Keypoints

  • Die natürlichen Grundwasserleiter können als Speicher genutzt werden.
  • Verluste durch Verdunstung können auf ein Minimum reduziert werden.
  • Deutlich größere Speichervolumen möglich im Vergleich zu konventionellen Speichermethoden bei geringem Platzbedarf.

Motivation

Die Hauptaufgabe von Wasserspeichern liegt darin, Wasser während Zeiten erhöhter Verfügbarkeit zu speichern, um dieses später in Zeiten geringerer Verfügbarkeit zu nutzen. Ein entscheidender Aspekt bei der Speicherung von vor allem größeren Wassermengen ist dabei die Verlustrate, besonders wenn das Wasser nicht nur saisonal, sondern über den Zeitraum von mehreren Jahren gespeichert werden soll. Vor allem angesichts des Klimawandels und dem damit verbundenen Anstieg der Temperaturen sind hierbei Verluste durch Verdunstung von zunehmender Bedeutung. Laut der Landesregierung Brandenburgs wird erwartet, dass die Lausitzer Tagebauseen nach Auslaufen des Braunkohletagebaus jährlich über 100 mio. Kubikmeter Wasser verdunsten werden. Dies entspricht in etwa dem halben Jahresbedarf Berlins. Unterirdische Speicheroptionen haben den Vorteil, dass Verdunstungsverluste minimiert werden können oder vollkommen vermieden werden.

Konzept

Das Prinzip der unterirdischen Wasserspeicherung basiert darauf, dass die natürlichen Grundwasserleiter kontrolliert mit überschüssigem Wasser werden. Dafür kann beispielsweise Wasser aus Starkniederschlagsereignissen genutzt werden, aber auch gereinigtes Abwasser wird in einigen Ländern wie den Vereinigten Staaten oder auch Israel zu diesem Zweck verwendet. Aufgrund der geringen unterirdischen Fließgeschwindigkeiten kann das Wasser über längere Zeiträume bis hin zu mehreren Jahren gespeichert werden. Zudem ist das Wasser, sobald es eine Tiefe von einigen Metern infiltriert ist, nicht mehr der Verdunstung ausgesetzt. Die grundsätzlichen Methoden der Grundwasseranreicherung sind in Abb. 1 dargestellt. Sie geschieht im Allgemeinen entweder flächenhaft, beispielsweise über Infiltrationsteiche, oder punktuell in der Tiefe mit Hilfe von Brunnen. In einem ersten Schritt wird unter dem Einsatz eines Geoinformationssystems eine Standortanalyse durchgeführt, um zu prüfen, inwiefern sich der Grundwasserleiter und die ihn überdeckende Bodenschicht zur Speicherung des Wassers eignen. Es muss geklärt werden, ob das Wasser in ausreichender Menge aufgenommen, gehalten und bei Bedarf auch wieder abgegeben werden kann. Wichtige Größen hierbei sind unter anderem die Durchlässigkeit, die Größe des Porenraums des Bodens oder auch der Abstand des Grundwassers zur Oberfläche. Basierend auf den Ergebnissen dieser Vorbetrachtung werden mit Hilfe Modellierwerkzeugen wie beispielsweise HydroGeosphere für ausgewählte Standorte die zu erwartende Speicherkapazität, die Speicherdauer sowie die Verluste quantifiziert. Da Speicherkapazität, -dauer und Verluste von den jeweiligen Bewirtschaftungsmaßnahmen abhängen, stellt das Modell ein Werkzeug sowohl zur Evaluation des Nutzens als auch zur Bewirtschaftungsoptimierung dar.

Abb 1: Schematische Darstellung verschiedener untertirdischer Speichermethoden