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About this book

Das Buch stellt die Modelle und Ansätze vor, die helfen, die räumlichen Funktionalitäten, den Transport, die Speicherung und Abbauraten der Schadstoffe zu erfassen sowie die Wirkung von Sanierungsmaßnahmen zu prognostizieren. Es erläutert die Vorgehensweise zur Ausstellung und Anwendung eines kommunalen Grundwassermanagementplans.

Die 1983 begonnenen Sanierungsmaßnahmen haben in der Stuttgarter Innenstadt zu einem Austrag von rund 25.000 Kilogramm leichtflüchtiger chlorierter Kohlenwasserstoffe (LCKW) geführt. Dennoch stagnieren seit 1988 die in den Stuttgarter Heil- und Mineralquellen auftretenden Gehalte an LCKW. Dies zeigt, dass es trotz umfangreicher standortbezogener Maßnahmen nicht gelang, den Schadstofftransport in Richtung auf die Heil- und Mineralquellen vollständig zu unterbinden. Aufgabe war es daher, das Verhalten der Schadstoffe ausgehend von den Standorten, die als Schwerpunkte des LCKW-Eintrags identifiziert worden waren, zu klären. Dabei war die Ausbreitung horizontal wie auch vertikal zwischen den komplex gegliederten grundwasserleitenden Schichten des Keupers bis hin zum mineralwasserführenden Oberen Muschelkalk zu untersuchen.

Table of Contents

Frontmatter

1. Das Projekt MAGPlan – Anlass und Umsetzung

Zusammenfassung
Die Kenntnis der regionalen und lokalen Hydrogeologie ist für einen Siedlungsraum von großer Bedeutung. Aufgabenstellungen wie die Sicherstellung der Trinkwasserversorgung aus lokalen Grundwasservorkommen oder die Beurteilung größerer Bauvorhaben und Erdwärmeanlagen sind ohne fundierte Kenntnisse der lokalen Hydrogeologie nicht mehr möglich. Die Schäden beim Einsturz des Stadtarchivs beim U-Bahn-Bau in Köln oder die Bodenhebungen aufgrund der Erdwärmeerschließung in Stauffen sind prägnante Beispiele aus jüngster Zeit und verdeutlichen das große Schadenspotenzial unsachgemäßer Bauweisen im Grundwasser.
Hermann Josef Kirchholtes, Wolfgang Ufrecht

2. Die Stuttgarter Mineralquellen – Geologie und Hydrogeologie im Überblick

Zusammenfassung
Stuttgart gehört zu den wenigen Großstädten in Europa mit umfangreichen Mineralwasservorkommen. Zwölf Brunnen, die als Heilquelle staatlich anerkannt sind, fassen hochkonzentriertes und kohlensäurereiches Mineralwasser, das zu Kur-, Heil- und Badezwecken, in geringem Umfang auch zum Trinken genutzt wird. Das niederkonzentrierte Mineralwasser wird in den Bädern und im Zoologisch-Botanischen Garten Wilhelma als Brauchwasser genutzt. Die Badetradition im Mineralwasser geht bis auf die Römer zurück. Einige Bäder und Badestuben sind aus dem Mittelalter urkundlich belegt. Badekuren entwickelten sich ab dem frühen 19. Jahrhundert. Die Blüte des Cannstatter Badewesens fällt in die Zeit von 1840 bis 1870. Wenn auch die einsetzende Industrialisierung allmählich die Badegäste verdrängt hat und den kurörtlichen Glanz immer mehr verblassen ließ, ist das Mineralwasservorkommen aus dieser Tradition heraus für die Stadt bis heute ein wichtiges zu bewahrendes Kulturgut (von Zimmermann 2006) (Abb. 2.1).
Wolfgang Ufrecht

3. Grundwasserverunreinigungen mit LCKW im Projektgebiet

Zusammenfassung
Die Stuttgarter Innenstadt war in der Vergangenheit geprägt durch intensive gewerbliche und industrielle Nutzungen. Charakteristisch für das Nesenbachtal sind viele kleine, über das Gebiet verteilte Betriebsstandorte. Der jahrzehntelange Umgang mit umweltgefährdenden Stoffen, insbesondere den leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW), stellen ein hohes Gefährdungspotential gegenüber dem Grundwasser und den Mineral- und Heilquellen dar. Diese Quellen sind für die Stadt aufgrund der langen Tradition der Nutzung nicht nur ein wichtiges Kulturgut, sondern auch das hochrangigste wasserwirtschaftliche Schutzgut. Da die Stadt ihr Trinkwasser nicht aus dem Stadtgebiet, sondern von den Fernwasserversorgungssystemen der Bodenseewasserversorgung und der Landeswasserversorgung bezieht, sind folglich die Anstrengungen zum Grundwasserschutz vorrangig auf die Heilquellen ausgerichtet.
Hermann Josef Kirchholtes, Achim Carle, Uli Schollenberger, Sandra Vasin

4. Strategie, Methoden und Untersuchungsprogramm

Zusammenfassung
Die herkömmliche Einzelfallbearbeitung kontaminierter Standorte stellt den Regelfall und den Stand der Technik bei der Altlastenbearbeitung dar. Diese Vorgehensweise hat sich bei der Bearbeitung kleinräumiger singulärer Kontaminationen bewährt. Sie entspricht dem Verursacherprinzip. Bei den industriell bzw. gewerblich genutzten Gebieten ist jedoch zumeist das Grundwasser großräumig kontaminiert, da mehrere benachbarte bzw. auch überlagernde Herde Schadstoffe emittieren und – insbesondere im Fall der mobilen leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffe (LCKW) – im Abstrom ein komplexes Schadensmuster erzeugen. Hier stößt die praktizierte grundstücks- bzw. störerbezogene Altlastenbearbeitung an ihre Grenzen, da der Beitrag des einzelnen kontaminierten Standorts bzw. Schadstoffherds zum Gesamtschadensbild nur sehr schwer oder nicht abgrenzbar ist. Das gilt vor allem, wenn mehrere Störer die jeweils gleiche Schadstoffgruppe, wie eben LCKW, emittieren, komplexe hydrogeologische Verhältnisse den Schadstofftransport bestimmen und Abbau- und Umbauprozesse das Stoffspektrum auf dem Fließweg verändern. Für den Vollzug erforderlicher Maßnahmen können so oft keine Verantwortlichen ausgemacht werden. (Als Störer wird ordnungsrechtlich meist der Verursacher oder Eigentümer in Anspruch genommen).
Wolfgang Ufrecht, Stefan Spitzberg, Uli Schollenberger, Hermann Josef Kirchholtes

5. Hydrogeologisches Modell

Zusammenfassung
Für das Natursystem Stuttgarter Talkessel und Cannstatter Becken werden die wesentlichen hydrogeologischen Eigenschaften und Wirkungsweisen in einem Hydrogeologischen Modell dargestellt. Es gliedert sich in die beiden Module „konzeptionelles Aquifermodell“ und „konzeptionelles Stoffmodell“. Kernelemente des Aquifermodells sind die geologischen Verhältnisse (Schichtaufbau, Schichtgeometrien, Schichtlagerung). Sie dienen als Grundlage für die hydrogeologische Systembeschreibung (hydrogeologische Einheiten, Hydrostratigraphie, Aquifergeometrie). Darüber hinaus sind Grundkonzepte der regionalen Grundwasserströmung und der daraus abgeleiteten hydraulischen Randbedingungen, Abschätzungen zur Wasserbilanz (Grundwasserneubildung, Randzufluss, vertikale hydraulische Interaktion zwischen den Stockwerken, Bewirtschaftung) sowie Bandbreiten zu den Durchlässigkeiten und sonstigen hydraulischen Parametern dargestellt (Arbeitskreis Hydrogeologische Modelle 1999). Kernelement des Stoffmodells ist das Stoffverhalten im System. Es dokumentiert und beschreibt die Mechanismen des LCKW-Eintrags, des raumzeitlichen Ausbreitungsverhaltens und ablaufender Abbau- bzw. Umbauprozesse an LCKW in Abhängigkeit der Milieubedingungen. Dazu wird auf der Basis zuvor erhobener und evaluierter Daten aus Felduntersuchungen und unter Berücksichtigung des hydrogeologischen a-priori-Wissens eine Modellvorstellung entwickelt, die sich auf das Verständnis des hydrogeologischen Systems sowie auf das Verständnis des Stoffverhaltens und der im System ablaufenden Prozesse bezieht.
Wolfgang Ufrecht

6. Konzeptionelles Aquifermodell

Zusammenfassung
Im Stadtgebiet Stuttgart hat sich durch den heterogenen Gebirgsaufbau, die intensive tektonische Überprägung und die landschaftsgeschichtliche Entwicklung ein komplexes mehrschichtiges Grundwasserleitersystem entwickelt. Die abwechslungsreiche Schichtenfolge aus teils verkarsteten Kalksteinen und Dolomitsteinen, Sandsteinen sowie Tonsteinen und Sulfatgesteinen ist über die hydrogeologischen Eigenschaften vertikal und lateral strukturierbar. In der vertikalen Abfolge ergeben sich hydrostratigraphische Einheiten. Die laterale Strukturierung beschreibt die Aquifergeometrie in horizontaler Ausdehnung. Hierbei sind Strukturen zu berücksichtigen, wie z. B. Subrosions- und Verkarstungsbereiche, vor allem aber Störungszonen, sofern diese hydraulisch stauend sind und die Aquifere dadurch lateral begrenzen.
Wolfgang Ufrecht, Stefan Spitzberg

7. Konzeptionelles Stoffmodell

Zusammenfassung
Im Stoffmodell werden das Verhalten von Stoffen im System sowie die im System ablaufenden Prozesse beschrieben. Kernelemente sind die Darstellung und Beschreibung des LCKW-Eintrags, des raumzeitlichen Ausbreitungsverhaltens und ablaufender Abbau- bzw. Umbauprozesse an LCKW in Abhängigkeit der Milieubedingungen. Diese Auswertung verhilft dazu,
- das Ausbreitungsmuster der LCKW in den betroffenen Grundwasserstockwerken zu erkennen,
- Schadstofffahnen einzelnen Schadenszentren zuzuordnen,
- die Geometrie von Schadstofffahnen auch außerhalb von Schadensbereichen zu ermitteln sowie
- den Verlagerungspfad der Fahnen in tiefere Stockwerke einzugrenzen.
Sie ist ein Baustein für das Verständnis der vertikalen LCKW-Verlagerung bis in den Oberen Muschelkalk und des LCKW-Transports zu den Mineralquellen.
Wolfgang Ufrecht, Uli Schollenberger, Stefan Spitzberg, Achim Carle

8. Numerisches Grundwasserströmungs- und Stofftransportmodell

Zusammenfassung
Die Basis des Grundwasserströmungsmodells bildet das Hydrogeologische Modell, in dem die Systemzusammenhänge des komplexen Grundwasserleitersystems zusammengestellt sind. Basierend auf dem Aquifermodell wurden für die einzelnen hydrogeologischen Einheiten Modellgebietsgrenzen festgelegt und Randbedingungen zugeordnet, die die natürlichen hydrogeologischen Verhältnisse abbilden.
Ulrich Lang, Wolfgang Schäfer

9. Gesamtschauliche Auswertung

Zusammenfassung
Die gesamtschauliche Auswertung fasst die Ergebnisse der Hydrogeologischen und der numerischen Modellierung (7 Kap. 7 und 7 Kap. 8) zusammen und wertet sie unter dem Aspekt der Wirkungsweise der Einzelstandorte auf den Raum aus. Stellt sich eine gute Übereinstimmung zwischen beiden Modellen heraus, so können die Ergebnisse geprüft und validiert bei der weiteren Bearbeitung verwendet werden. Ergeben sich Widersprüche zwischen Hydrogeologischem und numerischem Modell, so bedürfen diese einer Überprüfung, Analyse und Diskussion nach folgenden Kriterien:
- Bestehen systemrelevante Verständnis- oder Kenntnislücken? Sind Einflüsse auf die Grundwasserströmung, wie z. B. durch Strukturen, nicht verstanden?
- Sind wichtige Stoffprozesse im Aquifer (Abbau, Umbau, Sorption) nicht oder nur teilweise verstanden?
Bei Widersprüchen in beiden Fällen empfiehlt sich eine Sensitivitätsbetrachtung, mit deren Hilfe die Tragweite des Widerspruchs besser beurteilt werden kann. Im Ergebnis kann das dazu führen, dass
- die vorliegenden Bandbreiten der Abweichungen akzeptiert werden können,
- eine der Varianten im Hinblick auf die Auswirkung auf den Raum oder den Rezeptor akzeptiert werden kann, sofern es sich um eine Worst-Case-Abschätzung handelt, oder
- zusätzliche Untersuchungen notwendig sind, um die Widersprüche aufzulösen.
Wolfgang Ufrecht, Ulrich Lang, Wolfgang Schäfer

10. Grundwassermanagementplan für Stuttgart

Zusammenfassung
Der Grundwassermanagementplan liefert der Stadt eine Grundlage für die zukünftige Arbeit im Grundwasserschutz, insbesondere bei der Bekämpfung der LCKW-Verunreinigungen in den Mineral- und Heilquellen und im Karstgrundwasservorkommen des Oberen Muschelkalks. Er liegt in Form eines umfangreichen Werkes vor, das aus Berichten, Karten, Datenbanken und einem EDV-Visualisierungswerkzeug besteht, das den Zugang zu den Daten erleichtert. In einem kurzen Bericht zusammengefasst wird er dem Gemeinderat vorgelegt.
Hermann Josef Kirchholtes, Achim Carle, Sandra Vasin

11. Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit

Zusammenfassung
Die Öffentlichkeitsarbeit bildet einen wichtigen Teil des Managementplans. Sie dient dazu, die von der Umsetzung der notwendigen Maßnahmen betroffene Öffentlichkeit frühzeitig zu informieren. Dazu werden Einblicke in die Schadenssituation gewährt und die Öffentlichkeit erfährt, was die Stadtverwaltung zur Sicherung der Reinheit der Mineral- und Heilquellen plant und durchführt. Nach Abschluss des Projekts wird die Öffentlichkeit über die Ergebnisse unterrichtet. Danach wird die Umsetzung der Sanierungsmaßnahmen in Grundwasserberichten dokumentiert. In Zeiten eines Bürgerhaushalts ist es wichtig, dass die Bürger auch über die Projekte der Verwaltung zum Schutz der natürlichen Ressourcen informiert sind. Allerdings erfüllt die Verwaltung einen gesetzlichen Auftrag. Daher bedürfen die Maßnahmen im Einzelfall keiner politischen Zustimmung.
Hermann Josef Kirchholtes, Ulrike Schweizer

12. Das Instrument des Grundwassermanagementplans in der Praxis

Zusammenfassung
Die zusammenfassende Bewertung der Praxiserfahrungen mit dem neuen Instrument „Grundwassermanagementplan“ erfolgt vor dem Hintergrund der FFH-Richtlinie, der die Struktur mit den drei Kernelementen entliehen wurde: Zustandsbeschreibung, Entwicklungsziele und Entwicklungsmaßnahmen.
Hermann Josef Kirchholtes, Thomas Ertel

13. Zusammenfassung – Executive Summary

Zusammenfassung
Der jahrzehntelange Umgang mit leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW) hat in Stuttgart zu erheblichen Verunreinigungen des Grundwassers und der Mineral- und Heilquellen geführt. Trotz der bereits vor drei Jahrzehnten begonnenen standortbezogenen Sanierungsmaßnahmen, die bis heute allein in der Stuttgarter Innenstadt zu einem Austrag von rund 25.000 Kilogramm LCKW führten, hat sich das Schadensbild in den tiefen Grundwasserstockwerken nur unwesentlich verändert. Ein nachhaltiger Rückgang der LCKW in den Mineral- und Heilquellen war seit 1988 nicht mehr festzustellen. Dies zeigt, dass die Mechanismen der LCKW-Ausbreitung horizontal wie auch vertikal zwischen den komplex gegliederten grundwasserleitenden Schichten des Keupers bis hin zum mineralwasserführenden Oberen Muschelkalk nicht vollständig verstanden waren.
Hermann Josef Kirchholtes, Wolfgang Ufrecht

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