Modellbetrachtungen für die Tiefengrundwässer im Oberen Muschelkalk zwischen Stuttgart und Oberschwaben

Abstract

Im Raum südlich Stuttgart und dem Südrand der Schwäbischen Alb reichen mehr als 20 Tiefbrunnen bis in den Oberen Muschelkalk, der hier von 200 bis über 1.000 m mächtigen Gesteinen aus Keuper und Jura, südlich der Donau auch von Molassesedimenten (Tertiär) und quartären Lockergesteinen überdeckt ist. Die Brunnen erschließen im Muschelkalk thermale und größtenteils auch mineralisierte und kohlensäureführende Tiefengrundwässer (Na-Ca-Cl-SO₄-HCO₃, Ca-Na-Cl-SO₄-HCO₃ und Na-Ca-SO₄-Cl, gelöste Feststoffe: 4 bis 8 g/l) zur balneologischen Nutzung und Gewinnung von Mineralwasser für die Getränkeindustrie. Aus Daten zu Schichtaufbau und -geometrie dieses Raums sowie zur Hydraulik und Beschaffenheit der Wässer wird ein konzeptionelles Hydrogeologisches Modell für die tiefen Aquifersysteme zwischen Kristallin und Sandsteinkeuper entwickelt und die Kernpunkte der Grundwasser-Alimentation (Zeit und Ort der Grundwasserneubildung), der Fließdynamik und insbesondere der Mechanismen der Aufkonzentrierung des Tiefengrundwassers beschrieben. Eine quantitative Umsetzung des Hydrogeologischen Modells erfolgt mit einem numerischen 3D-Grundwasserströmungs- und Transportmodell. Es wird einer kombinierten Kalibrierung unterzogen, bei der sowohl die Piezometerhöhen als auch die Chloridkonzentrationen im Oberen Muschelkalk als Prüfgröße Verwendung finden, was erstmals eine konsistente Interpretation der regionalen Grundwasserströmung und des vertikalen Austauschs zwischen den Aquiferen ermöglicht. Dadurch kann auch der aus Isotopendaten abgeleitete Prozess des formationsübergreifenden cross formation flow, das heißt des Austauschs zwischen Oberem Muschelkalk und tieferen Grundwasserstockwerken, gut nachgebildet werden. Er erklärt die Aufkonzentrierung der Tiefengrundwässer im Oberen Muschelkalk in Stuttgart (Heilquellen), sowie unabhängig davon auch zwischen dem Fildergraben und der Schwäbischen Alb.

In der praktischen Anwendung geben die Modelle erstmals die Möglichkeit, hydraulische Zusammenhänge zu quantifizieren, um damit wasserwirtschaftliche Fragen qualifiziert abhandeln zu können. Im Vordergrund stehen hier Betrachtungen des Grundwasserhaushalts und einzelner Haushaltskomponenten im Hinblick auf die Frage der Bewirtschaftung des Muschelkalk-Aquifersystems sowie der hydraulischen Verbindung zwischen dem Stuttgarter Mineralwassersystem und dem tiefen Aquifersystem zwischen Fildergraben und dem oberschwäbischen Molassebecken.