Südost-Holstein)

Endbericht zum

Untersuchungsprogramm zur Ermittlung des nutzbaren Grundwasserdargebotes im schleswig-holsteinischen Nachbarraum zu Hamburg (Südost-Holstein)

Az. LANU45-5202.718

mit Beiträgen von Dr. Gottfried Agster Dipl.-Ing. Herbert Angermann Dipl.-Ing. Ramon Hiemcke Dr. Roland Otto Dipl.-Geol. Wolfgang Wolters

Flintbek, im September 2000

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Inhaltsverzeichnis Seite Zusammenfassung iv

1. Einleitung (Dr. Roland Otto) 1 1.1 Veranlassung und Ziele des Untersuchungsprogramms 1 1.2 Beteiligte Dienststellen und Fachinstitutionen 2 1.3 Methodische Ansätze und zeitliche Entwicklung des Untersuchungsprogramms 3 1.4 Trägerschaft des Untersuchungsprogrammes 4 1.5 Lage der Untersuchungsräume 4 1.6 Landschaftsform und Gewässernetz 6

2. Geologie und Hydrogeologie in Südost-Holstein (Dr. Gottfried Agster) 8 2.1 Datengrundlage und geologische Erkundungsmaßnahmen 8 2.2 Der Geologische Bau 9 2.2.1 Tektonische Strukturen des tieferen Untergrundes 9 2.2.2 Eiszeitliche Rinnen 10 2.2.3 Das Tertiär 11 2.2.3.1 Das Alttertiär 11 2.2.3.2 Das Jungtertiär 13 2.2.4 Das Quartär 17 2.2.4.1 Die Quartärbasis 17 2.2.4.2 Gliederung des Quartärs und quartäre Sedimente 18 2.2.4.3 Verbreitung quartärer Sedimente 20 2.3. Hydrogeologische Verhältnisse 22 2.3.1 Tertiäre Grundwasserleiter und ihre hydraulischen Eigenschaften 25 2.3.2 Tertiäre Trennschichten und ihre hydraulischen Eigenschaften 28 2.3.3 Quartäre Grundwasserleiter und ihre hydraulischen Eigenschaften 30 2.3.4 Quartäre Trennschichten, Beschaffenheit und hydraulische Eigenschaften 31 2.3.5 Hydraulische Zusammenhänge verschiedener Grundwasserstockwerke 32 2.4 Grundwasserversalzung 36 2.4.1 Ursachen, Klassifikation, Datengrundlage und Methodik 36 2.4.2 Tiefenlage und Verbreitung natürlicher Salzwasservorkommen 38

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Seite 3. Hydrologie und Wasserhaushalt im Planungsraum Südost-Holstein 41

3.1 Das Grundwasserstandsmeßnetz (Dipl.-Ing. Herbert Angermann ) 41 3.1.1 Bau der Grundwassermeßstellen 41 3.1.2 Art des Meßstellenausbaus und Ausbaumaterial 43 3.1.3 Qualitätssicherung beim Bau der Grundwassermeßstellen 47 3.1.4 Die Messung der Grundwasserstände 52

3.2 Der Landschaftswasserhaushalt und seine Bilanzierung (Dr. Roland Otto) 54 3.2.1 Diskretisierung der Untersuchungsräume 55 3.2.2 Datengrundlage und Bilanzzeiträume 57 3.2.3 Die Grundwasserneubildungsverhältnisse im Bereich des Modellteilgebietes Großhansdorf 59 3.2.4 Die Grundwasserneubildungsverteilung im Gesamtgebiet Südost-Holstein 65

4. Einsatz der Grundwassermodellierung zur Ermittlung und Quantifi- zierung des Grundwasserhaushaltes (Dipl.-Ing. Ramon Hiemcke) 75 4.1 Ziele der Grundwassermodellierung im Rahmen des Untersuchungs- programms 75 4.2 Untersuchungs- und Modellgebiet 76 4.3 Art der eingesetzten Grundwasserströmungsmodelle und methodischer Ansatz 76 4.4 Abbildung des Natursystems in den Grundwassermodellen 79 4.4.1 Schematisierung des geologischen Modells 79 4.4.2 Beschreibung der hydraulischen Gesamtsituation 81 4.4.3 Grundwasserentnahmen im Vergleichszeitraum Wasserwirtschaftsjahr 1990 83 4.5 Eichstrategie und Ergebnisse 85 4.5.1 Berechnete Grundwasserströmung 87 4.5.2 Berechnete Grundwasserbilanzen 89 4.6 Schlußfolgerungen 93

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5. Die Grundwasserbeschaffenheit (Dipl.-Geol. Wolfgang Wolters) 95 5.1 Art, Umfang und Ziele der hydrochemischen Untersuchungen 95 5.2 Beschreibung der Grundwasserbeschaffenheit 95 5.2.1 Hauptinhaltsstoffe 95 5.2.2 Spureninhaltsstoffe 97 5.3 Grundwasserbeschaffenheitsgruppen und deren Verbreitung 98 5.4 Beeinträchtigungen der Nutzbarkeit des Grundwassers durch die Grundwasserbeschaffenheit 98 5.4.1 Geogene Einflüsse 98 5.4.2 Anthropogene Beeinflussung 101

6. Regionale Verteilung und Nutzungsmöglichkeiten der 102 Grundwasservorräte (Dipl.-Ing. Ramon Hiemcke) 6.1 Vom Grundwasserdargebot zum nutzbaren Grundwasserdargebot 102 6.1.1 Kriterien 102 6.1.2 Ermittlungsstrategie 103 6.2 Gesamtbewertung der Teilgebiete hinsichtlich einer zusätzlichen Wassergewinnung 107

7. Ausblick 117

8. Schriftenverzeichnis 118

9. Anlagenverzeichnis 123

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Zusammenfassung

Zur Ermittlung des nutzbaren Grundwasserdargebotes führte das Landesamt für Natur und Umwelt ein Grundwasseruntersuchungsprogramm im Raum Südost-Holstein durch. Die Un- tersuchungen beinhalteten ein hydrogeologisches Erkundungsprogramm einschließlich Grundwassermeßstellenbau, hydrologischer Untersuchungen zum Landschaftswasserhaus- halt, die Erarbeitung zweier Grundwassermodelle zur Bilanzierung des Wasserhaushaltes sowie eine Expertise zur Grundwasserbeschaffenheit. Ziel war es, Gebiete mit günstigen Wassergewinnungsmöglichkeiten auszuweisen.

Die hydrogeologischen Untersuchungsmaßnahmen konzentrierten sich vorrangig auf die Erkundung der jungtertiären Schichten. Die Basis dieser Nutzhorizonte bildet der Untere Glimmerton (UGT). Über ihm folgen die Unteren Braunkohlensande (UBKS). Sie unterteilen sich in einen unteren, feinsandig-schluffigen Abschnitt und in einen oberen Abschnitt aus meist grobkörnigeren Sanden. Darüber folgt als flächenhafte Deckschicht der Hamburger Ton (HT), bevor mit den Oberen Braunkohlensanden (OBKS) erneut ein Sandhorizont ein- setzt. Er ist durch wechselnde Ton-/Schluffzwischenlagen jedoch in sich stärker untergliedert als die UBKS. Bei vollständiger Ausbildung des Tertiärprofils folgen auf die OBKS dann noch der Obere Glimmerton (OGT) und die Kaolinsande (KS). Überlagert werden diese Schichten des Tertiärs im gesamten Untersuchungsgebiet von den sehr heterogenen Sedimentfolgen des Quartärs, vorherrschend eiszeitliche Geschiebemergel, Sande und Kiese, aber auch Schluff und Ton.

Als Folge der Entstehung von Salzstrukturen werden die Tertiärhorizonte in sehr unterschiedlichen Mächtigkeiten und Tiefen vorgefunden. Im Süden liegt die Mächtigkeit der Braunkohlensande häufig zwischen 50 und 100m, die Tone erreichen ca. 5 m bis über 20 m. Die Basis der UBKS liegt hier in einem Niveau um -200 mNN. In den tiefen Senkungsräu- men des Ahrensburger- und Oldesloer-Troges im Nordwesten, zwischen den Salzstrukturen von Sülfeld und Nusse-Eckhorst, werden wesentlich größere Werte erreicht. Die Horizont- mächtigkeiten steigen bis weit über 100 m an und die Basis der UBKS reicht dort bis in Tie- fen von über -1000 mNN.

Die Unteren und Oberen Braunkohlensande mit dem dazwischen liegenden Hamburger Ton sind nahezu im gesamten Untersuchungsgebiet verbreitet, ausgenommen sind die Hochla- gen über den Salzstrukturen von Siek, Sülfeld und Nusse-Eckhorst. Der Obere Glimmerton fehlt hingegen in weiten Teilen des südlichen Untersuchungsgebietes. Das Verbreitungsge- biet der Kaolinsande beschränkt sich auf den nordwestlichen Untersuchungsraum. Schmale, langgestreckte und bis über 200 m tiefe eiszeitliche Rinnen durchtrennen den jungtertiären Schichtenverband teilweise bis unter die Basis der UBKS. Sie sind mit wechselnden eiszeitlichen Sedimenten verfüllt, die hier Gesamtmächtigkeiten bis weit über 200 m erreichen. - v -

Außerhalb der Rinnen betragen die Mächtigkeiten häufig zwischen 40 und 80 m. Über diese Rinnen sowie an den Flanken der Salzstrukturen findet die Grundwasserregeneration tieferer Grundwasserstockwerke statt.

Bereichsweise ist die Nutzbarkeit der verschiedenen Grundwasserleiter durch natürliche Salzwasservorkommen eingeschränkt. Betroffen sind die Oberen und Unteren Braunkohlen- sande in tieferen Lagen des Oldesloer- und Ahrensburger-Troges etwa ab -400 bis -500 mNN sowie tiefere Lagen der Unteren Braunkohlensande in Teilen der Trittauer Mulde etwa ab -200 mNN. Ferner treten natürliche Salzwasservorkommen auch in den Talzügen entlang der Trave, der Bille und des Elbe-Lübeck-Kanals auf. Sie erfassen hier in unter- schiedlichem Maße auch eiszeitliche Wasserleiter bis in oberflächennahe Bereiche.

Hauptnutzhorizonte sind im nördlichen bis nordwestlichen Gebietsteil Kaolinsande und eiszeitliche Sande, die dort über dem Oberen Glimmerton großräumig ein zusammmenhän- gendes Wasserleitersystem darstellen. Im mittleren Untersuchungsgebiet sind dann OBKS und UBKS gleichermaßen nutzbar. Im südlichen Gebietsteil reicht die eiszeitliche Erosion oft flächenhaft bis in die Oberen Braunkohlensande. Ihre Mächtigkeit ist dadurch z. T. erheblich reduziert. Hier sind die Unteren Braunkohlensande der einzige flächenhafte, homogene Grundwasserleiter mit dem Hamburger Ton als durchgehender Abdeckung. Nutzbar sind im Untersuchungsgebiet auch die eiszeitlichen Rinnensande, die bei entsprechender hydraulischer Anbindung an seitlich anstehende Tertiärsande auch deren Grundwasservorräte mit erschließen. Ansonsten sind die Nutzungsmöglichkeiten eiszeitlicher Wasserleiter einge- schränkt. Sie sind wegen der ausgeprägten Heterogenität der quartären Schichten meist lokal begrenzt.

Für die hydrogeologische Erkundung wurden in den Jahren 1984 bis 1991 insgesamt 143 Grundwassermeßstellen an 56 Standorten eingerichtet. Hierbei hat die Verwendung ver- stärkten PVC-Materials mit Doppelmuffenverbindungen sowie die Einführung neuer Kontroll- verfahren zu einer deutlichen Qualitätsverbesserung hinsichtlich der Haltbarkeit der Meßstel- len geführt. Bei keiner der inzwischen schon bis zu 15 Jahren alten Meßstellen waren bisher Defekte in Form von Undichtigkeiten oder Beschädigungen festzustellen. Abgesehen von der erst später eingeführten Ringraumverpressung und dem Verzicht auf Sumpfrohre hat sich diese Form des Grundwassermeßstellenbaus bewährt und ist seitdem Ausbaustandard in Schleswig-Holstein. Die Wasserstandsermittlung in den Meßstellen erfolgte zunächst durch wöchentliche Handmessungen. Durch steigende Anforderungen an die Meßgenauig- keit wurde der überwiegende Teil des Meßnetzes in den Jahren 1996/97 mit Schreibpegeln ausgerüstet. Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung von Arbeitsabläufen wird die Grundwasserstandsbeobachtung derzeit auf digitale Meßwerterfassung und -verarbeitung umgestellt.

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Für die Bilanzierung des Wasserhaushalts ist die Berechnung der Grundwasserneubildungs- rate erforderlich. Grundlage bildete im wesentlichen die Auswertung geologischer und topo- graphischer Karten in Verbindung mit Klima- und Abflußdaten. Bilanzzeitraum waren die Jahre von 1980-1991. Im Verfahrensgang wurde zunächst für bestimmte Boden- und Nut- zungsarten der Wasserüberschuß bestimmt. Dieser Wasserüberschuß ist derjenige Anteil des Niederschlages, der weder oberirdisch abfließt noch verdunstet. Seine Quantifizierung erfolgt mit Hilfe von Lysimetergeradengleichungen, welche für analoge Boden- und Nut- zungsverhältnisse aufgestellt worden waren. Da die Grundwasserneubildungsrate die Diffe- renz zwischen Wasserüberschuß und oberirdischem Abfluß ist, war in einem weiteren Schritt die regionale Verteilung des oberirdischen Abflusses zu ermitteln. Hierzu wurde zunächst der langjährige Gesamtabfluß an den im Gebiet befindlichen Pegeln bestimmt und hernach in einen oberirdischen und unterirdischen Abfluß aufgetrennt. Die Verarbeitung aller im Be- rechnungsgang benötigten Daten erfolgte rasterbezogen mit einem Tabellenkalkulations- programm. Im Gesamtgebiet Südost-Holstein betrug der mittlere Gebietsniederschlag etwa 782 mm/a, während die Verdunstungshöhe bei 449 mm/a lag. Der oberirdische Abfluß betrug 168 mm/a, so daß sich für die Grundwasserneubildungsrate bei einem Wasserüber- schuß von 333 mm/a ein Wert von 165 mm/a ergab. Dieses entspricht 21% der Nieder- schlagshöhe. Im Untersuchungsgebiet werden 26 mm/a (35,7 Mio. m³/a) für die Trink- und Brauchwasserversorgung genutzt. Bezogen auf die Grundwasserneubildungsrate sind dies 15,8%.

Im Rahmen des Untersuchungsprogramms wurde auch die Grundwasserbeschaffenheit flächendeckend untersucht, um die Grundwässer im Untersuchungsraum typisieren und etwaige Einschränkungen hinsichtlich ihrer Eignung zur Trinkwassergewinnung offenlegen zu können. Danach treten in den oberflächennahen Grundwasserleitern fast ausschließlich erdalkalische Hydrogenkarbonatwässer auf, welche überwiegend sulfatisch, teils aber auch chloridisch ausgeprägt sind. In den tieferen Grundwasserleitern finden sich vorwiegend reine Erdalkalihydrogenkarbonatwässer. Bereichsweise sind auch NaCl-Wässer erschlossen, die auf Untergrundversalzung hinweisen. Nahe der Salzwasser-/Süßwassergrenze kommt es durch Kationenaustausch zur Bildung von NaHCO 3-Wässer.

Die Nutzung des oberflächennahen Grundwassers wird besonders durch Stoffeintrag aus der Landwirtschaft beeinträchtigt. Immer wieder fanden sich in den Grundwasserproben Nit- rat- und PSM-Gehalte, welche deutlich über den Grenzwerten der Trinkwasserverordnung lagen. Im Hamburger Randbereich wurden vereinzelt hohe As-Gehalte sowie Spuren von Lösungsmitteln gefunden, die ebenfalls ein Indiz für eine anthropogene Grundwasserkonta- mination sind. Im Nordteil des Untersuchungsgebietes sind die tieferen Grundwasserleiter flächendeckend durch Versalzung oder hohe Huminstoff-Gehalte nicht nutzbar.

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Besonders geeignet für die Trinkwassergewinnung sind die nicht versalzenen Bereiche der

Braunkohlensande. Hier sind Ca(HCO 3)2-Wässer in großer Ergiebigkeit zu finden, welche durch die Bedeckung mit Glimmerton wirksam vor anthropogenen Schadstoffeinträgen ge- schützt sind.

Zur Berechnung der Grundwasserströmungen und Grundwasserbilanzen kamen zwei numerische Grundwassermodelle zum Einsatz. Das Gesamtgebietsmodell Südost-Holstein ist grob diskretisiert mit einer Auflösung von 2 x 2 km. Das Teilgebietsmodell Großhansdorf mit der höheren Daten- und Informationsdichte erlaubte eine Rasterweite von 500 x 500 m. In beiden Fällen sind die Berechnungen stationär für das Wasserwirtschaftsjahr 1990 durchge- führt worden. Das Jahr wurde ausgewählt, weil es dem langfristigen wasserhaushaltlichen Verhalten des Natursystems in Südost-Holstein entspricht.

Mit dem Gesamtgebietsmodell war eine Simulation der Grundwasserströmungsverhältnisse und damit eine erste überschlägige Berechnung der Gesamtgebietsbilanzen möglich. Dieses war ausreichend für die Ausweisung von günstigen Gebieten für eine zusätzliche Wasser- gewinnung. Aufgrund der feineren Diskretisierung und der hohen Datendichte konnte dar- über hinaus für den Raum Großhansdorf ein prognosefähiges Modell ausgearbeitet werden. Damit besteht hier zukünftig die Möglichkeit, die Auswirkungen von Entnahmeveränderun- gen auf den Grundwasserstand berechnen zu können. Die Ermittlung der Wasserbilanzen und Grundwasserfließverhältnisse in der eiszeitlichen Sedimentauflage war nicht Ziel der Untersuchungen und wurde daher nicht in die Simulationen einbezogen.

Die für die Modellierung erforderlichen Eingangsdaten weisen naturgemäß eine Bandbreite auf. Daraus resultieren ebenfalls Bandbreiten in den Berechnungsergebnissen. Das Grund- wasserdargebot im Untersuchungsraum Südost-Holstein entspricht weitgehend der Grund- wasserneubildung und beträgt entsprechend dem Vorgenannten etwa 155 bis 176 Mio. m³/a. Im Referenzzeitraum 1990 wurden durch Entnahmen insgesamt 35 Mio. m³/a, also etwa ein Fünftel des Grundwasserdargebots, genutzt. Die Entnahmen verteilten sich jedoch nicht gleichmäßig über das Untersuchungsgebiet, sondern konzentrierten sich auf das Hamburger Randgebiet sowie den Südrand des Untersuchungsgebietes. Das nach Abzug der Entnah- men verbleibende Grundwasserdargebot von ca. 120 bis 141 Mio. m³/a strömt über den Mo- dellgebietsrand ab oder exfiltriert in die Vorfluter.

Um neben der Gesamtgebietsbilanz regional differenzierte Aussagen machen zu können, wurde der Bereich des Gesamtmodells Südost-Holstein, jeweils gesondert für die Modell- stockwerke HWL (Hauptwasserleiter), OBKS (Obere Braunkohlensande) und UBKS (Untere Braunkohlensande), in Teilbilanzräume aufgegliedert. Die Bilanzierung der Teilgebiete ergab, daß hohe Randabströme mit mehr als 5 Mio. m³/a vor allem am Südrand in den Unte- ren Braunkohlensanden (UBKS) und im Hauptgrundwasserleiter (HWL) auftraten. Letzterer - viii -

wurde in dieser Region mit den Oberen Braunkohlensanden zu einem Modellstockwerk zu- sammengefaßt.

Alle Teilgebiete wurden außerdem auf ihre Eignung für eine weitere zukünftige Grundwas- serförderung geprüft. Hierzu mußten die ermittelten Abstrommengen um die Entnahmen von Wasserwerken im Unterstrombereich des jeweiligen Teilgebietes reduziert werden. Die verbleibenden Restabströme wurden in Zusammenschau mit der Grundwasserbeschaffenheit klassifiziert und bilden die Grundlage für die Gesamtbewertung. Nutzungseinschränkungen aus geologischen/geohydraulischen Gesichtspunkten wurden ebenfalls in der Klassifizierung berücksichtigt.

Nach dieser Bewertung sind zur Erschließung weiterer Grundwasservorkommen für das Modellstockwerk des HWL die Teilgebiete II, IV und V gemäß Anlage 6.1 „gut geeignet“. Nutzungseinschränkungen ergeben sich aus dem heterogenen Schichtaufbau und aus mög- lichen Beeinträchtigungen der Grundwasserbeschaffenheit durch anthropogene Einflüsse.

Im Modellstockwerk OBKS werden zwei von fünf Teilgebieten gemäß Anlage 6.2 als „geeignet“, ein weiteres als „gut geeignet“ bewertet. Damit sind die OBKS in weiten Teilen für zusätzliche Grundwasserentnahmen geeignet.

Das Modellstockwerk UBKS ist in Teilbereichen geprägt durch die Grundwasserversalzung. Nicht versalzene Bereiche werden teilweise schon von Wasserwerken außerhalb des Mo- dellgebietes, vor allem im Hamburger Randbereich, genutzt. Im Nordosten sind aufgrund der Versalzung die Teilgebiete II und III-Ost gemäß Anlage 6.3 für weitere Entnahmen „nicht“, beziehungsweise nur „wenig geeignet“. In den an Hamburg angrenzenden Teilgebieten III West und IV reduzieren bereits bestehende Entnahmen die für die Nutzung verfügbaren Grundwassermengen erheblich und kommen für weitere Grundwasserentnahmen daher nur „bedingt“ in Frage. Gut geeignet für eine weitere Grundwasserentnahme ist dagegen das Teilgebiet V.

Ergänzend zu dieser auf den Modellergebnissen beruhenden Bewertung von Teilräumen sind in den Anlagen 6.1-6.3 Bereiche abgegrenzt, in denen kontinuierlich fallende Grund- wasserstände zu beobachten sind. Diese instationäre, durch Grundwasserentnahmen verur- sachte Entwicklung stellte sich erst in den letzten Jahren ein. Zu diesem Zeitpunkt waren die Modellarbeiten bereits abgeschlossen, so daß diese Sachverhalte in der Gebietsbilanzierung nicht mehr berücksichtigt werden konnten. Unabhängig von den Modellergebnissen sind diese Bereiche für die Plazierung weiterer Grundwasserentnahmen daher gleichfalls nicht geeignet.

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1. Einleitung (Dr. habil. Roland Otto)

1.1 Veranlassung und Ziele des Untersuchungsprogrammes

Zu den durch das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) den Ländern übertragenen Aufgaben ge- hört die wasserwirtschaftliche Rahmenplanung. Sie soll die für die Entwicklung der Lebens- und Wirtschaftsverhältnisse notwendigen wasserwirtschaftlichen Voraussetzungen sichern. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie gleichzeitig alle gesamtwasserwirtschaftlich relevanten Fragen in einem Planungsraum betrachtet und somit die Grundlage für eine langfris- tige wasserwirtschaftliche Ordnung bildet.

Einen wichtigen Bestandteil der wasserwirtschaftlichen Rahmenplanung stellen Grundwas- serbewirtschaftungspläne dar. Sie dienen dem Schutz des Grundwassers als Bestandteil des Naturhaushaltes, der Schonung der Grundwasservorräte und sollen zudem den Nut- zungserfordernissen Rechnung tragen. Eine der wesentlichen Ausgangsgrößen für diese Planungen ist das natürliche Grundwasserdargebot, welches im Rahmen von Erkundungs- programmen ermittelt wird. Umfangreiche Untersuchungen zur Erkundung der geologischen Schichtenfolge und zur Hydrologie des Grundwassers sowie der Einsatz numerischer Grundwassermodellierung machen es möglich, die Auswirkungen tatsächlicher oder geplan- ter Grundwasserentnahmen für einen Untersuchungsraum offenzulegen. Die Erkundungs- programme liefern damit die naturwissenschaftliche Grundlage für die Bewirtschaf- tungsplanung. Die Frage, in welchem Umfang das so ermittelte Grundwasserdargebot tat- sächlich genutzt werden kann, läßt sich jedoch unmittelbar nicht beantworten. Jede Grund- wassernutzung stellt einen Eingriff in den Wasserhaushalt dar, welcher zwangsläufig zu wie auch immer gearteten Veränderungen des Naturzustandes führt. Die Entscheidung, inwieweit diese Veränderungen ökologisch und ökonomisch tolerierbar sind, fällt nicht in die Zu- ständigkeit der Naturwissenschaften, sondern muß in Abgleich der Interessen aller Beteilig- ten basierend auf den gewonnenen naturwissenschaftlichen Erkenntnissen und gesetzlichen Regelungen getroffen werden.

Durch Bevölkerungszuwachs und geänderte Lebensgewohnheiten war in Schleswig-Holstein in den letzten Jahrzehnten ein deutlicher Anstieg des Wasserverbrauchs zu verzeichnen. Während Ende der 60er Jahre der Bedarf an Trinkwasser bei rund 113 Mio. m³/a lag, stieg er bis zum Jahr 1992 auf etwa 218 Mio. m³/a an. Seit dem stagniert der Wasserverbrauch bzw. geht leicht zurück. Im Untersuchungsgebiet Südost-Holstein, das im wesentlichen die Kreise Herzogtum Lauenburg und Stormarn umfaßt, ist dieser Trend auch zu beobachten. So stieg die Rohwasserförderung von etwa 33,6 Mio. m³ im Jahre 1975 auf 39,9 Mio. m³ im Jahre 1991 an. Danach war auch in diesem Landesteil eine Stagnation zu verzeichnen.

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Abgelöst wurde das sich damit etwas entspannende Mengenproblem in den vergangenen Jahren vermehrt durch Nutzungseinschränkungen hinsichtlich der Grundwasserqualität, wie beispielsweise ansteigende Nitrat- und Pflanzenschutzmittelgehalte im oberflächennahen Grundwasser, untergeordnet auch ansteigende Grundwasserversalzung. Da dem Wasser- bedarf für die öffentliche Wasserversorgung nur ein begrenztes Grundwasserdargebot zur Verfügung steht, wurden mehrere Grundwasseruntersuchungsprogramme initiiert mit dem Ziel, im wasserwirtschaftlich intensiv genutzten Nachbarraum zu Hamburg zur langfristigen Sicherung der Grundwasserressourcen das noch verfügbare Grundwasserdargebot zu ermitteln. Dessen Größe ist von einer Vielzahl von Faktoren wie der Grundwasserneubildung, Grundwasserzu- und abströmen, Grundwasserabfluß in die Vorfluter sowie von bestehenden Grundwasserentnahmen abhängig.

Die Untersuchungen im Raum Südost-Holstein sollten gesicherte Erkenntnisse über die regionale Verbreitung genutzter oder nutzbarer Grundwasserleiter mit den darin ablaufenden Fließvorgängen des Grundwassers liefern. Darüber hinaus war die Frage zu klären, in welchem Maße hydraulische Verbindungen zwischen den einzelnen Grundwasserleitern bestehen und wie hoch die Grundwasserneubildung bzw. Grundwasserregeneration in tieferen Grundwasserstockwerken ist. Ferner war zu prüfen, ob aus der Grundwasserbeschaffenheit etwaige Nutzungseinschränkungen erwachsen. Mit Hilfe eines numerischen Grundwasser- modells sollte zudem die Auswirkung von bestehenden und zukünftigen Grundwasserent- nahmen auf den Grund- und Gesamtwasserhaushalt abgeschätzt werden.

Den an dieser Stelle vorgestellten Untersuchungsergebnissen liegen mehrere detaillierte Fachberichte zugrunde. Letztere dienen der langfristigen wasserwirtschaftlichen Planung und sind darüber hinaus Entscheidungshilfe im Rahmen wasserrechtlicher Verfahren.

1.2 Beteiligte Dienststellen und Fachinstitutionen

Im Jahre 1980 wurde vom Ausschuß "Wasserwirtschaft und Abfallbeseitigung" des gemein- samen Landesplanungsrates Hamburg/Schleswig-Holstein eine Arbeitsgruppe beauftragt, ein Untersuchungskonzept zur Lösung der o.a. Fragestellung für den Raum Südost-Holstein aufzustellen. Die Arbeitsgruppe legte am 10. August 1982 den Bericht "Untersuchung zur Ermittlung des nutzbaren Grundwasserdargebotes im schleswig-holsteinischen Nachbar- raum zu Hamburg" vor, welcher Leitlinien und Kostenschätzungen enthielt. Dem Untersu- chungskonzept wurde zugestimmt und eine Lenkungsgruppe unter der Leitung des damaligen Landesamtes für Wasserhaushalt und Küsten mit der Durchführung beauftragt.

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Weitere Vertreter Schleswig-Holsteins in dieser Lenkungsgruppe waren das Geologische Landesamt, das Amt für Land- und Wasserwirtschaft Lübeck sowie der Kreis Stormarn. Mit- glieder der Freien und Hansestadt Hamburg waren die Baubehörde, Hauptabteilung Was- serwirtschaft (heute Umweltbehörde, Amt für Gewässer- und Bodenschutz), das Geologi- sche Landesamt Hamburg sowie die Hamburger Wasserwerke. Mit Teiluntersuchungen waren die Universität Hannover, Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau sowie das Institut für Angewandte Geologie der Freien Universität Berlin beauftragt.

1.3 Methodische Ansätze und zeitliche Entwicklung des Untersuchungsprogrammes

Das im März 1981 vorgelegte Untersuchungskonzept sah eine 2-stufige Vorgehensweise vor. Die Stufe I beinhaltete die Auswertung und Darstellung vorhandener geologischer und hydrologischer Daten, das Aufzeigen von Informationsdefiziten sowie die Erstellung eines Konzeptes für eine sich anschließende Bearbeitungsstufe II. Für letztere war ein Zeitraum von 10 Jahren vorgesehen. Die Untersuchungsarbeiten wurden im Jahr 1984 aufgenommen und in wesentlichen Teilen 1994 abgeschlossen. Dabei wurde die fachliche Programm- durchführung mit den erforderlichen wissenschaftlichen Auswertungsarbeiten dem Landes- amt für Wasserhaushalt und Küsten Schleswig-Holstein und dem Geologischen Landesamt Schleswig-Holstein übertragen.

Die Bearbeitungsstufe II beinhaltete folgende Untersuchungsschritte: - hydrogeologische Erschließung des Untersuchungsraumes durch geologische Auf- schlußbohrungen und den Bau von Grundwassermeßstellen, - Verdichtung dieses Meßnetzes in einem wasserwirtschaftlich intensiv genutzten Teilraum (Großhansdorf/Ahrensburg), - Ermittlung und Fortschreibung hydrologischer Datenreihen, - Ermittlung wasserhaushaltlicher Kenngrößen sowohl für das gesamte Untersuchungsge- biet Südost-Holstein als auch für das Teilgebiet Großhansdorf/Ahrensburg, - Erarbeitung eines numerischen Grundwasserströmungsmodells für den gesamten Unter- suchungsraum in grober Auflösung sowie eines feindiskretisierten Modells für das Teilge- biet Großhansdorf/Ahrensburg, - hydrogeochemische Untersuchungen zur Typisierung, genetischen Klassifizierung und Regionalisierung der im Untersuchungsgebiet erschlossenen Grundwässer, - geothermische Untersuchungen in ausgewählten Teilbereichen zur Erkundung der hydraulischen Wechselwirkung zwischen flachen und tiefen Grundwasserleitern.

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1.4 Trägerschaft des Untersuchungsprogrammes

Mit Beschluß des Kreistages des Kreises Stormarn vom 17. März 1983 übernahm der Kreis die Trägerschaft des Untersuchungsprogrammes. In der Folge stellte der Kreisausschuß des Kreises Stormarn, vertreten durch den Landrat, am 10. Juni 1983 einen Antrag auf Be- willigung einer Zuwendung an den Förderungsfonds für das Hamburg-Randgebiet. Diesem Antrag lag folgender Finanzierungsplan zugrunde:

Förderungsfonds Hamburg-Randgebiet = DM 7.257.480 Land Schleswig-Holstein = DM 2.200.000 Freie und Hansestadt Hamburg = DM 700.000 Hamburger Wasserwerke = DM 550.000 Kreis Stormarn = DM 550.000 Gesamtsumme DM 11.257.480

Diese Finanzierung basierte auf der nachstehenden Kostenaufstellung für Sachausgaben und Personalmittel:

Einrichtung von 8 Abflußmeßstellen = DM 48.000 Einrichtung von 59 Grundwassermeßstellen = DM 4.627.980 Grundwassermodell = DM 580.000 Chemische Grundwasseruntersuchung = DM 1.643.000 Geräteausstattung = DM 78.500 Zwischensumme - einmalige Sachkosten = DM 6.977.480

laufende Kosten für die Beobachtung und Unterhaltung der Meßstellen für 10 Jahre = DM 680.000 Personalkosten für 10 Jahre = DM 3.600.000

Gesamtkosten der Maßnahme in 10 Jahren = DM 11.257.480

Die erste Zuwendung des Innenministers des Landes Schleswig-Holstein - Geschäftsstelle des Förderungsausschusses für den Nachbarraum um Hamburg - für das Jahr 1984 wurde mit Erlaß vom 1. Juni 1984 bewilligt und die ersten Mittel am 15. Juni 1984 vom Landesamt für Wasserhaushalt und Küsten des Landes Schleswig-Holstein angefordert. Die Verwen- dung der Mittel wurde jährlich mit einem Zwischenverwendungsnachweis gegenüber dem Förderungsfonds nachgewiesen.

1.5 Lage des Untersuchungsgebietes

Das Untersuchungsgebiet Südost-Holstein liegt östlich von Hamburg im Gebiet der Kreise Herzogtum Lauenburg und Stormarn (Abb. 1.1). Seine Abgrenzung (gestrichelte Linie) orien- - 5 -

tiert sich im Süden am Verlauf der Elbe, im Westen und Osten an den Landesgrenzen zu Hamburg und Mecklenburg-Vorpommern sowie im Norden an der Trave. Es umfaßt eine Fläche von insgesamt 1286 km². Auf diesen Raum erstreckte sich das hydrogeologische Erkundungsprogramm (AGSTER 1996).

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Abb. 1.1: Karte des Untersuchungsraumes mit Lage der Untersuchungsgebie- te für die Grundwasserneubildungsberechnungen. Das gestrichelt umgrenzte Gebiet wurde hydrogeologisch erkundet. Die Modellgebie- te sind geradlinig abgegrenzt.

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Die dicke, ausgezogene Linie grenzt den Teil des Untersuchungsgebietes ab, für den ein grobdiskretisiertes numerisches Grundwassermodell ausgearbeitet wurde (HOFFMANN 1996a,b). Das Modell wurde dafür eingesetzt, den großräumigen Wasserkreislauf flächendif- ferenziert zu quantifizieren sowie potentielle Grundwassergewinnungsgebiete auszuweisen. Seine Größe beträgt 1076 km². Für ein kleineres Teilgebiet wurden mit Hilfe eines weiteren, feindiskretisierten Grundwassermodells die Grundwasserströmungsverhältnisse nachgebil- det. Dieses ca. 110 km² große Gebiet (Abb. 1.1: Quadrat im Nordwesten; „Modellteilgebiet Großhansdorf“ i.w.) liegt im Bereich der Ortschaften Ahrensburg, Großhansdorf und Bargte- heide.

1.6 Landschaftsform und Gewässernetz

Die Landschaftsform des Untersuchungsgebietes ist zweigegliedert. Der Teil nördlich der Autobahn A24 gehört zum Östlichen Hügelland, der südliche Bereich bis hin zur Elbmarsch ist Teil der Hohen Geest.

Das Östliche Hügelland wurde durch die Eisvorstöße im Verlauf der letzten Kaltzeit, der so- genannten Weichselvereisung, geprägt. Verschiedene Phasen von Eisvorstößen mit an- schließenden Abschmelzphasen hinterließen eine stark reliefierte, kuppige Grund- und Endmoränenlandschaft. Ein markanter, zentraler Höhenzug erstreckt sich mit Höhen bis 91 mNN aus dem Raum Siek in nordöstlicher Richtung bis in den Raum Steinhorst. In ihm ver- einigen sich verschiedene End- und seitliche Randmoränenlagen mehrerer Gletschervorstö- ße aus der Frühzeit der Weichselvereisung (ALAI-OHMID et al. 1988). Eine weitere, mar- kante Eisrandlage mit NN-Höhen bis knapp 80 m ist der Höhenzug Westerau-Niendorf (bei Berkenthin) im Nordosten des Untersuchungsgebietes. Er ist Teil der Umrandung des Lübe- cker Beckens und entstand als Stirnmoräne eines Gletschers, der, von Nordosten kom- mend, diesen Raum in einer späteren Vereisungsphase überdeckte. Dagegen sind die Hochlagen der Hahnheide östlich von Trittau mit Höhen bis zu 99 mNN und weitere Erhe- bungen im Raum Talkau-Niendorf/Stecknitz Bildungen der vorausgegangenen Saaleverei- sung, die dann als sogenannte Nunataks (eisfreie Hochlagen) von den weichselzeitlichen Gletschern umflossen worden sind (GRIPP 1964).

Der Bereich der Hohen Geest im Süden des Untersuchungsgebietes verdankt seine Entste- hung der der Weichselvereisung vorausgegangenen Saaleeiszeit. Die damals abgelagerten Grund- und Endmoränen unterlagen in der anschließenden eisfreien Zeit bis heute den un- terschiedlichsten Abtragungs- und Sedimentationsbedingungen. Zusammen mit Sandvor- schüttungen während der Weichselvereisung auf das eisfreie Vorland der saalezeitlichen - 7 -

Altmoränenlandschaft, führte dies in einem breiten Gürtel zwischen Glinde im Westen über den Sachsenwald bis nach Büchen im Osten zu einer insgesamt ruhigeren und ausgegli- cheneren, plateauartigen Landschaftsform mit Geländehöhen um 40 mNN. Sie wird im Sü- den durch einen saalezeitlichen Endmoränenzug zwischen Bergedorf und Lauenburg begrenzt. Mit Höhen bis über 90 mNN bei Geesthacht begrenzt er unter Ausbildung eines Stei- lufers die südlich angrenzenden Niederungen des Elbetals. Die Gesamtmächtigkeiten der eiszeitlichen Ablagerungen liegen häufig zwischen 50 und 100 m, erreichen in Einzelfällen aber auch bis zu 400 m und überlagern den für wasserwirtschaftliche Fragestellungen relevanten, tieferen Untergrund miozänen Alters. Eine umfassende Beschreibung der gesamten geologischen Schichtenfolge im Untersuchungsraum Südost-Holstein mit Angaben zu ihrer Lithologie, Genese und Verbreitung findet sich bei AGSTER (1996).

Das Untersuchungsgebiet verfügt über ein dichtes Gewässernetz, welches während der letzten Eiszeiten, vor allem im ausgehenden Weichselspätglazial, angelegt wurde. Die meisten Vorfluter weisen weite Täler auf, die in ihrer Form durch die Schmelzwassermassen des abtauenden, weichseleiszeitlichen Gletschers entstanden sind.

Die Grenzen des Untersuchungsgebietes entsprechen vielfach dem Lauf der Oberflächen- gewässer. So bildet die Elbe, in den die meisten Oberflächengewässer entwässern, die Südgrenze des Untersuchungsgebietes. Im Osten wird es durch das Stecknitztal und den Elbe-Lübeck-Kanal begrenzt. Im Norden entwässert der Untersuchungsraum über die Beste und Trave in die Ostsee, während die Gewässer am Westrand in die Alster münden oder aber über die Wandse ebenfalls in die Elbe. Größter Vorfluter des Untersuchungsgebietes ist die Bille, deren Einzugsgebiet mit 335 km² etwa ein Viertel des Untersuchungsraumes umfaßt. Die Elbeniederung sowie das Stecknitz-, Alster- und Bestetal stellen in bezug auf die grundwasserhydraulischen Verhältnisse Druckentlastungszonen dar. Dieses führt dazu, daß diese Gebiete auch aus den tieferen Grundwasserleitern angeströmt werden.

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2. Geologie und Hydrogeologie in Südost-Holstein (Dr. Gottfried Agster)

2.1 Datengrundlage und geologische Erkundungsmaßnahmen

Grundlage der Ausarbeitungen zur Geologie des Untersuchungsraumes waren rd. 4700, vorwiegend hydrogeologische Aufschlußbohrungen aus dem Geologischen Landesarchiv Schleswig-Holstein. Wo es im Grenzbereich zu Hamburg lokal erforderlich war, wurde auch auf den Archivbestand des Geologischen Landesamtes Hamburg zurückgegriffen. Die An- zahl der tatsächlich verwendbaren und aussagekräftigen Bohrungen war jedoch deutlich geringer. Sie wurde begrenzt durch zu geringe Tiefen (häufig <30 m), durch die starke Kon- zentration auf Siedlungsflächen (Hauswasserbrunnen), durch das Alter der Bohrungen und teilweise damit zusammenhängend auch durch die wechselnde Qualität der Schichtenbe- schreibungen.

Einen deutlichen Qualitätssprung bedeutete die Einführung geophysikalischer Bohrlochver- messungen, die etwa ab 1970 zunehmend auch bei hydrogeologischen Aufschlußbohrungen zum Bau von Grundwassermeßstellen und bei der Einrichtung von Versorgungsbrunnen eingesetzt worden sind. Heute sind sie normaler Bestandteil solcher Bohrmaßnahmen. Sie erlauben eine objektivere Beurteilung der Bohrergebnisse, verbessern insbesondere die Aussagegenauigkeit zur Tiefenlage und Petrographie von Einzelschichten und erleichtern die Parallelisierung einzelner Horizonte benachbarter, unter bestimmten Voraussetzungen auch weit auseinander liegender Bohrungen. Wichtigste Meßgrößen sind bei hydrogeologischen Aufschlußbohrungen gesteinsspezifische Parameter wie die natürliche Gammastrah- lung und der elektrische Widerstand. Sie werden maßgeblich vom Ton- und Sandgehalt des jeweiligen Gesteinshorizontes bestimmt und dienen somit auch der Unterscheidung gut wasserleitender und geringleitender Horizonte. Ferner geben sie Hinweise auf eine etwaige Grundwasserversalzung (näheres zur Meßmethodik und zu weiteren Parametern siehe AGSTER, 1996).

Bis zum Beginn des Untersuchungsprogramms 1984 waren etwa 210 Bohrungen des gesamten Bohrdatenbestand auch geophysikalisch vermessen worden. Im Laufe des Untersu- chungszeitraums kamen 130 vermessene Aufschlußbohrungen neu hinzu, davon waren 56 Bohrungen Teil des Untersuchungsprogrammes. Sie dienten gleichzeitig der Einrichtung von insgesamt 143 Grundwassermeßstellen (vgl. Tab. 3.1). Alle Bohrungen wurden im Druck- spülverfahren abgeteuft.

Diese 340 vermessenen Aufschlußbohrungen bildeten zunächst das Grundgerüst der geologischen Auswertung. Im Zuge der Bearbeitung wurde es dann durch die Ergebnisse von rd. 750 weiteren Bohrungen ergänzt. Zusammen bildeten sie dann die Basis für die themati- schen Karten in den Anlagen 2.4 ff. Wo es möglich war, wurden schon vorhandene flächen- - 9 -

hafte Darstellungen aus dem Geologischen Landesarchiv auch mit berücksichtigt. Sie betra- fen jedoch meist nur lokale Themen (Liste dieser Unterlagen s. AGSTER, 1996).

2.2 Der Geologische Bau

2.2.1 Tektonische Strukturen des tieferen Untergrundes

Tektonische Bewegungen der Erdkruste und halokinetische Prozesse (Salzbewegungen) bestimmen den geologischen Bau, die Tiefenlage und Mächtigkeit der Gesteinshorizonte im Untersuchungsgebiet. Seine nordöstlichen und südlichen Teile liegen im Bereich der Osthol- steinscholle und der Geesthachter Schwelle (HINSCH, 1986). Der Basisbereich des Altterti- ärs liegt hier im allgemeinen in Tiefen um -1000 mNN und taucht zum westlichen Randbe- reich und im Nordwesten des Gebietes zur tief abgesunkenen Hamburger Scholle bis in Tie- fen von über -2000 mNN ab (Geotektonischer Atlas von NW-Deutschland). Bereichsweise wurde die Tiefenlage der verschiedenen Gesteinsschichten dann durch Salzbewegungen überprägt.

Gegen Ende des Erdaltertums, im Verlauf des Perms und hier vor allem während des oberen Rotliegenden und im Zechstein vor über 225 Millionen Jahren, wurden in Norddeutsch- land mächtige Steinsalzhorizonte abgelagert (s. Tab. 2.2), die in der nachfolgenden Trias- bis Kreidezeit (Erdmittelalter) von Gesteinspaketen mit Mächtigkeiten bis über 4000 m über- deckt worden sind. Der damit zunehmende Überlagerungsdruck führte wegen der geringeren Dichte des Salzes gegenüber dem Umgebungsgestein dann bereits in der unteren Trias zu ersten Salzbewegungen (s. Tab. 2.1) und in der Unterkreidezeit im Südteil des Untersu- chungsraumes zum Aufstieg der Salzstöcke von Hohenhorn, Juliusburg und Siek-Witzhave (Lage der Salzstöcke s. Anl. 2.1). Der Basisbereich des Alttertiärs ist dort daher bereits in Tiefen von -200 bis -800 mNN anzutreffen. Abgeschlossen wurde die Phase der Salzstock- bildungen im Tertiär mit dem Aufstieg wesentlich jüngerer Strukturen, dem Salzstock Sülfeld (Zechstein etwa ab -600 mNN) und der kissenförmigen Aufwölbung der Struktur Nusse- Eckhorst (Kreide lokal ab -5 mNN) im nördlichen Untersuchungsraum. Durch die Salzstock- bildung entstanden insbesondere im Bereich der Strukturen von Sülfeld und Siek Störungs- zonen, die sich mit einzelnen Verwerfungen bis in die jungtertiäre Deckschichtenauflage durchpausten und dort zu einem Versatz dieser Schichten führten (vgl. Anl. 2.1, 2.4-2.8).

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Tabelle 2.1: Bildungsphasen der Salzstrukturen im Untersuchungsgebiet

Erdzeitalter Salzstruktur Juliusburg Hohenhorn Witzhave-Siek Sülfeld Nusse-Eckhorst Südteil Nordteil Südteil Nordteil Jung- TERTIÄR Alt- Ober- KREIDE Unter- Malm JURA Dogger Lias Keuper TRIAS Muschelkalk Buntsandstein Einsetzender Salzaufstieg und Ausbildung Hauptphase der Salzstockbildung mit von Salzkissen Durchschlagung des Deckgebirges Tabelle zusammengestellt nach Angaben von JARITZ (1973)

Der Aufstieg der Salzstrukturen führte im Nordwesten des Untersuchungsgebietes zur Ent- stehung des Oldesloer und Ahrensburger Troges. Dieser Senkungsbereich mündet nach Südosten in die flachere Trittauer Mulde. Es sind synsedimentäre Senkungszonen, die bereits während ihrer Absenkung wieder kontinuierlich mit Sedimenten verfüllt worden sind. Vergleichbare tertiäre Senkungsgebiete sind im südlichen Untersuchungsgebiet nicht ausgebildet, da die Salzstockbildung dort schon vor dem Beginn des Tertiärs abgeschlossen war (vgl. Einfallen der Schichten in den geologischen Schnitten 1-3, Anl. 2.3.1 u. 2.3.2).

2.2.2 Eiszeitliche Rinnen

Weitere bedeutsame geologische Strukturelemente im Untergrund des Untersuchungsge- bietes sind die eiszeitlichen Rinnen (Anl. 2.1). Im Gegensatz zu den Salzstrukturen sind sie recht junge geologische Formen. Sie entstanden während der ältesten in Schleswig-Holstein weiträumig nachweisbaren Vereisungsperiode des Pleistozäns, der Elsterkaltzeit (s. Tab. 2.2).

Entstehungsursachen sind, neben der Erosion durch das Gletschereis selbst, in erster Linie die Erosion durch Schmelzwässer, die über Spalten bis zur Basis der elsterzeitlichen Glet- scher gelangten und sich dort auf ihrem Weg zum Eisrand tief in den voreiszeitlichen Unter- grund aus jungtertiären Schichten eingeschnitten haben. So entstanden schmale, teilweise weniger als 1 km breite und bis zu mehrere Zehner Kilometer lange Hohlformen, die im Un- tersuchungsraum häufig tiefer als -200 mNN, in Einzelfällen auch bis unter -350 mNN rei- - 11 -

chen (näheres zur Rinnenbildung s. LÖHNERT, 1966; KUSTER & MEYER, 1979; GRUBE, 1979).

Die anschließende Wiederverfüllung dieser Rinnen vollzog sich dann zu einem Großteil bereits in der Spätphase der Elstervereisung und wurde im weiteren Verlauf der anschließen- den Holstein-Warmzeit weitgehend abgeschlossen. Ähnlich tiefe Rinnenbildungen sind aus den nachfolgenden Eiszeiten nicht mehr bekannt.

Typische Sedimentinhalte dieser Rinnen sind häufig grobkörnige eiszeitliche Schmelzwas- sersande an der Rinnenbasis. Darüber folgen oft mächtige Schluff-/Tonhorizonte, die bis zur Geländeoberfläche von Schmelzwassersanden und Geschiebemergelhorizonten nachfolgender Eiszeiten überlagert werden (näheres s. Kap. 2.2.4.3 und 2.3.5).

2.2.3 Das Tertiär

Aus wasserwirtschaftlicher Sicht bedeutsam sind nur die Ablagerungen der jüngeren und jüngsten Erdgeschichte, dem Tertiär und Quartär. Auf diese Schichten konzentrierten sich die Erkundungsmaßnahmen des Untersuchungsprogramms. Die Abfolge und Bezeichnung der Einzelschichten ist mit weiteren Angaben, z. B. zur hydrogeologischen Bedeutung, in Tabelle 2.2 zusammengestellt. Ergänzend zeigt Anlage 2.2 die tatsächliche Gesteinsfolge anhand typischer Bohrprofile aus Teilräumen des Untersuchungsgebietes. Der gesamte tiefer gelegene Bereich des Prätertiärs (Trias bis Kreide) ist dagegen ohne wasserwirtschaftliche Bedeutung. Es sind wechselnde Abfolgen von Sand-, Ton- und Kalkgesteinen, die meist nur geringe wasserleitende Eigenschaften aufweisen und mit Ausnahme der Hochlagen über den Salzstrukturen erst in großen Tiefen von über 1000 m einsetzen.

2.2.3.1 Das Alttertiär

Auch im Alttertiär dominieren noch geringdurchlässige Ton- und Mergelgesteine, doch werden sie vor allem im Eozän und Oligozän auch von sandigen Einlagerungen unterbrochen. Ein nennenswerter Sandhorizont sind hierbei die ”Neuengammer Gassande” 1 an der Basis des Oligozäns. Im Untersuchungsraum sind sie durch Aufschlußbohrungen aus dem Bereich des Sachsenwaldes bekannt, wo sie in rund 400 m Tiefe mit einer Mächtigkeit von knapp 20 m erbohrt worden sind (vgl. Profil 754 in Anl. 2.2). Das darin enthaltene, hoch mineralisierte Grundwasser wird zur Mineralwasserherstellung genutzt. Darüber folgen erneut Ton- und

1 Namengebend für die Neuengammer Gassande ist ein bis 1930 genutztes Erdgasvorkommen. Es wurde 1910 im Bereich der Salzstruktur Reitbrook in der Nähe von Neuengamme bei Hamburg in 247 m Tiefe erbohrt (GRIPP, 1964). - 12 -

Tabelle 2.2: Geologische Einheiten in Südost-Holstein

häufige Verbreitung im Erdzeitalter Jahre v.h. Geologische Schichten hydrogeologische Bedeutung Mächtigkeiten *) Untersuchungsraum *) lokal, Holozän Auelehme, Moore, wechselnd, v.a. in Flußniederungen (Nacheiszeit) Flugsande, Dünen meist < 10 m und Senken 10 000 Geschiebemergel, Sande , freie Wasserleiter bzw. flächenhaft im nördlichen Weichsel* Beckensedimente Deckschichten abgedeckter, flächenhaft und mittleren Teil 115 000 organische Bildungen, pleistozäner Wasserleiter Eem 40 - 80 m nur vereinzelt marine Feinsande u. Tone örtliche Nutzung durch 130 000 kleinere Wasserversorgungen lokal + 100 m flächenhaft im nördlichen Geschiebemergel und Pleistozän Saale* und mittleren Teil, jedoch Sande weichseleiszeitlich überprägt 320 000 QUARTÄR Eiszeiten* Holstein Tone, Schluffe, Feinsande Trennschichten zwischen 350 000 höheren und tieferen Wasserleitern, und weitgehend beschränkt auf in Rinnen teils mit hydraulischer Zwischeneis- Tone (Lauenburger Ton) bis 160 m tiefe, elstereiszeitliche Barrierenwirkung zeiten Elster* Rinnen (Quartärbasis (Warmzeiten) tiefer pleistozäner Wasserleiter, teilweise tiefer als -100 m NN) Geschiebemergel und mit hydraulischem Kontakt zu miozänen bis 130 m Sande Braunkohlensanden, örtliche Nutzung 500 000 ältere Warm- _ _ _ Ablagerungen im Planungs- und Eiszeiten raum nicht bekannt 2,4 Mio 1. tertiärer Wasserleiter, in Verbindung Pliozän Morsumium Kaolinsande mit quartären Sanden nutzbarer 20 - 130 m im Bereich des Ahrensburger und 5 Mio Hauptwasserleiter in den Trogbereichen Oldesloer Trogs im nordwestlichen Sylt Teil des U.-Gebietes Glimmerfeinsande, wasserwirtschaftlich nicht nutzbar 30 - 50 m -schluffe Gram Ober-M

flächenhaft im nördlichen u. mittleren Teil, Langenfelde 20 - 120 m ausgenommen verschiedene eiszeitl. Oberer Glimmerton hydraulische Trennschicht in Trogbereichen Rinnen, Flankenbereiche und bis 260 m Hochlagen von Salzstrukturen; im südlichen Bereich nur lokal Mittel-M Mittel-M Reinbek 2. tertiärer Wasserleiter,in tieferen 25 - 85 m Obere Braunkohlensande Trogbereichen teilweise bis in Trogbereichen 15 Mio

Jungtertiär vollständig versalzen bis 170 m 3 - 30 m Hamburger Ton hydraulische Trennschicht in Trogbereichen bis >100 m

Miozän 3. tertiärer Wasserleiter, in weiten flächenhaft, TERTIÄR 30 - 100 m Hemmoor vorwiegend Trogbereichen teilweise bis vollständig in Trogbereichen ausgenommen Bereiche eiszeitlicher mittel-grob- versalzen (im Bereich Trittauer Mulde ist Rinnen, Flankenbereiche und körnig bis 200 m Untere Braun- dies beschränkt auf die Hochlagen von Salzstrukturen 21 Mio kohlensande tieferen Feinsandbereiche), außerhalb 20 - 75 m im mittleren und südlichen Teil marine der in Trogbereichen Feinsande Trogbereiche vorrangig genutzter bis >90 m Unter-M . Unter-M Vierland Hauptwasserleiter hydraulische Trennschicht, Sohlschicht Unterer Glimmerton der wasserwirtschaftlich relevanten 10 - >50 m Wasserleiter 23 Mio wechselnd, je nach Oligozän Schluff-/ Sandstein- flächenhaft, in den Hochlagen Tone, Schluffe, geotektonischer Eozän horizonte, lokal genutzt zur der Salzstrukturen aber Sandsteine Position bis zu Paläozän Mineralwassergewinnung partiell erodiert oder fehlend Alttertiär mehreren 100 m 65 Mio flächenhaft im tieferen Untergrund, Kreidekalke im Bereich der Salzstrukturen Kalksteine 500 - 900 m teilweise Ton-/Tonmergelsteine fehlend, an der Quartärbasis erbohrt KREIDE 135 Mio im Bereich der Salzstruktur Nusse Malm im tieferen Untergrund, Sand-/Kalksteine wechselnd, Dogger aber beschränkt Ton-/Tonmergelsteine bis ca. 1500 m JURA Lias auf den Südteil des U-Gebietes 190 Mio Keuper wasserwirtschaftlich Sand-/Kalksteine flächenhaft im tieferen Untergrund, Muschelkalk nicht nutzbar Ton-/Tonmergelsteine bis >2000 m im Bereich der Hochlagen von Buntsandstei

TRIAS Steinsalz Salzstrukturen aber teilweise fehlend n 225 Mio primäre M. urspünglich flächenhaft, Zechstein überwiegend Steinsalz 700 - 1000 m zwischen den Salzstrukturen durch Salzabwanderung jedoch ausgedünnt, an der PERM primäre M. Rotliegend Steinsalz und Tonmergel Quartärbasis erbohrt im > 2500 m 280 Mio Bereich der Salzstruktur Sülfeld

*) Angaben für Perm-Kreide nach WEBER (1977) - 13 -

Schlufflagen, im Bereich des Sachsenwaldes mit einer Mächtigkeit von rund 150 m. Als letzte und jüngste Ablagerung beendet dann eine Serie aus Feinsanden und Schluffen, die oli- gozänen ”Neochattsande” das Alttertiär. Mit häufigen Werten um 10 m sind sie im allgemeinen vergleichsweise geringmächtig. Nur im Südosten des Untersuchungsraumes, im Raum Schwarzenbek - Lauenburg, ist eine Mächtigkeitszunahme zu beobachten (vgl. Anl. 2.2, Pro- file 754 - SL1). Die Gesamtmächtigkeit der alttertiären Ablagerungen bewegt sich je nach geotektonischer Position eines Standortes in einer weiten Spanne von Werten <100 m bis hin zu mehreren 100 m.

2.2.3.2 Das Jungtertiär

Die Ablagerungen des Jungtertiärs umfassen eine Serie mächtiger Ton- und Sandhorizonte. Sie sind, mit Ausnahme eines größeren Bereiches über der Salzstruktur Nusse-Eckhorst im Nordosten, in weiten Teilen des Untersuchungsgebietes ausgebildet.

Vor etwa 3 bis 23 Millionen Jahren lag das Gebiet des heutigen Schleswig-Holsteins im Übergangsbereich zwischen dem marinen Nordseebecken im Westen und der kontinentalen Landmasse des Baltischen Schildes im Osten. Meerespiegelschwankungen während dieser Zeit führten dabei zu Verlagerungen der Küstenzone und zu wechselnden Sedimentations- bedingungen. In Zeiten hoher Wasserstände lag der Küstensaum weiter im Osten. Die daraus resultierende größere Landferne führte im hier betrachteten Raum zur Ablagerung flachmariner Feinsande und Schluffe, die bei noch größeren Wassertiefen von der Bildung mariner Tone abgelöst wurden. Sinkende Wasserspiegel führten zu einer Verschiebung des Küstensaumes nach Westen. Das heutige östliche Schleswig-Holstein und mit ihm das Un- tersuchungsgebiet gelangte dabei zunehmend in den Bereich deltaartiger Sandvorschüttun- gen aus zunächst aus östlichen, dann auch aus südöstlichen Richtungen. Im Bereich eines flachen Küstenstreifen bildeten sich Lagunen mit wechselnden brackigen und limnischen Bedingungen. Mit der Entstehung von Sumpfwäldern war die Voraussetzung zur späteren Bildung von Braunkohleflözen gegeben (GRAVENSEN, 1993; HINSCH, 1974).

Diese wiederholten Wechsel mariner und kontinentaler Ablagerungsbedingungen als Folge mehrfacher mariner Transgression und Regression, führten in weiten Teilen Schleswig- Holsteins und auch im Untersuchungsgebiet zu der in Anlage 2.2 dargestellten wechselvol- len Ablagerungsserie aus grobkörnigen Sanden bis hin zu reinen Schluff-/Tonhorizonten un- terschiedlichster Mächtigkeiten. Neben typischen Bohrprofilen aus verschiedenen Teilräu- men des Untersuchungsgebietes (Lagepunkte s. Anl. 2.1) mit einer Korrelation identischer Horizonte, zeigt sie als Beispiel einer geophysikalischen Vermessungskurve auch den jeweils zugehörigen Verlauf der natürlichen Gammastrahlung. Deutlich ist die starke Absen- kung bei gleichzeitiger Mächtigkeitszunahme von Einzelschichten beim Übergang aus den - 14 -

tektonischen Hochgebieten im Süden in die tiefen Troggebiete im Nordwesten. Die Profile zeigen auch die differenzierten Schichtfolgen innerhalb einzelner Schichtkomplexe, die in den vereinfachten geologischen Schnitten 1-3 (Anl. 2.3.1 und 2.3.2) aus darstellerischen Gründen nicht mit eingetragen worden sind. Eine vergleichbare Differenzierung der dort dargestellten Sandhorizonte ist aber in jedem Fall gegeben. Nachfolgend werden die Gesteins- formationen des Jungtertiärs (Miozän - Pliozän) beschriebenen. Ihre jeweilige Verbreitung, Tiefenlage und Mächtigkeit zeigen die Kartendarstellungen in den Anlagen 2.4 – 2.8.

Die Serie der verschiedenen Ton- und Sandhorizonte des Miozäns beginnt mit der Ablage- rung des Unteren Glimmertons (Kurzform UGT). Es ist ein teils schluffreicher, graubrauner, bei zunehmenden organischen Gehalten auch dunkelbrauner bis schwarzbrauner und glim- merhaltiger Ton. Bei häufigen Mächtigkeiten um 30-40 m bildet er die Basis der aus wasserwirtschaftlicher Sicht relevanten Horizonte des Jungtertärs.

Es folgen die Unteren Braunkohlensande (UBKS) als erster, bedeutender Grundwasserleiter (Anl. 2.4). Kennzeichnend ist ihre durchgehende Zweiteilung in einen unteren, vorwiegend feinsandigen Abschnitt und oberen Abschnitt mit vorwiegend mittel-grobkörnigen Sandla- gen 2.

Entsprechend ihrer stratigraphischen Einordnung (s. Tab. 2.2) werden die Feinsande des tieferen Abschnittes auch als ”Vierlandfeinsande” (VFS) bezeichnet. Darin enthaltene Schluffanteile nehmen zum Hangenden 3 hin generell ab. Typische Bestandteile dieser hell- braunen bis hellgrauen Sande sind fast immer deutlich erkennbare Glimmergehalte und in den Bohrproben oft fein verteilte Braunkohlepartikel. Der Wechsel von diesen Feinsanden zum oberen Abschnitt der UBKS erfolgt teilweise kontinuierlich durch eine mehr oder weniger stetige Kornvergrößerung, abrupt in Form mächtiger Grobsandlagen (Einzellagen >10m) oder durch eine Wechselfolge aus relativ geringmächtigen Schluff-/Ton- und Braunkohleho- rizonten sowie Sanden unterschiedlicher Körnung.

Im oberen Abschnitt der Unteren Braunkohlensande dominieren dann mittel- bis grobkörnige Sande mit gelegentlichen Feinkieskomponenten. Die Farbe dieser Sande aus meist gut ge- rundete Quarzkörnern reicht von einem dunklen Braun über häufiges Braun bis Hellbraun bis hin zu einem hellen Grau. Die Farbwechsel erfolgen dabei häufig übergangslos und ohne nennenswerte Veränderung der Korngrößenzusammensetzung. Ursache der wechselnden

2 Die Abgrenzung der UBKS wird in der Praxis verschieden gehandhabt. Bearbeiter- und themenspezi- fisch wird unter diesem Begriff auch häufig nur der obere, grobkörnigere Abschnitt verstanden. Dies ist bei einem Vergleich der Angaben verschiedener Autoren zur Tiefenlage und Mächtigkeit zu berück- sichtigen. 3 Hangendes bzw. Liegendes (bergmännisch): das einen Bezugshorizont über- bzw. unterlagernde Gestein; zum H. bzw. zum L.: innerhalb eines Gesteinhorizontes nach oben bzw. nach unten gerichtet. - 15 -

Braunfärbung sind Huminstoffverbindungen, die die Quarzkörner umschließen. (SCHWERTFEGER, 1985).

Unterbrochen werden die Sandhorizonte des oberen Abschnitts in wechselndem Maße von teils stark humosen Schluff- und Tonlagen und von Braunkohlehorizonten. Die Mächtigkeiten dieser Braunkohlelagen ist meist <2m (s. HINSCH, 1980), zugleich sind sie namengebend für die gesamte miozäne Sandserie. Das Mächtigkeitsverhältnis aus unterem und oberem Abschnitt der UBKS entspricht in grober Näherung etwa dem Verhältnis 1:1. Regional kön- nen jedoch deutliche Abweichungen auftreten (AGSTER 1996). Die UBKS sind nahezu im gesamten Untersuchungsgebiet verbreitet. Sie fehlen lediglich über den Hochlagen der jüngeren Salzstrukturen im mittleren und nördlichen Gebietsteil. Im Ahrensburger und Oldesloer Trog erreichen sie ihre größten Mächtigkeiten (>200 m) und Tiefen (<-1000 mNN). Im südlichen Untersuchungsraum liegt die Basis der UBKS dagegen flächenhaft in Tiefen um -150 mNN. Die Gesamtmächtigkeiten liegen hier allgemein bei Werten um 100m. Nur in den eiszeitlichen Rinnen sind sie durch die tiefreichende glaziale Erosion vollständig ausgeräumt

Überlagert werden die Unteren Braunkohlensande vom Hamburger Ton (HT). Der Wechsel zu diesem, an der Basis festen und fetten Ton erfolgt praktisch überall abrupt und ohne er- kennbaren Übergang. In den Bohrproben und auch in den Diagrammen der geophysikalischen Bohrlochvermessung gut erkennbar durch den schlagartigen Anstieg der natürlichen Gammastrahlung, tritt dieser Fazieswechsel überall als scharfe Grenze in Erscheinung (vgl. Gammakurven in Anl. 2.2). Nach oben nehmen die Schluffgehalte dann aber deutlich zu. Hohe organische Gehalte verursachen eine dunkelgraue bis schwarzbraune oder auch schwarze Färbung.

Von anderen Tonhorizonten innerhalb der miozänen Sandserien unterscheidet sich der Hamburger Ton durch seine Horizontbeständigkeit. Er ist damit ein ausgezeichneter Leitho- rizont und seine Verbreitung (Anl. 2.5) entspricht weitgehend der Unteren Braunkohlensan- de. Es treten jedoch große Mächtigkeitsunterschiede auf. Sie variieren zwischen 2 und 10 Metern im südlichen Untersuchungsraum bei Tiefen der HT-Basis um ±0 mNN im Raum Geesthacht bzw. bis ca. -150 mNN in der Trittauer Mulde. Im Ahrensburger und Oldesloer Trogs steigen die Mächtigkeiten bis über 100 m an, gleichzeitig sinkt die Basis bis unter -700 mNN ab.

Auf den Hamburger Ton folgen die Oberen Braunkohlensande (OBKS). Im Gegensatz zu den Unteren Braunkohlensande zeigen sie eine stärkere Differenzierung der internen Sedi- mentfolgen (s. Typprofile in Anl. 2.2). Auf Schluffe und Feinsande im unteren Teil folgt eine unregelmäßige Folge von Sanden unterschiedlicher Körnung im Wechsel mit Schluff- /Tonhorizonten mit gelegentlichen Braunkohlezwischenlagen. Die Mächtigkeiten der Einzel- - 16 -

schichten variieren dabei stark zwischen <5m bis deutlich >10m, Braunkohlemächtigkeiten sind aber meist <1m. Farblich variieren die Sande in verschiedenen Braun- bis Grautönen. Die teils glimmerführenden Schluff- und Tonhorizonte sind vorwiegend dunkelbraun bis dunkelgrau, bei zunehmenden organischen Gehalten aber auch nahezu schwarz gefärbt.

Das Verbreitungsgebiet und die Mächtigkeit der Oberen Braunkohlensande zeigt Anlage 2.6. Wie die tieferen Miozänhorizonte fehlen auch sie über den Salzstrukturen von Siek, Sülfeld und Nusse-Eckhorst und in Teilen der eiszeitlichen Rinnen.

In Bereichen relativer Hochlagen des Sachsenwaldes und südlich der Linie Escheburg- Schwarzenbek-Büchen (OBKS-Basis oberhalb -50 mNN) wurden die OBKS auch außerhalb der eigentlichen Rinnenbereiche von der eiszeitlichen Erosion flächenhaft erfaßt und die Mächtigkeiten von ursprünglich ca. 60 m bis auf 25m und weniger reduziert (vgl. Schnitt 3, Anl. 2.3.2). In Richtung der Senkungszonen des Ahrensburger und Oldesloer Troges wach- sen die Mächtigkeiten an bis auf Werte um 175 m in Tiefen um -500 mNN.

Der Obere Glimmerton (OGT) ist ein gleichförmiger, schluffiger Ton, wobei die Schluffgehal- te zum Hangenden z. T. deutlich zunehmen. Abhängig vom Anteil organischer Substanzen ist er überwiegend dunkelgrau bis dunkelbraun. Typisch sind auch die teils hohen Glimmer- gehalte. In den nordwestlichen Senkungsgebieten überlagert er in vollständiger Ausprägung die Oberen Braunkohlensande und erreicht dabei Mächtigkeiten von über 200 m. Die OGT- Basis reicht im Oldesloer Trog, östlich der Salzstruktur Sülfeld, bis in Tiefen um -400 mNN und im Bereich des Ahrensburger Troges, westlich einer etwa Nord-Süd verlaufenden Ver- werfungslinie bis ca. -600 mNN (s. Anl. 2.7). Auch in der Trittauer Mulde ist der OGT bei Ba- siswerten bis unter -70 mNN mit Mächtigkeiten bis über 100 m noch weitgehend vollständig erhalten. In den übrigen Bereichen des mittleren Untersuchungsgebietes ist er bei meist geringerer Tiefenlage und wegen der unterschiedlichen Tiefenwirkung der eiszeitlichen Erosion dann nur noch lückenhaft vorhanden. Die Mächtigkeiten liegen hier im Meter- bis Dekame- terbereich. Südlich von Schwarzenbek fehlt er nahezu völlig. In weiten Teilen des Untersu- chungsgebietes ist der OGT das jüngste und zugleich letzte Glied in der tertiären Schichten- folge.

Nur in den zentralen Bereichen des Ahrensburger und Oldesloer Troges folgen auf den Obe- ren Glimmerton noch Schichten des jüngsten Tertiärs. Hier geht er unter allmählicher Korn- vergröberung über in die Glimmerfeinsande (GFS) des jüngsten Miozäns, überlagert von den Kaolinsanden (KS) des Pliozäns. Anlage 2.8 zeigt das Verbreitungsgebiet beider Sand- horizonte mit der Basis der Glimmerfeinsande. Sie reicht im Oldesloer Trog bis in Tiefen um -160 mNN, im Ahrensburger Trog westlich der Störungslinie bis in Tiefen um -250 mNN. Bei Mächtigkeiten der Glimmerfeinsande um 40 m liegt die Basis der Kaolinsande entsprechend höher. Es sind vorwiegend mittel-grobkörnige Quarzsande. Ihre Bezeichnung stammt jedoch - 17 -

von gelegentlichen Kaolinitgehalten, den Verwitterungsprodukten ehemaliger Feldspäte. Die Kaolinsande sind häufig hellbraun bis hellgrau, doch treten lagenweise auch sehr helle, schwach gelbliche bis nahezu weiße Horizonte in Erscheinung.

Unterbrochen wird die Kaolinsandserie in wechselndem Maße von Schluff- und Tonhorizon- ten mit teils auffällig hohen Glimmergehalten. Sie verursachen dann einen leicht silbrigen Glanz bei sonst meist dunkelgrauen, bei steigenden organischen Gehalten auch schwarz- grauen Farben. Die Mächtigkeit dieser Schluff-/Tonzwischenlagen liegt häufig im Bereich weniger Meter, Einzelmächtigkeiten bis zu 10 Metern sind die Ausnahme. Wie die Braunkoh- lensande führen auch die Kaolinsande gelegentlich geringmächtige Braunkohlelagen.

Die Gesamtmächtigkeit der Kaolinsande einschließlich der schluffig-tonigen Zwischenlagen variiert stark. Sie steigt von wenigen Metern in randlichen Verbreitungsgebieten über häufige Werte zwischen 40 und 70 m bis auf ein Maximum um 150 m im Zentrum des Ahrensburger Troges. Dort sind sie allerdings auch in dem schmalen Bereich der tiefeinschneidenden, Nord-Süd verlaufende Bargteheider-Rinne vollständig erodiert. An ihre Stelle treten dann jedoch in weiten Teilen wiederum eiszeitliche Sande.

2.2.4 Das Quartär

Das Quartär umfaßt den Zeitraum vom Ende des Tertiärs vor etwa 2,4 Millionen Jahren bis heute. Unterteilt wird es in den älteren, wesentlich längeren Zeitabschnitt des Pleistozäns mit einer Abfolge verschiedener Vereisungsphasen und dazwischen liegenden Warmzeiten und in den jüngeren, wesentlich kürzeren Abschnitt des Holozäns, der erst mit dem Ende der letzten Eiszeit vor rund 10000 Jahren einsetzte und bis heute andauert (vgl. Tab. 2.2).

2.2.4.1 Die Quartärbasis

Anlage 2.9 zeigt die Tiefenlage und morphologische Struktur der Quartärbasisfläche. Ge- prägt wird das Relief dieser Grenzfläche zu den angrenzenden Schichten des Tertiärs und Prätertiärs durch die tiefen, schmalen und langgestreckten Einschnitte der elstereiszeitlichen Rinnen (s. Kap. 2.2.2). Deren Basis reicht häufig tiefer als -200 mNN, wobei die bisher größ- te Tiefe innerhalb des Untersuchungsgebietes mit -411 mNN im Verlauf der Bargteheider- Rinne erbohrt worden ist. Außerhalb der Rinnen liegt die Quartärbasis in weiten Teilen pla- teauartig in Tiefen von -50 mNN bis ±0 mNN oder höher.

Abhängig von der eiszeitlichen Erosionstiefe und von der Tiefenlage der präquartären Schichten, werden an der Quartärbasis meist die beschriebenen Schichten des Jungtertiärs, - 18 -

angetroffen. Nur über den Hochlagen verschiedener Salzstrukturen und in tieferen Rinnen- abschnitten des südlichen Untersuchungsraumes werden auch Schichten des Alttertiärs und noch ältere Gesteine vorgefunden. Diesen Sachverhalt zeigt die Karte des präquartären Un- tergrundes in Anlage 2.10. Die Grenzen der verschiedenen jungtertiären Horizonte entsprechen dabei den jeweiligen Verbreitungsgrenzen in den Anlagen 2.4 – 2.8, die hier entsprechend ihrer stratigraphischen Abfolge (s. Tab. 2.2) quasi übereinander gestapelt dargestellt sind. Abgesehen von einigen Kernbereichen der Salzstockhochlagen, wo die normale Schichtenfolge als Folge der Salinartektonik gestört sein kann, kann so aus der betreffenden Schicht an der Quartärbasis zur Tiefe hin auch die weitere tertiäre Schichtenfolge abgeleitet werden.

In weiten Teilen des nordwestlichen Untersuchungsgebietes bilden die Kaolinsande flächen- haft die Basis der quartären Sedimentauflage, im mittleren und westlichen Teil dominiert der Obere Glimmerton, während im Süden die Oberen Braunkohlensande die Basis des Quar- tärs darstellen. Der Hamburger Ton und die Unteren Braunkohlensande stehen meist nur in schmalen Säumen im Bereich der Rinnen bzw. Rinnenflanken und im Flankenbereich von Salzstrukturen in direktem Kontakt zu quartären Sedimenten (s. dazu die Schnitte 1-3).

2.2.4.2 Gliederung des Quartärs und quartäre Sedimente

Prägend für die quartäre Schichtenfolge in Schleswig-Holstein waren drei Vereisungsphasen mit einer Dauer von jeweils rd. 100 000 bis 200 000 Jahren während des Mittel- und Jung- pleistozäns. Die dazwischen liegenden Warmzeiten waren dagegen mit maximal 30 000 Jahren vergleichsweise kurz. Noch frühere, der Elsterkaltzeit vorausgehende Vereisungs- phasen wurden in Schleswig-Holstein nur außerhalb des Untersuchungsgebietes sehr vereinzelt nachgewiesen (EHLERS et al., 1984; MENKE, 1975; MENKE & STEPHAN, 1993).

Im Gegensatz zu den lang anhaltenden, gleichförmigeren Sedimentationsphasen während des Tertiärs, die zu vergleichsweise einheitlichen und ausgedehnten Sedimentkomplexen führten, hatten die vorwiegend eiszeitlichen Entstehungsbedingungen während des Pleisto- zäns mit vielfältigen und rasch wechselnden Erosions-, Transport- und Ablagerungsbedin- gungen einen sehr heterogenen Schichtaufbau zur Folge (vgl. geol. Schnitte 1-3). Gletscher und Schmelzwässer transportierten große Mengen an Schwebstoffen und Sanden unter- schiedlichster Körnung, Kies und Geröll bis hin zu großen Geschieben, den ”Findlingen”, aus Skandinavien heran. Gleichzeitig wurden aber auch vor Ort anstehende tertiäre Sedimente umgelagert. Dies führte, teils in rascher Abfolge und bei oft stark schwankenden Mächtigkei- ten, zu einer sehr wechselhaften Verbreitung von Schmelzwassersanden, Beckenschluffen und -tonen und zur Ablagerung eiszeitlicher Geschiebemergel. Vor allem letztere bestehen, abhängig vom ursprünglichen Ausgangsmaterial, aus wechselnden Anteilen bindiger und - 19 -

klastischer Komponenten (vgl. Kap. 2.3.4). Durch nachfolgende jüngere Eisvorstöße wurden diese Sedimente dann oft erneut, teilweise auch mehrfach überprägt oder verlagert. So entstanden auch kleinräumig oft intensiv verzahnte und verschuppte Sedimentstrukturen. Aus- sagen zur Beschaffenheit und Verbreitung einzelner Pleistozänhorizonte unterliegen daher grundsätzlich wesentlich stärkeren Einschränkungen und erfordern generell eine größere Aufschlußdichte als dies bei tertiären Horizonten der Fall ist.

Ablagerungen der Elsterkaltzeit beschränken sich auf die Rinnen. Ein typisches Sediment ist der ”Lauenburger Ton”. Er entstand als toniger Absatz in schmelzwassererfüllten Eisstau- seen, die sich beim Rückzug des Eises in den Rinnen gebildet hatten. Über vorwiegend grobkörnigen, teils kiesigen und bis zu mehreren Zehnermeter mächtigen Schmelzwasser- sanden an der Rinnenbasis, erreicht dieser meist dunkelgraue Ton oft Mächtigkeiten von über 100 m. Überlagert von weiteren Sand- und Geschiebemergelfolgen nachfolgender Warm- und Kaltzeiten dominiert er in weiten Teilen der Rinnen des südlichen Untersu- chungsgebietes (vgl. hierzu Rinnenquerschnitte in den Schnitten 1-3 und nachfolgendes Ka- pitel).

Bereichsweise geht der Lauenburger Ton in den Rinnen über in Ablagerungen der Holstein-Warmzeit (z. B. der ”Holsteinton”). Sie sind als solche jedoch zeitlich meist nicht identifiziert, da hierzu spezielle quartärstratigraphische Untersuchungen erforderlich sind. Außerhalb der Rinnen sind sie im Untersuchungsraum nur lokal und aufgepreßt in Stauch- zonen nachgewiesen worden (MENKE & STEPHAN, 1993).

Die anschließende Saale-Kaltzeit umfaßt wenigstens drei Eisvorstöße. Von ihnen wurde das gesamte Untersuchungsgebiet überfahren und teilweise auch noch weite Bereiche der süd- lich angrenzende Gebiete. In grober Annäherung sind südlich der Linie Stapelfeld - Groß Pampau alle Geschiebemergelhorizonte einschließlich liegender Schmelzwassersande, au- ßerhalb der Rinnen bis zur Quartärbasis, in den Rinnen bis auf den Lauenburger Ton, vorwiegend saalezeitlichen Alters.

Ablagerungen der nachfolgenden Eem-Warmzeit, vorwiegend Mudden und Torfe, findet man im südlichen Untersuchungsgebiet gelegentlich relativ oberflächennah unter den San- derflächen der letzten Vereisung, der Weichsel-Kaltzeit. Ihre Gletschervorstöße reichten noch etwa bis zur schon genannten Linie Stapelfeld - Groß Pampau. In den auch morpholo- gisch hervortretenden Stirn- und Seitenmoränen bildeten sich die oben beschriebenen kom- plizierten internen Lagerungsverhältnisse aus ineinander verfalteten und verschuppten Sand/Kies- und Geschiebemergel- bzw. Schluff/Tonlagen, innerhalb der Gletscherbecken dominieren dagegen eher söhlige Lagerungsverhältnisse mit teils mächtigen Grundmoränen. Sie werden stellenweise überlagert von Schmelzwassersanden und Beckensedimenten (Schluffe und Tone) aus anschließenden Abschmelzphasen der Gletscher (vgl. nördlicher - 20 -

Abschnitt von Schnitt 3). Südlich der Eisfront des Weichselgletschers schütteten die abflie- ßenden Schmelzwässer über saalezeitlich geprägtem Untergrund weite, ebene Sanderflä- chen auf, die Sanderflächen von Grande und Witzhave, im nördlichen Sachsenwald und den Büchener Sander, die nacheiszeitlich dann allerdings wieder stellenweise zertalt worden sind.

Sedimentbildungen des Holozäns, d. h. seit dem Ende der Weichselvereisung vor ca. 10000 Jahren bis heute, beschränken sich weitgehend auf Geländesenken und Talniederungen. Dort bildeten sich vorwiegend tonig-schluffige Auensedimente und Niederungsmoore. Zahl- reiche Seen, entstanden in Geländesenken über abgeschmolzenem Toteis, verlandeten unter Ausbildung von Niedermooren (z. B. das ausgedehnte Duvenseer Moor) oder Hochmoo- ren (Koberger Moor).

2.2.4.3 Verbreitung quartärer Sedimente

Die Möglichkeiten für eine hinreichend genaue, den gesamten Untersuchungsraum umfassende Beschreibung einzelner Quartärhorizonte, analog zu den Darstellungen der verschiedenen lithologischen Einheiten des Tertiärs, sind begrenzt. Die ausgeprägte Heterogenität der quartären Schichtenfolge erfordert hierzu und im Gegensatz zum Tertiär eine wesentlich größere Aufschlußdichte. Sie ist jedoch praktisch nicht gegeben und mit vertretbarem Auf- wand flächenhaft auch nicht erreichbar. Da der Schwerpunkt des Untersuchungsprogramms aber auf die Erkundung der tertiären Grundwasserleiter abzielte, bleiben detailliertere Aus- sagen zum Bau des Quartärs gezielten, lokalen Untersuchungen vorbehalten.

Auf der Basis verfügbarer Informationen konnte jedoch für den oberflächennahen Bereich eine Karte der hier verbreiteten Sedimente erstellt werden. Sie war eine wichtige Grundlage zur Regionalisierung der Grundwasserneubildung (s. Kap. 3). Für die hydraulisch bedeutsa- men Rinnen wurde eine Typisierung ihrer Sedimentverfüllung vorgenommen.

Anlage 2.11 zeigt die Verbreitung und Ausbildung der oberflächennahen Sedimente. Grund- lage dieser Karte sind geologische Karten im Maßstab 1:25000, in kleineren Teilbereichen auch im Maßstab 1:200000 (Kartenliste s. AGSTER, 1996). Die sehr detaillierten Angaben dieser Karten zur Beschaffenheit und Mächtigkeit der Sedimente bis etwa 2 m unter Flur wurden unter dem Aspekt der Durchlässigkeit zu drei Sedimentkategorien zusammengefaßt: − vorwiegend sandige Komponenten höherer Durchlässigkeit, − vorwiegend bindige Komponenten geringerer Durchlässigkeit, − wechselhafte Zusammensetzung, teils mit humosen Bestandteilen mit wechselnden Durchlässigkeitseigenschaften. - 21 -

Letztere beschränken sich weitgehend auf Talniederungen einschließlich der Elbmarsch und auf Geländesenken mit den dort überwiegend im Holozän abgelagerten Sedimenten aus den umliegenden höheren Bereichen. Neben mineralischen Komponenten beinhalten sie abhän- gig vom Grundwasserstand auch höhere Anteile humoser Bestandteile bis hin zu reinen Mooren (Duvenseer und Koberger Moor). Im nördlichen Gebietsteil dominieren bindige Oberflächensedimente. Sie kennzeichnen die Grund- und Endmoränenlandschaft aus teils mächtigen, weichselzeitlichen Geschiebemergelhorizonten. Im Süden herrschen dagegen in weiten Teilen sandige Oberflächen vor. Im Raum Grande, Witzhave, nördlicher Sachsen- wald und Büchen kennzeichnen sie weichselzeitliche Sanderflächen, entlang des Geestran- des bei Geesthacht dagegen saalezeitliche Schmelzwassersande.

Die Charakterisierung der eiszeitlichen Rinnenverfüllung (Anl. 2.12) beruht auf den nachfolgenden Legendeneinheiten. Stark schematisiert über das Gesamtprofil, beschreiben sie von der Rinnenbasis bis zur Geländeoberfläche, die jeweils vorherrschende Sedimentart bzw. Sedimentabfolge. Bei der dazu notwendigen Zusammenfassung standen unter dem vorrangig hydraulischen Aspekt in erster Linie die Wasserwegsamkeiten der Sedimente im Vorder- grund und nicht ihre teils unterschiedliche Genese.

Typ 1) Einheitliche Rinnenverfüllung Vertikal weitgehend einheitliche Sedimentarten, vorwiegend a) Sand, auch unterschiedlicher Korngrößenzusammensetzung, oder b) bindige Sedimente, hierunter fallen Ton (beispielsweise Lauenburger Ton) und Schluff, bereichsweise bis hin zu schluffigen Feinsanden, sowie Geschiebemergel.

Typ 2) Wechselnde, uneinheitliche Rinnenverfüllung Unregelmäßige Sedimentfolgen mit wechselnder petrographischer Zusammenset- zung und Mächtigkeit in vertikaler und in horizontaler Erstreckung. Ein Vergleich mehrerer Rinnenprofile zeigt keine regelmäßig wiederkehrende Sedimentfolgen.

Typ 3) Vertikale Dreigliederung der Rinnenverfüllung Die Rinnenverfüllung zeigt in grober Annäherung drei Haupthorizonte: Im unteren Teil dominieren Sande wechselnder Korngrößenverteilung (basale Rinnensande, häufig mittel-grobkörnig). Bindige Zwischenlagen sind meist von untergeordneter Bedeu- tung. Darüber folgt ein vorwiegend kompakter Schluff-/Tonhorizont (meist Lauenbur- ger Ton). Sein Anteil an der Gesamtmächtigkeit der Rinnensedimente erreicht häufig 50% und mehr. Nur gelegentlich treten Geschiebemergelanteile auf. Als dritter und letzter Abschnitt folgt eine unregelmäßige Serie von Sand- und Geschiebemergella- gen mit jeweils wechselnden Mächtigkeiten.

- 22 -

Typ 4) Vertikale Zweigliederung der Rinnenverfüllung Hier dominieren im unteren Rinnenabschnitt sandige Ablagerungen, darüber werden dann zwei Sedimentationsformen unterschieden: a) vorwiegend bindige Ablagerungen aus Geschiebemergel, Schluff und Ton, b) uneinheitliche Wechselfolgen aus Sanden und bindigen Sedimenten. Unterschiedliche Mächtigkeitsanteile beider Sedimentabschnitte bleiben wegen der vielfältigen Übergangsformen und aus Gründen der Überschaubarkeit der Karte dabei unberücksichtigt, auch wenn gelegentlich einer der Abschnitte deutlich dominiert.

Durchgängig einheitliche Rinnenverfüllungen (Typ 1) beschränken sich im Untersuchungs- raum auf wenige Rinnenabschnitte. Nahezu vollständig sandig verfüllt (Typ 1a) sind Teile der Glinder-Rinne. Die Erosionsbasis der Rinne liegt hier im Bereich der Unteren Braunkoh- lensande. Als Folge der Erosion des Oberen Glimmertons und des Hamburger Tons entsteht durch die Rinnensande hier eine Verbindung zwischen verschiedenen Grundwasserlei- tern (s. Kap. 2.3.5). Der Nachweis vorwiegend bindiger Rinnenverfüllungen (Typ 1b) be- schränkt sich weitgehend auf den südlichen Abschnitte der Lauenburger Rinne.

Sehr verbreitet ist der Typ 3 (vertikale Dreiteilung der Rinnenverfüllung). Dies gilt nahezu für den gesamten Verlauf der Witzhaver-Trittauer-Rinne, der Geesthachter-Rinne und ab- schnittsweise auch für die Meilsdorfer-Todendorfer-Rinne. Die Erosionsbasis der beiden erstgenannten liegt unterhalb der UBKS-Basis, bei der letztgenannten Rinne reicht sie allen- falls bis zum Hamburger Ton. Der Lauenburger Ton erreicht oft Mächtigkeiten von deutlich über 100 m. Die Sande an der Rinnenbasis sind oft mehrere Zehner Meter mächtig und können bis in die Rinnenflanken hineinreichen (s. Rinnenquerschnitte in den geologischen Schnitten).

In den übrigen Rinnen oder Rinnenabschnitten folgen über Sanden wechselnder Mächtigkeit in den tieferen Abschnitten nach oben bis zur Geländeoberfläche dann entweder vorwiegend bindige Sedimente oder auch Wechselfolgen sandiger und bindiger Horizonte (Typen 4a bzw. 4b), in anderen Fällen sind keine Regelmäßigkeiten bzw. durchhaltende Horizonte erkennbar (Typ 2). Weitere Details zu den eiszeitlichen Rinnen, ihren vielfältigen Verfüllungs- formen und graphische Darstellungen (Rinnenlängsschnitte) sind AGSTER (1996) zu entnehmen.

2.3. Hydrogeologische Verhältnisse

Die bisher beschriebenen geologischen Strukturen sind maßgeblich für die hydrogeologischen Verhältnisse im Untersuchungsraum. Die Unteren und Oberen Braunkohlensande, die Kaolinsande, räumlich wechselnd auch die eiszeitlichen Sande, bilden bis zu drei, durch den - 23 -

Hamburger Ton und den Oberen Glimmerton voneinander getrennte Grundwasserstockwer- ke.

Die Grundwassererneuerung des obersten Grundwasserstockwerk erfolgt dabei abhängig von verschiedenen Einflußfaktoren überwiegend flächenhaft aus dem Niederschlagswasser (vgl. Kap. 3.2). Dagegen sind die eiszeitlichen Rinnen und die Flankenbereiche der Salz- strukturen von Bedeutung für die Regeneration der tieferen Stockwerke. Je nach Tiefe und Art der Sedimentverfüllung bilden die Rinnen linienförmige Kontaktzonen zwischen den verschiedenen Grundwasserstockwerken bis hin zu oberflächennahen, quartären Sanden. Desgleichen bestehen auch an den Flanken der Salzstrukturen, durch die dort auftauchen- den Schichten, direkte Kontaktmöglichkeiten zwischen den tertiären Wasserleitern und flachgründigen, quartären Sanden (s. Schnitte 1 u.2).

Die regionale Verbreitung und die hydraulischen Eigenschaften der einzelnen Grundwasser- leiter, ihre hydraulischen Verbindungen untereinander und die Regeneration der darin gespeicherten Grundwasservorräte bestimmen die räumlich wechselnden Nutzungsmöglichkei- ten.

In Tabelle 2.3 sind alle Wasserwerke des Untersuchungsraumes, die im Rahmen der öffent- lichen Wasserversorgung 1997 die Gesamtjahresentnahme von 100 000m³/a überschritten haben, mit den jeweils genutzten Grundwasserleitern aufgeführt.

Wasserwerke mit ausschließlicher Nutzung quartärer Sande außerhalb eiszeitlicher Rinnen (Sandesneben, Am Ritzen, Klein Barnitz) erreichen nur 11% der Gesamtentnahmen von 36,6 Millionen m³/a. Wasserwerke mit ausschließlicher Nutzung der Unteren und/oder Obe- ren Braunkohlensande erreichen dagegen 29% (Börnsen, Schwarzenbek, Walddörfer, Großensee). Die übrigen Wasserwerke nutzen sowohl tertiäre wie quartäre Wasserleiter. Letztere sind häufig Rinnensande mit hydraulischen Kontakten zu tertiären Wasserleitern beiderseits der Rinnen, deren Grundwasservorräte somit indirekt mitgenutzt werden (Details zur hydrogeologischen/hydraulischen Situation einzelner Wasserwerke s. AGSTER, 1996). - 24 -

Tabelle 2.3: Wasserwerke zur öffentlichen Trinkwasserversorgung in Südost-Holstein (Jahresentnahmen 1997 über 100 000 m³)

Wasserwerk Entnahme 1997 genutzter Wasserleiter (m³)

Kreis Herzogtum Lauenburg WW Aumühle 310 888 flache BR.: qp-S tiefe Br.: UBKS WW Börnsen 181 595 flache Br.: OBKS tiefe Br.: UBKS Büchen 405 402 altes WW flache Br.: qp-S neues WW tiefe Br.: UBKS Geesthacht WW Richtweg 769 783 qp-S (Rinnenflanke) WW Krümmel 1 149 354 UBKS WW Lauenburg 971 280 qp-S (Rinne) UBKS WW Schwarzenbek 796 472 UBKS WW Sandesneben / Kalkkuhle 1 632 226 qp-S Kreis Stormarn WW Walddörfer (HH Volksdorf, 3 011 430 flacher Br.: OBKS nur Brunnen auf S.-H.-Gebiet) tiefer Br.: UBKS WW Am Ritzen (Bad Oldesloe) 1 639 990 qp-S WW Bargteheide 1 226 762 flache Br.: qp-S tiefe Br.: KS

WW Klein Barnitz (Reinfeld) 847 323 qp-S WW Glinde 6 554 860 Nordgruppe qp-S (Rinne),UBKS Mittelgruppe qp-S (Rinne),UBKS Südgruppe UBKS WW Großensee 6 626 920 UBKS WW Großhansdorf 9 857 564 Fassung Nord qp-S (Rinne) Fassung West-Ost qp-S, KS WW Lütjensee 262 972 flache Br.: qp-S tiefe Br.: OBKS WW Barkhorst (Lasbek) 329 396 qp-S, KS Summe der Entnahmen 36 574 217 qp-S: quartäre Sande; Zusatz (Rinne), (Rinnenflanke): Nutzung eiszeitl. Rinnenwasserleiter; KS: Kaolinsande; OBKS: Obere Braunkohlensande; UBKS: Untere Braunkohlensande - 25 -

2.3.1 Tertiäre Grundwasserleiter und ihre hydraulischen Eigenschaften

Neben der räumlichen Ausdehnung, bestimmt die Korngrößenverteilung, das interne Korn- gefüge und, davon abhängig, das nutzbare bzw. durchflußwirksame Hohlraumvolumen die Ergiebigkeit von Lockergesteinswasserleitern. Allein schon die weite Verbreitung und Ge- samtmächtigkeiten von mehreren Zehnermetern bis über 100 Metern, begründen die große Bedeutung der Unteren und Oberen Braunkohlensande aber auch der Kaolinsande für die Grundwassergewinnung im Untersuchungsraum. Eingeschränkt wird ihre Nutzbarkeit jedoch in tieferen Bereichen des Ahrensburger und Oldesloer Troges durch die dort einsetzende Grundwasserversalzung (vgl. Kap. 2.4) sowie durch gelegentliche Braunfärbungen des Grundwassers als Folge erhöhter Huminstoffgehalte (vgl. Kap. 5.2). Stratigraphisch tiefere Wasserleiter (z. B. die Neuengammer Gassande, vgl. Kap. 2.2.3.1) führen meist hoch mineralisierte Grundwässer und bleiben in der weiteren Betrachtung daher unberücksichtigt.

Wichtige Parameter zur Beschreibung der hydraulischen Leitereigenschaften eines Ge- steinskörpers bzw. einer Gesteinsschicht sind der Durchlässigkeitsbeiwert k f (m/s) und die

Transmissivität T (m²/s). Der k f-Wert definiert die Durchlässigkeit einer einzelnen Schicht, während die Transmissivität das Integral der Durchlässigkeit k f über die gesamte Mächtigkeit

(M) eines Wasserleiters darstellt (T=k f x M) und damit auch die wechselnden Durchlässigkei- ten von Einzelschichten berücksichtigt. Gleichzeitig ist dieser Parameter ein Anhaltspunkt zur Bewertung der Ergiebigkeit eines Wasserleiters (näheres zur Definition von k f und T in DIN 4049).

In Tabelle 2.4 sind für die verschiedenen Grundwasserleiter des Untersuchungsgebietes Bandbreiten und Mittelwerte zu diesen hydraulischen Kennziffern aufgeführt. Die Angaben beruhen zum einen auf Ergebnissen von Pumpversuchen, die in der Vergangenheit meist im Zusammenhang mit Erschließungsmaßnahmen für Wasserwerke durchgeführt worden sind. Zusätzlich wurden entsprechende Werte anhand der Schichtenbeschreibungen von Einzel- bohrungen aus dem Untersuchungsprogramm und auf der Basis von Literaturangaben (HÖLTING, 1996; RICHTER & LILLICH, 1975; Geologisches Landesamt NRW, o. J.) zur Durchlässigkeit von Sanden unterschiedlicher Korngrößenverteilung errechnet 4. Die Vertei- lung und Häufigkeit der diesen k f-Wert-Angaben zugrundeliegenden Einzelwerte zeigt Abbil- dung 2.1 .

4Dieser bohrprofilbezogenen Auswertung liegt eine Tabelle von AGSTER 1996 zugrunde. Sie enthält, auf der Basis von Literaturabgaben, Bandbreiten zur Durchlässigkeit typischer Sandgemische, wie sie in der Praxis häufig an Bohrungen vorgefunden werden. - 26 -

Tabelle 2.4: Hydraulische Kennwerte (Durchlässigkeitsbeiwert k f ,Transmissivität T und Speicherkoeffizient S) von Grundwasserleitern im Raum Südost-Holstein nach Profilbeschreibungen von Programmbohrungen und aus Pumpversuchen 1)

Wasserleiter Mächtigkeit kf x 10 -4 T x 10 -2 S x 10 -3 (m) (m/s) (m²/s) quartäre Sande min-max 0,44 - 9,4 0,06 - 4,1 0,02 - 16,4 aus Pumpversuchen n = 9

Kaolinsande ∅ 50 3,22 1,62 nach Bohrprofilen min-max 7 - 131 0,5 - 9,44 0,04 - 3,4 n = 5

aus Pumpversuchen min-max 0,6 - 2, 4 1 - 6 n = 2

Obere Braunkohlensande ∅ 79 0,99 0,78 nach Bohrprofilen min-max 41 - 164 0,33 - 2,38 0,22 - 3,19 n = 26

aus Pumpversuchen min-max 0,8 1 - 1,8 0,7 n = 1

Untere Braunkohlensande ∅ 60 2,92 1,79 nur oberer Abschnitt min-max 14 - 212 0,44 - 5,00 0,21 - 5,65 nach Bohrprofilen n = 28

oberer u. unterer Abschnitt ∅ 95 1,62 1,53 nach Bohrprofilen min-max 34 - 167 2) 0,29 - 3,54 0,23 - 4,26 n = 22

aus Pumpversuchen min-max 0,5 - 8,5 0,7 – 4 0,3 - 4,4 n = 11

1) Zusammenfassung mehrerer Tabellen aus AGSTER (1996) ∅ Mittelwert aus n Einzelbohrungen min-max Bandbreite n Anzahl der berücksichtigten Einzelbohrungen bzw. Pumpversuche

2) Es wird hier die Gesamtmächtigkeit der UBKS betrachtet. Dennoch liegt die zugehörige Mächtig- keitsspanne noch innerhalb des Wertebereichs für den oberen UBKS-Abschnitt. Der Grund ist die unterschiedliche Anzahl der jeweils berücksichtigungsfähigen Bohrungen bei gleichzeitig unterschiedlichen Mächtigkeitsverteilungen.

Trotz unterschiedlicher Berechnungsmethoden, wechselnder Datenbasis und Untersu- chungsorte, zeigen die k f- und T-Werte der Tabelle 2.4 für gleiche Wasserleiter bzw. Grundwasserstockwerke eine recht gute Übereinstimmung. Dagegen unterscheiden sich die Werte bzw. Bandbreiten verschiedener Wasserleiter zum Teil deutlich. Dies gilt auch für die Unteren und Oberen Braunkohlensande. Auf der Grundlage der Bohrprofile liegen die er- - 27 -

rechneten Mittelwerte zur Durchlässigkeit und Transmissivität des durchschnittlich 60 m mächtigen, vorwiegend mittel-grobsandigen oberen Abschnittes der UBKS mit 2,9x10 -4 m/s bzw. 1,5x10 -2 m²/s um das zwei- bis dreifache über den betreffenden Werten der OBKS, da diese wesentlich höhere Anteile an feinkörnigen Lagen aufweisen. Auch bei Einbeziehung des unteren Feinsandabschnittes der UBKS liegen die betreffenden Werte noch über denen der OBKS.

Für die ebenfalls meist mittel- bis grobkörnigen Kaolinsande wurden Mittelwerte von 3,2x10 -4 m/s bzw. 1,6x10 -2 m²/s errechnet. Ihre hydraulischen Eigenschaften entsprechen somit dem oberen Abschnitt der UBKS.

Die Bewertung der Durchlässigkeit von Grundwasserleitern erfolgt häufig auch durch eine

Einteilung in Durchlässigkeitsklassen mit vorgegebenen k f-Wert-Bandbreiten. Solche Klassi- fikationsvarianten zeigt Abbildung 2.1. Eingetragen sind zudem k f-Werte die anhand der Schichtenbeschreibungen von Einzelbohrungen errechnet worden sind. Die Klasseneintei- lungen und Bewertungschemata unterscheiden sich aufgrund unterschiedlicher Ausgangs- fragestellungen sowohl hinsichtlich der Bandbreitenvorgabe des k f-Wertes wie auch in ihren Bezeichnungen.

Abbildung 2.1: Durchlässigkeitsklassen, Bandbreite und Mittelwerte der Durchlässigkeit (k f) tertiärer Grundwasserleiter im Raum Südost-Holstein nach Profilbe- schreibungen von Einzelbohrungen

Ad-Hoc AG Hydraul. Funktion: Grundwassergeringleiter Grundwasserleiter 1997: Durchlässigk. -Kl.: gering mäßig mittel

DIN 18130: Durchlässik.-Kl. durchlässig stark durchlässig

3,22x10 -4 Kaolinsande

9,9x10 -5 Obere Braunkohlensande

2,92x10 -4 Untere Braunkohlensande (grobkörniger Bereich)

1,62x10 -4 Untere Braunkohlensande (gesamter Bereich)

- 6 - 5 - 4 kf (m/s) 10 10 10 10 - 3

- 28 -

Die Klassifikation der Grundwasserleiter nach der stärker ingenieurgeologisch orientierten DIN 18 130 ist sehr grob. Demnach sind die tertiären Wasserleiter des Untersuchungsgebie- tes unterschiedslos gut bis stark durchlässig. Stärker differenziert ein Klassifikationsvor- schlag durch die Ad-Hoc-Arbeitsgruppe Hydrogeologie (1997) der Staatlichen Geologischen Dienste in Deutschland, bei dem der Aspekt der Nutzbarkeit eines Wasserleiters stärker im Vordergrund steht. Gesteinshorizonte werden hier erst dann als „Grundwasserleiter“ be- -5 zeichnet, wenn die k f-Werte größer sind als 10 m/s, liegen sie tiefer, ist von ”Grundwasser- geringleitern” die Rede. Innerhalb dieser beiden Gruppen wird dann weiter differenziert. Die Unteren Braunkohlensande sind demnach von mittlerer Durchlässigkeit, während die Durch- lässigkeit der Oberen Braunkohlensande tendenziell bereits eher als mäßig zu bewerten ist.

Ein dritter aquiferspezifischer Parameter ist der dimensionslose Speicherkoeffizient S. Er wird aus Pumpversuchen ermittelt und beschreibt den Spannungszustand eines Wasserlei- ters. Werte deutlich über 10 -3 und vor allem >10 -2 kennzeichnen dabei Wasserleiter mit ab- nehmender Wirksamkeit überlagernder Deckschichten. Analog ist eine generelle Zunahme der S-Werte von den stratigraphisch am tiefsten gelegenen UBKS zu überlagernden und damit flachgründigeren Grundwasserleitern zu beobachten (näheres s. AGSTER, 1996; zur Definition von S s. DIN 4049).

2.3.2 Tertiäre Trennschichten und ihre hydraulischen Eigenschaften

Der Hamburger Ton und der Obere Glimmerton bilden die Trennschichten zwischen den Grundwasserstockwerken der Unteren und Oberen Braunkohlensande sowie der Kaolinsan- de. Sie unterscheiden sich bei vergleichbarer petrographischer Zusammensetzung in erster Linie durch ihre Mächtigkeiten. Sie liegen beim Oberen Glimmerton wenigstens im Zehner- meterbereich und häufig deutlich darüber, während sie beim Hamburger Ton nach Südosten auf 3 - 5 m absinken. Grundwasserstandsunterschiede der OBKS und UBKS mit Differenzen von 5 m und mehr sowie Ergebnisse von Pumpversuchen östlich von Geesthacht (HOLETSCHEK, 1994), sprechen auch hier für eine sehr effektive hydraulische Trennung.

Die hydraulische Wirksamkeit einer Trennschicht wird durch die vertikale Durchlässigkeit k fv bestimmt. Angaben zur Durchlässigkeit des Hamburger Tons und des Oberen Glimmertons auf der Basis von Pumpversuchsauswertungen oder nach Laborauswertungen liegen aus dem Untersuchungsgebiet selbst nicht vor, doch kann auf entsprechende Untersuchungser- gebnisse aus geologisch vergleichbaren Räumen (Nordheide im nördlichen Niedersachsen und Hamburg-Georgswerder) zurückgegriffen werden. Die dortigen Ergebnisse können wegen der großen Gleichförmigkeit beider Horizonte auch auf das Untersuchungsgebiet über- - 29 -

tragen werden. Sie sind mit weiteren Literaturangaben 5 zur Schluff- und Tondurchlässigkeit in Tabelle 2.5 aufgeführt.

Tabelle 2.5: Durchlässigkeitswerte von Schluff und Ton (allgemein) bzw. miozäner Tonhorizonte

a) Probenbezeichnung nach der Durchlässigkeit Quelle Korngrößenverteilung kfv (m/s) ungleichförmiger Schluff 0,94 - 3,3 x 10 -8 LANGGUTH (1980) schluffiger Ton 1,4 x 10 -9 Ton 4,7 x 10 -10 toniger Schluff 10 -6 - 10 -9 HÖLTING (1996) Ton < 10 -9 -6 Schluff 1 x 10 KRUSEMANN & Ton 10 -10 - 10 -12 DE RIDDER (1973)

b) stratigraphischer Horizont, Lokalität -11 1 Oberer Nordheide 4,9 - 9,7 x 10 ) SCHWERTFEGER (1985) Glimmerton HH-Georgswerder 2 x 10 -11 2 ) WÜSTENHAGEN et al. 3 x 10 -8 3 ) (1990) Hamburger Ton Nordheide 1,9 - 7,7 x 10 -8 4 ) SCHWERTFEGER (1985)

1) aus bodenmechanischen Laboruntersuchungen 2) Mittelwert aus bodenmechanischen Untersuchungen an ungeklüfteten und geklüfteten Proben 3) Einzelauswertung eines Slug-Tests im Bereich einer Störungszone bzw. Kluftschar, nach Meinung der Autoren ist dieser Wert aber nicht repräsentativ für die Gebirgsdurchlässigkeit 4) aus Pumpversuch ermittelt, lt. Autorin ist nur der untere Grenzwert als realistisch anzusehen

Die Durchlässigkeit tonig-schluffiger Gesteine unterliegt demnach einer großen Bandbreite, unabhängig davon, ob sie an stratigraphisch nicht näher spezifizierten Gesteinsproben (Tab. 2.5a) oder an den Trennschichten des Miozäns (Tab. 2.5b) ermittelt worden sind. Werte bis zu 10 -6 m/s für Schluff können jedoch für die miozänen Trennschichten des Untersuchungs- gebietes wegen ihrer meist deutlich tonigen Komponenten und auch nach den in Tabelle 2.5b genannten Werten ausgeschlossen werden. Unter Berücksichtigung der von den betreffenden Autoren selbst genannten Einschränkungen, wird der vertikalen Durchlässigkeit des Hamburger Tons und des Oberen Glimmertons im Untersuchungsgebiet eine gemein- -11 -8 same k fv -Bandbreite von 2x10 bis 2x10 m/s zugrunde gelegt. Dies entspricht auch den meisten Angaben in Tabelle 2.5a für Proben mit unterschiedlichen Schluff/Ton-Anteilen. Auf

5 Nachteilig ist bei Laborbestimmungen, daß die Meßwerte neben versuchsbedingten Unschärfen (z.B. bei der Probennahme, beim Einbau der Probe in die Meßapparatur) nur einen sehr kleinen Ausschnitt des betreffenden Gesteinshorizontes repräsentieren. Großräumigere Inhomogenitäten (Störungen, wechselnde Lagerungsverhältnisse) bleiben unberücksichtigt. Die integrale Betrachtung eines Horizon- tes, beispielsweise durch einen Pumpversuch, kann jedoch zu völlig anderen, von den Ergebnissen der Laboruntersuchung abweichenden Werten der ”Gebirgsdurchlässigkeit” führen. - 30 -

der Basis zahlreicher Bohrungsbearbeitungen dürfte nach Einschätzung des Verfassers die vertikale Durchlässigkeit beider Horizonte jedoch eher im unteren Bereich der genannten Bandbreite liegen. Die weitere Präzisierung und Regionalisierung vertikaler Durchlässigkei- ten finden sich im fachlichen Abschlußbericht zur Grundwassermodellierung Südost-Holstein (vgl. HOFFMANN 1996a,b).

2.3.3 Quartäre Grundwasserleiter und ihre hydraulischen Eigenschaften

Eigenständige hydraulische Systeme aus quartären Sanden, die im Sinne einer Stockwerks- gliederung in größeren Bereichen ohne direkte vertikale, hydraulische Kontakte zu tieferen Wasserleitern des Tertiärs sind, beschränken sich weitgehend auf Bereiche,

− in denen der Obere Glimmerton flächenhaft die Basis der quartären Sediment- auflage bildet (vgl. Karte des präquartären Untergrundes, Anl. 2.10), somit über- wiegend auf Bereiche der Trittauer Mulde und im Gebiet zwischen der Meilsdor- fer-Todendorfer- bzw. Witzhaver-Trittauer-Rinne, − über der Hochlage der Salzstruktur Nusse.

In anderen Bereichen, wo quartäre Schichten tertiäre Wasserleiter überlagern, bilden diese mit quartären Sanden häufig eine hydraulische Einheit (s. Kap. 2.3.5).

Anders als die tertiären Wasserleiter, die innerhalb gewisser Bandbreiten flächenhaft eher gleichbleibende Durchlässigkeitseigenschaften aufweisen, unterliegt die Durchlässigkeit quartärer Wasserleiter stärkeren Schwankungen. Größere Bandbreiten der Korngrößen vom Feinsand über Kies bis hin zu Geröll und ihre wechselnde Durchmischung als Folge der viel- fältigen Transport und Ablagerungsprozesse führen letztlich zu Schichtdurchlässigkeiten, die -5 annähernd das gesamte k f-Wert-Spektrum von <10 m/s (Feinsand, schluffiger Sand) bis etwa 10 -2 m/s (reiner Kies) umfaßt. Eine Regionalisierung der Durchlässigkeiten muß aber wegen der schon beschriebenen Problematik bei der Darstellung einzelner Quartärhorizonte (s. Kap. 2.2.4.3) unterbleiben. Davon ausgenommen sind die tiefen Rinnenwasserleiter. Hier dominieren häufiger grobkörnigere Sande, weshalb hier i. allg. höhere Werte etwa ab ≥ 10 -4 m/s zugrunde gelegt werden können.

Tabelle 2.4 enthält auch hydraulische Kennwerte quartärer Wasserleiter aus Pumpversu- -5 -3 chen. Die k f-Werte liegen mit rd. 4x 10 bis 10 m/s in obigem Bandbreitenspektrum zur Durchlässigkeit von Sanden wechselnder Körnung. Die Transmissivität T variiert mit Werten zwischen 6x10 -4 und 7x10 -2 m²/s dagegen deutlich stärker als im Bereich des Tertiärs, eine Folge der größeren Durchlässigkeits- und Mächtigkeitsschwankungen und gleichzeitig auch ein Hinweis auf größere Ergiebigkeitsunterschiede der jeweils genutzten quartären Förder- horizonte. Die wechselnden Spannungsverhältnisse (freie bzw. gespannte Wasserleiter mit - 31 -

dazwischen liegenden Übergangsformen) und damit auch die wechselnden vertikalen Durchlässigkeitseigenschaften der überlagernden Deckschichten, führen zu der relativ gro- ßen Bandbreite der S-Werte von 2x10 -5 bis 2x10 -2.

2.3.4 Quartäre Trennschichten, Beschaffenheit und hydraulische Eigenschaften

Geschiebemergel der verschiedenen Kaltzeiten und tonig-schluffige Ablagerungen in eiszeitlichen, schmelzwassererfüllten Hohlformen bilden die wichtigsten Trennschichten innerhalb der quartären Ablagerungsserien, wobei erstere oft auch die Abdeckung der verschiedenen Wasserleitersysteme zur Erdoberfläche darstellen. Über größere Distanzen erkennbar zu- sammengehörige Schluff-/Ton-Horizonte beschränken sich im wesentlich auf die eiszeitlichen Rinnen in Form des Lauenburger Tons.

Die petrographische Zusammensetzung des Geschiebemergels ist vielfältig. Abhängig vom Ausgangsmaterial, von verschiedenen Transport- und Ablagerungsprozessen, treten alle möglichen Varianten von überwiegend schluffig/tonigem bis hin zu vorherrschend sandigem Substrat auf. Gleichzeitig ist die Durchmischung der einzelnen Kornfraktionen innerhalb eines Geschiebemergelkörpers oft recht inhomogen. Beispiele für die große Bandbreite der Korngrößenzusammensetzung zeigen Siebkurven verschiedener Geschiebemergelproben aus südöstlichen Teilen Schleswig-Holsteins und nördlich von Hamburg (Abb. 2.2). Dieser Variantenreichtum bedingt auch wechselnde Durchlässigkeiten des ”Geschiebemergels”.

In Laboruntersuchungen des ehemaligen Geologischen Landesamtes Schleswig-Holstein wurden an Geschiebemergelproben von verschiedenen Lokalitäten in Schleswig-Holstein Durchlässigkeitsbeiwerte von 5x10 -11 bis 6x10 -7 m/s ermittelt (Einzelheiten s. AGSTER, 1996). SCHWERTFEGER (1985) nennt für Geschiebemergel aus der Nordheide eine Span- ne von 1,6x10 -10 bis 5x10 -5 m/s. Diesem Durchlässigkeitsspektrum entsprechen auch andere Literaturangaben. So nennt beispielsweise EINSELE (1996) für Geschiebelehme (kalkarme bis entkalkte Geschiebemergel) eine Bandbreite von 10 -12 bis 10 -6 m/s.

Bei der Bewertung von Laborbefunden ist davon auszugehen, daß die tatsächliche und hydraulisch relevante Gebirgsdurchlässigkeit eines ganzen Geschiebemergelkomplexes eher im mittleren bis oberen Bereich dieser Bandbreiten liegt. Neben wechselnden Anteilen bindiger und sandiger Bestandteile, können auch bessere Wasserwegsamkeiten entlang von Stö- rungszonen und glazialer Überschiebungsbahnen zur Erhöhung der Gebirgsdurchlässigkeit beitragen. Bereits geringmächtige Sandeinlagerungen, die glazialtektonisch verstellt und in Bohrungen nur als sandige Zwischenschichten erkennbar sind, können hydraulische Kontak- te zwischen verschiedenen Grundwasserstockwerken herstellen und die trennende Wirkung eines Geschiebemergelhorizontes damit insgesamt herabsetzen. - 32 -

Auswertungen von Pumpversuchen im Raum Ratzeburg (AGSTER & NACHTIGALL, 1989) und in der Nordheide (SCHWERTFEGER, 1985), mit denen die integrale Wirksamkeit von Trennschichten generell besser erfaßt wird, ergaben für Geschiebemergelhorizonte überein- stimmende Werte um 10 -7 m/s. Wegen vergleichbarer geologischer Verhältnisse kann bei pauschalen Betrachtungen und auch als Ausgangswert für Modellberechnungen, der vertikalen Durchlässigkeit des Geschiebemergels im Untersuchungsgebiet ein Wert von 1x10 -7 m/s zugrunde gelegt werden.

Die Durchlässigkeit eiszeitlicher Schluffe und Tone ist dagegen wesentlich geringer. Nach unveröffentlichten Laboruntersuchungen des Geologischen Landesamtes Schleswig- Holsteins an Proben von tonig-schluffigen Beckenablagerungen des Quartärs südlich von Lübeck (Groß Grönau), bewegt sich deren Durchlässigkeit in einer Bandbreite von 10 -11 bis 10 -9 m/s. Bei feinsandigen Beimengungen steigen die Werte gelegentlich auch bis etwa 10 -8 m/s an. Diese Ergebnisse entsprechen den im Kapitel 2.3.2 genannten Durchlässigkeiten der miozänen Tonhorizonte und den Werten aus Tabelle 2.5. Damit ist die hydraulische Wirksamkeit der quartären und miozänen Schluff/Ton-Horizonte auch im Rahmen der Grundwassermodellerstellung ähnlich zu bewerten.

2.3.5 Hydraulische Zusammenhänge verschiedener Grundwasserstockwerke

Nur wo der Hamburger Ton und der Obere Glimmerton fehlen, ist wegen ihrer geringen Durchlässigkeit ein nennenswerter Austausch von Grundwassermengen zwischen den jeweiligen Stockwerken zu erwarten 6. Diese Fehlstellen sind damit einerseits bevorzugte Be- reiche zur Erneuerung der Grundwasservorräte in angrenzenden, tieferen Wasserleitern, bei aufwärts gerichteten Grundwasserpotentialen aber auch bevorzugte Exfiltrationsbereiche aus tieferen in höhere Wasserleiter bzw. in die Vorflut.

6Der direkte vertikale Wasseraustausch durch den Hamburger Ton und den Oberen Glimmerton hin- durch dürfte angesichts der in Kap. 2.3.2 beschriebenen Gesteinsdurchlässigkeiten vernachlässigbar gering sein. Dies betrifft wegen anderer geologischer Verhältnisse im Untersuchungsgebiet auch die Wirksamkeit von Kluftsystemen, wie sie am Oberen Glimmerton in Hamburg-Georgswerder festgestellt worden sind (WÜSTENHAGEN et al., 1990). Im Verlauf tektonischer Störungen mit einem entsprechend großen Versatz der Schichten (z. B. die Störung zwischen den Salzstrukturen von Siek- Witzhave und Sülfeld, Versatz zwischen OBKS und UBKS bis >100 m, vgl. Karten Anl. 4-8) ist dagegen ein direkter Grundwasseraustausch prinzipiell möglich, sofern er nicht durch ”Verschmierungen” auf den Störungsflächen nicht doch wieder eingeschränkt wird. - 33 -

Abbildung 2.2: Siebkurven verschiedener Geschiebemergelproben aus dem südöstlichen Schleswig-Holstein und aus Hamburg

Herkunft der Geschiebemergel

Großweden bei Rondeshagen (STEPHAN, 1985) (16 Proben)

Lübeck - Roggenhorst (STEPHAN, 1981) (5 Proben)

Lübeck - Roggenhorst (STEPHAN, 1981) zunehmender Sandgehalt (8 Proben)

Büchen / Dalldorf (EHLERS, 1984) (5 Proben)

Hamburg / Hummelsbüttel (KABEL, 1982) (4 Proben)

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Hydraulisch wirksame Zusammenhänge können anhand der geologischen Befunde für verschiedene Rinnenbereiche postuliert werden. Die Quantifizierung der tatsächlichen Aus- tauschmengen erfolgte im Rahmen der Grundwassermodellierung.

Im Verlauf der Meilsdorfer-Todendorfer-Rinne bestehen im Raum Todendorf/Altenfelde im Bereich einer Fehlstelle des Oberen Glimmertons hydraulische Kontakte zwischen basa- len Rinnensanden und den direkt angrenzenden OBKS im Liegenden (geol. Schnitt 1). Im weiter südwestwärts anschließenden Meilsdorfer Rinnenabschnitt bestehen direkte hydraulische Verbindungen von den Rinnensande zu den OBKS beiderseits der Rinne.

In weiten Abschnitten der Glinder-Rinne verbinden dort vorherrschende Rinnensande alle Grundwasserstockwerke von den oberflächennahen quartären Sanden über die OBKS bis in die UBKS. Abhängig von den Potentialdifferenzen bestehen hier praktisch ungehinderte horizontale wie vertikale Austauschmöglichkeiten. Dadurch fördern einige Brunnen des Was- serwerks Glinde auch Anteile anthropogen belasteter, oberflächennaher Grundwässer, darauf deuten u. a. erhöhte Sulfat- und Chloridgehalte (BOCK & KABEL-WINDLOFF, 1987; Kap. 5.2).

In der Krüzener- und Lauenburger-Rinne dominieren wechselende Sedimentfolgen. Im gesamten Verlauf dieser Rinnen sind daher eher diffuse Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Stockwerken anzunehmen. Ausgenommen ist davon nur der südlichste Ab- schnitt der Lauenburger-Rinne, wo, zumindest in Bezug auf die UBKS, die Vorflutfunktion des Stecknitztales durch mächtige Lauenburger Tone vermutlich deutlich reduziert wird.

Auch in der Witzhaver-Trittauer-Rinne und in der Geesthachter-Rinne ist der dort vorherrschende Lauenburger Ton zunächst als potentielle Barriere für den Wasseraustausch zwischen den verschiedenen Grundwasserstockwerken anzusehen. Die tatsächlichen Aus- wirkungen des Lauenburger Tones oder auch anderer bindiger Rinnensedimente auf den lokalen Wasserkreislauf in den Rinnen und auf den Wasseraustausch mit angrenzenden Be- reichen sind ohne weitergehende Untersuchungen wie hydraulische Pumpversuche, eventuell auch ergänzt durch Grundwassermodellierungen, nur schwer einzuschätzen. Die von der Tonmächtigkeit und vom Lagebezug zu angrenzenden Wasserleitern abhängige Barrieren- funktion wird durch die an der Quartärbasis häufig erbohrten wasserleitenden Schichten abgemindert. Hinzu kommt die Möglichkeit von Sackungen und Rutschungen im Bereich der steilen Rinnenränder, die auch dort zu zusätzlichen Wegsamkeiten führen können, wo nach den Darstellungen in den geologischen Schnitten 1-3 beispielsweise Hamburger Ton und Rinnentone direkt aneinandergrenzen. Grundsätzlich muß daher auch bei vorrangig bindiger Rinnenverfüllung ein Grundwasseraustausch zwischen verschiedenen Stockwerken entlang der Quartärbasis und im Bereich der Rinnenränder in Betracht gezogen werden.

- 35 -

Neben den Rinnen sind auch die Ausbißzonen der Oberen und Unteren Braun- kohlensande an der Quartärbasis in der Umgebung der Salzstrukturen von Siek, Nusse- Eckhorst wichtige Bereiche für den Grundwasseraustausch zwischen den quartären und mi- ozänen Wasserleitersystemen (Lage und Ausdehnung der Ausbißflächen s. Anl. 2.10, vgl. auch Schnitt 2). Bei vorzugsweise abwärts gerichteten Grundwasserpotentialen sind diese oberflächennahen Kontaktflächen von besonderer Bedeutung für die Erneuerung der Grundwasservorräte in den miozänen Speichern. Auf den Toplagen der Salzstrukturen selbst bilden dagegen überwiegend alttertiäre Schluffe und Tone die Basis der quartären Wasserleiter. Vertikale Wechselwirkungen zu tieferen Wasserleitern bestehen nicht. Es dominieren hier horizontale Grundwasserbewegungen. Bei entsprechenden Strömungsrichtun- gen kann somit das Grundwasser über den alttertiären Hochflächen bis zu den randlichen Ausbißzonen gelangen und dort zur Ernährung der miozänen Wasserleiter beitragen.

Neben diesen linien- und saumartigen Kontakten im Bereich der Rinnen und Ausbißzonen, bestehen flächige Kontakte zwischen quartären Wasserleitern und unterlagernden tertiären Sanden im Bereich des Oldesloer Troges und im südlichen Untersuchungsraum.

Im Oldesloer Trog liegen teils mächtige quartäre Sande direkt auf den Kaolinsanden (s. Schnitt 1) und bilden hier, z.T. mit mächtigen Rinnensanden wie im südlichen Abschnitt der Sülfelder-Bargteheider-Rinne, ein großräumig zusammenhängendes, hydraulisches System. Aus ihm fördern die Brunnen des Wasserwerks Großhansdorf (Fassung Nord). Ähnliches gilt bei insgesamt geringeren Ausbautiefen auch für die Brunnen der Fassungen West und Ost dieses Wasserwerkes. Dieses zusammenhängende System aus quartären und pliozä- nen Sanden entspricht dem ”Hauptgrundwasserleiter” (HWL) im Teilgebietsmodell Großhansdorf (s. Kap. 4).

Außerhalb der Kaolinsandverbreitung, vor allem im mittleren Gebietsteil und im Bereich der Trittauer Mulde, bilden quartäre Sande über teils plateauartigen Glimmertonvorkommen ei- genständige hydraulische Regime. In großen Teilen des südlichen Untersuchungsraumes überlagern sie bei fehlender OGT-Verbreitung direkt die Oberen Braunkohlensande und bilden mit diesen wiederum eine hydraulische Einheit. Im Gesamtgebietsmodell entsprechen diese beiden Wasserleitertypen gleichfalls dem ”Hauptgundwasserleiter”.

Wie die Schnitte zeigen, umfaßt die Modellebene des Hauptgrundwasserleiters, bereichsweise unter Einbeziehung der Kaolinsande bzw. Oberen Braunkohlensande, örtlich sehr differenzierte Sedimentfolgen mit teils stark wechselnden Mächtigkeiten und Tiefen. Dies er- schwert bzw. verhindert die Erstellung eines flächendeckenden, einheitlichen Grundwasser- gleichenplanes für dieses Grundwasserstockwerk. Zur Lösung lokaler Sachverhalte kann eine genauere Erfassung und Darstellung zusätzlicher lokaler Wasserleiterebenen erforderlich werden. Dies erfordert dann jedoch auch eine weitere Verbesserung der Datenbasis durch - 36 -

ein verdichtetes Aufschluß- und Meßstellennetz. Diese höhere räumliche Auflösung bleibt bei entsprechenden Fragestellungen zukünftigen Untersuchungen von Teilräumen vorbehalten.

2.4 Grundwasserversalzung

2.4.1 Ursachen, Klassifikation, Datengrundlage und Methodik

Neben anthropogenen Faktoren werden die Nutzungsmöglichkeiten der Grundwasservorräte auch durch natürliche Salzwasservorkommen beeinträchtigt, die in Teilen des Untersu- chungsraumes in verschiedenen Tiefen angetroffen werden. Eine Ursache dieser Grund- wasserversalzung sind Ablaugungsprozesse in der Umgebung von Salzstrukturen, die in angrenzenden Wasserleitern zu einer Salzwasserunterschichtung der dort gespeicherten Süßwasservorräte führen. Aber auch marines Porenwasser, das während der Sedimentati- onsphase im betreffenden Horizont eingeschlossen worden ist und bei eingeschränkter Teil- nahme am Wasserkreislauf durch eine sekundäre Aussüßung des Grundwasserleiters noch nicht verdrängt worden ist, kommt als weitere Ursache in Betracht.

Natürliche Versalzungserscheinungen beschränken sich zwar überwiegend auf tiefere Ab- schnitte der tertiären Wasserleiter, doch führen Druckentlastungen in flacheren Wasserlei- terabschnitten als Folge der Entwässerung in die Vorflut oder durch Grundwasserentnah- men, zu einem Aufstieg salzführender Tiefengrundwässer bis in oberflächennahe Bereiche (weitergehende Ausführungen und Literaturhinweise s. AGSTER, 1996).

Zur Unterteilung der Grundwässer nach ihren Salzgehalten werden in der Literatur verschiedene Vorschläge gemacht (u. a. DAVIS & DE WIEST, 1967; MATTHESS, 1973). Wegen der vorrangigen Frage nach den Nutzungsmöglichkeiten der Grundwasservorräte, orientiert sich die nachfolgende Abgrenzung von Süß- und Salzwasser an den Grenzwerten der Trinkwas- serverordnung von 1990. Maßgeblich ist dabei der Chloridgehalt, der sich bei Konzentratio- nen im Bereich von 250-350 mg/l sensorisch bemerkbar macht. Eine weitere Größe ist die elektrische Leitfähigkeit als Maß für den gelösten Feststoffgehalt im Trinkwasser. Für die Definition der Süß-/Salzwassergrenze wie sie im weiteren gebraucht wird, gelten damit folgende Grenzwerte:

Chloridgehalt 250 mg/l Süßwasser < < Salzwasser 2000 µS/cm elektr. Leitfähigkeit

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Der Nachweis von natürlichen Salzwasservorkommen und die Festlegung der Süß- /Salzwassergrenze beruht in erster Linie auf der Auswertung der Kurven des elektrischen Widerstands von geophysikalischen Bohrlochvermessungen. Die Erhöhung der Porenwass- ersalinität verursacht in einem Gesteinshorizont einen Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit und führt damit zum Rückgang der Widerstandswerte in der Vermessungskurve. Die Lage der Süß-/Salzwassergrenze führt in gut durchlässigen Sandhorizonten daher zu einem deutlichen Abfall des Kurvenverlaufs. Bei ansteigendem Feinkornanteil wird dieser Zusammen- hang jedoch zunehmend unschärfer, da steigende Schluff- und Tongehalte ebenfalls eine Leitfähigkeitsverbesserung bewirken.

Analysenergebnisse von Grundwasseruntersuchungen aus Brunnen und Meßstellen konnten nur in begrenztem Umfang herangezogen werden, da sie vorrangig süßwasserführende Horizonte erschließen. Wo dennoch salzwasserführende Abschnitte erfaßt worden sind, kann bei fehlender Widerstandskurve lediglich festgestellt werden, daß die Süß- /Salzwasser- grenze oberhalb des Meßstellenfilters liegen muß (Details zur Auswertemetho- dik, Fallbeispiele und Besonderheiten wie Mehrfachschichtungen s. AGSTER, 1996).

Den Zusammenhang zwischen Leitfähigkeitswerten bzw. Chloridkonzentrationen im Grund- wasser und dem spezifischen Widerstand des betreffenden Wasserleiterabschnittes aus der Bohrlochvermessung (vereinfachend als ”Gesteinswiderstand” bezeichnet 7) zeigt Abbildung 2.3. Dabei liegt die Mehrzahl der Analysenergebnisse aus den vorgenannten Gründen allerdings überwiegend im geringer mineralisierten Bereich.

Die Höhe der gemessenen Widerstandswerte ist neben anderen Randbedingungen auch von der jeweiligen Meßtechnik abhängig. Bei den hier zugrundeliegenden Messungen mit dem fokussierten Elektrolog (FEL) führen erhöhte Salzgehalte, die z. T. weit über den Grenzwerten der Trinkwasserverordnung liegen, zu einem Absinken des Gesteinswiderstan- des auf Werte <25 Ωm. Bei anderen Meßtechniken sind bereits Werte <50 Ωm Indizien für eine erhöhte Grundwassermineralisation bzw. Grundwasserversalzung im hier definierten Sinn.

Diese Bandbreitenvorgabe wurde der Auswertung der geophysikalischen Bohrlochvermes- sungen zugrunde gelegt. Erreichten bzw. unterschritten die Werte einer Vermessungskurve diese Grenzwerte und erschien es auch nach dem Verlauf der natürlichen Gamma-Strahlung und der geologischen Schichtenfolge plausibel, so wurde dies als Hinweis für das Erreichen der Süß-/Salzwassergrenze gewertet. Zusammen mit ergänzenden Informationen aus vor- liegenden Grundwasseranalysen wurde anhand dieser Punktinformationen die in Anlage

7 Die Meßwerte der Bohrlochvermessung entsprechen nur näherungsweise dem tatsächlichen spezifischen Gesteinswiderstand. Diesen erhält man erst nach Korrekturen, mit denen andere Einflußgrößen (z. B. Bohrspülung, Formationsfaktor) eliminiert werden (vgl. BENDER, 1987; REPSOLD, 1981). - 38 -

2.13 dargestellte Karte zum Vorkommen salzhaltiger Grundwässer (Chloridkonzentrationen i. allg. >250 mg/l) und zur Tiefenlage der Süß-/Salzwassergrenze in den verschiedenen Wasserleitern des Untersuchungsgebietes erstellt. Bei ihrer Bewertung ist die Vielzahl der Faktoren, die den gemessenen Gebirgswiderstand beeinflussen, zu berücksichtigen. Sie führen insbesondere in den Randzonen der Salzwasserverbreitung und bei der Lage in fein- körnigen Sanden wie dem tieferen Abschnitt der UBKS (Vierlandfeinsande) zu Unschärfen. Hier können auch größere Abweichungen zu den tatsächlichen Gegebenheiten auftreten.

Abbildung 2.3: Zusammenhang zwischen Grundwassermineralisation (Chloridkonzentration, elektr. Leitfähigkeit) und gemessenem Gesteinswiderstand

5000 14000 4500 12000 4000 3500 10000

3000 8000 2500 6000 ClCl (mg/l) (mg/l) ClCl (mg/l) (mg/l) 2000 LFLF (µS/cm (µS/cm LFLF (µS/cm (µS/cm 1500 4000 1000 Grenzwert TrinkwV 2000 500 Grenzwert TrinkwV 0 0 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200

spez. Widerstand aus Bohrlochvermessung ( ΩΩΩm)m)m)

2.4.2 Tiefenlage und Verbreitung natürlicher Salzwasservorkommen

Betrachtet werden hier nur die wasserwirtschaftlich relevanten Wasserleiter des Jungtertiärs oberhalb des Unteren Glimmertons und quartäre Wasserleiter. Salzwasserführende tiefere Horizonte bleiben hier unberücksichtigt (Details dazu s. AGSTER, 1996).

Gemeinsam betroffen von der Salzwasserführung sind die Unteren und die Oberen Braun- kohlensande nur in den tiefsten Bereichen des Ahrensburger und Oldesloer Troges im Nordwesten des Untersuchungsgebietes um die Struktur Sülfeld und ostwärts über Bad Oldesloe etwa bis nach Reinfeld. Südlich der Linie Reinfeld - Bargteheide beschränkt sie - 39 -

sich dann überwiegend auf die Unteren Braunkohlensande. Ab Ahrensburg südwärts und östlich der Autobahn A1 sind von der Versalzung dann weitgehend nur noch die Vierland- feinsande des unteren Abschnitt der UBKS betroffen (s. auch Lage der Süß- /Salzwassergrenze in den Schnitten). Weiter südostwärts erstreckt sich die Versalzung dann noch bis in die Trittauer Mulde, bleibt hier jedoch auf die Vierlandfeinsande beschränkt. Die Süß-/Salzwassergrenze liegt hier in einem Niveau um -200 mNN, im Trogbereich sinkt sie bis unter -500 mNN ab 8.

Außerhalb dieser zusammenhängenden Salzwasservorkommen gibt es nur noch vereinzelt und lokal begrenzte Anzeichen einer Versalzung des tieferen UBKS-Abschnittes. So sind isolierte Salzwasservorkommen westlich von Stemwarde möglicherweise eine Folge der Druckentlastung durch Entnahmebrunnen des Wasserwerks Glinde. Die Vorkommen im Stecknitztal zwischen Lauenburg und Büchen stehen im Zusammenhang mit angrenzenden Versalzungserscheinungen in quartären Sanden der Lauenburger Rinne . Vergleichbares gilt vermutlich auch für das begrenzte Salzwasservorkommen im Anschluß an quartäre Rinnen- sande zwischen der Bille bei Sachsenwaldau und Aumühle (s. u.).

Versalzungserscheinungen in quartären Sande beschränken sich weitgehend auf die Talzü- ge bzw. Niederungen der Hauptentwässerungssysteme von Beste und Trave im Norden, hier bereichsweise auch unter Einbeziehung hydraulisch angebundener Kaolinsande, auf den Talzug des Elbe-Lübeck-Kanals bzw. des Stecknitztals im Osten und auf den Verlauf der Bille innerhalb des Untersuchungsgebietes als eine Folge der Druckentlastung durch die Entwässerung der Wasserleiter in die jeweiligen Vorfluter. In der Elbeniederung treten Ver- salzungserscheinungen in oberflächennahen Sedimenten erst außerhalb des Untersu- chungsgebietes in den Marschgebieten der Vierlande (südwestlich Curslack) und in der Winsener Marsch auf (SCHULZ, 1981; HAHN & PUST, 1984). Sie sind in Anlage 2.13 nicht mehr erfaßt.

Am bekanntesten sind die Salzwasservorkommen am Zusammenfluß von Beste und Trave in Bad Oldesloe. Salzwasserführende Quellaustritte im Stadtgebiet wurden hier bereits ab dem frühen Mittelalter zur Salzgewinnung genutzt. Etwa 30 m tiefe Brunnen erschlossen bis zum Beginn dieses Jahrhunderts Wässer mit Salzgehalten bis über 3% (JOHANNSEN, 1980; FRIEDRICH, 1917). Weitere Versalzungserscheinungen erstrecken sich mit Unterbre- chungen traveabwärts bis nach Lübeck. Im Travewasser selbst verursachen diese Salzwas- servorkommen ab Oldesloe einen Ansteig der Chloridgehalte von <50 mg/l bis auf >100 mg/l vor Lübeck (Landesamt für Wasserhaushalt u. Küsten S.-H., 1982). Auch nach Westen muß

8 Bei teilweiser Versalzung der UBKS bzw. OBKS markieren Isohypsen näherungsweise die Tiefenlage der Süß-/Salzwassergrenze. Sie brechen dort ab, wo diese Grenzschicht entweder die hangende Deckschicht (HT bzw. OGT) oder die Wasserleiterbasis und damit gleichzeitig auch die Grenze der Salzwasserverbreitung im betreffenden Wasserleiter erreicht. - 40 -

entlang der Beste nach einzelnen Bohrbefunden grundsätzlich mit salzwasserführenden, quartären Wasserleitern gerechnet werden.

Für den Talzug des Elbe-Lübeck-Kanals liegen nur lückenhafte Informationen aus einigen Bohrungen vor. Starke Versalzungserscheinungen mit Cl-Konzentrationen >1000 mg/l in tiefen quartären Rinnensanden pausen sich in Niederbüssau am nördlichen Talende bis in oberflächennahe Sande durch, wo noch Konzentrationen von über 250 mg/l nachgewiesen worden sind. Aus Berkenthin berichtet FRIEDRICH (1917) von 3,5% NaCl-haltigem Wasser, das unterhalb der Quartärbasis in Schichten des Alttertiärs bei knapp -120 mNN erbohrt worden ist. Hier liegt vermutlich die Ursache für erhöhte Chloridgehalte in den Basisberei- chen der überlagernden eiszeitlichen Rinnensande. Im Stecknitztal bei Büchen reicht die Versalzung in den quartären Sanden der Lauenburger Rinne dann wieder bis nahe an die Oberfläche (1130 mg/l Chlorid bei ca. -70 mNN; AGSTER & NACHTIGALL, 1990) und sinkt weiter nach Süden dann wieder in Tiefen um -100 m NN bis -200 mNN ab. Auch wenn nur punktuelle Informationen vorliegen, so ist doch über die gesamte Länge dieses Talzuges, wenn auch in wechselnder Intensität und Tiefe, grundsätzlich mit Versalzungserscheinungen zu rechnen.

Zwischen Hamfelde/Trittau im Nordosten und Schönningstedt bei Reinbek im Südwesten folgt die Bille dem Verlauf der eiszeitlichen Witzhaver-Trittauer-Rinne im Untergrund. Auf diesen Abschnitt beschränkt sich auch die beobachtete Grundwasserversalzung im Unter- grund. Die Süß-/Salzwassergrenze liegt nordöstlich von Grande noch im Basisbereich des tiefen Rinnenwasserleiters in einem Niveau unter -200 mNN. Nach Südwesten steigt sie dann bis über -180 mNN an und erfüllt bei Witzhave - Ohe/Schönau den gesamten tiefen Wasserleiter an der Rinnenbasis (vgl. Schnitt 1). Hier wurden Chloridkonzentrationen zwischen 300 und 600 mg/l festgestellt. Weiter nach Südwesten klingt die Versalzung dann rasch ab. Bereits in Reinbek wird der tiefe Rinnenwasserleiter wieder durch die Getränkein- dustrie genutzt. Ursachen der Versalzungserscheinungen sind auch hier Entlastungseffekte durch die Vorflutwirkung der Bille. Als Quelle kommen dabei in erster Linie salzwasserfüh- rende Feinsande an der Basis des Unteren Glimmertons in Frage, die fast über die gesamte Strecke der Rinne angeschnitten werden. Im ”Oberlauf” der Rinne spielt möglicherweise auch noch die Versalzung in den tieferen Abschnitten der Unteren Braunkohlensande eine Rolle.

Außerhalb der Talzüge dieser Hauptvorfluter gibt es Anzeichen für eine Grundwasserversal- zung in quartären Sedimenten in den tiefsten Abschnitten der Krüzener-Rinne im Südosten und an der Basis der Geesthachter-Rinne bei deren Übergang von der Geest in die Elb- marsch. Letztere markieren den beginnenden Anstieg der Süß-/Salzwassergrenze aus Tie- fen um -180 mNN am südlichen Elbufer bis in oberflächennahe Bereiche in den weiter süd- lich angrenzenden Marschgebieten. - 41 -

3. Hydrologie und Wasserhaushalt im Planungsraum Südost-Holstein

3.1 Das Grundwasserstandsmeßnetz (Dipl.-Ing. Herbert Angermann)

Dieser Abschnitt befaßt sich mit der Einrichtung der Grundwassermeßstellen, den dabei aufgetretenen Problemen und den daraus folgenden Weiterentwicklungen der verwendeten Materialien bzw. technischen Änderungen am Regelausbau der Meßstellen. Weiter wird die Messung der Grundwasserstände und deren Auswertung beschrieben.

3.1.1 Bau der Grundwassermeßstellen

Insgesamt wurden in der Zeit vom Juni 1984 bis zum November 1991 im Rahmen des Un- tersuchungsprogramms 143 Grundwassermeßstellen an 56 Standorten neu eingerichtet. Die Lage der Bohrstandorte ist der Abb. 3.1 zu entnehmen. Besonders hervorzuheben sind bei diesem Programm die für Wasserbohrungen großen Bohrtiefen im nördlichen Teil des Un- tersuchungsgebietes, die teilweise bis an die äußerste Belastbarkeit der Bohrgeräte gingen. Die tiefste Aufschlußbohrung mit einer Endteufe von 1015 m unter Gelände wurde im Aug./Sept. 1985 in Bad Oldesloe niedergebracht. Auch der Ausbau dieser Bohrungen zu Grundwassermeßstellen erwies sich als Zerreißprobe für das verwendete Ausbaumaterial. Die tiefste Meßstelle mit 626 m unter Gelände wurde in Tremsbüttel eingerichtet. Der ge- plante Ausbau einer noch tieferen Meßstelle in der oben genannten Bohrung in Bad Oldesloe mußte aufgegeben werden, nachdem beim Einbau des Rohrstranges der untere Teil abgerissen und nicht mehr zu bergen war. Die Bohrung wurde dann im unteren Teil ze- mentiert und weiter oben zu einer flacheren Grundwassermeßstelle ausgebaut. Eine Über- sicht zum zeitlichen Ablauf der Bohrmaßnahme liefert Tab. 3.1. Insgesamt wurden von 1984 bis 1991 23989 Bohrmeter abgeteuft und davon 18887,5 m als Grundwassermeßstellen ausgebaut.

Tab. 3.1: Zusammenstellung der Bohr- und Meßstellenbauarbeiten nach Bau- jahren.

Jahr Standorte Meßstellen Bohrmeter Ausbaumeter 1984 13 36 6066 4829,2 1985 12 28 6041 4407,7 1986 10 29 5497 4717,6 1987 14 40 5546 4155,1 1989 4 5 465 315,0 1991 3 5 374 263,0 Summe 56 143 23989 18887,5

- 42 -

Bad Oldesloe LUEBECK/NIENHUESEN GRABAU MEDDEWADE GROSS BARNITZ BAD OLDESLOE

WESTERAU

SIEBENBAEUMEN

TREMSBUETTEL REHBROOK

Bargteheide STEINHORST EICHEDE LASBEK-DORF LABENZ DELINGSDORF-OST AHRENSBURG/BEIMOORWEG KUEHSEN/NIENDORF

FRIEDENSALLEE SCHIESSTAND WULFSD.WEG LUETJENSEE GROSSHANSDORF OETJEND.WEG VOSSBERG Ahrensburg LINAU BRATENHOF KOBERG AHRENSFELDE GROENWOHLD WALKSFELDE SIEK-SUEDWEST STAPELFELD/MVA KOEPPENKATEN HOHENFELDE BREITENFELDE HAMFELDE PAPENDORF Trittau STELLAU BORSTORFER FORST STAPELFELD GRANDERHEIDE KRONSHORST MUEHLENRADE TRAMM-NORD STEMWARDE BARSBUETTEL WITZHAVE SACHSENWALD RAEHNREDDER Glinde VIERTHEGE SACHSENWALD ROSEBURG

HAVIGHORST Aumühle SACHSENWALD SACHSENWALD DASSENDORF SCHWARZE AU WOHLTORF

Reinbek DASSENDORF Büchen Schwarzenbek

LUETAU Geesthacht SCHNAKENBEK-GRUENHOF

SCHNAKENBEK-ELBUFER SCHNAKENBEK-SPORTPLATZ Lauenburg

Abb. 3.1: Lage der Meßstellenstandorte im Untersuchungsgebiet Südost- Holstein. Es wurden an 56 Standorten insgesamt 143 Grundwasser- meßstellen gebaut.

Nach den Vorgaben des bearbeitenden Geologen wurden in der Örtlichkeit geeignete Flä- chen für die Einrichtung der Meßstellen ausgewählt. Wichtige Bedingungen hierbei waren einerseits ausreichende Arbeitsflächen für die Bohr- und Meßstellenbauarbeiten, anderer- seits gute Erreichbarkeit, da langfristig und regelmäßig Beobachtungen und Beprobungen an den Meßstellen durchgeführt werden sollten. Die Auswahl fiel in der Regel auf gemeinde- eigene Flächen, bei denen in absehbarer Zukunft keine Veränderungen durch Bebauung, - 43 -

Straßen- oder Wegebau zu erwarten waren. Um die Meßstellen langfristig in ihrem Bestand zu sichern, wurden bereits vor Baubeginn mit den Flächeneigentümern Gestattungsverträge abgeschlossen. Danach sind die Meßstellen nicht Bestandteile der Grundstücke, sondern bleiben Eigentum des Landes.

Alle Bohrungen für die Einrichtung der Grundwassermeßstellen wurden im Druckspülbohr- verfahren durchgeführt. Je nach Schichtenfolge, Geräte- und Pumpenleistung und Erfahrung des Geräteführers wird hierbei ein Bohrfortschritt zwischen 50 m und 150 m pro Tag erreicht. Das Druckspülbohrverfahren ist das kostengünstigste Bohrverfahren bei der Einrich- tung von tieferen Grundwassermeßstellen. An jedem neuen Meßstellenstandort wurde zu- nächst eine geologische Aufschlußbohrung niedergebracht und nach Erreichen der Endteufe geophysikalisch vermessen. Anhand der ausgelegten Bohrproben und der Diagramme der Bohrlochmessungen erfolgte dann die Festlegung des Meßstellenausbaus durch den Geo- logen.

Es wurden an den Meßstellenstandorten alle relevanten Grundwasserleiter in getrennten Meßstellen ausgebaut und in jeder Meßstelle alle durchteuften bindigen Trennschichten mit ausreichend dimensionierten Tonsperren wieder hergestellt. Somit entstanden pro Standort bis zu 4 unterschiedlich tiefe Meßstellen in Abständen von einigen Metern. In der Regel wurde die vorhandene Aufschlußbohrung für den Ausbau der tiefsten Meßstelle verwendet.

3.1.2 Art des Meßstellenausbaus und Ausbaumaterial

Folgend werden die einzelnen Bauteile von Grundwassermeßstellen und ihre Funktion beschrieben. Weiterhin wird die Materialauswahl und Bemessung der Bauteile dokumentiert. Die Abbildung 3.2 zeigt beispielhaft die Ausbauzeichnung eines Meßstellenstandortes.

Sumpfrohre in Grundwassermeßstellen haben den Vorteil, daß mit zunehmendem Alter der Meßstelle sich absetzende Stoffe in diesem Rohrstück sammeln und nicht gleich die Filter- strecke verstopfen (Verschlammung des Filters). Die Funktionstüchtigkeit der Meßstelle bleibt somit zunächst unbeeinträchtigt, auch wenn sie nicht regelmäßig gepflegt wird. Nach- teilig ist, daß die Verschlammungen, eventuelle Verkeimungen und alle sonstigen Ablage- rungen im Sumpfrohr auch bei intensivem Abpumpen nicht mit nach oben heraustranspor- tiert werden können, sondern in der Meßstelle bleiben, weil der Wassereintritt in der oberhalb liegenden Filterstrecke erfolgt. Die Reinigung von Sumpfrohren kann nur mit großem Aufwand erfolgen.

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Abb. 3.2: Schichtenprofil und Ausbauzeichnung des Meßstellenstandortes Barsbüttel Rähnredder

Im Untersuchungsprogramm Südost-Holstein wurden je nach Tiefe der Meßstellen Sumpf- rohre in Längen zwischen 2 und 6 Metern eingebaut.

Durch das Filterrohr , umgeben vom Filterkies , dringt das Wasser aus dem Grundwasser- leiter in die Meßstelle ein oder entweicht wieder. An der Wasseroberfläche in der Meßstelle stellt sich somit, nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren, der gleiche Wasserstand bzw. Druckspiegel wie in dem umgebenden Grundwasserleiter ein. Die Änderungen des - 45 -

Wasserstandes im Grundwasserleiter werden also auf die Meßstelle übertragen und sind somit meßbar. Filterrohre für Brunnen und Grundwassermeßstellen gibt es in den unter- schiedlichsten Ausführungen und Preisklassen. Für Grundwassermeßstellen, die nicht wie Brunnen große Fördermengen bringen müssen, genügen in der Regel einfach geschlitzte Filterrohren mit, je nach Beschaffenheit des Grundwasserleiters, unterschiedlichen Schlitz- weiten und einer entsprechend angepaßten Kiesschüttung aus Quarzfilterkies.

Im Untersuchungsprogramm Südost-Holstein wurden fast ausschließlich Filterrohre DN 65 aus PVC, erhöht schlagzäh, Schlitzweite 0,5 mm eingebaut. Im ersten Baujahr wurden an zwei tiefen Meßstellen aus Sicherheitsgründen V2A-Wickeldrahtfilter verwendet. Ähnlich wie bei den Sumpfrohren wurden bei größeren Tiefen längere Filterstrecken gewählt. Insgesamt wurden 985 m Filterrohre in Längen zwischen 2 und 20 m eingebaut. Die Filterkiesschüttun- gen wurden über den gesamten Filter- und Sumpfrohrbereich mit durchschnittlich 2 bis 3 m Unter- bzw. Überschüttung eingebracht.

Aufsatzrohre stellen die Verbindung von der Filteroberkante bis zur Geländeoberfläche bzw. dem Meßstellenkopf her. Sie müssen dicht sein, damit kein Wasser aus darüberliegen- den Grundwasserleitern über undichte Rohrverbindungen in die Meßstelle eindringen kann. Fremdwasserzuflüsse über Leckagen im Aufsatzrohr - auch in geringen Mengen - haben in der Regel Ausfällungen durch chemische Reaktionen zur Folge (zum Beispiel Ockerbildung), die in der Meßstelle absinken und innerhalb kurzer Zeit den gesamten Filterbereich verstopfen können. Ist es erst soweit gekommen, daß über eine undichte Rohrverbindung zuflie- ßendes Wasser nicht mehr über das verstopfte Filterrohr entweichen kann, führt dies zu Wasserständen in der Meßstelle, die nicht mehr denen des ursprünglich ausgebauten Grundwasserleiters entsprechen. Abgesehen hiervon besteht bei derartigen Rohrdefekten immer die Gefahr der Verunreinigung tieferer Grundwasserleiter durch beispielsweise kon- taminiertes oberflächennahes Grundwasser.

Im Grundwasseruntersuchungsprogramm Südost-Holstein wurde verstärktes PVC-Rohr DN 115 im oberen, erweiterten Bereich und DN 65 im unteren und Filterbereich als Aus- baumaterial verwendet. Ab 1986 wurde das PVC-Material noch stabiler gemacht, nachdem beim Ausbau einer tiefen Meßstelle in Bad Oldesloe in ca. 630 m Tiefe ein ca. 100 m langer Rohrstrang abgerissen war. Die Rohrverbindungen bei diesem Material bestehen aus Dop- pelmuffen mit eingearbeiteten Dichtungsringen. Die Vorteile des PVC-Materials sind Korro- sionsbeständigkeit und verbesserte Druckwasserdichtigkeit durch die verwendeten Muffen. Zu Beginn der Baumaßnahme waren die Doppelmuffen mit Flachdichtungen ausgestattet. Kamerabefahrungen dieser Meßstellen zeigten jedoch in mehreren Fällen, daß die Dichtun- gen bei festem Anziehen der Rohrverbindungen nach innen hineingequetscht wurden. Vom Hersteller wurde daraufhin reagiert, und ab 1986 wurden die Doppelmuffen mit O-Ringen als Dichtungen geliefert, und die Rohrenden wurden nach außen abgeschrägt. - 46 -

Beim Meßstellenbau früherer Programme wurde mit Tonsperren äußerst sparsam umge- gangen. Häufig wurde nur eine, zudem sehr kurze Tonsperre auf Höhe der nächsten Deck- schicht oberhalb des Filters angeordnet. Der Rest des Bohrlochs wurde mit Bohrgut wieder verfüllt, wobei zu vermuten ist, daß sich dieses irgendwo auf dem Weg nach unten festsetz- te, und somit Strecken des Bohrlochs frei (gefüllt mit Spülungsresten) blieben. Dieses hat sich erst in den 70-er Jahren geändert. Ausbauzeichnungen von älteren tiefen Meßstellen im Grundwassermeßdienst zeigen, daß seit 1970 Füllkies für die Ringraumverfüllung benutzt wird. 1977 wurden die ersten Meßstellen mit zumindest 2 Tonsperren gebaut, und seit 1980 wird jede bei der Bohrung durchteufte bindige Trennschicht mit einer Tonsperre versehen.

Nicht richtig sitzende oder fehlende Tonsperren führen im Ringraum zu hydraulischen Kon- takten zwischen den Grundwasserleitern. Bei unterschiedlichen Druckspiegeln findet dann ein ständiger Grundwasserstrom statt. Dieser kann durchaus eine Gefährdung für tiefere und ansonsten gut geschützte Grundwasserleiter bedeuten.

Die Vorgabe für den Meßstellenbau im Programm Südost-Holstein war, mit der Ring- raumverfüllung die ursprüngliche Gliederung der Grundwasserleiter und ihrer Trenn- und Deckschichten im Bohrloch wieder herzustellen. Hierzu mußten teilweise eine ganze Reihe von Tonsperren geschüttet werden, was bei den großen Tiefen eine sehr zeitaufwendige Arbeit war, da das Tonmaterial in dem mit Spülung gefüllten Ringraum nur eine sehr geringe Sinkgeschwindigkeit hat. Trotz äußerster Sorgfalt beim Einbau der Sperren kann nach heu- tigem Kenntnisstand davon ausgegangen werden, das besonders bei den tiefen Löchern nicht alle Sperren dort angekommen sind, wo sie geplant waren. Die Verfüllung des restli- chen Ringraumes wurde grundsätzlich mit Füllkies vorgenommen. Insgesamt wurden bei den 143 Meßstellen 2290 m Tonsperren eingebaut (412 Sperren).

Der Meßstellenkopf soll die Meßstelle vor unberechtigtem Zugriff und vor Beschädigungen schützen. Er kann je nach Standort der Meßstelle unterschiedlich ausgebildet werden. Un- terschieden wird zwischen dem am häufigsten vorkommenden Standard-Meßstellenkopf (ungefährdeter Standort), dem ebenerdigen Ausbau (gefährdeter Standort) und dem Meß- stellenkopf für artesische Meßstellen. Insgesamt wurden 126 Meßstellenköpfe „ungefährde- ter Standort“, 8 Meßstellenköpfe „gefährdeter Standort“ und 9 Meßstellenköpfe „artesischer Standort“ gebaut. Die erste und zweite Variante haben sich bewährt, bei den Arteser- Meßstellenköpfen sind die Manometer ein Schwachpunkt. Sie lassen nur dezimetergenaue Ablesungen zu und sind, bei dem Klima in den Schächten, nach einigen Jahren unbrauchbar.

Das Entwickeln und Klarpumpen des Filters wurde an jeder Meßstelle umgehend nach Beendigung der Ausbauarbeiten vorgenommen. Nach der Fertigstellung des gesamten - 47 -

Meßstellenstandortes wurde an jeder Meßstelle ein durchschnittlich sechsstündiger Pump- versuch mit einer Unterwassermotorpumpe mit Leistungen von mindestens 10 m³/h durch- geführt. Hierbei wurden, als erste Kontrolle der Tonsperren, in regelmäßigen Abständen die Wasserstände in allen anderen Filterstellungen am Standort gemessen. Über die Pumpver- suche wurden Protokolle gefertigt. Als Ergebnis bleibt festzustellen, daß alle Meßstellen den jeweiligen Verhältnissen entsprechend gute Fördermengen brachten und daß hydraulische Kurzschlüsse an keinem der Standorte erkennbar waren.

3.1.3 Qualitätssicherung beim Bau der Grundwassermeßstellen

Umfangreiche Bauvorhaben, wie der Bau dieser teilweise extrem tiefen Meßstellen für das Grundwasseruntersuchungsprogramm Südost-Holstein, machten ständige Qualitätskontrol- len erforderlich. Die aus jedem Bauabschnitt bzw. Baujahr gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen wurden in die Planungen für das nächste Jahr mit einbezogen.

Die wichtigste und wirksamste Art, Mängel an den Bauwerken von vorn herein zu vermeiden, war die in allen wichtigen Bauphasen anwesende fachkundige und aufmerksame Bauauf- sicht. Da das Amt für Land- und Wasserwirtschaft Lübeck (ALW) zu dieser zusätzlichen, sehr zeitaufwendigen und teilweise auch fachlich neuen Arbeit personell nicht in der Lage war, wurden diese Arbeiten an ein Ingenieurbüro vergeben.

Als qualitätssichernde Maßnahmen wurden im Zuge der technischen Weiterentwicklung während des gesamten Zeitraumes Kamerabefahrungen und ab 1989 aus der Geophysik kommende neue Meßverfahren (PVC-FEL-Log und RRK-Log) vorgenommen. Mit Tempera- turmessungen und Packertests wurden in begründeten Fällen an vermuteten Baumängeln nähere Untersuchungen angestellt.

Bis auf den Packertest können die genannten Kontrollverfahren nur indirekt Hinweise auf mögliche Defekte geben. Mit einem Verfahren festgestellte Auffälligkeiten konnten teilweise mit einem anderen nicht bestätigt werden, oder sogar ausgeschlossen werden. So zeigte eine Meßstelle nach den geopysikalischen Messungen keinen fehlerhaften Ausbau, bei der Kamerabefahrung fiel sie jedoch wegen auffälliger Verockerung im Filterbereich auf. Nur durch regelmäßige monatliche Temperaturprofilaufnahmen konnte eine undichte Tonsperre festgestellt werden. In einem anderen Fall konnte eine durch Temperaturmessungen vermutete Rohrleckage durch einen Packertest ausgeschlossen werden.

Die einzelnen Verfahren und ihre Anwendung im Untersuchungsprogramm Südost-Holstein werden in den folgenden Abschnitten beschrieben und dokumentiert.

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Die Entscheidung, die Meßstellen mittels Kamerabefahrungen zu überprüfen, fiel während der Baumaßnahme 1984. Zur Erprobung des Verfahrens wurden zunächst je ein Standort aus den beiden Baulosen ausgewählt. An einer Meßstelle wurde der bereits beschriebene Dichtungsschaden durch nach innen gequetschte Flachdichtungen festgestellt. Die daraufhin durchgeführte Befahrung aller Standorte zeigte einen weiteren ähnlichen Schaden. Auch im darauf folgenden Baujahr wurden weitere Dichtungsschäden festgestellt, allerdings waren bei keinem der Schäden Spuren von Fremdwasserzutritten erkennbar. Durch das ab 1986 verwendete verbesserte Ausbaumaterial wurde dieser Mangel endgültig behoben.

Die Befahrungen wurden zum Teil direkt nach Fertigstellung der Meßstellen oder nach zwei Jahren (vor Ablauf der Gewährleistungsfrist) und in einigen Fällen auch zu beiden Terminen vorgenommen. Alle Kamerabefahrungen wurden aufgezeichnet und archiviert. Besonderhei- ten wurden durch zusätzliche Fotos dokumentiert.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die Kamerabefahrungen als optische Kon- trolle der Meßstellen in den ersten Jahren wichtige Erkenntnisse gebracht haben. Nach der Umstellung auf das verbesserte Ausbaumaterial wurden die Kamerabefahrungen auf Stich- proben beschränkt. Eine optische Kontrolle auf den Zustand der Meßstellen nach zwei Jah- ren ist weiterhin als ein wichtiges Instrument zur Qualitätssicherung zu sehen.

Im Jahre 1986 bot das Unternehmen, das auch die geophysikalischen Bohrlochmessun- gen durchgeführt hatte, neue Meßverfahren zur Kontrolle des Ringraumes (Tonsperren) und der PVC-Rohre einschließlich der Rohrverbindungen an.

Das RRK-Meßverfahren ist das gleiche wie bei dem im Bohrloch aufgezeichneten Gamma- Log, wo die natürliche Radioaktivität (Gamma-Strahlung) tonhaltiger Schichten gemessen wird. Während die Gamma-Messung die Impulse aus den umgebenden Gesteinsschichten erhält, ist beim RRK-Log die Meßsonde so aufgebaut, daß sie nur die Impulse aus der nächsten Umgebung des Aufsatzrohres, also dem Ringraum, registriert. Eine erhöhte Strah- lung läßt so den Rückschluß auf eine vorhandene Tonsperre zu.

Das PVC-FEL-Log , oder auch Latero-Log, ist ein spezielles Widerstandsmeßverfahren, das sehr fein unterschiedliche Widerstandsbereiche auflöst. Bei diesem Verfahren wird der Stromfluß einer Elektrode durch oberhalb und unterhalb angeordnete Zusatzelektroden zu einer schmalen Scheibe fokussiert. Die Meßkurve zeigt geringe Widerstandsanzeigen der Sonde in Bereichen, wo sich die Stromlinien ungehindert ausbreiten können (z.B. im Bereich der Filterrohre) und hohe Widerstandsanzeigen im Bereich der Aufsatzrohre, denn das PVC- Rohr verhält sich gegenüber den Stromlinien wie ein Isolator. Die Rohrverbindungen sind in der Regel durch geringe Abnahme der Widerstandsanzeige erkennbar. Größere Ausschläge - 49 -

der Kurve deuten auf eine nicht ausreichend verschraubte Rohrverbindung. Das Verfahren gibt allerdings keinen Aufschluß darüber, ob eine Verbindung dicht ist oder nicht.

Im Untersuchungsprogramm Südost-Holstein wurden diese Messungen erstmals an vier der fünf Meßstellen des Baujahres 1989 vorgenommen. Die Diagramme zeigten an zwei Meß- stellen in etwa richtig positionierte Tonsperren und einheitliche geringe Ausschläge beim PVC-FEL-Log. Bei den beiden anderen Meßstellen zeigten die Widerstandskurven ebenfalls nichts bemerkenswertes, aber nach dem RRK-Log waren die Tonsperren nicht an den vorgesehenen Stellen. Zudem waren sie in ihrer Gesamtlänge deutlich länger als die angeord- neten Sperren. Ausgehend von der Annahme, daß von Seiten des Brunnenbauunterneh- mens wohl kaum mehr teures Tonmaterial als vorgesehen eingebaut wurde, bleibt nur der Schluß, daß Teile der Tonschüttungen sich auf dem Weg nach unten im Bohrloch festge- setzt haben und so, obwohl sie vermutlich keine wirksame Sperre sind, als solche dargestellt werden.

Die mit diesen Meßverfahren gemachten Erfahrungen waren nicht zufriedenstellend und, wie sich zeigen sollte, in einem Fall sogar nachweislich falsch. An einer Meßstelle wurde eine angeordnete Tonsperre mit dem RRK-Log an der richtigen Position (wenn auch nicht in der vorgesehenen Länge) bestätigt. Durch die Aufnahme von Temperaturprofilen in der Meßstel- le konnte aber nachgewiesen werden, daß trotz dieser Tonsperre ein ständiger Grundwas- serstrom von dem oberflächennahen in den nächst tieferen Grundwasserleiter stattfand. Bei den letzten fünf in diesem Programm erstellten Grundwassermeßstellen (Baujahr 1991) wurde ein anderes Geophysik-Büro mit der Erstellung der Kontroll-Logs beauftragt. Die Messungen haben hier teilweise andere Bezeichnungen, das Meßprinzip ist aber das gleiche. Zusätzlich wurden Temperatur- und Leitfähigkeits-Logs aufgenommen. Aber auch diese Meßergebnisse boten keine ausreichende Basis für Regressforderungen an die Bohrfirmen.

Grundwassertemperaturmessungen sind ein weiteres, gut geeignetes Mittel zur Funktion- sprüfung von Meßstellen. Bis zu einem Bereich von rd. 25 m unter Gelände sind hier in Schleswig-Holstein außerhalb bebauter Gebiete jahreszeitlich bedingte Temperaturschwan- kungen meßbar. Ab dort, mit zunehmender Tiefe, steigt die Temperatur stetig. Im Bereich gut durchlässiger Sandschichten beträgt die Zunahme rd. 1,5°C/100m, bei sehr gering durchlässigen Schichten (Tonen oder Schluffen) kann der Wert bis zu ca. 4°C/100m steigen. Treten im Bereich der Aufsatzrohre einer Meßstelle oder im Ringraum Wasserströmungen aufgrund von Undichtigkeiten auf, so ist dieses bei unterschiedlichen Druckpotentialen immer mit einem Wärmetransport verbunden. Anhand eines Temperaturprofils, das im gesamten wassererfüllten Bereich der Meßstelle aufgenommen wird, können Leckagen durch un- natürliche Temperaturänderungen erkannt werden.

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Im Programm Südost-Holstein wurde als eine ergänzende Untersuchung im Jahre 1991 ein Programm zur Beobachtung des Temperaturfeldes im Raum Ahrensburg an den dortigen Grundwassermeßstellen durchgeführt. Die Meßstellen wurden in 14-tägigem Turnus mit einem 200 m langen Kabellichtlot mit integriertem PT-100 Temperaturfühler mit einer Auflö- sung von 0,1 C von Mitarbeitern des damaligen Landesamtes für Wasserhaushalt und Küs- ten befahren. In diesem Zusammenhang fielen die Temperaturlogs einer Meßstelle durch ein ungewöhnliches Erscheinungsbild auf, welches zunächst auf eine Rohrleckage im Be- reich um 10 m unter Gelände deutete (Abb. 3.2a). Die Vermessungsdiagramme zeigten allerdings keine Auffälligkeiten, und bei einer daraufhin durchgeführten Kamerabefahrung war kein Fremdwasserzutritt erkennbar. Lediglich der Filterbereich zeigte starke Verockerungen. Es handelte sich hier um eine Ringraumleckage. Durch eine nicht vollständig abdichtende Tonsperre gelangte oberflächennahes sauerstoffhaltiges Grundwasser in den nächsttieferen Grundwasserleiter und sorgte dort für eine Ausfällung des gelösten Eisens (Ockerbildung).

Abb. 3.2a: Temperaturlogs, Ausbauschema und geologisches Bohrprofil der Grundwassermeßstelle 4574 Ahrensburg, vor der Meßstellensanierung (vgl. OT- TO 1995).

Da die Meßstelle somit unbrauchbar war und die Gefahr einer Kontamination des unteren Grundwasserleiters bestand, wurde sie im März 1992 auf Kosten des Auftragnehmers mit - 51 -

einem größeren Durchmesser überbohrt und neu ausgebaut. Der Ringraum wurde mit dem inzwischen üblichen Verfahren verpreßt. Die Kontrollmessungen aus der Folgezeit zeigen, daß die Meßstelle seit der Sanierung einwandfrei funktioniert (Abb. 3.2b).

Abb. 3.2b: Zeitliche Folge der Temperaturlogs nach der Sanierung der Meßstelle 4574 (OTTO 1995).

In Folge dieser Erfahrungen wurden an den Meßstellen der Baujahre 1989 und 1991 weitere Temperaturprofile aufgenommen. Hierbei zeigte sich bei einer weiteren Meßstelle ein nicht zu erklärender Temperaturverlauf, der ebenfalls auf einen technischen Defekt (Rohrleckage und Zutritt von oberflächennahem Grundwasser) deutete. Die Meßstelle wurde daraufhin mit Packern in Tiefen von 50 m und später 90 m unter Gelände abgesperrt und leer gepumpt. Ein Anstieg des so abgesenkten Grundwasserspiegels durch undichte Rohrverbindungen konnte nicht festgestellt werden. Die Meßstelle muß trotz des ungewöhnlichen Temperatur- verlaufs als technisch in Ordnung angesehen werden.

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3.1.4 Die Messung der Grundwasserstände

Die Meßstellen des Untersuchungsprogramms wurden nach ihrer Fertigstellung, in der Re- gel zum Beginn des folgenden Abflußjahres, in den Grundwassermeßdienst des Landes übernommen. Hierzu wurden vom damaligen Amt für Land- und Wasserwirtschaft Lübeck die Meßpunkthöhen zu NN eingemessen, ein Beobachter gesucht, ein Vertrag mit ihm abgeschlossen und alle Unterlagen zweifach (für ALW und LANU) für die Meßstellenakten zusammengestellt. Diese enthalten eine Meßstellenbeschreibung, Übersichts- und Lagepläne verschiedener Maßstäbe, die Ausbauzeichnung und das Schichtenverzeichnis, die Dia- gramme der geopysikalischen Bohrlochmessungen, das Pumpversuchsprotokoll, Unterlagen zur Einmessung der Meßpunkthöhe, Grundwasseruntersuchungsbefunde, Dokumentationen von Meßstellenüberprüfungen, Gestattungs- und Beobachterverträge (nur StUA), weitere Auswertungen und Ganglinien sowie die Grundwasserstandslisten aller Beobachtungsjahre.

An dem überwiegenden Teil der Meßstellen werden die Messungen einmal wöchentlich durch in der Nähe wohnende Personen (Beobachter) vorgenommen. Die Beobachter erhalten hierfür am Jahresende eine Vergütung, die sich aus der Anzahl der Messungen, der Meßstellen am Standort und der Entfernung zum Wohnort berechnet. Die Meldebelege mit den Meßergebnissen werden jeweils am Monatsende von den Beobachtern an das zustän- dige Amt geschickt, dort gesammelt, geprüft und schließlich zur Datenerfassung an das Landesamt weitergeleitet.

Für wöchentliche Handmessungen ist das Kabellichtlot inzwischen das übliche Meßgerät. Die früher eingesetzten Brunnenpfeifen kommen nur noch vereinzelt bei Meßstellen vor, bei denen die Beobachter die Messungen schon über sehr lange Zeiträume vornehmen, und entsprechend geübt sind. Erfahrungen aus dem Meßdienst zeigen, daß mit Kabellichtloten ausgestattete Beobachter deutlich genauere Meßergebnisse abliefern. Durch die gestiege- nen Anforderungen an die Datenqualität kommen immer mehr mechanische Schreibpegel oder elektronische Datensammler zum Einsatz. Gerade die Kostenentwicklung auf diesem Gebiet bietet hier sogar innerhalb weniger Jahre Einsparungsmöglichkeiten bei besserer Datenqualität, denn gute, ausgereifte Geräte unterschiedlicher Hersteller sind inzwischen günstig erhältlich.

Im Grundwasseruntersuchungsprogramm Südost-Holstein wurden die Beobachter mit ebenfalls aus Programmitteln beschafften Kabellichtloten ausgestattet. In den Jahren 1996 und 1997 wurden rund ¾ der Meßstellen auf kontinuierliche Aufzeichnungen mit Schreibpegel mit monatlichem Umlauf umgerüstet. Hierbei handelt es sich um gebrauchte Geräte, die in anderen Dienststellen außerhalb Schleswig-Holsteins wegen der Beschaffung von Daten- sammlern ausgesondert wurden. Im Sommer 1997 wurden dann auch die ersten Programm- Meßstellen auf Grundwasserstandsmessungen mit elektronische Datensammler umgerüstet. - 53 -

Abweichend von der sonst üblichen Form, für jeden Meßstellenstandort einen Beobachter zu verpflichten, wurden aufgrund der schnell wachsenden Zahl der Meßstellen diese räumlich zu Gruppen zusammengefaßt und jeweils von einem Beobachter gemessen. Insgesamt waren bis zur Montage der Pegelschreiber vier Beobachter im Einsatz. Die Handmessungen wurden, wie im Grundwassermeßdienst, fast ausschließlich einmal pro Woche durchgeführt. Bei den Schreibpegeln werden die Bögen monatlich gewechselt; für die Datensammler gilt generell stündliche Meßwertspeicherung und vierteljährlicher Kontroll- und Ausleseturnus.

Von den ältesten Meßstellen des Untersuchungsprogramms liegen inzwischen fast 15 Jahre lange Meßreihen vor. Diese Meßwerte, in Graphiken als Grundwasserganglinien aufgetra- gen, lassen deutlich unterschiedliche Typen bzw. Gruppen erkennen. Die flacheren Meßstel- len zeigen in der Regel ausgeprägte jahreszeitliche Schwankungen mit der niederschlags- abhängigen Auffüllung im Winterhalbjahr (s. Abb.3.3 Meßstelle 4460 und Abb. 3.4 Meßstelle 4450). Die tiefen Meßstellen in den gut abgedeckten Grundwasserleitern zeigen dagegen nur sehr geringe Jahresschwankungen und nur mehrere aufeinander folgende übermäßig feuchte oder trockenen Jahre bewirken steigende oder sinkende Grundwasserstände (s. Abb. 3.4 Meßstellen 4451 und 4452). Während die Ganglinien der Meßstellen im südlichen und östlichen Teil des Untersuchungsgebietes nur die oben beschriebenen Vorgänge wider- spiegeln zeigen die Meßstellen im westlichen und zentralen Teil des Untersuchungsgebietes deutlich eine Beeinflussung durch die großen Wasserwerke im Hamburger Umland. Be- reichsweise ist noch kein Gleichgewichtszustand zwischen Entnahme und Regeneration eingetreten (Abb. 3.3: Meßstelle 4461, vgl. auch Anl. 6.1-6.3).

742 Baujahr 1984 Granderheide EDV-Nr. Krs.-Gem.-Nr. Gelände Meßpunkt Filter Grundwasserleiter -- [m ü. NN] [m ü. NN] [m u. Gelände] - 4460 62 020 002 30,79 31,59 100 - 105 Pleistozän 4461 62 020 003 30,54 31,44 228 - 233 Pleistozän

Granderheide 4460 30,00

29,00

28,00

27,00 GrundwasserstandNN] ³. [m

26,00 Nov 84 Nov 85 Nov 86 Nov 87 Okt 88 Okt 89 Nov 90 Nov 91 Okt 92 Okt 93 Okt 94 Okt 95 Okt 96 Okt 97 Okt 98

Granderheide 4461 29,00

28,00

27,00

26,00

25,00

GrundwasserstandNN] ³. [m 24,00

23,00 Nov 84 Nov 85 Nov 86 Nov 87 Okt 88 Okt 89 Nov 90 Nov 91 Okt 92 Okt 93 Okt 94 Okt 95 Okt 96 Okt 97 Okt 98

Abb. 3.3: Ganglinien des Grundwasserstandes der Meßstellen am Standort Granderheide - 54 -

731 Baujahr 1984 Hohenfelde EDV-Nr. Krs.-Gem.-Nr. Gelände Meßpunkt Filter Grundwasserleiter -- [m ü. NN] [m ü. NN] [m u. Gelände] - 4450 62 082 007 44,08 45,26 67 - 72 Pleistozän 4451 62 082 008 44,00 45,14 122 - 127 Miozän Obere Braunkohlensande 4452 62 082 009 44,05 45,05 159 - 164 Miozän Untere Braunkohlensande

Trittau/Hohenfelde 4450 40,00

39,00

38,00 GrundwasserstandNN] ³. [m

37,00 Nov 84 Nov 85 Nov 86 Nov 87 Okt 88 Okt 89 Nov 90 Nov 91 Okt 92 Okt 93 Okt 94 Okt 95 Okt 96 Okt 97 Okt 98

Trittau/Hohenfelde 4451 31,00

30,00

29,00 GrundwasserstandNN] ³. [m

28,00 Nov 84 Nov 85 Nov 86 Nov 87 Okt 88 Okt 89 Nov 90 Nov 91 Okt 92 Okt 93 Okt 94 Okt 95 Okt 96 Okt 97 Okt 98

Trittau/Hohenfelde 4452 31,00

30,00

29,00 GrundwasserstandNN] ³. [m

28,00 Nov 84 Nov 85 Nov 86 Nov 87 Okt 88 Okt 89 Nov 90 Nov 91 Okt 92 Okt 93 Okt 94 Okt 95 Okt 96 Okt 97 Okt 98

Abb. 3.4: Ganglinien des Grundwasserstandes der Meßstellen am Standort Hohenfelde

3.2 Der Landschaftswasserhaushalt und seine Bilanzierung (Dr. habil. Roland Otto)

Das Grundwasseruntersuchungsprogramm Südost-Holstein hatte u.a. zum Ziel, Grundwas- serneubildungs- und -ergänzungsprozesse zu erfassen sowie die örtlich differenzierte Grundwasserneubildungsrate zu ermitteln. Hierzu galt es, ein Verfahren zu finden, welches eine flächendifferenzierte Berechnung für größere Gebiete mit vertretbarem Arbeitsaufwand zuläßt. Geeignet erschien der Ansatz von JOSOPAIT & LILLICH (1975) in der Weiterent- wicklung von OTTO (1992), nach welchem für bestimmte Boden- und Nutzungsarten zu- nächst der Wasserüberschuß des Untersuchungsraumes bestimmt wird (s.u.). Da die Grundwasserneubildungsrate die Differenz zwischen Wasserüberschuß und oberirdischem Abfluß ist, war in einem weiteren Schritt die örtliche Verteilung des oberirdischen Abflusses zu ermitteln. - 55 -

Verwendung fanden die von DYCK & CHARDABELLAS (1963) gefundenen Lysimetergera- den, welche die mittlere langjährige Reaktion eines bestimmten Klima-/Vegetations- /Bodensystems wiedergeben. Zur Abschätzung der Grundwasserneubildungsrate wird für den Untersuchungsraum zunächst der Wasserüberschuß (WÜ) auf Basis dieser Lysimeter- geraden als Funktion des Niederschlages (N) ermittelt. Der Wasserüberschuß ist hierbei im langjährigen Mittel der Anteil des Niederschlages, der nicht verdunstet (V). Er entspricht in abflußlosen Gebieten der Sickerwassermenge Sw:

WÜ = N - V ; WÜ = Sw wenn Ao = 0 .

Da auf Flächen mit geringem Grundwasserflurabstand die Verdunstung größer ist als auf grundwasserfernen Standorten, wird für diese Bereiche der Wasserüberschuß entsprechend dieser zusätzlichen Verdunstung abgemindert. Für offene Wasserflächen wird die Verduns- tung nach PENMAN angesetzt.

Während JOSOPAIT & LILLICH (1975) den oberirdischen bzw. oberflächennahen Abfluß pauschal als Funktion der Hangneigung und Infiltrationskapazität des Bodens in die Grund- wasserneubildungsberechnungen einfließen ließen, wurde hier das oberirdische Abflußge- schehen mit Hilfe von an gewässerkundlichen Pegeln ermittelten Abflußdaten sowie hydrologischen Sondermeßprogrammen erfaßt und regional differenziert.

Die Erfassung und rechnerische Verarbeitung aller Eingangsdaten erfolgte zellenbezogen in Form einer Zahlenmatrix mit einem 3-D-Tabellenkalkulationsprogramm, welches auf einfa- che Art und Weise die rechnerische Verknüpfung mehrerer Arbeitsblätter wie auch mehrerer Dateien erlaubt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß bei jeder Änderung der Aus- gangsdaten (z.B. Niederschlagsverteilung, Flächennutzung, Abflußverteilung, Verduns- tungswerte, Funktionsgleichungen der Lysimetergeraden u.a.) die Grundwasserneubil- dungsverteilung vom Programm unmittelbar neu berechnet wird.

3.2.1 Diskretisierung der Untersuchungsräume

Orientiert an den jeweiligen Fragestellungen wurde die Grundwasserneubildung für zwei Teilbereiche des Untersuchungsgebietes mit jeweils unterschiedlicher Rasterung ermittelt. Im Bereich des Modellteilgebietes Großhansdorf stand die Nachbildung der Grundwas- serströmungsverhältnisse mittels eines numerischen Grundwassermodells im Vordergrund. Die Zellengröße sowohl des Grundwasserneubildungs- wie auch des Grundwasserströ- mungsmodells (HOFFMANN 1996a,b) betrug 500·500 m bei einer Dimensionierung von 21·21 Zellen. An seinem Südrand wurde das Untersuchungsgebiet um einige Rasterelemen- te in Form eines Rechtecks ausgeweitet (Abb. 3.5: links oben). Diese Gebietserweiterung - 56 -

war erforderlich geworden um abschätzen zu können, wieviel neugebildetes Grundwasser maximal von Süden her über den Modellgebietsrand in das Gebiet einströmen kann.

Abb. 3.5: Diskretisierung der Untersuchungsgebiete. Während das Ge- samtgebiet in Zellen mit einer Rasterweite von 4·4 km zerlegt wurde, beträgt die Rasterweite des Modellteilgebietes Groß- hansdorf 0,5·0,5 km (strichpunktiert der Umriß des numerischen Grundwasserströmungsmodells).

Das grobgerasterte Gesamtgebietsmodell (Abb. 3.5: strichpunktiert umrissen; vgl. HOFF- MANN 1996 a,b) diente vornehmlich dazu, für insgesamt fünf Teilgebiete Wasserbilanzen unter Einbeziehung der Grundwasserneubildung, der Fließverhältnisse (horizontal/vertikal) sowie der Zu- und Abströme zu erstellen (s. Kap. 6). Die Rasterweite dieses Modells betrug 2 km. Die Inputgröße Grundwasserneubildung wurde hierbei aus zeitlichen Gründen als Mit- telwert für Flächenintegrale von jeweils 4·4 km bestimmt, welche in der Abb. 3.5 ebenfalls abgebildet sind.

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3.2.2 Datengrundlage und Bilanzzeiträume

Für die Grundwasserneubildungsberechnung werden eine Vielzahl von geologischen und hydrologischen Informationen benötigt. Hierbei wurde die Verbreitung der Bodenarten sowie der oberflächennah anstehenden Schichtenfolge aus geologischen Karten abgeleitet. Für das Modellteilgebiet Großhansdorf basierten diese Auswertungen auf drei alten geologischen Karten im Maßstab 1:25.000, welche den südlichen und östlichen Teil des Untersu- chungsgebietes abdecken (Blatt 2327, Ahrensburg; Blatt 2228, Eichede; Blatt 2328, Trittau) sowie einer Manuskriptkarte des ehemaligen Geologischen Landesamtes S.-H. für den Nordwesten (Blatt 2227, Bargteheide). Die oberflächennah anstehende geologische Schich- tenfolge wurde nur in bindige und nicht bindige (sandige) Sedimente unterteilt, weil sich weitere Unterscheidungen aus dem Datenmaterial nicht ableiten ließen. Der Differenzierung zwischen Sanden und Nichtsanden für das Gesamtgebiet liegt die Geologische Karte 1:200.000, Blatt CC 2326 Lübeck, sowie eine Karte zur Beschaffenheit der oberflächenna- hen Schichten (bis 2 m u. Gel.) zugrunde (s. Agster 1996).

Gebiete mit geringen Grundwasserflurabständen ließen sich für beide Modellgebiete anhand der topographischen Karten 1:25.000 bzw. 1:50.000 sowie aus den o.a. geologischen Karten abgrenzen. Die Flächenanteile an offenen Wasserflächen wurden ebenfalls anhand der topographischen Karten ermittelt. Gleiches gilt für den Grad der Oberflächenversiegelung durch Überbauung. Die Verteilung der Niederschläge basiert auf Daten des deutschen Wet- terdienstes.

Der Gesamtuntersuchungsraum umfaßt die Einzugsgebiete mehrerer größerer Gewässer. Die Linau, die Steinau (Elbe), der Südteil des Elbe-Lübeck-Kanals und die Stecknitz entwäs- sern den Südosten des Untersuchungsgebietes, die Steinau (Trave), die Grienau sowie der Nordteil des Elbe-Lübeck-Kanal den Nordosten. Der Norden des Gebietes wird von der Tra- ve mit ihren Nebenflüssen Barnitz, Sulsbek und Beste durchflossen. Den Westteil des Un- tersuchungsgebietes entwässern die Aue (Hunnau), Wandse und Glinder Au, während der Süden und die Mitte des Gebietes vom Einzugsgebiet der Bille mit ihren Nebenflüssen ein- genommen wird (Anl. 3.1). Das Abflußgeschehen wurde im Untersuchungsgebiet zeitweilig mit insgesamt 21 Abflußpegeln erfaßt. 7 der 21 Abflußpegel wurden speziell für die vorgestellten Untersuchungen errichtet. 9 Pegel werden durch den Gewässerkundlichen Dienst des Landes Schleswig-Holstein betreut, 5 weitere von der Umweltbehörde der Freien und Hansestadt Hamburg, Amt für Umweltschutz, betrieben. Unvollständig vorliegende Datenrei- hen mußten mittels linearer Regression auf den Bilanzzeitraum extrapoliert werden. Da für die Hamburger Pegel mitunter nur Wasserstandsdaten vorlagen, wurden für diese aus Ein- zelabflußmessungen W/Q-Kurven erstellt, um so für den Hamburger Randbereich zumindest Abflußschätzwerte zu erhalten. - 58 -

Die Simulation von Grundwasserströmungsverhältnissen sowie die Berechnung von Ge- bietswasserbilanzen ist abhängig von der jeweiligen hydrologischen Situation. Letztere wird maßgeblich beeinflußt vom Klimagang. In Zeiten hoher Jahresniederschläge finden sich hohe Grundwasserstände, in Trockenperioden niedrige. Um die Auswirkungen von Grundwas- serentnahmen auf den Gebietswasserhaushalt sachgerecht im Sinne von worst case/best case beurteilen zu können, muß der Bilanzzeitraum in den langjährigen Klimagang einge- ordnet werden.

Ganglinie des Niederschlages im Zeitraum von 1954-1991 Vergleich Hamburger Umland mit dem Lübecker Raum 950

Langjähriger Mittelwert 900 1954-1991

850

800

Hamburger Umland 750 WS Trittau

700

650 Niederschlag in mm in Niederschlag Lübecker Raum 600

550 Bilanzzeitraum

500 1954 1956 1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 Abflußjahre

Gleitender Mittelwert v. 4 Stationen im westl. Hamburger Umland Gleitender Mittelwert von 3 Stationen im Lübecker Raum

Gleitender Mittelwert der Station Trittau

D:\AMIDAT\EB_SEH\SE_ABB_N.WK3

Abb. 3.6: Ganglinien des Niederschlages im Großraum Pinneberg, im Untersu- chungsgebiet Südost-Holstein sowie im Lübecker Raum.

Die hydrologische Einordnung des gewählten Bilanzzeitraumes in den langjährigen klimato- logischen Gang veranschaulicht die Abb. 3.6. In dieser Darstellung wurde der Nieder- schlagsgang der Station Trittau (Südost-Holstein) den Gebietsniederschlägen im Pinneber- ger und Lübecker Raum gegenübergestellt. Der Betrachtungszeitraum erstreckt sich von 1954 bis 1991. Die durchgezogenen Geraden repräsentieren die arithmetischen Mittelwerte des obigen Zeitraums (Pinneberger Raum: 781 mm/a; Südost-Holstein: 759 mm/a; Lübecker Raum: 643 mm/a). Während von 1970 bis 1978 eher trockene Jahre zu verzeichnen waren, lagen die Niederschläge ab 1979 bis 1991 deutlich über dem langjährigen Mittel. Der für das Modellgebiet Großhansdorf verwendete Gebietsniederschlagswert (778 mm/a) ist etwas hö- her als der langjährige Mittelwert der Station Trittau. Für den Bilanzzeitraum des Grundwas- - 59 -

sermodells Gesamtgebiet (Abb. 3.6: schwarzer Balken) betrugen die mittleren Jahresnieder- schläge im westlichen Hamburger Umland etwa 810 mm/a, in Südost-Holstein 782 mm/a und in Lübeck 688 mm/a. Die Grundwasserneubildungsverteilung wurde also für eine relativ feuchte Klimaperiode abgeschätzt. Anhand der Abbildung erkennt man auch, daß die Nie- derschlagshöhen im Lübecker Raum deutlich geringer sind als im Hamburger Umland (Diffe- renz 130-150 mm/a).

Alle zur Grundwasserneubildungsermittlung benötigten Flächeninformationen wurden für die Rasterzellen der Untersuchungsgebiete (Abb. 3.5) in eine Tabellenkalkulationsdatei arbeits- blattweise abgelegt. So enthalten z.B. die ersten vier Arbeitsblätter zellenbezogen die pro- zentualen Anteile von Sandflächen mit Acker/Grünland, Sandflächen mit Wald, Lehmböden mit Acker/Grünland sowie Lehmböden mit Wald einschließlich der zugehörigen Lysime- tergleichungen. Mit den übrigen rasterzellenbezogenen Informationen und der Nieder- schlagsverteilung wird so für jede Zelle erst der Wasserüberschuß, dann die Grundwasser- neubildung berechnet. Das Tabellenkalkulationsprogramm aktualisiert bei jeder Änderung in einem der Arbeitsblätter alle vorhandenen Zellverknüpfungen (vgl. Abb. 3.7).

3.2.3 Die Grundwasserneubildungsverhältnisse im Bereich des Modellteilgebietes Großhansdorf

Der Gebietsniederschlag ist eine der maßgeblichen Eingangsgrößen zur Berechnung der Grundwasserneubildung. Für das Modellteilgebiet Großhansdorf wurde der Gebietsnieder- schlag mit Hilfe der Daten von insgesamt 12 Niederschlagsmeßstationen des Deutschen Wetterdienstes und der Hamburger Wasserwerke ermittelt, deren Lage der Abb. 3.8 zu entnehmen ist. Nur drei Stationen (Bargteheide, Todendorf, Großhansdorf) liegen innerhalb der Untersuchungsgebietsgrenzen des Modellteilgebiets Großhansdorf. Die übrigen 9 Stationen befinden sich im Nordwestteil des Gesamtuntersuchungsraumes außerhalb des Modellteil- gebietes. Dieses führt dazu, daß bei der Regionalisierung der Niederschläge die innenlie- genden Stationen ein besonderes Gewicht bekommen.

Die regionale Verteilung der langjährigen Niederschlagsmittelwerte wurde knotenbezogen mit Hilfe geostatistischer Verfahren ermittelt. Hierbei ergab sich als integraler Mittelwert für das Untersuchungsgebiet eine Niederschlagshöhe von 778 mm/a bei einer Standardabwei- chung von ± 0,7%. Der niedrigste Wert lag bei 760 mm/a, der höchste bei 792 mm/a. Wäh- rend die Niederschlagshöhe im Nordwesten und Südosten des Untersuchungsgebietes grö- ßer als der Mittelwert ist, liegt sie im Nordosten und in der Mitte des Gebietes darunter. Im Bereich der Station Großensee steigen die Niederschläge bis auf 794 mm/a an (höchster mittlerer Stationswert).

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Abb. 3.7: Ausschnitte aus den ersten vier Arbeitsblättern des Grundwasser- neubildungsmodells. Abgebildet ist die prozentuale Verteilung von Boden- und Nutzungsarten, bezogen auf eine jede Rasterzelle.

Mit der o.a. Niederschlagsverteilung und den aus den geologischen und topographischen Karten abgeleiteten Systemeigenschaften war nun die Berechnung des rasterzellenbezogenen Wasserüberschusses möglich. Hierzu wurden für die Bodenarten Sand und Lehm mit Acker-/Grünland- und Waldnutzung lineare Funktionsgleichungen zwischen Niederschlag und Wasserüberschuß aufgestellt und der selbe in Abhängigkeit von der Boden- und Nut- zungsart berechnet. Die Geradengleichungen beschreiben keine gesetzmäßigen Zusam- menhänge, sondern stellen nur eine Annäherung an den natürlich ablaufenden Versicke- rungs- und Verdunstungsprozeß dar. Die Steigung von >1 ist vermutlich darauf zurückzufüh- ren, daß die Niederschläge (N) unkorrigiert sind:

Lysimetergeradengleichungen

Sandböden mit Acker und Grünland: WÜ = 1,1 • Ν − 433 Wald: WÜ = 1,1 • Ν − 474

Lehmböden mit Acker und Grünland: WÜ = 1,1 • Ν − 558 Wald: WÜ = 1,1 • Ν − 578

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Söhren

HL-Schönböken

Kreis Segeberg Borstel Hansestadt Lübeck Bad Oldesloe

Steinhorst Bargteheide Todendorf Ratzeburg Großhansdorf Waldörfer Nusse Ahrensburg Großensee Kreis Stormarn Breitenfelde Trittau Mühlenrade

Kreis Hzgt. Lauenburg Glinde Abb. 3.8: Reinbek Langenlehsten Lage der Niederschlagssta- Schwarzenbek tionen im Bereich des Unter- suchungsgebietes Südost- HH-Reitbrook Geesthacht Holstein. Die Namen der Freie und Hansestadt Lütau Hamburg Stationen, deren Daten im Mecklenburg- Vorpommern Modellteilgebiet Großhans-

Elbe Niedersachsen dorf Verwendung fanden, Lauenburg sind in der Abbildung unter- 0 5 10km strichen.

Demnach ist der Wasserüberschuß bei Sandböden mit Acker und Grünland am höchsten, da die Verdunstung vergleichsweise gering ist und zudem der Niederschlag schnell versickern kann (Feldkapazität gering). Bei Lehmböden mit Waldnutzung hingegen ist der Was- serüberschuß am geringsten, da die nutzbare Feldkapazität solcher Böden groß ist und somit infiltriertes Niederschlagswasser den Pflanzen länger zur Verfügung steht. Hinzu kommt, daß die Verdunstungsrate (Transpiration, Interzeptionsverdunstung) im Bereich von Wäl- dern, besonders von Nadelwäldern, im Vergleich zu Acker- und Grünland groß ist.

Im Modellteilgebiet Großhansdorf beträgt der mittlere Wasserüberschuß 330 mm/a. Die Bandbreite erstreckt sich von 230 mm/a bis 477 mm/a. Im Bereich der Talauen (Hunnau/Aue) mit geringem Grundwasserflurabstand sowie in Moorgebieten (z.B. Hammoor, Gölmer Moor) bewegt er sich in einer Größenordnung von 200-300 mm/a. Grundwasserfer- ne Standorte mit sandig ausgebildeter Deckschicht weisen hingegen mit über 400 mm/a einen hohen Wasserüberschuß auf. Es wäre hier der Bereich Timmerhorn südwestlich von - 62 -

Bargteheide sowie der gesamte Südteil des Untersuchungsgebietes zu nennen. Hier erstreckt sich von Siek bis Ahrensburg ein sandig-kiesiger Endmoränenzug, der NN-Höhen bis zu 85 m erreicht (vgl. Anl. 2.11: Bereich östlich Ahrensburg).

Der Vorfluterabfluß mit seinen Einzelkomponenten (Ao, A u , A Interflow ) stellt im Rahmen der Grundwasserneubildungsermittlung ein wichtiges wasserhaushaltliches und umweltrelevan- tes Bilanzglied dar. Als oberirdischer Abfluß A o ist hierbei derjenige Anteil des Gesamtab- flusses zu verstehen, welcher nach einem Niederschlagsereignis unmittelbar an oder sehr nahe der Erdoberfläche abfließt. Der unterirdische Anteil A u entsteht durch die Exfiltration von Grundwasser in die Vorfluter. Dieser Basisabfluß sorgt dafür, daß in Zeiten mit geringen

Niederschlägen das Gewässer nicht trockenfällt. Der Zwischenabfluß A Interflow , also der Zu- gang von Wasser aus den oberflächennahen Schichten, wird in der norddeutschen Locker- gesteinslandschaft im wesentlichen durch Dränung bestimmt.

Der Abflußgang eines Gewässers wird in der Regel mit Hilfe gewässerkundlicher Pegelanla- gen an einem definierten Gewässerquerschnitt ermittelt. Die am Pegel aufgezeichneten Wasserstände (W) werden dabei mit Hilfe einer Wasserstands-/Abflußbeziehung in Abfluß- mengen (Q) umgesetzt. Eine meßtechnische Auftrennung in einen oberirdischen und einen unterirdischen Anteil ist nicht möglich. Daher müssen die für das Pegeleinzugsgebiet ermittelten, mittleren Abflüsse (MQ-Werte) rechnerisch oder graphisch in einen oberirdischen und einen unterirdischen Anteil aufgeteilt werden. Für die Grundwasserneubildungsberechnung kamen die Ansätze nach WUNDT und KILLE zur Anwendung, die den unterirdischen Anteil des Abflusses aus der Höhe der monatlichen Niedrigwasserabflüsse ableiten. Der oberirdische Abfluß ergibt sich rechnerisch als Differenz zwischen dem Gesamtabfluß und dem unterirdischen Anteil.

Das mit Abflußpegeln erfaßte Gewässernetz im Modellteilgebiet Großhansdorf ist in der Abb. 3.9 dargestellt. Es sind dies die Pegel „Bünningstedt“ und „Ortsumgehung Ahrens- burg“. Der erstgenannte erschließt den Unterlauf des Einzugsgebietes der Ammersbek, letzterer den Oberlauf. Für den Bilanzzeitraum von 1980-1991 beträgt der am Pegel „Bün- ningstedt“ gemessene Gesamtabfluß 377 l/s. Dieses entspricht einer mittleren Abflußspende von 188 mm/a. Von diesem Gesamtabfluß entfallen 149 l/s auf den Unterlauf (Teileinzugs- gebiet Ahrensburg), 228 l/s auf den Oberlauf. Im Unterlauf entspricht dieses einer Abfluß- spende von 220 mm/a. Das Einzugsgebiet des Oberlaufes liefert eine Abflußspende von 171 mm/a.

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Einzugsgebiet Beste / Trave Einzugsgebiet Alster

Bünningstedt

Am m H e un rs na be u k ek sb er m au m nn A Hu Ortsumgehung Ahrensburg Teileinzugsgebiet O b e r l a u f h ac nb pfe Ho

Teileinzugsgebiet Einzugsgebiet U n t e r l a u f Bille

Einzugsgebietgrenze Einzugsgebiet Nordsee / Ostsee Wandse Einzugsgebiet der Hunnau Gewässer Grenze des Teileinzugsgebietes

Abb. 3.9: Lage der Einzugsgebiete der Pegel „Bünningstedt“ und „Ortsum- gehung Ahrensburg“. Das Modellteilgebiet Großhansdorf ist als Quadrat dargestellt.

Im Ostteil des Untersuchungsgebietes wurde der Gesamtabfluß als oberirdischer Abfluß bzw. Interflow bewertet, da hier die Vorflutebene oberhalb des modellierten Grundwasserlei- ters liegt. Somit kann kein Grundwasser aus diesem Wasserleiter in die Vorfluter exfiltrieren.

Nach Tab. 3.2 beträgt der Mq (entspr. A o-Abflußspende) 171 mm/a.

Im Unterlauf der Aue, d.h. im Teileinzugsgebiet „Unterlauf" nach Abb. 3.9, wurde aufgrund der topographischen Tieflage des Gebietes ein hydraulischer Kontakt zwischen dem modellierten Wasserleiter und der Vorflutebene postuliert. Als Verfahren für die A o-/A u -Abtrennung wurde der Ansatz nach KILLE (1970) gewählt, der auf den WUNDTschen Überlegungen aufbaut, daß zumindest der niedrigste Abfluß eines Monats (MoNQ) aus dem Grundwasser stammen müsse. Da Schleswig-Holstein ein niederschlagreiches Land ist, kann davon ausgegangen werden, daß es auch Monate gibt, in denen der Vorfluterabfluß an jedem Tag Anteile an Oberflächen- und Zwischenabfluß enthält. Diese Abflußkomponeten werden nach

KILLE graphisch eliminiert, so daß eine Ao-Abflußspende (A o=Mq-Au) von 141 mm/a resul- tierte.

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Tab. 3.2: Abflußdaten der Aue (Pegel Bünningstedt/Pegel Ortsumgehung Ahrensburg) für die Abflußjahre 1980-1991.

Gesamtgebiet Teileinzugsgebiet Teileinzugsgebiet Unterlauf Oberlauf

FEinzugsgeb. 63,3 21,28 42,02 km² MQ 0,377 0,149 0,228 m³/s Mq 188 220 171 mm/a

Au 0,054 m³/s

Au-Spende 79 mm/a

Ao 0,095 0,228 m³/s

Ao-Spende 141 171 mm/a

Die so gefundenen Ao-Abflußspenden wurden nun der Regionalisierung des Abflusses zugrunde gelegt. Hierzu wurde für jedes Rasterelement des Modellteilgebietes der prozentuale Anteil an Hoch-, Hang-, Tal- und versiegelten Flächen abgeschätzt und diese mit einem Ab- flußschätzwert belegt, der sich zunächst an denen von JOSOPAIT & LILLICH (1975) orien- tierte. Diese reliefenergieorientierten Abflußspenden wurden danach iterativ solange beauf- schlagt, bis als Einzugsgebietsintegral die o.a. Pegelmeßwerte erreicht wurden.

Danach liegt der Mittelwert der A o-Abflußspenden im Modellteilgebiet bei 161 mm/a, das Minimum bei 92 mm/a und Maximum bei 265 mm/a. Im Bereich Großhansdorf/Oetjendorf entlang der Auetalung sind die Abflußspenden größer 180 mm/a, ebenso am Ostrand des Untersuchungsgebietes (Gölmer Moor) sowie am Nordrand (Bargteheide Ost/Hammoor). Der Nordwestteil des Untersuchungsgebietes weist hingegen Abflußspenden auf, die deutlich unter 120 mm/a liegen. Gleiches trifft auf den Südosten (Lütjensee) und den Südwesten (Siek/Stapelfeld/Braak) zu. Ebenso wie im Nordwesten sind dort die geologischen Deck- schichten sandig ausgebildet, verbunden mit einer topographischen Hochlage (Anl. 2.11 u. Anl. 3.2).

Die rasterzellenbezogene Grundwasserneubildungsrate im Untersuchungsgebiet ( GWN Zelle ) errechnet sich als Differenz zwischen dem zellenbezogen ermittelten Wasserüberschuß

(WÜ Zelle ) und der zugehörigen Abflußspende ( Ao Zelle ):

GWN Zelle = WÜ Zelle - Ao Zelle [mm/a]

Große Grundwasserneubildungsraten ergeben sich für Rasterelemente mit überwiegend sandigen Deckschichten und Acker-/Grünlandnutzung. Dort ist die mittlere Jahresverduns- tung vergleichsweise niedrig und der Wasserüberschuß demzufolge hoch. In Gebieten mit hohem Oberflächenabfluß und geringem Grundwasserflurabstand, z.B. in Tälern und Niede- - 65 -

rungen, sind die Grundwasserneubildungsraten hingegen niedrig bis hin zu negativen Was- serbilanzen, d.h. Verdunstung und Oberflächenabfluß sind größer als der Niederschlag. Die mittlere Grundwasserneubildungsrate im Modellteilgebiet Großhansdorf beträgt 168 mm/a. Dieses sind 21,6% des mittleren Jahresniederschlags N. Der höchste Wert liegt bei 374 mm/a (48% von N).

Die Talniederung der Aue in der Mitte des Untersuchungsgebietes wie auch der Oberlauf der Tremsbütteler Au im Norden zeichnen sich durch vergleichsweise niedrige Grundwasser- neubildungsraten aus. Gleiches trifft im Südwesten für das Tal des Hopfenbaches, im Süd- osten für den Bereich des Hoisdorfer Sees sowie für das Hammoor im Nordosten zu (vgl. Anl. 3.3: gelbe u. rote Flächen).

3.2.4 Die Grundwasserneubildungsverteilung im Gesamtgebiet Südost-Holstein

In Analogie zum Modellteilgebiet „Großhansdorf" wurde auch für das Gesamtgebiet Südost- Holstein die Grundwasserneubildungsberechnung in Anlehnung an das Verfahren nach JO- SOPAIT & LILLICH (1975) durchgeführt. Im Gegensatz zum Teilgebietsmodell Großhans- dorf (Zellengröße 0,25 km²) wurde das Gesamtgebiet in quadratische Rasterelemente mit jeweils 16 km² Größe zerlegt. Bei einer Anzahl von 87 Elementen resultiert daraus eine Un- tersuchungsgebietsgröße von insgesamt 1392 km². Die Lage der Rasterelemente ist der Abb. 3.5 zu entnehmen. Die Eckpunkte dieses Modellgebietsrasters sind durch folgende GAUSS /K RÜGER -Koordinaten (9°-Streifen) festgelegt:

Rechtswert Hochwert ------Südwesten: 3574.080 5930.300 Nordwesten: 3574.080 5962.300 Südosten: 3606.080 5914.300 Nordosten: 3606.080 5962.300

Die rechnerische Verknüpfung aller im Berechnungsgang benötigten Ausgangsgrößen erfolgte wiederum mit einem 3D-Tabellenkalkulationsprogramm. Die Grundwasserneubil- dungsmodellierung des Gesamtgebietes ist methodisch ähnlich aufgebaut wie das Modell für den Untersuchungsraum Großhansdorf. Unterschiede gibt es nur hinsichtlich des Abflusses. Während im Grundwasserneubildungsmodell „Großhansdorf" die Abflußspenden innerhalb der Gewässereinzugsgebiete je nach Hangneigung differenziert wurden, wurden sie im Ge- samtgebietsmodell als auf die Meßstellen bezogene Einzugsgebietsintegrale implementiert. Eine feinere Differenzierung war auf Grund der Rasterelementgröße (16 km²) nicht sinnvoll.

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Als Kartengrundlage für alle Auswertearbeiten wurde die Topographische Karte im Maßstab 1:50.000 gewählt. Das Untersuchungsgebiet umfaßt folgende Meßtischblätter:

Nr. Blatt Nr. Blatt Nr. Blatt ------L 2126 Bad Segeberg L 2128 Bad Oldesloe L 2326 Hamburg-Fuhlsbüttel L 2328 Trittau L 2330 Ratzeburg L 2526 Hamburg-Wandsbek L 2528 Geesthacht

In Analogie zur Grundwasserneubildungsberechnung für das Modellteilgebiet „Großhans- dorf" wurden die an der Erdoberfläche anstehenden geologischen Schichten in zwei Einhei- ten untergliedert, und zwar in „Sandböden" bzw. „Sandböden über Geschiebemergel/-lehm" sowie in „Lehmböden". Zu der letzteren zählen z.B. Beckenablagerungen aus Schluffen und Tonen, Geschiebelehme und -mergel. Diese flächenbezogenen Differenzierungen wurden aus den Geologischen Übersichtskarten 1:200.000, Blatt CC 2326 Lübeck sowie Blatt CC 3126 Hamburg Ost abgeleitet. Darüber hinaus fand eine Karte zur "Beschaffenheit der ober- flächennahen Schichten (bis 2 m u. Gel.)" im Maßstab 1:50.000 Verwendung (Anl. 2.11). In der Karte wird hierbei zwischen „vorwiegend sandigen Ablagerungen" mit guter Durchlässig- keit, „vorwiegend bindigen Ablagerungen" (tonig/schluffig) und den „Ablagerungen der Tal- auen und Niederungen", welche meist sehr wechselhaft ausgeprägt sind und mitunter an- moorige bis moorige Ablagerungen enthalten, unterschieden.

Auch Hinweise zur Flächennutzung ergaben sich aus den topographischen Karten. Es wurden hierbei in Analogie zum Modellteilgebiet „Großhansdorf" drei Nutzungsarten unterschieden: Waldgebiete, Acker- und Grünland sowie versiegelte Flächen. Da die Überbauung in den meisten Ortschaften des Untersuchungsgebietes nur locker ist, wurden diese Flächen der Gruppe „Acker-/Grünlandnutzung" zugeschlagen. Die flächenbezogene Verschneidung von Boden- und Nutzungsarten erfolgte ähnlich der Berechnung der Grundwasserneubil- dung für das Modellteilgebiet Großhansdorf.

Durch die Größe der einzelnen Rasterelemente (16 km²) ist die räumliche Auflösung der Systemeigenschaften im Modell niedrig, d.h. örtliche Besonderheiten können nicht mehr abgebildet werden. Trotzdem sind regionale Unterschiede hinsichtlich der o.a. Boden- und Flächennutzungstypen zu beobachten. Größere Gebiete mit sandigen Deckschichten, welche ackerbaulich oder als Grünland genutzt werden, sind am Westrand des Untersuchungs- gebietes auf der Linie Glinde-Ahrensburg-Bargfeld-Stegen zu finden. Auch im mittleren Teil zwischen Trittau und der Bundesautobahn A 24 sowie am Ostrand im Bereich Niendorf- Klein-Pampau-Büchen tritt diese Boden- und Nutzungsart mit einem Flächenanteil pro Ras- terzelle von bis zu 78% auf. Bezogen auf das gesamte Untersuchungsgebiet beträgt der Anteil der ackerbaulich genutzten Sandflächen (einschließlich Grünland) 28,7%. Größere waldbestandene Sandgebiete finden sich im Untersuchungsgebiet im Bereich des Sachsen- - 67 -

waldes, d.h. zwischen der BAB 24 im Norden und den Ortschaften Schwarzenbek und Rein- bek im Süden. Auch im Südosten des Kreises Stormarn zwischen Lütjensee und Hamfelde (westlich des Oberlaufs der Bille) befindet sich ein größeres Waldgebiet. Ansonsten treten waldbestandene Sandböden nur untergeordnet auf. Ihr Anteil an der Gesamtfläche des Un- tersuchungsgebietes beträgt etwa 9% (vgl. Anl. 2.11).

Im Untersuchungsraum Südost-Holstein werden die Lehmböden meist ackerbaulich genutzt. In den Talauen und Niederungen ist vorwiegend Grünlandnutzung anzutreffen. Besonders im Norden gibt es Rasterelemente, die über 90% Lehmböden mit Acker- und Grünlandnut- zung aufweisen. Auch im Bereich südlich von Großhansdorf (Meilsdorf/Braak) sind vornehmlich ackerbaulich genutzte Gebiete mit Lehmböden verbreitet, desgleichen am Südrand des Untersuchungsgebietes zwischen dem Geestrand und der Elbe. Insgesamt hat dieser Bo- den-/Nutzungstyp einen Anteil von 53% an der Fläche des gesamten Untersuchungsgebie- tes. Waldbestandene Lehmböden treten im Untersuchungsgebiet nur untergeordnet auf. Man findet diesen Boden-/Nutzungstyp im Sachsenwald zwischen Aumühle und Schwarzen- bek sowie südöstlich von Schwarzenbek. Auch im Nordwesten des Untersuchungsgebietes westlich von Bargteheide sind waldbestandene Lehmböden zu beobachten. Der höchste Anteil an einem Rasterelement beträgt 59% (Sachsenwald), bezogen auf das Gesamtgebiet liegt er bei 9,3% (vgl. Anl. 2.11).

Grundwasserbeeinflußte Böden treten in Bereichen mit geringem Grundwasserflurabstand auf und sind entlang der Oberflächengewässer in den Talauen zu finden. Größere Areale treten nur im Süden des Untersuchungsgebietes in der Elbeniederung und dem Stecknitztal sowie im Nordwesten in den Niederungsgebieten zur Alster hin auf. Da die Rasterelemente mit 16 km² recht groß sind, besitzen alle Elemente einen wenn auch geringen Prozentsatz an grundwasserbeeinflußten Böden. Bei 5 von 87 Rasterelementen liegt er unter 5%, bei 29 zwischen 5-10%, bei 24 zwischen 10-15%, bei 16 zwischen 15 und 25%. Bei 13 Rasterele- menten beträgt der Anteil über 25%. Im Mittel sind 12,6% der Gesamtfläche grundwasser- beeinflußt. Setzt man für 100% Grundwasserbeeinflussung eine zusätzliche Verdunstung von 90 mm/a an, führt dieses zu einer Verdunstungssteigerung von 11,4 mm/a.

Zur Berechnung des Wasserüberschusses wird neben den Boden- und Nutzungsarten auch die regionale Verteilung des langjährigen Niederschlages benötigt. Die Lage der Stationen, die zur Regionalisierung der Niederschläge berücksichtigt wurden, ist der Abb. 3.8 zu entnehmen. Das arithmetische Mittel aller 24 Stationen für den Bilanzzeitraum von 1980 bis 1991 betrug 715 mm/a. Der niedrigste Wert dieses Zeitraumes lag bei 687 mm/a, der höchs- te bei 886 mm/a. Die Schwankungsbreite der einzelnen Jahressummen ist wesentlich grö- ßer. Der niedrigste Wert mit 560 mm/a wurde im Jahr 1982 im Bereich der Station Lübeck- Schönböken gemessen, der höchste Wert mit 1074 mm/a im Jahr 1981 von der Station Großensee (Tab. 3.3).

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Die Regionalisierung der Stationswerte ergab, daß die größten langjährigen Niederschlags- höhen mit über 850 mm/a im Nordwesten des Untersuchungsgebietes im Übergangsbereich der Niedrigen Geest zum östlichen Hügelland zu beobachten sind. Von dort aus nehmen sie nach Osten, Südosten und Süden nahezu kontinuierlich ab. Im Elbtal südlich des Geestran- des liegen sie zwischen 700 und 750 mm/a, desgleichen in der Nordostecke nahe der Lübe- cker Bucht. Damit bestätigt sich für den Bilanzzeitraum von 1980-1991 ein Trend, welcher generell in Schleswig-Holstein zu beobachten ist. Wolkenreiche Tiefdruckgebiete erreichen Schleswig-Holstein in der Regel aus westlichen Richtungen und regnen sich über Land ab. Daraus folgt, daß der mittlere, langjährige Gebietsniederschlag in den westlichen Landestei- len am höchsten, im Osten und Nordosten am geringsten ist. Dieses trifft auch für das Un- tersuchungsgebiet Südost-Holstein zu, d.h. hohe Niederschläge auf der Luvseite des östli- chen Hügellandes, niedrige Niederschläge auf der Leeseite (Stecknitztal, Hansestadt Lübeck; vgl. Anl. 3.4).

Der Wasserüberschuß eines jeden Rasterelementes des Gesamtgebietes (vgl. Anl. 3.1) errechnet sich unter Berücksichtigung der Systemeigenschaften des Untersuchungsgebietes und des zugehörigen Gebietsniederschlages gemäß:

WÜ Zelle = FSand/Acker, Grünland · WÜ Sand/Acker, Grünland + F Sand/Wald · WÜ Sand/Wald +

FLehm/Acker, Grünland · WÜ Lehm/Acker, Grünland + F Lehm/Wald · WÜ Lehm/Wald -

AgG · E z

mit WÜ Zelle = Gesamtwasserüberschuß einer Zelle

WÜ Sand/Acker, Grünland = Wasserüberschuß auf Sandböden mit Acker- und Grünlandnut- zung als f(N)

FSand/Acker, Grünland = proz. Flächenanteil von Sandböden mit Acker und Grünland N = Niederschlag der Rasterzelle

AgG = Flächenanteil von Gebieten mit geringem Grundwasserflurab- stand

Ez = Zusätzliche Verdunstung bei geringem Grundwasserflurabstand (z.B. 90 mm/a).

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Tab. 3.3: Jahressummen der Niederschläge (in mm/a) der 24 Meßstationen, die zur Ermittlung des rasterzellenbezogenen Gebietsniederschlages für das Untersuchungsgebiet Südost-Holstein herangezogen wurden. Ihre Lage ist der Abb. 3.8 zu entnehmen.

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Der mittlere Wasserüberschuß für das gesamte Untersuchungsgebiet beträgt im Bilanzzeit- raum von 1980-1991 333 mm/a. Der niedrigste Wert liegt bei 180 mm/a, der höchste bei 464 mm/a. Höhere Wasserüberschüsse (>350 mm/a) treten meist in den Gebieten auf, in denen Sandböden mit Acker- und Grünlandnutzung angetroffen werden. Es handelt sich hierbei um das Gebiet westlich Bargteheide und Ahrensburg, den zentralen Teil des Unter- suchungsgebietes nördlich der Linie Reinbek-Schwarzenbek sowie zwei kleinere Areale südwestlich von Mölln und nordöstlich von Geesthacht. Südlich des Geestrandes zur Elbe- niederung hin sowie im Nordosten des Untersuchungsgebietes liegen die Wasserüber- schüsse pro Rasterelement deutlich unter 300 mm/a.

Zur Ermittlung der Grundwasserneubildungsrate wird für jedes Rasterelement die mittlere oberirdische Abflußspende des Bilanzzeitraumes von 1980-1991 benötigt. Hierzu wurden alle für das Untersuchungsgebiet vorhandenen Abfluß- und Wasserstandsdaten ausgewer- tet. Im Untersuchungsgebiet werden von den gewässerkundlichen Dienststellen Hamburgs (Umweltbehörde Hamburg) und Schleswig-Holsteins (Landesamt für Natur und Umwelt S.- H., Amt für Land- und Wasserwirtschaft Lübeck) insgesamt 20 Pegel betrieben. Ihre Lage ist der Anl. 3.1 zu entnehmen. Von diesen entfallen 9 Pegel auf den gewässerkundlichen Dienst in Schleswig-Holstein, weitere 7 Meßstellen wurden im Rahmen des Untersuchungs- programmes Südost-Holstein errichtet und betreut, 4 Abflußmeßstellen liegen auf Hambur- ger Staatsgebiet (Tab. 3.4).

Während für die Pegel des gewässerkundlichen Dienstes in Schleswig-Holstein vollständige Datenreihen vorlagen, mußten die Abflußdaten für die Untersuchungsprogrammpegel, welche erst im Jahr 1985 errichtet wurden, mit Hilfe von linearer Regression ergänzt werden. Dieses traf ebenfalls für die zwei Hamburger Pegel "Wilhelm-Grimm-Straße" und "Wohldor- fer Damm" zu. Für den Hamburger Pegel Brügkamp waren nur Wasserstandsdaten vorhanden. Diese wurden mit Hilfe mehrerer W/Q-Messungen aus den Jahren 1982-1984 in Ab- flußschätzwerte umgesetzt, allerdings ohne daß Verkrautung und sonstige den Gewässer- querschnitt betreffende Einflüsse berücksichtigt werden konnten. Die Pegelanlage an der Saselbek war anscheinend schon lange außer Betrieb, so daß hier von der Umweltbehörde Hamburg keinerlei Daten geliefert wurden. Um dieses Einzugsgebiet dennoch mit Abflußda- ten belegen zu können, wurde als Abflußspende der Mittelwert der beiden benachbarten Einzugsgebiete angesetzt. Abflußschätzwerte mußten auch für einige randlich gelegene Rasterelemente des Grundwasserneubildungsmodelles angesetzt werden, weil hier keine Abflußdaten vorlagen (vgl. Anl. 3.1).

Im Bilanzzeitraum von 1980-1991 beträgt die rasterzellenbezogene Spende des Oberflä- chenabflusses einschließlich Zwischenabfluß im Mittel 143 mm/a. Der niedrigste Wert liegt bei 45 mm/a, der höchste bei 272 mm/a. Niedrige A o-Abflußspenden sind vor allem im Sü- den des Untersuchungsgebietes südlich der Linie Aumühle-Schwarzenbek zu beobachten. - 71 -

Tab. 3.4: Zusammenstellung der im Untersuchungsgebiet betriebenen gewäs- serkundlichen Pegelanlagen, deren Daten zur Grundwasserneubil- dungsberechnung herangezogen wurden (Lage in Anl. 3.1).

Pegel Gewässer Einzugebiet Art des Verwendetes in km² Pegels Datenmaterial Lütau Augraben 34,1 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst S.-H. Quellenthal II Barnitz 58,8 Untersuchungsprog. Q AJ 85-91 Südost-Holstein Quellenthal Beste 89,0 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst S.-H Hamfelde Bille 66,5 Untersuchungsprog. Q AJ 85-91 Südost-Holstein Reinbek Bille 28,1 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst S.-H Sachsenwaldau Bille 156,5 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst S.-H Rehagen Bunsbach 30,1 gewässerkdl. Q AJ 85-91 Dienst S.-H Ziegelhof Grinau 32,5 Untersuchungsprog. Q AJ 85-91 Südost-Holstein Bünningstedt Hunnau/Aue 64,0 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst S.-H Lütau Linau 56,2 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst S.-H Witzeeze Linau 15,7 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst S.-H Neritz Norderbeste 48,0 Untersuchungsprog. Q AJ 85-91 Südost-Holstein Breitenfelde Priesterbach 32,8 Untersuchungsprog. Q AJ 85-91 Südost-Holstein Aumühle Schwarze Au 83,9 gewässerkdl. Q AJ 85-91 Dienst S.-H Nusse Steinau 75,2 Untersuchungsprog. Q AJ 85-91 Südost-Holstein Pötrau Steinau 92,3 Untersuchungsprog. Q AJ 85-91 Südost-Holstein Brügkamp Ammersbek 13,9 gewässerkdl. WS AJ 78-89 Dienst HH W/Q AJ 82-84 Wohldorfer D. Bredenbek 19,9 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst HH außer Betrieb Saselbek gewässerkdl. Schätzwert Dienst HH Wilhelm-Grimm-Str. Wandse 41,7 gewässerkdl. Q AJ 80-91 Dienst HH An der Steinbek Glinder Au 57,0 gewässerkdl. Q AJ 71-83 Dienst HH Q = tgl. Abflüsse; WS = tgl. Wasserstände; W/Q = Wasserstand-/Abflußwerte aus Abflußmessungen

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In diesem flachwelligen Altmoränengebiet ist die Reliefenergie vergleichsweise gering. Zu- dem stehen hier oberflächennah vornehmlich Sande an, so daß es zu einer erhöhten Infiltra- tion von Niederschlägen kommt. Die höchsten Abflußspenden sind im Norden des Untersu- chungsgebietes zu verzeichnen. Hier sind oberflächennah bindige Sedimente wie Geschie- bemergel und Beckentone verbreitet. Die Böden besitzen eine niedrige Infiltrationskapazität, so daß ein schnelles Versickern von Niederschlagswasser verhindert wird. Dieses führt zu einem erhöhten Direktabfluß. Auch die Niederungsgebiete im Nordwesten, im südlichen Stecknitztal und südlich des Geestrandes besitzen hohe Abflußspenden von 200 mm/a und mehr.

Im östlichen Hügelland, also im Jungmoränengebiet der letzten Vereisung, sind die Abfluß- spenden sehr unterschiedlich. Dieses ist auf den heterogenen Deckschichtaufbau, d.h. auf den schnellen lateralen wie vertikalen Wechsel von bindigen und sandigen Schichten zu- rückzuführen.

Wie uneinheitlich das Abflußverhalten der Oberflächengewässer im Untersuchungsraum Südost-Holstein ist, zeigt auch das Verhältnis von oberirdischem zu unterirdischem Abfluß in den jeweiligen Pegeleinzugsgebieten (vgl. Tab. 3.5). Der niedrigste Wert beträgt 0,1, d.h. der oberirdische Abfluß hat nur einen Anteil von etwa 10% am Gesamtabfluß. Es handelt sich um das Teileinzugsgebiet der Bille zwischen den Pegeln Reinbek und Sachsenwaldau. Aufgrund der orographischen Tieflage am Rande der Geest kommt es hier bei artesischen Grundwasserverhältnissen zu einer starken Exfiltration von Grundwasser aus den pleistozä- nen und tertiären Grundwasserleitern in die Vorfluter. Ähnliches gilt für die Teileinzugsge- biete der Ammersbek (Aue) am Pegel Brügkamp (Alsterniederung) sowie der Linau am Pe- gel Witzeeze (Stecknitztal). Hier beträgt das A o/A u-Verhältnis jeweils 0,4. Allerdings muß bedacht werden, daß extrem hohe grundwasserbürtige Abflußspenden kleiner Einzugsge- biete ihre Ursache auch darin haben können, daß die unterirdischen Einzugsgebiete größer sein können als die den Berechnungen zugrunde gelegten oberirdischen.

Der Bunsbach am Pegel Rehagen südwestlich von Bargteheide sowie die Grienau am Pegel

Ziegelhof im Nordosten des Untersuchungsgebietes weisen ein A o/A u-Verhältnis von 3,7 bzw. 3,0 auf, d.h. der oberirdische Abfluß beträgt hier das Drei- bis Vierfache des unterirdischen. Während in weiten Teilen des Bunsbach-Einzugsgebietes die Grundwasseroberflä- che unterhalb des Vorflutniveaus liegt, ist im Einzugsgebiet der Grienau eine bindige, ge- ringdurchlässige Deckschicht verbreitet. Beides führt zu einer Verminderung des grundwas- serbürtigen Abflusses.

Die vorgenannten Überlegungen zeigen, daß die flächendeckende Erfassung des Abflußge- schehens im Rahmen wasserhaushaltlicher Untersuchungen von besonderer Wichtigkeit ist. Abflußschätzungen anhand von Literaturangaben können zu einer hohen Bandbreite in den - 73 -

Ergebnissen führen und so ihre Verwendbarkeit für wasserwirtschaftliche Planungsmaß- nahmen stark einschränken. Die Heterogenität der Abflußspenden im Untersuchungsraum Südost-Holstein (Tab. 3.5) veranschaulicht auch, daß sich Abflußdaten nicht ohne weiteres auf benachbarte Einzugsgebiete übertragen lassen. Daraus resultiert die Forderung nach einem flächendeckenden Pegelnetz.

Tab. 3.5: Abflußkomponenten der Pegeleinzugsgebiete im Untersuchungsge- biet Südost-Holstein.

Nr Pegel Gewässer AEo MQ Ao Au Ao/Au Ao in % [km²] [mm/a] [mm/a] [mm/a] v. MQ 31 Lütau Augraben 34,1 91 68 23 3,0 74,7 32 Quellenthal II Barnitz 58,8 385 277 108 2,6 71,9 33 Quellenthal Beste 89,0 319 187 132 1,4 58,6 34 Hamfelde Bille 66,5 299 190 109 1,7 63,5 35 Reinbek Bille 28,1 423 34 389 0,1 8,0 36 Sachsenwaldau Bille 156,5 250 94 156 0,6 37,6 37 Rehagen Bunsbach 30,1 200 153 47 3,3 76,5 38 Ziegelhof Grinau 32,5 284 224 60 3,7 78,9 39 Bünningstedt Hunnau/Aue 64,0 186 119 67 1,8 64,0 40 Lütau Linau 56,2 109 70 39 1,8 64,2 41 Witzeeze Linau 15,7 235 62 173 0,4 26,4 42 Neritz Norderbeste 48,0 363 202 161 1,3 55,6 43 Breitenfelde Priesterbach 32,8 142 95 47 2,0 66,9 44 Aumühle Schwarze Au 83,9 151 97 54 1,8 64,2 45 Nusse Steinau 75,2 268 161 107 1,5 60,1 46 Pötrau Steinau 92,3 268 122 146 0,8 45,5 47 Brügkamp (HH) Ammersbek 13,9 665 195 470 0,4 29,3 48 Wohldorfer D. (HH) Bredenbek 19,9 304 201 103 2,0 66,1 49 HH*) Saselbek 242 155 87 1,8 64,0 50 Wilhelm-Grimm-Str. Wandse 41,7 180 109 71 1,5 60,6 51 An der Steinbek Glinder Au 57,0 248 167 81 2,1 67,3 52 Vernäßte Talaue (nicht mit Pegeldaten 406 255 151 belegt):

Mittelwert der Abflußspenden (Ge- 267 142 125 1,6 57,3 samtgebiet):

Ao wird als 50%-Bredenbek - 50% Wandse angenommen!

Die vorgestellten Berechnungen unterstreichen, daß der Abfluß bei Wasserhaushaltsunter- suchungen ein äußerst sensitiver Parameter ist. An Pegeln ermittelte integrale Abflußdaten - 74 -

lassen sich nur mit hohem Aufwand und großer Unsicherheit innerhalb des Gewässerein- zugsgebietes differenzieren. Der Abfluß setzt sich aus vielen Einzelkomponenten zusammen, die sich in der Regel nicht getrennt messen lassen. Dieses kann nur rechnerisch geschehen und führt je nach Wahl des Verfahrens zu einer erheblichen Ergebnisbandbreite. Auch die unterschiedliche Definition einzelner Abflußkomponenten, die - wie das obige Bei- spiel zeigt - auch von der zu lösenden Fragestellung abhängig ist, führt zu einer Streuung der Ergebnisse.

Die auf die Rasterelemente bezogene Grundwasserneubildungsrate (als Differenz zwischen Wasserüberschuß und oberirdischem Abfluß) beträgt im Mittel 189 mm/a, entsprechend 6,0 l/s/km². Dieses sind etwa 24% des Gebietsniederschlages. Ihre Spannweite reicht von -29 mm/a in der Elbeniederung bis hin zu 324 mm/a im Bereich von Aumühle.

In der Anl. 3.5 ist diese Grundwasserneubildungsverteilung im Untersuchungsgebiet in Form eines Rasterplanes dargestellt. Der Nordosten sowie der Süden und Südosten zeichnen sich durch niedrige Grundwasserneubildungsraten aus. Bei drei Rasterelementen ist die Ge- bietswasserbilanz sogar negativ, d.h. hier sind Verdunstung und Abfluß größer als der Nie- derschlag. Am Südrand südlich des Geestrandes (Elbe- und Stecknitzniederung) ist der Grund dafür darin zu suchen, daß hier der Anteil an grundwasserbeeinflußten Flächen (geringe Grundwasserflurabstände) besonders hoch ist. Dieses führt dort zu einer überdurch- schnittlich hohen Verdunstungsrate, weil der Vegetationsdecke durch den kapillaren Aufstieg aus dem Grundwasser zu jeder Zeit ausreichend Wasser zur Verfügung steht. Darüber hinaus liegt in diesem Bereich der Gebietsniederschlag mit 708-751 mm/a deutlich unterhalb des Gebietsmittelwertes von 782 mm/a. Im Norden und Nordosten führt die großflächige Verbreitung von bindigen Deckschichten mit einer daraus resultierenden höheren Verduns- tung zu einer Abminderung des Wasserüberschusses. Gleichzeitig ist hier der A o-Anteil des Abflusses höher als im übrigen Untersuchungsgebiet. Beides bewirkt eine niedrige Grund- wasserneubildungsrate.

Am West- und Ostrand, zwischen Geesthacht und Schwarzenbek sowie im zentralen Be- reich des Untersuchungsgebietes nördlich der Linie Reinbek-Schwarzenbek liegt die Grund- wasserneubildungsrate mit über 250 mm/a deutlich über dem Gebietsmittelwert von 189 mm/a. Dieses läßt sich zumindest im Mittelteil sowie im Osten und am Südrand mit der groß- flächigen Verbreitung von Sandböden parallelisieren. Auf Sandstandorten ist die Infiltrations- rate der Niederschläge auf Grund der hohen Infiltrationskapazität groß, der Oberflächenab- fluß gering. Gleiches gilt für den Bereich Geesthacht im Süden und Bargfeld im Norden.

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4. Einsatz der Grundwassermodellierung zur Ermittlung und Quantifizierung des Grundwasserhaushaltes (Dipl.-Ing. Ramon Hiemcke)

4.1 Ziele der Grundwassermodellierung im Rahmen des Untersuchungsprogramms

Wie im Kapitel 1.1 ausgeführt, soll im Rahmen des Untersuchungsprogramms das nutzbare Grundwasserdargebot ermittelt werden. Das nutzbare Grundwasserdargebot ist der unter bestimmten Restriktionen zur Nutzung verfügbare Anteil des Grundwasserdargebotes. Es ist daher zweckmäßig, zunächst das Grundwasserdargebot, welches mit wissenschaftlichen Methoden berechnet werden kann, zu ermitteln. Weitere Restriktionen und technische Ge- sichtspunkte können zusätzlich formuliert werden. Daraus ergibt sich dann das nutzbare Grundwasserdargebot.

Verarbeitung und Analyse der umfangreich erhobenen Daten wurden mit Simulationsmodel- len, welche die Grundwasserströmung und die Grundwasserbilanzen berechnen, vorgenommen. Diese Aufgabe wurde dem Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau der Universität Hannover als Forschungsprojekt "Einsatz numerischer Simulationsmodelle in der wasserwirtschaftlichen Planung bzw. Grundwasserbewirt- schaftung am Beispiel des Grundwassersystems Südost-Holstein" unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Hoffmann übertragen.

Die Zielsetzung dieses Projekts beinhaltet: • Nachbildung der Grundwasserströmungsverhältnisse des Natursystems durch Verknüp- fung von Meßdaten und Informationen in numerischen Modellen. • Untersuchung der Auswirkungen des Einflusses der Datendichte auf die Simulation und Ermittlung verdichteter und neuer Erkenntnisse über geohydraulische Besonderheiten im Untersuchungsraum. • Modelltechnische Ermittlung der Grundwasserhaushaltsbilanz und des Grundwasserdar- gebots. • Ermittlung günstiger bzw. ungünstiger Bereiche für die weitere zusätzliche Grundwas- sergewinnung.

Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden Hinweise auf die Einsatzmöglichkeit des Mo- dells und Entscheidungshilfen für die wasserwirtschaftliche Planung erwartet.

Im Rahmen des Forschungsprojektes sind von der Universität Hannover ein Zwischenbericht zur ersten Ausbaustufe des Gesamtgebietsmodells (Grobmodell), welches sich zunächst nur auf eine Simulation der Grundwasserströmung in den tertiären Grundwasserleitern be- schränkte (Hoffmann, Klückmann 1987) und ein umfangreicher fachlicher Abschlußbericht (Hoffmann et.al. 1996) sowie eine Kurzdarstellung der Ergebnisse (1996) verfaßt worden. Diese Beiträge bilden die Grundlage für das nachfolgende Kapitel dieses Berichts.

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4.2 Untersuchungs- und Modellgebiet

Der Untersuchungsraum Südost-Holstein liegt im östlichen Nachbarraum Hamburgs im Bun- desland Schleswig-Holstein und ist im Kapitel 1.5 “Lage des Untersuchungsgebietes” beschrieben. Zur Nachbildung des Grundwassersystems wurden zwei unterschiedlich auflö- sende Simulationsmodelle - das Gesamtgebietsmodell und das Teilgebietsmodell Groß- hansdorf - erstellt. Das Gesamtgebietsmodell umfaßt eine Fläche von etwa 1000 km² und überdeckt nahezu das gesamte Untersuchungsgebiet. Entsprechend der mittleren Daten- dichte und der Gebietsgröße liegt die geometrische Auflösung des Modells bei einer Ele- mentgröße von 2 x 2 km. Für das Gesamtgebiet ist zunächst ein Modell entwickelt worden, welches ausschließlich die tertiären Grundwasserleiter in Höhenlage OBKS und UBKS um- faßte (Hoffmann, Klückmann 1987). Auf der Basis dieser Erkenntnisse ist das oben genann- te Gesamtgebietsmodell entwickelt worden, welches auch die quartären Schichten des Na- tursystems abbildet. Das Teilgebietsmodell Großhansdorf mit den Ortschaften Bargteheide, Ahrensburg und Großhansdorf umfaßt dagegen nur eine Fläche von 100 km², jedoch mit größerer mittlerer Datendichte. Diese ergab eine höhere geometrische Auflösung von 500 x 500 m für die Berechnungselemente des Teilmodells. Anlage 4.1 zeigt die Modellgebiete mit Diskretisierung für das Teilgebietsmodell Großhansdorf und das Gesamtgebietsmodell Süd- ost-Holstein.

4.3 Art der eingesetzten Grundwasserströmungsmodelle und methodischer Ansatz

Zur Nachbildung des natürlichen Grundwassersystems wurde ein stationäres, mehrschichti- ges Finite-Differenzen-Grundwassermodell eingesetzt. Diese Software ist eine Eigenent- wicklung des Instituts für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau der Universität Hannover. Numerische Simulationsmodelle erzeugen Näherungslösungen der partiellen Differentialgleichungen, mit denen die Grundwasserströmung beschrieben wird. Aus diesem Grunde können mit einem Grundwassermodell die Standrohrspiegelhöhen (Grundwasserstände) und die unterirdischen Zu- und Abströme von Grundwasser in ein Mo- dellgebiet berechnet werden. Dafür ist es erforderlich, das Natursystem vor Beginn der Be- rechnungen genau zu erkunden und abzubilden. Abbildung 4.1 zeigt einen Ausschnitt aus einem beispielhaften Natursystem mit Bilanzgrößen des ober- und unterirdischen Wasser- kreislaufs, die Einfluß auf die Grundwasserströmung haben.

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Abb. 4.1: Ausschnitt aus einem Natursystem mit Bilanzgrößen des ober- und unterirdischen Wasserkreislaufs

Das zu simulierende Natursystem wird zunächst schematisiert, das heißt entsprechend dem Modellkonzept werden bestimmte Schichtungen zu geohydraulischen Einheiten zusammen- gefaßt . Anschließend wird das System diskretisiert, also in einzelne Elemente zerlegt. Im Rahmen dieses Untersuchungsprogramms sind ausschließlich Quadratelemente für die Be- rechnung und Zuweisung von Eigenschaften verwendet worden. Für jedes Element müssen Eingangsdaten, d.h. die geohydraulischen und geometrischen Eigenschaften (Gesteins- durchlässigkeit, Verbreitung und Mächtigkeit von Gesteinshorizonten) sowie Einspeisungen, Entnahmen und Randbedingungen bereitgestellt werden. Abbildung 4.2 zeigt, wie über die gesamte Mächtigkeit des simulierten Teils eines Natursystems dem jeweiligen Rasterele- ment die Geometrie, Eigenschaften und Grundwasserstände zugeordnet werden. Die Ele- mentgröße (Auflösung) hängt von der Meßstellendichte und -entfernung sowie den Kon- trollmöglichkeiten im Bezug auf die weiteren Eingangsdaten ab. Können die Elementdaten

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nicht aus Messungen oder durch Interpolation bestimmt werden, erfolgt eine Anfangsschät- zung mit späterer Variation.

4.2: Ausschnitt aus einem Natursystem mit Ableitung der Diskretisierung

Im Laufe der Modellierungsarbeiten wird dann ein Vergleich zwischen den berechneten und den entsprechenden, aus Messungen abgeleiteten Kontrollgrößen für Standrohrspiegelhö- hen und Bilanzgrößen, unter Berücksichtigung weiterer Plausibilitätskriterien, durchgeführt. Dieser Vergleich gibt Hinweise auf die notwendige Veränderung der Elementdaten zur An- passung der Modellreaktion an das Natursystem. Da die Möglichkeiten der Datenerhebung und Informationssammlung im Natursystem begrenzt sind, kann selbst das aus den Meßda- ten konstruierte Kontrollbild nur eine näherungsweise Vorstellung vom tatsächlichen Natur- system vermitteln. Stationäre Simulationen entsprechen langfristigen Durchschnittszustän- den des realen Grundwassersystems und berücksichtigen so die wasserwirtschaftliche Grundforderung nach einer im langfristigen Mittel ausgeglichenen Grundwasserbilanz. Sen- sititvitätsuntersuchungen mit dem Modell ermöglichen einen Einblick in die Bandbreiten der Nachbildungsmöglichkeiten und die Bedeutung der verschiedenen Parameter.

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Die Anpassung des Simulationsmodells ist somit ein mehr oder weniger scharfes Ab- bild des Realsystems - abhängig von Umfang und Güte der erhobenen Daten.

4.4 Abbildung des Natursystems in den Grundwassermodellen

4.4.1 Schematisierung des geologischen Modells

Aus den in Kapitel 2 erarbeiteten Erkenntnissen über den geologischen Aufbau und die hydrogeologischen Verhältnisse des Natursystems wird die Geometrie der Grundwasserleiter und der schwerer durchlässigen Trennschichten in den Grundwassermodellen abgeleitet. Wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben, wird zunächst eine Schematisierung durchgeführt. Es erfolgt eine Zusammenfassung der geologischen Strukturen zu geohydraulischen Einheiten, die in den Grundwassermodellen simuliert werden sollen. Anschließend wird die Diskretisierung durchgeführt. Der geologische Aufbau des Grundwassersystems im Untersuchungsgebiet ist beispielhaft in den Anlagen 2.3.1 und 2.3.2 anhand von Schnitten dargestellt.

Im Quartär sind die Ablagerungen der Sedimente sehr heterogen. Im oberflächennahen Be- reich dominieren in weiten Bereichen bindige Sedimente, vorherrschend Geschiebemergel. Dieser Deckschichtbereich ist nicht als eigenständige Modellebene zur Berechnung der Grundwasserströmung simuliert worden , da zu wenig Informationen und Kontrollmöglich- keiten vorlagen. Indirekt wird sie aber durch die Grundwasserneubildungsreduktion und Vor- flutkontakte berücksichtigt. Unterhalb der Deckschicht lassen sich als geeignet für die Schematisierung im wesentlichen drei Schichtpakete gut leitender Sedimente unterscheiden, die durch schwer- bis undurchlässige Tonschichten voneinander getrennt sind.

Es folgen unterhalb der Deckschichten quartäre Sande, teilweise von tertiären Kaolin- und Glimmerfeinsanden unterlagert. Dieser Bereich wird zum Hauptwasserleiter (HWL) - 1. simuliertes Grundwasserstockwerk - zusammengefaßt.

Von großer Bedeutung für die vertikalen, hydraulischen Kontakte zwischen den Grundwas- serstockwerken sind die eiszeitlichen Rinnensysteme. Sie schneiden z.T. tief (mehrere 100 m) in die tertiären Schichten ein und sind bereichsweise als eigenständige Grundwasserlei- ter anzusehen. In Bereichen, in denen die Schmelzwässer des Gletschereises den Oberen Glimmerton erodiert haben, ist bei Verfüllung mit durchlässigen Sedimenten in Höhenlage Oberer Glimmerton der Rinnenwasserleiter (RWL) - 2. simuliertes Grundwasserstock- werk - als eigenständiger Wasserleiter simuliert worden. Dieser Fall tritt in Bereichen der Meilsdorfer-Todendorfer Rinne und der Sülfelder-Bargteheider Rinne auf. Rinnenbereiche in Höhe HWL, OBKS oder UBKS sind diesen Schematisierungsebenen unter Berücksichtigung ihrer hydraulischen Eigenschaften zugeordnet worden.

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Der Obere Glimmerton (OGT) trennt den HWL weitgehend von den darunter folgenden Obe- ren Braunkohlensanden (OBKS) - 3. simuliertes Grundwasserstockwerk . Unterlagert wird das 3. Grundwasserstockwerk vom Hamburger Ton (HT), darunter folgen die Unteren Braunkohlensande (UBKS) - 4. simuliertes Grundwasserstockwerk - mit dem Unteren Glimmerton (UGT) als unterer Begrenzung.

Der Untere Glimmerton (UGT), der weitgehend die undurchlässige, untere Berandung des simulierten Grundwassersystems bildet, ist in Teilbereichen der Trittauer, der Geesthachter und der Lauenburger Rinne erodiert. An diesen Stellen bestehen die grundwasserleitenden Schichten aus quartären Ablagerungen, dem Tiefen Rinnenwasserleiter (TRWL) - 5. simuliertes Grundwasserstockwerk -. Dessen Basis bildet hier die untere Berandung. Da über die Beschaffenheit der darunter folgenden Ablagerungen nur wenig Informationen vorlagen, sind auch Wasserwegsamkeiten zu alttertiären Bereichen nicht auszuschließen.

Die Übertragung der geologischen Schichtfolge in Modellebenen zeigt Abb. 4.3. Im Bereich der aktiven Rechenknoten wird für die Ebene eine Horizontalströmung und die vertikale Zu- und Versickerung aus beziehungsweise in andere Horizonte simuliert. Im Bereich der inakti- ven Knoten einer Ebene werden diese bei der Berechnung übersprungen.

Schematischer Modellaufbau (beispielhaft mit Rinnenbereichen) Teilgebiet Großhansdorf Gesamtgebiet Südost-Holstein

Vorflutebene Vorflutebene Deckschicht Deckschicht

HWL HWL

RWL OGT/ OGT/ RWL RWL

OBKS OBKS

HT HT UBKS UBKS

UGT UGT aktiver Rechenknoten inaktiver Rechenknoten TRWL tonige Einlagerungen

4.3: Schematischer Modellaufbau für Teilgebietsmodell und Gesamtgebietsmodell

Die Basis der Deckschicht bildet die obere Begrenzung des simulierten Grundwassersys- tems. In beiden Modellen erfolgt die Vorfluteranbindung durch eine gesonderte Vorflutebene, deren Verbindung zum Hauptwasserleiter - 1. Grundwasserstockwerk - sich nach den hydraulischen Kontaktmöglichkeiten in der Deckschicht richtet. Die undurchlässige, untere Be- grenzung des Systems ist i.a. durch die Oberkante des Unteren Glimmertons gegeben, beim

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Gesamtgebietsmodell in Rinnenbereichen bereichsweise durch den Tiefen Rinnenwasserlei- ter mit seinem Grundwasserpotential als Randbedingung ersetzt.

Die Zusammenfassung grundwasserleitender bzw. -nichtleitender Sedimentationsschichten zu Stockwerken bzw. Trennschichten erfolgte in Anlehnung an verfügbare Kontrolldaten. Bei einer theoretisch möglichen weiteren, vertikalen Differenzierung wäre die Modellreaktion zusätzlicher Ebenen nicht nachprüfbar und somit beliebig gestaltbar gewesen. Im südlichen Bereich des Gesamtgebietsmodells wurden deshalb, aber auch wegen fehlender Verbrei- tung des Oberen Glimmertons (OGT) als Trennschicht, quartäre (HWL) und tertiäre (OBKS) Sedimente in einem Stockwerk zusammengefaßt. Die Grundwasserströmung wurde über die Gesamtmächtigkeit beider Stockwerke vertikal integriert simuliert. Aus der Umsetzung des schematisierten, geologischen Aufbaus des Systems in Modellebe- nen ergibt sich die vertikale Ausdehnung der Modellelemente (mittlere Mächtigkeit innerhalb der Elementgrundfläche) für die jeweilige Modellebene.

4.4.2 Beschreibung der hydaulischen Gesamtsituation

Quasistationärer Vergleichszustand für die Anpassung der Berechnungsergebnisse an das Natursystem sind die Mittelwerte der Eingangsdaten des Zeitraums Wasserwirtschaftsjahr 1990 . Er unterscheidet sich in den Zustandsgrößen nur wenig vom langfristigen Mittel und weist kaum einen Trend in den Entnahmen auf. Die Zuordnung der Filterstellungen der Grundwassermeßstellen zu den jeweiligen Grundwasserstockwerken Quartär, OBKS und UBKS erfolgte durch das ehemalige Geologische Landesamt. Auf Basis dieser Filterzuord- nung hat das Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau der Universität Hannover die Zuordnung zu den Modellebenen vorgenommen. Für diese Modellebenen sind für den Vergleichszeitraum Wasserwirtschaftsjahr 1990 Gleichenpläne der Standrohrspiegelhöhen mit Hilfe des Kriging-Verfahrens unter Beachtung hydraulischer Grenzen als Interpolationsgrenzen erstellt worden. In den Anlagen 4.2, 4.3 und 4.4 sind die Gleichenpläne der Modellstockwerke HWL, OBKS und UBKS dargestellt.

Modellstockwerk HWL

Dem ersten quartären Grundwasserstockwerk sind 337 Verfilterungen von Meßstellen zugeordnet, wobei im südlichen Bereich ein integriertes Grundwasserstockwerk HWL und OBKS angenommen wird, da die trennende Zwischenschicht OGT hier erodiert ist. Die Meßstellen des OBKS wurden in diesem Bereich daher mit in den HWL-Gleichenplan aufgenommen. Die dargestellten Isolinien des Gleichenplans repräsentieren Potentialdifferenzen der Stan- drohrspiegelhöhen von 5m bei einem gesamten Höhenunterschied von über 50 m.

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Die Verteilung der Meßstellen im HWL (Anlage 4.2 - Signatur Kreis) weist große Lücken im Meßnetz auf. Zur Milderung dieser Unsicherheit erfolgte die Einbeziehung von Hilfspunkten (Anlage 4.2 - Signatur Quadrat), deren Grundwasser-Potentiale vom ehemaligen GLA aus Bohrungen, Hausbrunnen oder Blänken abgeschätzt wurden. Dadurch konnte die Anzahl der Standorte mit Grundwasserpotentialen auf 497 erweitert werden.

Von den Hochlagen der Standrohrspiegelhöhen im Bereich Großensee, südöstlich von Glin- de sowie am Ostrand südlich von Sandesneben erfolgt ein Grundwasserabstrom über alle Gebietsränder des Modells. Die durch die Hilfspunkte hinzukommende Hochlage im Nordos- ten des Modellgebietes verändert das Strömungsbild im Nordosten, da hierdurch lokal eine Strömungsrichtung nach Süden erzeugt wird. Der Abstrom nach Norden wird im Nordosten durch den ausstreichenden HWL behindert, so daß hier eine Barrierewirkung erzeugt wird. Es stellt sich entweder ein Abstrom von dort nach allen Seiten (Hochlage aufgrund der Hilfs- punkte) oder eine Umströmung des Bereiches ein.

Die tiefsten Standrohrspiegel treten am Südwestrand auf, wo sich die Potentiale des quartä- ren Stockwerks bzw. des integrierten Stockwerks HWL/OBKS dem Höhenniveau der Elb- marschen angleichen und auf 2 bis 5 m über NN absinken.

Modellstockwerk OBKS

Das Grundwasserstockwerk der Oberen Braunkohlensande (OBKS) wird nur bis zu der Grenze betrachtet, an der das integrierte Stockwerk HWL/OBKS beginnt. Die Konstruktion des Gleichenplanes erfolgte unter Verwendung von 170 Meß- und Hilfspunkten einschließ- lich der Meßstellen im integrierten Grundwasserstockwerk HWL/OBKS (Anlage 4.3). Hilfs- punkte wurden im Nordwesten des Modellgebiets angenommen, um die in diesem Bereich sehr ausgedünnte Meßstellendichte durch Standrohrspiegelhöhen aus der Simulation des Teilgebiets Großhansdorf zu ergänzen, die sich aus der Anpassung des Teilgebietsmodells ergaben. Die dargestellten Isolinien des Gleichenplans repräsentieren Potentialdifferenzen der Standrohrspiegelhöhen von 2 m.

Der Gleichenplan der OBKS zeigt Regenerationsbereiche im Nordosten des Modellgebietes und an der Struktur Siek. Aus diesen Bereichen erfolgt ein Abstrom über alle Modellränder.

Modellstockwerk UBKS

Das Grundwasserstockwerk der Unteren Braunkohlensande (UBKS) ist nahezu über das gesamte Modellgebiet verbreitet. Zur Konstruktion des Gleichenplanes (Anlage 4.4) stehen 193 Standrohrspiegel aus Meßstellen und 7 zusätzliche Stützstellen aus der Teilgebietssi-

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mulation Großhansdorf zur Verfügung. Die dargestellten Isolinien des Gleichenplans reprä- sentieren Potentialdifferenzen der Standrohrspiegelhöhen von 2m.

Die Verteilung der Standrohrspiegelhöhen zeigt ähnliche Merkmale wie in den OBKS. Rege- nerationsbereiche sind im Nordosten und nördlich von Schwarzenbek zu erkennen. Der Grundwasserabstrom erfolgt im wesentlichen über den westlichen und südlichen sowie süd- östlichen Modellrand. Im zentralen Bereich des Gebietes bei Großensee zeichnet sich auch bei der gewählten Potentialdifferenz von 2 m der Entnahmetrichter des WW Großensee im Potentialverlauf ab.

4.4.3 Grundwasserentnahmen im Vergleichszeitraum Wasserwirtschaftsjahr 1990

Für die Modellbelegung werden die Standorte aller Förderbrunnen im Modellgebiet und deren Entnahmen für den Vergleichszeitraum Wasserwirtschaftsjahr 1990 verwendet. Die Ent- nahmemengen unterscheiden sich somit von den gebräuchlichen Angaben der Entnahme über ein Kalenderjahr. Da sich nicht für alle Brunnenstandorte die Entnahmemengen für das Wasserwirtschaftsjahr 1990 ermitteln ließen, wurden die fehlenden Angaben auf der Basis des vorhandenen Wasserrechts (WR) geschätzt.

Für die Entnahmebrunnen erfolgte über die Kenntnis ihrer Filterstrecken eine Zuordnung zu den Modellstockwerken. Entsprechend ihrer geographischen Lage sind ein oder mehrere Brunnen abhängig von der Rasterweite den Rasterknoten des jeweiligen Modells zugeordnet worden. Die Entnahmemengen sind in den folgenden Tabellen 4.1, 4.2 und 4.3 enthalten.

Für einige Entnahmestandorte in den Erosionsrinnen wurde eine Aufteilung der Entnahmen auf die Modellstockwerke OBKS und UBKS vorgenommen. Dabei sind die Filterstrecken in der jeweiligen schematisierten geohydaulischen Einheit und die Ergebnisse aus dem für das Untersuchungsgebiet entwickelten Grobmodell (HOFFMANN, KLÜCKMANN 1987) berück- sichtigt worden.

Die hier genannten Entnahmefassungen wurden im Modell berücksichtigt. Darüber hinaus bestehende Einrichtungen zur Grundwasserförderung u. a. auch Beregnungsbrunnen oder Hausbrunnen sind nicht im Modell implementiert.

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Tabelle 4.1: Entnahmemengen (m 3/a) im Modellstockwerk HWL

Entnahmefassung GW-Stockwerk Entnahmemenge im Bemerkung WWJ 1990 Bargteheide HWL 1.179.955 Neubert HWL 57.662 BFA Ahrensburg HWL 69.794 BAT Ahrensburg HWL 38.280 Großhansdorf Nord HWL 4.515.469 Großhansdorf Ost und HWL 4.594.529 West Barkhorst HWL 308.554 außerhalb des Modellgebiets Sandesneben HWL 1.386.724 Lütjensee HWL 221.600 Meierei Trittau HWL 57.903 Heinrich-J.-Siedl. HWL 3.364 im Modell nicht berücksichtigt wegen geringfügiger Menge < 10.000 m 3/a

Tabelle 4.2: Entnahmemengen (m 3/a) im Modellstockwerk OBKS

Entnahmefassung GW-Stockwerk Entnahmemenge im Bemerkung WWJ 1990 Walddörfer OBKS/UBKS 2.597.000 Gesamtentnahme 4.829.600 Zipperling OBKS 265.672 Springer OBKS 551.706 Glinde OBKS/UBKS 1.610.000 Gesamtentnahme 6.803.840 Aumühle OBKS 309.857 Escheburg OBKS/UBKS 18.250 Gesamtentnahme 36.500 Richtweg OBKS 664.440 Krankenhaus Ed- OBKS 12.480 mundsthal Gülzow OBKS 106.471 GKSS OBKS/UBKS 38.940 Gesamtentnahme 77.880 Büchen OBKS 310.158 Lauenburg OBKS/UBKS 410.564 Gesamtentnahme 821.129

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Tabelle 4.3: Entnahmemengen (m 3/a) im Modellstockwerk UBKS

Entnahmefassung GW-Stockwerk Entnahmemenge Bemerkung im WWJ 1990 Walddörfer UBKS/OBKS 2.232.900 Gesamtentnahme 4.829.600 Großensee UBKS 4.526.591 Allied Signal UBKS 1.100.000 Wasserrecht (WR) Glinde UBKS/OBKS 5.190.000 Gesamtentnahme 6.803.840 Blaue Quellen UBKS 100.968 Rickertsen UBKS 96.000 WR Börnsen UBKS 226.253 Escheburg UBKS/OBKS 18.250 Gesamtentnahme 36.500 Knollgraben UBKS 773.500 Geesth. Mischwerk UBKS 16.113 Norddt.Teppichf. UBKS 439.842 Krümmel UBKS 1.401.885 Fa. Fette UBKS 41.376 Milchzentrale. UBKS 50.000 WR Schwarzenbek Schwarzenbek UBKS 733.332 GKSS UBKS/OBKS 38.940 Gesamtentnahme 77.880 Lauenburg UBKS/OBKS 410.565 Gesamtentnahme 821.129

4.5 Eichstrategie und Ergebnisse

Bei der räumlichen Verteilung der Gesteinsdurchlässigkeits- und Grundwasserneubildungs- werte bestehen die größten Datenlücken bzw. Unsicherheiten. Deshalb sind diese Parame- ter zur Anpassung der Modellreaktion an die aus Messungen abgeleitete Natursystemreakti- on (Kontrollgröße Standrohrspiegelhöhenverteilung) variiert worden. Da eine derartige An- passung noch Mehrdeutigkeiten enthält, mußten zur weiteren Eingrenzung der Lösungs- möglichkeiten weitere Kontrollkriterien wie zulässige Bandbreiten, Ober- und Untergrenzen oder die Plausibilität der Parametervariation angewendet werden. Startverteilung und Ge- bietsintegral der Grundwasserneubildung erstellte das ehemalige Landesamt für Wasser- haushalt und Küsten, Bandbreiten der Durchlässigkeit das ehemalige Geologische Landes- amt.

Das System reagierte besonders auf Veränderungen der Durchlässigkeit, die Grundwasser- neubildungsveränderung hatte nur begrenzte Auswirkung. Da. z.T. auch geometrische Unsi- cherheiten oder nicht erfaßbare bzw. nicht auflösbare hydraulische Abhängigkeiten wie zum Beispiel lokale Inhomogenitäten oder Anisotropien die Systemreaktion bestimmen, sind 'an-

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gepaßte' Durchlässigkeiten als Ersatzdurchlässigkeiten anzusehen, in denen neben der realen Durchlässigkeit noch die genannten Einflüsse erfaßt werden.

Um die aus der Unschärfe von Meßdaten resultierenden Kombinationsmöglichkeiten der Eingangsdaten zu berücksichtigen, wurden die Ersatzdurchlässigkeiten bei vorgegebenen Grenzwerten der übrigen Modelleingangsdaten variiert, mit den Kontrollkriterien auf Plausibi- lität überprüft und ggf. verworfen. Die verbleibenden, plausiblen Datensätze kennzeichnen die Bandbreite der Simulationsmöglichkeiten und somit die mit den derzeit verfügbaren Da- ten und Informationen erreichbare Nachbildungsgenauigkeit. Die Simulationen mit vertretba- ren Grenzdatensätzen ergeben somit die Streuung der berechneten Bilanzwerte und der berechneten Standrohrspiegelgleichen.

Aus Tabelle 4.4 sind die unterschiedlichen Simulationsmöglichkeiten, welche die Nachbil- dungsmöglichkeiten eingrenzen, für das Gesamtgebiets- und Teilgebietsmodell zu ersehen. Die geringere Zahl der Varianten beim Teilgebietsmodell Großhansdorf beruhen auf der dort vorhandenen höheren Daten- und Informationsdichte.

Tabelle 4.4: Simulationsvarianten für das Gesamtgebiets- bzw. Teilgebietsmodell

Modellanpassung Gesamtgebiet Teilgebiet Großhansdorf

7 plausible Datensätze aus unterschiedli- 2 plausible Datensätze aus unterschiedlichen Verteilungskombinationen der chen Verteilungen der − kf-Werte (Ersatzdurchlässigkeiten) − kf-Werte (Ersatzdurchlässigkeiten) − Grundwasserneubildungsraten − Standrohrspiegelbandbreiten im Quar- tär (HWL)

Diese Datenanalyse über Simulationsvarianten ergab wertvolle Hinweise auf geohydraulische Eigenschaften bzw. Verhaltensweisen nicht ausreichend erkundeter, geologischer Strukturen, - z.B. Erkenntnisse zum möglichen Wasseraustausch über Rinnenränder, zur bereichsweisen Durchlässigkeit der Rinnenabdeckung und der Salzstrukturen sowie über die Wirkungsreichweiten von Verwerfungen oder Barrieren. Nur mit daraus abgeleiteten, geeig- neten Annahmen für diese Strukturen konnten plausible Anpassungen der Modellreaktion an die 'gemessene' Reaktion des Grundwassersystems erreicht werden. Diese Erkenntnisse können auch als Grundlage einer verdichteten Datenerhebung für das Gesamtgebietsmodell dienen. Nicht die gleichmäßige Verteilung von Meßstellen und Erkundungsmaßnahmen ist erforderlich, sondern eine stärkere Verdichtung in Randbereichen von Störungen und bei Übergängen zwischen geohydraulisch differierenden Zonen.

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4.5.1 Berechnete Grundwasserströmung

Beispielhaft für eine angepaßte, plausible Datensatzvariante zeigt Abb. 4.4 den Vergleich der berechneten mit den aus Messungen konstruierten Standrohrspiegelhöhengleichen für das Gesamtgebietsmodell, Abb. 4.5 den Vergleich für das Teilgebietsmodell Großhansdorf. Die Grundwasserströmung des Natursystems ist im Rahmen der für das jeweilige Modell vorgegebenen Eichkriterien (Hoffmann 1996) erfolgreich abgebildet worden.

HWL

Modellebene OBKS wird hier im HWL mit erfaßt

OBKS

UBKS

Abb. 4.4: Standrohrspiegelgleichen aus Messung und Rechnung für die drei Haupt- grundwasserstockwerke des Gesamtgebietsmodells ( aus Messung, ----- aus Rechnung) Grundwasserleiter nicht verbreitet

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HWL

OBKS

UBKS

Abb. 4.5: Standrohrspiegelgleichen aus Messung und Rechnung für die drei Hauptgrund- wasserstockwerke des Teilgebietsmodells Großhansdorf ( aus Messung, aus Rechnung)

Grundwasserleiter nicht verbreitet

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4.5.2 Berechnete Grundwasserbilanzen

Ein wichtiges Ergebnis der Simulationsrechnungen unter Einhaltung der Eichkriterien war neben den Standrohrspiegelgleichen die Berechnung der Grundwasserbilanzen. Sie wurden für das Gesamtgebiet Südost-Holstein und für das Teilgebiet Großhansdorf mit unterschiedlich auflösenden Modellen berechnet und sind mit ihren auflösungsbedingten Bandbreiten in Abb. 4.6 dargestellt. Die Bandbreiten im höher auflösenden Teilgebiet Großhansdorf fallen deutlich geringer aus.

Grundwasserneubildung: 16.3Mio m³/a Unterirdischer Randabstrom 16.1 bis 16.8 Mio m³/a Unterirdischer Abstrom in die Vorflut: Entnahme: 11 Mio m³/a 0 Mio m³/a T ei G lge ro bie ßh t an sd Unterirdischer Randzustrom orf 10.8 bis 11.5 Mio m³/a

Grundwasserneubildung: 153 bis 168 Mio m³/a

Entnahme: 35 Mio m³/a

Unterirdischer Randabstrom 70 bis 82 Mio m³/a G es am Unterirdischer Randzustrom tg eb 1,5 bis 7,5 Mio m³/a iet

Unterirdischer Abstrom in die Vorflut: 48 bis 55 Mio m³/a Abstrom über den tiefen Rinnenwasserleiter: 2 bis 5 Mio m³/a

Abb. 4.6: Bilanzierung des Gesamtgebiets und des Teilgebiets Großhansdorf

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A) Grundwasserbilanz des Gesamtmodellgebiets:

Das Grundwassersystem wird bei nur sehr geringem horizontalen Grundwasserzustrom im wesentlichen durch die innerhalb des Gesamtgebiets gegebene Grundwasserneubil- dung gespeist. Aus der

Grundwasserneubildung ≅≅≅ ca. 153 bis 168 Mio. m³/a ,

zusammen mit dem horizontalen Grundwasserzustrom, ergibt sich das

Grundwasserdargebot ≅≅≅ ca. 155 bis 176 Mio. m³/a.

Nicht innerhalb des Untersuchungsgebietes genutztes Grundwasser strömt über die Vorflut als grundwasserbürtiger Abflußanteil bzw. über seitliche Systemränder und zum geringen Teil auch über den bereichsweise verbreiteten Tiefen Rinnenwasserleiter wieder ab. Für das Gesamtgebietsmodell ergibt sich aus Grundwasserdargebot abzüglich der bestehenden Entnahmen in Höhe von 35 Mio. m³/a ein Abstrom und damit ein

verbleibendes Grundwasserdargebot ≅≅≅ ca. 120 bis 141 Mio. m³/a.

Hohe Randabströme treten hauptsächlich am Südrand und Südwestrand (Abb. 4.7) in einer Größenordnung von

9 - 12 Mio. m³/a (UBKS) bzw. 17 - 24 Mio. m³/a (HWL)

auf . Von Nordost nach Südwest verlaufen auch vorwiegend die eiszeitlichen Erosions- rinnen. Der horizontale Grundwasserzustrom ist beschränkt auf einen kleinen Bereich im Nordosten des Gebiets, der aber sehr schlecht durch Informationen abgedeckt ist.

Der Großteil des gemäß Abb. 4.6 über die Vorfluter abströmenden Grundwassers in Höhe von 48 bis 55 Mio. m³/a exfiltriert in die Bille, die damit den Hauptvorfluter des Ge- samtgebietes darstellt.

Exfiltration zur Bille einschließlich ihrer Nebenflüsse ≅≅≅ etwa 40 bis 48 Mio. m³/a.

B) Grundwasserbilanz des Teilgebiets Großhansdorf:

Für die Teilgebietsfläche von etwas weniger als 10 % der Gesamtgebietsfläche erhält man aus der Grundwasserneubildung ≅ ca. 16 Mio. m³/a ,

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und zusammen mit dem horizontalen Grundwasserzustrom das

Grundwasserdargebot ≅≅≅ 27,1 bis 27,8 Mio. m³/a .

Für das Teilgebiet ergibt sich aus dem Grundwasserdargebot abzüglich der bestehenden Entnahmen unter Vernachlässigung des Abstroms über die Vorfluter ein Grundwas- serabstrom und damit ein

verbleibendes Grundwasserdargebot ≅≅≅ Randabstrom ≅≅≅ 16.1 bis 16.8 Mio. m³/a.

Davon entfallen im wesentlichen

auf den Westrand im HWL 3,3 Mio. m³/a und im UBKS 3,4 Mio. m³/a und auf den Nordrand im HWL 3,6 bis 4,1 Mio. m³/a .

C) Grundwasserbilanz für Teilbilanzräume des Gesamtmodells:

Zur weiteren Untergliederung des Grundwasserdargebotes im Gesamtgebiet erfolgte nach hydraulischen Gesichtspunkten eine Unterteilung des Gesamtgebietes in einzelne Regionen unabhängig von der Lage des Teilgebietsmodells Großhansdorf. Hydraulische Kriterien zur Bildung von Teilbilanzräumen:

• Der Wasseraustausch zwischen den Teilgebieten innerhalb des Untersuchungsgebietes sollte möglichst gering sein, um über den Modellaußenrand abfließendes Grundwasser einem Teilgebiet zuordnen zu können. Aus diesem Grunde sollte auch jedes Teilgebiet mit einem Randabschnitt an den Außenrand des Gesamtgebietes grenzen. • Bei der Abgrenzung sollten nach Möglichkeit natürliche Barrieren, Wasserscheiden und Einzugsgebiete beachtet werden, um die Grundwasserströme gegeneinander abzugren- zen.

Die unterschiedliche Strömungssituation in den einzelnen Grundwasserstockwerken führt auf Basis der angeführten Kriterien zu unterschiedlichen Einteilungen für jedes Stockwerk. In Abb. 4.7 sind die ermittelten Teilbilanzräume mit den berechneten Bandbreiten der jährlichen Grundwasserabströme über die Gebietsränder dargestellt.

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6.0 bis 7.3 2.4 bis 6.0 2.4 bis 4.7

0 bis 3.1

1.1 bis 7.4 14.5 bis 19.5 0.1 bis 5.2 HWL

7.4 bis 9.6

1.9 bis 3

2.2 bis 3.7 3.2 bis 4

0.6 bis 1.5

0.6 bis 1.1 OBKS

1.2 bis 1.4

0.4 bis 0.8

2.8 bis 4 0.9 bis 2.6

6.6 bis 8.4

-0.2 bis 2.9 UBKS 2 bis 3.7

1.8 bis 2.4

Abb. 4.7: Bilanzierung der Gebietsränder für die Teilbilanzräume des Gesamt- modells in Mio.m³/a.

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Hohe horizontale Randabströme (größer 5 Mio. m³/a) sind in folgenden Bereichen zu finden:

1. Teilgebiete II, IV und V im Modellstockwerk HWL 2. Teilgebiet IV im Modellstockwerk UBKS

Der Wasserüberschuß dieser Bereiche kann für eine Planung zusätzlicher Wassergewin- nung in Betracht kommen, soweit dieser nicht außerhalb des Untersuchungsgebietes bereits genutzt wird. Diese Fragestellung wird im Kapitel 6 behandelt.

4.6 Schlußfolgerungen

Wasserwirtschaftliche Planung für den Grundwasserbereich ist in der heutigen Zeit ohne Sichtung und Analyse umfangreichen Datenmaterials nicht mehr denkbar. Soll bei der Ver- arbeitung großer Datenmengen anstelle einer unkoordinierten Datenvariation und - interpretation eine Eingrenzung des Lösungsraums für plausible Datenkombinationen erreicht werden, empfiehlt sich der Einsatz von Simulationsmodellen. Mit den durchgeführten stationären Simulationen, die auf Mittelwerten des Wasserwirtschaftsjahres 1990 beruhen, wird das langfristig durchschnittliche Verhalten des Natursystems beschrieben. Nur so konnte ermittelt werden, wie das Gleichgewicht zwischen Entnahmen und Regeneration in bezug auf Ausprägung der Grundwasserstände und der Bilanzen aussieht.

Die Lösung weist Bandbreiten auf, da sowohl Eingangsdaten für das Modell als auch Kon- trolldaten zur Überprüfung der berechneten Reaktion mit unvermeidbaren, teilweise natürli- chen Unschärfen behaftet sein können. Die weitere Verwendung der Modellergebnisse muß unter Beachtung dieser Gesichtspunkte erfolgen. Die gezielte Variation Einfluß nehmender Parameter im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse kann dem Planer wichtige Einblicke in das Systemverhalten geben und so zum wirksamen Hilfsmittel für notwendige Entscheidungen werden. Voraussetzung ist die Vertrautheit mit der Datenerfordernis solcher Modelle und mit der Ergebnisinterpretation. Die Untersuchung des Raumes Südost-Holstein hat folgende Erkenntnisse für den Modelleinsatz bei der wasserwirtschaftlichen Planung ergeben:

• Das Gesamtgebietsmodell Südost-Holstein besitzt aufgrund der geringeren Daten- und Informationsdichte eine niedrigere Auflösung als das Teilgebietsmodell Großhans- dorf mit der höheren Daten- und Informationsdichte.

• Das Gesamtgebietsmodell Südost-Holstein erlaubt nur eine erste Einschätzung der Grundwasserströmungsverhältnisse. Es ermöglicht jedoch die Ermittlung von Bilanzgrö- ßen - mit einer der Datendichte entsprechenden Streuung - für die wasserwirtschaftliche Rahmenplanung. Durch Sensitivitätsanalysen lassen sich Einschätzungen der Systemre- aktion auf Eingriffe - wie z.B. Auswirkungen von Entnahmen auf die Bilanzen - und der

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gegenseitigen Beeinflussung benachbarter Teilgebiete bzw. Grundwasserstockwerke vornehmen.

• Dagegen ist mit dem Teilgebietsmodell Großhansdorf eine bessere Anpassung der Modellreaktion an die des Natursystems möglich. Veränderungen der Strömungsverhält- nisse und Einzugsgebiete bei anthropogenen Eingriffen können genauer simuliert werden, so daß dieses Modell für die Ermittlung der Grundlagen von Bewirtschaftungsstrate- gien besser geeignet ist.

• Mit beiden Grundwassermodellen sind Auswirkungen auf oberflächennahe Bereiche nicht zu beschreiben , da die Deckschichten aufgrund zu geringer Datendichte nicht im Modell simuliert wurden.

• Das Grundwasserdargebot im Untersuchungsraum Südost-Holstein entspricht weitgehend der Grundwasserneubildung und beträgt etwa 155 bis 176 Mio. m³/a. Im Referenz- zeitraum 1990 werden durch Entnahmen insgesamt 35 Mio. m³/a, fast ein Viertel des Grundwasserdargebots, genutzt. Das nach Abzug der Entnahmen verbleibende Grund- wasserdargebot strömt über den Modellgebietsrand ab oder exfiltriert in Vorfluter und beträgt ca. 120 bis 141 Mio. m³/a. Die fast ausschließliche Bildung des Grundwasserdar- gebots im Innern des Gebiets führt an fast allen Randbereichen zum Grundwasseraus- strom. Hohe Randabströme sind vor allem am Südrand in den UBKS und im HWL (am Südrand sind die quartären Schichten um die OBKS erweitert) gegeben. Eine vollständi- ge Fassung der Randabströme durch innerhalb des Modellgebiets angeordnete Ent- nahmeanlagen ist nicht möglich , da sonst unter Umständen im Abstrombereich liegende Fassungsanlagen nicht mehr ausreichend versorgt werden. Es können auch Randein- ströme aus Nachbargebieten entstehen und dort ein bestehendes Gleichgewicht stören oder es treten bei zusätzlichen Entnahmen nicht zu tolerierende Absenkungen auf.

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5. Die Grundwasserbeschaffenheit (Dipl.-Geol. Wolfgang Wolters 1)

5.1 Art, Umfang und Ziele der hydrochemischen Untersuchungen

Im Rahmen dieses Untersuchungsprogrammes wurden Beschaffenheitsuntersuchungen als Sachleistungen seitens der Hamburger Wasserwerke eingebracht. Diese Analysen wurden mit einheitlichem Parameterumfang an insgesamt 592 Grundwassermeßstellen (Anl. 5.1) des Untersuchungsgebietes in den Jahren 1988 bis 1994 durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine vergleichbare Datengrundlage geschaffen, die zum einen Hinweise zur Grund- wasserneubildung, zum Erkennen der Fließwege im Untergrund, zur Verweildauer in den Grundwasserleitern und zu den Wechselbeziehungen zwischen Grundwasser und Gestein geben sollte, zum anderen auch eine Beurteilung des Grundwassers in Hinblick auf eventuelle Einschränkungen der Nutzbarkeit für die Wasserversorgung ermöglichen sollte.

5.2 Beschreibung der Grundwasserbeschaffenheit

5.2.1 Hauptinhaltsstoffe

Die natürliche Beschaffenheit in den oberflächennahen Grundwasserleitern wird wesentlich durch die Lösung von Mineralen und dem Abbau organischer Stoffe in der Bodenzone und in der Grundwasserüberdeckung bestimmt. Der Umfang der Lösungsprozesse hängt überwie- gend vom Gehalt des Wassers an Kohlensäure ab. Kohlensäure bildet sich im Regenwasser durch die Lösung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre und im Boden durch die Tätigkeit von Mikroorganismen. In den letzten Jahrzehnten ist ein zusätzlicher anthropogen bedingter Eintrag von Salz- und Salpetersäure sowie Schwefeldioxid aus der Atmosphäre zu verzeichnen. Die hauptsächlichen Inhaltsstoffe in den oberflächennahen Grundwasserleitern sind die Ka- tionen Calcium und Magnesium und die Anionen Hydrogenkarbonat, Sulfat und untergeordnet auch Chlorid. Da die Bildungsbedingungen recht unterschiedlich sind, zeigt sich auch eine entsprechende Variationsbreite des Lösungsinhaltes (Tab. 5.1). Die Bandbreite dieser Inhaltsstoffe liegt allerdings in Bereichen, die die Nutzung in der Regel nicht beeinträchtigen. Generell hoch liegen jedoch Eisen- und Mangangehalte. Durch anthropogene Einflüsse (Landwirtschaft, Siedlungen, Deponien) machen sich punktuell bis bereichsweise erhöhte Gehalte an Nitrat, Sulfat, Chlorid oder auch Kalium (Anl. 5.2) bemerkbar. Mit zunehmender Verweildauer und damit auch i. d. R. zunehmender Tiefe wird überschüssige Kohlensäure durch Lösung von Karbonaten und Silikaten verbraucht.

1 Die Ausführungen basieren zum großen Teil auf den von den Hamburger Wasserwerken durchge- führten Auswertungen (POHLE & GROSSMANN , 1997) - 96 -

Tabelle 5.1: Hauptinhaltsstoffe in den vier Grundwasserleiterebenen

hoi mg/l mg/l KMnO mg/l mg/l Hydrogenkarbonat mg/l Chlorid Sulfat mg/l mg/l Nitrat mg/l Nitrit Ammonium mg/l mg/l Mangan 95 mg/l Eisen <25 qp mg/l Magnesium Calcium Kalium Natrium µS/cm pH-Wert Leitfähigkeit aaee Azh e nlsnet Mnmm Mittelwe Minimum Analysenwerte der Anzahl Parameter 4 Vrruh mg/l -Verbrauch

95 95 95 95 95 95 94 95 95 95 95 95 95 95

qp >25qp 223 223 223 223 223 223 222 221 221 223 223 220 222 223 223

OBKS UBKS qp <25 qp UBKS OBKS 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 99

171 171 171 171 171 171 171 171 171 171 171 163 171 171 171

0,04 0,01 0,01 0,01 0,01 4,34 220 0,7 14 2 2 9 1 1 6

qp >25qp <0,01 <0,01 0,01 0,01 0,01 6,51 185 1,4 0,7 35 19 7 1 3 6

OBKS UBKS qp <25 qp UBKS OBKS 0,04 0,01 0,01 0,01 0,02 6,99 155 0,9 0,1 0,6 0,7 67 3 1 5

0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 6,91 160 0,4 0,8 65 6 1 1 1 4

2 7112, 0,03 0,37 7,24 237 128 122 729 0,3 2,4 3,5 13 42 10 21

qp >25qp 0,02 0,34 0,18 7,52 235 547 4,3 3,8 2,2 16 29 50 82 19 8

OBKS UBKS qp <25 qp UBKS OBKS 0,78 0,02 0,56 0,12 7,59 rt Maximum Maximum rt 217 475 1,6 2,8 12 28 23 57 31 8

0,04 0,53 0,12 7,58 221 123 731 0,7 2,0 25 17 54 94 8 3

2220 0,56 23,3 7,92 160 801 211 953 114 496 136 9,9 2,9 24 32

qp >25qp 1900 1298 3015 0,43 14,5 8,14 546 860 115 308 345 602 3,3 10 91

OBKS UBKS UBKS OBKS 2430 0,31 0,89 15,3 8,57 130 422 628 144 168 540 9,7 24 22 78

13520 10,09 4590 3050 16,6 680 585 196 126 4,2 1,5 37 15 40 58

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In den tieferen Grundwasserleitern zeigt sich ein abweichendes Bild. Die Calcium- und Sul- fatkonzentrationen sind im Mittel deutlich geringer. Obgleich im Mittel ähnliche absolute Ge- halte an Hydrogenkarbonat vorhanden sind, ist der prozentuale Anteil durch die geringeren Sulfat-Gehalte deutlich höher (Tab. 5.1).

Durch Ablaugung von Salzstöcken oder Aufstieg von Tiefengrundwasser kann insbesondere in den tieferen Grundwasserleitern Versalzung in Form einer Erhöhung der Natrium- und Chloridkonzentration festgestellt werden. Eine Erhöhung der Calcium- und Sulfatkonzentra- tion durch Ablaugung des Gipshutes von Salzstöcken ist an Hand der durchgeführten Be- schaffenheitsuntersuchungen nicht feststellbar. Im Übergangsbereich zwischen Süß- und Salzwasser konnten auch gelegentlich durch Ionenaustauschvorgänge entstandene

NaHCO 3-Wässer und zum Teil stark erhöhte Gehalte gelöster Huminstoffe festgestellt werden. Letztere bewirken eine braune bis schwarze Färbung des Wassers. Die hohen Salz- und Huminstoffkonzentrationen in den tieferen Grundwasserleitern führen bereichsweise (Anl. 5.3 u. 5.4) zu Einschränkungen in der Eignung für die Trinkwasserversorgung.

5.2.2 Spureninhaltsstoffe

Bei den untersuchten anorganischen Spureninhaltsstoffen sind im Untersuchungsraum nur Aluminium, Arsen und Bor von Bedeutung. Hier sind lokal Konzentrationen anzutreffen die oberhalb der Grenzwerte der Trinkwasserverordnung liegen. Das bei niedrigen pH-Werten lösliche Aluminium stellt allerdings für die Trinkwassergewinnung kein Problem dar, da es bei einer dann notwendigen pH-Anhebung durch Aufhärtung eliminiert wird. Erhöhte Arsen- gehalte sind häufig auf industrielle Abfallablagerungen zurückzuführen. Im Untersuchungs- gebiet treten punktuell höhere Arsen-Gehalte auf, eine Häufung ist im Raum Bargtehei- de/Ahrensburg festzustellen. Insgesamt wird der Grenzwert von 10 µg/l nach TrinkwV an acht Meßstellen überschritten (max. 43 µg/l). Überschreitungen treten hierbei in allen Grundwasserleitern auf. Inwieweit höhere Arsen-Gehalte in den tieferen Grundwasserleitern ebenfalls auf anthropogene Einflüsse zurückzuführen ist, kann nicht zweifelsfrei ermittelt werden. Auffällig höhere Bor-Gehalte treten vereinzelt im Untersuchungsgebiet in Verbin- dung mit chloridischer Versalzung in den tiefen Grundwasserleitern auf. Hier ist ein anthro- pogener Einfluß durch häusliche Abfälle oder Abwasser unwahrscheinlich.

Die Konzentrationen von organischen Spureninhaltsstoffe liegen bis auf wenige Ausnahmen in der Größenordnung der Bestimmungsgrenzen bzw. konnten nicht nachgewiesen werden. Nachweise über den Grenzwerten der TrinkwV liegen für die Stoffe 1-Naphtol, 2,4,5-Trichlorphenol, 2,4-Dichlorphenol, 4-Cl-3-Methylphenol, Phenol und Trichlorethen vor. Diese Nachweise treten überwiegend in tieferen Grundwasserleitern (UBKS) auf. Eine Kon- - 98 -

tamination in den tiefen Grundwasserleitern erscheint unplausibel, so daß Fremdeinflüsse, z. B. bei der Probenahme, nicht ausgeschlossen werden können.

5.3 Grundwasserbeschaffenheitsgruppen und deren Verbreitung

An Hand der Verhältnisse der Anionen und Kationen können verschiedene Grundwasserty- pen (WOLTERS , 1999) unterschieden werden (Tab. 5.2). Die Verbreitung dieser Grundwas- sertypen wird wesentlich durch die Tiefenlage der verschiedenen Grundwasserleiter (Abb. 5.1) gesteuert. In den oberflächennahen Grundwasserleitern treten fast ausschließlich erdalkalische, stärker bis überwiegend sulfatische, teilweise auch stärker chloridische Grundwäs- ser (Typen 1.4 und 2.0 bis 2.2) auf, in den tieferen Grundwasserleitern überwiegen erdalkalische, überwiegend hydrogenkarbonatische Grundwässer (Typ 3). Die Bereiche mit Versal- zungserscheinungen werden durch stärker bis überwiegend alkalische Grundwässer (Typen 1.1 bis 1.3) charakterisiert. Dort, wo der obere Glimmerton als Trennschicht zwischen den pleistozänen und tertiären Grundwasserleitern (z. B. bei pleistozänen Rinnen) fehlt, zeigt sich in den tieferen Grundwasserleitern auch im Chemismus ein Zutritt von Grundwasser aus oberflächennäheren Bereichen durch das Auftreten der Typen 2.0 und 2.1. Am Beispiel der Oberen Braunkohlensande (Anl. 5.5) wird dies in einem breiten Streifen zwischen Glinde und Lauenburg am Südrand des Untersuchungsgebietes deutlich. Hier fehlt der Obere Glimmerton. Im Niveau der Oberen Braunkohlensande treten fast ausschließlich Grundwäs- ser der Typen 2.0 und 2.1 auf. Entsprechende Verhältnisse sind auch in der pleistozänen Rinne bei Siek und Großensee erkennbar.

5.4 Beeinträchtigungen der Nutzbarkeit des Grundwassers durch die Grundwasser- beschaffenheit

5.4.1 Geogene Einflüsse

Eine Einflußgröße der Grundwasserbeschaffenheit, die zu einer Einschränkung der Nutz- barkeit führt, ist die natürlich bedingte bereichsweise Versalzung des Grundwassers. In Hin- blick auf die Nutzbarkeit für die Trinkwassergewinnung werden hier unter versalzenen Grundwässern solche verstanden, deren Chloridgehalt 250 mg/l (=Grenzwert der TrinkwV) übersteigt. Hauptverbreitungsgebiet der versalzenen Grundwässer ist der Nordbereich des Untersuchungsgebietes in den Oberen und Unteren Braunkohlensanden (Anl. 5.3 u. 5.4). Da bei einer Förderung im Nahbereich der Grundwasserversalzung eine Verlagerung der Süß- /Salzwassergrenze zu befürchten ist, ist für die Darstellung in den Anlagen

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Tabelle 5.2: Klassifizierung der Grundwässer an Hand verschiedener Anionen- und Katio- nenverhältnisse

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Abb. 5.1: Prozentuale Verteilung der Grundwassertypen über die Tiefe

5.3 und 5.4 ein Schwellenwert für Chlorid von 125 mg/l gewählt worden. Eine genauere Dar- stellung erübrigt sich an dieser Stelle. Die Verbreitung der versalzenen Grundwässer ist in Kap. 2.4 bereits detailliert beschrieben.

Bei den in Norddeutschland vorkommenden Grundwässern ist für die Wasserversorgung in der Regel die Entfernung von Eisen und Mangan in einem Aufbereitungsprozeß erforderlich. Etwa 90 % der untersuchten Proben des Untersuchungsgebietes weisen Eisen- bzw. Man- gan-Gehalte oberhalb des Grenzwertes des Trinkwasserverordnung auf. Die hierfür durch- zuführende Aufbereitung durch Belüftung und Filtration ist allerdings technisch und hinsichtlich des Energie- und Materialbedarfs nicht sehr aufwendig.

Im Gegensatz dazu stehen hohe Huminstoffkonzentrationen einer Nutzung des Grundwas- sers für die Trinkwasserversorgung entgegen. Hier ist eine Aufbereitung in vielen Fällen zwar möglich, jedoch zu aufwendig. Höhere Konzentrationen von Huminstoffen finden sich einerseits dort, wo oberflächennahes Grundwasser torfhaltige Schichten passiert hat. An- derseits bilden die organischen Einlagerungen der Braunkohlensande die Quelle für Humin- stoffgehalte in den tieferen Grundwasserleitern. Besonders betroffen von erhöhten - 101 -

Konzentrationen von Huminstoffen sind hierbei die tieferen Grundwasserleiter in den versalzenen Bereichen im Norden des Untersuchungsgebietes, wo die Nutzung schon allein durch erhöhte Natrium- und Chloridgehalte eingeschränkt ist. Erhöhte Huminstoffgehalte, die durch einen erhöhten Kaliumpermanganatverbrauch nachgewiesen, sind allerdings auch im nähe- ren, teilweise auch weiteren Umfeld dieser Versalzungsbereiche anzutreffen (Anl. 5.3 und 5.4).

5.4.2 Anthropogene Einträge

Anthropogen bedingte Veränderungen der Grundwasserbeschaffenheit sind in erster Linie in den oberflächennahen Grundwasserleitern anzutreffen. Die Meßstellendichte läßt zwar keine flächenhafte Aussage zu, Erhöhungen von Gehalten an Nitrit, Nitrat und Kalium, die auf landwirtschaftlichen Einfluß (Düngung) schließen lassen, finden sich aber gehäuft im südli- chen Bereich des Kreises Herzogtum Lauenburg und im Bereich Bargteheide (Anl. 5.2). In den Bereichen Escheburg, Bargteheide/Ahrensburg und insbesondere Glinde deuten erhöh- te Sulfat- und Arsen-Gehalte auf weitere anthropogene Einflüsse, z. B. Deponien.

Das Auftreten von Pflanzenschutzmitteln in den oberflächennahen Grundwasserleitern stellt eine weitere wesentliche anthropogene Beeinflussung dar; die detaillierte Erfassung der Ein- träge von Pflanzenschutzmittel war allerdings nicht Gegenstand dieses Untersuchungspro- grammes. Daher wurden auch keine Pflanzenschutzmittel im Parameterumfang der Analy- sen berücksichtigt.

Die Auswertung von Pflanzenschutzmitteluntersuchungen aus anderen Quellen (Trendmeß- netz und Ergänzungsmeßnetz des Landes) zeigt, daß an 5,6 % der untersuchten Meßstellen im Bereich des Untersuchungsgebietes als Spitzenwerte Konzentrationen auftreten, die über dem Grenzwert der Trinkwasserverordnung von 0,1 µg/l liegen. Es konnten insgesamt 22 verschiedene Wirkstoffe bzw. Metabolite einmalig oder auch häufiger nachgewiesen werden. Von Bedeutung sind hier Linuron, Isoproturon, Atrazin und dessen Abbauprodukte sowie Chloridazon, Oxadixyl und Diuron.

- 102 -

6 Regionale Verteilung und Nutzungsmöglichkeiten der Grundwasservorräte (Dipl.-Ing. Ramon Hiemcke)

6.1 Vom Grundwasserdargebot zum nutzbaren Grundwasserdargebot

6.1.1 Kriterien

Als Ergebnis der Planungen für den Raum Südost-Holstein wird die Festlegung des nutzbaren Grundwasserdargebots angestrebt. Mit den Grundwassermodellen ist das Grundwas- serdargebot und nach Abzug der bestehenden Entnahmen das verbleibende Grund- wasserdargebot quantifiziert worden. Zur Ermittlung eines nutzbaren Grundwasserdarge- botes müssen Randbedingungen formuliert werden, unter deren Einhaltung das Grundwas- serdargebot genutzt werden kann. Zunächst werden Teilaspekte zusammengetragen, die einen Einfluß auf die Nutzbarkeit des Grundwasserdargebotes haben. Diese werden im folgenden Text als Merkmale bezeichnet und entsprechend ihrem Einfluß auf die Nutzbarkeit bewertet. Durch Überlagerung von Merkmalen läßt sich schrittweise eine Annäherung an das „nutzbare“ Grundwasserdargebot erreichen.

Der Untersuchungsraum Südost-Holstein ist in Teilbereiche für die Bilanzierung unterteilt worden. Diese sollen die Basis bilden für eine regionale Aufteilung und Bewertung des Sys- tems. Es sollen Gebiete herausgefunden werden, die günstig sind für zukünftige Grundwas- serentnahmen. Die folgenden Merkmale dienen innerhalb dieser Untersuchung zur Ein- schätzung, welche Bereiche des Untersuchungsraums günstige Eigenschaften für eine Wassergewinnung aufweisen.

Merkmale: M1. Grundwasserdargebot: M2. Aufteilung des verbleibenden Grundwasserdargebotes in : • Unterirdischer Grundwasserabstrom über die Gebietsränder • Abstrom über die Vorfluter • Regeneration für tiefere Grundwasserstockwerke M3. Nutzung durch bestehende Grundwasserförderung M4. Konkurrierende Nutzung außerhalb des Untersuchungsgebietes M5. geologische oder geohydraulische Merkmale wie Verbreitung, Mächtigkeit und Durchlässigkeit der Grundwasserleiter M6. Grundwasserbeschaffenheit M7. Grundwasserschutz durch Deckschichten M8. Grundwasser muß mit technischen Mitteln förderbar sein M9. Ökologische Aspekte

Mit den Ergebnissen dieses Untersuchungsprogramms lassen sich Entscheidungshilfen für die wasserwirtschaftliche Planung formulieren. Da nicht zu allen Kriterien flächendeckend In- - 103 -

formationen vorliegen, kann diese Untersuchung als Basis für die weitere Eingrenzung des nutzbaren Grundwasserdargebotes dienen. Erst in kostenaufwendigen Detailuntersuchun- gen lassen sich weitere Merkmale, wie Aussagen zur notwendigen Beschränkung der Nut- zung von Vorfluterabflüssen ober die Begrenzung von Absenkungen unter ökologisch wert- vollen, von Grundwasser beeinflußten Regionen, definieren. Detailuntersuchungen lassen sich letztlich nicht umgehen, da die Deckschichten im Grundwassermodell aufgrund einer sehr geringen Datendichte nicht simuliert werden konnten. Mit den Ergebnissen dieses Un- tersuchungsprogramms lassen sich jedoch Bereiche eingrenzen, die näher untersucht werden müssen.

6.1.2 Ermittlungsstrategie

Entscheidungshilfen für die wasserwirtschaftliche Planung, untergliedert nach Bilanzräumen, sollen erarbeitet werden. Die Aufteilung in Bilanzräume erfolgte nach den in Kapitel 4.5.2 beschriebenen hydraulischen Gesichtspunkten. Entsprechend den vorab genannten Krite- rien wird eine Eingrenzung des Grundwasserdargebotes in Richtung nutzbares Grundwas- serdargebot durchgeführt. Damit wird es möglich, die Teilgebiete dahin gehend zu bewerten, ob sie als günstig für eine zusätzliche Förderung von Grundwasser einzustufen sind. Alle Bewertungen erhalten eine Codierung, damit in Kapitel 6.2 eine schnelle Gesamtbewertung erfolgen kann.

Zu den Merkmalen M1 - M4:

In der Tabelle 6.5.2 am Ende dieses Kapitels sind die berechneten Bilanzen der Teilgebiete zusammengestellt. Tabelle 6.5.1 enthält eine Zusammenstellung aller verwendeten Bilanz- glieder mit einer Erläuterung die im nachfolgenden Textabschnitt erläutert wird. Entspre- chend den Kriterien wird das Grundwasserdargebot (Gwd) für das oberste simulierte Grundwasserstockwerk (HWL) aus der Summe aller berechneten Zuströme ermittelt. Diese setzen sich aus der Grundwasserneubildung, der Infiltration aus Vorflutern, den horizontalen unterirdischen Zuströmen und der Zusickerung aus tieferen Stockwerken in das jeweilige Gebiet zusammen.

Horizontale unterirdische Zuströme von außerhalb des Modellgebietes gibt es in den tieferen Grundwasserstockwerken nicht. Die Regeneration dieser Stockwerke findet nur über Versi- ckerung aus dem HWL statt. Das Grundwasserdargebot für die tieferen Stockwerke (TGwd) ist somit eine Teilmenge des im HWL ermittelten Dargebotes. Es setzt sich aus dem Was- seraustausch zwischen den Teilgebieten innerhalb des Modellgebietes und der Regenerati- on aus den angrenzenden Wasserleitern zusammen. - 104 -

Dem jeweiligen Grundwasserdargebot werden die Entnahmen des Bezugszustandes für die Grundwassermodellierung (Qe), Wasserwirtschaftsjahr 1990, die berechnete Versickerung in tiefere Grundwasserstockwerke (Qv), die berechneten horizontalen unterirdischen Ab- ströme (Qab) entsprechend Abbildung 4.7 und die berechneten grundwasserbürtigen Vorflu- terabflüsse (Qvf) gegenübergestellt. Mit Qvf ist der Wasseraustausch zwischen Vorflutern und dem ersten simulierten Grundwasserleiter (HWL) berechnet worden. In der Summe ergibt sich im Modellgebiet eine Exfiltration von Grundwasser in die Vorflut. Diese Abströme können potentiell noch genutzt werden, da sie das Gebiet verlassen. Für die Vorfluterabflüs- se gilt die Einschränkung, daß zukünftig noch weiter untersucht werden muß, in wieweit diese nutzbar sind. Diese Fragestellung ist im Rahmen dieses Untersuchungsprogramms nicht bearbeitet worden. Die unterirdischen Randabströme müssen noch dahingehend bewertet werden, ob außerhalb des Modellgebietes konkurrierende Fassungsanlagen für Grundwas- serentnahmen (KQe) vorhanden sind. Sind solche Entnahmen vorhanden, so sind die gülti- gen Wasserrechte als Größenordnung der konkurrierenden Nutzung verwendet worden. Die berechneten unterirdischen Randabströme sind um diese maximal zulässigen Entnahme- mengen reduziert worden und es ergibt sich ein unterirdische Restabstrom (RedQab). Wer- den Vorfluterabflüsse abgeleitet und versickert, um als Regeneration für Entnahmebrunnen zu dienen, wird der berechnete Vorfluterabfluß um die indirekte Nutzung reduziert und es ergibt sich ein (RedQvf). Welcher Anteil der Abströme tatsächlich von diesen konkurrierenden Fassungsanlagen genutzt wird läßt sich nicht quantifizieren, da diese außerhalb des Modellgebietes liegen. Die Entnahmen sind in dem jeweiligen Hauptnutzungshorizont in Abzug gebracht worden, da auch die anteilige Nutzung von Ressourcen angrenzender Wasserleiter außerhalb des Mo- dellgebietes derzeit nicht quantifiziert werden kann. Es ergibt sich aber in jedem Fall der maximal noch verbleibende Anteil des Grundwas- serdargebotes, welcher potentiell noch genutzt werden kann.

In der Tabelle 6.1 erhalten die Gebiete eine Bewertung entsprechend der Größenordnung der ungenutzten Abströme.

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Tabelle 6.1: Codierung der Bewertung von Teilgebieten bezogen auf die Größenordnung der Grundwasserabströme (Abbildung 4.7)

Unterirdischer Abstrom unter Bewertung: Codierung Berücksichtigung einer konkurrierenden Nutzung für weitere Grundwasserentnah- men... Mio m3/a

0 bis 1 bedingt geeignet* -

> 1 bis 2,5 geeignet o

> 2,5 bis 5 gut geeignet +

> 5 sehr gut geeignet ++

Vorfluterabflüsse generell nur bedingt geeignet* Qv -

* bedingt geeignet bedeutet, daß in jedem Fall eine weitere Prüfung hinsichtlich der Größenordnung einer zu- künftigen Entnahme und ihre Auswirkung auf das Natursystem an dem gewünschten Standort durchgeführt werden muß. Zu den Merkmalen M5, M7 und M8:

In den Tabellen 6.6.1, 6.6.2 und 6.6.3 am Ende dieses Kapitels werden die für eine zukünfti- ge Grundwasserförderung wichtigen Merkmale wie Wasserleitermächtigkeiten und deren Verbreitung, hydraulische Kontakte zu anderen Wasserleitern ( M5 ) und die Wirksamkeit von Deckschichten zum Grundwasserschutz ( M7 ) kurz erläutert. Unter Deckschichten werden hierbei die oberflächennahen bindigen Sedimente, vorherrschend eiszeitliche Geschiebe- mergel, verstanden, die wirksam für den Grundwasserschutz werden können. Des weiteren werden Nutzungseinschränkungen nach folgenden Gesichtspunkten abgeleitet:

Nutzungseinschränkungen aus geologischen und geohydraulischen Gesichtspunk- ten:

A) Für alle Grundwasserstockwerke: 1. heterogene Schichtenfolgen 2. begrenzte räumliche Zusammenhänge der gut Grundwasser leitenden Sedimente 3. Grundwasserversalzung von „nicht auszuschließen“ bis „vollständig versalzen“ 3*. kennzeichnet die nachgewiesene oder vermutete Grundwasserversalzung in den tiefen basisnahen Bereichen der UBKS, die aufgrund ihrer geringen Durchlässigkeit (Feinsande - 106 -

und Schluffe) nur eingeschränkt für eine Nutzung geeignet sind. Das kann zu einer mög- lichen Beeinträchtigung der Förderung in darüber liegenden Bereichen der UBKS führen

B) Für den ersten oberflächennahen Hauptgrundwasserleiter (HWL): 4. verminderter Grundwasserschutz durch nicht vorhandene, geringmächtige oder lücken- hafte bindige Deckschichten

C) Für die tieferen Grundwasserleiter: 5. verminderter Grundwasserschutz durch fehlende flächenhaft verbreitete bindige Ablage- rungen in Form von Tonschichten wie zum Beispiel Glimmerton oder Hamburger Ton 6. Abtauchen der Basis von Grundwasserleitern in große Tiefen unter -300mNN

(Die Ziffern, zum Beispiel 1., entsprechen der Codierung in den Tabellen 6.6.1, 6.6.2 und 6.6.3)

Zu Merkmal 8 ist anzumerken, daß das Risiko, ob das Grundwasser mit technischen Mitteln gewinnbar ist, vom Versorgungsunternehmen zu tragen ist. Generell kann aber davon ausgegangen werden, daß dieses der Fall ist, da bereits in allen untersuchten Horizonten Grundwassergewinnungsanlagen vorhanden sind. In den Tabellen 6.6.1, 6.6.2 und 6.6.3 sind dennoch Hinweise auf technische und wirtschaftliche Nutzungseinschränkungen aufgenommen worden. Durch die Angabe, in welchen Teilgebieten die Basis der OBKS sowie der UBKS unter -300 mNN abtauchen, lassen sich die maximal erforderlichen Bohrungstiefen und die damit verbundenen Kosten bei einer eventuellen Nutzung dieser Horizonte ableiten. Diese Gebiete erhalten die Codierung (6).

Zu dem Merkmal M6:

Die Grundwasserbeschaffenheit ist von großer Bedeutung, da sie zu einem Ausschlußkrite- rium für eine weitere Nutzung werden kann, wenn zum Beispiel eine Versalzung vorliegt o- der hohe Nitratwerte die weitere Verwendung des Rohwassers beeinträchtigen. Für die Be- wertung der Teilbilanzräume des Modells wurden folgende Bewertungskriterien aufgestellt: a) Anthropogene Einflüsse:

• Anthropogene Einflüsse als allgemeine Bewertung, wenn nicht näher spezifizierbar sonst differenziert nach: • Nitratbelastung • Deponie-Einfluß - 107 -

b) Geogene Einflüsse jeweils differenziert nach: • Versalzung • Huminstoff-Gehalt

Tabelle 6.2: Codierung der Bewertungsklassen der Grundwasserbeschaffenheit

Bewertungsklassen: Codierung: (Farbgebung entsprechend Ta- belle 6.7) ohne jede erkennbare Einschränkung ++ blau leichte Einschränkungen + grün bereichsweise nicht nutzbar oder allgemein o gelb mäßig eingeschränkt Nutzbarkeit stark eingeschränkt X hellrot nicht nutzbar bzw. so gut wie nicht nutzbar XX dunkelrot

In Tabelle 6.7 am Ende dieses Kapitels sind die Einschränkungen in den Teilbilanzräumen aus Sicht der Grundwasserbeschaffenheit zusammengestellt. Der außerhalb der Grenzen des Grundwassermodells gelegene Teil des Untersuchungsgebietes ist in dieser Tabelle nicht berücksichtigt.

Zum Merkmal M9 sei angemerkt, daß Ökologische Aspekte im Rahmen dieses Untersu- chungsprogramms nicht berücksichtigt wurden.

6.2 Gesamtbewertung der Teilgebiete hinsichtlich einer zusätzlichen Wassergewin- nung

Für alle Teilbilanzräume werden die Bewertungen der einzelnen Merkmale in Tabelle 6.4 zu- sammengefaßt und eine Gesamtbewertung ermittelt. Die Gesamtbewertung ist eine Abwä- gung zwischen Qualität und Quantität. Das Grundwasserdargebot kann nur dann vorrangig in eine Bewertung einfließen, wenn auch die Grundwasserbeschaffenheit eine Nutzung sinnvoll erscheinen läßt. Darum werden bei der Gesamtbewertung die Beurteilungen der bisher ungenutzten Grundwasserabströme noch einmal anhand der Bewertung der Grundwasser- beschaffenheit neu klassifiziert (Tabelle 6.3).

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- Bewertung der Abströme = berechnete Grundwasserabströme korrigiert um konkurrierende Entnahmen außerhalb des Modellgebietes (Tabellen 6.1 und 6.5) - Gesamtbewertung = Bilanzbewertung korrigiert durch Beschaffenheitsbe- wertung (Tabelle 6.4 und Anlagen 6.1, 6,2 und 6,3) - unter Nennung der Nutzungseinschränkungen aus geologischen / geohydraulischen Ge- sichtspunkten (Tabellen 6.6.1, 6.6.2 und 6.6.3).

Im Rahmen der Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten in den Bilanzräumen aus geologischen / geohydraulischen Gesichtspunkten sind Nutzungseinschränkungen benannt worden. Diese werden neben der Gesamtbewertung aus Bilanzgrößen und Grundwasserbeschaffen- heit genannt, da sie bei Räumen, die sich zum Beispiel gut für eine weitere Grundwasserför- derung eignen, ebenfalls zu beachten sind. Die Angabe der Versalzung fließt schon bei der Beschaffenheit mit ein, wird aber der Vollständigkeit halber noch mit aufgeführt.

Die Ergebnisse der in Tabelle 6.4 ermittelten Gesamtbewertung sind in den Anlagen 6.1, 6.2 und 6.3 dargestellt.

Tabelle 6.3: Korrektur der Bewertung der Grundwasserabströme:

Beschaffenheit: Grundwasserabströme: Bewertungsklassen korrigierte Bewertungsklassen ++ ; + keine Korrektur o die Klasse wird um eine Stufe reduziert ; nur - ( bedingt geeignet) bleibt als unterste Klasse für die Bilanzen unverändert X ; XX die Bewertungsklassen der Beschaffenheit werden als K.O. Kriterium übernommen

Schlußfolgerungen: Die heterogenen Wasserleiter des Modellstockwerkes HWL sind überwiegend noch gut geeignet für weitere Grundwasserentnahmen, es muß jedoch in Teilbereichen mit Beein- trächtigungen durch anthropogene Einflüsse wie zum Beispiel Nitratbelastung und geologisch bedingten Nutzungseinschränkungen gerechnet werden.

Das Modellstockwerk OBKS ist aus Sicht der Grundwasserbeschaffenheit und der geologischen Bewertung nahezu ohne Einschränkungen für eine Nutzung bewertet worden und ist überwiegend für weitere Grundwasserentnahmen geeignet. Lediglich durch das Wasserwerk Walddörfer ist eine größere konkurrierende Nutzung außerhalb des Modellgebietes im Ham- - 109 -

burger Randbereich gegeben, die bei der Bewertung von Teilbilanzraum 2 allerdings mit be- rücksichtigt wurde.

Das Modellstockwerk UBKS ist geprägt durch die Grundwasserversalzung und viele konkurrierende Nutzungen in Form von Wasserwerken außerhalb des Modellgebietes im Ham- burger Randbereich. Daraus ergibt sich, daß im Nordosten aufgrund der Versalzung die Teilgebiete II und III-Ost nicht beziehungsweise wenig geeignet sind für weitere Entnahmen. Die Bewertungskriterien berücksichtigen bereits die konkurrierenden Entnahmen. Die Grö- ßenordnung ihrer Entnahmerechte ist vom Grundwasserabstrom aus dem Modellgebiet voll in Abzug gebracht worden. Daraus ergibt sich, daß die Teilbilanzräume, die an Hamburg grenzen, alle zunächst einmal als nur bedingt geeignet für eine weitere Grundwasserent- nahme betrachtet werden müssen, da die abgezogenen Mengen für zusätzliche Entnahmen im Modellgebiet nicht mehr zur Verfügung stehen. Ein weiterer Untersuchungsbedarf ergibt sich dann, wenn dort dennoch zusätzliche Entnahmen plaziert werden sollen. Gut geeignet für eine weitere Grundwasserentnahme ist das Teilgebiet V.

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Tabelle 6.4: Gesamtbewertung aller Teilbilanzräume

Teilgebiet Grundwasser- Beschaffenheit Geologie Gesamtbewertung abströme Tabelle 6.7 Tabellen 6.6.1-3 Tabelle 6.5 Modellstock HWL I - ++ 1,2 - II Nord - } ++ o 1,2,4 + West ++ III Ost - West - - o 1,2,3,4 - } Qv - IV ++ o 1,2,4 + V ++ o 1,2,3,4 + Qv - Modellstockwerk Obere Braunkohlensande I + + keine + II - + 3,6 - III West o } o + keine o Ost - IV - ++ 5 - V o ++ keine o Modellstockwerk Untere Braunkohlensande I - o 3,6 - II - XX 3,3*,6 XX III-West - o 3* - III-Ost - X 3* X IV - + 3* - V Süd o } o + 3* o Ost o Erläuterung zur Spalte: Gesamtbewertung: (Für weitere Grundwasserentnahmen : + gut geeignet, o geeignet, - bedingt geeignet, X stark eingeschränkte Nutzung= wenig geeignet, XX nicht nutzbar= nicht geeignet)

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Tabelle 6.5.1: Zusammenstellung aller in Tabelle 6.5.2 verwendeten Bilanzglieder mit Erläuterung Bilanzgröße Erläuterung Gwd Berechnetes Grundwasserdargebot TGwd Berechnetes Grundwasserdargebot tieferer Grundwasserleiter als Teilmenge von Gwd Qe Modellentnahme für den Bezugszustand Wasserwirtschaftsjahr 1990 Qv Berechnete Versickerung in tiefere Grundwasserleiter Qab Berechnete horizontale unterirdische Grundwasserabströme Qvf Berechnete grundwasserbürtige Vorfluterabflüsse KQe relevante Grundwasserentnahmen außerhalb des Modellgebietes in Höhe der aktuellen Wasserrechte und Anteile von Grundwasserentnahmen, die auf Infilt- ration von Vorfluterabflüssen aus den Gebiet als Regeneration beruhen RedQab Um KQe reduzierte Qab RedQvf Um Anteile von KQe, die versickerten Vorfluterabflüssen entsprechen, reduzierte Qvf

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Tabelle 6.5.2: Zusammenstellung der Grundwasserbilanzen in den Teilbilanzräumen für WWJ 1990 Teilströme im Modellstockwerk HWL (Mio m 3/a) Gwd Qv Qe Qvf Qab KQe RedQab RedQvf Code TGB I 9,8 - 20,3 7,4-11,7 1,4 0 0 - 3,1 Nord 1,0 0-2,1 WW Klein Barnitz - (WW Klein Disnack liegt in einem getrennten hydraulischen System und außerdem im Zustrombereich Ost) TGB II 30,9-34,9 10,4-12 10,5 0 2,4-6 Nord 2,0 0,4-4,0 Nord WW Bad Oldesloe - 6-7,3 West 6-7,3 West ++ TGB III 73,9-81,2 20,3-27,8 0,1 0,1-5,2 Ost 1,3 0,1-5,2 Ost WW Mölln - (getrenntes hydraulisches System) 2,4-4,7 West 1,6 0,8-3,1 WW Billstedt West - 40,6-47,8 14,7 25,9-33.1 Qv - (WW Curslack mit Regeneration aus Bille-Abfluß) TGB IV 27,6-31,8 10,1-12,5 1,2 0 14,5-19,5 14,5-19,5 ++ Süd/West Süd/West TGB V 21,7-22,3 2,4-3,0 0 8,2-8,9 7,4-9,6 Ost 7,4-9,6 Ost ++ Qv - Teilströme im Modellstockwerk OBKS (Mio m 3/a) TGwd Qv Qe Qab KQe TGB I 3,2-4,1 0 0 3,2-4 Nord 3,2-4 Nord + TGB II 8,6-10,3 2,3-3,2 3,4 1,9-3 West 4,7 0 WW Walddörfer: - (Gesamtrechte abzüglich Modellentnahme) TGB III 12,9-20,4 6,9-12,8 2 2,2-3,7 West 2,2-3,7 West o 0,6-1,1 Ost 0,7 0 -0,4 Ost WW Mölln - TGB IV 15,6-17,8 12,8-15,2 0,1 0,6-1,5 0,6-1,5 Süd/West Süd/West - TGB V 1,9-2,3 0 0,3 1,2-1,4 Ost 1,2-1,4 Ost o Teilströme im Modellstockwerk UBKS(Mio m 3/a) TGwd Qv Qe Qab KQe TGB I 0,9-2,6 0 0 0,9-2,6 Nord 0,9-2,6 Nord - TGB II und 1,2-1,5 West 5,5 0 WW Walddörfer: - (Gesamtrechte abzüglich Modellentnahme) TGB III ∑=16,4-19 0 ∑= 12,7 3,4-4,6 West 8,0 0 West WW Billbrook - und WW Billstedt TGB III Ost 2,8-5,3 0 0 0-2,9 Ost 0-2,9 Ost - TGB IV 11,2-14,3 1,2-2,8 1,6 6,6-8,4 2,0 0 Süd/West WW Lohbrügge; - 2,1 WW Bergedorf 9,0 WW Curslack ∑= 13,1 TGB V 6,8-10,2 0,6-2,1 2 2-3,7 Süd 2-3,7 Süd o 1,8-2,4 Ost 1,8-2,4 Ost o

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Tabelle 6.6.1: Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten in den Bilanzräumen aus geologischen / geohydraulischen Gesichtspunkten für den HWL

Bilanz- Wasserleitermächtigkeiten, Deckschicht hydraulische Kontakte zu Nutzungseinschrän- raum Verbreitung im Bilanzraum (Typ, Mächtigkeiten, anderen Wasserleitern kungen Verbreitung) (Codierung)

HWL – quartärer Hauptwasserleiter

Gültig für alle Bilanzräume: Wasserleiter des HWL – vorherrschend eiszeitliche Sande - sind in weiten Bereichen Teil der sehr heterogenen, eiszeitliche Schichtfolgen. Daraus resultieren auch örtlich stark schwankende Mächtigkeiten, wechselnde Durchlässigkeitseigenschaften, lokale Stockwerksgliederungen und sehr wechselhafte Deckschichten (überwiegend eiszeitliche Geschiebemergel, untergeordnet Schluff und Ton). Aussagen zur räumlichen Verbreitung sind damit stark eingeschränkt. stark schwankend, lokal stark schwankend, teils große bereichsweise zu den liegenden heterogene Schichtfolgen I fehlend, größere Mächtigkeiten >> 50 m OBKS und UBKS am Ostrand (1) , oft begrenzte Mächtigkeiten (mehrere (Struktur Nusse) räumliche Zehner Meter bis >50 m) im Zusammenhänge (2) Bereich der Todendorfer-

Rinne und im Südteil gemeinsam mit den stark schwankend, häufiger zu den OBKS in Deckschichtenauflage liegenden Kaolinsanden Mächtigkeitsbereich 10-50 m, Teilabschnitten der lokal geringmächtig bis II (nördl. Ahrensburg) örtlich geringer bis fehlend Meilsdorfer-Todendorfer- lückenhaft, dadurch weiträumig große Rinne, eingeschränkter GW- Mächtigkeiten um 50 - >100 im Bereich um Struktur Siek zu Schutz (4) , m, größere Mächtigkeiten den OBKS und UBKS außerhalb der bis > 50 m auch im Verlauf Kaolinsandverbreitung der Meilsdorfer- heterogene Todendorfer-Rinne, sonst Wasserleiterstruktur (1) stark schwankend. und räumlich begrenzte Zusammenhänge (2) stark schwankend, im schwankend, häufig zu den OBKS flächenhaft im Deckschichtenauflage oft Bereich der geringmächtig bis fehlend weiten Teilen des geringmächtig, z. T. III Glimmertonverbreitung Sachsenwaldes und im Verlauf lückenhaft, dadurch häufig geringmächtig (< der Glinder- und Witzhaver- bereichsweise 20m), Trittauer-Rinne, hier jeweils eingeschränkter GW- teils große Mächtigkeiten > auch zu den UBKS. Schutz (4) , heterogene 50 m im Verlauf der Wasserleiterstruktur (1) Glinder- u. Witzhaver- und räumlich begrenzte Trittauer-Rinne. Zusammenhänge (2) , GW-Versalzung in tiefen Abschnitten der nördlichen Witzhaver- Trittauer-Rinne (3)

eiszeitliche Sande und schwankend, häufig zu den UBKS in Teilen der Deckschichtenauflage liegende OBKS bilden hier geringmächtig bis fehlend Geesthachter- und Krüzener- sehr oft geringmächtig, IV gemeinsam den HWL Rinne teils lückenhaft, dadurch (HWL-Basis hier der bereichsweise Hamburger Ton) mit stark eingeschränkter GW- schwankenden . Schutz (4) , heterogene Gesamtmächtigkeiten von Wasserleiterstruktur (1) , wenigen Zehner Metern bis z.T. räumlich begrenzte > 50 m Zusammenhänge (2) im Nordteil (HWL-Basis stark schwankend, häufiger zu OBKS und UBKS im Deckschichtenauflage hier der Obere Glimmerton) Mächtigkeitsbereich 10-50 m, nördlichen Teil der z.T. lückenhaft, dadurch V häufig geringmächtig (< 20 örtlich geringmächtig bis fehlend Lauenburger-Rinne, im Südteil bereichsweise m), im Südteil gemeinsam nur zu den UBKS, hier eingeschränkter GW- mit den liegenden OBKS insbesondere in der Krüzener- Schutz (4) ,heterogene (HWL-Basis hier der Rinne Wasserleiterstruktur (1) , Hamburger Ton) bis über 50 z.T. räumlich begrenzte m, im Bereich der Lauenburger- und Krüzener- Zusammenhänge (2) , Rinne stark wechselnd GW-Versalzung im Stecknitztal örtlich bis in oberfllächennahe Bereiche (3)

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Tabelle 6.6.2: Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten in den Bilanzräumen aus geologischen / geohydraulischen Gesichtspunkten für die OBKS

Bilanz- Wasserleitermächtigkeiten, Deckschicht hydraulische Kontakte zu Nutzungseinschrän- raum Verbreitung (Typ, Mächtigkeiten, anderen Wasserleitern kungen Verbreitung) (Codierung )

OBKS – Obere Braunkohlensande

Gültig für alle Bilanzräume: Die OBKS sind durch ihre starke Untergliederung in Einzelhorizonte aus feinkörnigen Lagen (Ton-/Schluff bis Feinsand) und grobkörnigeren Sandhorizonten nur in Teilabschnitten nutzbar. Die Anzahl der wasserwirtschaftlich nutzbaren Sandhorizonte (häufig 2-3) ist örtlich verschieden. Sie erreichen Einzelmächtigkeiten von < 5 - > 10 m (steigende Tendenz bei zunehmender Gesamtmächtigkeit). häufig 50–100 m, Oberer Glimmerton, zu quartären Sanden in östlichen keine I flächenhaft, Mächtigkeiten häufig von 50- Randbereichen und im Bereich Ausnahme: am Ostrand zur 160 m, überwiegend flächenhaft, der Glimmertonfehlstelle an der Struktur Nusse Ausnahmen: am Ostrand und Basis der Todendorfer-Rinne eine Fehlstelle in einem Teilabschnitt der Todendorfer- Rinne häufig 50-150 m, Oberer Glimmerton, zu quartären Sanden in partielle GW- II flächenhaft, Mächtigkeiten häufig zw. 50-200 Bereichen der Meilsdorfer-Rinne Versalzung im Raum Ausnahmen: Meilsdorfer- m, überwiegend flächenhaft, und um die Struktur Siek Bargteheide (3) , große Rinne, Struktur Siek Ausnahmen: Meilsdorfer-Rinne, Tiefen nördl. von Struktur Siek Ahrensburg (Basis tiefer – 300 mNN) (6) häufig 50-75 m, Oberer Glimmerton, zu quartären Rinnensanden in keine flächenhaft, Mächtigkeiten häufig von 20-80 weiten Abschnitten der Glinder- III Ausnahme: Glinder- und m, überwiegend flächenhaft, und Witzhaver-Trittauer-Rinne Witzhaver-Trittauer-Rinne Ausnahmen: Glinder- und Witzhaver-Trittauer-Rinne häufig < 50 m, partiell Oberer Glimmerton, am Nordwestrand zu quartären bei fehlender in weiten Bereichen des Mächtigkeiten häufig von 20-50 Sanden in der Witzhaver- Glimmertonabdeckung IV Sachsenwaldes nur in m, in weiten Teilen des Trittauer-Rinne, eingeschränkter GW- Teilmächtigkeiten Sachsenwaldes in wechselnden im Teilen des Sachsenwaldes zu Schutz durch vorhanden, lokal vollständig Maße eiszeitliche überlagernden eiszeitlichen wechselnde, teils fehlend Geschiebemergel und Sande Sanden lückenhafte bindige Deckschichten des Quartärs (5) häufig 50-75 m, Oberer Glimmerton, weitgehend fehlend keine flächenhaft Mächtigkeiten häufig von 20- V 120, überwiegend flächenhaft

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Tabelle 6.6.3: Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten in den Bilanzräumen aus geologischen / geohydraulischen Gesichtspunkten für die UBKS

Bilanz- Wasserleitermächtigkeiten, Deckschicht hydraulische Kontakte zu anderen Nutzungseinschrän- raum Verbreitung im Bilanzraum (Typ, Mächtigkeiten, Wasserleitern kungen Verbreitung) (Codierung )

UBKS – Untere Braunkohlensande

Gültig für alle Bilanzräume: Wasserwirtschaftlich relevant ist weitgehend nur der obere, meist mittel-grobsandige Abschnitt der UBKS, er erreicht häufig 30- 50% der unten genannten Gesamtmächtigkeiten. Im tieferen Abschnitt dominieren Feinsande und Schluffe. häufig 100-150 m, Hamburger Ton, am Ostrand bereichsweise nach Westen und I flächenhaft, Mächtigkeiten häufig von 10 – Verbindung zu quartären Sanden Nordwesten zunehmende Ausnahme: am Ostrand zur 100 m, überwiegend flächenhaft, Tiefen (Basis tiefer –400 Struktur Nusse Ausnahme: am Ostrand mNN) (6) , gleichzeitig einsetzende GW- Versalzung (3) häufig 150-200m, Hamburger Ton, weitgehend fehlend große Tiefen (im Raum flächenhaft, Mächtigkeiten häufig von 20- Ahrensburg Basis um – II Ausnahmen: Meilsdorfer- 100 m, flächenhaft 450 mNN, nach Norden Rinne, Struktur Siek anwachsend) (6) , flächenhafte GW- Versalzung: im Norden über die gesamte Mächtigkeit (3) , im Süden beschränkt auf den Basisbereich (3)* häufig 100-150 m, Hamburger Ton, zu quartären Sanden im Bereich im Nordwestteil Hinweise III West flächenhaft, Mächtigkeiten häufig von 10-50 der Struktur Siek und in weiten auf GW-Versalzung im Ausnahme: Struktur Siek m, überwiegend flächenhaft, Abschnitten der Glinder- und Basisbereich (3*) Ausnahmen: Struktur Siek, Witzhaver-Trittauer-Rinne Glinder- und angrenzende Teile der Witzhaver-Trittauer-Rinne häufig 50-100m, Hamburger Ton, zu quartären Sanden am im Westen bis Südwesten flächenhaft, Mächtigkeiten häufig von <10- Nordostrand (Bereich Struktur GW-Versalzung im III Ost Ausnahmen: Nordostrand 20 m, überwiegend flächenhaft, Nusse) Basisbereich nicht zur Struktur Nusse Ausnahme: Nordostrand zur auszuschließen (3*) Struktur Nusse häufig um 100m, Hamburger Ton, zu quartären Sanden in nur in der Nähe zur flächenhaft, Mächtigkeiten häufig < 10 m, Abschnitten der Witzhaver- nördlichen Witzhaver- IV Ausnahmen: Witzhaver- überwiegend flächenhaft, Trittauer-Rinne und in den Trittauer-Rinne: lokale Trittauer-Rinne und Teile Ausnahmen: Witzhaver- Rinnen bei Geesthacht, bei Hinweise auf GW- der Rinnen bei Geesthacht Trittauer-Rinne, Rinnen bei fehlender Hamburger Ton- Versalzung im tieferen Geesthacht, lokale Fehlstellen Abdeckung lokal auch im Abschnitt (3*) im Sachsenwald Sachsenwald häufig 50 –100 m, Hamburger Ton, zu quartären Sanden in Teilen nur im Nahbereich zum flächenhaft Mächtigkeiten häufig < 10 m, der Geesthachter-Rinne, über Stecknitztal V Ausnahmen: Rinnen von überwiegend flächenhaft, den gesamten Verlauf der (Lauenburger-Rinne): Geesthacht, Krüzen und Ausnahmen: Rinnen von Krüzener-Rinne und im Norden GW-Versalzung in Lauenburg Geesthacht, Krüzen und der Lauenburger-Rinne tieferen Abschnitten nicht Lauenburg, lokale Fehlstellen auszuschließen (3*) östlich Geesthacht

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Tabelle 6.7: Einschränkungen in den Bilanzräumen aus Sicht der Grundwasserbeschaffenheit

Einschränkungen in den Bilanzräumen aus Sicht der Grundwasserbeschaffenheit Modellstock HWL Bilanzraum I keine Einschränkungen Bilanzraum II im Nordteil anthropoge ne Beeinflussung, insbes. Nitrat im Raum Bargteheide, Bilanzraum III Bereich Glinde starker Einfluß durch Deponien, bereichsweise (Brunsbek, Wohltorf, Glinde) auch hohe Nitrat-Gehalte, Billetal evtl. auch Versalzungsgefahr Bilanzraum IV Raum Escheberg a nthropogene Einflüsse, sonst punktuell auch hohe Nitrat-Gehalte oberflächennah Bilanzraum V bereichsweise oberflächennah Gefahr durch Nitrat-Eintrag, Stecknitztal teilweise auch Versalzungsgefahr Modellstockwerk Obere Braunkohlensande Bilanzraum I i. Allg. Nutzbar, punktuell stark huminstoffhaltig Bilanzraum II nördlich Ahrensburg eingeschränkt durch Versalzungsgefahr und Huminstoffe Bilanzraum III i. Allg. Nutzbar, teilweise stark huminstoffhaltig Bilanzraum IV keine Einschränkungen Bilanzraum V keine Einschränkungen Modellstockwerk Untere Braunkohlensande Bilanzraum I Im Westteil wegen Versalzung nicht nutzbar Bilanzraum II durchweg wegen Versalzung nicht nutzbar Bilanzraum III-West Im Nordosten starke Versalzungsgefahr, im Südwesten bereichswe ise huminstoffhaltig Bilanzraum III-Ost eingeschränkt nutzbar, Versalzungsgefahr Bilanzraum IV Im Billetal Versalzungsprobleme, sonst nutzbar Bilanzraum V Im Stecknitztal Versalzungsprobleme, sonst i. Allg. Nutzbar, bereichsweise stark huminstoffhaltig

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7. Ausblick

Die Grundwassermodelle, die im Rahmen dieses Untersuchungsprogrammes erarbeitet wurden, basieren auf einer Software der Universität Hannover aus den 80er Jahren. Auf Grund der damals eingeschränkten Rechnerkapazität war nur eine grobe Modellauflösung möglich. Heute sind diese Beschränkungen nicht mehr relevant. Das Landesamt für Natur und Umwelt verfügt heute über moderne Modellsoftware mit graphisch gestütztem Pre- und Postprocessing, welche durch ein geographisches Informationssystem (GIS) gestützt wird. Es ist daher im Rahmen der Grundwasserbewirtschaftung geplant, die im Bereich Südost- Holstein bestehenden Grundwassermodelle “Gesamtgebietsmodell Südost-Holstein” und “Teilgebietsmodell Großhansdorf” zu aktualisieren.

In einem ersten Schritt wurde bereits das den Modellen zugrunde liegende Geologiemodell in ein GIS umgesetzt. Statt des bestehenden Finite Differenzen Grundwassermodells, welches eine Abbildung der Geometrie nur mit Quadrat- oder Rechteckrastern erlaubt, soll künf- tig ein Finite Elemente Modell eingesetzt werden. Dieses Modell kann die Geometrie der geologischen Schichtenfolge des Untersuchungsgebietes schärfer und höher auflösend ab- bilden. Darüber hinaus ist eine nahezu beliebige Verdichtung des Modellnetzes z.B. entlang von Vorflutern oder Grundwasserfassungsanlagen möglich.

Um im Rahmen der Modellaktualisierung auch die bestehenden Aussagebandbreiten zu verringern, ist neben der Verfeinerung der Diskretisierung auch die Bereitstellung höher auf- lösender Eingangsdaten erforderlich. Zu diesem Zweck werden derzeit im Rahmen eines F&E-Vorhabens Wasserhaushaltsuntersuchungen durchgeführt, die eine Grundwasserneu- bildungsverteilung mit einer höheren Auflösungsgenauigkeit liefern sollen. Hierbei zeigte es sich, daß dem Bilanzglied "Vorfluterabfluß" ein besonders hoher Stellenwert beizumessen ist. Die aus der Abflußermittlung abgeleiteten Abflußspenden besitzen je nach Analysever- fahren eine hohe Ergebnisbandbreite, die auch von der Position der Abflußpegel im Unter- suchungsgebiet sowie ihrer räumlichen Verteilung abhängig ist. Für die zukünftigen Unter- suchungen muß das bestehende Abflußmeßnetz weiterhin baulich instand und in Betrieb gehalten und in Gebieten mit geringer Datendichte ggf. durch den Bau weiterer Abflußpegel optimiert werden. Dieses gilt auch für das Pegelnetz, welches von der Freien und Hanse- stadt Hamburg betrieben wird. Des weiteren ist ebenfalls im Hinblick auf die Modellaktuali- sierung das Grundwassermeßstellennetz, eventuell durch Übernahme in den Landesgrund- wasserdienst des Landes Schleswig-Holstein, zukünftig weiter zu betreiben. Sollten die Er- gebnisse des genannten F&E-Vorhabens bzw. spezielle wasserwirtschaftliche Fragestellun- gen in bestimmten Bereichen des Untersuchungsgebietes eine Verdichtung des Grundwas- sermeßstellennetzes erfordern, ist dieses auch nach Abschluß des Untersuchungspro- gramms zu bewerkstelligen. - 118 -

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9. Anlagenverzeichnis

Anl. 2.1: Geologische Strukturen im Untergrund des Untersuchungsraumes Anl. 2.2: Geologische Schichtenfolge Anl. 2.3.1: Geologischer Schnitt 1 Anl. 2.3.2: Geologischer Schnitt 2 und 3 Anl. 2.4: Verbreitung, Basis und Mächtigkeit der Unteren Braunkohlensande (UBKS) Anl. 2.5: Verbreitung, Basis und Mächtigkeit des Hamburger Tons (HT) Anl. 2.6: Verbreitung, Basis und Mächtigkeit der Oberen Braunkohlensande (OBKS) Anl. 2.7: Verbreitung, Basis und Mächtigkeit des Oberen Glimmertons (OGT) Anl. 2.8: Verbreitung und Basis der Kaolinsande (KS) und Glimmerfeinsande (GFS) Anl. 2.9: Tiefenlage der Quartärbasis Anl. 2.10: Karte des präquartären Untergrundes und Basis der quartären Ablagerungen Anl. 2.11: Beschaffenheit der oberflächennahen Schichten (bis 2m u. Gel.) Anl. 2.12: Ablagerungsverhältnisse in eiszeitlichen Rinnen Anl. 2.13: Grundwasserversalzung in tertiären und quartären Wasserleitern (Chloridgehal- te im allgemeinen > 250 mg/l)

Anl. 3.1: Lage der Pegeleinzugsgebiete Anl. 3.2: Hypothetische Ao-Abflußverteilung im Modellteilgebiet Großhansdorf Anl. 3.3: Grundwasserneubildung im Modellteilgebiet Großhansdorf Anl. 3.4: Isohyetenplan des Untersuchungsgebietes Anl. 3.5: Verteilung der hypothetischen Grundwasserneubildungsrate

Anl. 4.1: Modellgebietsgrenzen und Diskretisierung Anl. 4.2: Standrohrspiegelgleichen aus Messungen und Hilfspunkten Modellstockwerk Hauptwasserleiter Anl. 4.3: Standrohrspiegelgleichen aus Messungen Modellstockwerk Obere Braunkohlen- sande Anl. 4.4: Standrohrspiegelgleichen aus Messungen Modellstockwerk Untere Braunkohlen- sande

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Anl. 5.1: Lageplan der Meßstellenstandorte, an denen chemische Analysen durchgeführt wurden Anl. 5.2: Beeinträchtigung der Nutzbarkeit des oberflächennahen Grundwassers (bis 50 m u. Gel.) Anl. 5.3: Beeinträchtigung der Nutzbarkeit des Grundwassers in den OBKS (Obere Braunkohlensande und vergleichbare Rinnenwasserleiter) Anl. 5.4: Beeinträchtigung der Nutzbarkeit des Grundwassers in den UBKS (Untere Braunkohlensande und vergleichbare Rinnenwasserleiter) Anl. 5.5: Grundwassertypisierung nach Ionenverhältnissen (Obere Braunkohlensande und vergleichbare Rinnenwasserleiter)

Anl. 6.1: Gesamtbewertung der Teilbilanzräume Modellstockwerk Hauptwasserleiter Anl. 6.2: Gesamtbewertung der Teilbilanzräume Modellstockwerk Obere Braunkohlen- sande Anl. 6.3: Gesamtbewertung der Teilbilanzräume Modellstockwerk Untere Braunkohlen- sande