Das Grundwasser im schwäbischen Donautal - Bayerischer ...
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SCHRIFTENREIHE DER BAYERISCHEN SAND- UND KIESINDUSTRIE · Heft 11 /2000<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong><br />
<strong>im</strong> schwäbischen <strong>Donautal</strong><br />
Hydrologisch-hydrogeologische<br />
Untersuchung mit Erstellung<br />
eines <strong>Grundwasser</strong>modells<br />
<strong>im</strong> Maßstab 7 : 25.000/50.000<br />
<strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> zwischen<br />
Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und<br />
Neuburg an der Donau.<br />
BAYERISCHER INDUSTRIEVERBAND STEINE UND ERDEN e. V.<br />
Fachabteilung Sand- und Kiesindustrie · München
Auftraggeber<br />
Karl Daferner Kieswerk GmbH & Co. KG, 89275 Eiehingen<br />
Donaukieswerk GmbH, 89421 Gundelfingen<br />
Donau-Kies- und Schotterwerk Deil GmbH, 86637 Wertingen<br />
Fetzer GmbH & Co. Kies- und Betonwerke, 89423 Gundelfingen<br />
KIESA Quetschwerk GmbH & Co. KG Höchstädt!Donau, 85774 Unterföhring<br />
Kies- und Splittwerke Langenau, A. u. W. Schurr GmbH & Co., 89129 Langenau<br />
Klauser-Wensauer GmbH & Co. Kies, Splitt, Transportbeton KG, 86663 Asbach-Bäumenhe<strong>im</strong><br />
Xaver Kling GmbH Sand, Kies, Recyclingmaterial, 89344 Aislingen<br />
Josef Reichhardt & Söhne OHG Transportbeton-Kieswerk Fertigmörtel, 89420 Höchstädt/Do.<br />
Skibowski GmbH & Co., 89542 Herbrechtingen<br />
Georg Vollmer & Söhne Schotter- und Kieswerke, 89551 Königsbronn<br />
Gustav Wager GmbH & Co. Kies-, Sand- und Schotterwerke GmbH & Co., 89438 Holzhe<strong>im</strong><br />
Wanner & Märker Kies- und Splittwerke GmbH & Co KG, 86682 Genderkingen<br />
ISBN 3-9807169-0-2<br />
<strong>Das</strong> Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten<br />
Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdruckes,<br />
des Vortrages, der Entnahme von Abbildungen, der<br />
Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder<br />
ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen,<br />
bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung,<br />
vorbehalten. Werden einzelne Vervielfältigungsstücke in dem<br />
nach § 54 Abs. 1 UrhG zulässigen Umfang zu gewerblichen<br />
Zwecken hergestellt, ist an den Verlag die nach § 54 Abs. 2<br />
UrhG zu zahlende Vergütung zu entrichten, über deren Höhe der<br />
Verlag Auskunft gibt.<br />
© 2000, Gesamtherstellung: Ludwig Auer GmbH, Donauwörth<br />
Herausgeber: <strong>Bayerischer</strong> Industrieverband Steine und Erden<br />
e. V., Fachabteilung Sand- und Kiesindustrie, Beethovenstr. 8,<br />
80336 München
Vorwort<br />
Etwa die Hälfte der in Bayern jährlich geförderten 85 Mio. Tonnen Sand und Kies werden <strong>im</strong> Naßbaggerverfahren<br />
und damit <strong>im</strong> <strong>Grundwasser</strong>bereich gewonnen. Alleine <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet,<br />
d. h. <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> zwischen Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau, werden pro Jahr 6 Mio. Tonnen<br />
naß gebaggert, wofür eine Fläche von ca. 50 ha in Anspruch genommen werden muß.<br />
Voraussetzung dafür waren schon <strong>im</strong>mer umfangreiche hydrogeologische Untersuchungen, um das<br />
"Ausspiegeln" des <strong>Grundwasser</strong>s, d. h. <strong>Grundwasser</strong>absenkungen oberstromig bzw. Vernässungen<br />
unterstromig, zu verhindern. Darüber hinaus wurde in den vergangenen Jahren der Wasserhaushalt<br />
generell diskutiert. So wurde <strong>im</strong>mer wieder behauptet, daß durch die Verdunstung der Baggerseen<br />
der Wasserhaushalt stark beeinflußt würde.<br />
Dies war der eigentliche Grund für die Durchführung der vorliegenden hydrogeologischen Untersuchung<br />
mit Erstellung eines <strong>Grundwasser</strong>modells <strong>im</strong> Maßstab 1:25 000/50 000 <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> zwischen<br />
Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau. Wenn man das Ergebnis des <strong>Grundwasser</strong>modells<br />
und der <strong>Grundwasser</strong>bilanz betrachtet, zeigt es sich, daß die Verdunstungstheorie der Wasserwirtschaft<br />
<strong>im</strong> niederschlagsreichen <strong>Donautal</strong> bedeutungslos ist.<br />
Welche Bedeutung diese wissenschaftliche Untersuchung hat, zeigen die jüngsten Vorstellungen<br />
des Rates der EG-Kommission zur "Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der<br />
Gemeinschaft <strong>im</strong> Bereich der Wasserpolitik"! Hier bewiesen die Auftraggeber der Untersuchung -<br />
das sind fast alle Kiesabbauunternehmer <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet- Weitsicht und Verantwortungsbewußtsein.<br />
Bereits seit 1996 bemüht sich der Verband der bayerischen Sand- und Kiesindustrie bei der Bayerischen<br />
Staatsregierung um eine umfassende hydrogeologische Landesaufnahme. Wasser ist unser<br />
wichtigstes Lebensmittel und der wichtigste Faktor <strong>im</strong> Naturhaushalt Die sicher notwendige Ausweisung<br />
von Wasserschutzgebieten bedarf aber gründlicher und vor allem gesicherter Erkenntnisse<br />
der <strong>Grundwasser</strong>verhältnisse.<br />
Wir danken Herrn Prof. Dr. P. Udluft, Universität Würzburg, und seinen Mitarbeitern für die geleistete<br />
Arbeit. Nach den Studien zum Wasserhaushalt <strong>im</strong> oberfränkischen Main- und Regnitztal ist die Untersuchung<br />
über das "<strong>Grundwasser</strong> <strong>im</strong> schwäbischen <strong>Donautal</strong>" die zweite wissenschaftliche Arbeit<br />
in Bayern, die mit den modernen Mitteln der elektronischen Datenverarbeitung über die Programme<br />
MODFLOW und MODBIL <strong>Grundwasser</strong>modelle und <strong>Grundwasser</strong>bilanzen erstellt.<br />
1
Beide Untersuchungen wurden von der bayerischen Sand- und Kiesindustrie in Auftrag gegeben<br />
und finanziert. Wir würden uns freuen , wenn diese Studie zahlreiche Leser der Verwaltung, der<br />
Wasserversorger, der Regionalplanung, der Landes- und Kommunalpolitik, der Universitäten und<br />
Schulen erreichen würde.<br />
München, <strong>im</strong> Mai 2000<br />
)<br />
Jochen Klauser<br />
1 . Vorsitzender<br />
2
Vorbemerkung<br />
Die Anregung zu dieser Studie stammt von Herrn Dr. F. J. Dingethal, Geschäftsführer der Fachabteilung<br />
Sand- und Kiesindustrie <strong>im</strong> Bayerischen Industrieverband Steine und Erden e. V., dem es<br />
gelang, die Sand- und Kiesunternehmer des Schwäbischen <strong>Donautal</strong>es zur Finanzierung des<br />
Projekts zu gewinnen; beiden sei an dieser Stelle vom Auftragnehmer Dank gesagt.<br />
ln den letzten Jahren ist der Talraum der Donau zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau<br />
mehrfach Gegenstand von umweltbezogenen Untersuchungen gewesen. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit<br />
seien hier genannt:<br />
• Wasserwirtschaftliche Rahmenuntersuchung Donau und Main (1985)<br />
• Betrachtungen der Landeswasserversorgung Baden-Württemberg, Stuttgart<br />
• Dillinger Donauried (1990}<br />
• Günzburger Donauried (1993)<br />
• Fachplanung Lech (1995}<br />
• Württemberger Donauried (1997)<br />
• Landschaftspotential Wasser <strong>im</strong> Schwäbischen <strong>Donautal</strong>. ln: Gesamtökologisches Gutachten<br />
Donauried (1998).<br />
Die vielfältige Bedeutung des Talraums eines Flusses liegt nicht zuletzt in der allgegenwärtigen<br />
Verfügbarkeit von Wasser, obwohl von diesem auch beträchtliche Gefahren ausgehen können , wie<br />
das große Hochwasser zu Pfingsten 1999 einmal mehr vor Augen geführt hat. Der Fluß , die Donau,<br />
ist der Sammler aller Gewässer seiner Region; in ihn münden alle Nebenflüsse, in ihn gelangt das<br />
gesamte <strong>Grundwasser</strong> seines Einzugsgebietes. Durch das von der Donau geschaffene Tal muß das<br />
gesamte Wasser wieder abfließen. Ein Teil dieses Wassers wird <strong>im</strong> Talraum selbst neu gebildet, der<br />
größte Teil aber fließt ihr unmittelbar als Grund- oder Oberflächenwasser aus den talbegleitenden<br />
Einzugsgebieten zu.<br />
Diese Studie wurde zwischen 1995 und 1999 gefertigt. Sie hat zum Ziel , das Zusammenwirken der<br />
Gewässer <strong>im</strong> schwäbischen <strong>Donautal</strong> zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau auf einer<br />
Länge von etwa 80 km mit den Möglichkeiten moderner rechnergestützter Modelltechniken zu<br />
erfassen und darzustellen. Die Wasserbilanzen als Grundlage aller folgenden Betrachtungen orientieren<br />
sich dabei an den grundwasserbürtigen Einzugsgebieten, die den Talraum der Donau begleiten.<br />
Somit war es notwendig, einen etwa 15 km breiten Streifen beiderseits der Donau mit zu<br />
3
untersuchen und zu modellieren. Insgesamt wurde eine Fläche von 1500 km 2 kartenmäßig bearbeitet.<br />
Alle Ergebnisse einschließlich der Grunddaten liegen den Auftraggebern sowie dem Bayerischen<br />
Geologischen Landesamt und dem Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft auf CD-ROM vor.<br />
Diese Veröffentlichung vermag nicht alle Ergebnisse darzustellen, gibt aber dennoch auf zahlreichen<br />
Karten einen umfassenden Überblick über die <strong>Grundwasser</strong>verhältnisse des Gebietes. <strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong>modell<br />
ist vom Aufbau und der Datenlage so gestaltet, daß es für Fragestellungen, die dem<br />
Maßstab 1 :25 000 entsprechen, als kompetent angesehen werden kann. Es kann als Grundlage für<br />
Detailbetrachtungen <strong>im</strong> größeren Maßstab dienen, wobei die Modelldaten in der Lage sind, die<br />
wichtigen Randbedingungen für kleinere Ausschnitte vorzugeben.<br />
Die vorgelegte naturwissenschaftliche Studie kann als fundierter Baustein für eine nachhaltige und<br />
umweltgerechte Entwicklung des Wasserhaushaltes <strong>im</strong> schwäbischen <strong>Donautal</strong> verwendet werden.<br />
Die erarbeiteten Modelle, deren Ergebnisse in verschiedenen Karten vorliegen, geben Auskunft über<br />
die Lage von potentiellen Renaturierungsflächen für Niedermoore sowie über Bereiche, die sich aufgrund<br />
durchgeführter flußbaulicher und anderer Maßnahmen für naturnahe Lösungen nicht eignen.<br />
Im Sinne der AGENDA 21 und <strong>im</strong> Sinne des Rates der EG zur "Schaffung eines Ordnungsrahmens<br />
<strong>im</strong> Bereich der Wasserpolitik" kann die vorgelegte Studie helfen, eine nachhaltige Wasserbewirtschaftung<br />
zu verwirklichen.<br />
Würzburg, <strong>im</strong> Mai 2000<br />
Prof. Dr. P. Udluft<br />
4
Inhalt<br />
Naturräumliche Gegebenheiten . . . . . . . . 1 0<br />
Lage <strong>im</strong> Raum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0<br />
Erdgeschichtliche Entwicklung . . . . . . . . 11<br />
Die Donau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
Besiedlung des Donauraumes . . . . . . . . 15<br />
Kl<strong>im</strong>a ............................ 16<br />
Landnutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18<br />
Böden ...... ..................... . 19<br />
Anmoor- und Niedermoorgebiete . . . . . . 20<br />
Die Gewässer des Betrachtungsgebietes 21<br />
Einführung .............. ... . . ..... 21<br />
Oberflächengewässer . . . . . . . . . . . . . . . 21<br />
Die Donau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
Zuflüsse nördlich der Donau . . . . . . . . 23<br />
Zuflüsse südlich der Donau . . . . . . . . . 23<br />
Baggerseen und Baggerweiher . . . . . . 25<br />
<strong>Grundwasser</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
Gewässerqualität/Chemismus der<br />
Gewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27<br />
Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27<br />
Geogene Hintergrundwerte . . . . . . . . . 27<br />
Anthropogene Belastungen . . . . . . . . . 28<br />
Untersuchungen an 417 Gewässerproben<br />
<strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> zwischen Ulm/<br />
Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau<br />
<strong>im</strong> März/Mai 1997 . . . . . . . . . . . . . . . . 30<br />
Fließgewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . 31<br />
Stehende Gewässer . . . . . . . . . . . . 32<br />
Untersuchungen an 10 Baggerseen<br />
<strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong><br />
und Neuburg an der Donau <strong>im</strong><br />
September 1997 . . . . . . . . . . . . . . . . . 39<br />
<strong>Grundwasser</strong>modell "Schwäbisches<br />
<strong>Donautal</strong>" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41<br />
Hydrogeologisches Modell . . . . . . . . . . . 42<br />
Grundlagen des hydrogeologischen<br />
Modells . .... . . .. .. .. ....... . . ... 42<br />
Jura ...... . ... . . . . . . ... . ..... 42<br />
Kreide ........................ 44<br />
Tertiär<br />
44<br />
Quartär ...... . . . . ..... ........ 47<br />
Hydrogeologisches Modell als Grundlage<br />
zur Umsetzung in das numerische<br />
Modell .. . . . . . ................ .. 50<br />
Wasserhaushaltsmodell . . . . . . . . . . . . . . 51<br />
Grundlagen des Wasserhaushalts .... 51<br />
Bilanzprogramm MODBIL .......... 51<br />
Eingabeparameter für die Wasserhaushaltsberechnung<br />
. . . . . . . . . . . . . 56<br />
Kl<strong>im</strong>atische Grunddaten . . . . . . . . . . 56<br />
Standortspezifische Grunddaten . . . 59<br />
Erläuterung der Wasserhaushaltsberechnungen<br />
mit MODBIL am Beispiel<br />
des Blattes TK 7527 Günzburg . . . . . . . . 62<br />
Ergebnis der Wasserhaushaltsbetrachtungen/<strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
<strong>im</strong><br />
Untersuchungsgebiet "Schwäbisches<br />
<strong>Donautal</strong>" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72<br />
Wasserbilanz nördlich des Modellraumes/Abschätzung<br />
des nördlichen<br />
Randzuflusses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73<br />
Numerisches Modell . . . . . . . . . . . . . . . . 75<br />
Erläuterung zum numerischen Verfahren/Mathematische<br />
Formulierung<br />
mit der Finite-Differenzen-Methode . . 75<br />
Horizontale Modellabgrenzung . . . . . . 77<br />
Vertikaler Modellaufbau . . . . . . . . . . . . 78<br />
Randbedingungen des <strong>Grundwasser</strong>strömungsmodells<br />
. . . . . . . . . . . . . . . . 78<br />
Räumliche und zeitliche Diskretisierung<br />
der Modellfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . 83<br />
Kalibrierung des numerischen<br />
Modells ... . ... . ... ... . .... ...... 84<br />
Wasserbilanz des Modells<br />
"Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" . . . . . . . . . . . . 89<br />
Karten und Anwendung des Modells 91<br />
Literatur- und Quellenverzeichnis . . . . . . 96<br />
Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96<br />
Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . 97<br />
Karten/Geologische Karten und<br />
Erläuterungen ................... ... 100<br />
5
Abbildungsverzeichnis<br />
Abb. 1: Lage des Untersuchungsgebietes bzw. des Modellgebietes in der Übersicht . . . . . . 10<br />
Abb. 2: Oberflächengewässer und ihre Einzugsgebiete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21<br />
Abb. 3: Gewässernetzkarte <strong>im</strong> Einzugsgebiet der Donau zur Darstellung von<br />
unterschiedlich dichten Flußnetzen in Abhängigkeit von petrographischgeomorphologisch<br />
bedingten Naturräumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
Abb. 4:<br />
Abb. 5:<br />
Abb. 6:<br />
Abb. 7:<br />
Abb. 8:<br />
Leitfähigkeitswerte in Fließgewässern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33<br />
Leitfähigkeitswerte in stehenden Gewässern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34<br />
Chiaridkonzentrationen in Fließgewässern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35<br />
Chiaridkonzentrationen in stehenden Gewässern .. . ................... ... .. . 36<br />
Nitratkonzentrationen in Fließgewässern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37<br />
Abb. 9: Nitratkonzentrationen in stehenden Gewässern . .. .............. .. ...... . ... 38<br />
Abb. 10: Karstgrundwassergleichenplan für das Donauried und für die <strong>im</strong> Nordwesten<br />
angrenzende Schwäbische Alb vom 12. 9. 1983 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43<br />
Abb. 11: Streichlinien der Molassebasis (Malmoberfläche) bezogen auf NN <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet<br />
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
Abb. 12: Mächtigkeiten der Molasseschichten <strong>im</strong> Donauried . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46<br />
Abb. 13: Hydrologisch/hydrogeologisches Modell "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>"<br />
als Grundlage zur Umsetzung in das numerische Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50<br />
Abb. 14: Kl<strong>im</strong>astationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57<br />
Abb. 15: Oberflächen- und Gesamtabfluß in Abhängigkeit von der Hangneigung . . . . . . . . . . . 63<br />
Abb. 16: Infiltrationsrate in Abhängigkeit von der Hangneigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63<br />
Abb. 17: Zusammenhang zwischen Sättigungszustand des Bodens, reeller Verdunstung<br />
und <strong>Grundwasser</strong>neubildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65<br />
Abb. 18: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit<br />
des Malm ......... . ...... . ........ ... .. ................ .... .... .. ... 67<br />
Abb. 19: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit<br />
des Löß .. . . ..................... .. ............. . ..... . ... . ...... . . . . 69<br />
Abb. 20: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit<br />
des Tertiär . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71<br />
Abb. 21: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die offenen Wasserflächen ....... 72<br />
6
Abb. 22: Räumliche Darstellung eines Modellknotens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76<br />
Abb. 23: Stationäre Kalibrierung: Lage der Kalibrierungspunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85<br />
Abb. 24: Stationäre Kalibrierung: Vergleich der mittleren gemessenen GW-Spiegelhöhen<br />
mit den berechneten Potentialen (langjährige mittlere GW-Verhältnisse)<br />
"Modellraum West" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86<br />
Abb. 25: Stationäre Kalibrierung: Vergleich der mittleren gemessenen GW-Spiegelhöhen<br />
mit den berechneten Potentialen (langjährige mittlere GW-Verhältnisse)<br />
"Modellraum Ost" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87<br />
Abb. 26: Korrelation zwischen gemessenen und berechneten <strong>Grundwasser</strong>spiegelhöhen<br />
(mittlere <strong>Grundwasser</strong>verhältnisse) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88<br />
Abb. 27: Blockbild zur Darstellung der Volumenströme und der Wasserbilanz<br />
des Modells "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90<br />
Tabellenverzeichnis<br />
Tab. 1:<br />
Tab. 2:<br />
Tab. 3:<br />
Tab. 4:<br />
Tab. 5:<br />
Tab. 6:<br />
Gliederung des Quartär . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
Lage relevanter Kl<strong>im</strong>astationen und Kl<strong>im</strong>awerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
Staustufen <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet mit Angabe der Stauziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
Hydrologische Daten der Donau und ihrer Zuflüsse <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet . . . . . . . 24<br />
Analyse von 8 Niederschlagsproben (Mittelwert) ............................. 29<br />
Analyse-Ergebnisse von Wasserproben aus Baggerseen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39<br />
Tab. 7 : HAUDEs Monatskoeffizienten ... . . . ..... . .. ... . .. ....................... . 53<br />
Tab.<br />
8: Wichtung der Kl<strong>im</strong>astationen für die Berechnung der Kl<strong>im</strong>adaten des jeweiligen<br />
Kartenblattes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58<br />
Tab. 9: Bodenklassen mit Bodenkennwerten ....................................... 59<br />
Tab. 10: Geologische Einheiten mit entsprechenden Bodenklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60<br />
Tab. 11: Nutzbare Feldkapazität in Abhängigkeit von Bodenart und Flächennutzung . . . . . . . . 61<br />
Tab. 12: Wasserbilanz für unbewaldete Flächen mit einer Hangneigung von 3° auf dem<br />
Blatt TK 7527 Günzburg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65<br />
Tab. 13: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit<br />
des Malm . ................ . ..... . . . ................................. . 68<br />
Tab. 14: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit<br />
des Löß . . .................... ... . . . . . . .............. .......... ....... 69<br />
7
Tab. 15: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit<br />
des Tertiär . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70<br />
Tab. 16: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die offenen Wasserflächen . . . . . . . . 71<br />
Tab. 17: Flächenhafte <strong>Grundwasser</strong>neubildung (November 1974 bis Oktober 1994)<br />
<strong>im</strong> "Schwäbischen <strong>Donautal</strong>" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73<br />
Tab. 18: Wichtige Wasserbilanzglieder für das Lonetal (überschlägige Betrachtung) . . . . . . . . . 74<br />
Tab. 19: Zusammenfassende Gliederung des vertikalen Modellaufbaues I Umsetzung<br />
des hydrogeologischen Modells in das numerische <strong>Grundwasser</strong>modell . . . . . . . . . . 79<br />
Tab. 20: Übersicht über tatsächliche (Grund-)Wasserentnahmen (Jahresentnahme bzw.<br />
rechnerische Dauerentnahme) aus dem Modellgebiet .......... . . . . ... . .... . . . 81<br />
Tab. 21: Flächenhafte <strong>Grundwasser</strong>neubildung (November 1974 bis Oktober 1994) ... . . . .. 83<br />
Tab. 22: Wasserbilanzkomponenten des Modells "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" . . . . . . . . . . . . . . . 89<br />
Kartenverzeichnis<br />
Ausgedruckte Karten<br />
Karte 1 A und 1 B: Historischer Donauverlauf (1 :50 000)<br />
Karte 2: Satellitenbild der schwäbischen Donau (1 :100 000)<br />
Karte 3: Geologische Übersichtskarte (1 :100 000)<br />
Karte 4:<br />
Wasserschutzgebiete, <strong>Grundwasser</strong>aufschlüsse, Brunnen, Bohrungen<br />
(1 : 100 000)<br />
Karte 5A und 58: Quartärbasis (1 : 50 000)<br />
Karte 6A und 68: Quartärmächigkeit (1 :50 000)<br />
Karte 7A und 78: <strong>Grundwasser</strong>neubildung (1: 50 000)<br />
Karte 8A und 88: <strong>Grundwasser</strong>gleichenplan (1 :50 000)<br />
Karte 9Aund 98: <strong>Grundwasser</strong>flurabstand (1 :50 000)<br />
Karte 1 OA und 1 OB: Chemismus der Oberflächengewässer (1 :50 000)<br />
Karte 11:<br />
Arbeiten mit dem Modell<br />
Digitale Karten auf CD-ROM<br />
ln der Tasche auf der Innenseite des Umschlagdeckels befindet sich eine CD, auf der sich ein digitales<br />
Kartenverzeichnis befindet. Mit Ausnahme der Karte 11 (Arbeiten mit dem Modell) sind alle<br />
Karten in Form von HTML Dokumenten auf der CD enthalten.<br />
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Zum Betrachten der Karten benötigen Sie lediglich einen lnternet-Browser (Netscape oder<br />
MS InternetExplorer jeweils ab Version 4). Nach dem Einlegen der CD in das entsprechende Laufwerk<br />
Ihres Computers öffnen Sie bitte mit dem Browser die Datei index.htm. DurchAnklicken der<br />
entsprechenden Karte erscheint in einem neuen Browserfenster die gewünschte Kartendarstellung.<br />
Zusätzliche Informationen zum Inhalt der CD und ihrer Verwendung befinden sich in der Datei<br />
readme.txt auf der CD.<br />
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Naturräumliche Gegebenheiten<br />
Lage <strong>im</strong> Raum<br />
Die Donau entsteht durch die Vereinigung ihrer beiden Quellflüsse Brigach und Breg bei Donaueschingen<br />
auf einer Höhe von ca. NN + 680 m und mündet nach einer Fließstrecke von etwa<br />
2880 km durch unterschiedlichste Länder, Landschaften und geologische Systeme in das Schwarze<br />
Meer.<br />
Der Untersuchungsraum vorliegender Arbeit umfaßt das schwäbisch-bayerische <strong>Donautal</strong> zwischen<br />
Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau auf einer Länge von 80 km und einem beiderseits bis zu<br />
15 km breiten Saum mit einer kartographisch bearbeiteten Fläche von 1500 km 2 .<br />
Abb. 1: Lage des Untersuchungsgebietes bzw. des Modellgebietes in der Übersicht<br />
<strong>Das</strong> <strong>Donautal</strong> liegt zwischen zwei Naturräumen:<br />
• Nördlich der Donau erfolgt der rasche Anstieg zur Schwäbischen und Fränkischen Alb, die bei<br />
Donauwörth durch den Rieskrater getrennt werden.<br />
• Nach Süden wird die Donauniederung durch die schwäbisch-bayerische Hochfläche und das<br />
Tertiärhügelland begrenzt.<br />
Rücken die von den Einschnitten der alpenseitigen Donauzuflüsse lller, Roth , Günz und Mindel<br />
zerteilten, tertiären Hochflächen zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Offingen nahe an die Donau heran, so<br />
10
weitet sich die Donauniederung mit dem Donauried zwischen Dillingen und Donauwörth und dem<br />
Donaumoos bei Neuburg an der Donau deutlich nach Süden auf.<br />
Der untersuchte Talraum der Donau liegt an der westlichen Begrenzung in einer Höhe von etwa NN<br />
+ 468 m bei Ulm, von etwa NN + 427 m bei Dillingen und von NN + 378 m bei Neuburg an der<br />
Donau an der östlichen Begrenzung. Die Donau selbst wird in diesem Abschnitt durch 11 Staustufen<br />
geregelt: 6 Staustufen gehören den Oberen Donaukraftwerken (ODK), 4 den Mittleren Donaukraftwerken<br />
(MDK) und 1 der Rhein-Main-Donau AG (RMD) . Der östlichste Abschnitt des Untersuchungsgebietes<br />
erfaßt noch etwa zur Hälfte den Gewässerabschnitt der (zwölften) Stauhaltung<br />
Bittenbrunn westlich Neuburg an der Donau; die Staustufe selbst befindet sich bereits östlich der<br />
Bearbeitungsgrenze.<br />
Erdgeschichtliche Entwicklung<br />
Eine erdgeschichtlich orientierte Betrachtung des Donauraumes zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg<br />
an der Donau muß spätestens mit der Beschreibung der Jurazeit beginnen. Die jüngste Einheit<br />
dieser Zeit, der Malm oder Weißjura, ist <strong>im</strong> Norden der Donau als Schwäbische Alb nicht nur landschaftsprägend,<br />
sondern auch für die <strong>Grundwasser</strong>verhältnisse der Region von überragender Bedeutung.<br />
Mit dem Jura begann ein großer Meeresvorstoß, durch den das Nordmeer mit der Tethys - deren<br />
Rest das heutige Mittelmeer bildet - verbunden war. Die zu dieser Zeit entstandenen marinen<br />
Ablagerungen können dreigegliedert werden. Die Ablagerungen des Lias und Doggers umfassen bis<br />
zu 300 m mächtige Tonmergel und marine Feinsande. ln der jüngsten <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet<br />
bedeutenden Stufe, dem Malm, kamen während warmer, mariner Sed<strong>im</strong>entationsbedingungen bis<br />
zu 600 m mächtige Schicht- und Riffkalke bzw. Dolomite zur Ablagerung.<br />
An der Grenze zur Kreide zog sich das Meer weit über den Betrachtungsraum nach Süden zurück.<br />
Dadurch wurde die Malmkalkplatte in der Unterkreide bei tropischem Kl<strong>im</strong>a freigelegt und unterlag<br />
intensiver Verkarstung und Auflösung; Relikte der Bodenbildung aus dieser Zeit sind die auf der Alb<br />
zu findenden Bohnerze. Diese Erze waren ein Grund für die frühe Besiedlung der Region in der Hallstatt-Zeit.<br />
ln der Oberkreide drang das Meer wieder nach Norden vor und hinterließ seine Spuren <strong>im</strong> Betrachtungsraum<br />
bei Neuburg an der Donau, wo einige Zehner Meter mächtige, vom umgebenden Festland<br />
geprägte, sandig-kiesige Schichten zur Ablagerung kamen.<br />
Im Alttertiär wurden <strong>im</strong> Zuge der alpinen Deckenüberschiebung Teile Süddeutschlands herausgehoben<br />
und abgetragen, wobei sich das süddeutsche Schichtstufenland bildete. Im Süden senkte<br />
sich der Molassetrog ein und nahm den Schutt der sich auftürmenden Alpen auf. Diese bis 5000 m<br />
mächtigen Konglomerate, Sande und Tone dünnen nach Norden aus und liegen auf Höhe der Donau<br />
nur noch als wenige 100 m mächtige, gering durchlässige Feinsande und Tone dem Malmkarst auf<br />
(BAYERISCHES GEOLOGISCHES LANDESAMT, 1996).<br />
11
Die Entstehungsgeschichte der Donau selbst kann man bis in die Tertiärzeit zurückverfolgen, wenn<br />
auch für den lang andauernden Prozeß ein genaueres Geburtsdatum nicht angegeben werden kann.<br />
Es ist jedoch sicher, daß das Werden der Alpen und die Entwässerung des Gebirgszuges durch ein<br />
sich bildendes Entwässerungssystem Hand in Hand gingen. Durch die Kollision der alpinen Platte<br />
mit der Süddeutschen Großscholle bildete sich das noch heute wirksame Plattenscharnier <strong>im</strong> Bereich<br />
des Jura-Hauptkammes heraus; von hier taucht der Jura konsequent nach Süden bis unter<br />
den Alpenkörper auf Teufen von mehr als 6000 m ab.<br />
Mit der Einsenkung des Molassetroges kam es an dessen Nordrand, der Südabdachung der Weißjuratafel-<br />
der heutigen Schwäbischen Alb-, zu l<strong>im</strong>nischen, fluviatilen, brackischen und marinen Ablagerungen,<br />
die von lebhaften Krustenbewegungen und Erosionsphasen unterbrochen wurden. Auf<br />
ein ausgeprägtes Relief mit Höhenunterschieden von mehr als 50 m wurden aus Seen der Unteren<br />
Süßwassermolasse (USM) bunte tonige Mergel, Süßwasserkalke und durch Flüsse aus den Alpen<br />
Feinsande abgelagert. Die Schichten sind unter dem Donauried und besonders zwischen Ulm und<br />
Langenau, einschließlich des steilen <strong>Donautal</strong>hangs zwischen dem Donauried und dem Lonetal,<br />
erhalten. Unter starker Abrasion (flächenhafter Abtragung) der Landschaft, die <strong>im</strong> Satellitenbild<br />
(s. Karte 2) deutlich erkennbar ist, dehnte sich das Meer der Oberen Meeresmolasse (OMM) bis zu<br />
seiner landschaftlich auch heute noch weithin gut erkennbaren Küstenlinie, dem Kliff, aus.<br />
Mit dem Aussüßen des miozänen Molassemeeres begann auch eine Heraushebung der schwäbisch-bayerischen<br />
Ebene über das Meeresniveau. Es bildete sich nahe der Klifflinie ein nach Osten<br />
in das Pannonische Becken und eine nach Westen gerichtete Entwässerung heraus. Am Rande der<br />
Malmtafel sammelten sich die Wässer und flossen in ihr nach WSW gegen Schaffhausen ab, wo sie<br />
ins Meer mündeten. Eine 8-13 km breite Zone wurde ausgefurcht, zum Teil bis auf den Jura, und in<br />
ihr erfolgte die mittelmiozäne (helvete) Ablagerung der Graupensande oder Gr<strong>im</strong>melfinger<br />
Schichten (REICHENBACHER et al. , 1998). Kalke fehlen , bezeichnend sind hagelkorngroße Quarzkörner.<br />
Daneben kommen Feldspat, Hornstein und Lydit vor. Die Gerölle werden bei Ulm (Gr<strong>im</strong>melfingen)<br />
bis 4 cm groß.<br />
Während der Zeit der Gr<strong>im</strong>melfinger Schichten lag die schwäbisch-bayerische Hochebene trocken,<br />
ältere tertiäre Ablagerungen wurden abgetragen, so daß die folgende Obere Süßwassermolasse<br />
(OSM) innerhalb der Klifflinie auf Weißjura zu liegen kam. Die OSM bedeckte dann als ein großer See<br />
das heutige Tertiärhügelland. Er erreichte nicht nur die alte Klifflinie, sondern drang auch in alte Täler<br />
ein . Gerölle und wenig gerundete Blöcke leiteten die Ablagerungen ein. Häufig sind Knollenkalke,<br />
deren lockerer Verwitterungsschutt von Kalk überkrustet wurde. Mergel und feine Sande herrschten<br />
in Oberschwaben vor. Die Sande und Schluffe sind meist noch ziemlich locker oder nur teilweise<br />
verbacken; sie tragen die Namen Flinzsande und Flinzmergel. Ureletanten wie Dinotherium bavaricum<br />
und Mastodon angustidens wurden darin gefunden. Mit den Sanden des obermiozänen Flinzes<br />
verzahnen sich <strong>im</strong> Süden mächtige Geröllströme der alpinen Nagelfluh.<br />
Von der Alb her kamen <strong>im</strong> Obermiozän Geröllmassen, die durchweg von Flüssen transportiert wurden;<br />
ein Beweis für die schräge Hebung von Alb und Schwarzwald. Ihre Zusammensetzung gibt<br />
Aufschluß über das Einzugsgebiet der Urdonau bzw. über die damals noch vorhandenen Gesteine.<br />
Zwischen Heidenhe<strong>im</strong> und Tuttlingen besteht die Juranagelfluh nur aus Weißjura; an der heutigen<br />
12
oberen Donau stellten sich auch tiefere Schichten ein , bis hinunter zum Muschelkalk der Trias,<br />
während <strong>im</strong> Wutachgebiet die Abtragung den Granit erreicht (WAGNER, 1950).<br />
Die Donau<br />
Am Ende des Obermiozäns ist der süddeutsche Süßwassersee verschwunden. Die Donau, die zuvor<br />
wohl nur in ihren Grundzügen zu erkennen war, n<strong>im</strong>mt nun Gestalt an ; die vielen Flüsse, die<br />
zuvor ihren Schutt <strong>im</strong> Molassebecken abgeladen hatten, werden von der Donau gesammelt und<br />
dem zurückweichenden See zugeführt. Im Pliozän mündet sie bereits ins Pannonische Becken. Die<br />
Donau hat sich kaum in den Albkörper eingetieft. Ihre Schotter liegen heute sichtbar als Relikte auf<br />
der Albhochfläche. Die Schweizer Aare war damals der Oberlauf der Donau; ein Teil der heute noch<br />
zu findenden Quarzitschotter stammt aus dem Aare-Massiv.<br />
Vor etwa 16 Mio. Jahren schlug auf der Toplage des Malm ein Meteorit ein und formte so das Ries.<br />
Sein über 600 m tiefer Krater wurde <strong>im</strong> Lauf der Zeit (bis heute andauernd) mit Seesed<strong>im</strong>enten<br />
gefüllt: <strong>Das</strong> Riesereignis hatte möglicherweise zur Folge, daß die Donau nach Süden abgelenkt<br />
wurde. Durch den lmpakt wurde der <strong>Grundwasser</strong>abstrom aus dem Malm zur Donau weitgehend<br />
unterbunden; die Altmühl n<strong>im</strong>mt heute die Grundwässer auf. Die Donau transportierte bis ins<br />
Unterpliozän sehr viele alpine Gerölle, die in Süddeutschland nicht he<strong>im</strong>isch sind (Radiolarite, Gl<strong>im</strong>merquarzite,<br />
große Gangquarze). Auch war ihr noch ein großer Teil des oberen Neckargebietes<br />
abflußpflichtig.<br />
Wann die Ablenkung der einzelnen Zuflüsse der Donau zwischen Aare und lller erfolgte, ist noch<br />
nicht eindeutig nachgewiesen. Der pleistozäne Einbruch des Bodensees hat jedoch die Entwässerung<br />
gründlich geändert.<br />
Von stärkstem Einfluß auf die Landschaftsgestaltung war der Einbruch des Rheintalgrabens, der<br />
große Höhenunterschiede schuf und damit die Abtragung belebte. Seine Zuflüsse schnitten sich<br />
rasch rückwärts ein, in die alten Entwässerungsnetze einbrechend, und zwar zu beiden Seiten des<br />
Rheintalgrabens. Die stärksten Zuflußverluste erlitt die Donau nicht nur <strong>im</strong> Pleistozän, sondern<br />
bereits <strong>im</strong> Pliozän und Miozän.<br />
Kl<strong>im</strong>averänderungen führten zum Ende des Pliozän in weiten Teilen Europas zur Vereisung; mit<br />
dieser Zeitmarke beginnt die Erdneuzeit, das Quartär. Der Hauptteil des Quartärs gehört zum<br />
Pleistozän (Diluvium); als jüngsten Abschnitt kann man das Holozän (Alluvium) abtrennen. Von diesem<br />
Zeitpunkt an greift der Mensch dominant in das Erdgeschehen ein und gestaltet die Geschichte<br />
(FRISCH , 1979). Im Pleistozän wechselten sich Kaltzeiten mit dazwischenliegenden Warmzeiten ab.<br />
Im Verlauf der Warmzeiten dürfte der Raum dicht bewaldet gewesen sein, während der Kaltzeiten<br />
herrschte eine Steppen- und Tundrenlandschaft vor. Als Zeitgrenze zum Holozän kann man die Auflösung<br />
der geschlossenen Eisdecke in Skandinavien wählen, die über 9000 Jahre zurückliegt.<br />
Die Eiszeit begann nach neuesten Erkenntnissen (JERZ, 1996) bereits vor 2,47 Mio. Jahren. Insgesamt<br />
können sieben Kaltzeiten unterschieden werden, von denen die beiden letzten, die Riß- und<br />
Würmkaltzeit, die am besten erhaltenen Spuren zurückgelassen haben. Am Ende jeder Eiszeit kam<br />
13
es durch Schmelzwässer zu verstärktem Abfluß, in dessen Folge die Täler ausgeräumt und eingetieft<br />
wurden. Mit nachlassender Wasserführung waren dann die Flüsse nicht mehr in der Lage,<br />
den zugeführten Schutt fortzuschaffen, so daß es nach den Ausräumungsphasen zu Phasen der<br />
Aufschotterung kam.<br />
Tab. 1: Gliederung des Quartär<br />
Serie Jahre vor heute Stufe Gliederung für Alpen und Alpenvorland<br />
Holozän Jungholozän Postglazial<br />
Mittelholozän "Geologische Gegenwart"<br />
- 10000 Altholozän<br />
Pleistozän Jungpleistozän Würm-Kaltzeit<br />
- 130 000 Riß/Würm-lnterglazial<br />
Mittelpleistozän Riß-Kaltzeit<br />
- 380000 Mindei/Riß-lnterglazial<br />
Altpleistozän<br />
Mindei-Kaltzeit<br />
Haslach/Mindel-lnterglazial<br />
Haslach-Kaltzeit<br />
Günz/Haslach-lnterglazial<br />
Günz-Kaltzeit<br />
- 780000 Donau/Günz-lnterglazial<br />
Ältestpleistozän Donau-Kaltzeit<br />
- 2470000 Biberkaltzeit<br />
Im Flußgebiet der Oberen Donau und der Wutach besitzen die quartären Ablagerungen eine<br />
gemeinsame Geschichte. Die ältesten Ablagerungen sind die Kiese und Sande der Feldbergdonau,<br />
die zwischen Eichberg und Buchberg zur Donau abfloß. Auf den Flanken der heute tief eingeschnittenen<br />
Wutachschlucht sind noch einzelne bis 15 m mächtige Kiesvorkommen der ehemaligen<br />
breiten Talfüllung vorhanden.<br />
Die Goldshöfer Sande um Aalen <strong>im</strong> Flußgebiet der Kocher und der Jagst sind Ablagerungen eines<br />
altquartären Flußsystems (Ur-Brenz), das noch zur Donau entwässerte. Während von den ältestpleistozänen<br />
Ablagerungen <strong>im</strong> Donaugebiet nur Fragmente erhalten sind, finden sich alteiszeitliche<br />
Schotterplatten in Form von meist stark zertalten Riedelrücken vor allem <strong>im</strong> Gebiet zwischen lller<br />
und Lech. Diese Schotter sind meist tief lehmig verwittert oder als Nagelfluh ausgebildet. Mindelund<br />
vor allem rißeiszeitliche Schotter liegen heute als talbegleitende, weitgehend grundwasserfreie<br />
Terrassen (Hochterrassen) vor. Die Schotter der Würmeiszeit (Niederterrassen) und des Holozäns<br />
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ilden die grundwassererfüllten Talungen aller dem Alpen- und Voralpengebiet entspringenden<br />
Flüsse sowie der Donau.<br />
Besiedlung des Donauraumes<br />
Erste Anzeichen menschlicher Aktivitäten finden sich nach neuesten Forschungsergebnissen in<br />
Form von etwa 30 000 Jahre alten Siedlungsresten und 13 000 Jahre alten Felszeichnungen in<br />
Höhlen der Alb (CONRAD, UERPMANN, 1999). Mit dem Ende des Pleistozäns entstand in der<br />
Mittelsteinzeit das <strong>Donautal</strong> mit seiner Füllung in der heutigen Form. Der <strong>Grundwasser</strong>reichtum,<br />
insbesondere bedingt durch den Zustrom von den Rändern, brachte eine Niedermoor- und Riedlandschaft<br />
hervor. Die Ablagerungen von schluffig-humosen Muddeschichten in den stehenden<br />
Wasserflächen führten zu fortschreitender Verlandung und der Bildung von Schilftorfen. An den Talrändern<br />
und auf den begleitenden Höhen wuchs Eichenmischwald, den mäandrierenden Fluß<br />
begleiteten Auwälder.<br />
Die frühe Eisenzeit (Hallstattzeit vor 2750 bis 2500 Jahren) ist durch die Kultur der Kelten gekennzeichnet,<br />
die den bewaldeten Höhen den Namen "Jura" gaben. Die Kelten gewannen Eisen aus<br />
Bohnerzen, die sie an verschiedenen Fundstellen <strong>im</strong> Gebiet der Schwäbischen Alb antrafen. Die<br />
Verhüttung des Eisens erfolgte direkt vor Ort. <strong>Das</strong> für die Eisenverhüttung notwendige Abholzen der<br />
Wälder schuf gleichzeitig Acker- und Weideflächen. ln der späten Eisenzeit (Latenezeit vor 2500 bis<br />
1950 Jahren) lebten die Kelten als Bauern, als Händler und Handwerker insbesondere auf der<br />
Schwäbischen Alb; das <strong>Donautal</strong> selbst war hingegen wegen der häufigen Hochwässer weitgehend<br />
unbewohnt. Funde von Handelsgütern aus den Mittelmeerkulturen, insbesondere aus Griechenland<br />
und Italien, belegen die bereits damals schon guten Verbindungen zum Süden.<br />
Die Machtübernahme <strong>im</strong> Donauraum durch die Römer erfolgte ab ca. 100 n. Chr. Dabei vermischten<br />
sich die Kelten mit den eingewanderten Römern. Mit dem Niedergang des Römischen Reiches<br />
drangen die Alemannen- ab etwa 250 n. Chr. -18- aus der Mark Brandenburg nach Südwesten vor.<br />
Sie nannten sich selbst in späterer Zeit auch Sueven oder Sueben ("Schwaben"). Sie siedelten wie<br />
die Römer an den Rändern des <strong>Donautal</strong>s und auf den erhöht liegenden "Verbergen" zur Schwäbischen<br />
Alb. Eine genauere Zuordnung der Siedlungsgründungen ergibt sich aus der Endung des jeweiligen<br />
Ortsnamens. So sind Orte mit der Namensendung "-ingen" in der Regel schwäbisch-alemannischen<br />
Ursprungs, Ortsnamen mit "-he<strong>im</strong>" verweisen auf fränkische Siedlungen (ZWECKVER<br />
BAND LANDESWASSERVERSORGUNG, 1997).<br />
Sehr bald erkannten die Sueben den Wert des Torfes als Brennmaterial. Der erste Torfabbau begann<br />
bereits um das Jahr 500, so daß auch wohl um diese Zeit eine Besiedlung des Mooses auf etwas<br />
höher gelegenen Flächen einsetzte. Die Kultivierung der abgetorften Flächen und weitere Trockenlegungen<br />
erfolgten Zug um Zug. Über 1000 Jahre lang sind keine nennenswerten Veränderungen<br />
eingetreten. Die nach dem 30jährigen Krieg einsetzende Bevölkerungszunahme führte dann zu Engpässen<br />
in der Ernährung. Im 18. und 19. Jahrhundert wanderten viele Menschen aus den von Armut<br />
geprägten Landstrichen der Schwäbischen Alb in das <strong>Donautal</strong>.<br />
Von Bedeutung war die Schiffahrt und auch die Flößerei auf der Donau, obwohl der Fluß einen star-<br />
15
ken Wechsel zwischen Niedrig- und Hochwasser zu verzeichnen hatte. Die Hauptarbeiten zur<br />
Regulierung und Begradigung der Donau wurden <strong>im</strong> Zeitraum von 1806 bis 1871 durchgeführt und<br />
der Fluß weitgehend in seine heutige Form gebracht. Die Karte 1 zeigt den Verlauf der Donau vor<br />
200 Jahren: viele Flußschlingen werden von umfangreichen Auwäldern umsäumt, die Niedermoore<br />
sind noch weitgehend vorhanden. Durch die Begradigung der Donau erhöhte sich das Fließgefälle,<br />
so daß sich der Fluß in wenigen Jahrzehnten bis zu zwei Meter eintiefte. Gleichzeitig senkte sich<br />
auch der <strong>Grundwasser</strong>spiegel, die Trockenlegung von Moos- und Riedflächen bei gleichzeitiger<br />
Ausweitung der Ackerflächen war die Folge.<br />
Zwischen Ulm und Neuburg an der Donau wurden ab dem Jahr 1960 zwischen Obereiehingen und<br />
Fa<strong>im</strong>ingen sechs Stauwehre mit Wasserkraftanlagen durch die Oberen Donaukraftwerke (ODK) in<br />
Betrieb genommen. ln den folgenden Jahren kamen vier Staustufen der Mittleren Donaukraftwerke<br />
(MDK) zwischen Dillingen und Donauwörth sowie die Staustufe Bertoldshe<strong>im</strong> der Rhein-Main<br />
Donau AG (RMD) hinzu. Die Staustufe Bittenbrunn westlich Neuburg an der Donau befindet sich<br />
bereits außerhalb des Untersuchungsgebietes. Die Stauhaltungen haben heute einen beachtlichen<br />
Einfluß auf die Wechselwirkung zwischen Fluß- und <strong>Grundwasser</strong>.<br />
Heute leben <strong>im</strong> Betrachtungsgebiet etwa 250 000 und <strong>im</strong> Talraum selber etwa 155 000 Menschen.<br />
Kl<strong>im</strong>a<br />
Den <strong>im</strong>mer wiederkehrenden Ablauf des Wettergeschehens in einer best<strong>im</strong>mten Gegend bezeichnet<br />
man als dessen Kl<strong>im</strong>a (griechisch Kl<strong>im</strong>a = Gegend, Landstrich). Diese kl<strong>im</strong>atischen Gegebenheiten<br />
lassen sich mit den längerfristigen Mittelwerten von Meßparametern beschreiben. Dazu gehören in<br />
erster Linie der Niederschlag, die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit, aber auch die Sonnenscheindauer<br />
und der Wind. Vergleicht man die Kl<strong>im</strong>adaten des gesamten betrachteten Gebietes,<br />
so entsprechen sie weitgehend den Mittelwerten Gesamtbayerns (s. Tab. 2).<br />
Eine differenzierte Betrachtung des Raumes läßt jedoch grundsätzlich eine Aufteilung in vier Teilbereiche<br />
sinnvoll erscheinen:<br />
A) die westliche Malmtafel,<br />
B) das Riesgebiet und die östliche Malmtafel,<br />
C) der Donau-Talraum,<br />
D) das südliche Tertiärhügelland.<br />
Zu A)<br />
Die auf Höhen von über NN + 700 m aufsteigende westliche Malmtafel trägt <strong>im</strong> Schwäbischen die<br />
Bezeichnung "Rauhe Alb", womit ein Kl<strong>im</strong>abereich relativ niedriger Temperaturen und hoher Niederschläge<br />
gekennzeichnet wird. Die höchsten mittleren Niederschläge <strong>im</strong> Betrachtungsgebiet werden<br />
an der Station Laiehingen (NN + 747 m) mit 1080 mm/a registriert, die mittlere Jahrestemperatur<br />
erreicht nur 7,0 oc (s. Tab. 2).<br />
16
Zu B)<br />
<strong>Das</strong> östlich anschließende Ries und auch die östliche Malmtafel zwischen Monhe<strong>im</strong> und Weilhe<strong>im</strong><br />
liegen mit Höhen bei NN+450 m bis NN+500 m deutlich niedriger als die westlichen Bereiche. Bedingt<br />
durch die Leelage <strong>im</strong> Westwindschatten und die geringere Höhe sind die Niederschläge niedriger<br />
und die Temperaturen höher als <strong>im</strong> Westen . Die Meßstation Nördlingen (NN + 425 m) weist mit<br />
nur 660 mm/a die geringsten Niederschläge bei einer mittleren Jahrestemperatur von 8,4 oc auf. Die<br />
Station Weißenburg (NN + 422 m) zeigt mit 700 mm/a Niederschlag und 8,5 oc mittlerer Jahrestemperatur<br />
vergleichbare Werte (s. Tab. 2).<br />
Zu C)<br />
Der eigentliche Talraum der Donau weist die günstigsten kl<strong>im</strong>atischen Bedingungen auf. Die<br />
Niederschläge liegen bei 700 bis 770 mm/a, wobei 250 bis 300 mm <strong>im</strong> Sommerhalbjahr und 425<br />
bis 475 mm <strong>im</strong> Winterhalbjahr fallen. Die mittlere Jahrestemperatur erreicht mit annährend 9 oc die<br />
höchsten Werte der Region. Nebelbildung in den Wintermonaten, bedingt durch geringe Flur-<br />
Tab. 2: Lage relevanter Kl<strong>im</strong>astationen und Kl<strong>im</strong>awerte<br />
Kl<strong>im</strong>astation betrachteter Höhe HW RW Nieder- mittlere mittlere<br />
Zeitraum [NN+m] [Gauß- [Gauß- schlag Temperatur Luftfeuchte<br />
Krüger] Krüger] [mm/a] rc1 [%]<br />
Ulm/ Donau 11.74-10.94 522/567 5361360 3571460 774 8 79,9<br />
Kaishe<strong>im</strong>-Neuhat 11 .74-10.94 516 5404330 4410990 814 7,8 79,1<br />
Augsburg-Mühlhausen 11 .74-10.94 461 5366000 4420800 792 8,3 78,4<br />
Weißenburg/ Bay. (Wst.) 11 .74-10.94 422 5431850 4424060 702 8,5 76 ,7<br />
Heidenhe<strong>im</strong>-Brenz 11.74-10.94 500 5394410 3584850 893 7,4 79,9<br />
Ellwangen-Jagst 11.74-10.94 443 5426120 3582380 822 8,1 78,6<br />
Kösching 11 .74-10.94 417 5410490 4462480 715 8,1 81 ,2<br />
Nördlingen 01.83-10.94 425 5412610 4389720 656 8,4 79,5<br />
Laiehingen 01 .83-10.94 747 5373600 3551790 1079 7 78,2<br />
Eichstätt 01 .83-1 0.94 397 5417900 4439490 813 8,5 77,6<br />
Krumbach-Edenhausen 11 .74-10.90 520 5355550 3601760 966 7,9 79,7<br />
Neuburg/ Kammel-<br />
Naichen<br />
Dillingen-Donau 01 .83-1 0.94 435 5382470 3610670 777 8,9 77 ,2<br />
Karlshuld/Königsmoos-<br />
Untermaxteid 01 .84-1 0.94 374 5392860 4442460 790 8 80,6<br />
"Schwäbisches 815 8,1 79<br />
<strong>Donautal</strong>"<br />
Bayern, gesamt ca.835 ca. 8,5 ca. 79<br />
17
abstände des <strong>Grundwasser</strong>s und durch die große Zahl offener Wasserflächen, verhindert strenge<br />
Fröste; die mittleren Januartemperaturen liegen zwischen -1 und-2 oc, <strong>im</strong> Juli werden 17 bis 18 oc<br />
erreicht. Die mittlere potentielle Verdunstung kann mit 550 mm/a, die reelle Jahresverdunstung mit<br />
450 bis 550 mm angegeben werden.<br />
Zu D)<br />
Im südlichen Tertiärhügelland steigen die Niederschläge gegenüber dem <strong>Donautal</strong> wieder auf Werte<br />
von 800 mm/a und darüber an , während die Temperaturen zurückgehen. So erreichen die Niederschläge<br />
am Südrand des Betrachtungsgebietes (Krumbach NN + 520 m) 960 mm/a bei einer mittleren<br />
Jahrestemperatur von nur noch 7,9 °C. Die mittlere jährliche potentielle Verdunstung liegt<br />
bei 500 mm/a, wobei sich nach Süden zu die Werte der reellen Verdunstung an die der potentiellen<br />
Verdunstung annähern.<br />
Landnutzung<br />
<strong>Das</strong> Untersuchungsgebiet unterliegt unterschiedlichen und teilweise konkurrierenden Nutzungsansprüchen.<br />
Zu nennen sind hier<br />
• die Landwirtschaft,<br />
• die Wasserversorgung,<br />
• die Rohstoffgewinnung (Sand- und Kiesabbau) ,<br />
• die Siedlungs- und Infrastruktur,<br />
• die Entwicklung von Industrie und Gewerbe,<br />
• der Natur-, Landschafts- und Artenschutz,<br />
• die Freizeit- und Erholungsnutzung.<br />
Die aus der unterschiedlichen Nutzung entstehende Konkurrenz gewinnt meist dann an Bedeutung,<br />
wenn sie ein und die selbe Flächeneinheit betrifft. Andererseits können bereits Nutzungsziele <strong>im</strong><br />
Widerspruch zu Schutzzielen stehen und damit zur Konfliktbildung beitragen. Nutzungen mit "Fernwirkung"<br />
sind <strong>im</strong> Bereich wasserwirtschaftlicher Belange die Regel. So hat z. B. das Anlegen von<br />
Drängräben die Ausweitung der Landnutzung ermöglicht, andererseits aber auch Flächen beeinflußt,<br />
die in ihrem Bestand geschützt werden sollten.<br />
Naturnahe oder weitgehend ursprüngliche Räume sind <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet kaum mehr anzutreffen.<br />
Nach einer vom WWF (World Wide Fund For Nature) veröffentlichten Studie ist die Auelandschaft<br />
der Donau in Deutschland weitgehend zerstört, ohne daß Möglichkeiten gesehen werden,<br />
den ursprünglichen Naturraum wieder herzustellen (WWF-AUEN-INSTITUT, 1999}. Einen gewissen<br />
ursprünglichen Charakter <strong>im</strong> Betrachtungsraum weisen einige Magerwiesen auf der Schwäbischen<br />
Alb sowie die Reste des Auwaldes der Donau auf. Einigen älteren ehemaligen Baggerseen, die heute<br />
nicht als Bade- oder Fischweiher genutzt werden, kann man ebenfalls eine gewisse Naturnähe<br />
zusprechen, solange in ihre Biotopentwicklung nicht eingegriffen wird. Sie stellen einen gewissen<br />
Ersatz für verlorengegangene Flußmäander dar. Mäanderreste sind nur noch zwischen Offingen und<br />
Dillingen sowie zwischen Tapfhe<strong>im</strong> und der Lechmündung vorhanden.<br />
18
Der Untersuchungsraum umfaßt mit einer Fläche von ca. 1500 km 2 den Talraum der Donau auf einer<br />
Länge von 80 km zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau und dessen direkten <strong>Grundwasser</strong>zustrombereich<br />
auf 15 km beiderseits des Flusses. Von der Gesamtfläche sind ca. 280 km 2<br />
bewaldet, das entspricht 18,5%. Der Talraum selbst umfaßt eine Fläche von ca. 800 km 2 , wobei<br />
auf die Aue ohne Hochterrassen 680 km 2 und auf die Hochterrassen 120 km 2 entfallen. Die Fläche<br />
der Donau beläuft sich auf 13,8 km 2 , die der Baggerseen auf 20 km 2 . Die überbaute, versiegelte<br />
oder teilversiegelte Fläche liegt bei 40 km 2 . Etwa 10 km 2 sind als Naturschutzgebiete ausgewiesen.<br />
Die Fläche der Wasserschutzgebiete beträgt 172 km 2 . Die Landnutzung <strong>im</strong> gesamten Betrachtungsraum<br />
ist durch Ackerbau geprägt (ca. 1150 km 2 ). Im Talbereich einschließlich der Hochterrassen<br />
werden heute ca. 450 km 2 landwirtschaftlich genutzt. Der Umbruch des Grünlandes, der in den<br />
letzten Jahrzehnten zu einer mehr als 80%igen Feldnutzung geführt hat, ist in letzter Zeit wieder<br />
rückläufig.<br />
<strong>Das</strong> Untersuchungsgebiet beinhaltet neben dem Verdichtungsraum Ulm/Neu-U<strong>im</strong> u. a. die Städte<br />
Günzburg, Gundelfingen, Höchstadt, Dillingen, Donauwörth und Neuburg an der Donau.<br />
Einen Überblick über das Untersuchungsgebiet bietet das Satellitenbild (Karte 2). Es vermittelt einen<br />
Einblick über die naturräumlichen Gegebenheiten und die verschiedenen Nutzungen. Des weiteren<br />
ermöglicht es einen ersten Eindruck über die hydrologischen Gegebenheiten und Zusammenhänge.<br />
Deutlich zu erkennen sind als Hauptstrukturen das <strong>Donautal</strong>, die nördlich angrenzende Schwäbische<br />
und Fränkische Alb mit dem trennenden Rieskrater sowie die von den Alpenflüssen durchschnittenen<br />
Tertiärhochflächen. Im <strong>Donautal</strong> fällt die flächenmäßig überwiegende landwirtschaftliche<br />
Nutzung auf; die Bewaldung ist auf Restbestände des donaubegleitenden Auwaldes zurückgedrängt.<br />
Die Bereiche des Günzburger Donauriedes, einige kleinere Flächen zwischen Dillingen<br />
und Donauwörth sowie das Donaumoos südlich Neuburg an der Donau zeichnen sich noch als vom<br />
Grundsatz her grundwassernahe Flächen ab, während z. B. das Glötter Ried südwestlich Dillingen<br />
diesen Charakter verloren zu haben scheint. Neben der Donau selbst sind an offenen Wasserflächen<br />
die größeren Sand- und Kiesabbaubereiche zu erkennen. Nördlich und südlich des <strong>Donautal</strong>s tritt<br />
der Waldanteil mehr in den Vordergrund; der Rieskrater ist fast ausschließlich landwirtschaftlich<br />
genutzt. Die Talräume der südlichen Nebenflüsse werden landwirtschaftlich mit- <strong>im</strong> Vergleich zum<br />
<strong>Donautal</strong>- höherem Gründlandanteil bewirtschaftet. Die Tertiär-Rücken sind großflächig bewaldet.<br />
Böden<br />
Für die Entstehung der unterschiedlichen Bodenarten sind in gleicher Wertigkeit das Ausgangsgestein,<br />
die Kl<strong>im</strong>ageschichte, die Durchfeuchtung und die Bewirtschaftung von prägender Bedeutung.<br />
So sind <strong>im</strong> Betrachtungsraum wiederum <strong>im</strong> Norden die Malmtafel und das Riesgebiet, in der<br />
Mitte die Donauaue selbst und <strong>im</strong> Süden das Tertiärhügelland zu nennen.<br />
Auf der verkarsteten Malmtafel lagern schlecht entwickelte Rendzinen - und unter den Braunerden<br />
der fetten Lehmüberdeckungen - Relikte der Terra fusca aus der Tertiärzeit. ln hohen, exponierten<br />
Lagen findet man Braunerden aus gelben bis ockerfarbigen steinigen Lehmen. ln einigen Bereichen<br />
sind auf reliktischen Lößen ackerbare Flächen vorhanden. ln den häufig trockenfallenden Tälern<br />
19
liegen Abschlämmassen mit erhöhtem Wasserspeichervermögen. Südlich der Klifflinie des Burdigalmeeres<br />
finden sich auf der Abrasionsfläche Relikte tertiärer Sande und Schluffe, auf denen sich<br />
Braunerden guter Qualität entwickeln konnten.<br />
Die leicht erhöht liegenden älteren Terrassen des <strong>Donautal</strong>s (Hochterrassen) tragen z. T. gut entwickelte<br />
Lößböden mit alten Ackerkulturen. Im eigentlichen Überschwemmungsgebiet der Donau,<br />
den Niederterrassen, finden sich überwiegend grund- und oberflächenwasserbeeinflußte Böden,<br />
die bis in die jüngste Zeit hinein von untergeordnetem wirtschaftlichem Wert waren . Heute sind<br />
Nieder- und Anmoorböden in ihrer ursprünglichen Ausbildung fast nicht mehr anzutreffen. Die Bildung<br />
dieser Nieder- und Anmoorböden ging mit den hohen <strong>Grundwasser</strong>ständen und dem damit<br />
verbundenen Sauerstoffmangel einher. Eine ertragreiche Agrikultur wurde auf diesen Flächen erst<br />
durch die Donaubegradigung und die damit verbundene Dränung, d.h. Absenkung des <strong>Grundwasser</strong>s<br />
um ein bis zwei Meter ermöglicht. Heute sind nur noch an wenigen Stellen die Voraussetzungen<br />
für den Erhalt naturnaher Nieder- und Anmoore gegeben. Da intakte Nieder- und<br />
Anmoore durch direkten <strong>Grundwasser</strong>kontakt praktisch <strong>im</strong>mer wassergesättigt sind, ist ihre<br />
zusätzliche Wasserspeicherfähigkeit sehr eingeschränkt; ihr Beitrag zur Wasserrückhaltung und<br />
zum Hochwasserschutz wird <strong>im</strong>mer wieder erwähnt, ist jedoch in Wirklichkeit nicht gegeben. Dennoch<br />
sind diese Flächen <strong>im</strong> Sinne des Naturschutzes aufgrund ihrer heutigen Singularität als sehr<br />
wertvoll anzusehen.<br />
An das <strong>Donautal</strong> schließt sich <strong>im</strong> Süden das Tertiärhügelland an , das vielerorts durch eiszeitliche<br />
Ablagerungen überprägt ist. Tiefgründig verwitterte Braunerden und Parabraunerden sind typisch<br />
für die Flächen der älteren eiszeitlichen Ablagerungen; häufig sind diese mit Wald bestockt. Die<br />
sandigeren Braunerden des Tertiärs, die den größten Teil dieser Flächen einnehmen, bilden<br />
Ackerflächen und Weideland.<br />
Anmoor- und Niedermoorgebiete<br />
Die Gesamtfläche der Moorgebiete <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet (s. Karte 3) umfaßt insgesamt eine<br />
Größe von etwa 20 km 2 (ZETTLER, 1998). Die größten zusammenhängenden Flächen der Moore<br />
sind an den Abstrom der Grundwässer aus der nördlich gelegenen Malmtafel gebunden, die zum<br />
Teil direkt in die Donauschotter entwässern, zum Teil aber als Quelltöpfe sichtbar das Zentrum der<br />
Moorgebiete markieren bzw. markierten. Die Mächtigkeit der Moore liegt <strong>im</strong> Leiphe<strong>im</strong>er und Gundelfinger<br />
Moos zwischen 2 und 5 m.<br />
Im Mündungsgebiet der Mindel verläßt die Donau das südliche Ufer ihres Tales und wendet sich<br />
dem Nordufer zu ; aus dem Norden fehlen hier die Zuflüsse des Grund- wie des Oberflächenwassers.<br />
<strong>Das</strong> Nördlinger Ries unterbricht die Malmkarstentwässerung. Die südlichen Zuflüsse übernehmen<br />
die Feuchtgebietsbildung, wie sie <strong>im</strong> Dillinger und Mertinger Ried zwischen Mindel-, Schmutter- und<br />
Zusam-Mündung anzutreffen waren. Diese Niedermoorvorkommen lassen sich mit dem Zuschußwasser<br />
der einmündenden Flüsse in Verbindung bringen. Während die Niedermoorbereiche südlich<br />
Lauingen/Dillingen heute irreparabel degradiert vorliegen, läßt sich der Niedermoorbereich zwischen<br />
Zusam und Schmutter (Lauterbach bis Donauwörth) mit einer Größe von 785 ha (ZETTLER, 1998)<br />
noch als Niedermoor ansprechen.<br />
20
Die Gewässer des Betrachtungsgebietes<br />
Einführung<br />
Unter Gewässer versteht man nach DIN 4049 fließendes oder stehendes Wasser, das <strong>im</strong> Zusammenhang<br />
mit dem natürlichen Wasserkreislauf steht, einschließlich Gewässerbett bzw. <strong>Grundwasser</strong>leiter.<br />
Damit ergibt sich zwanglos eine Einteilung in Gewässer auf der Erdkruste und Gewässer in<br />
der Erdkruste, die <strong>im</strong> allgemeinen Oberflächengewässer und Grund(ge)wässer genannt werden. Die<br />
Oberflächengewässer lassen sich weiter in Fließgewässer (Flüsse, Bäche etc.) und stehende<br />
Gewässer (Seen, Teiche etc.) untergliedern, während man das <strong>Grundwasser</strong> in oberflächennahes<br />
(vadoses Wasser) und tiefes <strong>Grundwasser</strong> (Tiefengrundwasser, profundes Wasser) oder nach der Art<br />
des <strong>Grundwasser</strong>leiters in Poren-, Kluft- und Karstgrundwasser einteilen kann . Über den Wasserkreislauf<br />
sind Oberflächengewässer und Grundwässer miteinander verbunden.<br />
Oberflächengewässer<br />
ln den folgenden Abschnitten werden die wichtigen Oberflächengewässer des Untersuchungsgebietes<br />
vorgestellt.<br />
Abb. 2: Oberflächengewässer und ihre Einzugsgebiete (Bay. Landesamt f. Wasserwirtschaft 1987)<br />
21
Die Donau<br />
Die Donau ist die Sammlerin aller Gewässer <strong>im</strong> Betrachtungsgebiet; stellenweise ist jedoch ihre<br />
Fähigkeit, durchgehend als Vorfluter zu dienen, durch den Bau von Staustufen verloren gegangen.<br />
Oberhalb der Staustufen exfiltriert nämlich die Donau in sie begleitende Gräben, die das Donauwasser<br />
unterstromig wieder dem Fluß zuführen. Insgesamt ist die Donau auf der Fließstrecke<br />
zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau mit 11 Staustufen ausgebaut (s. Tab. 3). Die<br />
vollständige Veränderung ihres Abflußverhaltens einschließlich ihrer Funktion als durchgängiger<br />
Vorfluter hat zu einer völligen Umstrukturierung der Flußlandschaft geführt, die durch das Fehlen<br />
von Sed<strong>im</strong>entfrachten aus den südlichen alpinen Flußgebieten noch verstärkt wird; der Sed<strong>im</strong>entfrachttransport<br />
von lller und Lech wurde durch Staustufenketten zur Flußregulierung und Energiegewinnung<br />
unterbrochen.<br />
Die Donau weist be<strong>im</strong> Eintritt in das Betrachtungsgebiet bei Ulm/Neu-U<strong>im</strong> einen mittleren Abfluß<br />
von 124 m 3 /s und be<strong>im</strong> Verlassen des Gebietes bei Neuburg an der Donau einen solchen von<br />
308 m 3 /s auf. Der Zugewinn an Abflußmenge von 184 m 3 /s stammt mit 166 m 3 /s aus den tributären<br />
Tab. 3: Staustufen <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet mit Angabe der Stauziele<br />
Staustufe Setreiber Flußkilometer Stauziel (NN + m)<br />
(bayer. Einteilung)<br />
Obereiehingen ODK 12,94 459,0<br />
Leiphe<strong>im</strong> ODK 19,54 452,5<br />
Günzburg ODK 25,30 446,0<br />
Offingen ODK 31 ,63 439,5<br />
Gundelfingen ODK 36,05 434,5<br />
Fa<strong>im</strong>ingen ODK 42,44 429,5<br />
Dillingen MDK 49,05 423,0<br />
Höchstädt MDK 57,20 417,5<br />
Schwenningen MDK 65,58 410,0<br />
Donauwörth MDK 76,17 403,7<br />
Bertoldshe<strong>im</strong> RMD 97,83 391 ,5<br />
22
Zuflüssen und zu 20 m 3 /s aus <strong>Grundwasser</strong>, das in ihrem Einzugsgebiet (2600 km 2 ) neugebildet<br />
wird (8 1/s · km 2 ).<br />
Zuflüsse nördlich der Donau<br />
Die nördlichen Hauptzuflüsse zur Donau sind die Brenz, die Egau und die Wörnitz; die Summe ihrer<br />
mittleren Abflüsse liegt bei 21 m 3 /s. Des weiteren entwässern als wesentlich kleinere Zuflüsse der<br />
Zwergbach, der Klosterbach, der Nebelbach, der Reichenbach, die Kessel und zwischen Donauwörth<br />
und Neuburg an der Donau die Ussel, die allesamt die Riesrandgebiete entwässern. Wegen<br />
fehlender Abflußdaten muß diese Abflußmenge aus der Einzugsgebietsgröße und den meteorologischen<br />
Daten geschätzt werden. Die Summe der nicht durch Meßstationen erfaßten Zuflüsse kann<br />
mit 2 m 3 /s angegeben werden (400 km 2 ; 51/s · km 2 ). Daraus ergibt sich ein Gesamtzufluß aus den<br />
nördlichen Gebieten zur Donau von 23 m 3 /s; davon entstammen 19 m 3 /s aus Gebieten außerhalb<br />
des Betrachtungsgebietes.<br />
Die Brenz hat an ihrem untersten Abflußmeßpegel ein Einzugsgebiet von 810 km 2 und einen Abfluß<br />
von 8,1 m 3 /s entsprechend einer Spende von 10 1/s · km 2 . Es ist sehr wahrscheinlich, daß am Pegel<br />
der Brenz nicht der gesamte Abfluß des Einzugsgebietes erfaßt wird; Bilanzierungen unter Einbeziehung<br />
der <strong>Grundwasser</strong>neubildung ergeben nämlich eine Gesamtabflußspende von 12 bis<br />
141/s · km 2 . Man kann somit von einem direkten Karstwasserabstrom aus dem Einzugsgebiet der<br />
Brenz in das <strong>Donautal</strong> um 2,5 m 3 /s ausgehen. Die Nauquelle darf diesem System zugerechnet<br />
werden.<br />
Die Egau ist mit einem Einzugsgebiet von 417 km 2 und einem mittleren Abfluß von 2,1 m 3 /s der<br />
kleinste der drei durch Meßstationen erfaßten nördlichen Zuflüsse.<br />
Die Wörnitz entwässert mit 1578 km 2 ein recht großes Einzugsgebiet. Die Wasserscheide liegt auf<br />
der Frankenhöhe nördlich von Feuchtwangen. Mit einem mittleren Abfluß von 11 m 3 /s weist sie eine<br />
Abflußspende von 6,9 1/s · km 2 auf und entspricht weitgehend dem nordbayerischen Durchschnitt.<br />
Zuflüsse südlich der Donau<br />
Die südlichen Hauptzuflüsse zur Donau zwischen Ulm/ Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau sind die<br />
Günz, die Mindel, die Zusam, dieSchmutterund der Lech. Die Summe ihrer mittleren Abflüsse liegt<br />
bei 145 m 3 /s.<br />
Des weiteren entwässern als wesentlich kleinere Flüsse noch die Roth , die Biber, die Glött und<br />
östlich des Lechs die Kleine Paar. Wegen fehlender Abflußdaten muß dieser aus der Einzugsgebietsgröße<br />
und den meteorologischen Daten geschätzt werden. Die Summe der nicht durch Meßstationen<br />
erfaßten südlichen Zuflüsse kann mit 4 m 3 /s angegeben werden (500 km 2 ; 81/s · km 2 ) . Daraus<br />
ergibt sich ein Gesamtzufluß aus den südlichen Gebieten zur Donau von ca. 149 m 3 /s; davon<br />
entstammen ca. 145 m 3 /s aus Gebieten außerhalb des Betrachtungsgebietes.<br />
Die Günz entwässert ein Einzugsgebiet von 810 km 2 bei einem Abfluß von 8,7 m 3 /s entsprechend<br />
einer Spende von etwas mehr als 121/s · km 2 . ln seiner Größenordnung entspricht dieser Wert den<br />
Abflußverhältnissen <strong>im</strong> Einzugsgebiet der Brenz.<br />
23
Die Mindel ist mit einem Einzugsgebiet von 951 km 2 und einem mittleren Abfluß von 11 ,7 m 3 /s<br />
der zweitgrößte der fünf durch Meßstationen erfaßten südlichen Zuflüsse. Ihre Abflußspende ist mit<br />
12,31/s · km 2 gleich groß wie die der Günz.<br />
Die Zusam entwässert ein 50 km 2 großes Einzugsgebiet, das vollständig <strong>im</strong> Naturpark "Augsburg -<br />
Westliche Wälder" liegt. Mit einem mittleren Abfluß von 4,4 m 3 /s weist sie eine Abflußspende von<br />
8,51/s · km 2 auf.<br />
Der Lech ist der größte Donauzufluß <strong>im</strong> Betrachtungsgebiet Sein Einzugsgebiet, das eine Fläche<br />
von 3800 km 2 umfaßt, reicht bis in die hochalpinen Regionen der Lechtaler Alpen <strong>im</strong> Westen Nordtirols.<br />
Entsprechend hoch ist die mittlere Abflußspende von über 30 1/s · km 2 und der mittlere Abfluß<br />
von 115 m 3 /s, der fast die Abflußhöhe der Donau bei Ulm/Neu-U<strong>im</strong> mit 124 m 3 /s erreicht.<br />
Eine Übersicht der hydrologischen Grunddaten der Donau und ihrer Zuflüsse innerhalb des Untersuchungsgebietes<br />
gibt Tab. 4.<br />
Tab. 4: Hydrologische Daten der Donau und ihrer Zuflüsse <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet<br />
Gewässer/ Einzugs- Niedrigwasser- mittlerer Abfluß mittlere Abfluß-<br />
Pegel gebietsfläche abfluß spende<br />
[km2] NQ [m 3 /s] MQ [m 3 /s] [1/s · km2]<br />
Donau<br />
bei Neu-U<strong>im</strong> 7578 22 ,00 124,01 16,5<br />
Roth 170 0,49 1,71 10,0<br />
Günz 707 1,97 8,66 12,2<br />
Mindel 951 2,80 11 ,70 12,3<br />
Zusam 505 1 '1 0 4,39 8,5<br />
Schmutter 480 0,71 3,52 7,3<br />
Lech 3800 32 ,90 115,22 30,3<br />
Brenz 810 2,73 8,11 10,0<br />
Egau 417 0,36 2,14 5,1<br />
Wörnitz 1 578 0,50 10,96 6,9<br />
Donau<br />
bei lngolstadt 20001 62,00 310,17 15,5<br />
24
Baggerseen und Baggerweiher<br />
Bedingt durch die ausgezeichnete Qualität der quartären Ablagerung ist der Kiesabbau über das<br />
gesamte <strong>Donautal</strong> verbreitet; fast flächendeckend kommen abbauwürdige Kiese vor. Damit ist das<br />
<strong>Donautal</strong> eine der bedeutendsten Lagerstätten von nutzbaren Steinen und Erden in Bayern. Aus der<br />
von uns erstellten Karte der quartären Mächtigkeiten geht hervor, daß die Lagerstätten mancherorts<br />
deutlich 10 Meter überschreiten; die meisten Abbaggerungen erschließen jedoch Kiesvorkommen<br />
bis etwa 8 Meter. Der geringe Flurabstand des <strong>Grundwasser</strong>s ist die Ursache dafür, daß auf den Niederterrassen<br />
Naßabbau die Regel ist; nur an wenigen Stellen auf der Hochterrasse wird Trockenabbau<br />
betrieben.<br />
Durch den Abbau entstanden in der Region über 610 "Baggerseen" und "Baggerweiher", die nicht<br />
völlig gleichmäßig über das <strong>Donautal</strong> verteilt sind, sondern in gewissen Bereichen konzentriert angelegt<br />
wurden. Die Abbaufläche läßt sich mit 2200 ha angeben, wovon weniger als 10% wiederverfüllt<br />
wurden. Die allermeisten nicht mehr dem Abbau dienenden Baggerseen und -weiher werden<br />
heute <strong>im</strong> allgemeinen von der Bevölkerung entweder als Angelgewässer oder als Badeseen genutzt.<br />
<strong>Grundwasser</strong><br />
Der Zufluß des <strong>Grundwasser</strong>s in die Donau erfolgt in vielfältiger Weise. Im Bereich der Karstgebiete<br />
der Malmtafel fehlen Oberflächengewässer weitgehend (s. Abb. 3); die dortige Entwässerung folgt<br />
den unterirdischen Karstgerinnen.<br />
Abb. 3:<br />
Gewässernetzkarte <strong>im</strong> Einzugsgebiet<br />
der Donau zur Darstellung<br />
von unterschiedlich dichten<br />
Flußnetzen in Abhängigkeit<br />
von petrographisch-geomorphologisch<br />
bedingten Naturräumen<br />
(WAGNER, 1950)<br />
25
Im <strong>Donautal</strong> tritt das Karstwasser in Quellen sichtbar aus oder entwässert unmittelbar in die<br />
Donauschotter und gelangt schließlich unterirdisch als <strong>Grundwasser</strong> in die Donau. Die nach Osten<br />
anschließenden Trümmermassen des Rieses und die tertiären Sed<strong>im</strong>entreste lassen ihr neugebildetes<br />
<strong>Grundwasser</strong> rasch in kleinere Bäche abfließen, die be<strong>im</strong> Erreichen des <strong>Donautal</strong>s häufig in den<br />
Schotterflächen der Hochterrasse versickern und in der Niederterrasse austretend in Entwässerungsgräben<br />
unmittelbar der Donau zugeführt werden . ln früheren Jahren kam es <strong>im</strong> Zuge von<br />
Quellaustritten zur flächenhaften Almkalk- und Moorbildung.<br />
Im Nördlinger Ries ist die <strong>Grundwasser</strong>neubildung äußerst gering; der gesamte Abfluß entwässert<br />
in die Wörnitz und gelangt damit auf oberirdischem Wege in die Donau. Der östlich anschließende<br />
Teil der Malmtafel ist wie der westliche Teil wieder weitgehend ohne sichtbaren Abfluß ; die Entwässerung<br />
erfolgt überwiegend als Karstwasser direkt in die Donau.<br />
Völlig anders als <strong>im</strong> Norden ist das Abflußgeschehen südlich der Donau. Die Entwässerung aus dem<br />
Tertiärhügelland <strong>im</strong> Süden läßt sich aufgrund des geologischen Aufbaus wesentlich einfacher als <strong>im</strong><br />
Norden erfassen. <strong>Das</strong> gesamte Gebiet wird durch in Süd-Nord-Richtung verlaufende Entwässerungssysteme<br />
mit ost-west- bzw. west-ost-gerichteten, kleineren Zuflüssen gegliedert. Bei hohen<br />
Niederschlagsintensitäten (> 10 mm/h) kommt es in diesem Gebiet auf den verlehmten Flächen zur<br />
Ausbildung von Abfluß auf der Oberfläche direkt in die Gerinne. Ansonsten best<strong>im</strong>men hier lnterflow<br />
und oberflächennaher <strong>Grundwasser</strong>abfluß das Entwässerungsgeschehen. Der <strong>Grundwasser</strong>abfluß<br />
kann als "direkt-vorflutbezogen" angesprochen werden, was bedeutet, daß sich die <strong>Grundwasser</strong>höhengleichen<br />
als Abbild der Morphologie darstellen.<br />
An den Talrändern des <strong>Donautal</strong>s finden sich heute weitverbreitet künstlich angelegte Auffang- und<br />
Entwässerungsgräben, die den <strong>Grundwasser</strong>zufluß aus dem Tertiärhügelland abfangen und der<br />
Donau zuleiten. Ohne diese Gräben wären auch heute noch weite Teile des Donauriedes zwischen<br />
Gundremmingen und der Lechmündung aktive Feuchtgebiete. Die Hauptableitung hat der Landgraben<br />
übernommen, der die Talaue von Holzhe<strong>im</strong> bis südlich Tapfhe<strong>im</strong> entwässert.<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong> <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> stammt aus drei Herkunftsbereichen:<br />
- den Randzuflüssen<br />
• <strong>im</strong> Norden aus der nordwestlich gelegenen Malmtafel mit 12,5 m 3 /s, aus dem Bereich des<br />
Rieses und aus dem Karst östlich Donauwörth und Neuburg an der Donau mit ca. 1 m 3 /s,<br />
• <strong>im</strong> Süden aus dem Tertiärgebiet mit 4 m 3 /s.<br />
- dem <strong>im</strong> Talbereich neugebildeten <strong>Grundwasser</strong> mit ca. 5 m 3 /s.<br />
ln der Summe sind dies 22 ,5 m 3 /s. Davon werden 2,5 m 3 /s für die Wasserversorgung entnommen.<br />
Die restlichen 20 m 3 /s gelangen als <strong>Grundwasser</strong>zustrom in die Donau, wobei die durch Staustufen<br />
bedingte Ex- und Infiltration in der Bilanz zu Null aufgehen.<br />
Bei gleichmäßiger Verteilung des <strong>Grundwasser</strong>abflusses auf die Flußlänge von 1 02 km zwischen<br />
Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau ergibt sich ein rechnerischer Zustrom in die Donau<br />
von 250 1/s pro Flußkilometer oder 1251/s für jede Seite des Flusses; die Höhendifferenz zwischen<br />
26
Anfangs- und Endpunkt beträgt 90 m. Aus diesen Zahlenwerten läßt sich für einen 10m mächtigen,<br />
wassererfüllten und durchströmten Wasserkörper ein Durchlässigkeitsbeiwert (k 1 -Wert) von<br />
+1- 1 · 1 o- 2 m/s für die Kiese der Talfüllung errechnen. Da die Zuströmung nicht flußparallel , sondern<br />
unter einem Winkel von etwa 45° mit größerem Gefälle erfolgt, kann der mittlere k 1 -Wert mit etwa<br />
8 · 1 o- 3 m/s errechnet werden.<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong>strömungsbild wird heute nicht mehr ausschließlich durch die Donau best<strong>im</strong>mt,<br />
vielmehr haben Entwässerungsgräben, Baggerseen und <strong>Grundwasser</strong>entnahmen deutlichen Einfluß<br />
auf das <strong>Grundwasser</strong>system. So best<strong>im</strong>men z. B. der Landgraben und die Glött den Verlauf der<br />
<strong>Grundwasser</strong>höhengleichen zwischen Gundremmingen und Höchstädt ebenso stark wie die Donau<br />
selbst.<br />
Der Einfluß der Baggerseen ist gegenüber den Iinienhaft über größere Entfernung verlaufenden<br />
Entwässerungsgräben nur als lokal anzusehen. Deutlichen Einfluß hat die <strong>Grundwasser</strong>entnahme<br />
des Zweckverbandes der Landeswasserversorgung Baden-Württemberg insbesondere in Trockenjahren.<br />
Gewässerqualität/Chemismus der Gewässer<br />
Einführung<br />
Der Chemismus der Gewässer wird vom Gestein geprägt, das sie durchflossen haben. Hinzu kommen<br />
Stoffe aus Niederschlägen (nasse und trockene Depositionen) sowie aus unmittelbarem<br />
Auftrag auf die Erdoberfläche; es gilt folglich die jeweilige "geogene Grundbelastung" von der<br />
"anthropogenen Zusatzbelastung" zu unterscheiden. Häufig wird die geogene Grundbelastung<br />
durch "diffuse" anthropogene Belastungen überlagert, so daß sich die einzelnen Belastungsarten<br />
meist nur schlecht voneinander trennen lassen. Des weiteren kann durch anthropogene Aktivitäten<br />
festliegendes geogenes Material mobilisiert werden, das dann gelöst ins Grund- und Oberflächenwasser<br />
gelangt.<br />
Geogene Hintergrundwerte<br />
Eine Differenzierung der Wässer nach ihrer geologischen Herkunft ist für den oberflächennahen<br />
Bereich - bedingt durch die carbonatische Grundmatrix der meisten <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet<br />
auftretenden Gesteine- nicht ohne weiteres möglich. Entkalkte Lehme, Lösse und Deckenschotterreste<br />
machen sich nicht über größere Bereiche bemerkbar.<br />
Natrium und Kalium sind <strong>im</strong> Betrachtungsraum bei natürlichen, unbeeinflußten Wässern nur in<br />
Konzentrationen von wenigen Milligramm pro Liter (mg/1) anzutreffen; beide Ionen stammen in<br />
erster Linie aus der Verwitterung von Feldspäten sowie aus anderen Silikatischen Mineralien. Bei<br />
der Kalksteingenese werden Natrium und Kalium in kleinen Anteilen je nach pr<strong>im</strong>ärem Angebot mit<br />
den Tonen auf austauschfähigen Plätzen festgelegt, so daß einige mg/1 auch aus der Kalksteinlösung<br />
stammen. <strong>Das</strong> Ammonium-Ion (NH 4 +) kommt in einem belüfteten <strong>Grundwasser</strong> geogen<br />
nicht vor.<br />
27
Die Menge der Magnesium- und Calcium-Ionen (= Gesamthärte) wird maßgeblich vom geologischen<br />
Untergrund best<strong>im</strong>mt. Eine natürliche Aufhärtung des Wassers kann zusätzlich durch den<br />
Abbau organischer Stoffe und die dadurch bedingte Kohlenstoffdioxidbildung (C0 2 ) erfolgen. ln<br />
Zeiten niedrigerer organischer Aktivität (Herbst bis Frühjahr) kann es dann durch C0 2 -Reduzierung<br />
zu Calcium-Fällung (Enthärtung) kommen; die Magnesiumgehalte werden dabei nicht verändert. Die<br />
Mobilisierung von Schwefel-Eisen-Verbindungen (Markasit) bei der Torfzersetzung durch die Oxidation<br />
von Sulfiden führt letzten Endes ebenfalls zur Erhöhung der Gesamthärte, solange Carbonatgesteine<br />
als Lösungspartner vorhanden sind; fehlen diese, erniedrigt sich der pH-Wert.<br />
Bei den Anionen ist Chlorid ebenso wie die Alkal<strong>im</strong>etalle Natrium und Kalium nur in Konzentrationen<br />
von wenigen Milligramm als "natürlich" (geogen) zu betrachten. Sulfat ist je nach geologischer<br />
Umgebung in natürlichen Konzentrationen von wenigen mg/1 bis zu mehreren 100 mg/1 anzutreffen.<br />
<strong>Das</strong> Hydrogencarbonat hingegen liegt meist mit Konzentrationen von deutlich über 250 mg/1 vor; es<br />
ist wie das Sulfat ein Partner-Ion der Gesamthärte.<br />
<strong>Das</strong> Nitrat-Ion kommt in naturbelassenen Wässern in der Regel nur in Konzentrationen von wenigen<br />
mg/1 vor; Phosphor-Ionen sind in Carbonatischen Wässern aufgrund der geringen Löslichkeit von<br />
Ca-Apatit in Werten von nur wenigen j..Jg/1 anzutreffen. Gesetze der aquatischen Geochemie verbieten<br />
nämlich in Calcium-Hydrogencarbonat-Wässern das Auftreten höherer Phosphat-Ionen-Konzentrationen<br />
(> 251-J/I). Im <strong>Grundwasser</strong> sind Gesamtphosphat- und Phosphat-lonenwerte gleich.<br />
Schwermetalle sind in naturnahen sauerstoffreichen Grundwässern in Konzentrationen von wenigen<br />
IJg/1 anzutreffen; sie liegen <strong>im</strong>mer deutlich unter den Grenzwerten der Trinkwasserverordnung.<br />
Die Gehalte an organischem Kohlenstoff unterliegen je nach Herkunft der Wässer stärkeren<br />
Schwankungen, die sich <strong>im</strong> <strong>Grundwasser</strong> zwischen 0,1 und 1 mg/1 und <strong>im</strong> Oberflächengewässer<br />
zwischen 1 und 10 mg/1 bewegen. Der pH-Wert ist ein Ausdruck der C0 2 -Konzentration bzw.<br />
C0 2 -Produktion in einem Gewässer. ln Carbonatischen Grundwässern sind Gleichgewichts-pH<br />
Werte um 7,5 die Regel. Die Oberflächengewässer stehen <strong>im</strong> allgemeinen mit dem C0 2 -Partialdruck<br />
der Atmosphäre <strong>im</strong> Gleichgewicht, was bei Calcium-Hydrogencarbonat-Wässern einem pH-Wert<br />
um 8,3 entspricht.<br />
Anthropogene Belastungen<br />
Der durch Menschen bedingte Eintrag von Stoffen in die Umwelt kann erfolgen:<br />
A) über die Atmosphäre unkontrolliert,<br />
B) flächenhaft gezielt,<br />
C) punktuell, meist unbeabsichtigt oder aber auch kontrolliert,<br />
D) durch Mobilisierung geogenen Materials aufgrund von Milieuveränderungen.<br />
zu A)<br />
Der Eintrag von Stoffen in die Atmosphäre erfolgt aus sehr vielen und unterschiedlichen Quellen.<br />
Die Stoffe kehren flächenhaft als Depositionen auf die Erdoberfläche in trockener und nasser Form<br />
zurück. Stoffliche Bedeutung haben insbesondere Ammonium, Nitrat, Sulfat und auch Phosphor.<br />
Bezogen auf Regen- bzw. Schneeniederschläge kann für den Donauraum folgende "Mittelwertanalyse"<br />
gelten:<br />
28
• elektrische Leitfähigkeit<br />
45,00 [IJS/cm bei 25 oq<br />
• pH-Wert (bei Entnahme) 5,50<br />
• organischer Kohlenstoff (DOC) 1,40 [mg/1]<br />
• Gesamthärte 0,11 [mmol/1]<br />
• Gesamthärte<br />
• Carbonathärte<br />
Ein Liter Niederschlag enthält:<br />
0,63 [deutsche Grade]<br />
0,63 [deutsche Grade]<br />
Tab. 5: Analyse von 8 Niederschlagsproben (Mittelwert)<br />
Stoff Masse Äquivalente Äquivalente<br />
[mmol] [%]<br />
Kationen Natrium 2,10 mg 0,091 21,47<br />
Kalium 0,80 mg 0,020 4,81<br />
Ammonium 1,60 mg 0,089 20,85<br />
Magnesium 1,40 mg 0,115 27,07<br />
Calcium 2,20 mg 0,110 25,80<br />
Summe 0,425 100,00<br />
Anionen Fluorid 0,05 mg 0,003 0,61<br />
Chlorid 1,90 mg 0,054 12,39<br />
Nitrat 2,40 mg 0,039 8,95<br />
Sulfat 5,30 mg 0,110 25,51<br />
Hydrogencarbonat 13,80 mg 0,226 52 ,29<br />
Hydrogenphosphat 0,05 mg 0,001 0,24<br />
Summe 31,60 mg 0,432 100,00<br />
Spurenmetalle Kupfer 3,80 IJg<br />
Zink<br />
22,00 IJg<br />
Blei<br />
1,50 IJg<br />
29
zu B):<br />
Der flächenhafte Eintrag erfolgt meist aus der landwirtschaftlichen Tätigkeit. Er umfaßt die große<br />
Palette der Agrochemikalien, wobei von der Stoffmenge her gesehen die Düngemittel an erster<br />
Stelle stehen. Örtlich von Bedeutung ist das Aufbringen von Kalium, Phosphor und Stickstoff<br />
in Form von Gülle. Der flächenhafte Auftrag von organischen Wirkstoffen in Form von Pestiziden<br />
sowie von Hormonen bedingt eine Vielfalt <strong>im</strong> Wasser gelöster Stoffe <strong>im</strong> Konzentrationsbereich von<br />
Mikro- und Nanogramm pro Liter. Diese Stoffe sind häufig als Abbau- und Umbauprodukte der<br />
angewendeten Substanzen analytisch nur schwer zu identifizieren.<br />
zu C) :<br />
Ursachen punktuellen Eintrags sind häufig Unfälle irgendwelcher Art. Aber auch sog. Altlasten, die<br />
seit Jahren oder Jahrzehnten Stoffe freisetzen , zählen dazu. Zu den kontrollierten punktuellen Einleitungen<br />
zählen alle Formen von Abwassereinleitungen, die sowohl in Fließgewässer als auch in<br />
<strong>Grundwasser</strong>körper, insbesondere in Karstgebieten, erfolgen. Auch das Aufbringen von Gülle auf<br />
kleine Flächen mit hohen Versickerungspotentialen kann man hierzu rechnen. Bei den Stoffen, die<br />
auf diese Weise in ein Gewässer gelangen, stehen neben dem organischen Kohlenstoff in erster<br />
Linie Stickstoff und Phosphor, in zweiter Linie Chlorid und Kalium.<br />
zu D):<br />
Die zusätzliche Mobilisierung geogenen Materials geschieht <strong>im</strong> allgemeinen durch Änderung des<br />
aquatischen Milieus. So wird z. B. die <strong>Grundwasser</strong>absenkung in einem humosen Körper (Moor,<br />
Anmoor) zur Oxidation bislang <strong>im</strong>mobiler Stickstoff- und Schwefelverbindungen führen , was sich<br />
am Ende des Prozesses in erhöhten Nitrat- und Sulfatkonzentrationen <strong>im</strong> Gewässer widerspiegelt.<br />
Untersuchungen an 417 Gewässerproben <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg<br />
an der Donau <strong>im</strong> März/Mai 1997<br />
Im gesamten Untersuchungsraum wurden in der Zeit vom 18. 3. bis 21 . 5. 1997 aus fließenden und<br />
stehenden Gewässern 417 Wasserproben entnommen und auf folgende Parameter untersucht:<br />
Temperatur ( 0 C} , elektrische Leitfähigkeit (IJS/cm bei 25 °C}, pH-Wert, deutsche Härte ( 0 d), Chlorid<br />
(mg/1) und Nitrat (mg/1) .<br />
Bei 55 der 417 Proben wurden zusätzlich bei den Anionen Sulfat und Hydrogencarbonat und bei den<br />
Kationen Natrium, Kalium , Magnesium und Calcium best<strong>im</strong>mt.<br />
Alle Wässer sind vom Typ erdalkalisch/hydrogencarbonatisch mit zum Teil erhöhten Sulfatwerten.<br />
Die Erdalkali- und Hydrogencarbonatgehalte sind weitgehend geogen. Da jedoch durch die Düngung<br />
die C0 2 -Produktion <strong>im</strong> Wurzelbereich erhöht wird, wird auch die Carbonatlösung unter landwirtschaftlich<br />
genutzten Flächen verstärkt. Ein in die gleiche Richtung ablaufender Prozeß der<br />
verstärkten Carbonatlösung ist unter Moorflächen zu beobachten. Durch die bei der Entwässerung<br />
von Moorkörpern einsetzende Oxidation von Markasit (Schwefeleisen) aber auch von Ammonium<br />
Ionen (zu Nitrat) werden Hydronium-lonen (H 3 0 +) frei , die ebenfalls durch zusätzliche Carbonat-<br />
30
Iösung abgepuffert werden. Unter wenig gedüngten moorfreien Flächen entsteht ein Wasser mit<br />
einer Härte von 15 od und einem Hydrogencarbonatgehalt von etwa 340 mg/1. ln wenig durchströmten<br />
Baggerseen und anderen stehenden Gewässern kann die Härte durch Carbonatfällung auf<br />
Werte bis zu 10 od (HC0 3 150 mg/1) zurückgehen.<br />
Der überwiegende Gehalt an Alkali- sowie Chlorid- und Nitrat-Ionen ist anthropogen. Düngesalze<br />
enthalten entsprechend hohe Konzentrationen an Alkali-Chlorid, so daß auf diesem Wege der Eintrag<br />
erklärbar ist. <strong>Das</strong> Kalium-Ion wird zum allergrößten Teil in die Pflanzensubstanz eingebaut und<br />
erscheint nicht <strong>im</strong> Gewässer, während das Natrium-Ion und insbesondere das Chlorid-lon mobil<br />
sind und kaum zurückgehalten werden. Erhöhte Kalium-Ionen-Konzentrationen in einem Gewässer<br />
sind meist ein Hinweis auf die direkte Einleitung von Abwasser (geklärt oder ungeklärt).<br />
Eine umfassende Übersicht über die Ergebnisse der wasserchemischen Untersuchungen finden<br />
sich auf den Abb. 4 bis 9, welche die Verhältnisse getrennt nach fließenden und stehenden Gewässern<br />
wiedergeben. Den stehenden Gewässern wurden bei den durchgeführten Untersuchungen<br />
Baggerseen, Baggerweiher, Altarme und Weiher zugeordnet, während die Wasserproben der Fließgewässer<br />
aus den Flüssen und Entwässerungsgräben stammen, die einen deutlichen Durchfluß aufwiesen.<br />
Die Gräben in der Talaue enthalten meist recht frische <strong>Grundwasser</strong>anteile, was in den<br />
gemessenen pH-Werten (<strong>im</strong> Mittel unter 8) zum Ausdruck kommt. Dargestellt sind die Verteilung<br />
der elektrischen Leitfähigkeit bezogen auf 25 oc , sowie die Anionen Chlorid, Nitrat in Milligramm<br />
pro Liter.<br />
Fließgewässer<br />
Die elektrische Leitfähigkeit der Donau liegt bis zur Lechmündung zwischen 500 und 600 iJS/cm; der<br />
Lech bringt Wasser mit einer Leitfähigkeit unter 500 iJS/cm, so daß die Donau unterhalb der Lechmündung<br />
auf einen Leitfähigkeitswert unter 600 iJS/cm absinkt. Ansonsten weisen bei den Fließgewässern<br />
nur einige Gräben in der Talaue unter 500 iJS/cm auf. Diese leiten enthärtetes Wasser aus<br />
Baggerseen ab und führen es der Donau zu . Leitfähigkeiten zwischen 600 und 800 iJS/cm und auch<br />
über 800 iJS/cm sind <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet weit verbreitet. Sie repräsentieren meist den allerorts<br />
spürbaren Einfluß der Landwirtschaft auf die Wasserqualität; vereinzelt ist die erhöhte elektrische<br />
Leitfähigkeit auch auf natürlichen Eintrag von Sulfat aus der Eisensulfidoxidation von degenerierenden<br />
Moor- und Anmoorkörpern zurückzuführen. Dies gilt insbesondere für Bereiche, in denen die<br />
Leitfähigkeiten zwar hoch, die Chlorid- und Nitratgehalte dagegen relativ niedrig sind.<br />
Die Chiaridkonzentrationen liegen in den weitaus meisten Fällen unter 50 mg/1; Werte zwischen<br />
50 und 75 mg/1 oder gar über 75 mg/1 treten zwar vereinzelt auf, sind aber nicht als flächenspezifisch<br />
zu bewerten. Die Donau selbst führt bis zur Mindelmündung Wasser mit Chiaridwerten von etwas<br />
über 25 mg/1 , von der Mindelmündung an abwärts und insbesondere unterhalb der Lechmündung<br />
sinken dann die Chiaridkonzentrationen unter 25 mg/1.<br />
Die Nitratkonzentrationen zeigen ein sehr erfreuliches Bild. Weitaus die meisten Werte liegen unter<br />
30 mg/1. Werte über 50 mg/1 sind nur ganz vereinzelt und sehr lokal anzutreffen. Nicht überraschend<br />
für die Verteilung der Werte zwischen 30 und 50 mg/1 Nitrat ist ihre Lage in landwirtschaftlich inten-<br />
31
siv genutzten Bereichen; auffällig ist der Bereich der Brenz. Werte unter 15 mg/1 sind weit verbreitet;<br />
insbesondere sind sie in der Donau und dem Lech sowie in Roth und Biber zwischen Neu-U<strong>im</strong> und<br />
Leiphe<strong>im</strong> sowie südlich des Nördlinger Rieses anzutreffen.<br />
Stehende Gewässer<br />
ln den stehenden Gewässern sind erwartungsgemäß die elektrischen Leitfähigkeiten um die<br />
Größenordnung von 100 1-JS/cm niedriger als in den Fließgewässern. Dies ist auf Carbonatfällung<br />
zurückzuführen, die bei pH-Werten über 8 deutlich zu beobachten ist. Die Chiaridkonzentrationen<br />
sind bei den Stehgewässern gegenüber den Fließgewässern nicht deutlich verändert; dies ist auch<br />
zu erwarten, da das Chlorid-lon <strong>im</strong> Gegensatz zum Hydrogencarbonat-Ion oder Nitrat-Ion sich<br />
"nicht-reaktiv" verhält. Die Chlorid-Werte liegen überwiegend deutlich unter 50 mg/1 , wobei etwa die<br />
Hälfte der Werte unter 25 mg/1 liegt. Charakterisiert werden die Stehgewässer durch ihre deutlich<br />
unter den Fließgewässern liegenden Nitratgehalte. Die Mehrzahl der Analysenwerte von Nitrat liegen<br />
unter 5 mg/1; nur vereinzelt kommen Werte über 25 mg/1 vor. Die niedrigen Nitratkonzentrationen<br />
werden jedoch relativ häufig durch erhöhte Ammonium-Ionen Konzentrationen um 1 mg/1 begleitet,<br />
was auf aktive Abbau- und Reduktionsprozesse in diesen Gewässern hinweist.<br />
32
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Abb. 9: Nitratkonzentrationen in stehenden Gewässern<br />
38
Untersuchungen an 10 Baggerseen <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> zwischen Ulm!Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der<br />
Donau <strong>im</strong> September 1997<br />
Bei Baggerseen spielen die jahreszeitlich wechselnden Temperaturwerte für die Chemie des Wassers<br />
eine stärkere Rolle als be<strong>im</strong> <strong>Grundwasser</strong>. Die Temperaturen sind dabei nicht nur für die<br />
Geschwindigkeit der <strong>im</strong> Wasserkörper ablaufenden biochemischen Prozesse relevant, sondern sie<br />
erlauben durch den Vergleich mit der hypol<strong>im</strong>nischen Wassertemperatur des in den Aquifer eingebetteten<br />
Baggersees auch Schlüsse auf die Austauschprozesse zwischen diesen beiden Wasserkörpern.<br />
Die <strong>Grundwasser</strong>temperaturen schwanken <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> je nach Flurabstand zwischen<br />
8 und 12 oc. Bei <strong>Grundwasser</strong>körpern mit einem <strong>Grundwasser</strong>flurabstand von 1-2 Metern kann die<br />
Amplitude noch etwas größer sein. Ab 10 Meter ist die Temperaturamplitude kleiner als 2 oc. ln Baggerseen<br />
liegen die Temperaturwerte <strong>im</strong> oberflächennahen Bereich zwischen Minustemperaturen<br />
(Eisbildung) und um 30 oc, <strong>im</strong> Tiefenwasser knapp über Grund zwischen 4 und etwa 20 oc nach der<br />
Zirkulation.<br />
Der Sauerstoffhaushalt eines Baggersees ist für die <strong>im</strong> See ablaufenden Prozesse von geradezu<br />
grundlegender Bedeutung. Sauerstoffarmes oder -freies <strong>Grundwasser</strong>, das in einen gut belüfteten<br />
See einströmt, verliert seine meist als negativ zu bewertenden, reduzierenden Eigenschaften. Ein<br />
Baggersee, der ohne Hilfsmittel nicht in der Lage ist, seine oxisches Milieu aufrecht zu erhalten,<br />
weist unerwünschte Qualitätsmerkmale auf und ist i. d. R. als eutroph einzustufen. Die Eutrophierung<br />
ist in einem See dann zu erwarten, wenn der über die Oberfläche eingetragene Sauerstoff von<br />
durchschnittlich 15 g/m 2 · d nicht ausreicht, einen ungeschichteten See bis zu einer Tiefe von 10 m<br />
ausreichend zu belüften.<br />
ln 10 Baggerseen des Untersuchungsraumes wurden <strong>im</strong> September 1997 Temperatur-, Leitfähigkeits-<br />
und Sauerstoffprofile sowohl am Zulauf als am Ablauf aufgenommen. Insgesamt wiesen die<br />
Seen kaum Algenbildung auf, der Uferbereich war meist locker mit Wasserpflanzen bewachsen. Es<br />
zeigte sich, daß zu diesem Zeitpunkt die Seen keinerlei Sommer-Schichtung mehr aufwiesen. Die<br />
Temperatur lag zwischen 18,9 und 21 ,7 oc, die Sauerstoffsättigung zwischen 89 und 99%; erst<br />
wenige Dez<strong>im</strong>eter über Grund konnte eine Abnahme der Sauerstoffsättigung auf unter 50% registriert<br />
werden. Auch weitere Parameter wie die elektrische Leitfähigkeit und der pH-Wert zeigten<br />
konstante Werte. ln jedem See wurden in ca. 1 m Tiefe am Einlauf und am Auslauf je eine Wasserprobe<br />
entnommen und auf ihre Haupt- und Neben-Ionen untersucht; die Ergebnisse (20 Proben)<br />
finden sich in der folgenden Tab. 6.<br />
Tab. 6: Analyse-Ergebnisse von Wasserproben aus Baggerseen (Lf in ~S/cm ;<br />
restliche Werte in mg/1)<br />
Wert Lf Na• K+ NH 4<br />
• Mg2+ Ca 2 • Cl- No 3<br />
- SO/- HC03- HPO/-<br />
2s •c<br />
Chloro-<br />
Phäophyll-a<br />
pigmente<br />
Mittel 457 7,4 1,6 0,01 15,3 63,0 26,3 2,9 70,0 152 0,04<br />
Min 349 3,9 0,9 nn 8,3 34,8 12,9 0,7 26,4 104 0,02<br />
Max 597 10,4 3,4 0,04 28,9 115,0 44,8 13,7 142,0 210 0,07<br />
1,87 0,72<br />
0,05 0,05<br />
7,00 2,90<br />
39
Beachtenswert niedrig sind auf der anorganischen Seite die Nitratwerte (N0 3 - ) mit einem Mittelwert<br />
unter 3 mg/1. Ammonium (NH 4 +) lag durchgehend unter 0,05 mg/1, wobei der Mittelwert bei<br />
0,0135 mg/1 liegt; die Ammoniumkonzentration der Niederschläge liegt etwa 1 OOmal höher! Zum<br />
Vergleich mit den Analysewerten der Baggerseen ist eine Mittelwertanalyse von 8 Niederschlagsproben<br />
aus den Jahren 1992 bis 1995 wiedergegeben, die <strong>im</strong> Rahmen eines Forschungsvorhabens<br />
ermittelt worden waren (s. Tab. 5) .<br />
Der Hydrogenphosphatgehalt (HPO/-) in den Seewässern lag mit 40 IJg/1 ebenfalls sehr niedrig; der<br />
Niederschlagseintrag ist hingegen mit etwa 50 IJg/1 höher und entspricht damit etwa den Gesamtphosphatkonzentrationen.<br />
Wie die Chlorophyll-a-Werte und die Phäopigmente <strong>im</strong> Zusammenspiel<br />
mit den Stickstoff- und Phosphorgehalten aufzeigen, sind praktisch alle beprobten Seen als oligobis<br />
mesotroph einzustufen.<br />
Die Hauptkationen Natrium (Na+), Magnesium (Mg 2 +) und Calcium (Ca 2 +) entsprechen den Werten<br />
normaler Grundwässer in den Donauschottern der Umgebung; ein direkter anthropogener Einfluß ist<br />
be<strong>im</strong> Kaliumgehalt (K+) zu vermuten. Bei den Hauptanionen Chiarid (Cl-) , Sulfat (SO/-) und Hydragencarbonat<br />
(HC0 3 - ) kann für das Chiarid eine deutliche anthropogene Komponente ausgemacht<br />
werden, die aus mehreren diffusen Quellen stammen dürfte. Die Sulfatkonzentration von 70 mg/1<br />
(Mittelwert) liegt über der des üblichen geogenen Hintergrundes; eine Ursache für diese höheren<br />
Werte könnte in der Aufbringung von Düngemitteln liegen; die bereits oben erwähnte Herkunft der<br />
erhöhten Sulfatkonzentration aus der Sulfidoxidation ist für einige Bereiche ebenfalls als Herkunftspfad<br />
anzunehmen (bis 140 mg/1). Der Hydrogencarbonatgehalt von 100 bis 200 mg/1 liegt deutlich<br />
niedriger als derjenige umgebender Grundwässer. Diese Erniedrigung hat seine Ursache in der Fällung<br />
von Calciumcarbonat (CaC0 3 ) durch Verlust von C0 2 an die Atmosphäre; der hohe pH-Wert<br />
von über 8 ist das Ergebnis dieser Gleichgewichtseinstellung. Durch die Carbonatfällung wird<br />
gleichzeitig das Hydrogenphosphat mitgefällt und somit in seiner Konzentration l<strong>im</strong>itiert.<br />
Die Hydrogenphosphatgehalte <strong>im</strong> Seewasser gleichen denen des Niederschlagseintrags (s. Tab. 5).<br />
Die Ammoniumkonzentrationen liegen mit 0,04 mg/1 bzw. 0,03 mg/1 <strong>im</strong> sehr niedrigen Bereich; für<br />
das Nitrat-Ion werden <strong>im</strong> Mittel mit 3 mg/1 sehr niedrige Werte gemessen. Die äußerst niedrigen<br />
Konzentrationen der Stickstoffträger Ammonium und Nitrat sind in Verbindung mit den niedrigen<br />
Phosphorgehalten (Hydrogenphosphat 60 bzw. 40 IJg/1), der weitgehenden Sauerstoffsättigung,<br />
dem pH-Wert um bzw. über 8 und der beachtlichen Calcium-Konzentration von etwa 60 mg/1 der<br />
Grund dafür, daß die beprobten Baggerseen ihren derzeitigen oligo- bis mesotrophen Zustand beibehalten<br />
werden.<br />
40
<strong>Grundwasser</strong>modell "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>"<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong>modell "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" besteht aus einem hydrogeologischen Modell,<br />
einem Bilanzmodell und einem numerischen Modell.<br />
<strong>Das</strong> hydrogeologische Modell als Ergebnis der geologischen, hydrologischen und hydrogeologischen<br />
Datenauswertung veranschaulicht die räumliche Verbreitung der einzelnen hydraulisch<br />
wirksamen (geologischen) Einheiten, deren geohydraulische Parameter (Transmissivität, Durchlässigkeitsbeiwert,<br />
Speicherkoeffizient, nutzbarer Hohlraumanteil) sowie die hydraulischen Zusammenhänge<br />
der Einheiten. <strong>Das</strong> hydrogeologische Modell wird mit Ergänzung durch das Wasserbilanzmodell<br />
in das numerische Modell umgesetzt. <strong>Das</strong> Wasserbilanzmodell stellt u. a. mit der<br />
flächenhaften <strong>Grundwasser</strong>neubildung beliebiger Zeitschritte wichtige Eingangsparameter bereit.<br />
<strong>Das</strong> numerische Modell berechnet die resultierende flächenhafte Verteilung der Potentiale (Grundlage<br />
für Erstellung von <strong>Grundwasser</strong>gleichenplänen) und die damit verbundenen modellinternen<br />
Volumenströme und belegt letztlich das hydrogeologische Modell mit "Zahlen". Für das <strong>Grundwasser</strong>modell<br />
wird abschließend eine Gesamtwasserbilanz erstellt.<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong>modelllebt von einer intensiven Datenerhebung und Auswertung; hierzu gehören:<br />
1. Geologische Karten mit Erläuterungen;<br />
2. das Zusammentragen hydrogeologischer und hydrologischer Daten von<br />
- staatlichen Ämtern,<br />
- kommunalen Wasserversorgern,<br />
- Unternehmen,<br />
- privaten Sachverständigen,<br />
- Universitäten;<br />
3. die Auswertung von Bodenschätzkarten und sonstigen Bodenkarten;<br />
4. die Erfassung und Auswertung kl<strong>im</strong>atischer Meßdaten (Ki<strong>im</strong>astationen);<br />
5. der Zusammenbau des hydrogeologischen Modells;<br />
6. die Zuordnung von hydrogeologischen Einheiten zu unterschiedlichen Ebenen (Layer) für die<br />
spätere Umsetzung in das numerische Modell;<br />
7. die Selektion hydraulischer Potentiale;<br />
8. das Erkennen offener Fragen.<br />
Die Datenerhebung erfolgte <strong>im</strong> Grundsatz über einen etwa zweijährigen Zeitraum (1995 bis Ende<br />
1997) und wurde <strong>im</strong> Zuge der weiteren Bearbeitung in Einzelfällen durch aktuelle Nachträge ergänzt.<br />
Es wurde eine Fülle von Daten be<strong>im</strong> Bayerischen Geologischen Landesamt, be<strong>im</strong> Bayerischen<br />
Landesamt für Wasserwirtschaft, bei den Wasserwirtschaftsämtern Krumbach und Donauwörth<br />
erhoben. Darüber hinaus lag das Hydrogeologische Gutachten "Fachplanung Lech" (SCHULER,<br />
GÖDECKE, 1995) mit Tab.n und Kartendarsteilungen vor. Von den Auftraggebern wurden umfangreiche<br />
Unterlagen zu bestehenden Abbauflächen, <strong>Grundwasser</strong>aufschlüssen und geplanten<br />
Abbauvorhaben zur Verfügung gestellt. Daten zu Stauhaltungen und Aufschlußbohrungen<br />
41
wurden von der Rhein-Main-Donau AG zur Verfügung gestellt. Es fanden Abst<strong>im</strong>mungen mit der<br />
Landeswasserversorgung Baden-Württemberg, Stuttgart, zu hydrogeologischen und numerischen<br />
Fragestellungen statt. Auf Grundlage eines durch das Bayerische Landesamt für Wasserwirtschaft<br />
zur Verfügung gestellten Übersichtsplanes zu Wasserentnahmen <strong>im</strong> Zuge der Trinkwasserversorgung<br />
wurden sämtliche Wasserversorgungsträger angeschrieben und zu Entnahmemengen und<br />
-tiefen bzw. zum Brunnenausbau befragt.<br />
Zudem ist und war der Untersuchungsraum Gegenstand zahlreicher geologischer, hydrogeologischer<br />
und auch ökologischer Untersuchungen staatlicher Stellen und privater Sachverständiger;<br />
die vielfältigen Ergebnisse sind in thematischen Karten erläutert bzw. in Fachliteratur und Studien<br />
zugänglich.<br />
Die Datenfülle wurde entsprechend der Aufgabenstellung gewichtet und ausgewertet.<br />
Die vorliegenden Informationen zu Bohrungen etc. sind in einer Bohrdatei geführt und unter dem<br />
Programm ArcView visualisiert. Die Datendokumentation wird den staatlichen Stellen und den Auftraggebern<br />
in digitaler Form zur Verfügung gestellt. Aktualisierungen sind jederzeit möglich und<br />
sinnvoll.<br />
Hydrogeologisches Modell<br />
Grundlagen des hydrogeologischen Modells<br />
Jura<br />
An den Nordrand des <strong>Donautal</strong>s schließen sich die Carbonatischen Ablagerungen des Weißen Jura<br />
(Malm) an. <strong>Das</strong> freiliegende oder von jüngeren Sed<strong>im</strong>enten überdeckte jurassische Gestein kommt<br />
in zwei verschiedenen, horizontal wie vertikal eng verzahnten Fazies-Typen vor: als geschichtete,<br />
teils mit mergelig-tonigen Zwischenlagen wechsellagernde Kalke und Dolomite oder als massig<br />
ausgebildete, kalkig-dolomitische Riff-Fazies. Der 250-600 m mächtige Malm fällt mit einer Schichtneigung<br />
von ca. 2° nach Süd-Süd-Ost ein (HOMILIUS et al. , 1983). Im nördlichen Randbereich des<br />
<strong>Donautal</strong>s wird er von Tertiär-Sed<strong>im</strong>enten, deren Mächtigkeit nach Südosten keilförmig zun<strong>im</strong>mt,<br />
überlagert.<br />
Die hervorragende hydrogeologische Eigenschaft des Malm, die Verkarstung, bedingt hier einen<br />
bis zu 200 m tiefen, zusammenhängenden Karstgrundwasserkörper. <strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong> füllt den<br />
Karst nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren entlang von Schichtflächen, Klüften, Spalten<br />
und anderen tektonischen Trennflächen mit einem Anteil von 1-4%, <strong>im</strong> Mittel von 2% aus (BIERER<br />
et al., 1987). <strong>Das</strong> Hohlraumvolumen ist z. T. bis in größere Tiefen durch tonige Einschwemmungen<br />
postjurassischer Sed<strong>im</strong>ente ganz oder teilweise "plombiert" (HOMILIUS et al., 1983). Hierin sind<br />
die starken Schwankungen des Karstgrundwasserleiters hinsichtlich seiner Durchlässigkeit und<br />
Ergiebigkeit begründet. Die Schwankungsbreite der Ergiebigkeit liegt zwischen wenigen 1/s und<br />
200-300 1/s, wobei meist 10-60 1/s angetroffen werden. Da Niederschlagswasser <strong>im</strong> Malm sehr<br />
rasch versickert, kann es oberflächlich kaum abfließen. Dies verursacht eine Erniedrigung der Verdunstung<br />
von der Geländeoberfläche, eine für die Karstwasserneubildung günstige Voraussetzung,<br />
42
die zu hohen Siekerraten führt. Diese können <strong>im</strong> Bereich der Schwäbischen Alb mehr als 50% des<br />
Niederschlages betragen. Der Karstwasserspiegel ist in Abb. 10 auszugsweise für ein Teilgebiet dargestellt.<br />
Die Karstwassergleichen lassen einen Zustrom des Karstwassers in den Kiesaquifer sowohl<br />
von Nordwesten als auch von Südwesten erkennen, was u. a. die hohe Ergiebigkeit des quartären<br />
<strong>Grundwasser</strong>leiters in diesem Bereich erklärt.<br />
Abb. 1 0: Karstgrundwassergleichenplan für das Donauried und für die <strong>im</strong> Nordwesten angrenzende<br />
Schwäbische Alb vom 12. 9. 1983 (nach SCHLOZ, in BIERER et al. , 1987)<br />
Bei einer <strong>Grundwasser</strong>förderung aus dem Karst ist zu beachten, daß mit der Verkarstung eine<br />
Beeinträchtigung der Filtrationswirkung des versickernden Wassers einhergeht. Dies kann z. B. zu<br />
einer erhöhten Nitratbelastung führen.<br />
Der Karstaquifer wird in einen seichten und tiefen Karst differenziert. Der seichte Karst ist ein Karstgrundwasserspeicher<br />
mit an der Sohle befindlichen <strong>Grundwasser</strong>austritten <strong>im</strong> Gegensatz zum<br />
tiefen Karst, bei dem ein Großteil des Karstgrundwasserspeichers unterhalb der <strong>Grundwasser</strong>austritte<br />
liegt.<br />
Die Entwässerung des Karstes findet nur z. T. über die Oberflächengewässer statt. Meist werden<br />
diese von Karstwasser unterströmt, das anschließend entweder direkt in der Donau oder wie zumeist<br />
über die Quartärschotter seine Vorflut in der Donau findet. Dieser vertikale <strong>Grundwasser</strong>strom<br />
in die quartären Schotter kann bis zu 40 1/s · km 2 betragen (REGIERUNGSPRÄSIDIUM STUTTGART,<br />
1977). Schlecht durchlässiges Tertiär trennt streckenweise die Quartärschotter vom Karst, so daß<br />
43
in manchen Bereichen ein gespannter Karstgrundwasserleiter entsteht. Zusätzlich werden die<br />
gespannten Karstwasserverhältnisse von den gering durchlässigen bis undurchlässigen, bis<br />
NN +250m hinabreichenden Zementmergeln des Tithons {oberer Malm) bedingt. Bereiche, in denen<br />
das tiefe Karstwasser direkt in die Talschotter übertritt, dort wo also zwischen dem Malm und den<br />
Talschottern ein direkter Kontakt besteht, sind:<br />
- südlich der Linie Langenau-Niederstotzingen (der Raum , in dem vom Zweckverband Landeswasserversorgung<br />
Stuttgart <strong>Grundwasser</strong> gefördert wird),<br />
- an verschiedenen Stellen zwischen dem Brenztal und dem Kesselbachtal,<br />
- <strong>im</strong> Raum Wittislingen,<br />
- bei Lutzingen (BAYERISCHES GEOLOGISCHES LANDESAMT, 1981 ).<br />
Aufstiegsgebiete von Karstwasser können an hydraulischen Auswirkungen, Temperaturanomalien,<br />
hydrochemischen Befunden und isotopenhydrologischen Differenzierungen erkannt werden<br />
(SCHLOZ, 1988). Die Gesamthärte n<strong>im</strong>mt bereichsweise durch die Lösung von Sulfaten bzw.<br />
oxidierten Sulfiden stark zu. Im Donauried konnten Sulfatwerte von > 400 mg/1 nachgewiesen<br />
werden, wobei die Konzentrationen <strong>im</strong> östlichen Donauried geringer sind als <strong>im</strong> Westen (REGIE<br />
RUNGSPRÄSIDIUM STUTTGART, 1977). Erhöhte Eisenwerte entstehen be<strong>im</strong> Aufstieg von Karstwasser<br />
durch die Graupensande (s. Abschnitt Tertiär). Der gesamte Bereich des tiefen Karstes liegt<br />
<strong>im</strong> Einzugsgebiet der Donau, das durchschnittlich 30 km über den Nordrand des <strong>Donautal</strong>s hinausreicht<br />
(HOMILIUS et al., 1983).<br />
Kreide<br />
Kreidezeitliche Ablagerungen treten <strong>im</strong> Modelliergebiet nur untergeordnet und zwar nördlich der<br />
Donau am nordöstlichen und östlichen Rand des bearbeiteten Bereiches auf. Die hier vor allem<br />
sandig ausgebildeten, karstdeckenden Sed<strong>im</strong>ente füllen hauptsächlich die Mulden und Karsttrichter<br />
des Jura aus. Die weiter <strong>im</strong> Osten vorwiegend tonig ausgeprägten Sed<strong>im</strong>ente wurden selbst in<br />
verhältnismäßig enge Karstspalten eingeschlämmt und beeinträchtigen dort somit die Wasserwegsamkeit<br />
des Karstwasserkörpers.<br />
Tertiär<br />
Nördlich der Donau liegen tertiäre Ablagerungen dem Malm in Form von geringmächtigen Erosionsresten<br />
z. T. inselartig und teilweise in geschlossener Verbreitung auf. Im Untersuchungsgebiet wird<br />
der gesamte Südrand des <strong>Donautal</strong>s von tertiären Sed<strong>im</strong>enten (ungefaltete Molasse) gebildet, die<br />
auch unter den quartären Ablagerungen anzutreffen sind.<br />
Die Molassebasis stellt eine nach Süden geneigte Platte dar, woraus sich für die Mächtigkeiten der<br />
Molasseablagerungen ein asymmetrisches Nord-Süd-Profil ergibt. Mit dem Abtauehen der Malmoberfläche<br />
nordwestlich der Donau (s. Abb. 11) n<strong>im</strong>mt die Mächtigkeit des Tertiärs von wenigen<br />
Metern über stellenweise 100m bereits auf Höhe der Donau bis auf z. T. 100-200 m nach Südosten<br />
keilförmig zu und trennt somit den Jura vom Talquartär. Ausnahmen sind z. B. <strong>im</strong> Bereich südlich<br />
Langenau-Niederstotzingen zu finden. Dort hat die Donau durch die pleistozäne Tiefen- und Seitenerosion<br />
das Tertiär ausgeräumt, womit ein direkter Kontakt zwischen dem Jura und den Quartär-<br />
44
ablagerungen hergestellt wurde (s. Abschnitt Quartär). Nach Südosten nehmen die Mächtigkeiten<br />
der tertiären Ablagerungen des Molassebeckens kontinuierlich zu , bis sie schließlich am Nordrand<br />
der Alpen 5000 m erreichen. in diesem Bereich verläuft die Trogachse des Molassebeckens. Nach<br />
LEMCKE (1988) steigt die mesozoische Unterlage der ungefalteten Molasse (Molassebasis) von<br />
Südosten nach Nordwesten zur Donau hin (zwischen Neuburg an der Donau und Bad Gögging)<br />
ziemlich gleichmäßig (<strong>im</strong> Süden etwas steiler) mit einem Durchschnittseinfallen um 2,5° an. Dieses<br />
Einfallen kann anhand der Streichlinienkarte für die Molassebasis bestätigt werden (Abb. 11 ).<br />
)·eo go ....._ l600<br />
.-------~' ~--------~L-------<br />
Molassebasis ( Malmoberfläche l<br />
ergänzt nach : BERTLEFF (1986 : 29, Abb.11)<br />
90 HOMILIUS et aU 1983 : Taf. 5)<br />
LEMCKE ( 1984:389, Abb.10)<br />
PAULSEN (1962 :Taf.2)<br />
SCHETELIG (1962 : 79 ff.)<br />
28<br />
• Bohrpunkt<br />
+ Geoelektrikpunkt<br />
- ·- .• Profillinien (Abb. 5, 6)<br />
80 ~_._ v ermutete Abschiebung<br />
=:=Streichlinien<br />
74 80<br />
50<br />
77<br />
Abb. 11: Streichlinien der Molassebasis (Malmoberfläche) bezogen auf NN <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet<br />
(aus DOPPLER, 1989)<br />
Folgende Abb. 12 zeigt für einen Ausschnitt des Untersuchungsraumes, das Donauried, die Mächtigkeit<br />
der Tertiär-Ablagerungen; aus den Erkundungen <strong>im</strong> Rahmen der Wassererschließung der<br />
Landeswasserversorgung Baden-Württemberg ergeben sich Mächtigkeiten des Tertiär zwischen<br />
0 m am Albrand und über 100m <strong>im</strong> Bereich der Donau.<br />
Da zur Zeit des Tertiärs die Sed<strong>im</strong>entationsbedingungen zwischen Meer, Festland und <strong>im</strong> fest-<br />
45
~ MöchUgkeiten d., Jrololasse 1n m<br />
-"'=•···">.; '"< - 0 m ( Jrololoue f•hll l<br />
- 0-20m<br />
= 20-40m<br />
.... >100m<br />
'<br />
Abb. 12: Mächtigkeiten der Molasseschichten <strong>im</strong> Donauried (nach SCHLOZ, in BIERER et al. , 1987}<br />
ländischen Bereich selbst (weithin pendelnde Flüsse, Seen, sumpfige Niederungen) wechselten,<br />
unterliegen die tertiären Ablagerungen mannigfachen faziellen Unterschieden. Tone, Schluffe,<br />
Sande, Kiese und mergelige Gesteine wechseln sich sowohl horizontal als auch vertikal z. T. sehr<br />
kleinräumig ab und sind somit schwer zu gliedern. Die Durchlässigkeit (ausgedrückt durch den<br />
Durchlässigkeitsbeiwert) der von Tonen und Mergeln geprägten Ablagerungen liegt in der Größenordnung<br />
von 1 o-s bis 10-6 m/s, während die der sandigen und kiesigen Einschaltungen um 1-2 Zehnerpotenzen<br />
höher liegt.<br />
Stratigraphisch ist das Tertiär <strong>im</strong> Untersuchungsraum zu unterteilen in:<br />
- schwer durchlässige Sand- und Tonmergel der bis zu 70 m mächtigen Ulmer Schichten (Untere<br />
Süßwassermolasse); eine mergel- und kalkreiche, offenbar teilweise lakustrine Albrandfazies, die<br />
mit der Ausweitung des Ablagerungsraumes weiter nach Norden wandert (BAYERISCHES<br />
GEOLOGISCHES LANDESAMT, 1996);<br />
- fluviatile, teils schluffige, grobsandige bis feinkiesige Graupensande (Obere Meeresmolasse);<br />
diese Ablagerungsrinne nördlich der festländischen Albsteinschwelle wurde infolge eines weiter<br />
absinkenden Meeresspiegels von der Urdonau erodiert. Die in der Graupensandrinne abgelagerten<br />
Kiessande der Gr<strong>im</strong>melfinger Schichten (bis 25m) führen z. T. typische Frankenwald-Lydite,<br />
welche die Herkunft der Schüttung aus Nordostbayern belegen. Kurzfristige Meeresspiegelschwankungen<br />
bewirkten das Eindringen von Brackwasser über die Graupensandrinne in weite<br />
Gebiete des schwäbisch-oberbayerischen Raumes {WEINIG, 1980};<br />
46
- feinsandige und schluffige Wechselfolgen der Kirchberger Schichten (Brackwassermolasse);<br />
diese bis zu 100m mächtigen Schichten führen untergeordnet Mergel und humose Tone und sind<br />
von einer reichen brackischen bis l<strong>im</strong>nischen Fauna (v. a. Mollusken) geprägt;<br />
- feinsandige, z. T. stärker tonige Schichten der Oberen Süßwassermolasse (BAYERISCHES<br />
GEOLOGISCHES LANDESAMT, 1981 ).<br />
Im wesentlichen kommen <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet jedoch die mergelig-tonigen Sed<strong>im</strong>ente vor, die<br />
in der Praxis über keinen wirksamen Porenanteil verfügen. ln den tertiären Sed<strong>im</strong>enten ist die<br />
<strong>Grundwasser</strong>führung an die etwa bis zu 15m mächtigen, kiesig-sandigen Ablagerungen (Graupensande)<br />
gebunden. Diese gl<strong>im</strong>merreichen Sande und feinkörnigen Quarzgerölle liegen in einer bis<br />
ca. 10 km breiten Rinne am Südostrand der Schwäbischen Alb, die aus der Gegend von Dillingen<br />
am Albrand entlang bis in die Gegend von Schaffhausen verläuft (GRAF, 1991}. Die Verzahnung der<br />
verschieden durchlässigen Ablagerungen führt <strong>im</strong> Tertiärs zu komplizierten hydrogeologischen<br />
Verhältnissen. Zu bemerken ist, daß die Abfolgen des Tertiärs zusammenfassend sehr gering durchlässig<br />
sind und eine hydraulische Trennschicht zwischen dem Kies- und Karstaquifer darstellen.<br />
Dennoch ist die Durchlässigkeit des Tertiärs groß genug, um einen <strong>Grundwasser</strong>aufstieg vom Malm<br />
in das Talquartär zu gewährleisten (REGIERUNGSPRÄSIDIUM STUTTGART, 1977). Eine wasserwirtschaftlich<br />
bedeutende Wasserführung der feinkörnigen Randfazies des Molassebeckens in<br />
Donaunähe tritt meist stark zurück; die höhere Ergiebigkeit ist an die grabkörnigeren Ablagerungen<br />
(Graupensande) gebunden und reicht von wenigen 1/s bis max. 40 1/s. Während des Altmiozäns<br />
entwickelte sich das nach Osten gerichtete, vorwiegend erosive Donausystem.<br />
Die Obere Süßwassermolasse (OSM) bildet zumeist die Unterlage der quartären Sed<strong>im</strong>ente <strong>im</strong><br />
<strong>Donautal</strong>. Bei Langenau und Neuburg an der Donau - an den Rändern des Betrachtungsraumes -<br />
haben die quartären Schotter direkten Kontakt zum Malm und <strong>im</strong> Osten auch zur Oberkreide. Im<br />
südöstlichen Donauried bilden die gl<strong>im</strong>merführenden, gelblich-grünlichen Feinsande des Flinz<br />
(OSM) die dominante Basis, die auch den Südrand des Donauriedes und nach Süden anschließend<br />
den Untergrund der pleistozänen Schotterplatten zwischen den rechten Donauzuflüssen Roth,<br />
Biber, Günz und Mindel aufbaut. Zwischen Leiphe<strong>im</strong> und Gundremmingen n<strong>im</strong>mt die Gesamtmächtigkeit<br />
der Molasse-Schichten bis zur Donau auf über 100m zu . Sie sind nur sehr gering wasserdurchlässig<br />
und bilden damit eine nach Süden zunehmend wirksame hydraulische Trennschicht<br />
zwischen dem unterlagernden Weißjurakarst und dem überlagernden Kiesaquifer. Sind die Molasseschichten<br />
jedoch von geringer Mächtigkeit oder feinsandig ausgebildet, so können sie in nennenswertem<br />
Umfang durchströmt werden. Die Graupensande sind trotz ihrer Grobkörnigkeit infolge<br />
der Schluff- und Tongehalte meist nur sehr gering durchlässig.<br />
Quartär<br />
Während des Quartärs sind <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> folgende Sed<strong>im</strong>ente abgelagert worden (WEINIG , 1980):<br />
- sandige Kiese (älteste quartäre Ablagerungen des Altpleistozän),<br />
- jüngere Deckenschotter (Mindeleiszeit),<br />
- Hochterrasse (Rißeiszeit),<br />
47
- Niederterrasse (Würmeiszeit),<br />
- Löß und Lößlehm,<br />
- Auesed<strong>im</strong>ente,<br />
- Kalktuff und Wiesenkalk,<br />
- Niedermoore,<br />
- Talsed<strong>im</strong>ente.<br />
Hierbei gilt der Hochterrasse, der Niederterrasse und den nacheiszeitlichen Ablagerungen das<br />
Hauptaugenmerk der Kiesabbauunternehmen.<br />
Abgesehen von Löß, Lößlehm, Kalktuff, Wiesenkalk und den Niedermooren liegt die Korngrößenverteilung<br />
der quartären Sed<strong>im</strong>ente hauptsächlich <strong>im</strong> Bereich der sandigen Kiese, die sich zum<br />
kommerziellen Abbau gut eignen. Insbesondere die Niederterrassenschotter und die postglazialen<br />
Ablagerungen genügen bei der Herstellung von Baustoffen höchsten Ansprüchen.<br />
Im Quartär können z. T. bis zu 12 Terrassen differenziert werden (HOMILIUS et al. , 1983), wobei die<br />
Hochterrasse der Rißeiszeit und die Niederterrasse der Würmeiszeit bzw. diese begleitende oder<br />
auflagernde postglaziale Ablagerungen von Bedeutung sind.<br />
<strong>Das</strong> meist uneinheitliche Korngrößenspektrum der Rißschotter (Hochterrasse) besteht zumeist aus<br />
schluffreien, sandigen Kiesen mit teilweise an den Talflanken zur Alb stärker schluffigen Anteilen, die<br />
vor allem an die Einflußbereiche der aus der Alb austretenden Bäche gebunden sind.<br />
Die sich 10-15 m über den <strong>Donautal</strong>boden erhebenden Schotter werden - wie die meisten älteren<br />
Schotter - von einer 2-4 m mächtigen Lößlehmdecke überlagert, die vor allem durch Hangabschwemmungen<br />
bis 10 m mächtig werden kann. Zwischen Mörslingen und Wittislingen bildeten<br />
sich Niedermoore und Kalktuffe über dem Hochterrassenschotter.<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong> der Hochterrasse des nördlichen Talrandes tritt je nach Höhenlage der Tertiärbasis<br />
in Form von Schichtquellen oder als Vernässung des Terrassenfußes in die jüngeren<br />
Talschotter über. Bei Blindhe<strong>im</strong> z. B. fließt es in die West-Nord-West/Ost-Süd-Ost verlaufenden<br />
Periglazialfüllungen der Seitentäler und bedingt dort somit z. T. stärkere Quellschüttungen (HOMI<br />
LIUS et al. , 1983). Die <strong>Grundwasser</strong>mächtigkeit steigt von sehr geringen Werten am Terrassenrand<br />
auf ca. 10m an und erfüllt somit in den mittleren und nördlichen Hochterrassenbereichen einen<br />
Großteil des Schotterprofils. Treten weiter südlich höhere <strong>Grundwasser</strong>mächtigkeiten auf, so sind<br />
diese auf in der Schotterbasis verlaufende Rinnen zurückzuführen. Diese Rinnen wirken als Sammler<br />
des aus der Hochterrasse in die Talaue eintretenden <strong>Grundwasser</strong>s und verursachen einen<br />
partiell verstärkten <strong>Grundwasser</strong>strom.<br />
<strong>Das</strong> <strong>Donautal</strong> umfaßt die würmeiszeitliche Akkumulation (Niederterrasse) und die postglazialen<br />
Aufschüttungsphasen, aus denen sich als jüngster Talbereich die Auestufe differenzieren läßt. Sie<br />
kennzeichnet den Bereich, den die Donau bis zu ihrer Regulierung in der Neuzeit eingenommen hat.<br />
ln weiten Bereichen des Donauriedes stoßen die Niederterrasse und das Postglazial ohne an der<br />
Oberfläche erkennbare Grenze aneinander und liegen meist auch übereinander, abgesehen von der<br />
48
Strecke Gundremmingen bis etwa Kicklingen. Hier ist die Niederterrasse durch eine 1-2m hohe<br />
Geländestufe abgehoben (HOMILIUS et al. , 1983).<br />
Die Mächtigkeit der Niederterrassenschotter variiert zwischen 4 und 8 m, wobei je nach Lage und<br />
Ausprägung von Mulden und Rücken auch geringere oder höhere (bis über 10m, z. B. <strong>im</strong> Donauried<br />
nördlich von Günzburg) Schottermächtigkeiten angetroffen werden können. Auch <strong>im</strong> Lechmündungsgebiet<br />
ist die Mächtigkeit auf bis zu 10m erhöht, da die in das <strong>Donautal</strong> eintretenden "Lechschotter"<br />
zu einer Gefälleverminderung führten. Der Flurabstand erhöht oder erniedrigt sich mit der<br />
Morphologie der Rücken und Mulden.<br />
Die jungquartären Kiessande verfügen über ein weitgestreutes Korngrößenspektrum und werden<br />
donauabwärts feinkörniger. Sie sind in verschiedenem Maße von jüngeren Sed<strong>im</strong>enten bedeckt.<br />
Nahezu entlang des gesamten südlichen Talrandes des östlichen Donauriedes sind lehmige<br />
Schwemmfächer über den Schottern ausgebildet.<br />
Die Deckschichten können auf den Terrassen bis zu 5 m mächtig sein. Sie schützen den darunterliegenden,<br />
z. T. gespannten Aquifer vor Verunreinigungen. An Stellen, an denen diese Schutzschicht<br />
fehlt (Fenster), entsteht ein direkter Kontakt zwischen der Geländeoberfläche und dem Kiesgrundwasserleiter.<br />
Anthropogen wurde dieser direkte Kontakt durch das Anlegen von Entwässerungsgräben<br />
geschaffen, die teilweise die Deckschichten in ihrer gesamten Mächtigkeit durchschneiden.<br />
Bei einer <strong>Grundwasser</strong>förderung aus der Niederterrasse betragen die Wassermengen, trotz der<br />
geringen <strong>Grundwasser</strong>mächtigkeit, 20-100 1/s. Die relativ hohe Ergiebigkeit ist auf die gute Durchlässigkeit<br />
dieser Ablagerung zurückzuführen. Die Durchlässigkeit des Kiesgrundwasserleiters wird<br />
für das Donauried nach zahlreichen Pumpversuchen mit 5 · 1 Q-4 bis 1 · 1 o- 2 m/s angegeben (BIERER<br />
et al., 1987). SCHLOZ (1988) gibt exemplarisch folgende Größenordnungen für die wichtigsten<br />
Komponenten des Grund- und Oberflächenwasser-Haushalts des Donauriedes an:<br />
"Aus dem Karst-Einzugsgebiet stammen etwa 115 Mio. m 3 /a, davon treten 40 Mio. m 3 /a in den<br />
Karstquellen der Nau aus, 25 Mio. m 3 /a strömen lateral, 50 Mio. m 3 /a aufsteigend in den Kiesaquifer<br />
ein. Dieser erhält zusätzlich auf 150 km 2 Ausdehnung eine <strong>Grundwasser</strong>neubildung <strong>im</strong><br />
Ried selbst von 10 Mio. m 3 /a. Aus dem Kiesaquifer treten 40 Mio. m 3 /a in die Grabensysteme aus,<br />
35 Mio. m 3 /a werden <strong>im</strong> nördlichen Donauried durch die Landeswasserversorgung gefördert und<br />
abgeleitet und 10 Mio. m 3 /a fließen unterirdisch ab."<br />
Diese Zahlen belegen die Funktion der zur Entwässerung des Donauriedes angelegten Grabensysteme,<br />
die einen hohen Anteil des <strong>Grundwasser</strong>s aufnehmen und abführen.<br />
Die aus den Talauen und Schottern ausgeblasenen Feinstsande und Schluffe finden sich als<br />
äolische Sed<strong>im</strong>ente in Gestalt von Löß und Lößlehm (Lößlehm entsteht durch Entkalkung aus kalkreichem<br />
Löß oder als eine bereits kalkfreie Windablagerung) hauptsächlich auf den älteren Schotterflächen<br />
sowie stellenweise auf den tertiären Ablagerungen - bevorzugt an den nach Osten<br />
orientierten Hängen. Deren Mächtigkeit variiert in Abhängigkeit vom Ablagerungszeitraum und von<br />
der Entfernung vom Liefergebiet.<br />
49
Die bis zu 2 m mächtigen schluffig-lehmigen Auesed<strong>im</strong>ente können als Füllung von ehemaligen<br />
Fließrinnen mächtiger ausgebildet sein oder vor allem auf der morphologisch hervortretenden<br />
Niederterrasse völlig fehlen.<br />
<strong>Das</strong> Flußsystem "Donau" ist seit dem Jungtertiär zahlreichen, tiefgreifenden Veränderungen<br />
unterworfen. Gegen Ende des Tertiärs floß die Donau noch auf der Hochfläche der Südalb in einer<br />
breiten Rinne, um sich zu Beginn des Quartärs allmählich in die Juratafel einzuschneiden. Sie war<br />
bereits damals Sammelrinne aller gegen das Molassebecken gerichteten Zuflüsse. Im Ältest- und<br />
Altpleistozän floß die Donau östlich von Ulm in einem weiten Bogen bis zu 20 km weiter südlich und<br />
zusammen mit der lller weiter durch das in den Jura eingetiefte Wellhe<strong>im</strong>er Tal. Im Mittelpleistozän<br />
verlegte die Donau ihren Lauf zunächst in das Schuttertal und schließlich an den Südrand der<br />
Frankenalb, wo sie seitdem an der "Nahtlinie" zwischen dem Jura und dem Molassebecken festgelegt<br />
ist (BAYERISCHES GEOLOGISCHES LANDESAMT, 1996).<br />
Hydrogeologisches Modell als Grundlage zur Umsetzung in das numerische Modell<br />
Anhand eines schematischen Profilschnittes werden die maßgeblichen hydrogeologischen Einheiten,<br />
deren hydraulische Parameter und die hydraulischen Zusammenhänge zwischen den Einheiten<br />
zusammenfassend dargestellt (Abb. 13). <strong>Das</strong> Schema läßt zudem die Umsetzung des hydrogeologischen<br />
Modells in das numerische <strong>Grundwasser</strong>modell erkennen.<br />
mu.NN<br />
~ctiWiblsche<br />
Alb<br />
Donaurie
Wasserhaushaltsmodell<br />
Grundlagen des Wasserhaushalts<br />
Der Wasserkreislauf auf der Erde unterliegt einem komplizierten Prozeß, der aus einer "ständigen<br />
Folge der Zustands- und Ortsveränderungen in Form von Niederschlag, Abfluß und Verdunstung"<br />
{DIN 4049) resultiert. Als Motor und Energielieferant des Wasserkreislaufes dient die Sonne.<br />
Werden Verdunstung, Niederschlag und Abfluß mengenmäßig betrachtet und gegenübergestellt, so<br />
gilt die hydrologische Grundgleichung oder Wasserbilanzgleichung. Diese lautet:<br />
N=A+V GI. 1<br />
mit: N = Niederschlag<br />
V = Verdunstung<br />
A = Abfluß.<br />
ln einem abgeschlossenen Bilanzraum entspricht die Niederschlagshöhe der Summe aus Verdunstungs-<br />
und Abflußhöhe. Für detaillierte Betrachtungen kann der Abfluß in eine oberirdische und<br />
eine unterirdische Komponente aufgeteilt werden. Die erweiterte hydrologische Grundgleichung lautet<br />
dann:<br />
mit: A 0<br />
= Oberflächenabfluß<br />
Au = unterirdischer Abfluß.<br />
Gl.2<br />
Aus der erweiterten hydrologischen Grundgleichung 2 ergibt sich für die Wasserhaushaltsbetrachtung<br />
eines Bilanzraumes zwingend die Notwendigkeit der Kenntnis der hydrologischen Basisdaten<br />
Niederschlag, Abfluß und Verdunstung. Dabei müssen die Basisdaten zeitlich und räumlich differenziert<br />
werden, d. h. es müssen Zeitreihen des Niederschlags, des Abflusses und der Verdunstung für<br />
Teilgebiete erstellt werden. Da nicht alle Basisdaten des Wasserhaushalts direkt meßbar sind und<br />
entsprechende Zeitreihen nicht vorliegen, werden hier weiterführende Betrachtungen mit Hilfe des<br />
Bilanzprogramms MODBIL durchgeführt.<br />
Bilanzprogramm MODBIL<br />
<strong>Das</strong> Bilanzprogramm MODBIL wurde von UDLUFT und ZAGANA (1994) und von UDLUFT {1999) erarbeitet,<br />
um mit Hilfe von kl<strong>im</strong>atischen und bodenphysikalischen Parametern die für die <strong>Grundwasser</strong>bilanzierung<br />
notwendigen Wasserhaushaltsgrößen Abfluß und Verdunstung zu ermitteln, wobei<br />
der Niederschlag vorgegeben wird.<br />
<strong>Das</strong> Programm arbeitet in wählbaren Zeitschritten und best<strong>im</strong>mt für jeden Abschnitt die entsprechenden<br />
Wasserhaushaltsgrößen.<br />
51
Eingabeparameter:<br />
a) Kl<strong>im</strong>awerte der Station (fageswerte)<br />
- Niederschlag<br />
- Temperatur um 14 Uhr<br />
- relative Feuchte um 14 Uhr<br />
b) Gebietsspezifische Parameter:<br />
- Stationshöhe<br />
- mittlere Gebietshöhe<br />
- Höhenkorrekturfaktor<br />
- Schneespeicher<br />
c) Bodenspezifische Parameter:<br />
- mittlere Hangneigung<br />
- Grenzdurchlässigkeit<br />
- nutzbare Feldkapazität (Wurzelraum)<br />
- Sättigung des Bodens<br />
- lnterzeption<br />
- Niederschlagshöhenkorrekturfaktor<br />
[mm/d]<br />
[OC]<br />
[%]<br />
[m +NN]<br />
[m + NN]<br />
[°C/1 00 m]<br />
[mm]<br />
[0]<br />
[mm/d]<br />
[mm]<br />
[%]<br />
[mm/d]<br />
[mm/100 m]<br />
Ausgabeparameter in [mm/d]:<br />
- Potentielle Verdunstung (V poJ nach HAUDE (1954)<br />
- Schneespeicher (Sn)<br />
- Oberflächenabfluß (A 0<br />
)<br />
- Reelle Verdunstung (Vreel l)<br />
- Wassergehaltsänderung des Bodenspeichers (ß nWG)<br />
- <strong>Grundwasser</strong>neubildung (GWN)<br />
1. Schritt: Eingabe der Kl<strong>im</strong>adaten<br />
Be<strong>im</strong> vorliegenden Projekt wurden die durchschnittlichen Monatswerte des Niederschlags, der<br />
Temperatur um 14 Uhr und der relativen Luftfeuchte um 14 Uhr verwandt.<br />
2. Schritt: Berechnung der potentiellen Verdunstung (Vpot) nach HAUDE (1954)<br />
Die potentielle Verdunstung ist die max<strong>im</strong>ale Verdunstung, die möglich ist bei einem ausreichenden<br />
Wasserdargebot bzw. bei Wassersättigung des Bodens. Die Berechnung nach HAUDE basiert auf<br />
der Grundlage der Temperatur und der relativen Luftfeuchte jeweils um 14 Uhr. Zum Ausgleich der<br />
vegetativen Unterschiede <strong>im</strong> Jahresverlauf wird für jeden Monat ein Korrekturfaktor angesetzt, der<br />
in Tab. 7 aufgeführt ist.<br />
Die potentielle Verdunstung nach HAUDE (1954) ergibt sich aus:<br />
F 14 )<br />
Vpot = X · p 14<br />
(<br />
1 - -<br />
100<br />
[mm/d]<br />
Gl.3<br />
52
mit: x = Monatskoeffizient<br />
P 14 = Sättigungsdampfdruck der Luft um 14 Uhr<br />
F14 = relative Luftfeuchte um 14 Uhr<br />
Tab. 7: HAUDEs Monatskoeffizienten<br />
Monat Jan. Febr. März April Mai Juni<br />
Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez.<br />
X 0,28 0,28 0,28 0,28 0,38 0,43<br />
0,44 0,3 0,3 0,28 0,28 0,28<br />
Der Sättigungsdampfdruck der Luft (P 14) um 14 Uhr für einen Luftdruck von 1013 mbar (Meereshöhe)<br />
und der Lufttemperatur T14 um 14 Uhr errechnet sich aus der MAGNUS-Formel (HOFFMANN<br />
1960):<br />
7.45 ·T,.<br />
P14 = 4,58 · 10 235 +r,. [Torr]<br />
Gl. 4<br />
Der Sättigungsdampfdruck (P 0<br />
) für die mittlere Gebietshöhe ergibt sich aus MÖLLER (1973):<br />
Po = P14 · 10 -i(,+i) [mbar]<br />
Gl.5<br />
mit: h = mittlere Gebietshöhe [km]<br />
P = Sättigungsdampfdruck bei Gebietshöhe [mbar]<br />
P 0<br />
= Sättigungsdampfdruck bei Meereshöhe (1 013 mbar bzw. 760 Torr)<br />
T14 = Lufttemperatur um 14 Uhr.<br />
Außerdem erfolgt eine Höhenkorrektur nach DAMMANN (1965) .<br />
3. Schritt: Berechnung des Schneespeichers<br />
ln den Wintermonaten geht der Niederschlag häufig in die feste Form des Schnees über und n<strong>im</strong>mt<br />
nicht unmittelbar am Abflußgeschehen teil , sondern wird für eine gewisse Zeit an der Bodenoberfläche<br />
als Schneedecke gespeichert. Diesen Vorgang berücksichtigt das Programm MODBIL, indem<br />
bei der Bilanzierung der Niederschlag unter 0,75 oc Tagestemperatur nicht direkt berücksichtigt<br />
wird, sondern als Schneedeckenspeicher (sn) angesetzt wird.<br />
Da an der Grenzfläche zwischen Boden und Schneedecke etwas höhere Temperaturen vorliegen,<br />
kommt es zur ständigen Abschmelzung des Schneedeckenspeichers von 10 mm <strong>im</strong> Monat bzw.<br />
0,33 mm am Tag, welche schrittweise der Infiltration des Bodens zugerechnet wird, bis der Schneespeicher<br />
aufgebraucht ist.<br />
Die eigentliche Abschmelzung (sme 1 J ist temperaturabhängig und wird mit der Gleichung 6 beschrieben.<br />
Dieser Abschmelzbetrag wird <strong>im</strong> nächsten Rechenschritt auf den Niederschlag addiert, so daß<br />
ein korrigierter Niederschlag (N 5<br />
) entsteht.<br />
53
Smelz = (asmelz + b 1 smelz * tm(i) + b2smelz * t 2 m(i))/30 [mm/d]<br />
Gl.6<br />
mit: Smelz = tägliche Schmelzwassersumme [mm/d]<br />
tm(i) = mittlere Tagestemperatur [ 0 C]<br />
a smelz = Konstante = 20<br />
b1 smelz = Konstante= 11,4<br />
b2smelz = Konstante= 0,069.<br />
Es folgt dann die Eingabe spezifischer Parameter:<br />
- nutzbare Feldkapazität [mm],<br />
- Sättigung des Bodens (Startwert) [%],<br />
- Grenzdurchlässigkeit [mm/d],<br />
- mittlere Hangneigung [ 0 ],<br />
- Vegetation,<br />
- Niederschlagsfaktor [wählbar].<br />
4. Schritt: Oberflächenabfluß (Ao) - Infiltration (IN)<br />
Mit dem Programm MODBIL ist es möglich, den Niederschlag (N) anteilmäßig auf die Parameter<br />
Oberflächenabfluß (A 0<br />
) und Infiltration (IN) aufzuteilen. Hierzu wird der Anteil des Oberflächenabflusses<br />
über die Eingabeparameter Grenzdurchlässigkeit (mm/Ereignis bzw. Tag) und mittlere Hangneigung<br />
best<strong>im</strong>mt.<br />
Die Wassermenge Q eines Niederschlagsereignisses N (hier Monatswert) wird nach Erreichen der<br />
Erdoberfläche in den Boden eindringen (Infiltration) oder auf dem Boden oberflächig abfließen<br />
(Oberflächenabfluß). Diese Trennung erfolgt mit dem Programm MODBIL über die Grenzdurchlässigkeit<br />
und die mittlere Hangneigung des Bodens.<br />
Die Grenzdurchlässigkeit charakterisiert die Wasseraufnahmefähigkeit eines Bodens bei kurzzeitigen<br />
Niederschlagsereignissen. Ein Boden mit der Grenzdurchlässigkeit von 15 mm pro Niederschlagsereignis<br />
kann bis zu 15 mm aufnehmen bzw. die Wassermenge kann in den Boden infiltrieren.<br />
Bei einem Niederschlagsereignis von 20 mm wird die Differenz von 5 mm/E auf der Bodenoberfläche<br />
abgeführt (A 0<br />
). Da der Infiltrations- bzw. Oberflächenabflußanteil auch über die Hangneigung<br />
der Betrachtungsfläche gesteuert wird, muß die Grenzdurchlässigkeit mittels eines Reduktionsfaktors<br />
korrigiert werden, so daß sich mit zunehmender Hangneigung die Infiltration verringert und der<br />
Anteil des Abflusses auf der Oberfläche vergrößert.<br />
Aus der Differenz zwischen Niederschlag (N) und Infiltration (IN) ergibt sich der Oberflächenabfluß<br />
(A 0 ). Der Anteil des A 0 wird nicht für weitere Berechnungen verwendet. Der Anteil der Infiltration wird<br />
dem Bodenspeicher zugerechnet und dient zu dessen Auffüllung.<br />
Für die Berechnung des Oberflächenabflusses (A 0<br />
) gilt:<br />
A 0<br />
= N - IN [mm/d]<br />
Gl.7<br />
54
für die Berechnung der Infiltration (IN} gilt:<br />
IN = N - A 0<br />
[mm/d]<br />
Gl.8<br />
5. Schritt: Berechnung der reellen Verdunstung, Wassergehaltsänderung des Bodenwasserspeichers<br />
und <strong>Grundwasser</strong>sickerung<br />
<strong>Das</strong> Kernstück des Programms MODBIL bildet der s<strong>im</strong>ulierte Bodenwasserspeicher, der durch die<br />
nutzbare Feldkapazität [mm] best<strong>im</strong>mt wird. Der Ist-Zustand des Bodenspeichers vor dem ersten<br />
Rechenschritt wird in der Sättigung bzw. dem Wassergehalt des Bodens durch die Angabe in % der<br />
nutzbaren Feldkapazität ausgedrückt. Auf den Bodenwasserspeicher wirken unterschiedlich gerichtete<br />
Größen , die eine ständige Wassergehaltsänderung bewirken. Dies sind die Infiltration (IN), die<br />
reelle Verdunstung (Vreeu) und unter best<strong>im</strong>mten Bedingungen der <strong>Grundwasser</strong>zustrom (GWN).<br />
Die Infiltration führt niederschlagsabhängig zu einer positiven Wassergehaltsänderung durch eine<br />
von oben nach unten gerichtete Größe.<br />
Zu einer ständigen Speicherentleerung, d. h. zu einer negativen Vorratsänderung führt die reelle<br />
Verdunstung , die der Infiltration entgegengerichtet ist. Bei einer Wasserspeichersättigung (1 00%<br />
der nutzbaren Feldkapazität) ist die potentielle Verdunstung der reellen Verdunstung gleichzusetzen.<br />
Ansonsten muß die potentielle Verdunstung wassergehaltsabhängig nach der Gleichung 9 auf die<br />
reelle Verdunstung korrigiert werden.<br />
spx1/2<br />
Vreel/ = Vpot · 8,5 * 1oQ [mm/d]<br />
Gl.9<br />
mit: V reell = reelle (aktuelle) Verdunstung [mm]<br />
v pot<br />
SP<br />
= potentielle Verdunstung [mm]<br />
= prozentuale Sättigung des Bodens vor dem jeweiligen Zeitschritt [mm]<br />
x1 = Exponent nach RENGER<br />
x2 = Exponent nach SPONAGEL.<br />
Der Exponent nach RENGER, STREBEL (1980) findet bei wenig bewachsenen Böden Verwendung,<br />
und der Quotient aus VreeuN pot kann max<strong>im</strong>al 1 erreichen. Die Korrektur <strong>im</strong> Sinne von SPONAGEL<br />
(1980) berücksichtigt die Vegetation und findet insbesondere in Waldgebieten Anwendung, wobei<br />
hierbei der Quotient aus VreeuN pot max<strong>im</strong>al1 ,2 erreichen kann , um die lnterzeptionsverdunstung und<br />
Transpiration der Pflanzen auszugleichen.<br />
Die Wassergehaltsänderung des Bodens (ßnWG) ergibt sich aus der Differenz zwischen Infiltration<br />
und reeller Verdunstung (s. GI. 10). Der aktuelle Wassergehalt des Bodens (nWG =%der nutzbaren<br />
Feldkapazität) ergibt sich aus dem Wassergehalt des Vormonats und der Wassergehaltsänderung<br />
des Rechenmonats, so daß sich mit jedem Rechenschritt {hier Monat) ein neuer Wassergehalt<br />
(s. GI. 11) des Bodens einstellt.<br />
ßnWG =IN- Vreeu [mm/d]<br />
Gl.10<br />
nWGaktuell = nWGvormonat + ßnWG [mm/d] GI. 11<br />
55
Ist die Infiltration größer als die aktuelle Verdunstung, so wird der Bodenwasserspeicher aufgefüllt<br />
und der Wassergehalt des Vormonats um diesen Betrag erhöht. Wird hierbei die nutzbare Feldkapazität<br />
(nFk = 1 OOprozentige Sättigung des Bodenspeichers) überschritten, so wird der Überschuß<br />
dem <strong>Grundwasser</strong>strom (GWN) zugerechnet. Ist dagegen die aktuelle Verdunstung größer als<br />
die Infiltration, so wird der Bodenspeicher um die Differenz entleert. Ein <strong>Grundwasser</strong>zustrom (GWN)<br />
bzw. eine <strong>Grundwasser</strong>neubildung ist somit nur möglich, wenn die Infiltrationsrate größer ist als die<br />
aktuelle Verdunstung (= Auffüllung des Bodenspeichers) und wenn zugleich der Sättigungsgrad des<br />
Bodenspeichers (nWG > nFK) überschritten wird.<br />
GWN = nWGaktuell - nFK [mm/d]<br />
Gl.12<br />
Prüfbedingung für den <strong>Grundwasser</strong>zustrom bzw. die <strong>Grundwasser</strong>neubildungsrate [mm/d] unter<br />
der Bedingung, daß IN > Vree 11 :<br />
Prüfbedingung a) nWGaktuell < nFK ---- keine <strong>Grundwasser</strong>neubildung (GWN = 0)<br />
Prüfbedingung b) nWGaktuell = nFK ---- keine <strong>Grundwasser</strong>neubildung (GWN = 0)<br />
Prüfbedingung c) nWGaktuell > nFK ---- <strong>Grundwasser</strong>neubildung (GWN = nWGaktuell -nFK)<br />
Insbesondere in Gebieten, in denen die klassische Methode der Erfassung des unterirdischen<br />
Abflusses bzw. der <strong>Grundwasser</strong>neubildung nach NATERMANN (1951 ) aufgrund unbekannter<br />
Einzugsgebietsgrößen häufig nicht anwendbar ist, hat sich die Anwendung des Bilanzprogramms<br />
MODBIL in der hydrogeologischen Praxis bewährt.<br />
Eingabeparameter für die Wasserhaushaltsberechnung<br />
Die Wasserhaushaltsberechnungen <strong>im</strong> "Schwäbischen <strong>Donautal</strong>" erfolgten für den 20jährigen Zeitraum<br />
November 1974 bis Oktober 1994. Für die S<strong>im</strong>ulation wurden die Eingabeparameter für das<br />
Untersuchungsgebiet ermittelt. Nachfolgend wird die Ermittlung der hydrologischen Basisdaten<br />
näher erläutert. Am Beispiel des Blattes 7527 Günzburg der Topographischen Karte 1: 25 000, wird<br />
ein Berechnungsgang <strong>im</strong> Detail vorgestellt.<br />
Kl<strong>im</strong>atische Grunddaten<br />
Die Kl<strong>im</strong>adaten wurden von den in Tab. 2 und Tab. 8 aufgeführten Kl<strong>im</strong>astationen übernommen; die<br />
Lage der Stationen ist in Abb. 14 ersichtlich.<br />
Die relevanten Kl<strong>im</strong>adaten wurden den monatlichen Witterungsberichten des Deutschen Wetterdienstes<br />
für den Zeitraum November 1974- Oktober 1994 entnommen. Erfaßt wurden dabei die<br />
Monatswerte für die Parameter Niederschlag, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit. Aus den vorliegenden<br />
Daten wurden nach dem in Tab. 8 aufgeführten Verteilungsschlüssel die Mittelwerte für<br />
56
Abb. 14: Kl<strong>im</strong>astationen<br />
die einzelnen Kartenblätter des Modellraums interpoliert. Die jeweilige Verteilung richtet sich nach<br />
der Entfernung und damit der Vergleichbarkeit der kl<strong>im</strong>atischen Bedingungen des Blatt- bzw.<br />
Modellgebietes zu den einzelnen Kl<strong>im</strong>astationen. Hierzu wurden mindestens drei Kl<strong>im</strong>astationen<br />
herangezogen, die unmittelbar an die Kartenblätter angrenzen und durch deren direkte Verbindung<br />
ein Dreieck entsteht, welches ein Kartenblatt umschließt. Je nach Entfernung der Kl<strong>im</strong>astationen<br />
vom Kartenblatt bzw. in Abhängigkeit von der Morphologie des Betrachtungsgebietes wurden die<br />
Kl<strong>im</strong>astationen unterschiedlich gewichtet und mit einem Multiplikator so versehen, daß die Summe<br />
der Multiplikatoren 10 ergibt.<br />
Da sich die Gewichtung der einzelnen Kl<strong>im</strong>astationen genau genommen nur auf das Kartenzentrum<br />
bezieht, können bei angrenzenden Kartenblättern durch die unterschiedliche Wichtung der Kl<strong>im</strong>astationen<br />
relativ große Unterschiede der kl<strong>im</strong>atischen Bedingungen vorliegen. Deshalb wurden bei<br />
benachbarten, stark differierenden Kartenblättern die Ränder miteinander verschnitten und der Mittelwert<br />
berechnet, um die kl<strong>im</strong>atischen Unterschiede an den Blattgrenzen zu min<strong>im</strong>ieren.<br />
Da die Kl<strong>im</strong>astation Dillingen erst ab 1983 Daten lieferte, wurden mit Hilfe der Kl<strong>im</strong>astationen Ulm<br />
und Kaishe<strong>im</strong>-Neuhof Monatskorrekturfaktoren ermittelt, mit denen auf die Werte der Kl<strong>im</strong>astation<br />
Dillingen von 1974 bis 1983 geschlossen wurde.<br />
57
Tab. 8: Wichtung der Kl<strong>im</strong>astationen für die Berechnung der Kl<strong>im</strong>adaten des jeweiligen<br />
Kartenblattes<br />
Kartenblatt Kl<strong>im</strong>astationen Multipli- Kl<strong>im</strong>astationen Multipli- Kl<strong>im</strong>astationen Multipli- Kl<strong>im</strong>astationen<br />
1:25000 kator kator kator<br />
Multiplikator<br />
Blatt 7131 Kaishe<strong>im</strong> 8,0 Karlshuld 1,0 Eichstätt 1,0<br />
Blatt 7229 Kaishe<strong>im</strong> 5,5 Dillingen 3,0 Heidenhe<strong>im</strong> 1,5<br />
Blatt 7230 Kaishe<strong>im</strong> 10,0<br />
Blatt 7231 Kaishe<strong>im</strong> 10,0<br />
Blatt 7232 Kaishe<strong>im</strong> 5,0 Karlshuld 5,0<br />
Blatt 7328 Dillingen 7,0 Heidenhe<strong>im</strong> 2,0 Kaishe<strong>im</strong> 1,0<br />
Blatt 7329 Dillingen 5,0 Kaishe<strong>im</strong> 3,0 Nördlingen 1,0 Augsburg<br />
1,0<br />
Blatt 7330 Kaishe<strong>im</strong> 5,0 Dillingen 3,0 Augsburg 2,0<br />
Blatt 7331 Kaishe<strong>im</strong> 6,0 Augsburg 4,0<br />
Blatt 7332 Karlshuld 6,0 Kaishe<strong>im</strong> 4,0<br />
Blatt 7426 Ulm 4,5 Heidenhe<strong>im</strong> 3,5 Dillingen 2,0<br />
Blatt 7427 Kaishe<strong>im</strong> 5,0 Dillingen 3,0 Augsburg 2,0<br />
Blatt 7428 Dillingen 4,5 Krumbach 3,0 Ulm 1,0<br />
Blatt 7429 Dillingen 7,0 Krumbach 1,0 Kaishe<strong>im</strong> 1,0 Augsburg<br />
1,0<br />
Blatt 7430 Dillingen 4,0 Augsburg 3,5 Kaishe<strong>im</strong> 2,5<br />
Blatt 7526 Ulm 7,0 Dillingen 1,5 Heidenhe<strong>im</strong> 1,5<br />
Blatt 7527 Ulm 4,5 Dillingen 3,5 Krumbach 1,0 Heidenhe<strong>im</strong><br />
1,0<br />
Blatt 7528 Dillingen 4,5 Krumbach 3,5 Ulm 2,0<br />
Blatt 7529 Dillingen 4,5 Krumbach 3,5 Augsburg 2,0<br />
Blatt 7530 Augsburg 5,0 Dillingen 3,0 Kaishe<strong>im</strong> 2,0<br />
Blatt 7626 Ulm 7,0 Krumbach 2,0 Dillingen 1,0<br />
Blatt 7627 Krumbach 5,0 Ulm 4,0 Dillingen 1,0<br />
Niederschlag<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong> wird hauptsächlich aus versickerndem Niederschlag gebildet. Deshalb spielt die<br />
Niederschlagsmenge eine entscheidende Rolle für die <strong>Grundwasser</strong>neubildung. Niederschlagsmessungen<br />
repräsentieren aber genau genommen nur Ortsniederschläge. Bei der Erfassung der<br />
Gebietsniederschläge ist es deshalb wichtig, auf Schwankungen in ihrer groß- und kleinregionalen<br />
Verteilung einzugehen. Weil eine Aussage über die Niederschlagsverteilung <strong>im</strong> Modellraum "Schwäbisches<br />
<strong>Donautal</strong>" auf Grund der Ausdehnung nur schwer möglich ist, wurde der Gebietsniederschlag<br />
aus den Einzelwerten der Kl<strong>im</strong>astationen auf die Gesamtfläche nach dem oben beschriebenen<br />
Verfahren interpoliert.<br />
58
Temperatur und Luftfeuchte<br />
Die Erfassung der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit innerhalb des Betrachtungsraumes<br />
ist notwendig, da diese als Eingangsparameter zur späteren Berechnung der Verdunstung bedeutsame<br />
Rollen einnehmen. Hierzu wurden Monatswerte der mittleren Lufttemperatur und der<br />
mittleren relativen Luftfeuchtigkeit verwendet. Diese Daten lieferten die in Tab. 2 aufgeführten Kl<strong>im</strong>astationen.<br />
Die mittlere Jahrestemperatur <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet liegt zwischen 7 oc und 9 °C. Die<br />
mittlere relative Luftfeuchtigkeit bewegt sich um 80%.<br />
Standortspezifische Grunddaten<br />
Boden<br />
Zu den standortspezifischen Eingabeparametern in MODBIL gehören neben der Landnutzung und<br />
der Neigung auch die bodenphysikalischen Parameter nutzbare Feldkapazität und Durchlässigkeit.<br />
Die Durchlässigkeit eines Bodens beeinflußt das Abflußgeschehen bzw. lnfiltrationsgeschehen; die<br />
nutzbare Feldkapazität beeinflußt die Verdunstungshöhe.<br />
Tab. 9: Bodenklassen mit Bodenkennwerten<br />
Bodenklasse Bodenart Durchlässigkeit Durchlässigkeitsbeiin<br />
MODBIL<br />
wert (kf-Wert) [m/s]<br />
1 offene Flächen sehr gut > 1 . 1 o·s<br />
2 Sande gut 1 . 1Q•5 - 1 . 1Q•6<br />
2-3 lehmige Sande, sandige Lehme gut- mittel 5 . 10" 6 - 5 . 10" 7<br />
3 Verwitterungslehme, Löß , lehmig-tonige Rendzinen mittel 1 . 10" 7 - 1 . 1 o-s<br />
3-4 tonige Lehme mittel - schlecht 5 . 1Q•8 - 5 . 1Q•9<br />
4 lehmige Tone, Sande über lehmigen Tonen schlecht 1. 10" 8 -1 . 10" 9<br />
5 bebautes Gebiet sehr schlecht < 1 . 1 o- 9<br />
<strong>Das</strong> Bilanzierungsprogramm MODBIL sieht deshalb eine Einteilung der Böden in Bodenklassen<br />
nach der Durchlässigkeit der Deckschichten vor. Jeder ermittelten Bodenart wurde eine Bodenklasse<br />
in Abhängigkeit von der Durchlässigkeit der Deckschichten zugeordnet. Der Zusammenhang<br />
ist in Tab. 9 dargestellt. Die Einteilung reicht dabei von Sanden mit guter Durchlässigkeit bis hin zu<br />
lehmigen Tonen mit schlechter Durchlässigkeit.<br />
Eine Sonderstellung nehmen die Siedlungsflächen ein. Den besiedelten Gebieten wurde, unabhängig<br />
vom Untergrund, begründet durch weitgehende Versiegelung, die Bodenklasse 4 bei kleinen<br />
Ortschaften und Bodenklasse 4,5 bei größeren Ortschaften zugeordnet. Im Kernbereich von Städten<br />
wurde die Bodenklasse 5 angesetzt. Für Bereiche mit offenen Wasserflächen wurde die Bodenklasse<br />
1 verwendet.<br />
59
Tab. 1 0: Geologische Einheiten mit entsprechenden Bodenklassen<br />
Geologische Einheit<br />
Bodenklasse<br />
in MODBIL<br />
Talsed<strong>im</strong>ente 3<br />
Niedermoor 1<br />
Kalktuff, Wiesenkalk 2<br />
Postglaziale Talaue 2-3<br />
Postglaziale Talaue mit Auestufe 1<br />
Schwemmfächer (vorwiegend sandig - lehmig) 3<br />
Schwemmfächer (ungegliedert; Postglazial bis Altpleistozän)<br />
a) vorwiegend sandig - kiesig 2<br />
b) wie a) unter Löß und Lößlehm 2-3<br />
Flugsande in größerer Verbreitung und Mächtigkeit 2<br />
Löß und Lößlehm bzw. lehmige Albüberdeckung 2-3<br />
Niederterrasse<br />
a) unter geringmächtigen Deckschichten 2-3<br />
b) unter Löß- und Lößlehmdecke (bis 2 m mächtig) 2-3<br />
a) Hochterrasse und b) vorgelagerte Erosionsterrasse 2-3<br />
sandige Kiese, freiliegend oder mit geringmächtiger Lößlehmauflage 2-3<br />
a) Hochterrasse und b) vorgelagerte Erosionsterrasse 2-3<br />
sandige Kiese, unter Löß- und Lößlehmdecke (bis 2 m mächtig) 2-3<br />
Jüngere Deckenschotter 2-3<br />
Alt- und Ältestpleistozän (ungegliedert) 2-3<br />
Tertiär, ungegliedert (Miozän, untergeordnet Pliozän)<br />
a) vorwiegend sandig -tonig - mergelig 3-4<br />
b) vorwiegend oder teilweise sandig - kiesig 3<br />
Riestrümmermassen 2<br />
Oberkreide 3<br />
Malm (Weißer Jura) 2<br />
Die Berechnung des Oberflächenabflusses und die räumliche Abgrenzung der einzelnen Flächeneinheiten<br />
erfolgte mit Hilfe der geologischen Karte. Deshalb wurde abschließend jeder geologischen<br />
Einheit je nach Ausprägung, eine Bodenklasse zugeordnet. Der Zusammenhang ist in Tab. 10 dargestellt.<br />
Nutzbare Feldkapazität<br />
Die Feldkapazität bezeichnet diejenige Wassermenge, die ein Boden bei ungestörter Lagerung<br />
gegen die Schwerkraft halten kann. Die nutzbare Feldkapazität (nFK) bezieht sich hier auf den pflanzenverfügbaren<br />
Anteil der Feldkapazität Dies entspricht definitionsgemäß dem Bereich der Was-<br />
60
Tab. 11: Nutzbare Feldkapazität in Abhängigkeit von Bodenart und Flächennutzung<br />
Geologische Einheit<br />
Acker bzw. Wiese<br />
nFK [mm]<br />
Waldgebiet<br />
Talsed<strong>im</strong>ente 140 190<br />
Niedermoor 500 540<br />
Kalktuff, Wiesenkalk 60 100<br />
Postglaziale Talaue 120 160<br />
Postglaziale Talaue mit Auestufe 300 340<br />
Schwemmfächer (vorwiegend sandig - lehmig) 100 140<br />
Schwemmfächer (ungegliedert; Postglazial bis Altpleistozän)<br />
a) vorwiegend sandig - kiesig 80 120<br />
b) wie a) unter Löß und Lößlehm 180 220<br />
Flugsande in größerer Verbreitung und Mächtigkeit 80 120<br />
Löß und Lößlehm bzw. lehmige Albüberdeckung 180 220<br />
Niederterrasse<br />
a) unter geringmächtigen Deckschichten 80 120<br />
b) unter Löß- und Lößlehmdecke (bis 2 m mächtig) 180 220<br />
Hochterrasse und vorgelagerte Erosionsterrasse<br />
sandige Kiese, freiliegend oder mit geringmächtiger Lößlehmauflage<br />
Hochterrasse und vorgelagerte Erosionsterrasse<br />
sandige Kiese, unter Löß- und Lößlehmdecke (bis 2 m mächtig)<br />
100 140<br />
180 220<br />
Jüngere Deckenschotter 150 190<br />
Alt- und Ältestpleistozän (ungegliedert) 150 190<br />
Tertiär, ungegliedert (Miozän, untergeordnet Pliozän)<br />
a) vorwiegend sandig -tonig - mergelig 120 160<br />
b) vorwiegend oder teilweise sandig - kiesig 100 140<br />
Riestrümmermassen 80 120<br />
Oberkreide 100 140<br />
Malm (Weißer Jura) 60 100<br />
serspannung von pF > 1 ,8 und pF < 4,2. Die nFK ist sowohl abhängig von der Kornverteilung als<br />
auch dem Gefüge des Bodens und der Wurzeltiefe.<br />
ln den bewaldeten Bereichen wurde die nutzbare Feldkapazität der Böden auf Grund der größeren<br />
Wurzeltiefe um 40 mm gegenüber landwirtschaftlich genutzten Standorten erhöht. Der intakte<br />
Auwald erhielt die gleiche Feldkapazität wie das Niedermoor; damit steht für diese Gebiete <strong>im</strong>mer<br />
ausreichend Wasser zur Verdunstung zur Verfügung.<br />
Die <strong>im</strong> Rahmen der Bilanzierung angesetzten Werte für die nFK berücksichtigen somit die Eigen-<br />
61
schatten der typischerweise auf einer geologischen Einheit entwickelten Böden und z. T. den Bewuchs.<br />
Die notwendigen Informationen wurden einerseits aus der geologischen Karte 1: 200 000<br />
(WEINIG, 1980), der Wasserwirtschaftlichen Rahmenuntersuchung Donau und andererseits aus der<br />
topographischen Karte 1: 25 000 entnommen.<br />
Nutzung<br />
Die Landnutzung beeinflußt die Höhe der Verdunstung. Deshalb wird sie bei der Berechnung mit<br />
MODBIL zur Best<strong>im</strong>mung der reellen Verdunstung verwendet. Sie kommt zum Ausdruck <strong>im</strong> Korrekturfaktor<br />
nach RENGER oder SPONAGEL (s. S. 55). Weiterhin geht der Bewuchs über die o. g. Erhöhung<br />
der nutzbaren Feldkapazität für Waldflächen in die Berechnung ein. Zur Abgrenzung von<br />
Waldflächen, Ackerland und Ortschaften bzw. versiegelten Flächen, wurden die topographischen<br />
Karten des Modellraums ausgewertet.<br />
Mittlere Hangneigung<br />
Die Hangneigung eines Gebietes steuert <strong>im</strong> Zusammenspiel mit der Durchlässigkeit des Bodens das<br />
Abflußverhalten bzw. das lnfiltrationsverhalten. Je nach Neigung einer Fläche fließt der Niederschlag<br />
mehr oder weniger oberflächig ab bzw. kann in den Boden infiltrieren. Die Ermittlung der mittleren<br />
Hangneigung für eine best<strong>im</strong>mte Teilfläche wurde ebenfalls auf Grundlage der topographischen<br />
Karte 1:25 000 durchgeführt.<br />
Erläuterung der Wasserhaushaltsberechnungen mit MODBIL am Beispiel des Blattes<br />
TK 7527 Günzburg<br />
Mit Hilfe des Bilanzprogramms MODBIL errechnen sich aus den Eingabeparametern (s. vorheriges<br />
Kapitel) die fehlenden Wasserhaushaltsgrößen. Nachfolgend soll der Berechnungsgang und die<br />
Sensitivität der einzelnen Eingabeparameter am Beispiel des Blattes Günzburg dargestellt werden.<br />
Im Beispielgebiet befinden sich die Stadt Günzburg und die Ortschaften Leiphe<strong>im</strong>, Niederstotzingen<br />
und Sonthe<strong>im</strong>. Der Zentralbereich des Teilraumes wird von dem großflächigen "Günzburger Donauried"<br />
belegt. Der nördliche Bereich des Rieds ist als Niedermoor ausgebildet wobei eine Reihe von<br />
offenen Wasserflächen zu Tage treten. Die Donau befindet sich <strong>im</strong> südlichen Teilraum und liegt bei<br />
Günzburg auf einer Höhe von NN + 439,5 m. <strong>Das</strong> Flußufer der Donau wird von Auewäldern umsäumt.<br />
Südlich der Donau schließt das Tertiärhügelland an. Im Norden des Modellgebietes beginnen<br />
die Anhöhen der Schwäbischen Alb.<br />
Oberirdischer Abfluß (A 0<br />
)<br />
und Infiltration<br />
Der oberirdische Abfluß (A 0<br />
) ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Niederschlag (N) und der in<br />
den Boden infiltrierenden Niederschlagsmenge bzw. der Infiltration (IN). Geringe Durchlässigkeiten<br />
des Bodens und starke Hangneigungen führen zu einem erhöhten Oberflächenabfluß. Der oberirdische<br />
Abfluß <strong>im</strong> Betrachtungsraum erfolgt in Zuflüsse des Hauptvorfluters Donau.<br />
ln Abb. 15 wird beispielhaft der Oberflächenabfluß und der Gesamtabfluß für die <strong>im</strong> Arbeitsgebiet repräsentativen<br />
Einheiten des Malm, Tertiär und Löß in Abhängigkeit von der Hangneigung dargestellt.<br />
62
300<br />
250<br />
~<br />
E<br />
;; 200<br />
2<br />
:c<br />
e "'<br />
"'<br />
~ 150<br />
3i<br />
~<br />
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Cl)<br />
~<br />
' ~ 100<br />
;:<br />
Cl)<br />
.0<br />
0<br />
-+- Ao Tertiär -+-Ao Malm -+- Ao Löß<br />
50<br />
Niederschlag: 802 mm/a<br />
0<br />
0<br />
5 10 15 20 25<br />
Hangneigung ["]<br />
Abb. 15: Oberflächen- und Gesamtabfluß in Abhängigkeit von der Hangneigung<br />
Den größten Oberflächenabfluß weisen die Tertiärflächen auf, da diese die geringsten Durchlässigkeiten<br />
besitzen. Die niedrigsten Abflüsse kommen auf den durchlässigen Flächen des Malm zustande.<br />
Die Abhängigkeit des Abflusses von der Hangneigung tritt ebenfalls deutlich hervor.<br />
Dem Oberflächenabfluß entgegengesetzt proportional ist die Infiltration. Sie wird als vertikale<br />
Sickerbewegung des Niederschlags in den Boden verstanden. Hohe Durchlässigkeiten und geringe<br />
Hangneigungen führen zu hohen lnfiltrationsraten. Die Abhängigkeit der Infiltration von der Hangneigung<br />
ist in Abb. 16 dargestellt.<br />
750<br />
700<br />
.. 650<br />
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c<br />
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550<br />
-+- IN Malm -+- IN Löß -+- IN Tertiär<br />
Niederschlag: 802 mm/a<br />
500 ---------------------------------------------------<br />
o 5 10 15 20<br />
Hangneigung ["]<br />
Abb. 16: Infiltrationsrate in Abhängigkeit von der Hangneigung<br />
25<br />
63
Für die Infiltration ist nicht nur die absolute Niederschlagssumme, sondern auch die zeitliche Verteilung<br />
der Niederschlagsmenge von Bedeutung. Im allgemeinen wirken sich lang andauernde<br />
Regenfälle günstiger auf die Infiltration des Niederschlags aus. Dagegen tragen einzelne Starkregenereignisse,<br />
z. B. starke Gewitterregen, die innerhalb kurzer Zeit hohe Niederschlagsmengen<br />
liefern, verhältnismäßig wenig zur Infiltration in den Boden bei und fließen meist auf der Oberfläche<br />
in den Vorfluter ab.<br />
Verdunstung<br />
Die Verdunstung hat einen entscheidenden Einfluß auf die Wasserbilanz. Ein beträchtlicher Teil des<br />
Niederschlages wird in Form von Wasserdampf an die Atmosphäre abgegeben und ist somit nicht<br />
am Abflußgeschehen beteiligt. Einflußfaktoren auf die Verdunstung sind neben den kl<strong>im</strong>atischen<br />
Faktoren, der Bewuchs und das Wasserdargebot der betrachteten Flächen. Für die Berechnung der<br />
Verdunstungshöhe wird zwischen der potentiellen Verdunstung 0/poJ und der reellen Verdunstung<br />
0lree 11<br />
} unterschieden, die beide <strong>im</strong> Programm MODBIL errechnet wurden.<br />
Für das Blatt 7527 Günzburg ergibt sich eine mittlere potentielle Verdunstung von 523 mm/a, wovon<br />
417,5 mm auf das Sommerhalbjahr und 105,5 mm auf das Winterhalbjahr entfallen.<br />
<strong>Grundwasser</strong>neubildung und Wasserbilanz für das Blatt Günzburg<br />
Die <strong>Grundwasser</strong>neubildung ergibt sich aus der Wasserbilanz für das Modellgebiet Für das Blatt<br />
Günzburg ergibt sich <strong>im</strong> langjährigen Mittel (20 Jahre) ein Jahresniederschlag von 802 mm, was<br />
einem Monatsmittel von 67 mm entspricht. Hiervon entfallen auf das Winterhalbjahr 329 mm (41 %)<br />
und auf das Sommerhalbjahr 473 mm (59%).<br />
ln Tab. 12 ist die Wasserbilanz für eine unbewaldete Fläche dargestellt. Es sind zwei wichtige Einflußparameter<br />
auf den Wasserhaushalt erkennbar:<br />
- Die nutzbare Feldkapazität beeinflußt die reelle Verdunstung, die <strong>im</strong> Beispielgebiet zwischen<br />
450 und 500 mm/a schwankt.<br />
- Die Durchlässigkeit des Oberbodens, ausgedrückt durch die Bodenklassen, steuert die Höhe der<br />
Infiltration und des Oberflächenabflusses. Letzterer schwankt je nach geologischer Einheit zwischen<br />
66 mm/a für Moorflächen mit großer nutzbarer Feldkapazität und 331 mm/a für versiegelte<br />
Flächen.<br />
Die <strong>Grundwasser</strong>neubildung errechnet sich nach der hydrologischen Grundgleichung aus dem<br />
Niederschlag, der reellen Verdunstung und dem Oberflächenabfluß. Durch deren Zusammenwirken<br />
schwankt die Höhe der <strong>Grundwasser</strong>neubildung <strong>im</strong> betrachteten Teilraum zwischen 49 mm/a<br />
in Stadtkernen und 263 mm/a für geringmächtige Böden ohne Waldbedeckung über Malm<br />
(nFK = 60 mm).<br />
Aufgrund der Berechnungsroutine von MODBIL können die Ergebnisse der Wasserhaushaltsberechnung<br />
auch als Monatswerte ausgewiesen werden. Der zeitliche Verlauf der Wasserhaushaltsgrößen<br />
ist in Abb. 17 am Beispiel der Lößfläche aus Tab. 12 (nFK 180 , Bodenzahl 2,5) dargestellt.<br />
64
Tab. 12: Wasserbilanz für unbewaldete Flächen mit einer Hangneigung von 3° auf dem Blatt<br />
TK 7527 Günzburg<br />
Geologie nFk Boden- Nieder- Schnee- lnfil- V pol V reell Äges Ao GWN<br />
bzw. [mm] klasse schlag speieher tration [mm/a] [mm/a] [mm/a] [mm/a] [mm/a]<br />
Ortschaft<br />
[mm/a] [mm/a] [mm/a]<br />
Malm<br />
60 2<br />
802,1 49,2 717,2 522,8 454,4 347,7 84,8<br />
262,8<br />
Niederterrasse<br />
120 2,5<br />
802 ,1 49,2 695,8 522,8 466,4 335,6 106,3<br />
230,2<br />
Tertiär<br />
120 3,5<br />
802 ,1 49,2 634,3 522,8 454,6 347,5 167,8<br />
181 ,1<br />
Talsed<strong>im</strong>ente<br />
140 3<br />
802,1 49,2 679,7 522,8 468,1 334 122,4<br />
213<br />
Altpleistozän<br />
150 2,5<br />
802,1 49,2 695,8 522,8 472,7 329,4 106,3<br />
224,5<br />
Hochterrasse<br />
180 2,5<br />
802 ,1 49,2 695,8 522,8 477,8 324,3 106,3<br />
219,8<br />
Anmoor<br />
300 1<br />
802,1 49,2 736,3 522,8 494,9 307,1 65,7<br />
243,8<br />
Niedermoor<br />
500 1<br />
802,1 49,2 736,3 522,8 504,4 297,7 65,7<br />
235,2<br />
kleine<br />
Ortschaft<br />
180 4<br />
802 ,1 49,2 601 ,5 522,8 461 ,7 340,4 200,5<br />
142,8<br />
größere<br />
Ortschaft<br />
180 4,5<br />
802 ,1 49,2 532,8 522,8 445,7 356,5 269,3<br />
91 ,1<br />
Stadtkern<br />
180 5<br />
802,1 49,2 470,9 522,8 426,8 375,2 331 ,2<br />
48,7<br />
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280<br />
260<br />
240<br />
220<br />
200<br />
0<br />
100<br />
160<br />
-40<br />
-80<br />
-120<br />
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120<br />
100<br />
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60<br />
40<br />
20<br />
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Abb. 17: Zusammenhang zwischen Sättigungszustand des Bodens, reeller Verd unstung und<br />
<strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
65
Wie aus der Abb. zu ersehen ist, steigt die reelle Verdunstung während der Sommermonate stark an .<br />
Deshalb kommt es zur Entleerung des Bodenwasserspeichers. Erst nach dem Wiederauffüllen des<br />
Wasserreservoirs in den Wintermonaten (nFK bei 180 mm), kommt es zur <strong>Grundwasser</strong>neubildung.<br />
Diese kann in den Wintermonaten deutlich über 80 mm pro Monat betragen. Allerdings wird in<br />
trockenen Jahren deutlich weniger <strong>Grundwasser</strong> gebildet. Beispielhaft seien hier die Jahre 1990 und<br />
91 genannt, in denen sehr geringe Neubildungsraten auftraten.<br />
Wasserhaushaltsberechnungen für repräsentative Teilflächen<br />
Um das Verhalten einzelner Teilflächen darzustellen werden nachfolgend vier repräsentative Einheiten<br />
näher erläutert. Die Beispielbilanzen gelten für den 20jährigen Betrachtungszeitraum und sind<br />
als mittlere Monatswerte dargestellt.<br />
Beispielbilanz für den Malm<br />
Als Beispiel wurde eine für den Malm typische, unbewaldete Teilfläche mit der Hangneigung von 3°,<br />
einer nutzbaren Feldkapazität von 60 mm und der Bodenklasse 2 berechnet (Tab. 11 und 12).<br />
<strong>Das</strong> relativ flache Gelände und die gute Durchlässigkeit des Bodens <strong>im</strong> Malm begünstigen eine hohe<br />
lnfiltrationsrate. Der Oberflächenabfluß <strong>im</strong> Malm ist deshalb <strong>im</strong> allgemeinen sehr gering. Lediglich<br />
bei starken Niederschlagsereignissen, die zumeist in den Sommermonaten stattfinden, ist mit einem<br />
Oberflächenabfluß zu rechnen. ln den Vorfluter werden somit nur ca. 85 mm/a durch Oberflächenabfluß<br />
oder lnterflow abgeleitet.<br />
Während in den Wintermonaten die Infiltrationsrate die reelle Verdunstung deutlich übersteigt,<br />
n<strong>im</strong>mt die Verdunstung in den Sommermonaten bedingt durch die höheren Temperaturen stark zu.<br />
Übersteigt die reelle Verdunstung die lnfiltrationsrate, wird der Bodenwasserspeicher entleert. Wie<br />
in Tab. 13 zu sehen ist, findet der Einschnitt in der Wasserhaushaltsbilanz <strong>im</strong> Mai statt.<br />
Im 20jährigen Mittel werden hier noch durchschnittlich 18 mm <strong>Grundwasser</strong> gebildet. Vor allem<br />
kühle, feuchte Jahre tragen zu dieser Neubildungsrate bei. Allerdings kann in trockenen Perioden<br />
der Bodenwasserspeicher bereits <strong>im</strong> Mai deutlich entleert werden. Dies wird durch eine negative<br />
Vorratsänderung von 12 mm angedeutet.<br />
Bereits Ende August übersteigt <strong>im</strong> langjährigen Mittel die Infiltrationsrate wieder die reelle Verdunstung;<br />
der Bodenwasserspeicher wird aufgefüllt und es kommt schon <strong>im</strong> September zu einer deutlichen<br />
<strong>Grundwasser</strong>neubildung. Somit lassen sich auch die hohen <strong>Grundwasser</strong>neubildungsraten<br />
<strong>im</strong> Herbst und Winter erklären.<br />
Eine Ausnahme bilden Januar und Februar, die <strong>im</strong> Vergleich zu den übrigen Wintermonaten mit 18<br />
bzw. 23 mm eine geringe <strong>Grundwasser</strong>neubildungsrate aufweisen, welche durch den geringen Niederschlag<br />
und den hohen Schneespeicher in diesen Monaten begründet ist. ln den Wintermonaten<br />
Dezember bis März und zum Teil <strong>im</strong> November und April wird der Niederschlag bei Temperaturen<br />
unter oo C als Schnee gespeichert und als sogenannter Schneedeckenspeicher "zwischengelagert".<br />
Er wird für best<strong>im</strong>mte Zeit dem Wasserkreislauf entzogen. Mit beginnendem Temperaturanstieg <strong>im</strong><br />
66
Frühjahr taut der Schnee ab und wird der Infiltration zugerechnet. Deshalb tritt die höchste <strong>Grundwasser</strong>neubildungsrate<br />
in den Monaten März und April auf, da hier die Schneeschmelze zum Tragen<br />
kommt.<br />
<strong>Grundwasser</strong>neubildung findet <strong>im</strong> Malmgebiet während des ganzen Jahres statt, wobei <strong>im</strong> Winterhalbjahr<br />
72% des <strong>Grundwasser</strong>s neu gebildet werden. Für die Neubildungsraten <strong>im</strong> Sommerhalbjahr<br />
sind vor allem die niedrigen Temperaturen in den Monaten Mai, September, Oktober und die<br />
hohen Niederschläge in diesen Monaten verantwortlich, die gleichzeitig auch zu höheren Oberflächenabflüssen<br />
führen .<br />
ln der Beispielrechnung verdunsten von den 802 mm Niederschlag pro Jahr <strong>im</strong> Untersuchungsgebiet<br />
insgesamt 454 mm, d. h. rund 57% des Niederschlags werden der wasserwirtschaftliehen<br />
Nutzung entzogen. Der Gesamtabfluß beträgt 348 mm/a, wobei 85 mm/a Oberflächenhaft in den<br />
Vorfluter abfließen. Die <strong>Grundwasser</strong>neubildungsrate beträgt 263 mm/a (= 8,3 1/s · km 2 ) was einem<br />
Drittel des Jahresniederschlags entspricht.<br />
Tab. 13 und Abb. 18 veranschaulicht die überdurchschnittlichen <strong>Grundwasser</strong>spenden in den<br />
Monaten Oktober bis April. ln den übrigen Monaten findet trotz z. T. großer Niederschlagsmengen<br />
aufgrund der hohen Verdunstung eine eher geringe oder keine <strong>Grundwasser</strong>neubildung statt.<br />
Die Ergebnisse der Bilanzierung für die beispielhafte Malmfläche werden in Abb. 18 graphisch dargestellt.<br />
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-<br />
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90.0<br />
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Tab. 13: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit des Malm<br />
(für die Jahre 1975 bis 1994)<br />
Nieder- Schnee Infiltration reelle Ver- Vorrats- Ag es Ao GWN<br />
schlag [mm] [mm] dunstung änderung [mm] [mm] [mm]<br />
[mm] [mm] [mm]<br />
Nov. 58,1 1 52 14 4 39 5 34<br />
Dez. 63,2 18 42 12 0 35 4 30<br />
Jan. 55,3 43 28 11 0 20 2 18<br />
Feb. 45,1 49 35 13 0 26 4 23<br />
März 44,7 22 64 23 -1 50 8 42<br />
April 63,1 1 75 33 1 51 10 41<br />
Mai 78,0 0 70 64 -12 27 9 18<br />
Juni 93,8 0 82 79 -1 16 11 4<br />
Juli 94,1 0 83 89 -10 15 11 4<br />
Aug. 78,3 0 70 55 9 15 8 7<br />
Sep. 69,9 0 63 40 9 20 6 13<br />
Okt. 58,5 0 53 23 1 35 6 29<br />
Jahr 802,1 134 717 454 0 348 85 263<br />
WHJ 329,5 134 296 105 3 221 33 188<br />
SHJ 472 ,6 0 421 350 -3 127 52 75<br />
Beispielbilanz für mit Löß und Lößlehm überdeckte Flächen<br />
Als weiteres Beispiel wurde eine typische Lößfläche auf Altpleistozän mit einer Hangneigung von 3°<br />
und der Bodenklasse 2,5 berechnet (Tab. 14 und Abb. 19).<br />
Die lößüberdeckten Flächen weisen eine mittlere Durchlässigkeit und <strong>im</strong> Vergleich zu den weitflächigen<br />
Deckschichten des Malmgebietes eine höhere Feldkapazität auf, die <strong>im</strong> Mittel bei 180 mm<br />
liegen dürfte. Die Löß- bzw. Lößlehmüberdeckung weist auf Grund der hohen nFK eine große Wasseraufnahmefähigkeit<br />
auf. Durch das erhöhte Wasserdargebot in Trockenzeiten erhöht sich die reelle<br />
Verdunstung gegenüber dem Malm auf 478 mm/a. Die reelle Verdunstung <strong>im</strong> Winterhalbjahr von<br />
104 mm ist mit der Verdunstung <strong>im</strong> Malmgebiet vergleichbar. Die Verdunstung <strong>im</strong> Sommerhalbjahr<br />
beträgt ca. 374 mm und liegt damit um ca. 24 mm höher als <strong>im</strong> Malmgebiet<br />
lnfolge der höheren Verdunstung und des höheren Oberflächenabflusses vermindert sich die <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
auf den lößbedeckten Flächen auf 220 mm/a. Die Abflußspende beträgt somit<br />
etwa 7,0 1/s · km 2 . Auch <strong>im</strong> Löß konzentriert sich die eigentliche <strong>Grundwasser</strong>neubildung auf das<br />
Winterhalbjahr mit 169 mm (Sommerhalbjahr 51 mm), wobei in den Monaten März und April ca. 35%<br />
der gesamten jährlichen <strong>Grundwasser</strong>neubildung erfolgen.<br />
68
Tab. 14: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit des Löß<br />
Niederschlag<br />
[mm]<br />
Schnee<br />
[mm]<br />
Infiltration<br />
[mm]<br />
reelle Verdunstung<br />
[mm]<br />
Vorratsänderung<br />
[mm]<br />
A g es<br />
[mm]<br />
A o<br />
[mm]<br />
GWN<br />
[mm]<br />
Nov.<br />
58,1<br />
1<br />
51<br />
14<br />
10<br />
33<br />
6<br />
27<br />
Dez.<br />
63,2<br />
18<br />
41<br />
12<br />
1<br />
34<br />
5<br />
28<br />
Jan.<br />
55,3<br />
43<br />
28<br />
11<br />
0<br />
20<br />
3<br />
17<br />
Feb.<br />
45,1<br />
49<br />
34<br />
13<br />
2<br />
25<br />
5<br />
20<br />
März<br />
44,7<br />
22<br />
62<br />
23<br />
0<br />
49<br />
10<br />
39<br />
April<br />
63,1<br />
1<br />
72<br />
33<br />
2<br />
50<br />
12<br />
38<br />
Mai<br />
78,0<br />
0<br />
68<br />
68<br />
-16<br />
27<br />
11<br />
16<br />
Juni<br />
93,8<br />
0<br />
80<br />
86<br />
-10<br />
17<br />
14<br />
3<br />
Juli<br />
94,1<br />
0<br />
80<br />
100<br />
-22<br />
17<br />
14<br />
2<br />
Aug.<br />
78,3<br />
0<br />
68<br />
58<br />
6<br />
14<br />
10<br />
4<br />
Sep.<br />
69,9<br />
0<br />
62<br />
39<br />
18<br />
13<br />
8<br />
4<br />
Okt.<br />
58,5<br />
0<br />
51<br />
22<br />
8<br />
28<br />
7<br />
21<br />
Jahr<br />
802,1<br />
134<br />
696<br />
478<br />
-2<br />
326<br />
106<br />
220<br />
WHJ<br />
329,5<br />
134<br />
288<br />
104<br />
14<br />
210<br />
41<br />
169<br />
SHJ<br />
472,6<br />
0<br />
408<br />
374<br />
-16<br />
116<br />
65<br />
51<br />
100,0<br />
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Tab. 15: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit des Tertiär<br />
Nieder- Schnee Infiltration reelle Ver- Vorrats- A gas A o GWN<br />
schlag [mm] [mm] dunstung änderung [mm] [mm] [mm]<br />
[mm] [mm] [mm]<br />
Nov. 58,1 1 47 14 9 34 10 24<br />
Dez. 63,2 18 38 12 1 34 8 25<br />
Jan. 55,3 43 26 11 0 20 4 16<br />
Feb. 45,1 49 31 13 1 25 7 18<br />
März 44,7 22 56 23 0 49 16 33<br />
April 63,1 1 65 33 1 51 19 32<br />
Mai 78,0 0 61 66 -16 29 17 12<br />
Juni 93,8 0 72 82 -11 23 22 1<br />
Juli 94,1 0 72 90 -19 23 22 1<br />
Aug. 78,3 0 62 53 9 17 16 1<br />
Sep. 69,9 0 57 37 17 15 13 2<br />
Okt. 58,5 0 47 22 9 29 12 17<br />
Jahr 802,1 134 634 455 -1 349 168 181<br />
WHJ 329,5 134 264 104 11 213 65 148<br />
SHJ 472,6 0 371 350 -13 136 103 33<br />
Beispielbilanz für das Tertiär<br />
Als weitere repräsentative Einheit wurde eine Fläche <strong>im</strong> Tertiär gewählt (Tab. 15 und Abb. 20). Auf<br />
Grund der geringeren nutzbaren Feldkapazität (120 mm) liegt die Verdunstung bei 455 mm/ a. Deutliche<br />
Unterschiede treten be<strong>im</strong> Oberflächenabfluß auf: lnfolge der schlechten Durchlässigkeit des<br />
Oberbodens (Bodenzahl 3 bis 3,5) erhöht sich der Oberflächenabfluß auf 168 mm/ a. Die Gru ndwasserneubildung<br />
reduziert sich deshalb <strong>im</strong> Betrachtungszeitraum auf durchschnittlich 181 mm/a<br />
(= 5, 7 1/s · km 2 ).<br />
Beispielbilanz für offene Wasserflächen, Niedermoore, Auwald und Aueflächen mit<br />
niedrigem Flurabstand des <strong>Grundwasser</strong>s<br />
Abschließend wird die Wasserbilanz einer offenen Wasserfläche dargestellt (Tab. 16 und Abb. 21 ).<br />
Diese beinhaltet außer Seen auch Niedermoor und Auestufen mit niedrigem Flurabstand. Um ein<br />
großes Wasserreservoir zu s<strong>im</strong>ulieren, wurde die nFK auf 500 mm erhöht. lnfolge des stetigen Wasserdargebots<br />
steigt die reelle Verdunstung auf 504 mm/a an . Die Bodenklasse wurde mit 1 veranschlagt.<br />
Da es bei horizontal liegenden Flächen bzw. offenen Wasserflächen nicht zum Oberflächenabfluß<br />
kommt, wurde dieser der <strong>Grundwasser</strong>neubildung zugeschlagen. Trotz der hohen<br />
Verdunstung kommt es deshalb zu einer <strong>Grundwasser</strong>neubildungsrate von 301 mm/ a.<br />
70
100<br />
-~ -<br />
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70<br />
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I<br />
0 Niederschlag<br />
• reelle Verdunstung<br />
O Ao<br />
Abb. 20: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die geologische Einheit des Tertiär<br />
Tab. 16: Bilanz für das Kartenblatt TK 7527 Günzburg für die offenen Wasserflächen<br />
Niederschlag Schnee reelle Vorratsänderung GWN<br />
[mm) [mm) Verdunstung [mm) [mm]<br />
[mm]<br />
Nov. 58,1 1 14 14 30<br />
Dez. 63,2 18 12 2 32<br />
Jan. 55,3 43 11 0 20<br />
Feb. 45,1 49 13 2 24<br />
März 44,7 22 23 2 47<br />
April 63,1 1 33 4 47<br />
Mai 78,0 0 69 -17 26<br />
Juni 93,8 0 91 -11 14<br />
Juli 94,1 0 110 -29 13<br />
Aug. 78,3 0 65 1 12<br />
Sep. 69,9 0 42 18 10<br />
Okt. 58,5 0 23 10 26<br />
Jahr 802,1 134 504 -3 301<br />
WHJ 329,5 134 105 24 200<br />
SHJ 472,6 0 400 -28 101<br />
71
120,0<br />
100,0<br />
80,0<br />
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Tab. 17: Flächenhafte <strong>Grundwasser</strong>neubildung (November 197 4 bis Oktober 1994) <strong>im</strong> "Schwäbischen<br />
<strong>Donautal</strong>"<br />
<strong>Grundwasser</strong>neubildung <strong>Grundwasser</strong>neubildung <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
Nov. 1974- Okt. 1994 Nov. 1974 - Okt. 1994 Nov. 1974 - Okt. 1994<br />
<strong>Grundwasser</strong>modell <strong>Grundwasser</strong>modell West <strong>Grundwasser</strong>modell Ost<br />
"Schwäbisches <strong>Donautal</strong>"<br />
[1/s] [1/s] [1/s]<br />
Jura 2161,97 1269,77 892,20<br />
Quartär (<strong>Donautal</strong>) 5919,39 3112,19 2807,20<br />
Tertiär 1395,40 745,40 650,00<br />
Summe: 9476,76 5127,36 4349,40<br />
lässigen Böden mit z. T. geringer nutzbarer Feldkapazität und hydraulisch gut durchlässigem geologischen<br />
Untergrund.<br />
Geringe <strong>Grundwasser</strong>neubildungswerte sind hingegen in den Bereichen besiedelter Flächen, aber<br />
auch in grundwassernahen Standorten mit kapillarem Anschluß anzutreffen. Hohe Werte findet<br />
man <strong>im</strong> Bereich des offenen Malmkarstes sowie auf den Schotterflächen des <strong>Donautal</strong>s. Insgesamt<br />
erstreckt sich der Bereich der <strong>Grundwasser</strong>neubildungsraten von etwas über einem bis auf<br />
10 1/s · km 2 .<br />
Bemerkenswert ist, daß über offenen Wasserflächen <strong>im</strong> Bereich des <strong>Donautal</strong>s bei 800 mm Niederschlag<br />
die <strong>Grundwasser</strong>neubildung mit am größten ist. Grund hierfür ist der fehlende Oberflächenabfluß,<br />
so daß die gesamte Differenz von Niederschlag zu Verdunstung, die hier der potentiellen<br />
Verdunstung gleichzusetzen ist, mit etwa 300 mm pro Jahr der <strong>Grundwasser</strong>neubildung zugute<br />
kommt.<br />
Der Einfluß der Hangneigung auf die <strong>Grundwasser</strong>neubildung wird in best<strong>im</strong>mten Bereichen sichtbar.<br />
Deutlich treten einzelne Geländekanten hervor; östlich von Günzburg setzt sich die <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
von 6 bis 8 1/s · km 2 in den Talbereichen von den waldbestandenen Hangbereichen<br />
mit 2 bis 3 1/s · km 2 signifikant ab. Der Tertiäruntergrund auf steiler Morphologie führt sowohl zu<br />
erhöhter Verdunstung als auch zu erhöhtem Oberflächenabfluß. Die Hangbereiche (Tertiär) setzen<br />
sich nach Osten hin fort.<br />
Wasserbilanz nördlich des Modellraumes I Abschätzung des nördlichen Randzuflusses<br />
Die <strong>im</strong> Norden an den Modellraum angrenzenden Bereiche der Schwäbischen Alb sind geprägt von<br />
den verkarstungsfähigen Gesteinen des Malm, die verbunden mit hohen Niederschlagswerten und<br />
versickernden Oberflächenabflüssen zu hohen <strong>Grundwasser</strong>spenden führen . Die <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
kommt dem Modellraum letztlich als Randzufluß zugute. Um die Größenordnung der<br />
Zuflüsse zu erfassen, wurde musterhaft für den nördlichen Raum eine Wasserbilanz für das Lonetal<br />
erarbeitet; die Bilanzierung erfolgt mit dem Programm MODBIL.<br />
73
<strong>Das</strong> Lonetal verläuft zwischen Ulm und Heidenhe<strong>im</strong> parallel zur Donau. Die Lone entwässert in die<br />
Brenz. Ihr gemeinsames Oberflächeneinzugsgebiet mit einer Flächengröße von 810 km 2 (Pegel<br />
Bächingen) grenzt nördlich an den Modellraum an. Die <strong>im</strong> Einzugsgebiet großflächig verbreitete<br />
Juraüberdeckung besitzt gute lnfiltrationseigenschaften, die eine hohe <strong>Grundwasser</strong>neubildung und<br />
geringen bis keinen Oberflächenabfluß erwarten lassen. Nur in Bereichen gering durchlässiger<br />
<strong>Grundwasser</strong>überdeckung kann es zu nennenswertem Oberflächenabfluß kommen, z. B. <strong>im</strong> Austrittsbereichgering<br />
durchlässiger Tertiär-Schichten. Hier entstehende Oberflächenabflüsse kommen<br />
jedoch in Bereichen gut durchlässiger Jura-Schichten, in welche die Tertiär-Schichten inselartig eingebettet<br />
vorliegen, in den verkarsteten Bereichen zur Versickerung und somit letztlich der <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
zugute. Der versickernde Anteil des Oberflächenabflusses ist dabei abhängig<br />
von Geologie und Länge der Fließstrecke. Die Versickerung erfolgt zum Teil vollständig.<br />
ln Tab. 18 sind wichtige Wasserbilanzglieder überschlägig angegeben.<br />
Die angegebenen Werte beziehen sich auf unbewaldete Flächen mit einer Hangneigung von 5° bei<br />
einem mittleren Jahresniederschlag von 879 mm. Für die flächenhaft verbreiteten Malmflächen<br />
berechnet sich eine reelle Verdunstung von 427 mm/a, der Oberflächenabfluß wird mit 112 mm/a<br />
angegeben, die daraus resultierende <strong>Grundwasser</strong>neubildung beträgt 334 bis 340 mm/a. Wie vorgehend<br />
beschrieben, gelangt ein Großteil des Oberflächenabflusses durch Versickerung in den<br />
<strong>Grundwasser</strong>körper und ist somit der <strong>Grundwasser</strong>neubildung zuzuschlagen. Der Gesamtabfluß von<br />
446 bis 452 mm/a bzw. etwa 14 1/s · km 2 entspricht somit weitgehend der <strong>Grundwasser</strong>neubildung.<br />
Die überschlägigen Betrachtungen werden durch folgende Beobachtungen gestützt:<br />
1. Die Lone versickert auf Grund der Verkarstung <strong>im</strong> Jura an zahlreichen bekannten Stellen;<br />
2. Im Einzugsgebiet der Lone existieren auf Grund der Verkarstung keine weiteren ständig wasserführenden<br />
Oberflächengewässer.<br />
Bezogen auf den gesamten zwischen der Hauptwasserscheide der Schwäbischen Alb und der<br />
Modellberandung befindlichen Raum ergäbe sich überschlägig ein <strong>Grundwasser</strong>zustrom um<br />
9000 1/s in den Modellraum (s. numerisches Modell}.<br />
Tab. 18: Wichtige Wasserbilanzglieder für das Lonetal (überschlägige Betrachtung)<br />
Eingabeparameter MODBIL<br />
berechnete Bilanzwerte (MODBIL)<br />
Geologie nFK mittlere Durch- Nieder- vpot v, •• u Ag es Ag •• A o GWN<br />
Hang- lässig- schlag<br />
neigung keit<br />
[mm] [0] (MODBIL) [mm/a] [mm/a] [mm/a] [mm/a] [1/s ·km 2 [mm/a] [mm/a)<br />
Malm<br />
60 5 2 879 483 427 452 14,3 112 340<br />
80 5 2 879 483 432 446 14,1 112 334<br />
Tertiär 120 5 3,5 879 483 428 449 13,6 215 234<br />
Löß und Lößlehm 180 5 2,5 879 483 447 431 13,7 140 291<br />
74
Numerisches Modell<br />
Erläuterung zum numerischen Verfahren I Mathematische Formulierung mit der Finite<br />
Differenzen-Methode<br />
Basis der mathematisch-physikalischen Formulierung ist das Darcysche Gesetz:<br />
v 1 = k 1 • dhldx [mls]<br />
mit: v 1<br />
= Filtergeschwindigkeit (Darcy-Geschwindigkeit) in mls<br />
(nicht Abstandsgeschwindigkeit va)<br />
= Durchlässigkeitsbeiwert in mls<br />
dhldx = GW-Standdifferenz dh auf dem Weg dx (hydraulisches Gefälle).<br />
Der Volumenstrom (GW-Fiuß 0) durch eine Fläche (A) ist:<br />
0 = A · v 1 [m 3 1s].<br />
Damit fließen zwischen den Nachbarpunkten eines zweid<strong>im</strong>ensionalen Rasters (Modellnetzes) bei<br />
einer Mächtigkeit des <strong>Grundwasser</strong>leiters (Aquifermächtigkeit [m]) und einer Maschenweite dx<br />
folgende Volumenströme:<br />
0 (-1 ,j) = m · dx · k 1 · (h(i,j)- h(i-1 ,j)) I dx<br />
0 (i+ 1 ,j) = m · dx · k 1 · (h(i,j)- h(i+ 1, j)) I dx<br />
0 (i,j-1) = m · dx · k 1 · (h(i ,j)- h(i ,j-1)) I dx<br />
0 (i ,j+ 1) = m · dx · k 1 • (h(i,j)- h(i,j+ 1)) I dx<br />
Die Summierung aller Teilvolumenströme zu einem Rasterknoten muß nach dem Gesetz der Massenerhaltung<br />
innerhalb eines betrachteten Zeitschrittes gleich dem Volumen sein, das in einem<br />
Rasterbereich entnommen bzw. hinzugefügt oder - <strong>im</strong> instationären Fall - <strong>im</strong> Boden gespeichert<br />
wird. Die Speicherung Os wird dabei je nach <strong>Grundwasser</strong>standsentwicklung den Entnahmen oder<br />
der Einspeisung (Infiltration, Versickerung) zugerechnet:<br />
Os<br />
= S · (h(i ,j)- h'(i,j)) I dt<br />
mit: dem Speicherkoeffizienten S (nutzbarer Hohlraumanteil P n; effektiver Porenanteil n)<br />
dem Potential h'(i ,j) des vorangegangenen Zeitschrittes<br />
der Zeitschrittlänge dt.<br />
Bei Ansatz mehrerer vertikaler Knotenebenen (Layer) entsteht ein dreid<strong>im</strong>ensionales Modellgitter.<br />
Jeder Knotenpunkt ist somit durch drei Koordinaten i, j und k definiert. Die vorgenannten Berechnungen<br />
und zugrundliegenden Formeln werden sinngemäß um die vertikale Komponente erweitert.<br />
ln Abb. 22 werden die vorgenannten Angaben für einen Netzknoten eines dreid<strong>im</strong>ensionalen Netzes<br />
verdeutlicht.<br />
75
Layer k<br />
Layer k+1<br />
I<br />
Abb. 22: Räumliche Darstellung eines Modellknotens<br />
Die numerische <strong>Grundwasser</strong>modeliierung "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" erfolgte mit dem System<br />
PROCESSING MODFLOW FOR WINDOWS (PMWIN) von WEN-HSING CHIANG und WOLFGANG<br />
KINZELBACH. Processing MODFLOW for Windows ist ein Programmpaket bestehend aus dem<br />
quasi-dreid<strong>im</strong>ensionalen Finite-Differenzen-<strong>Grundwasser</strong>modell MODFLOW (U .S. GEOLOGICAL<br />
SURVEY (MC DONALD et al. , 1988), den Partikei-Tracking-Modellen PMPATH for Windows<br />
(CHIANG, 1994) und MODPATH (POLLOCK, 1988, 1989, 1994}, dem Stofftransport-Modell MT3D<br />
(ZHENG , 1990) und dem Programm PEST (DOHERTY et al. , 1994) zur Parameter-Best<strong>im</strong>mung.<br />
<strong>Das</strong> Programmpaket zeichnet sich durch eine Datenein- bzw. -ausgabe in allgemeingebräuchlichen<br />
Formaten aus. Dies gestattet den Austausch mit anderen Programmen zur Eingabe bzw. Übernahme<br />
von flächenbezogenen Daten in PMWIN oder zur graphischen Weiterbearbeitung und<br />
Darstellung in thematischen Karten z. B. mit GIS-Systemen und der Erstellung von <strong>Grundwasser</strong>bilanzen.<br />
Zur Berechnung der <strong>Grundwasser</strong>höhe innerhalb jeder einzelnen Zelle des Finite-Differenzen-Netzes<br />
erstellt MODFLOW eine lineare Finite-Differenzen-Gleichung für jede Zelle, welche die Beziehung<br />
zwischen der <strong>Grundwasser</strong>höhe einer Zelle mit denen der angrenzenden sechs Zellen des<br />
dreid<strong>im</strong>ensionalen Gitters zum Ende eines jeden berechneten Zeitschrittes formuliert.<br />
Die resultierenden Matrix-Gleichungssysteme können mit verschiedenen Ansätzen gelöst werden.<br />
Unter MODFLOW stehen drei Lösungsmöglichkeiten zur Auswahl, SIP (Strongly lmplicit Procedure),<br />
SSOR (Siice-Successive Overrelaxation) und PCG2 (Preconditioned Conjugate Gradient 2). Im Falle<br />
76
des <strong>Grundwasser</strong>modells "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" wurden die Gleichungssysteme mit letztgenanntem<br />
Programmansatz PCG2 {HILL, 1990} gelöst, einem iterativen Ansatz zweiter Ordnung<br />
(second-order iterativ technique). Es handelt sich <strong>im</strong> Gegensatz zu den expliziten Verfahren , bei welchen<br />
nach jedem Iterationsschritt der vorhergehende Knotenwert überschrieben wird, um ein <strong>im</strong>plizites<br />
Verfahren; in letzterem Fall wird der alte Wert mit in die Vergleichsberechnung einbezogen.<br />
PCG2 sieht zwei Optionen zur Vorkonditionierung (preconditioning) vor, den modifizierten unvollständigen<br />
Cholesky "preconditioner" MICCG {AXELSSON, LINDSKOG, 1986) und den polynomialen<br />
"preconditioner" POLCG (SAAD, 1985). Der Rechenvorgang unter PCG2 wird abgebrochen,<br />
wenn die durch den Bearbeiter für den Einzelfall vorgegebenen Konvergenz-Kriterien erreicht werden.<br />
Die Lösung der Gleichungen ergibt die <strong>Grundwasser</strong>höhen bzw. <strong>Grundwasser</strong>druckspiegelhöhen<br />
innerhalb jeder Modellzelle.<br />
MODFLOW liefert Daten zu jeder potentiellen Wasserentnahme oder Zugabe innerhalb einer Zelle<br />
(Neubildung, Brunnen, Oberflächengewässer, Festpotentiale oder Evapotranspiration etc.) bzw. zu<br />
Volumenströmen und Fließgeschwindigkeiten zwischen benachbarten Zellen.<br />
<strong>Das</strong> integrierte Bilanzierungsprogramm ZONEBUDGET (HARBAUGH , 1986} berechnet beliebige<br />
Wasserbilanzen (Teil- oder Gesamtbilanzen) auf Grundlage der oben genannten von MODFLOW<br />
bereitgestellten Daten.<br />
Horizontale Modellabgrenzung<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong>modell "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" ist ein "Watershed Adapted Model System"<br />
(WAMS); dies bedeutet, daß der Modellrahmen sich <strong>im</strong> Grundsatz an den (unterirdischen) Wasserscheiden<br />
orientiert. Dies ermöglicht die Erfassung des gesamten Wasserhaushaltes und somit die<br />
Berechnung einer komplexen Wasserbilanz. Die Vorgabe gestattet die Darstellung und Beurteilung<br />
der Volumenströme zwischen dem quartären Aquifer <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> selber und dem nördlich angrenzenden<br />
Karstbereich der Schwäbischen und Fränkischen Alb bzw. dem Nördlinger Ries und dem<br />
südlich angrenzenden Molassegebiet des Voralpenlandes. Der Betrachtungsraum reicht daher beträchtlich<br />
über den Talbereich hinaus, aber auch die tatsächlich modellierte Fläche ist deutlich<br />
größer als der Talraum selbst.<br />
Die Hauptwasserscheiden für das <strong>Donautal</strong> zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau verlaufen<br />
<strong>im</strong> Norden auf der Schwäbischen und Fränkischen Alb (s. Kap. Oberflächengewässer) bzw.<br />
<strong>im</strong> Süden <strong>im</strong> Bereich der Alpen.<br />
Die Wasserscheiden der 1. Unterordnung reichen <strong>im</strong> Süden ebenfalls weit in das tertiäre Alpenvorland<br />
hinein und erreichen teilweise wie die lller, die Wertach und der Lech die Alpen . Kleinere Donauzuflüsse<br />
wie Roth , Biber und Günz, Kammel und Mindel, Zusam und Schmutter, Friedberger Ach<br />
und Kleine Paar werden durch Wasserscheiden der 2. Unterordnung abgetrennt. Auch diese reichen<br />
einige zehn Kilometer nach Süden bis in die tertiäre Molasse vor. Die jeweils in Donautai-Nähe lie-<br />
77
genden Bereiche der tertiären ungefalteten Molasse zwischen den Einmündungen der genannten<br />
Donauzuflüsse in das <strong>Donautal</strong> entwässern direkt in das <strong>Donautal</strong>. Die dazugehörigen Wasserscheiden<br />
reichen bis einige Kilometer nach Süden in die Tertiär-Hochflächen.<br />
<strong>Das</strong> Modell "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" kann die durch die Hauptwasserscheiden abgegrenzten<br />
Flächen aufgrund der Flächengröße und der damit verbundenen Datenmenge nicht vollständig<br />
erfassen. Die Einzugsgebietsgröße der Donau zwischen Ulm/Neu-U<strong>im</strong> und Neuburg an der Donau<br />
beträgt etwa 12 000 km 2 .<br />
<strong>Das</strong> Modell "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" realisiert dennoch die Grundbedingung für ein WAMS - nämlich<br />
die Begrenzung des Modellraumes durch Wasserscheiden -durch den Ansatz entsprechender<br />
Randzuflüsse (Randbedingungen- Zuflußränder).<br />
<strong>Das</strong> numerische GW-Modell mit dem <strong>Donautal</strong> und einem beidseitigen Saum umfaßt eine Fläche<br />
von etwa 1500 km 2 .<br />
Vertikaler Modellaufbau<br />
<strong>Das</strong> <strong>Grundwasser</strong>strömungsmodell "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" berücksichtigt in seiner vertikalen<br />
Gliederung die geologischen, hydrologischen und hydrogeologischen Gegebenheiten und die daraus<br />
abgeleiteten Vorgaben des hydrologischen/hydrogeologischen Modells. Nachfolgend aufgeführte<br />
hydraulisch wirksame geologische Einheiten (s. Tab. 19) des hydrologisch/hydrogeologischen<br />
Modells werden wie folgt zusammenfassend in das numerische <strong>Grundwasser</strong>modell umgesetzt:<br />
Randbedingungen des <strong>Grundwasser</strong>strömungsmodells<br />
Hydraulische Randbedingungen (HR) können Festpotentialränder (HR 1. Art) bzw. Festpotentiale<br />
innerhalb des Modellgebietes, Zufluß- bzw. Abflußränder (HR 2. Art) und gemischte Randbedingungen<br />
(HR 3. Art) sein.<br />
Ein numerisches Modell benötigt zumindest eine Randbedingung 1. Art am Modellrand oder innerhalb<br />
des Modellgebietes.<br />
Festpotentialränder (HR 1. Art) legen die <strong>Grundwasser</strong>spiegelhöhen am Modellrand bzw. lokal innerhalb<br />
des Modells fest.<br />
Randbedingungen 2. Art schreiben einen Zufluß- oder Abfluß am Modellrand vor. Der Zufluß bzw.<br />
Abfluß kann <strong>im</strong> Einzelfall 0 betragen. Ebenfalls Randbedingungen der 2. Art sind Wasserentnahmen<br />
oder -eingaben (Brunnen, Versickerungen etc.) bzw. die flächenhafte <strong>Grundwasser</strong>neubildung.<br />
Gemischte Randbedingungen (HR 3. Art) vereinen die Eigenschaften der Randbedingungen 1. und<br />
2. Art derart, daß das Strömungsfeld (Potentialfeld) über einen zu überwindenden Widerstand, ausgedrückt<br />
durch einen Leckage-Faktor, der einen Potentialgradienten <strong>im</strong>pliziert, mit dem Randpotential<br />
verknüpft wird. Je niedriger der Leckage-Faktor, desto stärker eingeschränkt ist die<br />
78
Tab. 19: Zusammenfassende Gliederung des vertikalen Modellaufbaues I Umsetzung des<br />
hydrogeologischen Modells in das numerische <strong>Grundwasser</strong>modell<br />
Geologische<br />
Teittafel<br />
hydraulische Bewertung<br />
Schichtbezeichnung/Gesteine<br />
Epoche/ GW- GW- GW-Leiter<br />
Periode Stauer Hemmer Poren Kluft Karst<br />
Holozän Talsed<strong>im</strong>ente, Niedermoore, X X<br />
Pleistozän<br />
Kalktuff, Wiesenkalk,<br />
Auesed<strong>im</strong>ente, Löß und Lößlehm, X X<br />
:Cö<br />
t Niederterrasse (Würmeiszeit)<br />
X<br />
ro<br />
:::J<br />
0<br />
Hochterrasse (Rißeiszeit) X<br />
jüngere Deckenschotter (Mindeleiszeit)<br />
X<br />
sandige Kiese (älteste quartäre<br />
Ablagerungen des Altpleistozän)<br />
Modell-<br />
Ebene<br />
(Layer)<br />
1<br />
Pliozän<br />
Miozän Obere Süßwassermolasse- fein- X<br />
sandige, z. T. stärker tonige Schichten<br />
Brackwassermolasse- feinsandige,<br />
X<br />
:Cö<br />
schluffige Wechselfolge, Mergel, Tone<br />
·-e<br />
~ X<br />
Obere Meeresmolasse I<br />
Oligozän z. T Graupensande<br />
X<br />
Untere Süßwassermolasse<br />
Eozän<br />
X<br />
2<br />
bzw.1<br />
<br />
"0<br />
· ~<br />
~<br />
nur lokal nordwestlich von<br />
Neuburg a. D. auf Tertiär<br />
für die <strong>Grundwasser</strong>strömungsverhältnisse <strong>im</strong><br />
Untersuchungsgebiet nicht relevant<br />
-<br />
Ober-Malm Hangende Bankkalke X<br />
(Weißjura) Zementmergel X X<br />
Liegende Bankkalke<br />
X<br />
Ober-K<strong>im</strong>meridge-Kalk<br />
X<br />
Obere Felsenkalke<br />
X<br />
Mittei-K<strong>im</strong>meridge-Kalk<br />
X<br />
Untere Felsenkalke X X<br />
Kl<strong>im</strong>meridge-Mergel X X<br />
3<br />
bzw 1<br />
~<br />
:::J<br />
--,<br />
Sohle des Karstgrundwasserleiters<br />
Mittlere Malmmergel<br />
Oxford-Kalk<br />
Wohlgeschichtete Kalke<br />
Oxford-Mergel<br />
Untere Malmmergel<br />
X<br />
X<br />
X<br />
X<br />
X<br />
Dogger<br />
Lias<br />
Sandsteine<br />
Tonsteine<br />
Basis des Modells<br />
-<br />
-<br />
79
hydraulische Anbindung. Randbedingungen der 3. Art kommen insbesondere für hydraulisch mehr<br />
oder minder an das Potentialfeld angeschlossene Oberflächengewässer und Dränsysteme in Frage.<br />
Nördlicher Modellrand<br />
Der nördliche Rand des numerischen Modells verläuft nördlich des <strong>Donautal</strong>s <strong>im</strong> Bereich der<br />
Schwäbischen bzw. der Fränkischen Alb. <strong>Das</strong> innerhalb des Malmkarstes in das <strong>Donautal</strong> einströmende<br />
<strong>Grundwasser</strong> wird durch den Ansatz von Zuflußrändern (HR 2. Art) realisiert. Der Randzufluß<br />
von insgesamt 8650 1/s erfolgt mit ca. 7400 1/s ganz überwiegend <strong>im</strong> Bereich des westlichen Teilmodells<br />
aus dem dortigen Malmkarst; die verbleibenden ca. 1250 1/s werden <strong>im</strong> östlichen Teilmodell<br />
angesetzt. Die Volumenströme werden mit dem Bilanzprogramm MODBIL überschlägig berechnet<br />
(s. Kap. Wasserbilanz nördlich des Modellraumes/Abschätzung des nördlichen Randzuflusses).<br />
Östlicher Modellrand<br />
Der Volumenabstrom von ca. 120 1/s am östlichen Rand des numerischen Modells wird durch<br />
Abflußränder (HR 2. Art) abgebildet.<br />
Südlicher Modellrand<br />
Der südliche Rand des numerischen Modells fungiert als Zuflußrand; der Zustrom von insgesamt ca.<br />
630 1/s (ca. 280 1/s <strong>im</strong> westlichen Teilmodell, ca. 350 1/s <strong>im</strong> östlichen) ist <strong>im</strong> numerischen Ansatz über<br />
Zuflußränder (HR 2. Art) realisiert.<br />
Westlicher Modellrand<br />
Aufgrund des Zustromes von ca. 560 1/s ist der westliche Modellrand als Zuflußrand (HR 2. Art)<br />
definiert.<br />
Strömungsfeld - Innere Randbedingungen<br />
Durch Randbedingungen der 1. Art - Festpotentiale - werden die Donau mit Ausnahme der Fließstrecken<br />
ohne <strong>Grundwasser</strong>anschluß (oberstromig der Stauhaltungen) definiert, in diesen Fließabschnitten<br />
wird die Donau durch Abfanggräben bzw. Drängräben hydraulisch ersetzt, die dann entsprechend<br />
als Festpotentiale berücksichtigt sind.<br />
Weiter werden als Festpotentiale berücksichtigt:<br />
- die südlichen Donauzuflüsse Landgraben, Leibi, Roth, Biber, Günz, Kammel, Mindel, Glött,<br />
Zusam, Schmutter, Lech, kleine Paar;<br />
- die nördlichen Donauzuflüsse Nau, Brenz, Egaugraben, Kessel , Wörnitz, Ussel.<br />
Zudem werden zahlreiche Drängräben und -systeme in Form von Randbedingungen 3. Art in das<br />
numerische Modell aufgenommen (Leckage-Randbedingungen).<br />
Die Wasserfassungen innerhalb des Strömungsfeldes werden <strong>im</strong> numerischen Modell als Randbedingungen<br />
2. Art behandelt (Entnahme-Brunnen <strong>im</strong> Programm MODFLOW). Die Brunnen wurden -<br />
soweit möglich- der jeweiligen Entnahmetiefe entsprechend den Modeii-Layern zugeordnet und mit<br />
rechnerischen Dauerentnahmen belegt (Tab. 20).<br />
80
Tab. 20: Übersicht über tatsächliche (Grund-)Wasserentnahmen (Jahresentnahme bzw.<br />
rechnerische Dauerentnahme) aus dem Modellgebiet<br />
Ort Brunnen Rechts- Hoch- Blatt ' + Entnahme der<br />
wert wert TK25<br />
GI GI<br />
-c>- letzten 5 a-<br />
0 ~<br />
(1)<br />
rechneri-<br />
:::!:-' lol:::<br />
0 sches Mittel<br />
(!) [1/s]<br />
'E<br />
= ... z<br />
Aislingen Baumgarten 3506750 5373450 7429 1 460 0,7<br />
Asbach-Bäumenhe<strong>im</strong> Asbach-Bäumenhe<strong>im</strong> 4 413100 5393450 7331 1 405 10,74<br />
Bay. Rieswasserversorgung<br />
Bay. Rieswasserversorgung<br />
Bay. Rieswasserversorgung<br />
Steinhe<strong>im</strong> 1, 2, 3 3 611 650 5386950 7328 1 430 38,38<br />
Schwenningen 1, 2, 3 3620100 5391 400 7329 1 17,13<br />
Blindhe<strong>im</strong> 1, 2, 3, 4, 5 3 618 300 5389150 7329 1 75,12<br />
Bissingen Bissingen 3 618 650 5398350 7229 1 7,94<br />
Burghe<strong>im</strong> Burghe<strong>im</strong>er Gruppe IV - V 4426600 5397000 7231 2 390 29,34<br />
Buttenwiesen Lauterbach West 4407950 5387 400 7330 2 k. A.<br />
Buttenwiesen Lauterbach Ost 4408150 5387550 7330 2 445 2,45<br />
Buttenwiesen Pfaffenhafen 4404450 5387050 7330 2 417 6,28<br />
Dillingen Dillingen Auwald I 3609650 5382350<br />
7328<br />
742<br />
2 425 47,45<br />
Entnahme<br />
der letzten<br />
5 a [m 3 ]<br />
111 063<br />
1 693 634<br />
14524886<br />
6 480 721<br />
11845390<br />
1 252 255<br />
4627089<br />
k. A.<br />
386393<br />
989490<br />
7 482 654<br />
Dillingen Dillingen Auwald II 3609650 5382350 7429 s. Dillingen Auwald I s. Dillingen Auwald I<br />
Donauwörth Donauwörth 4409450 5399850 7330 2 405 41,46<br />
Donauwörth ZV Neuhof-Gruppe 4409800 5399750 7330 2 405 10,75<br />
Eiehingen Obereiehingen 1 3580250 5367600<br />
Eiehingen Obereiehingen 2 3580250 5367600<br />
Glött<br />
Günzburg<br />
ZV Glätt-Gruppe-<br />
Weisingen II<br />
Siedlergenossenschaft<br />
Riedhausen<br />
7426<br />
7526<br />
7426<br />
7526<br />
1 460 10,8<br />
460 s. Obereiehingen 1<br />
3611100 5376400 7429 1 429 4,8<br />
3592750 5373800 7427 2 445 0,25<br />
Günzburg Reisensburg, 1 3597250 5370200 7528 2 470 1,61<br />
Günzburg Reisensburg, 2 3597350 5370250 7528 2 470 2,06<br />
Günzburg Werk II, 1 3593300 5369650<br />
Günzburg Werk II, 2 3 593150 5369650<br />
Günzburg Werk II, 3 3592950 5369600<br />
Günzburg Werk II, 4, Arteser 3593250 5369650<br />
Günzburg Werk 111, 1 3593200 5370600<br />
Günzburg Werk 11, 2 3593100 5370565<br />
Günzburg Werk 111, 3 3593250 5370560<br />
Günzburg Werk 111, 4 3593000 5370550<br />
Gundelfingen<br />
ZV untere Brenzgruppe<br />
Veitriedhausen<br />
7527<br />
7427<br />
7527<br />
7427<br />
7527<br />
7427<br />
7527<br />
7427<br />
7527<br />
7427<br />
7527<br />
7427<br />
7527<br />
7427<br />
7527<br />
7427<br />
2 450 2,06<br />
2 455 5,51<br />
2 460 2,35<br />
2 453 21 ,16<br />
1 444 5,19<br />
1 444 5,61<br />
1 444 4,92<br />
1 444 9,09<br />
3602300 5384250 7428 1 440 18,65<br />
Höchstädt Höchstädt 3615350 5388400 7329 1 9,21<br />
Kaishe<strong>im</strong> ZV Altishe<strong>im</strong>er Gruppe 4 416 250 5400250 7331 2 410 3,8<br />
KW Gundremmingen KRB 3603850 5375850<br />
7428<br />
7528<br />
2 430 4,51<br />
6539958<br />
1 694 919<br />
1 703 571<br />
s. Obereiehingen 1<br />
757 497<br />
40000<br />
253186<br />
325062<br />
324 041<br />
868672<br />
370897<br />
3336838<br />
817 955<br />
884 724<br />
k. A.<br />
1 432 893<br />
2940730<br />
1 452 469<br />
359355<br />
(3 Jahre!)<br />
711 290<br />
81
Ort Brunnen Rechts- Hoch- Blatt<br />
wert wert TK25<br />
E'<br />
= ....<br />
Q) Q) z<br />
0<br />
+ Entnahme der Entnahme<br />
-o>- ~<br />
letzten 5 a- der letzten<br />
0 CU rechneri- 5 a [m 3 ]<br />
~-~ ~<br />
0 sches Mittel<br />
(!) [1/s]<br />
Landeswasserversorgung<br />
ZV<br />
Fassung 1 -6 1 34 Mio. m3fa<br />
Lauingen Lauingen 3604950 5383800 7428 1 450 21,56 3400000<br />
Leiphe<strong>im</strong> Leiphe<strong>im</strong> 1 3589600 5368950<br />
Leiphe<strong>im</strong> Leiphe<strong>im</strong> 2 3589650 5369000<br />
Leiphe<strong>im</strong> Leiphe<strong>im</strong> 3 3 589700 5369050<br />
Leiphe<strong>im</strong> Leiphe<strong>im</strong> 4 3589800 5369100<br />
Leiphe<strong>im</strong> Leiphe<strong>im</strong> 5 3589550 5369000<br />
7527<br />
7427<br />
1 450 14,92 2353 086<br />
7527<br />
7427<br />
1 450 s. Leopheom 1 s. Leiphe<strong>im</strong> 1<br />
7527<br />
7427<br />
1 450 s. Leiphe<strong>im</strong> 1 s. Leophe<strong>im</strong> 1<br />
7527<br />
7427<br />
1 450 s. Leiphe<strong>im</strong> 1 s. Leophe<strong>im</strong> 1<br />
7527<br />
7427<br />
1 450 s. Leiphe1m 1 s. Leiphe<strong>im</strong> 1<br />
Lutzingen Unterliezhe<strong>im</strong> 3614150 5395300 7329 2 0,8 125609<br />
Marxhe<strong>im</strong> Marxhe<strong>im</strong> 1 4422950 5401 200 7231 1 410 2,33 366982<br />
Marxhe<strong>im</strong> Marxhe<strong>im</strong> 2 4422950 5401400 7231 1 410 4,39 691 91 4<br />
Marxhe<strong>im</strong> Lechsend 4420050 5400750 7331 1 395 1,65 260026<br />
Meitingen Meitingen 4413 200 5391 600 7331 1 410 21,89 3 450760<br />
Nersingen Straß, 3 Flachbrunnen 3585200 5364000 7526 1 470 12,03 1 897156<br />
Nersingen Straß, 1 Tiefbrunnen 3585100 5364100 7526 2 470 s. Flachbrunnen s. Flachbrunnen<br />
Offingen Offingen, Flachbrunnen 3600900 5 371 450<br />
7428<br />
7528<br />
1 465 4,56 719160<br />
Offingen Offingen, Tiefbrunnen 3600900 5371450<br />
7428<br />
7528<br />
2 465 3,47 546 480<br />
Pfaffenhafen<br />
Rauherberg-Gruppe,<br />
Volkertshofen I- II- 8-9<br />
3584900 5357500 7526 1 485 27,84 4389 248<br />
Pfaffenhafen Rauherberg-Gruppe, Berg 3585950 5359250 7526 1 485 2,68 423024<br />
Pfaffenhafen Pfaffenhofen, Beuren 3588100 5357800 7526 495 1,08 170972<br />
Pfaffenhafen<br />
Pfaffenhafen<br />
Rauhertshofen<br />
3587350 5361 250 7526 k. A. k. A.<br />
Rain Oberndorf-Gruppe 4416000 5393250 7331 1 406 7,41 1168850<br />
Rain Rain 4419200 5395350 7331 1 402 22,24 3 507 300<br />
Tapfhe<strong>im</strong> Brachstadt, Oppertshofen 3622550 5397560 7230 1 2,22 350465<br />
Wertingen<br />
Wengen, ZV<br />
Eichberg-Gruppe<br />
3 617 450 5376250 7429 1 3,3 520683<br />
Wertingen Binswangen I, II 3 621 900 5382000 7429 1 4,55 701 009<br />
Wertingen Binswangen 111 7429 1 8,61 1 357922<br />
Wertingen Binswangen IV 7429 1 k. A. k. A.<br />
Wittislingen Brunnen I 3604500 5386500 7428 1 460 1,88 295 698<br />
Wittislingen Brunnen 111 3604500 5386700 7428 2 460 2,08 327680<br />
Zusamalthe<strong>im</strong> Zu samalthe<strong>im</strong> 3621 500 5377350 7429 k. A. k. A.<br />
ZV Wasserversorgung<br />
Schönfelder Hof-<br />
Fränkischer<br />
Brunnen 1<br />
Wirtschaftsraum<br />
4418550 5399000 7331 1 397 179,07 28 236 297<br />
ZV Wasserversorgung<br />
Schönfelder Hof-<br />
Fränkischer<br />
Brunnen 2<br />
Wirtschaftsraum<br />
4419400 5399900 7331 1 396 201 ,28 31 737 437<br />
ZV Wasserversorgung<br />
Schönfelder Hof -<br />
Fränkischer<br />
Brunnen 3<br />
Wirtschaftsraum<br />
4419900 5399850 7331 1 395 328,85 51 852 265<br />
ZV Wertingen<br />
Kugelberg-Gruppe I<br />
281 380<br />
3620900 5380950 7429 1 3,57<br />
Binswangen<br />
(30 Monate)<br />
ZV Wertingen<br />
Kugelberg-Gruppe II<br />
Binswangen<br />
3620850 5 381100 7429 1 4,58 722203<br />
ZV Wertingen<br />
Kugelberg-Gruppe 111<br />
1 571 300<br />
3620950 5 381100 7429 1 9,97<br />
Binswangen<br />
82
<strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
Im Rahmen der umfassenden Bilanzbetrachtungen (s. Kapitel Wasserhaushaltsmodell) wurde die<br />
flächenhafte <strong>Grundwasser</strong>neubildung für das Modellgebiet auf Grundlage der kl<strong>im</strong>atischen Grunddaten<br />
des Zeitraumes November 1974 bis Oktober 1994 errechnet. Die mittlere rechnerische <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
wurde als Randbedingung (HR 2. Art) flächenhaft dem obersten Modeii-Layer<br />
zugegeben.<br />
Folgende <strong>Grundwasser</strong>neubildungswerte wurden berücksichtigt:<br />
Tab. 21 : Flächenhafte <strong>Grundwasser</strong>neubildung (Nov. 1974 bis Okt. 1994}<br />
<strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
<strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
Nov. 1974 - Okt. 1994 Nov. 1974 - Okt. 1994<br />
<strong>Grundwasser</strong>modell West<br />
<strong>Grundwasser</strong>modell Ost<br />
[1/s]<br />
[1/s]<br />
Jura 1269,77 892 ,20<br />
Quartär (<strong>Donautal</strong>} 3112,19 2807,20<br />
Tertiär 745,40 650,00<br />
Summe: 5127,36 4349,40<br />
gesamt:<br />
9476,761/s<br />
<strong>Das</strong> Gesamtvolumen der <strong>Grundwasser</strong>neubildung von 9477 1/s entspricht bei einer Modellfläche<br />
von 1500 km 2 einer mittleren <strong>Grundwasser</strong>neubildungsspende von ca. 6,3 1/s · km 2 .<br />
Weiterführende Angaben zur flächenbezogenen Ermittlung der <strong>Grundwasser</strong>neubildung und der<br />
Bilanzierung wurden in Kapitel Wasserhaushaltsmodell gegeben.<br />
Räumliche und zeitliche Diskretisierung der Modellfläche<br />
Die Modellfläche von etwa 1500 km 2 wurde entsprechend den Anforderungen des eingesetzten<br />
Modellierungssystems MODFLOW, einem modular aufgebauten Finite-Differenzen-Modell, in quadratische<br />
Zellen mit Seitenlängen von 100 m diskretisiert. Die Mitte einer jeden Zelle ist der Knoten<br />
(s. Abb. 22) , welcher die jeweiligen Informationen trägt. <strong>Das</strong> Modell "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" ist als<br />
Drei-Lagen-(Layer-)Modell aufgebaut; dies ermöglicht die Abbildung des hydrologisch/hydrogeologischen<br />
Modells und der daraus abzuleitenden komplexen hydraulischen Zusammenhänge und der<br />
resultierenden Volumenströme.<br />
Die Modellfläche wurde in zwei Teilmodelle "Modellgebiet West" und "Modellgebiet Ost" unterteilt,<br />
dies aufgrund der sich ergebenden Datenfülle und Rechenintensität, der besseren Handhabbarkeit,<br />
der graphischen Weiterverarbeitung der Daten und der kartographischen Darstellung der Ergebnisse.<br />
Der Hauptgrund für die Unterteilung ist jedoch ein Sprung des Bezugsmeridians (Meridian-<br />
83
streifen go und 12°). Damit verbunden sind unterschiedliche Angaben der Gauß-Krüger-Koordinaten<br />
von Bohrpunkten. Der Bezug bzw. die Rückführung der unterschiedlichen Koordinatenangaben auf<br />
einen Bezugsmeridian wäre aufwendig und fehlerträchtig.<br />
Die zeitliche Diskretisierung erfolgte für die stationären Modellbetrachtungen in gleichen Zeitschritten.<br />
Für weiterführende instationäre Betrachtungen bzw. Detailbetrachtungen sind beliebige Zeitschritte<br />
realisierbar; aus Gründen der auf Monatswerten basierenden Wasserhaushaltsbetrachtungen<br />
bieten sich Monats- oder auch Jahresschritte an.<br />
Kalibrierung des numerischen Modells<br />
Stationäre Kalibrierung des numerischen Modells<br />
<strong>Das</strong> numerische Modell hat die Aufgabe, die meßbaren <strong>Grundwasser</strong>strömungsverhältnisse möglichst<br />
naturgerecht abzubilden. Die Kalibrierung des numerischen Modells erfolgte stationär für<br />
langjährige mittlere <strong>Grundwasser</strong>verhältnisse und unter Berücksichtigung der zahlreichen <strong>Grundwasser</strong>entnahmen<br />
(rechnerische Dauerentnahmen) innerhalb des Potentialfeldes.<br />
Im Zuge der stationären Kalibrierung wurden in einem ersten Schritt die Durchlässigkeitsbeiwerte<br />
variiert. ln einem weiteren Schritt wurden <strong>im</strong> Kapitel "Randbedingungen" beschriebene Festpotentiale<br />
(wichtige Oberflächengewässer) und gemischte Randbedingungen (Drängräben, kleinere Oberflächengewässer)<br />
weiter abgest<strong>im</strong>mt bzw. vorgegebene Potentiale überprüft.<br />
Als Kalibrierungspunkte wurden insgesamt 154 <strong>Grundwasser</strong>aufschlüsse gewählt, davon befinden<br />
sich 71 <strong>im</strong> westlichen, 83 <strong>im</strong> östlichen Teilmodell (s. Abb. 23). Die Kalibrierungspunkte wurden aus<br />
einer Vielzahl von <strong>Grundwasser</strong>aufschlüssen nach den Kriterien der räumlichen Verteilung und dem<br />
Vorliegen genügend langer und vergleichbarer Meßreihen ausgewählt. Die Abbildungen 24 bis 25<br />
dokumentieren die gemessenen und berechneten <strong>Grundwasser</strong>spiegelhöhen innerhalb des Talquartär<br />
(Modeii-Layer 1) des <strong>Donautal</strong>s <strong>im</strong> Zustand der abgeschlossenen stationären Modellkalibrierung.<br />
Die berechneten <strong>Grundwasser</strong>spiegelhöhen weichen von den gemessenen max<strong>im</strong>al<br />
1 Meter, zumeist nur um Zent<strong>im</strong>eter ab. Die gute Übereinst<strong>im</strong>mung der gemessenen und berechneten<br />
<strong>Grundwasser</strong>spiegelhöhen zeigt sich auch in der Korrelationsgeraden (s. Abb. 26).<br />
Am Ende der Kalibrierung wurden Sensivitätsprüfungen durchgeführt. Es wurden die Durchlässigkeitsbeiwerte<br />
pauschal um verschiedene Faktoren erhöht bzw. vermindert, die flächenhafte <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
wurde ausgeschlossen und die mit dem Potentialfeld kommunizierenden Oberflächengewässer<br />
und Dränsysteme hydraulisch abgedichtet bzw. weiter geöffnet.<br />
Die Dokumentation und Bewertung der einzelnen Kalibrierungsschritte und Sensitivitätsprüfungen<br />
ist nicht Gegenstand der vorliegenden Veröffentlichung. Die entsprechenden Daten reihen, die räumliche<br />
Verteilung der Durchlässigkeitsbeiwerte und die resultierenden Potentialverteilungen und Volumenströme<br />
werden den Fachbehörden und den Auftraggebern in digitaler Form zur Verfügung<br />
gestellt. Die Kalibrierung ist abhängig von der Qualität der Grunddaten und daher jederzeit aktualisierbar<br />
und verbesserbar.<br />
84
2000 4000 meters<br />
~ 10<br />
Elchpunkt mit Interner<br />
Elchstellennummer<br />
Abb. 23: Stationäre Kalibrierung: Lage der Kalibrierungspunkte<br />
85
440 .-------------------------------------------------------,<br />
----- ----t<br />
--------------------<br />
435 -1------- ------------------------ -<br />
---<br />
----------.- --<br />
- 430 c---------- ------- - -- -- -<br />
+<br />
E ~-------------- ------------<br />
1----------------------------<br />
z<br />
..........<br />
r----------<br />
~---------------·-<br />
~ 425 r-----------------<br />
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111<br />
-Cl)<br />
~<br />
(!) 420<br />
415<br />
410<br />
...-- (") Ln<br />
,.._ cr> ...-- ("') Ln<br />
,.._ cr> ...-- ("')<br />
...-- ...-- ...-- ...-- N N<br />
Ln<br />
,.._ cr><br />
N N N<br />
...-- (") Ln<br />
(") (") (")<br />
Bezeichnung der Eichpunkte<br />
(Meßstellennummer)<br />
480<br />
-<br />
!-------<br />
I----<br />
470<br />
E' 460<br />
+<br />
z<br />
-<br />
..........<br />
z<br />
f----·<br />
~ 450 -=-<br />
-1: f---<br />
111<br />
--<br />
Cl)<br />
I<br />
3:<br />
440<br />
(!)<br />
----=<br />
-------:-:::<br />
-<br />
r- :-<br />
430<br />
420<br />
• mittlerer GW-Stand • GW-Stand<br />
gemessen<br />
berechnet<br />
Abb. 24: Stationäre Kalibrierung: Vergleich der mittleren gemessenen GW-Spiegelhöhen mit den<br />
berechneten Potentialen (langjährige mittlere GW-Verhältnisse) "Modellraum West"<br />
86
405 .-------------------------------------------------------~<br />
------- ---=- -<br />
400<br />
1---------<br />
-----------<br />
-------·-<br />
1----- ·- -- -<br />
'E 395 r--<br />
+<br />
z<br />
._.<br />
~ 390<br />
c:<br />
!';!<br />
-cn<br />
~ 385 -<br />
380<br />
375<br />
Bezeichnung der Eichpunkte<br />
(Meßstellennummer)<br />
4LO .-------------------------------------------------,<br />
---- --·---------------<br />
--- ----- ··-- . - --------j<br />
420 r- - ----<br />
1--<br />
'E 415 1------<br />
+ ----<br />
._. z<br />
~ 410 f------<br />
!------.•.......- ~-<br />
c:<br />
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u;<br />
;:<br />
(.!) 405<br />
- --<br />
------------------=-----------.--1r------tl -<br />
-·---------··1<br />
400<br />
395<br />
• mittlerer GW-Stand• GW-Stand<br />
gemessen berechnet<br />
Abb. 25: Stationäre Kalibrierung: Vergleich der mittleren gemessenen GW-Spiegelhöhen mit den<br />
berechneten Potentialen (langjährige mittlere GW-Verhältnisse) "Modellraum Ost"<br />
87
480<br />
470<br />
460<br />
'E<br />
+ 450<br />
z<br />
~<br />
"'<br />
5: 440<br />
E "'<br />
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~ 430<br />
2 "'<br />
VI<br />
~ 420<br />
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E "' 410<br />
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400<br />
390<br />
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390 400 410<br />
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I<br />
/<br />
/<br />
--."'<br />
I<br />
I<br />
I<br />
I<br />
I I<br />
I<br />
420 430 440 450 460 470<br />
.<br />
I<br />
I<br />
I<br />
/<br />
/ ~<br />
., l<br />
I<br />
480<br />
GW-Stand berechnet [NN +m]<br />
Abb. 26: Korrelation zwischen gemessenen und berechneten <strong>Grundwasser</strong>spiegelhöhen<br />
(mittlere <strong>Grundwasser</strong>verhältnisse)<br />
Im Hinblick auf die mit dem regionalen Charakter der vorliegenden Untersuchung verbundenen<br />
Fragestellungen ist die durchgeführte stationäre Modellkalibrierung mehr als hinreichend genau.<br />
Instationäre Kalibrierung des numerischen Modells<br />
Die Betrachtung instationärer Fragestellungen war nicht Gegenstand der vorliegenden Veröffentlichung,<br />
sie ist jedoch jederzeit in Verbindung mit einer entsprechenden Kalibrierung des Modells<br />
möglich. Im Hinblick auf die kl<strong>im</strong>atischen Grunddaten bietet sich die zeitliche Diskretisierung in Jahres-,<br />
Monats- oder <strong>im</strong> Rahmen von Detailbetrachtungen auch in Tagesschritten an.<br />
88
Wasserbilanz des Modells "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>"<br />
Die Wasserbilanz des Modells "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>" setzt sich aus den folgenden Komponenten<br />
zusammen:<br />
Tab. 22: Wasserbilanzkomponenten des Modells "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>"<br />
Wasserbilanzkomponente Datengrundlage I Ableitung Bilanzgröße [lls]<br />
+ = Modellinput,<br />
- = Modelloutput<br />
<strong>Grundwasser</strong>neubildung Vorgabe I eigene Berechnung + 9477<br />
flächenbezogen, langjähriges Mittel<br />
<strong>Grundwasser</strong>-Zufluß<br />
(s. Kap. "Wasserhaushaltsmodell)<br />
Vorgabe I eigene Berechnung<br />
aus dem Norden (überschlägig aus <strong>Grundwasser</strong>neubildung + 8650<br />
- aus dem Süden und Fläche des oberirdischen + 630<br />
- aus dem Westen Einzugsgebietes) + 560<br />
<strong>Grundwasser</strong>-Abfluß<br />
- <strong>im</strong> Osten Modellberechnung -120<br />
- in andere Richtungen -<br />
Wasserentnahmen: eigene Erhebung I schriftliche Befragung -2529<br />
davon:<br />
- ZV Landeswasserversorgung (Langenauer Donauried) (-1 078)<br />
- ZV Wasserversorgung Fränkischer Wirtschaftsraum<br />
(EWAG Nürnberg) (-709)<br />
- sonstige Versarger (-742)<br />
KW Gundremmingen Direktentnahme aus der Donau -2500<br />
Zufluß Donau bei Ulm I Neu-U<strong>im</strong> amtliche Daten, langjähriges Mittel + 124000<br />
Abfluß Donau bei Neuburg an der Donau amtliche Daten, langjähriges Mittel -308000<br />
Donauzuflüsse aus dem Süden amtliche Daten, langjähriges Mittel + 143000<br />
kleinere Zuflüsse geschätzt + 4000<br />
Donauzuflüsse aus dem Norden amtliche Daten, langjähriges Mittel + 21 200<br />
und kleinere Zuflüsse ohne amtliche<br />
Abflußdaten, geschätzt + 2000<br />
Nicht erfaßte Entnahme und/oder sonstiger Differenzbetrag -488<br />
<strong>Das</strong> Blockbild (Abb. 27) verdeutlicht die grundlegenden Volumenströme und den Wasserumsatz des<br />
Modells "Schwäbisches <strong>Donautal</strong>".<br />
89
j) 9,5<br />
Legenae<br />
'<br />
Zustrom I Abstrom in m /s<br />
(!) <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
(1) Zufluß Nord<br />
(3) Zufluß Süd<br />
(4) Bäche<br />
~ Drän<br />
(§) <strong>Grundwasser</strong>entnahme<br />
(j) Zugewinn - Abtlul.)<br />
(8) Kernkraftwerk- Direktentnahme aus der Donau<br />
Abb. 27: Blockbild zur Darstellung der Volumenströme und der Wasserbilanz des Modells<br />
"Schwäbisches <strong>Donautal</strong>"<br />
90
Karten und Anwendung des Modells<br />
Karte 3: Geologische Übersichtskarte<br />
Die Grundlage dieser Karte stellt die geologische Karte 1 : 200 000 des Bayerischen Geologischen<br />
Landesamtes dar (WEINIG, 1980 in: BAYER. STAATSMINISTERIUM FÜR LANDESENTWICKLUNG<br />
UND UMWELTFRAGEN, 1985). Diese Karte wurde bei der Bearbeitung auf das topographische<br />
Grundnetz 1 : 100 000 umgesetzt. Dabei wurden insbesondere die Züge der Talauen und Talungen<br />
der Seitenflüsse an die Karte angeglichen. Der Verlauf der Donau wird weitgehend von postglazialen<br />
Talauesed<strong>im</strong>enten der Auestufen best<strong>im</strong>mt. <strong>Das</strong> auskartierte Niedermoor ist in seinem Umfang<br />
nicht mehr voll erhalten; hier wurden auch Flächen mit erfaßt, die nur noch anmoorigen Charakter<br />
aufweisen. Stellenweise ist das Niedermoor völlig abgebaut bzw. durch landwirtschaftliche Maßnahmen<br />
völlig degeneriert.<br />
Der nördliche Talrand wird überwiegend von Malm und Trümmermassen des Nördlinger Rieses<br />
gebildet, während der Süden von tertiären Sed<strong>im</strong>enten eingenommen wird. Alt- und Ältestpleistozän<br />
liegt insbesondere <strong>im</strong> Süden den Tertiärschichten auf, ist aber auch nördlich der Donau bei Ulm/<br />
Neu-U<strong>im</strong> anzutreffen. Erwähnenswert sind des weiteren noch vereinzelte Ablagerungen aus der Zeit<br />
der Oberkreide <strong>im</strong> nördöstlichsten Teil des Kartenblattes.<br />
Karte 4: Wasserschutzgebiete, <strong>Grundwasser</strong>aufschlüsse, Brunnen, Bohrungen<br />
Die Inhalte der Kartenbeilage stellen die Grundlage für die folgenden Karten dar. So sind hier die<br />
Bohrungen verzeichnet, die Auskunft über den geologischen Aufbau, den Wasserspiegel und die<br />
Höhenangaben enthalten. Bei den Original-Daten bzw. Basiskarten, die dem Bayerischen Geologischen<br />
Landesamt, dem Landesamt für Wasserwirtschaft und den Auftraggebern zur Verfügung<br />
stehen, lassen sich an jedem der Datenpunkte die vorgenannten Informationen abrufen. Diese<br />
Informationen befinden sich auf den Original-Datenträgern, die in Verbindung mit den jeweiligen<br />
Programmen die Ausgabe der Informationen direkt ermöglichen. An einem Beispiel werden die in<br />
der Datenbank, welche der Karte unterliegt, enthaltenen (digitalen) Informationen und deren<br />
Abfrage- und Darstellungsmöglichkeiten vorgestellt.<br />
Die Karte zeigt zudem die rechtsgültig festgesetzten Trinkwasserschutzgebiete. Die Grundkarte<br />
(Stand Januar 1996) wurde vom Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft zur Verfügung gestellt.<br />
Neben zahlreichen kommunalen Wasserversorgungen fallen die großflächigen Wasserschutzgebiete<br />
des Zweckverbandes Landeswasserversorgung <strong>im</strong> württembergischen Donauried<br />
und die Fernwassergewinnung der Wasserversorgung Fränkischer Wirtschaftsraum (WFW), Nürnberg,<br />
<strong>im</strong> Lechmündungsgebiet ins Auge.<br />
Karten SA und SB: Quartärbasis<br />
Die Quartärbasis wurde aus den zahlreichen vorhandenen Bohrungen durch Interpolation vermittelt.<br />
Dazu wurden eine Reihe vorhandener Grundlagen ausgewertet; die Informationsdichte <strong>im</strong> Bereich<br />
württembergisches Donauried (Zweckverband Landeswasserversorgung, Stuttgart) und <strong>im</strong><br />
91
Lechmündungsgebiet (<strong>Grundwasser</strong>modell des Bayer. Landesamtes für Wasserwirtschaft) ist<br />
besonders hoch. Die Höhe der Quartärbasis n<strong>im</strong>mt von NN +470 m <strong>im</strong> Westen auf NN +375 m<br />
<strong>im</strong> Osten ab. Bemerkenswert sind die erosiven Talränder <strong>im</strong> Südwesten <strong>im</strong> Bereich der lller-Donau-Mündung<br />
sowie am nördlichen Talrand östlich von Leiphe<strong>im</strong>, etwa bei Tapfhe<strong>im</strong>. Weiter <strong>im</strong><br />
Osten ist wiederum <strong>im</strong> Mündungsgebiet des Lech in die Donau der östliche Talrand steil eingeschnitten.<br />
Bemerkenswert ist, daß die Donau in vielen Bereichen nicht <strong>im</strong> Taltiefsten fließt, sondern<br />
recht häufig die Talränder bevorzugt. Dies ist insbesondere <strong>im</strong> Bereich von Günzburg der Fall ,<br />
wo die Donau den südlichen Talrandbereich berührt, während sie sich dann <strong>im</strong> Bereich der Mindelmündung<br />
auf den nördlichen Talbereich zu bewegt. Von dort an bleibt sie überwiegend <strong>im</strong> Bereich<br />
des nördlichen Talhanges fixiert. Zwischen Donauwörth und dem östlichen Teil des Untersuchungsgebietes<br />
fallen Taltiefstes und nördlicher Talrand nahezu zusammen. Besondere Beachtung<br />
verdient der Mündungsbereich vom Lech in die Donau; hier schüttet der Lech einen Schotterfächer<br />
auf und drängt somit die Donau nach Norden. ln dieser Zone sind auch sehr hohe Quartärmächtigkeiten<br />
anzutreffen.<br />
Karten 6A und 68: Quartärmächtigkeit<br />
Die Karte der Quartärmächtigkeit entstand aus einer Verschneidung von Höhenangaben der Quartärbasis<br />
(Karten 5A und 58) mit den entsprechenden Werten der topographischen Karte, wozu<br />
diese Karte von uns speziell digitalisiert werden mußte; die vorliegenden amtlichen Karteninhalte<br />
der digitalen Karte 1 : 25 000 waren zu ungenau. Bis auf wenige Ausnahmen ist die Quartärmächtigkeit<br />
über den gesamten Untersuchungsraum mehr oder weniger gleichmäßig. Größte Mächtigkeiten<br />
werden <strong>im</strong> Bereich der frühholozänen Donaurinne vorgefunden. Nördlich von Höchstadt befindet<br />
sich eine mächtige Quartärrinne, die einen älteren Donauverlauf nachzeichnet. Weitere entsprechend<br />
erhöhte Mächtigkeiten finden sich <strong>im</strong> Bereich des Lechmündungsgebietes bei Rain und<br />
nördlich davon.<br />
Karten 7 A und 78: <strong>Grundwasser</strong>neubildung<br />
Die <strong>Grundwasser</strong>neubildung wurde anhand meteorologischer und bodenkundlicher Daten erstellt.<br />
Dabei wurde auf das <strong>Grundwasser</strong>neubildungsmodell MODBIL zurückgegriffen. Aus den Schnittflächen<br />
von nutzbarer Feldkapazität, Landnutzung, Hangneigung und Bodendurchlässigkeit<br />
entstanden Basiskarten, in denen gleichwertige Flächen zusammengefaßt wurden. Geringe <strong>Grundwasser</strong>neubildungswerte<br />
sind in den Bereichen besiedelter Flächen anzutreffen, aber auch in grundwassernahen<br />
Standorten mit kapillarem Anschluß.<br />
Insgesamt erstreckt sich der Bereich der <strong>Grundwasser</strong>neubildung von etwas über einem Liter pro<br />
Sekunde und Quadratkilometer bis auf etwa 10 Liter pro Sekunde und Quadratkilometer. Diese<br />
hohen Werte sind <strong>im</strong> Bereich des offenen Malmkarstes sowie auf den Schotterflächen des <strong>Donautal</strong>s<br />
anzutreffen. Bemerkenswert ist, daß über offenen Wasserflächen <strong>im</strong> Bereich des <strong>Donautal</strong>s<br />
bei 800 mm Niederschlag die <strong>Grundwasser</strong>neubildung somit am größten ist. Grund hierfür ist der<br />
fehlende Oberflächenabfluß, so daß die gesamte Differenz von Niederschlag zu Verdunstung mit<br />
etwa 300 mm pro Jahr der <strong>Grundwasser</strong>neubildung zugute kommt.<br />
92
Karten 8A und 88: <strong>Grundwasser</strong>gleichenplan<br />
Der <strong>Grundwasser</strong>gleichenplan gibt die gesamten Ergebnisse der Modellierungsarbeit wieder. Er<br />
reicht über die Ränder des Talraumes der Donau hinaus bis in die begleitenden Gesteinsbereiche<br />
südlich und nördlich der Talung . Damit ist das <strong>Grundwasser</strong>modell in den Gesamtrahmen eingebunden,<br />
so daß die erzielten Ergebnisse für den Talraum mit entsprechender Genauigkeit verwendet<br />
werden können. Auffallend ist am Verlauf der <strong>Grundwasser</strong>gleichen, daß sie sehr stark von den begleitenden<br />
Zuflüssen und von Entwässerungsgräben <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> beeinflußt werden. Die Donau<br />
selbst ist zwar <strong>im</strong>mer noch Hauptvorfluter des gesamten Raumes, hat aber stellenweise, insbesondere<br />
<strong>im</strong> Bereich der Staustufen, diese Funktion verloren. <strong>Das</strong> dem <strong>Grundwasser</strong>gleichenplan zugrunde<br />
liegende <strong>Grundwasser</strong>modell ist jederzeit in der Lage, auf Veränderungen <strong>im</strong> Wasserhaushalt<br />
oder <strong>im</strong> Bereich der Gewässer zu reagieren. Eingriffe wie z. B. das Anlegen von neuen Baggerseen,<br />
neuen Drängräben sowie auch die Beseitigung von Drän- und Entwässerungsgräben kann<br />
das <strong>Grundwasser</strong>modell jederzeit abbilden. Auch der Erfolg oder Mißerfolg von Maßnahmen zur Renaturierung<br />
in best<strong>im</strong>mten Bereichen läßt sich mit dem <strong>Grundwasser</strong>modell vorhersagen. So kann<br />
schon vorab festgestellt werden, daß Einzelmaßnahmen nur dann erfolgreich sein können, wenn das<br />
Gesamtreg<strong>im</strong>e betrachtet wird. Dies bedeutet, daß mancherorts best<strong>im</strong>mte Maßnahmen, wie z. B.<br />
das Errichten von Spundwänden zum Aufstau des <strong>Grundwasser</strong>s ("Dichtungsschürzen") nur dann<br />
nachhaltigen Erfolg versprechen, wenn gleichzeitig auch andere gewässerbeeinflussende Tätigkeiten<br />
vorgenommen werden. Beste Aussichten auf Renaturierung werden Zonen zugeschrieben, in<br />
denen geringe Flurabstände mit großflächigen Entwässerungssystemen in Einklang gebracht werden<br />
können . Dies sind Zonen mit seichten Entwässerungsgräben, die sich <strong>im</strong> Bereich donauparalleler<br />
Dränsysteme befinden.<br />
Anwendungsmöglichkeiten des <strong>Grundwasser</strong>modells sind anhand einiger Beispiele in Karte 11 dargestellt<br />
und erläutert.<br />
Karten 9A und 98: <strong>Grundwasser</strong>flurabstand<br />
Die Flurabstandskarte macht deutlich, daß in großem Maße zwischen grundwassernahen und<br />
grundwasserfernen Standorten <strong>im</strong> Bereich der Talaue unterschieden werden muß. Flurabstände von<br />
mehr als 5 m sind <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> recht häufig anzutreffen. Bei der Erstellung der Flurabstandskarte<br />
wurde auf die amtliche topographische Karte 1 : 25 000 zurückgegriffen. Auf dieser Grundlage wurde<br />
eine eigene digitale Geländekarte erstellt. Die erzielte Genauigkeit liegt in der Größenordnung von<br />
± 1 m. Für detailliertere Betrachtungen, insbesondere <strong>im</strong> Hinblick auf Renaturierungsfragen, ist es<br />
jedoch unbedingt notwendig, Geländeangaben in der Größenordnung von ± 10 cm Genauigkeit zu<br />
erhalten. Mit dieser Genauigkeit lassen sich dann auch Modeliierungen in Verbindung mit dem<br />
<strong>Grundwasser</strong>modell besser und genauer durchführen. Karten mit Höhenangaben dieser Genauigkeit<br />
von ± 1 0 cm werden derzeit für Bayern neu erarbeitet.<br />
Karten 10A und 108: Chemismus der Oberflächengewässer<br />
Die Karten 1 OA und 1 OB geben die Ergebnisse einer hydrochemischen Bestandsaufnahme <strong>im</strong><br />
Untersuchungsgebiet wieder. Dabei wurde besonderer Wert auf die relevanten Parameter wie Am-<br />
93
monium, Nitrat und Chlorid gelegt. Von einem guten Drittel der untersuchten Proben wurden auch<br />
Vollanalysen durchgeführt, um den Typus der Gewässer besser beurteilen zu können. Die Ergebnisse<br />
dieser Vollanalysen befinden sich auf einer CD-ROM, die den Ämtern und den Auftraggebern<br />
zur Verfügung steht. Diese Vollanalysen sind auf den Kartenblättern in Kreisform dargestellt.<br />
Karte 11: Arbeiten mit dem Modell<br />
Die Karte 11 erläutert anhand einiger ausgewählter Beispiele verschiedene Anwendungsmöglichkeiten<br />
des <strong>Grundwasser</strong>modells. <strong>Das</strong> Modell verdeutlicht für denkbare Veränderungen und Eingriffe<br />
in den <strong>Grundwasser</strong>körper sowohl Veränderungen der <strong>Grundwasser</strong>strömungsverhältnisse als auch<br />
die damit verbundenen Änderungen der Volumenströme und des Wasserhaushaltes.<br />
Beispiel 1: Rückbau vorhandener Entwässerungs- und Dränsystemen innerhalb des <strong>Donautal</strong>s<br />
Die <strong>Grundwasser</strong>strömungsverhältnisse werden <strong>im</strong> Abschnitt des Donauriedes zwischen Gundremmingen,<br />
Aislingen, Lauingen und Dillingen weiträumig von Entwässerungs- und Qränsystemen gesteuert.<br />
Im Modell wurden mit dem Landgraben und dem Urbach sowie dem Wässerleinsgraben<br />
und dem Schackenlachgraben einige der Dränsysteme und Entwässerungsgräben "rückgebaut".<br />
Die resultierenden <strong>Grundwasser</strong>strömungsverhältnisse werden in Bild 1.1 den derzeitigen in Form<br />
zweier <strong>Grundwasser</strong>gleichenpläne gegenübergestellt. Die großflächige Anhebung des <strong>Grundwasser</strong>spiegels<br />
ist zudem in Bild 1.2 dargestellt. Die Darstellungen verdeutlichen einmal mehr die grundlegende<br />
Überprägung der natürlichen <strong>Grundwasser</strong>situation <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> durch langjährige wasserbauliche<br />
Eingriffe.<br />
Beispiel 2: Einbringung von "Dichtungsschürzen" in den quartären <strong>Grundwasser</strong>leiter zur Anhebung<br />
des oberstromigen <strong>Grundwasser</strong>spiegels<br />
Im Sinne der Wiedervernässung geeigneter Teilbereiche des <strong>Donautal</strong>s wie Niedermoorbereiche<br />
wurde die Einbringung von "Dichtungsschürzen" mit Hilfe von Spundwänden in die Diskussion eingebracht.<br />
ln unser <strong>Grundwasser</strong>modell wurden daher in den quartären <strong>Grundwasser</strong>leiter bis zu<br />
dessen Basis, d. h. bis zur Oberkante der hydraulisch deutlich geringer durchlässigen tertiären<br />
Schichten (Molasse) "Dichtungsschürzen" eingebaut, deren Verlauf in Bild 2.1 farbig markiert ist. Als<br />
geeignetes Anwendungs- bzw. Überprüfungsfeld wurde das Donaumoos nördlich Günzburg gewählt.<br />
ln Bild 2.1 sind einerseits die derzeitigen <strong>Grundwasser</strong>strömungsverhältnisse (langjähriges<br />
Mittel) dargestellt, andererseits die <strong>Grundwasser</strong>strömungsverhältnisse, die sich nach Einbringen<br />
der vorgeschlagenen "Dichtungsschürzen" einstellen. Die Änderungen der <strong>Grundwasser</strong>spiegelhöhen<br />
sind in Bild 2.2 dargestellt. Die Abbildungen belegen die generelle Funktionsweise der "Dichtungsschürzen"<br />
<strong>im</strong> oben beschriebenen Sinne, jedoch ist die räumliche Orientierung der Schürzen<br />
innerhalb des <strong>Grundwasser</strong>strömungsfeldes von grundlegender Wichtigkeit.<br />
Beispiel 3: Anlage eines Baggersees durch Abbau der quartären Sande und Kiese und anschließende<br />
Wiederverfüllung<br />
Für einen Ausschnitt <strong>im</strong> <strong>Donautal</strong> östlich der Lechmündung ist in Bild 3.1.1 der <strong>Grundwasser</strong>gleichenplan<br />
(langjähriges Mittel) <strong>im</strong> Maßstab 1 :50 000 für den "Ist-Zustand" und den sich einstellenden<br />
Zustand nach Abbau der markierten (willkürlich gewählten) Fläche bis zum liegenden Tertiär<br />
dargestellt. Die sich ergebenden Veränderungen der Potentialhöhen sind in Bild 3.1.2 farbig ange-<br />
94
legt. Die Veränderungen belegen den natürlichen Vorgang der Ausspiegelung der offengelegten<br />
<strong>Grundwasser</strong>fläche; <strong>im</strong> Anstrombereich kommt es zu einer Absenkung des Wasserspiegels, <strong>im</strong> Abstrom<br />
zu einem Anstieg des <strong>Grundwasser</strong>spiegels.<br />
Die anschließende Wiederverfüllung des Baggersees mit gering durchlässigem Material führt umgekehrt<br />
zu einer Aufhöhung des <strong>Grundwasser</strong>spiegels innerhalb der Abbaufläche selbst bzw. <strong>im</strong><br />
Anstrombereich und zu einer Absenkung des <strong>Grundwasser</strong>spiegels <strong>im</strong> Abstrombereich (Bilder 3.2.1<br />
und 3.2.2).<br />
<strong>Das</strong> Modell ermöglicht die vorzeitige Planung der Abbaufläche in Größe und Form sowie deren<br />
Orientierung innerhalb des <strong>Grundwasser</strong>strömungsfeldes aufgrund best<strong>im</strong>mter Vorgaben und gibt<br />
Hinweise auf die geeignete anschließende Rekultivierung z. B. durch Teii-Verfüllung oder Sohl- bzw.<br />
Seitenabdichtung der Abbaufläche.<br />
Beispiel 4: Gezielter Aufstieg von Karst-<strong>Grundwasser</strong> in das oberflächennahe <strong>Grundwasser</strong>stockwerk<br />
durch Herstellung einer hydraulischen Verbindung (großd<strong>im</strong>ensionierte Brunnenbohrung)<br />
zwischen den beiden <strong>Grundwasser</strong>stockwerken<br />
Ebenfalls Im Sinne der Wiedervernässung ausgewählter oder schützenswerter Teilbereiche des<br />
<strong>Donautal</strong>s, z. B. in heute grundwasserfernen Niedermoorbereichen, wurde der gezielte Aufstieg von<br />
Karst-<strong>Grundwasser</strong> aus dem tieferen Malmkarst diskutiert. ln dem Modell wurde, ebenfalls <strong>im</strong><br />
Bereich des Donauriedes zwischen Aislingen und Lauingen bzw. Dillingen, eine hydraulische Verbindung<br />
zwischen dem tieferen, verkarsteten Malrn-<strong>Grundwasser</strong>stockwerk und dem oberflächennahen<br />
<strong>Grundwasser</strong> der Talfüllung hergestellt, indem lokal eng begrenzt die hydraulische Trennungsschicht<br />
der geringer durchlässigen Tertiär-Schichten "durchbohrt" wurde (Bild 4) .<br />
Es kommt erwartungsgemäß zu einem <strong>Grundwasser</strong>aufstieg und einer lokalen <strong>Grundwasser</strong>anhebung<br />
<strong>im</strong> obersten <strong>Grundwasser</strong>stockwerk. Die Erhöhung des <strong>Grundwasser</strong>spiegels liegt <strong>im</strong> Zent<strong>im</strong>eter-Bereich.<br />
95
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Donauried auf das durch den Zweckverband Landeswasserversorgung<br />
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Parey, Hamburg-Berlin.<br />
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Parey, Hamburg-Berlin.<br />
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Parey, Hamburg-Berlin.<br />
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9 Abb. , 2 Taf. , 11 Tab. - Hannover.<br />
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Baden-Württ., 28: 295-362, 10 Abb., 3 Beil. , 2<br />
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VON HOYNINGEN - HUENE, J. (1980): Verdunstung von<br />
Pflanzenbeständen - DVWK 12 - Fortbildungslehrgang<br />
für Hydrologie in Bad Sooden-AIIendorf, Eigenverlag. -<br />
Bonn.<br />
WERNER, G. (1983): Die Entwicklung der Nitratkonzentration<br />
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Schriftenreihe, Heft 3. - Stuttgart.<br />
WESSOLEK, G., RENGER, M., STREBEL, 0 ., SPONAGEL,<br />
H. (1985): Einfluß von Boden und <strong>Grundwasser</strong>flurabstand<br />
auf die jährliche <strong>Grundwasser</strong>neubildung - Z. Kulturtechnik<br />
Flurber. 26, 130-137.<br />
98
WOHLRAB, B., ERNSTBERGER, H., MEUSER, A. , SOKOL<br />
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Paul Parey, Hamburg-Berlin.<br />
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- Kurzfassung. - München.<br />
99
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BAYERISCHES GEOLOGISCHES LANDESAMT [Hrsg.] (1954): Geologische Übersichtskarte der<br />
Süddeutschen Molasse 1 :300 000. - München (Bayer. Geol. L.-Amt).<br />
BAYERISCHES GEOLOGISCHES LANDESAMT [Hrsg.] (1955): Erläuterungen zur Geologischen<br />
Übersichtskarte der Süddeutschen Molasse 1 :300 000. - 106 S. , München (Bayer. Geol. L.-Amt).<br />
BAYERISCHES GEOLOGISCHES LANDESAMT [Hrsg.] (1981): Erläuterungen zur Geologischen<br />
Karte von Bayern 1 :500 000. - 3. Auflage: 168 S. , München (Bayer. Geol. L.-Amt).<br />
BAYERISCHES STAATSMINISTERIUM FÜR ERNÄHRUNG, LANDWIRTSCHAFT UND FORSTEN<br />
[Hrsg.] (1985): Waldfunktionsplan für den Regierungsbezirk Schwaben Teilabschnitt Augsburg -<br />
Oberforstdirektion Augsburg.<br />
BAYERISCHES STAATSMINISTERIUM FÜR ERNÄHRUNG, LANDWIRTSCHAFT UND FORSTEN<br />
[Hrsg.] (1985): Waldfunktionsplan für den Regierungsbezirk Schwaben Teilabschnitt Donau/lller. -<br />
Oberforstdirektion Augsburg.<br />
BAYERISCHES STAATSMINISTERIUM FÜR ERNÄHRUNG, LANDWIRTSCHAFT UND FORSTEN<br />
[Hrsg.] (1987): Waldfunktionsplan für den Regierungsbezirk Oberbayern Teilabschnitt Region lngolstadt-<br />
Oberforstdirektion München.<br />
DOPPLER, G. (1984) : Geologische Karte von Bayern 1 :50 000, Erläuterungen zu Blatt Nr. L 7726<br />
Neu-U<strong>im</strong>.- München (Bayer. Geol. L.-Amt).<br />
GALL, H. (1971): Geologische Karte von Bayern 1 :25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 7328 Wittislingen.<br />
- 186 S., München (Bayer. Geol. Landesamt).<br />
GALL, H., HÜTTNER, R. , MÜLLER, D. , DEHM, R., GRAUP, G., POHL, J . (1977): Erläuterungen zur<br />
Geologischen Karte des Rieses 1 :50 000. - Geologica Bavarica, 76: 191 S. , geol. Kt. - München.<br />
GÖTTLICH, K. (1979): Moorkarte von Baden-Württemberg 1 :50 000. Erläuterungen zum Blatt Günzburg<br />
L 7526, mit einem Beitrag von W. Schloz. S. 1-47.- Stuttgart.<br />
SCHLOZ, W. (1980): Anmerkungen zur Hydrochemie des Karstgrundwassers der östlichen Schwäbischen<br />
Alb, Laiehinger Höhlenfreund 15, Seite 37-42, Laiehingen 1984.<br />
STREIT, R. (1978): Geologische Karte v. Bayern 1 :25 000, Erl. z. BI.Nr. 7232 Burghe<strong>im</strong> Nord. -<br />
222 S. , 51 Abb., 5 Tab., 8 Beil. , Bayer. Geol. L.-Amt.- München.<br />
WEINIG, H., DOSNER, A. , LAGALLY, U. , STEPHAN, W. , STREIT, R., WEINELT, W. (1984): Oberflächennähe<br />
mineralischer Rohstoffe von Bayern. Mit einer Karte 1 :500 000. - Geol. Bavarica, 86,<br />
563 S. , 2 Beil.- München.<br />
100
Topographische Karten 1 : 25 000 von Baden-Württemberg:<br />
7327 Giengen<br />
7426 Langenau<br />
7427 Sonthe<strong>im</strong><br />
Topographische Karten 1 : 25 000 von Bayern:<br />
7130 Wemding<br />
7131 Monhe<strong>im</strong><br />
7132 Deiinstein<br />
7133 Eichstätt<br />
7229 Bissingen<br />
7230 Donauwörth<br />
7231 Genderkingen<br />
7232 Burghe<strong>im</strong> Nord<br />
7233 Neuburg an der Donau<br />
7328 Wittislingen<br />
7329 Höchstadt an der Donau<br />
7330 Mertingen<br />
7331 Rain<br />
7332 Burghe<strong>im</strong> Süd<br />
7333 Karlshuld<br />
7428 Dillingen an der Donau West<br />
7429 Dillingen an der Donau Ost<br />
7430 Wertingen<br />
7431 Thierhaupten<br />
7526 Ulm Nordost<br />
7527 Günzburg<br />
7528 Burgau<br />
7529 Zusmarshausen<br />
7530 Gablingen<br />
7626 Ulm Südost (Neu-U<strong>im</strong>)<br />
7627 lehenhausen<br />
7628 Jettingen<br />
101
Schriftenreihe der bayerischen Sand- und<br />
Kiesindustrie<br />
Heft 1/82<br />
Heft 2/83<br />
Heft 3/90<br />
Heft 4/90<br />
Heft 5/90<br />
Heft 6/ 93<br />
Heft 7/95<br />
Rekultivierungsleistungen der bayerischen<br />
Sand- und Kiesindustrie<br />
Sand und Kies - Rohstoffe höchster Qualität<br />
Sand- und Kiesgruben - Lebensräume für<br />
Amphibien<br />
Dillinger Donauried - Landschaftsökologische<br />
Rahmenuntersuchung zum Kiesabbau<br />
Die Bedeutung der Baggerseen des Obermaintales<br />
als Freizeit- und Erholungsgebiet<br />
Günzburger Donauried - Landschaftsökologische<br />
Rahmenuntersuchung<br />
Anleitung zum Bau von Uferschwalben-Wänden,<br />
Festschrift zum 80. Geburtstag von<br />
Herrn Helmut Schneider<br />
Anschriften der Verfasser<br />
UNIVERSITÄT WÜRZBURG<br />
LEHR- UND FORSCHUNGSBEREICH FÜR<br />
HYDROGEOLOGIE UND UMWELT<br />
Pleicherwall 1<br />
97070 Würzburg<br />
Prof. Dr. PETER UDLUFT<br />
CHRISTINE BÜHLMEIER<br />
ULRICH SCHÄFER<br />
MANUELA WIMMER<br />
GÜNTHER KUS<br />
in Zusammenarbeit mit<br />
BGU - DR. SCHOTI & PARTNER GbR, Starnberg/Würzburg<br />
Büro für Geotechnik und Umweltfragen<br />
Büro Nordbayern:<br />
Greisingstraße 8<br />
97074 Würzburg<br />
Heft 8/96<br />
Heft 9/97<br />
Heft 1 0/97<br />
Landschaftsökologisches Gutachten zum Abbau<br />
von Sand und Kies in der Region lngolstadt<br />
(ohne Südliche Frankenalb)<br />
Bauen in Bayern mit Sand und Kies<br />
Landschaftsökologische und hydrogeologisch-hydrologische<br />
Rahmenuntersuchung<br />
zum Abbau von Sand und Kies <strong>im</strong> oberfränkischen<br />
Main- und Regnitztal<br />
ERIK AULBACH<br />
JÜRGEN WINTER<br />
Layout und Druckvorbereitung<br />
SCOPE; STARY & MENDLER GbR<br />
Alte Poststraße 43<br />
85356 Freising<br />
Weiterführendes Schrifttum<br />
DINGETHAL, F. J. ; JÜRGING, P. ; KAULE, G. ; WEIN<br />
ZIERL, W. , 1998: Kiesgrube und Landschaft. Ludwig<br />
Auer Verlag , Donauwörth<br />
Umschlaggestaltung<br />
FLADE & HAUCH GmbH<br />
Elisabethstraße 34<br />
80796 München<br />
102