Untersuchungen der längerfristigen Wechselwirkung zwischen Klima und Grundwasserständen auf der regionalen Skala Jan van Heyden1, Roland Barthel1, Thorben.

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1 Untersuchungen der längerfristigen Wechselwirkung zwischen Klima und Grundwasserständen auf der regionalen Skala Jan van Heyden1, Roland Barthel1, Thorben Römer1, András Bárdossy2 1Jungwissenschaftlergruppe Grundwasserhydraulik und Grundwasserwirtschaft, 2Lehrstuhl für Hydrologie und Geohydrologie Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart

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

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

4 Motivation und Zielsetzung
„…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? Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

5 Ca. 800 ausgewählte GW-Messstellen
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 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

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

7 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 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

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

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

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

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

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

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

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

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

16 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 – 0.98 Niederschlag zwischen – 0.88 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

17 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 – 0.98 Niederschlag zwischen – 0.88 Längerfristiges Klimaverhalten für das Untersuchungsgebiet ähnlich! Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

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

19 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 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

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

21 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? Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

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

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

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

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

26 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 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

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

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

29 Übersicht Grundwasserstandszeitreihen
1 1 2 2 1 2 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

30 Beispiel Stausee Dingolfing Landau
siehe Donauried Hessisches Ried 1 2 3 Tag der Hydrologie, Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden