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Umweltatlas Berlin

02.14 Grundwassertemperatur (Ausgabe 2016)

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Kartenbeschreibung

Temperaturprofile

Die Eindringtiefe der jahreszeitlichen Temperaturschwankungen und damit die Tiefenlage der neutralen Zone (NZ) wird maßgeblich durch die geogenen Faktoren wie den Grundwasserflurabstand, die thermische Leitfähigkeit und Wärmekapazität der Gesteine sowie die Grundwasserneubildung bestimmt. In Berlin liegt die neutrale Zone in Abhängigkeit von den oben genannten Verhältnissen in Tiefen zwischen ca. 15 und max. 25 m (Henning & Limberg 2012).

Abbildung 5
Abb. 5: Jahreszeitliche Temperaturschwankungen des Untergrundes in der ungesättigten und gesättigten Bodenzone, d. h. oberhalb und unterhalb des Grundwasserspiegels

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[Die Datengrundlage der Abbildung liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

In Abb. 5 ist für drei Spezial-Temperaturmessstellen in unterschiedlichen stadtklimatischen Zonen, die zeitliche Variation des Temperaturverlaufs in den ersten 40 m unter der Geländeoberkante im grundwasserungesättigten und -gesättigten Untergrund dargestellt. Der Grundwasserflurabstand beträgt in Abhängigkeit von der geomorphologischen Lage zwischen 5 und 10 m.

In Abhängigkeit vom jeweiligen Standort der Messstelle zeigen sich deutliche Unterschiede in den beobachteten Temperaturen sowie auch im Temperaturverlauf mit zunehmender Tiefe unterhalb der neutralen Zone zwischen ca. 10 und ca. 15 m Tiefe unter der Geländeoberkante.

Im oberflächennahen Bereich (< 5 m Tiefe) treten die niedrigsten Untergrundtemperaturen in der Regel im Frühjahr (Februar bis Mai) und die höchsten im Herbst (September bis Oktober) auf.

In der Tabelle 1 sind für die oben dargestellten Messstellen in einer tabellarischen Übersicht die Temperaturkennwerte gegenübergestellt, die aus Messungen im Beobachtungszeitraum zwischen Februar 2008 bis März 2010 resultieren (Henning & Limberg 2012).

Tab. 1: Gegenüberstellung ausgewählter Temperaturkennwerte in unterschiedlichen Besiedlungsbereichen
Standort Stadtstrukturelle Lage Stadtklimatische Zone min. Temp. in 3 m Tiefe max. Temp. in 3 m Tiefe Temperatur in der neutralen Zone (NZ)
45160 Schmöckwitzer Damm, Treptow / Köpenick,
Stadtrand; Grün- und Freiflächen / Wald,
weniger als 10 % Versiegelung
"sehr geringe" Veränderungen 5,4 °C 11,5 °C 8,4 °C
45166 Poelchaustraße, Marzahn-Hellersdorf,
Wohnbebauung,
ca. 50 % Versiegelung
"geringe" bis "mäßige" Veränderungen 6,4 °C 13,1 °C 9,4 °C
30267 Rügener Straße, Mitte,
Innenstadt, dichte Wohnbebauung,
mehr als 60 % Versiegelung
"hohe" Veränderungen 7,4 °C 15,9 °C 11,3 °C
Tab. 1: Gegenüberstellung ausgewählter Temperaturkennwerte in unterschiedlichen Besiedlungsbereichen

Aus Tabelle 1 ist zu ersehen, dass generell mit zunehmender Besiedlungsdichte, ausgedrückt durch die stadtstrukturelle Lage, eine Zunahme der Grundwassertemperaturen in der neutralen Zone (NZ) (vgl. Abb. 5) zu beobachten ist.

Es lässt sich grob folgende Einteilung für die unterschiedlichen Besiedlungsbereiche vornehmen (Tab. 2):

Bereiche Temperatur in der neutralen Zone
Stadtrand; Grün- und Freiflächen / Wald < 9 °C
Wohnnutzung
(geringe bis mittlere Siedlungsdichte)
9 - 11 °C
Stadtzentren,
Gewerbe- und Industrienutzung
(Stadtzentren, hohe Siedlungsdichte)
> 11 °C
Tab. 2: Temperaturen in der neutralen Zone in Abhängigkeit von unterschiedlichen Besiedlungsdichten

Die Abbildung 6 zeigt ein Beispiel für den Temperaturverlauf mitten in einer dichten Industrieansiedlung mit mehreren großen Abwärmeproduzenten; zudem liegt in unmittelbarer Nähe ein Oberflächengewässer (die Spree). Die höchsten Grundwassertemperaturen sind im Winter und die niedrigsten im Sommer zu beobachten. Da das Oberflächengewässer durch Kühlwassereinleitungen, insbesondere während der Wintermonate, stark erwärmt wird, erhöht sich durch infiltrierendes Oberflächenwasser auch die Grundwassertemperatur. Im Jahr 1991 war über das ganze Jahr in einer Tiefe zwischen 10 und 20 m unter Geländeoberkante eine Temperaturanomalie mit jahreszeitlichen Temperaturschwankungen von nur rd. 1 K zwischen ca. 14,5 °C und ca. 15,5 °C zu beobachten.

Abb. 6
Abb. 6: Jahreszeitliche Temperaturschwankungen des Grundwassers in der Messstelle 4110, Wiesendamm in Spandau im Bereich einer dichten Industrieansiedlung mit mehreren großen Abwärmeproduzenten und im Einzugsbereich der Spree

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In der Abbildung 7 sind die Temperaturprofile von 5 ausgewählten Messstellen im Bezirk Berlin Mitte in einem Gebiet von ca. 3 x 3 km Fläche dargestellt, die in den Jahren 2012/13 gemessen worden sind. Die Abbildung zeigt eine deutliche Beeinflussung der Untergrundtemperatur bis in Tiefen von mehr als 100 m unter der Geländeoberfläche. Die gemessenen Temperaturen bewegen sich in einem Temperaturbereich zwischen 11 und 15 °C. Die Messstelle mit der stärksten Temperaturbeeinflussung liegt in der Nähe von einem Oberflächengewässer (zwischen Spree und Kupfergraben, violette Linie in der Abbildung 7).

Abb. 7
Abb. 7: Temperaturprofile von ausgewählten Messstellen im Stadtzentrum von Berlin (Bezirk Berlin Mitte)

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Die Auswertung von Langzeituntersuchungen an Messstellen im Innenstadtbereich zeigen nach Henning Energie- und Umweltberatung (2010), dass langfristig auch mit einer Beeinflussung der Grundwassertemperaturen in größeren Tiefen zu rechnen ist. Die Abbildung 8 kann dies beispielhaft an Temperaturprofilen verdeutlichen, die in einer Grundwassermessstelle zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen wurden.

Abb. 8
Abb. 8: Ergebnis einer Langzeittemperaturuntersuchung an der Messstelle 7063, Dieselstraße, in Neukölln

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Die gemessenen Temperaturprofile in den Jahren 1984 und 1993 zeigen für die neutrale Zone in ca. 18 m Tiefe und dem tieferen Untergrund (mehr als 20 m Tiefe) in etwa den gleichen Temperaturverlauf. Ein Vergleich mit dem angenommenen "ungestörten" Temperaturverlauf zeigt bis in rd. 70 m Tiefe einen deutlichen Anstieg der Untergrundtemperatur. In 40 m Tiefe beträgt dieser Temperaturunterschied ca. 1 K. Dieser bis Anfang der 1990er Jahre beobachtete Temperaturanstieg ist auf Veränderung des Lokalklimas durch vermutlich eine größere Wohnbebauung zurückzuführen, die in den 1960 bis 1970er Jahren in unmittelbarer Nähe errichtet worden ist. Der "ungestörte" Temperaturverlauf wurde aus dem Bohrprofil, der für den Standort angenommenen mittleren Wärmestromdichte und der ungestörten mittleren Oberflächenjahrestemperatur theoretisch berechnet.

Zwischen 1993 und 2015 ist ein weiterer Temperaturanstieg in der neutralen Zone um ca. 0,7 K zu beobachten. Dieser Temperaturanstieg macht sich bis in Tiefen von rd. 80 m bemerkbar.
Da im Umfeld der Messstelle in diesem Zeitraum keine signifikanten Veränderungen durch z. B. Bebauung / Flächenversiegelung zu beobachten waren, die eine Veränderung des Lokalklimas bewirken können, besteht in diesem Fall wahrscheinlich ein Zusammenhang mit den Auswirkungen der allgemeinen Klimaerwärmung.

Abb. 9
Abb. 9: Temperaturabweichung der Lufttemperatur und der Bodentemperatur in 12 m Tiefe an der Säkularstation Potsdam im Vergleich mit der globalen Temperaturentwicklung bezogen auf den Referenzzeitraum 1951 bis 1980

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Die Abbildung 9 zeigt, dass seit Beginn der 1980er Jahre im Land Berlin und in dessen Umland ebenso wie auf globaler Ebene (rote Linie) ein deutlicher Anstieg der Lufttemperaturen zu beobachten ist. Dieser Temperaturanstieg von ca. 0,5 K im Jahr 1995 bzw. von mehr als 0,8 K im Jahr 2010 führt zu einer merklichen Störung des Temperaturgleichgewichts im oberflächennahen Untergrund, der auch unterhalb der neutralen Zone bei zahlreichen Messstellen im Land Berlin zu beobachten ist. Ein Beispiel dafür ist in Abbildung 10 dargestellt.

Die Bodentemperatur ist im Betrachtungszeitraum zwischen 1984 und 2015 in Potsdam in 12 m Tiefe um ca. 1,2 K gestiegen (blaue Linie). In Berlin ist der gleiche Trend zu beobachten:
In der Messstelle 7063 (grüne Linie) stieg im gleichen Zeitraum die Temperatur in 20 m Tiefe um, ca. 0,8 K an.

Abb. 10
Abb. 10: Temperaturentwicklung an der Säkularstation Potsdam für die Bodentemperatur in 12 m Tiefe und für die Bodentemperatur in 12 m Tiefe an der Messstelle 7063, im Bezirk Neukölln, Dieselstraße, im Zeitraum zwischen 1984 und 2015

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