In den neun hydrogeologischen Einheiten in Hessen und selbst noch in den kleineren Untergliederungen gibt es eine große Vielfalt von Locker- und Festgesteinen, in denen das Grundwasser gespeichert und weitergeleitet wird. Die sehr unterschiedliche geochemische und mineralogische Zusammensetzung dieser Gesteine spiegelt sich in der Grundwasserbeschaffenheit wider. Wird noch berücksichtigt, dass auch klimatische Faktoren wie insbesondere das Niederschlagsgeschehen, der Grad der tektonischen Beanspruchung der Gesteine und die Ausbildung der Böden ebenfalls einen großen Einfluss auf die Konzentration und das Verteilungsmuster der Inhaltsstoffe im Grundwasser haben, kann man sich vorstellen, dass die natürliche Grundwasserbeschaffenheit von Ort zu Ort verschieden sein kann. Schließlich stellt auch die Tätigkeit des Menschen, insbesondere die Art der Landnutzung z. B. durch Landwirtschaft oder Industrie, einen z. T. gravierenden Eingriff in den Naturhaushalt dar, so dass die Beschaffenheit des Grundwassers oft anthropogen beeinflusst ist.

Rund 300 der vorhandenen staatlichen Messstellen des Landesgrundwasserdienstes dienen der Überwachung der Grundwasserbeschaffenheit. In der Regel werden die Messstellen einmal jährlich auf die Beschaffenheit untersucht. Das Untersuchungsprogramm umfasst in der Regel Anionen, Kationen, Metalle und Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffe.

Der auf den Landesgrundwasserdienst bezogene Datenpool reicht alleine wegen des weitmaschigen Messnetzes nicht aus, um einen flächenhaften Überblick über die Grundwasserbeschaffenheit in Hessen zu erhalten. Daher werden seit 1991 auch die chemischen Analysenbefunde der Rohwässer (= Grundwasser ohne bzw. vor Aufbereitung) zentral in einer Datenbank gespeichert, gepflegt und ausgewertet. Es handelt sich um die Beschaffenheitsdaten von rund 4500 Wassergewinnungsanlagen. Der Parameterumfang und der Datentransfer sind in der Rohwasseruntersuchungsverordnung (RUV) geregelt.

Streng genommen existieren keine Grenzwerte für das Schutzgut „Grundwasser“. Bei der Bewertung der Grundwasserbeschaffenheit hat sich daher die Bezugnahme auf die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) eingebürgert, die Grenzwerte für Trinkwasser definiert. Dabei ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass eine eventuelle Überschreitung von Trinkwassergrenzwerten im Grundwasser nicht gleichzeitig auch eine Überschreitung der gesetzlich zugelassenen Höchstkonzentrationen im Trinkwasser bedeutet, da das Rohwasser gegebenenfalls aufbereitet oder vermischt wird.

Für die Karten der flächenhaften Darstellung der Konzentrationen wurde das SIMIK+ (Simple Updating and Indicator Kriging based on additional Information) Verfahren angewendet. Das SIMIK+ Verfahren ist ein geostatistisches Verfahren und wurde als eine Erweiterung des GIS-ArcView von der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz in Baden-Württemberg entwickelt. Mit diesem Verfahren werden die Stoffkonzentrationen an den Grundwassermessstellen, unter Berücksichtigung der Landnutzung und Hydrogeologie, in die Fläche berechnet.

Für die Karten der flächenhaften Darstellung der Konzentrationen wurde das SIMIK+ (Simple Updating and Indicator Kriging based on additional Information) Verfahren angewendet. Das SIMIK+ Verfahren ist ein geostatistisches Verfahren und wurde als eine Erweiterung des GIS-ArcView von der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz in Baden-Württemberg entwickelt. Mit diesem Verfahren werden die Stoffkonzentrationen an den Grundwassermessstellen, unter Berücksichtigung der Landnutzung und Hydrogeologie, in die Fläche berechnet.

Gesamthärte (siehe Karte )

Wasser nimmt aus der Luft und vor allem bei der Bodenpassage Kohlensäure auf und erhöht dadurch seine Lösungseigenschaften. Trifft es bei der weiteren Passage im Untergrund auf wasserlösliche Gesteine, löst es aus diesen Mineralstoffe heraus. Je mehr Mineralstoffe (Calcium und Magnesium) in Lösung gehen, desto mineralischer bzw. härter wird das Grundwasser.

Da die Härte einen großen Einfluss auf die Verwendung der Wässer hat, sind verschiedene Härtestufen definiert. Wasserversorger müssen deshalb nach § 9 des Wasch- und Reinigungsmittelgesetzes die Härtebereiche des Trinkwassers für ihre einzelnen Versorgungsgebiete bekannt geben. Welche Härte das abgegebene Trinkwasser aufweist, hängt letztlich davon ab, welche Wässer mit unterschiedlicher Beschaffenheit in den Trinkwasserversorgungsanlagen gemischt werden. Die örtlich abgegebene Trinkwasserhärte ist deshalb bei den zuständigen Wasserversorgern zu erfragen.

Im Jahr 2007 wurde das Wasch- und Reinigungsmittelgesetz geändert. Danach wird die Härte des Wassers nur noch in 3 Härtebereiche - weich, mittel und hart - unterteilt. Die Angabe der Härte erfolgt entsprechend den Vorgaben der Europäischen Union in mmol/l (Millimol je Liter) Calciumcarbonat. Die Angabe in Grad Deutscher Härte (dH) erfolgt weiterhin, da sie sich eingebürgert hat. Sie ist aber keine offizielle Einheit mehr. 1 mmol/l Calciumcarbonat entspricht einer Wasserhärte von 5,6 °dH.

Die Einstellung an den Haushaltsgeräten, z. B. Waschmaschine oder Geschirrspüler sowie die Dosierung von Waschmitteln sollten in Abhängigkeit vom jeweiligen Härtebereich vorgenommen werden.

Doch nicht nur für Haushalte und Industrie ist die Wasserhärte eine wichtige Größe. Carbonatreiche Wässer haben ein höheres Pufferungsvermögen gegenüber pH-Verschiebungen durch Säureeinträge aus der Luft. Vor allem die Wälder sind wegen ihrer großen Kronenoberfläche, die Luftschadstoffe richtiggehend „auskämmt“, durch luftgetragene Säureeinträge belastet. Die wichtigsten Säurebildner sind Schwefel- und Stickstoffverbindungen, die aus Verbrennungsprozessen sowie dem Straßenverkehr stammen.

Durch die ergriffenen Maßnahmen zur Luftreinhaltung konnten die Säureeinträge in Hessen allerdings erheblich reduziert werden. Trotzdem findet nach wie vor ein Säureeintrag statt, der vor allem in Waldgebieten mit geringem Puffervermögen gegenüber Säureeinträgen von Bedeutung für die Ökosysteme und die Grundwasserqualität ist.

Gebiete mit harten Grundwässern haben somit einen Puffer gegenüber Säureeinträgen. Gebiete mit weichen Grundwässern verfügen dagegen über keinen bzw. nur geringen Puffer und sind entsprechend empfindlich gegenüber Säureeinträgen.

Hohe Härten treten von Natur aus überall dort auf, wo der betreffende Grundwasserleiter entweder aus Karbonatgestein (Mergel, Kalkstein oder Dolomit bzw. Gips) besteht oder aber bei Locker- und Festgesteinen das Bindemittel karbonatisch ist.

Die niedrigsten Härtegrade in Hessen weisen die Grundwässer aus dem Buntsandstein des Odenwaldes auf, da dieser überwiegend Sandsteinfolgen enthält, die praktisch kein karbonatisches Bindemittel haben. Gleichfalls niedrige Wasserhärten werden im Gebiet „Spessart mit Schlüchterner Becken“ angetroffen.Die Grundwässer aus den Quartär u. Tertiärregionen (z. B. Oberrheingraben) weisen meist höhere Härten auf. Eine Ausnahme stellt hier die Hanau-Seligenstädter Senke dar, in der vom Main aufgeschüttete fast karbonatfreie Sande und Kiese dominieren. Entsprechend niedrig ist der mittlere Karbonatgehalt der Grundwässer.

Der Bereich „Taunus“, der fast ausschließlich durch unterdevonische Schichten gekennzeichnet ist, weist gleichfalls sehr geringe Härtegrade auf.

Nitrat (siehe Karte)

Nitratgehalte bis 10 mg/l im Grundwasser können als natürliche Hintergrundgehalte gewertet werden. Höhere Nitratgehalte sind einer der wichtigsten Indikatoren für eine anthropogene Beeinflussung des Grundwassers.

Nitrat bildet sich bei der Mineralisation von organischen Stickstoffverbindungen durch nitrifizierende Bakterien im Boden. Der größte Eintrag von Nitrat in das Grundwasser erfolgt durch die ackerbauliche Flächennutzung. Das Nitrat stammt entweder aus der mikrobiellen Umwandlung der organischen Substanz der Böden oder aus Stickstoff-Düngergaben. Sandböden, die eine geringere Wasserspeicherkapazität als Lehm-, Löß- oder Tonböden haben, werden stärker und schneller ausgewaschen als diese. Vor allem unter Sonderkulturen (Weinbau, Gemüsebau) und in Gebieten mit intensiver Landwirtschaft werden im Grundwasser häufig hohe Nitratkonzentrationen beobachtet.

Hieraus ergeben sich auch die Gebiete in Hessen, die eine erhöhte Nitratkonzentration im Grundwasser erkennen lassen. Die Karte zur flächigen Nitratverteilung zeigt vor allem den Rheingau, Gebiete des Hessischen Rieds, den Bereich Hanau-Seligenstädter Senke, Vorspessart und Gebiete der Wetterau sowie westlich der Niederhessischen Senke, die erhöhte Nitratkonzentrationen aufweisen.

Sulfat (siehe Karte)

Sulfate sind die am weitesten verbreiteten anorganischen Verbindungen des Schwefels und kommen insbesondere in den Evaporiten als Gips und Anhydrit vor. Sie gehören zu den geogenen Hauptbestandteilen der Wasserinhaltsstoffe im Grundwasser. Die Sulfatgehalte variieren sehr stark in Abhängigkeit der Hydrogeologie. Hohe Konzentrationen finden sich vor allem in Muschelkalk und Gipskeuper. Als anthropogene Quellen können schwefelhaltiger Dünger, Abwässer, Abfalldeponien oder auch Einträge über Niederschläge genannt werden.

Im Nordosten Hessens in der Thüringischen Senke sind die Grundwasserleiter des Muschelkalkes weit verbreitet und erklären hier die erhöhten Sulfatkonzentrationen.