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Untersuchungen der längerfristigen Wechselwirkung zwischen Klima und Grundwasserständen auf der regionalen Skala Jan van Heyden 1, Roland Barthel 1, Thorben.

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1 Untersuchungen der längerfristigen Wechselwirkung zwischen Klima und Grundwasserständen auf der regionalen Skala Jan van Heyden 1, Roland Barthel 1, Thorben Römer 1, András Bárdossy 2 1 Jungwissenschaftlergruppe Grundwasserhydraulik und Grundwasserwirtschaft, 2 Lehrstuhl für Hydrologie und Geohydrologie Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart

2 Untersuchungen der längerfristigen Wechselwirkung zwischen Klima und Grundwasserständen auf der regionalen Skala 1.Motivation der Untersuchung 2.Datenlage 3.Ergebnisse 4.Fazit und Ausblick

3 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Glowa-Danube: Einzugsgebiet der oberen Donau A o ca km² Global Change Folgen im Donaueinzugsgebiet (Wasser, Landnutzung, Landwirtschaft, Ökonomie, Tourismus ….) Integrierter / Interdisziplinärer Ansatz: 12 Gruppen aus unterschiedlichen Disziplinen (Meteorologie … Tourismusforschung) Entscheidungs- Unterstützungs-SystemDANUBIA, bestehend aus 16 voll gekoppelten Einzelmodellen B A B A

4 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Motivation und Zielsetzung Motivation …Beurteilung des mengenmäßigen Zustands sämtlicher Grundwasserkörper oder Gruppen von Grundwasserkörpern einschließlich der Beurteilung der verfügbaren Grundwasserressource… (WRRL, 2000) Welches sind die wirksamen Einflüsse auf das längerfristige Verhalten des Grundwasser auf der regionalen Skala? In dieser Präsentation: Welchen Einfluss hat die Grundwasserneubildung aus Niederschlag? Lassen sich weitere Einflussfaktoren identifizieren?

5 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Datenlage Auswahl an Messstellen anhand der Grund.- und Landesmessnetze der Länder Ca. 800 ausgewählte GW-Messstellen 535 über 10a 75 über 30a 25 über 50a

6 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Vergleich verschiedener Grundwasserstandsmessreihen

7 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Vergleich verschiedener Grundwasserstandsmessreihen Wie lässt sich die unterschiedliche Variabilität erklären? Viele verschiedene Einflussfaktoren Standortfaktoren (quasi stationär) –(Hydro-) Geologie –Mittlerer Flurabstand –Landnutzung –… Zu.-/Abflüsse (instationär) –Grundwasserneubildung aus Niederschlag –Oberflächenwasser - Grundwasserinteraktion –Grundwasserentnahme –Zusickerung aus anderen Grundwasserstockwerken –…

8 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Grundwasserneubildung aus Niederschlag gesättigte Zone ungesättigte Zone Niederschlag – ET - R D Grundwasserneubildung aus Niederschlag

9 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Grundwasserneubildung aus Niederschlag gesättigte Zone ungesättigte Zone Niederschlag – ET - R D Grundwasserneubildung aus Niederschlag ? ? Viele Unsicherheiten auf regionaler Skala Zeitlicher Versatz/Dämpfung? Zwischenabfluss ? ET ? ? ?

10 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Direkte Grundwasserneubildung gesättigte Zone ungesättigte Zone Niederschlag – ET - R D Grundwasserneubildung aus Niederschlag ? ? ? ? ! ! Längerfristig: Niederschlag Grundwasserstand Viele Unsicherheiten auf regionaler Skala Zeitlicher Versatz/Dämpfung? Zwischenabfluss ? ET ?

11 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Klima - Grundwasserinteraktion Erste Auswahl Zeitraum GW Messstellen des Alluviums Sandig/kiesige Aquifere Mittlere Flurabstände 1,5m – 13,5m 7 benachbarte Klimastationen Entfernung 10 bis 40km Teils unterschiedliche EZG

12 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Übersicht Klima Zeitraum Absolutwerte des Niederschlags deutliche Unterschiede Mittlerer Jahresgang ähnlich Längerfristiges Verhalten auch ähnlich? 648 mm 8.5 °C 1805 mm 6.3 °C

13 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Wie bestimmt man das längerfristige mittlere Verhalten? JG dominiert Kurzfristige Wellenlängen original Periodogram

14 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Wie bestimmt man das längerfristige mittlere Verhalten? original Wellenlängen kleiner 1a eliminiert JG dominiert Kurzfristige Wellenlängen LP Filter JG schwächer Langwellige Komponenten deutlicher

15 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Wie bestimmt man das längerfristige mittlere Verhalten? original Wellenlängen kleiner 1a eliminiert Wellenlängen kleiner 2a eliminiert JG dominiert Kurzfristige Wellenlängen LP Filter JG schwächer Langwellige Komponenten deutlicher JG eliminiert Nur längerfristiges Verhalten übrig

16 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Vergleich des langfristigen Verhaltens von Klima und GW Vergleich Klimastationen untereinander Pearson Korrelation der gefilterten Zeitreihen Klimadaten zeigen mittlere bis stark positive Zusammenhänge untereinander Temperaturen zwischen 0.83 – 0.98 Niederschlag zwischen 0.51 – 0.88

17 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Vergleich des langfristigen Verhaltens von Klima und GW Vergleich Klimastationen untereinander Pearson Korrelation der gefilterten Zeitreihen Klimadaten zeigen mittlere bis stark positive Zusammenhänge untereinander Temperaturen zwischen 0.83 – 0.98 Niederschlag zwischen 0.51 – 0.88 Längerfristiges Klimaverhalten für das Untersuchungsgebiet ähnlich!

18 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Vergleich des langfristigen Verhaltens von Klima und GW Vergleich Grundwassermessstellen Pearson Korrelation der gefilterten Zeitreihen Grundwasserstände überwiegend keine bis schwach positive Zusammenhänge untereinander

19 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Vergleich des langfristigen Verhaltens von Klima und GW Vergleich Grundwassermessstellen Pearson Korrelation der gefilterten Zeitreihen Grundwasserstände überwiegend keine bis schwach positive Zusammenhänge untereinander Größtenteils keine Zusammenhänge trotz ähnlichem Klimaverhalten Andere Einflussfaktoren

20 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Niederschlag - Grundwasserinteraktion Vergleich Klimastationen (Niederschlag) und Grundwassermessstellen Schwach bis stark positive Zusammenhänge (0,26 - 0,84) Zeitversatz 2 bis 60 Wochen

21 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Niederschlag - Grundwasserinteraktion Vergleich Klimastationen (Niederschlag) und Grundwassermessstellen Schwach bis stark positive Zusammenhänge (0,26 - 0,84) Zeitversatz 2 bis 60 Wochen Niederschlag je nach Standort wechselnd starker Einfluss Statt Niederschlag andere Einflussfaktoren dominierend?

22 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Niederschlag - Grundwasserinteraktion Max. Korrelation 0,84 bei -28 Wochen Filtertiefe 0,6m – 5,0m 1 km Donau

23 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Niederschlag - Grundwasserinteraktion Lineare Regression 58,7% der Varianz aus Niederschlag Wie lässt sich die restliche Variabilität erklären?

24 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Wie lässt sich die restliche Variabilität erklären? Zusätzlich längerfristige Wasserstand Donau: 85,7% der Varianz 1 km 1,5 km Donau Einflussfaktor: Oberflächengewässer Interaktion

25 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Wie lässt sich die restliche Variabilität erklären? Weitere Faktoren: Anthropogene Einflüsse Landnutzung Entnahmen? 1 km 1,5 km Donau 1985 Kraftwerk Geisling BJ 1985

26 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Fazit Anteil der durch Niederschlag erklärbaren längerfristigen Variabilität des Grundwasserstandes stark standortabhängig Zeitversatz von 2 bis 60 Wochen identifizierbar Wasserstand benachbarter Oberflächengewässer kann weitere Variabilitäten erklären

27 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Ausblick Einflussanteil Oberflächengewässer/Niederschlag Einfluss Temperatur (Verdunstung) Wechselwirkung unter Instationarität Anthropogene Einflüsse abgrenzen

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

29 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Übersicht Grundwasserstandszeitreihen

30 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden Beispiel Stausee Dingolfing Landau siehe Donauried Hessisches Ried


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