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GRUNDWASSER THEMEN

Kompetenz im Bereich Wassergewinnung aus Brunnen & Quellen

Grundwassererkundung

Basisgutachten

Die Erarbeitung eines Basisgutachtens führt immer zu einem ersten Überblick über den Zustand der Wassergewinnungsanlagen und deren Einzugsgebiete. Erstes Resultat aus einem Basisgutachten ist die Abschätzung, ob die jeweilige Gewinnungsanlage schützbar ist. Erst danach sollten weitere Untersuchungen erfolgen, die eine genauere Untersuchung der Gewinnungsanlage zum Ziel hat. Zur Erstellung eines Basisgutachtens werden alle vorliegenden Unterlagen gesichtet, ausgewertet und beurteilt. Zu den wichtigsten Basis-Unterlagen gehören die Ausbaupläne der Gewinnungsanlagen, Pumpversuche aus der Vergangenheit, Grundwasseranalysen, Eigenüberwachungsberichte, Dokumentationen zu bohrlochgeophysikalischen Messungen, Kamerabefahrungen, Regenerierungen und Sicherungsmaßnahme sowie abgeschlossene wasserrechtliche Verfahren.

Im Ergebnis liegt ein Gutachten vor, auf dessen Basis man die weitere Entwicklung der Wassergewinnung sehr gut beurteilen, planen und zeitlich umsetzen kann.

Erkundung quartärer Rinnen

Flachbrunnen liegen im fränkischen Raum sehr oft im Umfeld von kleineren oder größeren Vorflutern (Bäche, Flüsse, Seen). Die Ergiebigkeit dieser Brunnen ist im Wesentlichen von der Qualität des erschlossenen Lockergesteins (Sand, Kies) und dessen Durchlässigkeit abhängig. Die Mächtigkeit des genutzten Grundwasserleiters ist hierbei ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Je mehr grundwasserführender Sand und Kies erschlossen wird, umso ergiebiger ist hier ein Brunnen.

Für neue Gewinnungsanlagen ist es essentiell wichtig, die größte Mächtigkeit dieser Gesteine zu kennen. Da sich die Sande und Kiese meistens unter der Oberfläche eines Talbereiches in verschütteten früheren mäandrierenden Flussläufen befinden, ist die seismische Erkundung (Messung künstlich angeregter Erschütterungen) eine sehr gute und günstige Möglichkeit diese Rinnensysteme zu erkunden, 3-dimensional darzustellen und somit einen optimalen Bohrpunkt für einen neuen Brunnen festzulegen.

Versuchsbohrungen

Die Errichtung eines Brunnens birgt immer ein gewisses Risiko, da er entsprechend groß dimensioniert werden muss und die Maßnahme daher auch, je nach Erschließungstiefe, sehr teuer wird. Um hier das Risiko zu minimieren, die finanziellen Mittel sozusagen in den Sand zu setzen, werden finanziell günstigere Erkundungsbohrungen mit entsprechend geringerem Bohrdurchmesser durchgeführt. Diese werden folgerichtig nach der Erstellung eines Basisgutachtens oder spezieller hydrogeologischer Gutachten und der ersten praktischen Arbeiten, wie der Auswertung von Luftbildern und geophysikalischen Messungen, niedergebracht. An diesen Versuchsbohrungen werden die durchteuften Schichten aufgenommen, Pumpversuche mit analytischer Begleitung und ggfs. Altersbestimmungen des Grundwassers durchgeführt. Nach dem Abschluss der Maßnahme kann eindeutig festgestellt werden, ob an der vorgesehenen Stelle ein Brunnen sinnvoll und risikolos errichtet werden kann.

Stereoskopische Luftbildauswertung

Gerade in Festgesteinsgebieten, wie sie im fränkischen Raum überwiegend vorkommen, sind Auswertungen von Luftbildern zielführend bei der Suche nach Bohransatzpunkten. Hierzu werden Luftbilder genutzt, die sich zur stereoskopischen Auswertung mittels entsprechender Spiegelstereoskope eignen. Die hierbei durchgeführte Linearanalyse ermöglicht es, tiefer in das Gestein reichende Strukturen (Klüfte, Störungen) zu erkennen und Kreuzungspunkte von Hauptlinearen zu ermitteln. Da die Grundwasserbewegung in einem Kluftgrundwasserleiter zum überwiegenden Teil in Klüften stattfindet, ist eine Aufschlussbohrung an einem solchen Kreuzungspunkt von Hauptlinearen sehr erfolgversprechend. Bei tiefliegenden Grundwasserleitern ist im Rahmen der Grundwassererschließung im Umfeld von tiefgreifenden Störungen potentiell immer mit erhöhter Mineralisation (Salzwasser) zu rechnen. Das Risiko, ob eine solche negative Auswirkung zu erwarten ist, kann über eine Luftbildanalyse bereits im Vorfeld abgeschätzt werden.

Pumpversuche nach DVGW Regelwerk

Die Ergiebigkeit von Gewinnungsanlagen kann über Pumpversuche ermittelt werden, zu deren korrekter Durchführung es entsprechendes Regelwerk gibt (z.B. DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches). Hierbei werden einem oder mehreren Brunnen über einen definierten Zeitraum exakt vorgegebene Grundwassermengen entnommen und die Reaktion des Grundwasserleiters in dem oder den Brunnen selbst sowie in umliegenden Grundwassermessstellen erfasst. Hierbei sollten verschiedene Leistungsstufen geplant und umgesetzt werden, um die relevanten Schlussfolgerungen ziehen zu können.

Die Auswertung führt zu den so genannten hydraulischen Parametern mit denen dann im Anschluss z.B. die Größe und Lage eines Wasserschutzgebietes festgelegt werden kann. Sinnvoll ist eine analytische Begleitung des Pumpversuchs, um die relevanten Inhaltsstoffe nach Trinkwasserverordnung beurteilen und Hinweise auf die mögliche Nutzung des förderbaren Grundwassers geben zu können. Altersbestimmungen des Wassers aus dem Grundwasserkörper helfen ebenfalls bei der grundlegenden Beurteilung des genutzten Grundwasservorkommens.

Wassergewinnung

Bau, Sanierung und Regenerierung von Brunnen und Quellen

Die Nutzung von Grundwasser zur Trinkwasserversorgung der Bevölkerung erfordert die Erschließung eines ausreichend leistungsfähigen Wasservorkommens, das zudem vor Gefahren geschützt sein sollte. Hier wird in unseren Breiten überwiegend auf Grundwasservorkommen zurückgegriffen, da diese ausreichend ergiebig sind und meist einen guten Schutz vor negativen Einflüssen von der Erdoberfläche her aufweisen. Oberflächengewässer wie Seen oder Flüsse sind da wesentlich sensibler (Stichwort: Sandoz-Unfall 1986). Nachteil eines Grundwasservorkommens ist seine träge Reaktion auf Schadstoffeinträge. D.h., wenn ein Stoff einmal in einen Grundwasserkörper eingedrungen ist, dauert es meist sehr lange, bis das Wasser wieder problemlos genutzt werden kann.

Brunnen und Quellen erschließend Grundwasservorkommen und müssen hierzu an den entsprechenden Stellen mit hohen finanziellen Aufwendungen errichtet werden. Im Laufe der Jahre müssen diese Anlagen in Abhängigkeit von den Inhaltsstoffen des geförderten Grundwassers immer wieder regeneriert (gereinigt) werden. Wenn sich der technische Zustand im Laufe der jahrzehntelangen Nutzung verschlechtert, muss an eine Sanierung der Anlage gedacht werden. Hierzu werden u.a. die Brunnenrohre aus dem Bohrloch entfernt und durch neue ersetzt, so dass einer zukünftigen Nutzung nichts mehr im Wege steht.

Maßnahmenplan nach TrinkwV § 16(6)

In der Trinkwasserverordnung (Stand: 03. Januar 2018) heißt es dazu im § 16 Absatz 5:

(5) Der Unternehmer und der sonstige Inhaber einer Wasserversorgungsanlage nach § 3 Nummer 2 Buchstabe a oder Buchstabe b haben einen Maßnahmeplan nach Satz 2 aufzustellen, der die örtlichen Gegebenheiten der Wasserversorgung berücksichtigt. Dieser Maßnahmeplan muss Angaben darüber enthalten,

1. wie in den Fällen, in denen nach § 9 Absatz 3 Satz 2 die Wasserversorgung sofort zu unterbrechen ist, die Umstellung auf eine andere Wasserversorgung zu erfolgen hat und

2. welche Stellen im Falle einer festgestellten Abweichung zu informieren sind und wer zur Übermittlung dieser Information verpflichtet ist.

Der Maßnahmeplan muss spätestens zur Inbetriebnahme vorliegen, ist bei wesentlichen Änderungen zu aktualisieren und bedarf der Zustimmung des zuständigen Gesundheitsamtes.

Ein Maßnahmenplan muss vorliegen, sobald eine Wassergewinnungsanlage oder -versorgungsanlage in Betrieb geht. In diesem müssen Angaben enthalten sein zu:

  • Ansprechpartner – Bereitschaftsdienst Gesundheitsamt, Versorger, Energielieferant, Gaslieferant, Presse, Nachricht
  • ensender, Polizeidienststellen, Feuerwehren, THW, Labor, Geologe, Behörden, Tiefbaufirma.Informationskette - für sensible Wassernutzer (Lebensmittelbetriebe, Zahnärzte, Krankenhäuser, Kindergärten etc.).
  • Liste – wo lagert was für welchen Fall.

Diese Berichte werden von uns in Zusammenarbeit mit dem Wasserversorger und den beteiligten Behörden erstellt und falls gewünscht, gepflegt.

Eigenüberwachung (EÜV-Berichte)

Wasserversorger sind verpflichtet Eigenüberwachungsaufgaben zu erfüllen. Hierzu gehört die regelmäßige Begehung der Wasserschutzgebiete, monatliche Aufzeichnung der entnommenen Wassermengen, monatliche Dokumentation der Ruhe- und Betriebswasserspiegel bei Brunnen bzw. der Schüttungsmengen bei Quellen und jährliche chemische Überwachung des genutzten Grundwassers. Alle gesammelten Daten werden in einem Jahresbericht zusammengefasst, ausgewertet und interpretiert (Ausgewogene Gewinnung, Übernutzung, Regenerierbedarf etc.). Auf der Basis der Ergebnisse können Vorschläge für weitere Maßnahmen formuliert werden.

Wassergewinnungskonzepte

Die Wassergewinnung sollte günstigerweise auf mehreren Standbeinen stehen.

Hierzu ist es notwendig mindestens zwei Gewinnungsanlagen  bzw. -gebiete zu betreiben, die nach Möglichkeit räumlich ausreichend getrennt und zudem unterschiedliche Grundwasservorkommen nutzen.

Wenn dies erfüllt ist, wird eine störungsfreie Wassergewinnung ermöglicht. Dies ist  auch dann gegeben,  wenn eine Gewinnungsanlage einmal ausfallen sollte, z.B. durch einen Defekt der Pumpe, eine bakteriologische Belastung des Grundwasser, die Notwendigkeit einer Regenerierung oder Sanierung oder einen Totalausfall durch eine Havarie (Zusammenbrechen des Brunnens resp. der Quellstränge).

Daher sollte bei zukünftigen Planungen dieser Aspekt der Versorgungssicherheit durch entsprechende Wassergewinnungskonzepte berücksichtigt werden.

Notbrunnen

Notbrunnen für Krisenfälle müssen stets funktionsfähig sein und daher regelmäßig untersucht und gewartet werden. Fördermittel des Bundes sind bei entsprechender Vorplanung nutzbar. Wir erstellen die hierzu notwendigen Untersuchungsprogramme (Kamerabefahrungen, Pumpversuche, Grundwasseranalysen) und darauf aufbauend Förderanträge für die jeweilige Kommune bzw. deren beauftragtem Wasserversorgungsbetrieb (z.B. Stadtwerke, Zweckverbände).

Grundwasserschutz

Deckschichtenbeurteilung

Der Überdeckung des Grundwassers kommt eine sehr wichtige Funktion zu. Wesentlich ist hierbei die Schutzfunktion, die je nach Art der Überdeckung sehr unterschiedlich sein kann. Befinden sich im Umfeld der Gewinnungsanlage schlecht wasserdurchlässige Schichten, wie Tone oder Schluffe, so ist die Schutzwirkung für das Grundwasser hoch. Die Grundwasserneubildung wird aber gleichzeitig verringert. Sind überwiegend gut wasserdurchlässige Schichten ausgebildet, ist die Schutzfunktion verringert, die Grundwasserneubildung allerdings meist hoch.

Daher ist es wichtig, die Deckschichten im Umfeld von Wassergewinnungsanlagen zu kennen und zu bewerten. Hierdurch sind Rückschlüsse auf die Nachhaltigkeit der Grundwassergewinnung möglich.

Einzugsgebietsermittlung

Wo kommt das Grundwasser her, das aus den Gewinnungsanlagen gefördert wird? Ist das genutzte Grundwasservorkommen langfristig gesichert? Wie wird sich die Qualität entwickeln? Gibt es Nutzungen, die das Grundwasser nachhaltig beeinflussen  können?

Das sind nur einige Fragen, die mit Hilfe einer Einzugsgebietsermittlung beantwortet werden können. Für die Festlegung des Einzugsgebiets ist es essentiell wichtig, u.a. die Grundwasserfließrichtung und die Grundwasserfließgeschwindigkeit sowie die Zusammensetzung des Grundwasserleiters zu kennen. Grundlagendaten müssen hierzu intensiv gesichtet und ggfs. durch Geländearbeiten ergänzt werden.

Die Kenntnis der Größe und Lage des Einzugsgebietes erlaubt es, langfristige Trends der Grundwasserqualität und -quantität beurteilen und bewerten zu können und somit im Vorfeld entsprechende Vorkehrungen treffen zu können, die diese Trends eventuell positiv beeinflussen können.

Heilquellenschutzgebiete

Heilquellen nutzen meist sehr tief liegende Grundwasserleiter, um mineralhaltiges und/oder höher temperiertes Wasser zu fördern. Die tiefe Lage ergibt üblicherweise einen sehr guten Schutz gegenüber Einflüssen von der Erdoberfläche her.

Nach den Richtlinien für Heilquellenschutzgebiete der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA)  wird mit der Festsetzung eines Heilquellenschutzgebietes das Ziel verfolgt, die schützenden Deckschichten des Thermalvorkommens vor (weiteren) Durchbohrungen zu schützen und  Übernutzungen des Thermalvorkommens entgegenzuwirken.

Als Heilquellenschutzgebiet wird nach den Richtlinien des LAWA das Gebiet abgegrenzt, in dem durch Einrichtungen, Handlungen und Vorgänge eine Beeinträchtigung der Heilquelle möglich ist.

Heilquellen lassen sich aufgrund der Merkmale Tiefenlage, Größe des Bildungsgebietes, Schutzfunktion und Verbreitung der Überdeckung, Tritiumgehalt, mittlere Verweilzeit und Temperatur in drei Typen einteilen, die jeweils unterschiedliche Schutzmaßnahmen erfordern. Diese Bildungstypen müssen bei der Festsetzung eines Heilquellenschutzgebietes berücksichtigt werden, um ein angepasstes Schutzgebiet beantragen zu können.

Zum Schutz gegen quantitative Beeinträchtigungen des Fließsystems der Heilquelle werden quantitative Schutzzonen ausgewiesen. Dabei wird je nach Tiefe der Eingriffe in den Untergrund und nach dem Ausmaß der anthropogen verursachten Veränderung der Oberfläche und Druckfläche des sonstigen Grundwassers unterschieden zwischen Zone B (Äußere Zone) und Zone A (Innere Zone).

Wasserschutzgebiete

Wasserschutzgebiete sind, wie der Name schon sagt, Gebiete in denen das Grundwasser über die normalen Anforderungen des allgemeinen Gewässerschutzes, wie dies im Wasserhaushaltsgesetz formuliert ist, geschützt werden soll. Hierdurch wird eine zukunftsorientierte und sichere Wassergewinnung erst möglich.

In Wasserschutzgebieten werden daher über entsprechende Verordnungen Auflagen und Verbote formuliert, die die ordnungsgemäße landwirtschaftliche, forstwirtschaftliche und allgemeine bauwirtschaftliche Nutzung beeinträchtigen können und meist entschädigt werden müssen. Hier ist es zielführend mit den im Wasserschutzgebiet wirtschaftenden Landwirten, Forstwirten und Bewohnern Nutzungsoptionen zu erarbeiten. So wird es möglich z.B. einerseits ein landwirtschaftlich sinnvolles Bearbeiten zu ermöglichen und andererseits die Qualität des Grundwassers zu erhalten. Wasserschutzgebiete in forstwirtschaftlich genutzten Arealen erbringen oft ein nur geringes Konfliktpotential und stützen sich sogar eher im Anspruch der jeweiligen Nutzung.

Grundwassermodelle

Die Faktoren, die bei einer Beurteilung von Grundwasservorkommen eine Rolle spielen, sind sehr vielgestaltig und häufig voneinander abhängig. Um diese große Anzahl von Beeinflussungen fachlich korrekt zu berücksichtigen und bewerten zu können, ist häufig die analoge Betrachtung nicht ausreichend und es bedarf der numerischen Simulation mit Hilfe eines Grundwassermodells.

Hierbei werden alle bestimmenden Einflüsse berücksichtig. Nach einer entsprechenden Eichung und schrittweisen Anpassung des numerischen Modells an die vorhandenen geologischen und hydrogeologischen Beobachtungen und Kenntnisse aus dem Umfeld des zu beurteilenden Grundwasservorkommens, können diese Modellergebnisse auch für Prognosezwecke eingesetzt werden.