Aufstiegsmechanismen salinarer Tiefenwässer über quartäre Rinnen unter Berücksichtigung variierender hydrogeologischer Randbedingungen

Die Intrusion salinarer Tiefenwässer in das Süßwasserstockwerk gefährdet nicht nur die regionale Trinkwasserversorgung, sondern auch Flüsse und stehende Gewässer und deren Fauna sind durch Versalzung bedroht. Begünstigt wird der Aufstieg hoch mineralisierter Salzwässer in weiten Teilen des Norddeutschen Tieflands vor allem durch das Vorhandensein elsterzeitlicher glazigener Erosionsrinnen in der hydraulisch wirksamen Trennschicht, dem unteroligozänen Rupelton, insbesondere bei einer Abnahme des Grundwasserdruckpotentials im Süßwasserstockwerk. Geringere Niederschlagsmengen und sinkende Grundwasserstände als Folge des globalen Klimawandels aber auch anthropogene Eingriffe, wie steigende Entnahmeraten oder die Nutzung des tiefen Untergrunds als Ressourcenspeicher, können diesen primär geogen bedingten Versalzungsprozess in den nächsten Jahren womöglich noch forcieren (Tillner et al., 2016; Wetzel & Kühn, 2016).

Im Rahmen dieser Studie wurden daher dichteabhängige Strömungs- und Transportmodellierungen (Kempka, 2020) zur Untersuchung der Aufstiegsmechanismen salinarer Tiefenwässer über quartäre Rinnensedimente im Rupelton durchgeführt. Zunächst wurden die wesentlichen Einflussgrößen auf die Dynamik der Süß-Salzwassergrenze anhand eines generischen 2D-Modells bestimmt. Für eine standortbezogene Betrachtung wurden anschließend die geologischen/hydrogeologischen Gegebenheiten, ausgehend von den mesozoischen Schichten im Liegenden der Rupel-Folge als Modellbasis, bis hin zur Geländeoberkante und den quartären Lockergesteinsserien, entlang einer 30 km langen Transekte in Brandenburg, in das 2D-Modell integriert. Am Standort ist der Rupelton stellenweise bereits ausgeräumt und eine Versalzung im hangenden Süßwasserstockwerk nachweisbar.

Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Wechselwirkungen zwischen Einflussgrößen wie der regionalen Grundwasserströmung und saisonalen Dynamik der Grundwasserneubildungsrate sowie anthropogenen Eingriffen wie z.B. Entnahmeraten von Trinkwasserbrunnen, einen erheblichen Einfluss auf das Grundwasserdruckpotential im Süßwasserstockwerk und den damit einhergehenden Salzwasseraufstieg haben. Die zeitliche Entwicklung der Salzwasserintrusion zeigt sich dabei je nach Randbedingung ganz unterschiedlich und hängt auch stark von Fließquerschnitt der Rupelrinnen und Durchflussraten ab. Die Dichteunterschiede und ihre Auswirkungen auf Strömungsverhältnisse und Druckpotential, erzeugen eine Dynamik zwischen tiefem Salz- und flachem Süßwasserstockwerk, aufgrund derer es lokal auch zu Süßwasserzufluß vom Hangenden ins Liegende kommt. Im nächsten Schritt ist eine 3D-Ausweitung des Modells sowie die Berücksichtigung chemischer Gesteins-Wasser-Wechselwirkungen vorgesehen.