Ein Forschungsschwerpunkt am Institut für Geologie ist die Erstellung von GIS-Anwendungen mit umweltrelevanten Bezügen. Mit Hilfe der hier vorgestellten Applikation kann die Gefährdung des Grundwassers in einem Gebiet abgeschätzt werden. Weitere Informationen zum Thema Erstellen von digitalen Atlanten und Vektorgrahiken für das WWW finden Sie hier....

The modeling of potential groundwater pollution risk is based on ground water recharge rates, residence times in the unsaturated zone, physico-chemical properties of hazardous chemicals as well as soil types and geology. All data are managed by means of a hybrid GIS using digital terrain models with a mesh size of 10 to 100 m. Thematic maps may be created online with reference to specific questions about the environmental impact. This digital information system is a very usefull tool for decion makers in the fields of regional planning alternatives and environmental impact studies. It may help for defining well head protection areas as well.

Die Grundwassergefährdung wird aus der Grundwasserneubildung, der Verweilzeit in der ungesättigten Zone sowie aus den physiko-chemischen Eigenschaften wassergefährdender Stoffe und aus der pedologisch-geologischen Naturraumausstattung abgeschätzt. Dies erfolgt mit Hilfe eines hybriden Geo-Informationssystems unter Verwendung digitaler Geländemodelle mit einer räumlichen Auflösung von 10 bis 200 m in der Fläche. Zusätzlich können thematische Karten der Umweltbeeinflußung entsprechend der jeweiligen Aufgabenstellung erzeugt werden. Diese GIS-Anwendung ist eine wichtige Hilfe bei Umweltverträglichkeitsprüfungen sowie bei der Ausweisung von Trinkwasser-Schutzgebieten. Das Digitale Informationssystem Grundwassergefährdung ist ein objektives Werkzeug für die Entscheidungsfindung bei Raumordnungsverfahren, bei Umweltverträglichkeitsprüfungen und jeder Art von Baumaßnahmen, die das Grundwasser gefährden können, sowie der Ausweisung von Trinkwasserschutzgebieten und Havarieszenarien. Das Ergebnis ist eine Karte dimensionsloser Gefährdungsklassen. Die Gefährdungsklassen ergeben sich aus der Grundwasserneubildung und der Verweilzeit des Grundwassers in der ungesättigten Bodenzone.

Die Datenbasis für die Berechnung der Gefährdungsklassen besteht aus digitalen Karten (Geologische Karte) Für die Bilanzierung der Grundwasserneubildung sind neben Angaben zur Art und zum kf-Wert der einzelnen Bodenarten und der übrigen Aerationszone auch die Werte für klimatische Daten wie den Gebietsniederschlag, die Gebietstemperatur und die Dauer der Sonneneinstrahlung notwendig.

Aus den Grundwasser-Isohypsen des obersten Grundwasserleiters und dem digitalen Geländemodell wird der Flurabstand gewonnen. Die Diskretisierung des Gebietes ist abhängig von Geologie und Morphologie. Typische Gitterabstände sind zwischen 10 und 200 Metern zu sehen.

Die aus den Rohdaten gewonnen numerischen Werte werden für die Berechnung verschiedene Zwischenstadien eingesetzt. Für diese Zwischenstadien sind verschiedene Korrekturen notwendig.

Im Digitales Geländemodell (DGM) werden abflußlose Depressionen für die Berechnung des oberirdischen Abflusses zu neigungslosen Flächen (Algorithmus von JENSON & DOMINGUE, 1988) "aufgefüllt". Dies geschieht, um ein der Natur entprechendes Gewässernetz zu erhalten. Mit Hilfe des so errechneten Abflußnetzes können Teileinzugsgebiete ausgewiesen werden.

Die Grundwasserneubildung wird 1. aus der Wasserhaushaltsbilanz (P, ET, AO) und 2. aus der maximalen Permabilität der Deckschicht berechnet. Die Berechnung der Grundwasserneubildung aus der Permabilität wird angewandt, wenn die betreffende Zelle von anderen Zellen Wasser durch Oberflächen- oder Zwischenabfluß erhält. In den anderen Zellen wird die Grundwasserneubildung anhand der Formel von TURC berechnet. Zusätzlich werden mit der intergrierten Programmiersprache der GIS-Software Korrekturen aufgrund der Hangneigung, Exposition und Geländehöhe vorgenommen.Die errechnete Grundwasserneubildung entspricht dem mittleren tatsächlichen Wert und stellt keine worst case Annahme dar.

Für die Verweilzeit des Grundwasser in der ungesättigten Zone wird eine worst case Situation angenommen. Die Verweilzeiten für die Bodenschicht und restliche Aerationszone werden getrennt berechnet. Grundlage der Berechnungen sind die jeweiligen Permabilitäten der Schichten. Angenommen wird dabei ein Wassergehalt im Boden, der sich infolge der Gravitationskräfte einstellt (Feldkapazität).

Die Berücksichtigung der Landnutzung ist erforderlich wegen des differenten Abfluß- und Evapotranspirationsverhaltens von beispielsweise Wald, Acker, Wiesen, Siedlunggbieten und Straßen. Die Anwendung von Pflanzenschutz- und Behandlungsmitteln innnerhalb land- und forstwirtschaftlich genutzter Gebiete macht dies ebenfalls erforderlich.

Die Zwischenergebnisse (Flurabstand, oberirdischer Abfluß, Verdunstung, Verweilzeit, Grundwasserneubildung) liegen als Werte der entsprechenden Größen für jede Rasterzelle vor und können einzeln in thematischen Karten visualisiert werden.

Das Endergebnis, die generelle Abschätzung der Grundwassergefährdung erfolgt in beliebig wählbaren Gefährdungsklassen. Bei Kenntnis von zusätzlichen Parameter wie Gehalten an organischem Kohlenstoff und den Tongehalten des Bodens können auch stoffspezifische Abschätzungen gemacht werden.

Der Einsatz dieses neuentwickelten digitalen Informationssstems ermöglicht flächendeckende und genaue Aussagen zur Gefährdung von Grundwässern. Potentielle Anwender dieses Systems sind daher alle staatlichen und privaten Institutionen, die sich mit Umweltschutz, der Erstellung und Bewertung von Flächenutzungsplänen und wasserwirtschaftlichen Aufgaben beschäftigen.

 Die hier vorgestellte Applikation wurde mit TNTmips von MicroImages erstellt.
Die Lite-Version von TNTmips kann von diesem Server (nur Win95/NT) oder von MicroImages geladen werden.