Grundwassermodelle Schleswig Holstein kommen dort zum Einsatz, wo Behörden, Wasserversorger und Projektträger belastbare Entscheidungen über das Grundwasser treffen müssen. Als rechnerisches Abbild der hydrogeologischen Verhältnisse bilden Grundwassermodelle die Grundwasserströmung, die Grundwasserstände und die Grundwasserqualität eines Gebietes ab und übersetzen einzelne Messwerte in belastbare Prognosen. In Schleswig-Holstein wiegt das besonders schwer, weil das Land seinen Trinkwasserbedarf zu 100 Prozent aus Grundwasser deckt. Die AKVO GmbH unterstützt als Ingenieurgesellschaft für Umwelt, Energie und Wasser bei entsprechenden Fragestellungen mit numerischer Modellierung von Grundwasserströmung und Stofftransport.
Die AKVO GmbH mit Sitz in Berlin und Leipzig erstellt numerische Modelle zur Berechnung von Grundwasserströmung sowie Stoff- und Wärmetransport und verbindet diese mit geologischen 3D-Modellen. In Schleswig-Holstein lässt sich diese Methodik auf die norddeutschen Lockergesteinsleiter und die Versalzung an der Küste übertragen, von lokalen Projektmodellen bis zu großräumigen Analysen für eine nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung.
Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein leisten eine belastbare Entscheidungsgrundlage
Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein liefern ein rechnerisches Abbild der hydrogeologischen Verhältnisse und dienen als Entscheidungsgrundlage für Wasserversorgung, Bau und Umwelt. Sie berechnen Grundwasserströmung, Grundwasserstände und Stofftransport in einem Gebiet und machen so nicht direkt messbare Größen sichtbar.
Ein Grundwassermodell beschreibt die physikalischen Vorgänge eines Grundwasserstroms mathematisch und stützt sich dabei auf die Geologie, die Grundwasserneubildung und die hydraulischen Randbedingungen des Untersuchungsgebiets. Aus diesen Eingangsdaten entstehen Informationen zu Fließrichtungen, Grundwasserbilanzen und den Auswirkungen geplanter Eingriffe. Die AKVO GmbH nutzt für die Erstellung solcher Modelle unter anderem FEFLOW (DHI) und Visual MODFLOW (Waterloo Hydrogeologic), ergänzt um geologische 3D-Modelle.
Weil die Aussagekraft jedes Modells an der Kenntnis des Untergrunds hängt, entscheidet der geologische Aufbau Schleswig-Holsteins über den passenden Modellansatz.
So ist das Grundwasser in Schleswig-Holstein verteilt
Das Grundwasser in Schleswig-Holstein steckt fast vollständig in eiszeitlichen Lockergesteinen, die als ergiebige Porengrundwasserleiter das Trinkwasser des Landes liefern. Die Verteilung folgt den drei Landschaften Marsch, Geest und Östliches Hügelland mit sehr unterschiedlichen Grundwasserverhältnissen.
In der Geest speichern sandige Schmelzwasserablagerungen das Grundwasser in mehreren übereinanderliegenden Stockwerken, die durch trennende Tonschichten zu hydrogeologischen Einheiten gegliedert werden. In den Marschen entlang der Westküste steht salzhaltiges Wasser oft dicht unter der Oberfläche an, während im Östlichen Hügelland eiszeitliche Geschiebemergel und Sande wechseln. Diese Vielfalt macht die Hydrogeologie des Landes zu einem Feld, in dem sich pauschale Aussagen verbieten und die Modellierung ihre Stärke ausspielt.
Weil sich die Grundwasserkörper Schleswig-Holsteins so stark unterscheiden, bestimmt die jeweilige Fragestellung, welcher Modelltyp zum Einsatz kommt.
Diese Grundwassermodelle und Modelltypen gibt es
Grundwassermodelle unterscheiden sich vor allem nach Modellansatz und Ziel, von der qualitativen Systembeschreibung bis zum rechenintensiven numerischen Strömungsmodell. Die Wahl richtet sich nach Fragestellung, Datenlage und geforderter Genauigkeit.
In der hydrogeologischen Praxis prägen drei Modelltypen die Arbeit, die inhaltlich aufeinander aufbauen:
- Konzeptionelle Modelle: Sie beschreiben Geologie, Grundwasserleiter und Randbedingungen qualitativ und bilden die Basis jeder numerischen Modellierung.
- Analytische Modelle: Sie nutzen vereinfachte Gleichungen für klar abgegrenzte Fragen, etwa den Zusammenhang zwischen Entnahme und Grundwasserstand.
- Numerische Modelle: Sie lösen die Strömungsgleichungen für jedes Element eines Modellnetzes und bilden die Grundwasserdynamik eines ganzen Gebietes ab.
Numerische Strömungsmodelle lassen sich zu Stoff- und Wärmetransportmodellen erweitern, wenn nicht nur die Grundwasserströmung, sondern auch die Ausbreitung von Stoffen oder Wärme interessiert. Für die Küstenregionen Schleswig-Holsteins sind zusätzlich dichteabhängige Modelle wichtig, weil salzhaltiges und süßes Wasser unterschiedliche Dichten haben und sich das Süß-Salzwasser-Gefüge nur so realistisch abbilden lässt. Wie numerische Modelle grundsätzlich aufgebaut sind, zeigt unsere Darstellung der numerischen Modellierung von Grundwasser.
Da jedes dieser Modelle nur so belastbar ist wie seine Eingangswerte, entscheidet die Datenlage über die Qualität der Ergebnisse.
Diese Daten bilden die Grundlage der Modellierung in Schleswig-Holstein
Die Grundlage jeder Modellierung sind Messdaten aus dem Untersuchungsgebiet, ergänzt um Kenntnisse aus Geologie, Hydrologie und Hydrogeologie. In Schleswig-Holstein liefern die Hydrogeologische Landesaufnahme und das Umweltportal die zentralen Informationen.
Für ein tragfähiges Modell tragen Fachleute mehrere Datenquellen zusammen, deren Dichte über die erreichbare Genauigkeit entscheidet:
- Grundwasserstände: Zeitreihen aus Landesmessstellen als zentrale Größe für Kalibrierung und Auswertung
- Geologische Daten: Bohrungen und die Hydrogeologische Landesaufnahme zur Beschreibung der Einheiten im Untergrund
- Grundwasserqualität: Laboranalysen zu Chlorid, Nitrat und weiteren Parametern der Wasserqualität
- Grundwasserneubildung: Niederschlag, Verdunstung und Bodendaten als Randbedingungen der Bilanz
- Nutzungsdaten: Entnahmen aus Wasserversorgung, Landwirtschaft und Industrie
Das Land Schleswig-Holstein verwaltet diese Daten im Wasserinformationssystem WaFIS und stellt sie über das Umweltportal Schleswig-Holstein sowie hydrogeologische Übersichtskarten öffentlich bereit. Weil einzelne Messstellen den Grundwasserstand nur punktuell erfassen, verbindet ein Modell diese Werte zu einem flächenhaften Bild des gesamten Einzugsgebietes.
Grundwasserstände in Schleswig-Holstein werden kontinuierlich überwacht
Die Überwachung der Grundwasserstände erfolgt in Schleswig-Holstein über das Landesmessnetz, das den mengenmäßigen Zustand der Grundwasserkörper nach EU-Wasserrahmenrichtlinie erfasst. Das Netz umfasst 733 Grundwassermessstellen über alle relevanten Grundwasserleiter hinweg.
Das Landesamt für Umwelt (LfU) verarbeitet die erhobenen Grundwasserstände im Grundwassermodul von WaFIS und veröffentlicht sie über das Umweltportal. Diese kontinuierliche Datenreihe bildet die Basis, an der ein Grundwassermodell kalibriert und auf seine Plausibilität geprüft wird. Für die Bewertung von Kalibrierung und Prognosefähigkeit stehen in Deutschland praxisorientierte Leitfäden bereit, und erst diese belegte Belastbarkeit macht ein Modell für die konkrete Nutzung brauchbar.
Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein werden vielseitig genutzt
Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein unterstützen die Wasserversorgung, den Küsten- und Grundwasserschutz sowie Bau- und Sanierungsvorhaben. Sie liefern Prognosen zu Grundwasserständen, Fließrichtungen und Stoffausbreitung, wo einzelne Messwerte keine belastbare Aussage erlauben.
Die Anwendungsfelder von Grundwassermodellen lassen sich in der Planungspraxis gut zusammenfassen:
- Trinkwasser und Schutzzonen: Bemessung von Einzugsgebieten für Brunnen und Abgrenzung von Wasserschutzgebieten
- Grundwasserbewirtschaftung: Bilanzierung von Entnahmen und Bewertung von Nutzungsszenarien bei knappen Grundwasservorkommen
- Küstenschutz und Versalzung: dichteabhängige Modelle zur Lage der Süß-Salzwasser-Grenze im Bereich der Westküste
- Bau und Wasserhaltung: Berechnung von Grundwasserabsenkungen bei Baugruben und deren Auswirkung auf die Umwelt
- Klimafolgen: Prognosen zur Grundwasserneubildung unter veränderten Niederschlags- und Meeresspiegelbedingungen
Über solche Anwendungen hinaus dienen Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie, deren Vorgaben einen guten mengen- und gütemäßigen Zustand aller Grundwasserkörper verlangen. Wie eng die Nutzung des Untergrunds mit dem Grundwasser verknüpft ist, zeigt auch die geothermische Modellierung, die AKVO in der oberflächennahen Geothermie einsetzt.
Die Versalzung beeinflusst die Grundwasserqualität in Schleswig-Holstein
Die Versalzung beeinträchtigt die Grundwasserqualität in weiten Bereichen der schleswig-holsteinischen Westküste, wo eindringendes Meerwasser und aufsteigendes salzhaltiges Tiefenwasser die oberflächennahen Grundwasserleiter belasten. Steigt der Salzgehalt, wird das Grundwasser für die Trinkwassernutzung unbrauchbar.
Laboranalysen des Chloridgehalts und dichteabhängige Modelle bilden zusammen ab, wie weit salzhaltiges Wasser landeinwärts reicht und wie Entnahmen diese Grenze verschieben. Genau diese Kopplung aus Messung und Modellierung liefert die Grundlage, um Förderbrunnen so zu steuern, dass die Grundwasserqualität langfristig gesichert bleibt. Weil jede Entnahme diese Balance verändert, ist die rechtliche Steuerung der Grundwassernutzung eng an solche Analysen gebunden.
Entnahme von Grundwasser in Schleswig-Holstein unterliegt rechtlichen Vorgaben
Die Entnahme von Grundwasser stellt in Schleswig-Holstein eine Benutzung nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) dar und ist in der Regel erlaubnis- oder anzeigepflichtig. Ob eine wasserrechtliche Zulassung erforderlich ist, hängt von Zweck, Menge, Standort und den möglichen Auswirkungen auf den Wasserhaushalt ab.
Die zuständigen Wasserbehörden prüfen im Verfahren, ob eine Entnahme mit den Vorgaben der Grundwasserbewirtschaftung und den Bewirtschaftungszielen vereinbar ist. Ein Grundwassermodell liefert dafür die fachliche Grundlage, indem es die Auswirkungen einer geplanten Nutzung auf Grundwasserstände und benachbarte Brunnen nachvollziehbar prognostiziert. Wie belastbar solche Nachweise sein müssen, zeigt sich an konkreten Projekten mit anspruchsvoller Hydrogeologie.
AKVO bringt Erfahrung für Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein mit
Die AKVO GmbH bringt für Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein genau die Kompetenzen mit, die das Land fordert: dichteabhängige Strömungs- und Stofftransportmodellierung für salzhaltiges Wasser und numerische Modelle in norddeutschen Lockergesteinsleitern. Beide Felder bearbeitet AKVO seit Jahren bundesweit.
AKVO verfügt über Erfahrung in der numerischen Modellierung von Grundwasserströmung sowie Stoff- und Wärmetransport einschließlich dichteabhängiger Prozesse. Diese Kompetenz ist vor allem dort relevant, wo salzhaltiges und süßes Grundwasser gemeinsam betrachtet werden müssen. Diese dichteabhängige Modellierung entspricht methodisch genau der Aufgabe, die Süß-Salzwasser-Grenze an der schleswig-holsteinischen Küste zu beschreiben, wie sie AKVO auch an salzbeeinflussten Standorten umsetzt. Im norddeutschen Raum war AKVO unter anderem an der Planung einer oberflächennahen Geothermieanlage für den Medizincampus Pophankenweg der Universitätsmedizin Oldenburg beteiligt. Dazu gehörte eine 3D-Simulation der langfristigen thermischen Auswirkungen der Erdwärmesonden auf den Untergrund. Im Projekt GeoCitti Kiel begleitete AKVO eines der ersten großen geothermischen Forschungsvorhaben mit einem Grundwasserströmungs- und Wärmetransportmodell.
AKVO erstellt regelmäßig Grundwasserströmungsmodelle für Infrastrukturvorhaben der DB Infra GO AG in Schleswig – Holstein.
AKVO als Partner für Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein
Wer Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein als Entscheidungsgrundlage für Wasserversorgung, Küstenschutz, Bauvorhaben oder Geothermie einsetzen möchte, findet in der AKVO GmbH einen erfahrenen Partner für numerische Grundwasserströmungs-, Stoff- und Wärmetransportmodelle auf Basis geologischer 3D-Modelle.
Wenn Sie ein Vorhaben in Schleswig-Holstein vorbereiten, bei dem Grundwasserstände, Grundwasserqualität oder Versalzung eine Rolle spielen, sprechen Sie AKVO frühzeitig an. Gemeinsam prüfen wir Modellansatz, Datenbasis und passende Szenarien für Ihr Gebiet und entwickeln daraus ein belastbares Grundwassermodell für Ihre Planung.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist ein Grundwassermodell?
Ein Grundwassermodell bildet die hydrogeologischen Verhältnisse eines Gebietes rechnerisch ab. Abhängig vom Modelltyp können damit unter anderem Grundwasserströmung, Grundwasserstände und Stofftransport untersucht werden. Messdaten und Kenntnisse über Geologie, Hydrologie und Hydrogeologie bilden dabei die Grundlage.
Welche Daten werden für Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein benötigt?
Zu den relevanten Eingangsdaten gehören unter anderem Grundwasserstände, geologische Daten aus Bohrungen, Angaben zur Grundwasserqualität und Grundwasserneubildung sowie Nutzungsdaten zu Entnahmen. In Schleswig-Holstein stehen dafür unter anderem Daten aus der Hydrogeologischen Landesaufnahme und dem Wasserinformationssystem WaFIS zur Verfügung.
Warum ist die Versalzung für Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein wichtig?
Vor allem an der Westküste beeinflussen salzhaltiges Wasser und Süßwasser gemeinsam die hydrogeologischen Verhältnisse. Dichteabhängige Modelle können das Süß-Salzwasser-Gefüge abbilden und untersuchen, wie sich beispielsweise Grundwasserentnahmen auf die Lage dieser Grenze auswirken.
Wofür werden Grundwassermodelle in Schleswig-Holstein eingesetzt?
Zu den Anwendungsgebieten gehören die Trinkwasserversorgung und Grundwasserbewirtschaftung, der Küsten- und Grundwasserschutz, Bauvorhaben und Wasserhaltungen sowie Untersuchungen zu Klimafolgen. Grundwassermodelle ermöglichen es, unterschiedliche Szenarien zu berechnen und mögliche Auswirkungen auf das Grundwasser frühzeitig abzuschätzen.