SubsurfaceViewer: Was uns der Untergrund über unser Wasser verrät

Wasser begegnet uns meist an der Oberfläche: in Flüssen, Seen und Quellen oder nach einem starken Regenschauer. Ein großer Teil seines Kreislaufs spielt sich jedoch dort ab, wo wir nicht direkt hinsehen können – im Untergrund. Dort versickert Niederschlag, bewegt sich durch Sedimente und Gesteine und sammelt sich in Grundwasserleitern, also geologischen Schichten, die Wasser aufnehmen, speichern und weiterleiten können.

Welche Wege das Wasser nimmt, wie schnell es sich bewegt und wo es gespeichert wird, hängt wesentlich vom geologischen Aufbau des Untergrunds ab. Wer Wasserressourcen verstehen, schützen oder nachhaltig bewirtschaften will, muss deshalb nicht nur wissen, wo Wasser gemessen wird, sondern auch, welche Strukturen und Eigenschaften seinen Weg bestimmen. Genau dabei hilft ein räumliches Verständnis des Untergrunds.

Wasser folgt der Geologie

Unter der Erdoberfläche wechseln sich Schichten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften ab. Sand und Kies können Wasser vergleichsweise gut aufnehmen und weiterleiten, während feinkörnige, tonige Schichten seine Bewegung deutlich stärker bremsen. Auch Schichtgrenzen, Verwerfungen und andere geologische Strukturen beeinflussen, wie sich Grundwasser verteilt und welche Fließwege entstehen.

Das macht hydrogeologische Fragestellungen anspruchsvoll. Denn die meisten Informationen über den Untergrund stammen aus einzelnen Beobachtungspunkten. Eine Bohrung zeigt, welche Schichten an einem bestimmten Ort vorkommen. Eine Grundwassermessstelle liefert Informationen zum Wasserstand. Weitere Untersuchungen geben Hinweise auf die Beschaffenheit des Untergrunds oder des Wassers.

Für sich genommen bleiben diese Daten jedoch Ausschnitte. Entscheidend ist die Frage, wie die Beobachtungen zwischen den Messpunkten zusammenhängen.

Aus einzelnen Daten entsteht ein räumliches Bild

Genau hier beginnt die eigentliche Interpretation. Setzt sich eine wasserführende Schicht von einer Bohrung zur nächsten fort? Wird sie mächtiger oder dünner? Gibt es Bereiche, in denen Niederschlagswasser leichter in tiefere Schichten gelangen kann? Oder wird seine Bewegung durch wenig durchlässige Materialien begrenzt?

Um solche Zusammenhänge zu untersuchen, führt der SubsurfaceViewer unterschiedliche Informationen in einer räumlichen Umgebung zusammen. Bohrdaten, geologische Karten, digitale Geländemodelle, geophysikalische Daten und weitere Messwerte lassen sich gemeinsam betrachten und in Karten, Profilschnitten oder dreidimensionalen Darstellungen auswerten. Aus den einzelnen Datenpunkten können so geologische Profilschnitte und konzeptionelle Strukturmodelle entstehen, die fachlich begründete Annahmen darüber abbilden, wie sich geologische Einheiten zwischen bekannten Punkten fortsetzen könnten.

Damit wird aus einer Sammlung einzelner Beobachtungen ein Modell, an dem sich die nächste entscheidende Frage untersuchen lässt: Wie gut kann sich Wasser durch diese Strukturen bewegen?

Wie durchlässig ist der Untergrund?

Für die Bewegung von Grundwasser ist nicht nur die Lage einer Schicht wichtig, sondern auch ihre Beschaffenheit. Eine zentrale Eigenschaft ist deshalb die hydraulische Durchlässigkeit. Ein wichtiger Kennwert dafür ist der sogenannte kf-Wert, auch hydraulische Leitfähigkeit genannt. Er beschreibt vereinfacht, wie gut Wasser einen Boden oder ein Gestein durchströmen kann. 

Direkte Messwerte zur hydraulischen Durchlässigkeit stehen allerdings nicht überall zur Verfügung. In solchen Fällen können Bohrbeschreibungen zusätzliche Hinweise liefern. Der SubsurfaceViewer unterstützt bei der strukturierten Auswertung lithologischer Angaben – also Beschreibungen der vorkommenden Gesteins- und Sedimentarten – und kann Informationen zu Korngrößen und weiteren Materialeigenschaften aufbereiten.

So lassen sich mögliche räumliche Unterschiede in der Durchlässigkeit untersuchen. Das ersetzt weder Messungen noch die fachliche Bewertung. Es hilft jedoch dabei, vorhandene Daten besser einzuordnen und gezielt zu erkennen, an welchen Stellen zusätzliche Untersuchungen sinnvoll sein könnten. Aus dem geologischen Aufbau wird damit ein hydrogeologisches Bild: Wo kann Wasser gut fließen, wo wird es gebremst und welche Wege sind unter den gegebenen Bedingungen plausibel?

Wenn Wasser Stoffe transportiert

Diese Wasserwege werden besonders relevant, wenn neben dem Wasser selbst auch gelöste Stoffe betrachtet werden. Gelangen beispielsweise Schadstoffe aus Altlasten, industriell genutzten Flächen oder anderen Quellen in den Boden, können sie mit dem Sickerwasser in tiefere Bereiche gelangen und schließlich mit dem Grundwasser weitertransportiert werden. Ein auffälliger Messwert allein sagt dabei noch wenig über Ursache und mögliche Ausbreitung aus. Entscheidend ist, in welchem geologischen Umfeld er liegt.

Befindet sich die Messstelle in einer gut durchlässigen Schicht? Gibt es darunter eine gering durchlässige Einheit, die den Transport begrenzen könnte? Treten erhöhte Werte an mehreren Stellen innerhalb derselben geologischen Struktur auf? Wer Messwerte gemeinsam mit Bohrungen, Schichtgrenzen und geologischen Modellen betrachtet, kann solche Zusammenhänge gezielter untersuchen. 

Vom Verständnis zur Entscheidung

An diesem Punkt wird aus geologischem und hydrogeologischem Wissen eine praktische Entscheidungsgrundlage. Für Wasserversorger ist beispielsweise wichtig, welche geologischen Bedingungen im Umfeld eines Brunnens herrschen und wie gut das genutzte Grundwasser gegenüber Einträgen von der Oberfläche geschützt ist. Kommunen müssen bei neuen Bau- oder Nutzungsvorhaben berücksichtigen, ob empfindliche Grundwasserbereiche betroffen sein könnten. Bei Umweltuntersuchungen wiederum stellt sich die Frage, ob Stoffe durch bestimmte Schichten zurückgehalten oder weitertransportiert werden können.

Daraus ergeben sich sehr konkrete Fragestellungen: Liegt eine geplante Nutzung über einem wichtigen Grundwasserleiter? Gibt es darüber wenig durchlässige Deckschichten, die den Grundwasserleiter abschirmen können? Wie verändern sich die Bedingungen im weiteren Umfeld? Und welche Bereiche sollten bei zusätzlichen Untersuchungen besonders berücksichtigt werden?

Komplexe Zusammenhänge verständlich machen

Gerade wenn auf Basis solcher Analysen Entscheidungen getroffen werden, spielt auch die Darstellung eine wichtige Rolle. Profilschnitte können beispielsweise zeigen, wie sich eine wasserführende Schicht zwischen mehreren Bohrungen fortsetzt. Dreidimensionale Darstellungen verdeutlichen, wie Messstellen, Geländeoberfläche und geologische Einheiten räumlich zueinander liegen. Das ist nicht nur für die Analyse hilfreich. Es erleichtert auch die Kommunikation zwischen Fachleuten, Behörden, Kommunen, Planungsbüros und weiteren Beteiligten. Entscheidungen lassen sich besser nachvollziehen, wenn die zugrunde liegenden räumlichen Zusammenhänge sichtbar sind.

Damit schließt sich der Kreis: Was unter der Oberfläche verborgen bleibt, kann durch die Verbindung und räumliche Darstellung vorhandener Daten zumindest in Teilen verständlich gemacht werden.

Wer Wasser verstehen will, muss tiefer schauen

Grundwasser lässt sich nicht allein an Brunnen oder Messstellen verstehen. Entscheidend ist das geologische System, in dem es sich bewegt. Bohrungen, Messwerte und geologische Beobachtungen liefern dafür wichtige Puzzleteile. Erst wenn daraus ein räumliches Bild entsteht, lassen sich Fragen nach Wasserwegen, Durchlässigkeiten oder möglichen Stofftransporten fundierter untersuchen. Der SubsurfaceViewer unterstützt dabei, diese Informationen zusammenzuführen und aus Daten ein besseres Verständnis des Untergrunds zu entwickeln – als Grundlage für Wasserschutz, Planung und fundierte Entscheidungen. Denn wer verstehen will, was mit unserem Wasser passiert, sollte auch wissen, was darunter liegt.