Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume Schleswig-Holstein Der Untergrund von Föhr: Geologie, Grundwasser und Erdwärme Ergebnisse des INTERREG-Projektes CLIWAT Herausgeber: Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume des Landes Schleswig-Holstein (LLUR) Hamburger Chaussee 25 24220 Flintbek Tel: +49 (43 47) 704 - 0 Fax: +49 (43 47) 704 - 102 www.llur.schleswig-holstein.de Redaktion: Abteilung Geologie und Boden Ansprechpartner: Dr. Reinhard Kirsch Tel: +49 (43 47) 704 - 534 Fax: +49 (43 47) 704 - 502 E-Mail: [email protected] Dieses Projekt wurde von der Europäischen Gemeinschaft kofinanziert Titel: Luftaufnahme Föhr (Gerhard Launer WFL GmbH, Schießhausstr. 14, 97228 Rottendorf, www.deutschlandvonoben.de) kleine Fotos (LLUR) links: SkyTEM-Erfassung mitte: Referenz-Bohrung rechts: 3-D-Modell von Föhr wenn nicht anders angegeben, Grafik und Fotos im Innenteil von LLUR PDF der Broschüre im Internet www.llur.schleswig-holstein.de Herstellung: Pirwitz Druck & Design, Kronshagen Februar 2012 ISBN: 978-3-937937-59-5 Schriftenreihe: LLUR SH – Geologie und Boden; 18 Diese Broschüre wurde auf Recyclingpapier hergestellt Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit der schleswig- holsteinischen Landesregierung heraus- gegeben. Sie darf weder von Parteien noch von Personen, die Wahlwerbung oder Wahlhilfe betreiben, im Wahl- kampf zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Auch ohne zeit- lichen Bezug zu einer bevorstehenden Wahl darf die Druckschrift nicht in einer Weise verwendet werden, die als Partei- nahme der Landesregierung zu Gunsten einzelner Gruppen verstanden werden könnte. Den Parteien ist es gestattet, die Druckschrift zur Unterrichtung ihrer eigenen Mitglieder zu verwenden. Die Landesregierung im Internet: www.landesregierung.schleswig-holstein.de Inhalt Vorworte .........................................................................................................................5 1 Einleitung ......................................................................................................................7 2 Geologie und Landschaftsentwicklung von Schleswig-Holstein .....................................................................................11 3 Werkzeuge der Hydrogeologie ....................................................................21 3.1 Bohrungen ..................................................................................................................21 3.2 Geophysikalische Bohrlochvermessung .....................................................................25 3.3 Messstellen, Brunnen .................................................................................................26 3.4 Hydrogeologische Schnitte und Modelle ....................................................................30 3.5 Ermittlung von Grundwassereinzugsgebieten ............................................................31 3.6 Grundwasser-Analysen ...............................................................................................34 4 Geophysikalische Untersuchungen auf Föhr ....................................38 4.1 Unser Untergrund – von der Geologie zur Physik ......................................................38 4.2 Geoelektrische und Elektromagnetische Messungen auf Föhr, SkyTEM ..................38 4.3 Seismische Messungen auf Föhr ...............................................................................43 4.4 Seismik und SkyTEM kombiniert ................................................................................45 4.5 Weitere Untersuchungen ...........................................................................................45 5 Ein Blick in den Untergrund der Insel Föhr ........................................49 5.1 Datengrundlage und zusätzliche Untersuchungen im Rahmen des Projektes CLIWAT .......................................................................................................49 5.2 Hydrogeologischer Aufbau des Untergrundes, nutzbare Grundwasserleiter .............50 5.2.1 Eiszeitliche Ablagerungen ..................................................................................51 5.2.2 Jungtertiäre Ablagerungen ................................................................................54 5.2.3 Nacheiszeitliche Ablagerungen in der Marsch und Godelniederung .................56 5.3 Das digitale dreidimensionale Geologische Modell .....................................................56 5.4 Grundwasserströmungsverhältnisse ...........................................................................58 5.5 Grundwasserbeschaffenheit........................................................................................60 6 Wasserversorgung auf Föhr .........................................................................63 6.1 Vom Hausbrunnen zur zentralen Wasserversorgung .................................................63 6.2 Wassergewinnung und Wasserabgabe ......................................................................65 6.3 Trinkwasserqualität .....................................................................................................66 6.4 Grundwasserschutz und Wasserschutzgebiete .........................................................68 6.5 Grundwasserüberwachung (Monitoring) ....................................................................71 3 7 Grundwasser im Klimawandel – Ergebnisse des Projektes CLIWAT für die Insel Föhr ..............................................................................73 7.1 Klimawandel – womit müssen wir rechnen? .............................................................73 7.2 Das hydrogeologische und geophysikalische Untersuchungsprogramm auf Föhr ....74 7.3 Grundwassermodell ....................................................................................................76 7.3.1 Der Weg zum Grundwassermodell ...................................................................76 7.3.2 Datengrundlage .................................................................................................76 7.3.3 Auswahl und Aufstellung des Modells ..............................................................77 7.4 Ergebnisse der Grundwassermodellierung für Föhr....................................................80 7.5 Ausblick und mögliche Anpassungsmaßnahmen........................................................85 7.5.1 Geest .................................................................................................................85 7.5.2 Marsch ...............................................................................................................85 7.5.3 Was bleibt zu tun? .............................................................................................86 8 Wärme aus der Tiefe – Geothermische Nutzung des Untergrundes von Föhr......................................................................................87 8.1 Die Heizung aus dem Untergrund ..............................................................................87 8.2 Technik der oberflächennahen Geothermie ................................................................87 8.3 Die Effektivität der Erdwärmeheizung ........................................................................90 8.4 Zur Dimensionierung von Erdwärmesonden ..............................................................91 8.5 Besonders wichtig: der Schutz des Grundwassers ....................................................94 9 Zusammenfassung – Summary ..................................................................97 10 Danksagung ..............................................................................................................99 11 Literatur ......................................................................................................................100 12 Liste der Autoren ................................................................................................102 4 „ Vorworte Die weltweite Erwärmung des Klimas ist ei- Gleichgewichtsbedingungen sich durch einen nes der zentralen Themen des 21. Jahrhun- Meeresspiegelanstieg verschieben könnten, derts. Sollte der befürchtete Anstieg der glo- mit der Folge eines verringerten Dargebots. balen Durchschnittstemperatur um mehrere Grad nicht abgewendet werden können, dro- Im Rahmen des EU-Interreg IV B Projektes hen in den kommenden Jahrzehnten weit rei- CLIWAT (CLImate change & groundWATer) chende Folgen. So muss beispielsweise ne- wird der Einfluss des Klimawandels auf das ben einer allgemeinen Zu- oder Abnahme der Grundwasser in 7 Pilotregionen an der Nord- Niederschläge je nach Region mit einer Häu- see näher untersucht. Dabei werden die vor- fung extremer Witterungsverhältnisse wie handenen Daten durch geophysikalische und Dürreperioden, Überschwemmungen infolge geologische Untersuchungen gezielt ergänzt, Starkregens oder Wirbelstürmen gerechnet um die Grundwassersysteme besser zu ver- werden. Das Hauptaugenmerk gilt dem An- stehen und zukünftige Entwicklungen anhand stieg des Meeresspiegels, hervorgerufen von Simulationsrechnungen mit digitalen durch die thermische Ausdehnung des Meer- Grundwassermodellen prognostizieren zu kön- wassers und abschmelzende Gletscher der nen. Ich freue mich sehr, dass die Insel Föhr Hochgebirge, vor allem aber des grönländi- zu den CLIWAT-Pilotregionen zählt. Die bislang schen Inlandeises. vorliegenden Ergebnisse aus den ergänzenden geophysikalischen Untersuchungen haben den Die Insel Föhr ist aufgrund ihrer Lage im Kenntnisstand über den geologischen Aufbau