Neue Methoden der Hydrogeophysik zur Bewertung sedimentärer Grundwasserspeicher

Motivation und Ziele

Natürliche Grundwasserspeicher sind die wichtigste Trinkwasserressource. Angesichts vielerorts knapper werdender Grundwasservorräte kommt ihnen eine zunehmende Bedeutung zu. Sie einerseits vor Verschmutzung zu schützen, andererseits mengenmäßig nachhaltig zu bewirtschaften, ist eine vordringliche Aufgabe. Entsprechende gesetzliche Rahmenbestimmungen (WHG1, WRRL2) sind diesbezüglich eine eindeutige Verpflichtung.

Weltweit besitzt die Quantifizierung von Parametern wie räumliche Ausdehnung, Verwundbarkeit und Belastbarkeit unterirdischer Grundwasserspeicher eine hohe Aktualität. In Deutschland schreibt das Wasserhaushaltsgesetz vor, die Wasserversorgung vorrangig aus ortsnahen Quellen zu gewährleisten. Oberflächennahe Aquifere sind allerdings oftmals durch diffuse Stoffeinträge meist landwirtschaftlichen Ursprungs belastet. Ein besonderes Problem stellt die Nitratbelastung dar. Ein Ausweichen auf tiefere Aquifere verschiebt das Problem nur.

Vor diesem Hintergrund ist das Fehlen detailreicher Kenntnisse hydrogeologisch wirksamer Speicher- und Transportparameter wie nutzbare Porosität und Permeabilität bzw. hydraulische Leitfähigkeit sowie auch über die Grundwasserbeschaffenheit unbefriedigend. Aufschlussbohrungen geben zwar punktuell hoch auflösende Einsichten in derlei Kenngrößen, aus Kostengründen - oft auch wegen logistischer Beschränkungen - sind sie aber nicht geeignet, hinreichende Detailinformationen in der Fläche bzw. im Volumen zu liefern. Auf dem sich neu entwickelnden Fachgebiet Hydrogeophysik gibt es verschiedene Ansätze, die Kenntnislücken durch den Einsatz innovativer, minimal-invasiver Erkundungsmethoden zu schließen.

Hier setzt die Initiative zur Bildung einer Projektgruppe ‚Hydrogeophysik’ im Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik ein. Durch problemorientierte Verfahrensentwicklungen und das Zusammenführen mehrerer viel versprechender Ansätze sowie eines abgestimmten, kombinierten Einsatzes der bestgeeigneten Methoden ist ein erheblicher Fortschritt bei der Ermittlung der für Wasserversorger relevanten Kenngrößen zu erwarten.
Durch die Weiterentwicklung und Kombination moderner geophysikalischer Verfahren will die Projektgruppe

• die Ermittlung hydrogeologisch und wasserwirtschaftlich wichtiger Parameter, wie die Porosität und die hydraulische Leitfähigkeit sowie Speichervermögen und Förderbarkeit, aus geophysikalischen Messungen methodisch voran treiben,
• neue Erkundungs- und Erfassungsmethoden der Geophysik für hydrologischen Erkenntnisgewinn zum Einsatz bringen,
• den Zugewinn, den einzelne Methoden dabei liefern, bündeln und in ein gemeinsames Mess- und Auswertungskonzept einbinden und
• die Verbesserung, die hydrogeologisch/hydraulische Grundwassermodelle durch den Einsatz neuer Verfahren erhalten, durch Untersuchungen an gemeinsamen Teststandorten prüfen.

Hauptziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung eines abgestimmten, integrierten und gesteinsphysikalisch fundierten Methodenkanons geophysikalischer Erkundungs- und Interpretationsverfahren zur quantitativen Bewertung der hydraulischen und hydrogeologischen Eigenschaften nutzbarer, sedimentärer Aquifersysteme. Damit ist beabsichtigt, zu einem besseren Verständnis und zur Lösung von Problemen im Grundwasserschutz und in der Trinkwasserversorgung beizutragen. Teilziele sind demzufolge

• die zielgerichtete Weiterentwicklung insbesondere neuer Methodenansätze für den Einsatz bei der Erkundung natürlicher Grundwasserspeicher,
• das Verzahnen dieser Verfahren zu komplementärer Anwendung, Auswertung und Interpretation (geophysikalische Joint-Inversion),
• das Erstellen von Grundwassermodellen auf der Basis eines neuen Methodenkanons und die Überprüfung der Modelle durch Vergleich mit herkömmlichen Ansätzen.