Grundwasserneubildung

Schema der Grundwasserneubildung: der Anteil des Niederschlags, der nicht verdunstet oder oberflächlich abfließt, versickert und bildet Grundwasser. Grundwasser trägt als Basisabfluss zum Gesamtabfluss in Fließgewässern bei. Bild vergrößern Schema der Grundwasserneubildung

Die Grundwasserneubildung GwN wird gemäß DIN 4049-3 (1994) als "Zugang von infiltriertem Wasser zum Grundwasser" definiert und ist ein wichtiges Maß für die natürliche Regenerationsfähigkeit der Grundwasserressourcen. Dieser Aspekt ist von besonderem wasserwirtschaftlichem Interesse, da in Bayern mehr als 92 % des gewonnenen Trinkwassers aus dem Grundwasser stammen und große regionale Unterschiede bestehen. Zur Grundwasserneubildung trägt großräumig vor allem aus Niederschlag gebildetes Sickerwasser bei. Als Restgröße der Wasserbilanz stellt die Grundwasserneubildung den um die tatsächliche Evapotranspiration ETa und schnelle Abflusskomponenten QD reduzierten Anteil der Niederschlagshöhe N dar:
GwN = N - ETa - QD

Auf der Skala von Jahreswerten entspricht sie näherungsweise dem aus dem Grundwasserspeicher stammenden Anteil der Gesamtabflusshöhe Q, der als Basisabfluss QB den Vorfluter auch noch in niederschlagsarmen Zeiten speist (Trockenwetterabfluss).

Für die nutzbare Menge an Grundwasser ist nicht nur die Grundwasserneubildung vor Ort, sondern vor allem das Grundwasserdargebot entscheidend. Zum Grundwasserdargebot kann neben der Grundwasserneubildung aus Niederschlag auch der Zustrom von Uferfiltrat oder Grundwasser aus angekoppelten Grundwasserleitern beitragen. So enthalten die Schotter im schwäbischen Donaumoos große Wassermengen, die nicht aus der lokal geringen Grundwasserneubildung stammen, sondern aus den benachbarten und darunterliegenden Jurakalken zufließen.
Andererseits gibt es auch Bereiche mit hohen klimatisch bedingten Grundwasserneubildungsraten, aber geringem Speichervermögen des Untergrunds, die darum wasserwirtschaftlich weniger bedeutend sind. Dies ist zum Beispiel im Kristallin des Bayerischen Waldes zu beobachten. Die Grundwasserneubildung kann daher nicht zwangsläufig mit dem Grundwasserdargebot gleichgesetzt werden.

Verfahren

Zur Bestimmung der Grundwasserneubildung sind aus der Literatur zahlreiche Verfahren bekannt. Für einzelne Standorte kann die Sickerwassermenge direkt erfasst werden, z.B. mit wägbaren Lysimetern oder Saugkerzen. Für größere Gebiete kann, abhängig von der Verfügbarkeit von Daten und der Struktur der Untersuchungsgebiete, die Ermittlung der Grundwasserneubildung nach einfachen empirischen Ansätzen bis hin zu sehr komplexen Modellen erfolgen. Bei diesen werden die einzelnen Prozesse (Niederschlag, Evapotranspiration, oberirdischer Abfluss etc.) und ihre Verbindung detailliert erfasst und beschrieben.

Die Grundwasserneubildung in Bayern wurde bisher über eine vereinfachte Niedrigwasseranalyse an ausgewählten Abflusspegeln der oberirdischen Gewässer ermittelt und als Mittelwerte für Einzugsgebiete dargestellt.

Für die aktuelle Karte der Grundwasserneubildung wurden Modellrechnungen durchgeführt.
Zunächst wurde die tatsächliche Evapotranspiration mit dem Einschicht-Bodenwasserhaushaltsmodell GWN-BW (Weiterentwicklung des Modells TRAIN-GWN) bestimmt. Die für die weitere Modellierung der Grundwasserneubildung benötigte mittlere Gesamtabflusshöhe Q ergibt sich aus der Differenz von Niederschlag und simulierter Verdunstung.

In einem zweiten Schritt wurden diese dann mit Hilfe des Baseflow-Index BFI räumlich differenziert um relevante Direktabflussanteile auf den Basisabfluss QB reduziert, der der Grundwasserneubildung GwN entspricht. Dabei gilt folgender Zusammenhang:
GwN = Q * BFI mit BFI = QB/Q

Die Ermittlung des Baseflow-Index basiert auf einer in ausgewählten Einzugsgebieten durchgeführten multiplen linearen Regressionsanalyse, bei der den gebietsbeschreibenden Größen die am Pegel ermittelten Baseflow-Indizes als Zielgrößen gegenübergestellt werden.

Grundwasserneubildungskarte Bayern

Die aktuelle Karte der Grundwasserneubildung, als Blatt 4 der Hydrogeologischen Karte von Bayern 1:500.000 erschienen, zeigt die mittlere jährliche Grundwasserneubildung aus Niederschlag für den Zeitraum 1971-2000 als Rasterdarstellung in der Auflösung 200 m x 200 m. Die ermittelten Werte beziehen sich auf den oberen Grundwasserleiter, der über die oberflächennahe ungesättigte Zone gespeist wird.

Farbige Rasterkarte der mittleren Grundwasserneubildung aus Niederschlag im Zeitraum 1970-2000. Die Karte entspricht dem Druckbild der Hydrogeologischen Karte von Bayern 1:500.000, Blatt 4 Bild vergrößern Farbige Rasterkarte der mittleren Grundwasserneubildung aus Niederschlag im Zeitraum 1970-2000

Die Hydrogeologische Karte 1:500.000 im Online-Kartendienst GeoFachdatenAtlas