Zitierung: Köhn, J., Meißner, R., Rupp, H., Reinstorf, F. (2020): Effekte des Klimawandels auf die Sickerwasserrate – Ein Vergleich von Ergebnissen aus Klimamodellrechnungen mit langjährigen Messungen an Grünlandlysimetern – Hydrologie & Wasserbewirtschaftung, 64, (1), 23-36. DOI: 10.5675/HyWa_2020.1_2
Langjährig erhöhte Stickstoff- und Säureimmissionen aus der Luft führten in der Vergangenheit zu einer Einschränkung der Puffer- und Filterwirkungen der Waldböden (VON WILPERT & ZIRLEWAGEN 2001). Bodenschutzkalkungen sind ein geeignetes Mittel, um den chemischen Zustand der Waldböden zu verbessern und zu stabilisieren. In zwei im Schwarzwald durchgeführten Fallstudien in den Einzugsgebieten der Talsperre Kleine Kinzig und Schluchsee wurde untersucht, ob und in welchem Maße sich die durch Waldkalkungen verbesserte Pufferkapazität der Böden auch in einer verbesserten Qualität des Bodensickerwassers widerspiegelt und somit die Qualität von Grund- und Oberflächenwasser aus bewaldeten Einzugsgebieten langfristig sichern kann. Zu diesem Zweck wurden in jeder Studie zwei unterschiedlich stark gekalkte Teileinzugsgebiete ausgewählt – eines vollständig und zum Teil mehrfach, das andere nur zu etwa 50 % gekalkt. In den insgesamt vier Teileinzugsgebieten wurde die flächenhafte Austauscherbelegung der Böden mit Neutralkationen sowie Elementfrachten mit dem Bodensickerwasser, dem Bachwasser und (nur in der Fallstudie Kleine Kinzig) dem Hanggrundwasser verglichen. In beiden Fallstudien wiesen die weniger gekalkten Flächen einen deutlich stärkeren Versauerungszustand, was sich sowohl bei der Austauscherbelegung der Böden mit Neutralkationenkonzentrationen im Boden als auch in der gewässerchemischen Ausstattung der Vorfluter zeigte.
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.
Die Ökosystemstudie Conventwald ist ein langfristiges Projekt, welches 1991 begonnen wurde und inzwischen mehr als 15 Jahre ununterbrochene Beobachtungen der Wasser- und Stoffkreisläufe in einem geschützten natürlichen Mischwald (Bannwald) und verschiedenen waldbaulich bewirtschafteten Flächen umfasst. Gelegen in einer nährstoffreichen und klimatisch begünstigten Region im Südschwarzwald, versucht die Feldstudie in erster Linie, die Verarmung des natürlicherweise ausgezeichneten Nährstoffstatus durch anthropogene Depositionen und den damit verbundenen Rückgang der Filter- und Pufferkapazität der Böden und letztlich auch des Baumwachstums zu quantifizieren. In dem Untersuchungsgebiet werden verschiedene waldbauliche Bewirtschaftungsformen (z.B. Mischung verschiedener Baumarten/-alterstufen, verschiedene Holzernteverfahren) geprüft und im Hinblick auf ihre Eignung, einer möglichen bodenchemischen Drift entgegenzuwirken, bewertet. Die Studie ergab, dass Wasser- und Stoffflüsse sehr deutlich sowohl von der Baumartenzusammensetzung als auch von der kleinräumigen Kronendichteverteilung in den Beständen abhängen. Das Systemverhalten im Gebietsaustrag lässt sich, wenn das Einzugsgebiet von räumlich heterogenen Mischbeständen bestanden ist, nur durch eine Abschätzung der flächengewichteten Beiträge der an der Abflussbildung beteiligten Einzelsituationen (Baumartenflächen, Altersstadien, Lücken etc.) verstehen. Ein Vergleich der Untersuchungsvarianten ergab, dass Buchen dominierte Bestände gegenüber Fichtenreinbeständen deutlich niedrigere Nitrat- und Sulfatausträge aus dem Wurzelraum und damit eine insgesamt niedrigere Stoffflussdichte aufweisen. Unterbrechungen des Kronendachs wirken sich in massiv erhöhten Nitratflüssen aus – dies gilt sowohl für Kahlschläge als auch für durch Einschlag von wenigen Altbäumen entstandene Lücken.
Zitierung:
Klotz, D. (2007): Einfluss des prognostizierten globalen Wandels auf die Sickerwasserparameter von Böden. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 51 (4), 170–179
Durch den prognostizierten globalen Klimawandel werden u.a. Temperaturerhöhungen von bis ca. 5 °C erwartet. Deshalb wird in Sedimentsäulen im Labor der Temperatureinfluss auf die hydraulischen Eigenschaften von Sickerwasserleitern, in Bodenlysimetern im Freiland der Einfluss einer Temperaturerhöhung um 3 °C auf die Sickerwassermenge verschiedener Böden und auf die Sickerwassergeschwindigkeit untersucht.
Die Wasserhaushaltsgrößen Abflusshöhe, Sickerwasserrate und Grundwasserneubildung werden innerhalb des Hydrologischen Atlas von Deutschland (HAD) als eigenständige Themen in den Kapiteln Oberflächenwasser, Bodenwasser und Grundwasser behandelt. Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass sie thematisch eng miteinander verknüpft sind und z.T. sogar dieselben Prozesse beschreiben. Die entsprechenden Kartendarstellungen beruhen auf voneinander unabhängigen, speziell für die Anforderungen des HAD neu entwickelten Methoden. Im vorliegenden Beitrag werden die unterschiedlichen Modellkonzeptionen vorgestellt sowie die daraus resultierenden Ergebnisse verglichen und diskutiert.
