Entwicklung eines Wasserbilanzmodells zur Bewertung des Fremdwasserzustroms im Warsteiner Karstaquifer (NRW)

Der regional bedeutsame Karstaquifer von Warstein im nordöstlichen Rheinischen Schiefergebirge besteht überwiegend aus verkarstetem devonischen Massenkalkstein und ist von geringleitenden Gesteinsschichten umgeben. Der Kalkstein wird in mehreren Steinbrüchen gewonnen und hält zugleich die wichtigste Grundwasserressource für die lokale Trinkwasserversorgung.

Bisherige Studien zeigten einen deutlichen Oberflächenabflussüberschuss an der nördlichen, unterstromigen Aquifergrenze, der nicht durch den Zustrom der Fließgewässer an der südlichen, oberstromigen Aquifergrenze und die Grundwasserneubildung im Einzugsgebiet zu erklären ist. Dieser Überschuss ist mutmaßlich auf den unterirdischen Zustrom eines höher mineralisierten Grundwassers aus größerer Tiefe (> 600 µS/cm) zurückzuführen, dessen Auftreten in einigen Quellen, Bohrungen und Fließgewässerabschnitten zu beobachten und dessen Ursprung unbekannt ist. Als mögliche Herkunftsgebiete des sogenannten Fremdwassers werden das nördlich gelegene Münsterländer Kreidebecken, das südöstlich gelegene Briloner Karstgebiet sowie Zusickerung aus den umgebenden Gesteinseinheiten entlang der südlichen Kontaktflächen diskutiert.

Zur Bewertung der Wasserverfügbarkeit in der Region sind präzise Messungen des Oberflächenabflusses erforderlich. Die bisherigen Wasserbilanzen beruhen auf Abflussmessungen, die zu Beginn der 1990er Jahre über die Dauer eines Jahres im 14-tägigen Messintervall durchgeführt wurden. Seitdem wurden keine umfassenden Abflussmessungen durchgeführt.

Ein Ziel dieser Studie ist folglich kontinuierliche Abflussdaten mit hoher zeitlicher Auflösung zu generieren und mithilfe dieser Daten aktuelle Wasserbilanzen zur Ermittlung der lokalen Grundwasserneubildung und des Fremdwasseranteils zu berechnen.

2019 wurden insgesamt 10 Pegel sowohl ober- als auch unterstromig des Aquifers an den Fließgewässern errichtet, um Zu- und Abflüsse in dessen Bereich ermitteln zu können. Monatliche Abflussmessungen an jedem Standort dienen der Erstellung von W-Q-Beziehungen und der Berechnung kontinuierlicher Abflussdaten. Um die Dynamik des Fremdwasserzustroms im Jahresverlauf untersuchen zu können, wird an ausgewählten Pegeln zusätzlich die spez. elektr. Leitfähigkeit gemessen.

Ergebnisse für das hydrologische Jahr 2020 zeigen einen anhaltenden, höher mineralisierten Fremdwasserzustrom in einzelne Fließgewässer, dessen Anteil im Abstrom aus dem Aquifer im Sommerhalbjahr dominiert und im Winterhalbjahr durch häufige Niederschlagsereignisse überlagert wird: So erreichen die Leitfähigkeitswerte im Sommer ein erhöhtes Plateau, während Niederschlagsereignisse als Verdünnungseffekte sichtbar werden. Der Oberflächenabfluss aus dem Karstgebiet (ca. 38 Mm³/a) ist ca. 1,6-mal größer als der zuströmende Oberflächenabfluss (ca. 24 Mm³/a). Diese Differenz beruht z.T. auf der Grundwasserneubildung im Gebiet, für die RÜDE & NAURATH (2012) im mehrjährigen Mittel ca. 10 Mm³/a berechneten, verweist aber auch auf das Fremdwasser.