Interpolationsmethoden für Grundwassergleichen – Auswirkungen der Auswahl auf weitere Berechnungen am Beispiel von Austauschvorgängen in der Region Donauried

Marc Ohmer1, Tanja Liesch1, Nadine Göppert1, Nico Goldscheider1
1 Abteilung Hydrogeologie, KIT - Karlsruher Institut für Technologie

P 14.3 in Quality and evaluation of groundwater models

Grundwassergleichenpläne bilden eine wichtige Grundlage für viele Fragestellungen wie die Berechnung hydraulischer Gradienten, Grundwasserfließrichtungen und -geschwindigkeiten, Ausweisung von Einzugsgebieten und Schutzzonen und vieles mehr. Sie basieren in der Regel auf der Interpolation von punktuell gemessenen Grundwasserständen. Neben der Anzahl und räumlichen Verteilung der Grundwassermessstellen ist dabei die Auswahl des Interpolationsverfahrens von großer Bedeutung für die Qualität der berechneten Grundwassergleichenpläne und der Aussagekraft der auf ihnen beruhenden Untersuchungen. Obwohl eine große Anzahl von Interpolationsmethoden zur Auswahl steht, werden in der Praxis häufig die gleichen Verfahren verwendet. Wenn überhaupt, werden im Einzelfall nur wenige Verfahren verglichen und zum Vergleich nur ausgesuchte Fehlermaße herangezogen. Eine Plausibilitätskontrolle findet nur selten statt.

In der vorliegenden Studie wurde zunächst ein Review von vierzehn veröffentlichten Studien erstellt, die jeweils mehrere Interpolationsverfahren für die Erstellung von Grundwassergleichen in verschiedenen Testgebieten verglichen haben. Dabei hat sich gezeigt, dass die am häufigsten verwendeten Verfahren Ordinary Kriging und Inverse Distance Weighting nur in einem Fall die besten Ergebnisse erzielten.

In einer eigenen Untersuchung wurden Grundwassergleichenpläne in der Region Donauried erstellt und verglichen. Die Region Donauried befindet sich am Südrand der Schwäbisch-Fränkischen Alb, Deutschlands größtem Karstaquifer-System. Aus hydrogeologischer Sicht ist das Gebiet durch komplexe Wechselwirkungen zwischen dem regionalen Karstgrundwasserleiter des Malms, dem alluvialen Porengrundwasserleiter im Donauried und den gering durchlässigen Molasse-Formationen gekennzeichnet. Die Region stellt eines der wichtigsten Trinkwasservorkommen Süddeutschlands dar und wird durch zahlreiche Wasserversorger genutzt.

Zum Einsatz kamen für die Erstellung von Grundwassergleichenplänen für den Malm-Karstgrundwasserleiter und den quartären Kiesgrundwasserleiter jeweils neun verschiedene deterministische und geostatistische Interpolationsmethoden. Die Ergebnisse wurden dabei mit sechs Fehlermaßen bewertet und einer Plausibilitätskontrolle auf Grund zusätzlicher vorliegender Daten wie Quellaustritte und Feuchtgebiete unterzogen. Auf Grund der interpolierten Grundwassergleichenpläne wurden anschließend mögliche vertikale Austauschraten zwischen den beiden Aquiferen berechnet. Dabei zeigte sich, dass die berechneten Werte je nach gewähltem Interpolationsverfahren um einem Faktor von größer 10 variieren können. Dies demonstriert die Wichtigkeit der sorgfältigen Auswahl eines Interpolationsverfahrens. Wenn möglich sollten im Einzelfall immer mehrere Verfahren an Hand verschiedener Fehlermaße verglichen und die Ergebnisse einer anschließenden Plausibilitätskontrolle unterzogen werden, um die Fortpflanzung eine möglichen Fehlers gering zu halten.