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Analyse der Hochwassergenese und des Wasserhaushalts eines bewaldeten Einzugsgebietes unter dem Einfluss eines massiven Borkenkäferbefalls


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Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 53. Jahrgang, Heft 4, August 2009

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung
53. Jahrgang, Heft 4,
August 2009

Autor/Autorin:
Robert Schwarze und Burkhard Beudert

Schlagworte:
Bewaldete Einzugsgebiete, Einfluss durch Schadorganismen auf hydrologische Prozesse, Hochwassergenese, Wasserhaushalt

Im Einzugsgebiet der Großen Ohe (Nationalpark Bayerischer Wald) und der Teileinzugsgebiete Markungsgraben und Forellenbach wurde mittels einer umfassenden Analyse von Beobachtungsdaten eine Quantifizierung der Auswirkungen des Borkenkäferbefalls auf verschiedene hydrologische Prozesse erreicht. Als Methoden kamen die Durchflussganglinienanalyse (Berechnung von Abflusskomponenten und des aktuellen und mittleren Wasserhaushalts mit DIFGA), statistische Analysen (Homogenitäts- und Trenduntersuchungen) sowie tracerhydrologische Untersuchungen (Umweltisotope 3H, 18O gekoppelt mit hydrochemischen Analysen) zum Einsatz.

Ab einem Flächenteil abgestorbener Fichtenbestände von 20 % und mit zunehmendem Ausmaß stieg der Abfluss der untersuchten Bäche an, weil die Gebietsverdunstung abnahm. Die Ganglinienanalyse der Durchflüsse seit 1988 ergab zunächst steigende Beiträge des Direktabflusses, während in einer späteren Phase die schnelle Grundwasserkomponente an Bedeutung gewann. Dies wurde auf die allmähliche Öffnung von Starkwurzelgängen mit voranschreitender Verrottung zurückgeführt, so dass Niederschlagswasser schneller in den Untergrund infiltrieren kann.

Die Analyse eines Hochwasserereignisses im September 2004 erbrachte, dass der Scheitelabfluss im stark betroffenen Markungsgrabengebiet (88 % Totholz) doppelt so hoch wie im schwächer geschädigten Forellenbachgebiet (42 % Totholz) war, der gesamte Hochwasserabfluss sogar dreieinhalb mal so hoch. 45 % des Abflussvolumens dieses Ereignisses wurden über 18O als Ereigniswasser klassifiziert, 55 % als Vorereigniswasser; bezogen auf den Hochwasserscheitelabfluss waren dies 61 % bzw. 39 %. Die Verläufe von Grundwasserstand und Bodenwasserspannungen zeigten eindeutig, dass das Vorereigniswasser den oberen Bodenschichten entstammte und, mobilisiert durch Ereigniswasser, lateral ins Gerinne gelangte. Anhand der charakteristischen Veränderungen des Bachwasserchemismus (Rückgang der SiO2-Konzentration, Anstieg der Konzentrationen von DOC, K+, Aln+ und Fe2+ um das Fünf- bis Zehnfache) konnten die organischen Bodenauflagen und ihr mineralischer Kontaktbereich als Herkunftsbereich dieses Wasser identifiziert werden. Eine Mischungsanalyse mit einer synthetischen schnellen Komponente aus Auflagesickerwasser (2/3) und Kronentraufe (1/3) ergab zudem, dass das Ereigniswasser den chemischen Fingerabdruck organischer Auflagen und des mineralischen Oberbodens bei seiner Passage zum Gerinne angenommen hat.