Grundwassermessstellen

Grundwassermessstellen (GWM) sind technische Einrichtungen zur systematischen Beobachtung, Untersuchung und Bewertung des Grundwassers. Sie ermöglichen insbesondere die Erfassung des Grundwasserstands und seiner zeitlichen Entwicklung sowie die Untersuchung der chemischen und physikalischen Beschaffenheit des Grundwassers. Aus Messungen an mehreren Grundwassermessstellen können darüber hinaus Grundwasserfließrichtungen und hydraulische Gradienten abgeleitet werden. Grundwassermessstellen können außerdem für hydraulische Untersuchungen, beispielsweise Pump- oder Auffüllversuche, genutzt werden, um die hydraulische Durchlässigkeit des Untergrundes zu bestimmen.

Darstellung einer Grundwassermessstelle. (KI-generiert mit ChatGPT, OpenAI, 2026)

Der Grundwasserstand ist eine zeitlich veränderliche Größe und wird unter anderem durch Niederschlag, Grundwasserneubildung, Oberflächengewässer, Wasserentnahmen sowie wasserbauliche oder bauliche Eingriffe beeinflusst. Langjährige Messreihen ermöglichen es, diese Schwankungen zu erfassen, Entwicklungen und Veränderungen zu erkennen und charakteristische Grundwasserstände aus den vorhandenen Daten abzuleiten. Damit bilden Grundwassermessstellen eine wesentliche Grundlage für die Beurteilung der Grundwasserverhältnisse und ihrer langfristigen Entwicklung.

Die gewonnenen Daten dienen unter anderem dazu, den Einfluss des Grundwassers auf Bauwerke und Baumaßnahmen sowie umgekehrt mögliche Auswirkungen von Baumaßnahmen auf das Grundwasser zu beurteilen. Je nach Aufgabenstellung können Grundwassermessstellen dabei der langfristigen Grundwasserbeobachtung, der Beweissicherung oder der projektbezogenen Überwachung dienen.

Die Errichtung und der Betrieb von Grundwassermessstellen unterliegen technischen Anforderungen, die unter anderem in DIN-Normen und DVGW-Arbeitsblättern beschrieben sind. Eine fachgerechte Planung und Herstellung ist Voraussetzung dafür, dass die Messstelle dauerhaft funktionsfähig bleibt, repräsentative und belastbare Messdaten liefert und gleichzeitig eine Beeinträchtigung des Grundwassers vermieden wird. Die Herstellung ist daher durch entsprechend qualifizierte Fachunternehmen mit geeignetem Personal, technischen Geräten und Ausrüstungen unter Beachtung der anerkannten Regeln der Technik durchzuführen.

Aufbau einer Grundwassermessstelle

Ausbau von Grundwassermessstellen

Der fachgerechte Ausbau einer Grundwassermessstelle erfolgt in der Regel in einem zuvor hergestellten Bohrloch. Aufbau und Dimensionierung der Messstelle richten sich nach der jeweiligen Aufgabenstellung sowie den geologischen und hydrogeologischen Verhältnissen am Standort. Die einzelnen Bauteile müssen dabei so aufeinander abgestimmt werden, dass der relevante Grundwasserleiter gezielt erfasst, hydraulische Verbindungen zwischen unterschiedlichen Grundwasserleitern vermieden und gleichzeitig ein sicherer Betrieb der Messstelle gewährleistet werden. Hierzu gehören insbesondere die Ausbauverrohrung mit Vollwand- und Filterrohren, die Ringraumverfüllung mit Filtermaterial und Abdichtungen sowie das Abschlussbauwerk. Ergänzende Bauteile wie Bodenkappe und Abstandshalter unterstützen den fachgerechten Einbau und die dauerhafte Funktionsfähigkeit der Messstelle.

Die wesentlichen Bauteile einer Grundwassermessstelle sind nachfolgend dargestellt und beschrieben.

Bauteilbeschreibung / Begriffsdefinition

Abschlussbauwerk

Das Abschlussbauwerk bildet den oberen Abschluss der Grundwassermessstelle und schützt die Ausbauverrohrung vor Verunreinigungen, Witterungseinflüssen und mechanischen Beschädigungen. Gleichzeitig muss ein sicherer und ungehinderter Zugang für Messungen, Wartungsarbeiten und den Einbau technischer Geräte gewährleistet bleiben. Der Abschluss kann als Überflur- oder Unterflurausbau ausgeführt werden.

• Überflurausbau: Beim Überflurausbau wird die Ausbauverrohrung durch ein darüber angeordnetes Schutzrohr, in der Regel aus Stahl, geschützt. Das Schutzrohr ist nicht fest mit der Ausbauverrohrung verbunden und wird frostsicher in einem Betonfundament verankert. Es wird in der Regel bis etwa 1,0 m über Gelände geführt. Zwischen Schutzrohr und Vollwandrohr soll eine möglichst zentrische Anordnung gewährleistet werden. Den oberen Abschluss bildet eine verschließbare Sicherheitsverschlusskappe. Bei Standorten mit erhöhter Beschädigungs- oder Anfahrgefahr kann zusätzlich ein Anfahrschutz vorgesehen werden. Dieser sollte so ausgeführt sein, dass mechanische Belastungen nicht unmittelbar auf die Grundwassermessstelle übertragen werden.

• Unterflurausbau: Beim Unterflurausbau liegt der Messstellenabschluss unterhalb bzw. auf Höhe der Geländeoberfläche. Die Messstelle wird durch eine befahrbare Straßenkappe oder eine geeignete Schachtabdeckung geschützt. Unter der Abdeckung befinden sich das Schutzrohr und die Sicherheitsverschlusskappe der Ausbauverrohrung. Der Unterflurabschluss ist so auszubilden, dass Oberflächenwasser nicht in die Messstelle eindringen kann. Gleichzeitig muss eine sichere Entwässerung gewährleistet sein. Hierzu ist eine geeignete Ablauf- bzw. Entwässerungsmöglichkeit vorzusehen. Insbesondere aus Gründen des Frostschutzes ist die Straßenkappe selbstständig entwässerbar auszuführen.

• 
  Überflurausbau einer Grundwassermessstelle mit Anfahrschutz gegen mechanische Beschädigungen
• 
  Unterflurausbau einer Grundwassermessstelle mit tagwasserdichter Schachtabdeckung und Sicherheitsverschlusskappe

Pegeloberkante und Rohroberkante

• Pegeloberkante: Die Pegeloberkante (POK) ist der festgelegte und höhenmäßig eingemessene Bezugspunkt für die Messung des Grundwasserstands. Sie liegt üblicherweise am oberen Rand der Abschlusskappe, die auf das Schutzrohr aufgeschraubt ist. Maßgebend ist der feste Kappenrand bei geöffnetem Deckel. Eine Markierung oder kleine Vertiefung in der Abschlusskappe kann die genaue Lage des Messpunkts kennzeichnen. Eine solche Kennzeichnung ist jedoch nicht bei allen Abschlusskappen vorhanden. Entscheidend ist, dass Vermessung und Grundwasserstandsmessung stets auf denselben Punkt bezogen werden. Die Anforderungen an die Einmessung werden projektspezifisch festgelegt. Üblicherweise werden Messunsicherheiten von ±5 cm in der Lage und ±5 mm in der Höhe toleriert. Die Höheneinmessung erfolgt im Deutschen Haupthöhennetz 2016 (DHHN 2016). Die Höhen werden in Metern über Normalhöhennull (m ü. NHN) angegeben.

• Rohroberkante: Die Rohroberkante (ROK) bezeichnet das obere Ende der innerhalb des Schutzrohrs geführten Ausbauverrohrung. Sie liegt üblicherweise etwas unterhalb der Pegeloberkante und ist in der Regel nicht der höhenmäßig eingemessene Bezugspunkt für die Grundwasserstandsmessung. Beide Kanten dürfen daher bei der Messung nicht verwechselt werden. Wird eine Messung auf die Rohroberkante bezogen, muss deren Höhenunterschied zur Pegeloberkante bekannt sein und bei der Auswertung berücksichtigt werden.

Ausbauverrohrung

Die Ausbauverrohrung einer Grundwassermessstelle besteht von oben nach unten aus Vollwandrohren, Filterrohren und einer Bodenkappe als unterem Abschluss. Zur Sicherstellung eines möglichst zentrischen Einbaus im Bohrloch werden gegebenenfalls Abstandshalter entlang der Ausbauverrohrung angeordnet. Als Rohrmaterial wird in der Regel PVC-U verwendet. Die Ausbauverrohrung muss hinsichtlich Durchmesser, Festigkeit und Materialeigenschaften auf die jeweilige Aufgabenstellung sowie die hydrogeologischen Verhältnisse abgestimmt werden.

Für Grundwassermessstellen mit Filterstrecken im Festgestein empfehlen wir in der Regel eine Ausbauverrohrung mit einem Durchmesser von DN 50 (2 Zoll). Bei Filterstrecken im Lockergestein oder in Auffüllungen empfehlen wir in der Regel DN 125 (5 Zoll). Die größeren Durchmesser ermöglichen insbesondere einen ausreichend dimensionierten Filter- und Ringraumbereich sowie den Einsatz geeigneter Mess-, Pump- und Probenahmetechnik.

Der erforderliche Bohrlochdurchmesser ist auf den gewählten Durchmesser der Ausbauverrohrung, die vorgesehenen Rohrverbindungen und die Art der Ringraumverfüllung abzustimmen. Dabei sind die jeweiligen technischen und hydrogeologischen Anforderungen zu berücksichtigen. Das DVGW W 121 fordert grundsätzlich einen ausreichend großen Ringraum für den zentrischen Einbau und die fachgerechte Verfüllung. Im Bereich von Ringraumabdichtungen werden darüber hinaus Mindestbohrdurchmesser in Abhängigkeit vom Ausbaudurchmesser vorgegeben.

Vollwandrohr

Vollwandrohre bilden die hydraulisch dichten Abschnitte der Ausbauverrohrung außerhalb der Filterstrecke. Sie werden bei Grundwassermessstellen in der Regel aus PVC-U in glatter Ausführung hergestellt. Im Gegensatz zum Filterrohr besitzen sie keine Öffnungen und verhindern damit einen Wasseraustausch zwischen dem Messstelleninneren und den außerhalb der Filterstrecke durchteuften Boden- bzw. Gesteinsschichten.

Besondere Bedeutung kommt der Dichtheit der Rohrverbindungen zu. Die Verbindungen der Vollwandrohre sind dauerhaft hydraulisch dicht auszuführen, damit kein Fremdwasser in die Grundwassermessstelle eintreten und die Messwerte beeinflussen kann. Bei 5-Zoll-Ausbauverrohrungen werden hierzu in der Regel dichtende Muffen- bzw. Trapezgewindeverbindungen mit Gummi-Dichtringen bzw. O-Ringen verwendet. Auch bei 2-Zoll-Ausbauverrohrungen sind geeignete dichtende Rohrverbindungen mit entsprechenden Dichtelementen vorzusehen. Die Dichtungen sind beim Zusammenbau sorgfältig und entsprechend den Herstellervorgaben einzusetzen.

Abstandshalter

Für eine gleichmäßige und allseitige Ringraumverfüllung ist ein möglichst zentrischer Einbau der Ausbauverrohrung im Bohrloch erforderlich. Hierzu werden Abstandshalter bzw. Zentrierungen eingesetzt, die den erforderlichen Abstand zwischen Ausbauverrohrung und Bohrlochwand sicherstellen. Sie müssen ausreichend stabil ausgeführt sein und eine geeignete Anlagefläche zur Bohrlochwand aufweisen. Es wird empfohlen, Abstandshalter entlang der Ausbauverrohrung in vertikalen Abständen von höchstens 4 m anzuordnen. Je nach Bauart können die Abstandshalter vor Ort an unterschiedliche Bohrlochdurchmesser angepasst werden, sodass eine möglichst zentrische Lage der Ausbauverrohrung erreicht wird.

Filterstrecke

Die Filterstrecke besteht aus dem Filterrohr und der dieses umgebenden Filterkiesschüttung. Über die Filterstrecke steht die Grundwassermessstelle hydraulisch mit dem umgebenden Grundwasserleiter in Verbindung. Lage und Länge der Filterstrecke richten sich nach der jeweiligen Aufgabenstellung sowie nach den geologischen und hydrogeologischen Verhältnissen. Dabei soll grundsätzlich nur ein hydraulisch und hydrochemisch eindeutig definierter Grundwasserleiter bzw. Abschnitt eines Grundwasserleiters erfasst werden. Unterschiedliche hydrogeologische Einheiten dürfen nicht durch eine gemeinsame Filterstrecke miteinander verbunden werden.

Die Filterstrecke kann sowohl im Locker- als auch im Festgestein angeordnet werden. Ihre Höhenlage ist so festzulegen, dass der für die jeweilige Fragestellung maßgebende Grundwasserbereich erfasst wird. Für den Standardausbau wird in der Regel eine Filterstrecke von 3,0 m empfohlen. Diese setzt sich aus einem 2,0 m langen Filterrohr sowie einer Über- und Unterschüttung mit Filterkies von jeweils 0,5 m zusammen. Ein gegebenenfalls oberhalb angeordneter Gegenfilter ist nicht Bestandteil der Filterstrecke.

Abhängig von der jeweiligen Fragestellung kann eine kürzere oder längere Filterstrecke erforderlich sein. Soll beispielsweise das Grundwasserpotenzial in einem eng begrenzten Horizont, etwa unterhalb einer Bauwerkssohle oder im Bereich einer Bauwerkswand, möglichst tiefengenau erfasst werden, kann eine kürzere Filterstrecke zweckmäßig sein. Längere Filterstrecken können dagegen bei speziellen Fragestellungen sinnvoll sein, wenn beispielsweise die Grundwasserbeschaffenheit über einen größeren Tiefenbereich erfasst oder eine höhere Ergiebigkeit der Messstelle erreicht werden soll.

Für die Grundwasserstandsbeobachtung sollte die Filterstrecke möglichst dauerhaft im gesättigten Bereich liegen. Dadurch wird eine zuverlässige hydraulische Anbindung an den Grundwasserleiter gewährleistet und ein wiederholtes Trockenfallen des Filterbereichs vermieden. Dies vermindert zugleich den regelmäßigen Kontakt mit Luftsauerstoff und kann damit der Bildung von Eisen- und Manganablagerungen beziehungsweise einer Verockerung des Filterbereichs entgegenwirken.

Im Festgestein sind Lage und Länge der Filterstrecke insbesondere an vorhandene Zuflussbereiche und die örtlichen hydraulischen Verhältnisse anzupassen. Auch hier gilt, dass unterschiedliche hydrogeologische Einheiten nicht durch eine gemeinsame Filterstrecke verbunden werden dürfen.

Filterrohr

Filterrohre (auch Schlitzrohre) bilden den wasserdurchlässigen Teil der Ausbauverrohrung und werden in der Regel aus PVC-U hergestellt. Über die Schlitze des Filterrohres kann das Grundwasser aus dem umgebenden Grundwasserleiter in die Grundwassermessstelle eintreten. Zusammen mit dem umgebenden Filterkies soll gleichzeitig der Eintrag von Boden- und Feststoffpartikeln in die Messstelle begrenzt werden.

Die Schlitzweite des Filterrohres ist auf die Körnung des Filterkieses abzustimmen. Insbesondere im Lockergestein richtet sich die Wahl von Filterkies und Schlitzweite nach der Korngrößenverteilung des anstehenden Untergrundes. In der Praxis kommen bei unseren Grundwassermessstellen in der Regel Schlitzweiten zwischen 0,3 und 1,0 mm zum Einsatz. Im Festgestein bzw. bei sehr grobkörnigen Sedimenten werden häufig größere Schlitzweiten im Bereich von 1,0 mm verwendet. Die endgültige Festlegung erfolgt auf Grundlage der tatsächlich angetroffenen geologischen Verhältnisse.

Filterkies

Der Filterkies bildet im Bereich der Filterstrecke die Schüttung im Ringraum zwischen Bohrlochwand und Filterrohr. Er stellt die hydraulische Verbindung zwischen Grundwasserleiter und Filterrohr sicher und soll gleichzeitig den Eintrag von Boden- und Feststoffpartikeln aus dem umgebenden Gestein in die Grundwassermessstelle begrenzen. Für die Herstellung sind geeignete Filtersande bzw. Filterkiese nach DIN 4924 zu verwenden.

Die Körnung des Filterkieses ist an die Korngrößenverteilung des umgebenden Locker- oder Festgesteins anzupassen und mit der Schlitzweite des Filterrohres abzustimmen. Je nach anstehendem Untergrund kommen in der Regel Körnungen von 0,4/0,8 mm, 0,71/1,25 mm, 1,0/2,0 mm oder 2,0/3,15 mm zum Einsatz. Gröbere Körnungen werden insbesondere bei grobkörnigen Sedimenten und im Festgestein verwendet. Die endgültige Festlegung erfolgt anhand der tatsächlich angetroffenen geologischen Verhältnisse.

Gegenfilter

Der Gegenfilter bildet eine feinkörnigere Übergangsschicht zwischen Filterkies und Ringraumabdichtung. Er verhindert, dass Abdichtungsmaterial in den gröberen Filterkies eindringt und dadurch die Filterstrecke beeinträchtigt. Besonders beim Einsatz von Bentonit-Zement-Suspensionen zur Ringraumabdichtung (siehe unten) ist eine ausreichend feine und wirksame Trennschicht erforderlich.

Bei unseren Grundwassermessstellen wird für den Gegenfilter in der Regel eine Körnung von 0,4/0,8 mm verwendet. Die Körnung ist auf den angrenzenden Filterkies und das eingesetzte Abdichtungsmaterial abzustimmen. Der Gegenfilter wird dort angeordnet, wo Filterkies und Ringraumabdichtung unmittelbar aneinandergrenzen.

Ringraumabdichtung

Als Ringraumabdichtung wird die hydraulisch wirksame Abdichtung des Ringraums zwischen Ausbauverrohrung und Bohrlochwand bezeichnet. Hierfür kommen insbesondere Tonformlinge, beispielsweise Pellets oder Granulate, sowie hydraulisch erhärtende Abdichtungen, beispielsweise Bentonit-Zement-Suspensionen, zum Einsatz.

Die Ringraumabdichtung dient dazu, vertikale hydraulische Wegsamkeiten entlang der Grundwassermessstelle zu unterbinden und hydraulisch bzw. hydrochemisch unterschiedliche Grundwasserbereiche voneinander zu trennen. Insbesondere durch die Bohrung durchteufte geringdurchlässige oder stockwerkstrennende Schichten sind durch eine geeignete Abdichtung hydraulisch wiederherzustellen. Gleichzeitig verhindert die Ringraumabdichtung das Eindringen von Oberflächen- oder Fremdwasser über den Ringraum in die Grundwassermessstelle.

Die Lage und Ausführung der Abdichtungsstrecken sind an die geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse anzupassen. Die Abdichtung muss möglichst homogen und dauerhaft hergestellt werden; Fehlstellen oder Brückenbildungen können zu unerwünschten Kurzschlussströmungen zwischen unterschiedlichen Grundwasserbereichen führen.

Bodenkappe

Die Bodenkappe bildet den unteren, geschlossenen Abschluss der Ausbauverrohrung. Sie verhindert das Eindringen von Material aus dem darunterliegenden Bohrlochbereich in die Messstelle. Reicht die Bohrung tiefer als die Ausbauverrohrung, ist der Bereich unterhalb der Bodenkappe entsprechend den hydrogeologischen Verhältnissen fachgerecht zu unterschütten, rückzuverfüllen oder abzudichten.

Grundwasserstandsmessungen

Manuelle Grundwasserstandsmessung

Manuelle Grundwasserstandsmessungen erfolgen in der Regel mit einem Kabellichtlot. Dieses besteht aus einem Maßband bzw. Messkabel mit einer Sonde am unteren Ende. Zur Messung wird die Sonde langsam in die Grundwassermessstelle abgesenkt. Sobald die Sonde die Wasseroberfläche berührt, wird über die elektrische Leitfähigkeit des Wassers ein Stromkreis geschlossen. Dadurch wird ein optisches und/oder akustisches Signal, beispielsweise ein Piepton, ausgelöst. An der Pegeloberkante (POK) kann anschließend am Maßband die Tiefe bis zur Grundwasseroberfläche abgelesen werden. Ist die Höhenlage der POK bekannt, kann aus der gemessenen Tiefe zusätzlich die Höhenlage des Grundwasserspiegels berechnet werden. Manuelle Messungen werden häufig als Stichtagsmessungen in größeren zeitlichen Abständen durchgeführt. Darüber hinaus dienen sie als unabhängige Kontroll- und Referenzmessung für automatisierte Grundwasserstandsmessungen, beispielsweise zur Plausibilisierung der aufgezeichneten Messwerte und zum Erkennen möglicher Abweichungen oder Fehlfunktionen.

Automatisierte Grundwasserstandsmessung

Für die automatisierte Grundwasserstandsmessung werden in der Regel Drucksonden mit integriertem Datenlogger eingesetzt. Die Sonde wird in einer definierten Tiefe innerhalb der Grundwassermessstelle installiert und erfasst den durch die darüberstehende Wassersäule verursachten hydrostatischen Druck. Aus dem gemessenen Druck kann die Höhe der Wassersäule und damit der Grundwasserstand bestimmt werden. Die Messwerte werden in festgelegten Zeitintervallen aufgezeichnet und im Datenlogger gespeichert. Zusätzlich können sie über eine Datenfernübertragung (DFÜ) automatisch an eine zentrale Datenbank übertragen werden.

Bei Drucksonden wird zwischen Relativdruck- und Absolutdruckaufnehmern unterschieden. Relativdruckaufnehmer messen den Wasserdruck gegenüber dem aktuellen Luftdruck. Hierzu besteht über das Messkabel eine Verbindung zur Atmosphäre, sodass Änderungen des Luftdrucks unmittelbar berücksichtigt werden. Absolutdruckaufnehmer erfassen dagegen den Gesamtdruck aus Luftdruck und Wassersäule. Für die Berechnung des Grundwasserstands muss daher zusätzlich der Luftdruck gemessen und vom gemessenen Gesamtdruck abgezogen werden.

Die automatisierte Messung ermöglicht eine wesentlich höhere zeitliche Auflösung als manuelle Stichtagsmessungen. Dadurch können auch kurzfristige Änderungen des Grundwasserstands erfasst werden, beispielsweise infolge von Hochwasserereignissen, Pumpvorgängen, Niederschlägen oder Schleusungsvorgängen.

Auch automatisierte Messsysteme müssen regelmäßig kontrolliert werden. Hierzu werden unter anderem manuelle Lichtlotmessungen als unabhängige Referenzmessungen durchgeführt. Durch den Vergleich mit den gleichzeitig aufgezeichneten Loggerwerten können Abweichungen, Messwertdrift oder Fehlfunktionen erkannt und die Messdaten plausibilisiert werden. Je nach eingesetztem Messsystem sind darüber hinaus regelmäßige Prüfungen bzw. Kalibrierungen des Sensors erforderlich.

Ermittlung des Grundwasserstands in m ü. NHN

Für die Angabe des Grundwasserstands als Höhenlage [math]\displaystyle{ z_{GW} }[/math] in Metern über Normalhöhennull (m ü. NHN) wird ein höhenmäßig bekannter Messpunkt an der Grundwassermessstelle verwendet. Dieser liegt üblicherweise an der Pegeloberkante (POK). Seine Höhenlage wird mit [math]\displaystyle{ z_{MP} }[/math] bezeichnet.

Manuelle Grundwasserstandsmessung mit dem Lichtlot

Bei der manuellen Grundwasserstandsmessung mit dem Lichtlot wird der senkrechte Abstand zwischen dem Messpunkt [math]\displaystyle{ z_{MP} }[/math] und dem Grundwasserspiegel [math]\displaystyle{ z_{GW} }[/math] gemessen. Dieser Abstand wird als Abstich [math]\displaystyle{ a }[/math] bezeichnet. Die Höhenlage des Grundwasserspiegels [math]\displaystyle{ z_{GW} }[/math] ergibt sich zu:

[math]\displaystyle{ z_{GW} = z_{MP} - a }[/math]

Automatisierte Grundwasserstandsmessung mit einer Drucksonde (Relativdruckmessung)

Bei der automatisierten Grundwasserstandsmessung mit einer Drucksonde befindet sich der druckempfindliche Messpunkt des Sensors in einer bekannten Einhängetiefe [math]\displaystyle{ t }[/math] unterhalb des Messpunkts [math]\displaystyle{ z_{MP} }[/math]. Die Höhenlage des Sensors [math]\displaystyle{ z_S }[/math] ergibt sich damit zu:

[math]\displaystyle{ z_S = z_{MP} - t }[/math]

Ein Relativdrucksensor erfasst den hydrostatischen Druck [math]\displaystyle{ p }[/math] der über dem Sensor stehenden Wassersäule gegenüber dem atmosphärischen Luftdruck. Der hydrostatische Druck [math]\displaystyle{ p }[/math] ist abhängig von der Höhe der Wassersäule [math]\displaystyle{ h }[/math], der Dichte des Wassers [math]\displaystyle{ \rho }[/math] und der Erdbeschleunigung [math]\displaystyle{ g }[/math]:

[math]\displaystyle{ p = \rho \cdot g \cdot h }[/math]

Für Wasser kann bei etwa 20 °C näherungsweise eine Dichte [math]\displaystyle{ \rho }[/math] von 998 kg/m³ angesetzt werden. Die Erdbeschleunigung [math]\displaystyle{ g }[/math] beträgt näherungsweise 9,81 m/s². Aus dem gemessenen hydrostatischen Druck [math]\displaystyle{ p }[/math] ergibt sich damit die Höhe der Wassersäule [math]\displaystyle{ h }[/math] zu:

[math]\displaystyle{ h = \frac{p}{\rho \cdot g} }[/math]

Die Höhenlage des Grundwasserspiegels [math]\displaystyle{ z_{GW} }[/math] ergibt sich aus der Höhenlage des Sensors [math]\displaystyle{ z_S }[/math] und der Höhe der darüberstehenden Wassersäule [math]\displaystyle{ h }[/math]:

[math]\displaystyle{ z_{GW} = z_S + h }[/math]

bzw. unmittelbar bezogen auf den Messpunkt [math]\displaystyle{ z_{MP} }[/math]:

[math]\displaystyle{ z_{GW} = z_{MP} - t + h }[/math]

Wird die Höhe der Wassersäule [math]\displaystyle{ h }[/math] unmittelbar aus dem gemessenen hydrostatischen Druck [math]\displaystyle{ p }[/math] bestimmt, ergibt sich:

[math]\displaystyle{ z_{GW} = z_{MP} - t + \frac{p}{\rho \cdot g} }[/math]

Die Einhängetiefe [math]\displaystyle{ t }[/math] bezeichnet dabei den Abstand vom Messpunkt [math]\displaystyle{ z_{MP} }[/math] bis zum druckempfindlichen Messpunkt der Sonde.

Bei Verwendung eines Absolutdruckaufnehmers muss zusätzlich der atmosphärische Luftdruck berücksichtigt werden. Dieser wird vom gemessenen Absolutdruck abgezogen, bevor daraus der hydrostatische Druck [math]\displaystyle{ p }[/math] und die Höhe der Wassersäule [math]\displaystyle{ h }[/math] bestimmt werden.

Datenmanagement in WISKI 7

WISKI 7 (Wasserwirtschaftliches Informationssystem KISTERS) ist das zentrale Datenmanagementsystem der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV). Es dient der einheitlichen, qualifizierten und langfristigen Erfassung, Speicherung, Auswertung und Bereitstellung gewässerkundlicher Daten. Während das System für Oberflächengewässer (Pegel) bereits flächendeckend etabliert ist, werden Grundwassermessstellen (GWM) derzeit sukzessive in WISKI 7 integriert. Das Ziel besteht darin, die bislang heterogene Datenerfassung und -haltung zu vereinheitlichen und belastbare Daten für die Planung, den Bau, die Unterhaltung und die Beweissicherung von Wasserbauwerken bereitzustellen.

WSV - Integration von Grundwasser in WISKI 7

Systemstruktur und Datenverarbeitung

• Stammdaten- und Messdatenverwaltung: Die Erfassung und Verwaltung erfolgt strukturiert nach den Zuständigkeiten der Wasserstraßen- und Schifffahrtsämter (WSÄ) und Wasserstraßen-Neubauämter (WNÄ). Zu den für eine standardisierte Pflege vorgesehenen Stammdaten zählen insbesondere Lage- und Höhenkoordinaten, der Höhenbezug des Messpunkts (z. B. POK) sowie Angaben zum technischen Ausbau der Messstelle.
• Datenübertragung: Die Messdaten werden je nach eingesetztem Messsystem automatisiert per Datenfernübertragung (DFÜ) übertragen oder manuell eingelesen. Für die DFÜ ist eine direkte Übertragung aus dem WSV-Netz per bundeseigener VPN-SIM-Karten (Full-Tunnel) an den zentralen Empfangsserver des ITZBund vorgesehen. Es werden standardisierte Formate und Übertragungswege verwendet (ZRXP-Dateiformat über SFTP- oder HTTPS-Übertragungsprotokoll).
• Standardisierte Parametervorlagen: Spezifische Vorlagen unterstützen die Ablage und Verarbeitung der Zeitreihen (z. B. Luftdruck, Grundwasserdruck, Grundwasserstand). Ein Beispiel: Bei Absolutdruckmessungen muss der Luftdruck vom gemessenen Gesamtdruck abgezogen werden, um den hydrostatischen Wasserdruck zu ermitteln. Anschließend kann der Grundwasserstand in m ü. NHN berechnet werden, wobei korrekte Stammdaten, insbesondere die Höhenlage des Messpunkts und die Einhängetiefe des Sensors, Voraussetzung sind. Statistische Tages-, Monats- und Jahreswerte werden automatisch berechnet.

Qualitätssicherung, Datenvalidierung und Alarmierung

Zur Gewährleistung verlässlicher Messdaten unterstützt WISKI 7 die Auswertung und Plausibilisierung der Daten:

• Vor-Ort-Kontrolle: Regelmäßige Kontrollmessungen mit dem Lichtlot (Referenzmessungen) sowie Prüfungen der Messstelle vor Ort (z. B. zur Erkennung von Sensor-Drifts, Versandung, Verschlammung oder Verockerung) sind für die Qualitätssicherung weiterhin zwingend erforderlich. Nach BAW-Empfehlung erfolgen die Kontrollen mindestens halbjährlich, bei Messstellen mit DFÜ jährlich.
• Automatische Datenvalidierung (im Aufbau): Integrierte Validierungsroutinen sollen künftig die Plausibilisierung unterstützen, indem sie eingehende Zeitreihen automatisiert auf Datenlücken, Ausreißer und unplausible Messwertsprünge prüfen.
• Messwertbasierte Alarmierung (im Aufbau): Ein automatisches Benachrichtigungssystem (z. B. per E-Mail oder SMS) ist in Entwicklung, um bei definierten Grenzwertüberschreitungen (z. B. kritischer Grundwasserstand zur Bauwerkssicherheit), Datenlücken oder technischen Warnungen (z. B. Spannungsabfall der Batterie) eine Überwachung zu ermöglichen.

WISKI-Web

Eine WSV-interne Web-Oberfläche (WISKI-Web) ermöglicht die zentrale Verfügbarkeit der Messdaten. Über interaktive Kartenanwendungen und Multi-Zeitreihenansichten können Mitarbeiter der WSV die Grundwasserstände visualisieren, miteinander vergleichen und abrufen. Zukünftig unterstützen eingebundene Anwendungen zur Datenvalidierung und messwertbasierten Alarmierung die kontinuierliche Überwachung.

Vorgehen - Integration von Grundwassermessstellen in WISKI 7

Das Datenmanagementsystem WISKI 7 steht ausschließlich innerhalb der WSV zur Verfügung. Wenn Sie als Mitarbeiterin oder Mitarbeiter der WSV zukünftig Grundwassermessstellen in WISKI 7 einbinden möchten, wird folgendes Vorgehen empfohlen:

1. Ansprechpartner im Amt: Bitte setzen Sie sich zuerst für die Anbindung im System sowie zur Absprache der lokalen Zuständigkeiten primär mit der WISKI 7-Verfahrensbetreuung Ihres zuständigen Wasserstraßen- und Schifffahrtsamtes (WSA) beziehungsweise Wasserstraßen-Neubauamtes (WNA) in Verbindung.
2. Fachliche Beratung, Rechtevergabe & Übergeordnete Koordination: Für grundlegende fachlich-technische Fragen sowie übergeordnete Koordinierungsfragen zur Integration von Grundwassermessstellen steht Ihnen die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) beratend zur Seite: Referat G3 - Geotechnik
3. Weiterführende Informationen: Detaillierte Leitfäden, technische Vorgaben und weiterführende Dokumentationen zur Integration von Grundwasser finden Sie auch im WSV-internen WIKI unter: https://izw-campus.baw.de/goto.php/wiki/wpage_227_11289