschutz, Bauprojekte, Geothermie oder wasserwirtschaftliche Planung eingesetzt werden sollen, ist die AKVO GmbH Ihr erfahrener Partner für numerische Grundwassermodellierung, Scahdstofftransporte, geologische 3D-Modelle und thermische Fragestellungen – von Forschungsarbeiten wie dem UBA-Projekt UnterPlan bis hin zu konkreten Planungs- und Genehmigungsverfahren.

 

Wenn Sie ein Vorhaben in Bayern vorbereiten, bei dem Grundwassermodelle oder geothermische Konzepte eine Rolle spielen, sprechen Sie AKVO frühzeitig an, um mögliche Modellansätze, Datenbedarfe und Umsetzungsschritte für Ihr Projekt gemeinsam zu prüfen.

 

Wie solche Modelle konkret eingesetzt werden, zeigen folgende Beispiele aus unserer Arbeit: 

 

Umweltmanagement Oberpfälzer Seenland, Erstellung Grundwasserströmungs- und Säure-Stoff-Transportmodell

Im Projekt Oberpfälzer Seenland (Wackersdorf) wurde seit 2022 ein Grundwasserströmungs- und Säuretransportmodell mit FEFLOW zur Analyse der hydrogeologischen Zusammenhänge im ehemaligen Braunkohlebergbaugebiet entwickelt. Das Modell unterstützt die umwelt- und wasserrechtlichen Genehmigungen der Uniper Kraftwerke GmbH. AKVO begleitete das Projekt mit Fachberatung und Moderation der Behördenabstimmungen. 

 

Mehr zum Projekt: Rekultivierungsprojekt Oberpfälzer Seenland | Uniper

 

Oberleitungserneuerung Deutsche Bahn AG

Für die Bahnstrecken Freising–Langenbach und Übersee–Traunstein erstellte AKVO 3D-Grundwasserströmungsmodelle mit FEFLOW zur Prognose bau- und anlagenbedingter Auswirkungen auf das Grundwasser. Die Modelle unterstützen in ihrer Funktion als Pilotprojekte Genehmigungsverfahren und Umweltmanagement der Deutschen Bahn AG.

 

Bauprojekt Freiham Nord München

 

Weitere Grundwassermodellierungsprojekte finden Sie hier:  Bauprojekt Freiham Nord München

 

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Welche verschiedenen Arten von Grundwassermodellen gibt es?

In der Praxis wird zwischen konzeptionellen Modellen zur Systembeschreibung und numerischen Modelle zur quantitativen Beschreibung des Hydrogeologischen Systems (Simulation) am wichtigsten. Je nach Fragestellung kommen dabei Strömungsmodelle, Stofftransportmodelle (z. B. für Schadstoffe) oder Wärmetransportmodelle zum Einsatz. 

 

Welche Arten von Grundwasser gibt es?

In der Hydrogeologie werden Grundwasserleiter und hydrogeologische Einheiten nach unterschiedlichen Merkmalen eingeteilt. Dazu gehören zum Beispiel Lockergesteinsgrundwasserleiter, Kluftgrundwasserleiter und Karstgrundwasserleiter. Maßgeblich ist dabei, wie Wasser im Untergrund gespeichert wird und auf welchen Wegen es sich bewegt. Weitere wichtige Kriterien sind die Tiefe der Grundwasservorkommen, ihr natürlicher Schutz vor Schadstoffeinträgen sowie die Geschwindigkeit, mit der sich neues Grundwasser bildet. Außerdem wird unterschieden, ob das Grundwasser frei ansteht oder unter Druck gespannt ist.

 

Ist es erlaubt, Grundwasser abzupumpen?

Je nach Zweck und Umfang kann eine Erlaubnis erforderlich sein. Für Bewässerungszwecke nennt das LfU, dass Grundwasserentnahmen in geringen Mengen unter bestimmten Voraussetzungen erlaubnisfrei sein können, sofern keine negativen Auswirkungen zu erwarten sind. 

 

Wann wird der Wassercent in Bayern eingeführt?

Nach der Novelle des Bayerischen Wassergesetzes wird ein Wasserentnahmeentgelt von 10 Cent pro Kubikmeter Grundwasser eingeführt. Das Bayerische Umweltministerium nennt als ersten Erhebungszeitraum 1. Juli bis 31. Dezember 2026 und verweist auf einen Freibetrag, ab dem gezahlt wird.