Analyse eines urbanen Gewässereinzugsgebietes als Planungsgrundlage nachhaltiger Wasserbewirtschaftung am Beispiel der Wuhle im Raum Berlin

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Ingenieurwissenschaften (Dr. - Ing.)
im Fach Geographie

eingereicht an der
Mathematisch - Naturwissenschaftliche Fakultät II
der Humboldt - Universität zu Berlin

von

Dipl.-Ing. Christoph   Ertl
10.07.1970, Reutlingen

Präsident der Humboldt - Universität zu Berlin
Prof. Dr. Christoph Markschies

Dekan der Mathematisch - Naturwissenschaftlichen Fakultät II
Prof. Dr. Wolfgang Coy

Gutachter:
1. Prof. Dr. G. Nützmann
2. Prof. Dr.-Ing. E.h. H. H. Hahn, Ph.D.
3. Prof. Dr.-Ing. D. Jahn

Tag der mündlichen Prüfung: 04.07.2007

Zusammenfassung

Die genaue Kenntnis über den Wasserhaushalt stellt die Grundlage für die Bewirtschaftung der Ressource Wasser innerhalb eines Einzugsgebiets dar. Im urbanen Raum spielen dabei die siedlungshydrologischen Randbedingungen, wie Versiegelung, Anschlussgrad an die Kanalisation oder wasserbauliche Eingriffe, eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Zur Quantifizierung der verschiedenen Wasserhaushaltsgrößen wurde ein konzeptioneller Ansatz entwickelt, der die jeweiligen Randbedingungen berücksichtigt und deren gegenseitige Beeinflussung abbildet. Hierbei muss der Einfluss auf den Wasserhaushalt auch bei veränderten Bedingungen simulierbar sein. Als Untersuchungsgebiet wurde das Gebiet der Wuhle, ein rechter Nebenfluss der Spree, gewählt, da es alle relevanten Aspekte der Wasserwirtschaft beinhaltet. Die Wuhle entspringt auf der Barnim-Grundmoränenhochfläche direkt an der Stadtgrenze von Berlin bei Ahrensfelde und mündet nach etwa 15,7 km Lauflänge im Stadtteil Köpenick in die Spree. Der Ansatz beruht auf der Berechnung der Wasserhaushaltsgrößen mit Hilfe eines flächendifferenzierten Verfahrens zur Ermittlung des Gesamtabflusses aus Niederschlag abzüglich der Verdunstung sowie dessen Aufteilung in einen oberirdischen und einen unterirdischen Teil. Zur Verifizierung der wasserhaushaltlich bestimmten Abflussgrößen wurden detaillierte hydraulische Untersuchungen an der Wuhle durchgeführt und abschnittsweise interpretiert. Anschließend wurde mit Hilfe der Förderdaten der Wasserwerke eine Grundwasserhaushaltsbilanz durchgeführt. Im Ergebnis ließ sich hydrogeologisch der Anteil an Uferfiltrat an der Gesamtfördermenge ermitteln. Zur Simulation des Einflusses des Wasserhaushaltes und der Grundwassernutzung auf den Grundwasserkörper wurde mit Hilfe des Simulators FEFLOW© eine numerische Modellierung der Strömungsverhältnisse durchgeführt. Die Ausweisung des unterirdischen Einzugsgebietes des Wasserwerks Wuhlheide erfolgte anhand von interpolierten Gleichenplänen auf Grundlage einer Stichtagsmessung. Über den Abgleich der simulierten Grundwasserhöhen mit den Grundwasserständen aus der Stichtagsmessung erfolgte eine zusätzliche Überprüfung der wasserhaushaltlich berechneten Abflussgrößen.

Eigene Schlagworte: Nachhaltiges Wassermanagement, Wechselwirkung: Grundwasser – Oberflächengewässer, Grundwassermodellierung, Wasserwirtschaftliche Planungsinstrumente

Abstract

The exact knowledge of the water balance is the basis of the water supply and distribution within a catchment area. In an urban area the boundary conditions of the civil engineering like the sewer system or the hydraulic engineering plays an important role. To quantify the water balance a conceptual approach was developed which takes the current conditions and their interdependence into consideration. The impact of changing conditions on the water balance can also be simulated. As investigation area the catchment of the Wuhle River was chosen because it includes all relevant aspects of water management. The Wuhle River has its source on the ground moraine of the Barnim plateau directly at the city boundary in Ahrensfelde and reaches the Spree in the quarter Köpenick after about 15.7 km. This method uses a differentiated calculation by area to determine the total outflow of rainfall minus evaporization. It also determines the submontane and aboveground distribution. For verification purposes detailed hydraulic investigations were carried out at the Wuhle. With the production rate of the waterworks the groundwater balance was then calculated. As a result the amount of bank filtrate of the total groundwater withdrawal was determined in a hydro geological way. Using the simulation software FEFLOW© a numeric model of the flow pattern was created to simulate the influence on the water balance and the groundwater. The displayed subterranean catchment area of the water work Wuhlheide was based on the water table contours which were interpolated from a fixed date measurement of the groundwater heads. By comparing the simulated groundwater heads and the water levels from the fixed date measurement an additional verification of the water balance was realised.

Keywords: Sustainability in water management, Interaction of ground water and surface water, Groundwater modelling, Decision tools for water management

Widmung

Für Nancy und Tobias.

Inhaltsverzeichnis

Tabellen

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11.08.2008