Grundwassermodelle Hessen

Grundwassermodelle in Hessen werden benötigt, wenn Fachbehörden, Kommunen, Versorger oder Projektträger belastbare Entscheidungen zum Grundwasser treffen müssen. Sie helfen dabei, den Zusammenhang zwischen Grundwasserständen, Grundwasserneubildung, Entnahmen und den Auswirkungen von Eingriffen im Untergrund nachvollziehbar abzubilden. In Hessen ist das besonders relevant, weil Nutzungskonflikte zwischen öffentlicher Wasserversorgung, Landwirtschaft, Industrie, Naturschutz und Umwelt regional stark variieren. Gleichzeitig wirken sich Verdunstung, Trockenperioden und Extremereignisse wie Hochwasser auf den Wasserhaushalt aus und erhöhen den Bedarf an fundierter Modellierung.

 

Für die AKVO GmbH als Ingenieurgesellschaft mit Schwerpunkt auf numerischer Grundwassermodellierung bedeutet das: Wir unterstützen in Hessen bei der Entwicklung, Kalibrierung und Anwendung von Grundwassermodellen, die als fachliche Grundlage für wasserwirtschaftliche Bewertungen, Genehmigungsverfahren und strategische Entscheidungen dienen. Von lokalen Projektmodellen bis zu regionalen Ansätzen für einen nachhaltigen Wasserhaushalt. 

 

Übersicht Modellanwendungen in Hessen

Grundwassermodelle und Kartenprodukte werden in Hessen vor allem dann eingesetzt, wenn die reine Auswertung einzelner Messwerte nicht ausreicht. Typische Anwendungsfälle sind: 

 

• Prognosen zur Wirkung geplanter Entnahmen oder Bauvorhaben auf Grundwasserstände und -fließrichtungen
• Nachweise im Rahmen wasserrechtlicher Verfahren, etwa bei Wassergewinnung, Bauwasserhaltung oder Infrastrukturprojekten
• Betrachtungen zur Grundwasserneubildung und zur langfristigen Entwicklung des Wasserhaushalts (Grundwasser in Interaktion mit Oberflächengewässern) unter Berücksichtigung von Klimaszenarien
• Bewertung von Schadstoffquellen und Stoffausbreitung im Grundwasser bei Altlasten und Sanierungsvorhaben
• Erstellung und Plausibilisierung von Karten, zum Beispiel Grundwassergleichen bzw. Grundwasserflurabstände sowie Prognosen der Schadstoffentwicklung (Fahnen) als Planungsgrundlage

 

In Hessen sind dabei mehrere Ebenen beteiligt: das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) als Fachbehörde für Grundwasserfragen und Datengrundlagen, die Regierungspräsidien als obere Wasserbehörden in Zulassungsverfahren sowie die unteren Wasserbehörden auf kommunaler Ebene. Ein regionaler Schwerpunkt liegt im Rhein-Main-Gebiet, wo Wasserbedarf, Wachstum und Nutzungskonkurrenzen besonders ausgeprägt sind. 

 

Modelltypen und Methodik

Wenn von Modellen die Rede ist, lohnt eine kurze Einordnung. In der Praxis unterscheiden sich Grundwassermodelle vor allem nach Komplexität, Ziel und Datenlage:

 

• Konzeptionelle Modelle beschreiben das Systemverständnis qualitativ: Geologie, Hydrogeologie, Grundwasserleiter/hemmer, Randbedingungen und maßgebliche Prozesse. Sie sind oft die Grundlage für eine spätere numerische Modellierung.
• Numerische Modelle simulieren Prozesse rechnerisch, typischerweise Grundwasserströmung und bei Bedarf Stofftransport. Sie eignen sich für Prognosen, Szenarien und quantitative Bewertungen, setzen aber eine belastbare Datengrundlage voraus.

 

Für Hessen sind sowohl großräumige Anwendungen als auch Teilmodelle relevant. Das HLNUG setzt beispielsweise im Nördlichen Oberrheingraben und der Unteren Mainebene ein dreidimensionales Grundwasserströmungsmodell ein. 

 

In der Ingenieurpraxis kommen je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Simulationssoftware und Methoden zum Einsatz. AKVO arbeitet beispielsweise mit numerischen Modellen für Grundwasserströmung sowie Stoff- und Wärmetransport und verbindet diese mit geologischen 3D-Modellen. 

 

Analytische und numerische Grundwassermodelle

Eine weitere wichtige Unterscheidung betrifft analytische und numerische Modelle. Analytische Modelle arbeiten mit vereinfachten Gleichungen und idealisierten Annahmen, etwa zu Schichtaufbau, Strömungsrichtung oder Randbedingungen. Sie eignen sich besonders für überschlägige Berechnungen, Plausibilitätsprüfungen und klar abgegrenzte Fragestellungen. 

 

Numerische Modelle bilden komplexere hydrogeologische Verhältnisse dagegen rechnerisch in einem räumlich aufgelösten Modell ab. Sie können unterschiedliche Aquifere, Grundwasserleiter und Grundwasserhemmer, variable Randbedingungen sowie zeitliche Veränderungen berücksichtigen. Dadurch sind sie anspruchsvoller in Aufbau, Kalibrierung und Datenbedarf, bieten aber deutlich mehr Möglichkeiten für Prognosen, Szenarien und die Bewertung komplexer Eingriffe in den Grundwasserhaushalt.

 

Datenbasis und Erkundungsaufwand

Die Qualität eines Modells steht und fällt mit den Daten. Generell  spielen vorrangig diese  wesentlichen Datengrundlagen für die Modellierung  eine Rolle:

 

• Grundwassermessstellen und Zeitreihen der Grundwasserstände
• Daten zu Entnahmen und Wassergewinnungsanlagen
• Geologische und hydrogeologische Informationen zur Schichtfolge und Parametrisierung 
• hydraulische Randbedingungen und  Interaktion zwischen Grundwasser und Oberflächengewässern 
• ergänzende Informationen, etwa zu Landnutzung, Boden und Verdunstung, wenn Grundwasserneubildung bewertet wird

 

Für die Grundwasserkarten in der Hessischen Rheinebene, dem Hessischen Ried, wird beispielsweise als Datengrundlage auf Messwerte von rund 2.200 Messstellen verwiesen. 

 

Kalibrierung, Prognosefähigkeit und Unsicherheit

Modelle liefern rechnerische Ergebnisse, deren Aussagekraft von der Güte der Kalibrierung, Validierung und transparenter Unsicherheitskommunikation (Sensitivitätsanalysen) abhängt.

 

In der Praxis hat sich ein klarer Ablauf bewährt:

 

1. Kalibrierungsziele definieren: Welche Messgrößen sollen getroffen werden, welche Zeiträume, welche räumliche Auflösung?
2. Kalibrierung durchführen: Parameter so anpassen, dass Modell und Messdaten in akzeptabler Bandbreite übereinstimmen.
3. Validierung: Prüfen, ob das Modell auch außerhalb der Kalibrierphase plausibel ist, zum Beispiel an unabhängigen Zeiträumen oder Messstellen.
4. Sensitivität und Unsicherheiten: Welche Parameter treiben das Ergebnis? Welche Datendichte ist kritisch? Wo liegen Grenzen der Genauigkeit?

 

Für die Bewertung von Kalibrierung und Prognosefähigkeit gibt es in Deutschland praxisorientierte Leitfäden, teilweise unterstützt durch Excel-basierte Bewertungs- und Dokumentationswerkzeuge zur strukturierten Bewertung von Hydrogeologischem Modell, Kalibrierung und Wasserbilanz. 

 

Bewertungskriterien für Modellaussagen

Damit Modellergebnisse als Entscheidungsgrundlage praxistauglich sind, sollten Auftraggeber und prüfende Stellen nachvollziehbare Gütekriterien anlegen. Bewährt haben sich Kriterien, die an der Datengrundlage ansetzen:

 

• Ist die Modellgeologie konsistent und dokumentiert?
• Ist die Messnetzdichte für die Fragestellung ausreichend?
• Sind Randbedingungen, Entnahmen und Annahmen transparent?
• Sind Modellergebnisse plausibel im Vergleich zu Karten, Zeitreihen und Systemverständnis?
• Werden Unsicherheiten benannt, statt „Scheingenauigkeit“ zu erzeugen?

 

Das HLNUG veröffentlicht Kartenprodukte als landesweite Informationsgrundlage  zu Grundwasserständen, Flurabstand und Fließrichtungen, die in Planungs- und Bewertungsprozessen genutzt werden. 

 

Rechtsrahmen, Genehmigungen und Bewertungspraxis

Eine Kernfrage in der Praxis lautet: Ist es erlaubt, Grundwasser abzupumpen? Grundsätzlich gilt in Hessen, dass die Entnahme oder Ableitung von Grundwasser eine Benutzung nach Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und Hessischem Wassergesetz (HWG) darstellt und in der Regel einer wasserrechtlichen Erlaubnis bedarf.  

 

Es gibt jedoch Schwellen und Konstellationen, in denen im Einzelfall Ausnahmen von der Erlaubnispflicht bestehen.  Das Regierungspräsidium Darmstadt nennt als Beispiel, dass bei Entnahmen für gewerbliche Betriebe, Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Gartenbau bis 3.600 m³ pro Jahr grundsätzlich keine wasserrechtliche Zulassung erforderlich ist. Im Verfahren selbst wird unter Einbindung betroffener Stellen geprüft, ob die beantragte Benutzung mit Bewirtschaftungszielen, naturschutzfachlichen Vorgaben und sonstigen öffentlichen Belangen vereinbar ist. 

 

Wichtig ist: Auch wenn eine Entnahme im Einzelfall zulassungsfrei sein kann, müssen Projektträger immer prüfen, ob zusätzliche Anforderungen bestehen, zum Beispiel durch Schutzgebiete, kommunale Vorgaben oder fachliche Auflagen.

 

Praxisvergleich am Beispiel Rheinland-Pfalz

Ein Blick nach Rheinland-Pfalz kann für Projekte in Hessen vor allem dann sinnvoll sein, wenn Vorhaben grenznah liegen, Einzugsgebiete über Landesgrenzen hinausreichen oder Auftraggeber unterschiedliche Anforderungen der Behördenpraxis vergleichen möchten. Rheinland-Pfalz dient hier daher nicht als alleiniger Maßstab, sondern als naheliegendes Beispiel dafür, wie Grundwasserbelange in einem benachbarten Bundesland methodisch eingeordnet und dokumentiert werden.

 

Während Rheinland-Pfalz unter anderem mit Leitfäden und Checklisten zur Abschätzung des höchst zu erwartenden Grundwasserstands beziehungsweise des Bemessungsgrundwasserstands arbeitet, liegt der Schwerpunkt in Hessen häufig auf der Kombination aus Kartenwerken, Messnetzdaten, fachbehördlicher Systembeschreibung und projektbezogener Modellierung. Der methodische Kern ist vergleichbar: In beiden Fällen geht es darum, Grundwasserstände, Strömungsverhältnisse, Schutzfunktionen und mögliche Auswirkungen eines Vorhabens nachvollziehbar zu bewerten. Unterschiede zeigen sich vor allem in den Detailanforderungen, Prüfroutinen und in der Herleitung von Bemessungsständen.

 

Aktuelle Grundwasserstände für Hessen

Wer sich einen Eindruck zur Situation verschaffen will, findet beim HLNUG mehrere Einstiegspunkte. Man kann zum Beispiel Grundwasserkarten aufrufen, etwa für das Hessische Ried oder die Mainebene. Außerdem lassen sich Messdatenportale und Viewer wie der Landesgrundwasserdienst (LGD) und Wasser-Viewer nutzen, um Daten und Grafiken zu einzelnen Messstellen abzurufen. Wer allgemeiner nach Messstellendaten und Umweltmesswerten sucht, kann über die Veröffentlichung „Messwerte“ einsteigen. So lassen sich Grundwasserstände räumlich einordnen, zeitlich vergleichen und für konkrete Projektfragen plausibilisieren.

 

AKVO: Partner für Grundwassermodelle in Hessen

Wer Grundwassermodelle nicht nur als Rechenwerkzeug, sondern als Entscheidungsgrundlage für Wasserwirtschaft, Genehmigungsverfahren, Altlastenbearbeitung oder geothermische Nutzung einsetzen möchte, findet in der AKVO GmbH einen erfahrenen Partner für numerische Grundwasserströmungs-, Stoff- und Wärmetransportmodelle auf Basis geologischer 3D-Modelle.

 

Wenn Sie in Hessen ein Projekt mit grundwasserrelevanten Fragestellungen planen – von der Bauwasserhaltung über Sanierungsvorhaben bis hin zu strategischen Wasserhaushaltsfragen – nehmen Sie frühzeitig Kontakt zu AKVO auf, um Modellansatz, Datengrundlage und passende Szenarien für Ihr Vorhaben gemeinsam zu entwickeln.

 

Praxisbeispiele aus Hessen

Die AKVO GmbH begleitet mehrere Projekte, bei denen Grundwassermodellierung zentral für Planung und Betrieb ist.

 

Grundwasserströmungs- und Stofftransportmodelle: Haldenstandorte Hattorf/Unterbreizbach und Wintershall

 

Für die Produktions- und Haldenstandorte Hattorf/Unterbreizbach (seit 2013) und Wintershall (2014–2023) des Werkes Werra der K+S Minerals an Agriculture  GmbH wurden integrierte geologische und hydrogeologische Modelle mit FEFLOW entwickelt. Die Modelle bilden Grundwasserströmung, Stofftransport und dichteabhängige Prozesse ab und unterstützen Betriebsplanungen sowie behördliche Genehmigungsverfahren.

 

Grundwasserströmungsmodelle: Neubaustrecke Gelnhausen – Fulda/Würzburg

Für die Neubaustrecke Gelnhausen – SFS Fulda/Würzburg (seit 2024) erstellte AKVO hydrogeologische Modellierungen für acht Tunnelbauwerke mit FEFLOW. Die Modelle prognostizieren Auswirkungen auf Grundwasserstände und -strömung und unterstützen die Planung von Wasserhaltungsmaßnahmen sowie die Bewertung von Umweltauswirkungen.

 

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Welche verschiedenen Arten von Grundwassermodellen gibt es?

Grob lassen sich konzeptionelle Modelle zur Systembeschreibung sowie analytische und numerische Modelle zur quantitativen Simulation unterscheiden. Numerische Modelle werden eingesetzt, wenn Prognosen, Szenarien oder belastbare Nachweise erforderlich sind.

 

Welche Arten von Grundwasser gibt es?

In der Praxis wird häufig nach Grundwasserleitern und hydrogeologischen Einheiten unterschieden, etwa Lockergesteins-Grundwasser, Kluftgrundwasser oder Karstgrundwasser. Relevant ist jeweils, wie Wasser im Untergrund gespeichert und transportiert wird, in welcher Tiefe das Vorkommen liegt, welcher Grad der Geschütztheit vorliegt, ob es sich um freies oder gespanntes Grundwasser handelt – und wie schnell es sich erneuert.

 

In welcher Tiefe liegt das Grundwasser in Hessen?

Das lässt sich nicht pauschal beantworten, da der Grundwasserstand in Hessen stark von Region, Geländeform, Geologie und Niederschlag abhängt. Für die Praxis ist häufig der Flurabstand entscheidend. Er beschreibt, wie viele Meter zwischen Geländeoberfläche und Grundwasseroberfläche liegen. Für Gebiete wie das Hessische Ried und die Mainebene stellt das HLNUG Karten zu Grundwasserständen und Flurabständen bereit, mit denen sich die örtliche Situation besser einschätzen lässt.

 

Ist es erlaubt, Grundwasser abzupumpen?

Grundsätzlich stellt die Entnahme oder Ableitung von Grundwasser in Hessen  eine Benutzung nach Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und Hessischem Wassergesetz (HWG) dar und bedarf  in der Regel einer wasserrechtlichen Erlaubnis. Es gibt jedoch in Hessen spezifische Ausnahmen, etwa für bestimmte Nutzungen bis 3.600 m³ pro Jahr.