Jan van Heyden 1 , Roland Barthel 1 , Thorben Römer 1 , András Bárdossy 2

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. 77.000 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 Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

4. 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? Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

5. 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 Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

6. Vergleich verschiedener Grundwasserstandsmessreihen 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 • … Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

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

11. Klima - Grundwasserinteraktion • Erste Auswahl • Zeitraum 1956-2006 • 10 GW Messstellen des Alluviums • Sandig/kiesige Aquifere • Mittlere Flurabstände 1,5m – 13,5m • 7 benachbarte Klimastationen • Entfernung 10 bis 40km • Teils unterschiedliche EZG Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

12. Übersicht Klima 648 mm 8.5 °C • Zeitraum 1956-2006 • Absolutwerte des Niederschlags deutliche Unterschiede • Mittlerer Jahresgang ähnlich • Längerfristiges Verhalten auch ähnlich? 1805 mm 6.3 °C Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

13. Wie bestimmt man das „längerfristige“ mittlere Verhalten? Periodogram • JG dominiert • Kurzfristige Wellenlängen original 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 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 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 0.83 – 0.98 • Niederschlag zwischen 0.51 – 0.88 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 0.83 – 0.98 • Niederschlag zwischen 0.51 – 0.88 Längerfristiges Klimaverhalten für das Untersuchungsgebiet ähnlich! 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 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 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 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? Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden

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

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

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

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

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

28. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

29. Beispiel Stausee Dingolfing Landau siehe Donauried Hessisches Ried 1 2 3 Dipl.- Hydrol. Jan van Heyden