Karte der Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung

Karte Schutzfunktion

Im Rahmen der Arbeiten der UAG EU-Wasserrahmenrichtlinie der Ad-hoc AG Hydrogeologie wurde durch das Bayerische Geologische Landesamt flächendeckend für Bayern eine Karte der Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung nach dem Verfahren von Hölting et al. (1995) ausgearbeitet.

Verfahren

Die Berechnung des Punktwerts der Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung erfolgt rasterzellenbasiert nach der folgenden Gleichung:

S=[B+(F-M-M_b)*G₁+(M*G_d)]*W

• S = Gesamtschutzfunktion in Punkten (dimensionsloser Relativwert)
• B = Schutzfunktion des Bodens in Punkten (dimensionsloser Relativwert)
• F = Flurabstand in m (F ≥ 1m)
• M = Mächtigkeit der Deckschicht in Meter
• M_b = Mächtigkeit des Bodens (= 1m)
• G₁ = Gesteinsspezifische Schutzfunktion in Punkten (dimensionsloser Relativwert)
• G_d = Schutzfunktion der Deckschicht in Punkten (dimensionsloser Relativwert)
• W = Faktor für die Sickerwasserrate (zwischen 0.25 und 1.75)

Für den Fall F < (M-M_b) wird M pauschal als F-M_b gewertet. Der Flurabstand wird als ≥ 1m Bodenmächtigkeit vorausgesetzt.

Die resultierende Gesamtpunktzahl je Rasterzelle wird nach dem Hölting-Verfahren in 5 Klassen mit den Klassengrenzen 500, 1.000, 2.000 und 4.000 Punkten dargestellt.
Als Rasterzellengrößen wurden 200m x 200m gewählt, was als Kompromiss zwischen der relativ hohen Auflösung des Digitalen Höhenmodells (DHM) (50m x 50m) und der flächendeckend nur kleinmaßstäbig vorliegenden Bodenkarte (Maßstab 1 : 1.000.000) gesehen wird.

Die Berechnung der Gesamtschutzfunktion erfolgte iterativ, um die bereichsweise pauschal angesetzten Eingangsparameter (vor allem Flurabstand, Deckschichtenmächtigkeit, Klüftung und Bewertung der Schutzfunktion hydrogeologischer Einheiten) zu optimieren. Die Kalibrierung der flächendeckenden Anwendung des Verfahrens auf ganz Bayern wurde dabei durch Vergleich der erhaltenen Schutzfunktionskarte mit bereits vorliegenden großmaßstäbigen Karten 1 : 50.000 (gesamte Region 10 (Ingolstadt) sowie 7 weitere Schutzfunktionskarten in verschiedenen hydrogeologischen Räumen Bayerns; siehe Diepolder, 1995) vorgenommen. Dementsprechend wurde die Schutzfunktion auf Basis der Geometrien der Deckschichten und der hydrogeologischen Einheiten der HÜK200 vor allem durch Variation der Eingangsparameter Schutzfunktion der tieferen Grundwasserüberdeckung und Deckschichtmächtigkeit wiederholt angepasst. Eine weitere Überprüfung erfolgte durch Vergleich mit der punktuell ermittelten Gesamtschutzfunktion, die an den Bohrungen der zentralen Datenbank des GLA (ZDB) berechnet wurde.

Eingangsdaten

Für die Erstellung der Karte wurden die folgenden Eingangsdaten verwendet:
DHM 50 des Bayerischen Landesvermessungsamtes Bodenübersichtskarte der Bundesrepublik Deutschland 1:1.000.000 der BGR (BÜK1.000): Wichtung der in der Legendenbeschreibung angegebenen nFK-Werte der Referenzprofile mit der Horizontmächtigkeit und gemäß der Projektkonzeption "Schutzfunktion der GW-Überdeckung". Berechnung einer Profiltiefe von 1m. Bereichsweise wurden die nFK-Werte der BÜK1.000 nach neueren Erkenntnissen modifiziert.

Tiefere Grundwasserüberdeckung

Insgesamt 17.478 Bohrungen der zentralen Datenbank des GLA wurden auf die hydrogeologischen Einheiten der HÜK200 referenziert. Berechnung der schichtspezifischen Schutzfunktion anhand des Schichtbeschriebs. Berechnung des Medians des Punktwerts der Schutzfunktion nach hydrogeologischen Einheiten sortiert bzw. pauschale Schätzung bei ungenügender Bohrungsanzahl. Bei Festgesteinen Multiplikation mit einem Kluftfaktor (Diepolder, 1995).

Flurabstand

Je nach regionaler Datenlage Kombination aus eigenen Grundwassergleichenplänen, dem Grundwassergleichenplan 1:500.000 des LfW (LfW, 1985), Neuberechnungen mittels Bohrungsdatenbank und pauschaler Bewertung von Flurabständen pro hydrogeologischer Einheit anhand der Auswertung von 22.563 Ruhewasserspiegeln von stratigraphisch anhand der HÜK200 referenzierten Bohrungen (Gewichtung nach dieser Reihenfolge). Anschließend Begrenzung der Werte auf Flurabstände >1m.

Deckschichten

Entsprechend den Deckschichtgeometrien der HÜK200 wurden die Flächen in Abhängigkeit von der Geologie mit pauschalen Flurabständen und Schutzfunktionswerten belegt.

Sickerwasserrate

DWD-Karte des Gesamtabflusses (in: DWD, 1996) unter Berücksichtigung der Nutzung und Bodenart pauschal um 10% Oberflächenabfluss reduziert (ausgenommen versiegelte Flächen mit 75%).

Verifizierung

Die erhaltene Karte der Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung wurde nach Einteilung in 5 Klassen sowohl mit den bestehenden großmaßstäbigen Karten der Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung (ca. 9% Flächenabdeckung Bayerns) als auch punktuell mit den an insgesamt 17.478 Bohrungen berechneten Schutzfunktionswerten verglichen und lieferte nach Abschluss der Kalibrierung 86% Übereinstimmung mit den vorhandenen Schutzfunktionskarten und 83% mit den an den Bohrungen ermittelten Werten (jeweils ± 1 Klasse). Die noch vorhandenen Unterschiede können weitgehend durch Bezugnahme auf unterschiedliche Grundwasserstockwerke, Differenzen beim Flurabstand und maßstabsbedingte bzw. kartiermethodische Unterschiede (zum Beispiel abgedeckte Kartierung der GÜK200 im Grundgebirge) erklärt werden und sind damit verfahrens- bzw. maßstabsbedingt nicht weiter zu verringern. Dementsprechend gibt die Karte eine im Rahmen des verwendeten Maßstabs stimmige und plausible flächendeckende Klassifizierung wieder.

Literatur

DWD (1996): Agrar- und Umweltklimatologischer Atlas von Bayern 1:1 000 000. – o. S., Weihenstephan

Diepolder, G. (1995): Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung. Grundlagen – Bewertung – Darstellung in Karten. – GLA-Fachberichte 13: 5-79 – München (Bayer.Geologisches Landesamt).

Hölting B., Haertle, T., Hohberger, K.-H., Nachtigall, K.H., Villinger E., Weinzierl, E., Wrobel, J.-P. (1995): Konzept zur Ermittlung der Gesamtschutzfunktion der Grundwasserüberdeckung. – Geol.Jb C63: 5-24

Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (2003): Arbeitshilfe zur Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie, 139 S., unveröffentlicht

LfW (1985): Grundwassergleichenkarte von Bayern 1 : 500 000.- Schriftenreihe Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, 20, 40 S., München.