Die Wechselwirkungen zwischen Oberflächengewässern und Grundwasser werden grundsätzlich von den hydrologischen und hydrogeologischen Randbedingungen beeinflusst. Weiter spielen auch die Gewässerstruktur, die Substratzusammensetzung der Gewässersohle und die Stratigraphie des angeschnittenen Grundwasserleiters eine wichtige Rolle. In den tidebeein-flussten Ästuaren der deutschen Nordseeküste werden die Grundwasserverhältnisse zusätzlich insbesondere durch die Tidedynamik, die Salzgehaltsentwicklung sowie den Schwebstoff- und Sedimenthaushalt geprägt.
Die tideinduzierten Wasserstandsänderungen im Ästuar führen zu einem stark instationären Grundwasserströmungsfeld, dessen Ausdehnung auf Uferseite einige hundert Meter betragen kann.

Ein Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verbesserung des grundlegenden Verständnisses dieses komplexen Systems und die Identifizierung relevanter Parameter für den Austausch zwischen Ästuar und Grundwasserkörper. Die Auswirkungen von z.B. Änderungen der Tidedynamik, anthropogenen Eingriffen in den Wasserhaushalt oder durch den Klimawandel hervorgerufenen Veränderungen der hydrologischen Randbedingungen auf das Grund-wasserströmungsregime und die Beschaffenheit im Ästuarbereich können so besser prognostiziert werden. Es werden hierzu Methoden und Ansätze entwickelt, die Einblicke in die Austauschvorgänge im Gewässerbett geben und helfen bestehende Ansätze zur Folgenabschätzung zu verbessern.

Erfahrungen bei WSV-Projekten an Ems, Weser und Elbe zeigen sowohl im Zusammenhang mit den Genehmigungsverfahren als auch bei der Ausführung der Vorhaben die hohe Bedeutung der Thematik Wechselwirkungen zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser für die naturschutzfachliche und wasserwirtschaftliche Bewertung der Maßnahmen. Insbesondere durch maßnahmenbedingte Veränderungen der Tidedynamik und durch Eingriffe in den Schwebstoff- und Sedimenthaushalt der Ästuare können Änderungen der Grundwasserströmungssituation und der Grundwasserbeschaffenheit in den Ästuargebieten nicht ausgeschlossen werden.
Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen Oberflächengewässern und dem Grundwasser in den Ästuarbereichen lassen sich die Folgewirkungen von verkehrswasserbaulichen Ausbau- und Unterhaltsmaßnahmen auf die quantitativen und qualitativen Grundwasserverhältnisse derzeit nur eingeschränkt prognostizieren und bewerten. Das FuE-Vorhaben soll eine wissenschaftlich fundierte Grundlage bilden, um zukünftig belastbarere Prognosen zu ermöglichen und somit die Genehmigungsverfahren hinsichtlich der erforderlichen Aussagen zum Grundwasser gezielt zu unterstützen. Weiter ist zu erwarten, dass auf der Grundlage der Untersuchungsergebnisse die Beweissicherungskonzepte wirtschaftlicher und zielführender gestaltet werden können.

Die Interaktion zwischen Ems und Grundwasserkörper wird an drei Standorten entlang der Unterems untersucht. Neben der Erfassung der Grundwasserganglinien (Nuber et al. 2017) werden Grundwasserproben bezüglich der gelösten Inhaltsstoffe und der Isotopenzusammensetzung der Wassermoleküle untersucht. Dabei werden die Ver-hältnisse der schwereren Isotope von Sauerstoff (18O) und Wasserstoff (2H) jeweils zu den leichteren Isotopen 16O und 1H bestimmt, die sogenannten delta18O und delta2H Werte. Diese Isotopensignaturen erlauben Rückschlüsse auf die Bildungsbedingungen des Grundwassers.
Auf Grundlage der Tritium-Helium-Methode werden des Weiteren die durchschnittlichen Verweilzeiten des Wassers im Untergrund seit der Versickerung als Niederschlag bestimmt. Diese kombinierte Untersuchung physikalischer und chemischer Parameter erlaubt die Erarbeitung eines konzeptionellen Modells der chemisch-hydraulischen Mechanismen, das die rezenten Grundwasserverhältnisse erklärt. Der Vergleich der so gewonnenen Vorstellung mit Ergebnissen, die im Rahmen vorhergehender Studien gewonnen wurden, liefert weitere Hinweise auf die dominierenden Einflussgrößen in der Interaktion Oberflächenwasser-Grundwasser.