Umweltplanung/Sonderfragen/Umweltindikatoren

Umweltindikatoren Hessen

Klimafolgen - Grundwasserneubildung

  1. Jährlicher Mittelwert [mm/a]

  2. Abweichung vom langjährigen Mittel (1971 – 2000) [%]

 

Bedeutung

Für eine nachhaltige Bewirtschaftung der natürlichen Grundwasserressourcen sind die Ermittlung der Grundwasserneubildungsraten und die Abschätzung erschließbarer Grundwassermengen von zentraler Bedeutung.

Die Witterung bzw. das Niederschlagsregime haben den größten Einfluss auf die Grundwasserneubildung.
Neben Menge und jahreszeitlicher Verteilung der Niederschläge als wichtigste Steuergrößen für die Grundwasserneubildung, nehmen weitere klimatologische, landnutzungsspezifische, morphographische, pedologische und hydro(geo)logische Faktoren Einfluss auf die Neubildungsraten.

Veränderte Neubildungsraten mit entsprechenden jahreszeitlichen Schwankungen können darüber hinaus weitere Auswirkungen haben wie z. B. eine Stickstoffmineralisierung im Boden, die bei hohen Temperaturen sowie geringer Bodenfeuchte in den Sommermonaten nahezu zum Stillstand kommt, im Herbst jedoch bei einer Wiederbefeuchtung des Bodenkörpers zu einer verstärkten N-Mobilisation aus der organischen Bodensubstanz führen kann. Damit erfolgt eine verstärkte Nitratanlieferung zu einer Jahreszeit, in der das Pflanzenwachstum und der Entzug von Nitrat durch die Pflanzenaufnahme relativ gering sind. Bei erhöhter Grundwasserneubildung wird die Nitratauswaschungsgefährdung merklich erhöht.

Die Modellierung der Grundwasserneubildung soll als Umweltindikator dauerhaft im Sinne eines Monitoring jährlich fortgeschrieben werden. Nur so lassen sich durch den Klimawandel bedingte Veränderungen frühzeitig erkennen und die Trends der Szenariensimulationen überprüfen.

Bei dem derzeitigen Verfahren ist jedoch zu beachten, dass dieses Verfahren ursprünglich für die Ermittlung langjähriger Mittelwerte der Grundwasserneubildung entwickelt wurde, so dass die ermittelten Jahreswerte mit Unsicherheiten behaftet sind. Zur Optimierung der Berechnung jährlicher Grundwasserneubildungsraten müssen Verfahren mit einer zeitlich höheren Auflösung (Tagesschritte) für die an der Grundwasserneubildung beteiligten Prozesse eingesetzt werden. Bis zur Verfügbarkeit eines geeigneteren Verfahrens wird das hier beschriebene Modellkonzept unter Inkaufnahme gewisser Modellunsicherheiten für die Ermittlung von jährlichen Grundwasserneubildungsraten weiterhin eingesetzt.

Definition

Im Jahr 2004 wurden vom damaligen Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie flächendifferenzierte Wasserhaushaltsmodellierungen für die Gesamtfläche des Bundeslandes Hessen durchgeführt. Dabei wurde auch die Grundwasserneubildung als eine der langjährigen mittleren Wasserhaushaltskomponenten für die Periode 1971 – 2000 ermittelt.

Die Ermittlung der Grundwasserneubildung soll für den Indikator jährlich erfolgen und wird als gemittelter Wert für ganz Hessen berechnet unter Berücksichtigung der korrigierten Niederschlagshöhen und der Grasreferenzverdunstung als monatliche Rasterdaten des jeweils letzten Jahres. Eine Korrektur des Niederschlags ist erforderlich, da z. B. durch Verdunstungs- und Benetzungsverluste und durch Überwehen des Messgerätes Messfehler entstehen. Die korrigierten Niederschlagshöhen werden vom Deutschen Wetterdienst (DWD) bereitgestellt. Die Grasreferenzverdunstung wird berechnet als Verdunstung über einer standardisierten Grasfläche auf einheitlichem Boden bei optimaler Wasserversorgung. Sie ist die potenzielle maximale Wassermenge, die dem Boden durch das Gras entzogen werden kann.

Für die Modellierung der Grundwasserneubildung kommt ein zweistufiges, GIS-gestütztes Verfahren („GWN-Hessen“) zum Einsatz, mit dem sich sowohl die zeitliche als auch die räumliche Variabilität der Grundwasserneubildung untersuchen lässt. Bei dem Verfahren handelt es sich um die Kopplung eines empirischen Einschicht-Bodenwasserhaushaltsmodells (BWHM) mit einem speziell für Hessen entwickelten Regressionsmodell (HERGESELL & BERTHOLD 2005).

Im ersten Verfahrensschritt berechnet das BWHM in Monatsschritten in Abhängigkeit von Klima, Landnutzung und Bodeneigenschaften die tatsächliche Evapotranspiration und die gesamte aus einem Bilanzierungsraum abfließende Wassermenge, die als Gesamtabfluss bezeichnet wird. Im zweiten Verfahrensschritt wird die Jahressumme des Gesamtabflusses mit dem im HLNUG auf Basis von Abflussmessungen entwickelten Regressionsmodell in Abhängigkeit von klimatologischen, landnutzungsspezifischen, morphographischen, pedologischen und hydro(geo)logischen Gebietseigenschaften in die beiden Abflusskomponenten Grundwasserneubildung und Direktabfluss separiert. Die Abflussseparation bzw. die Ermittlung der Grundwasserneubildung erfolgt durch die multiplikative Verknüpfung des durch das Regressionsmodell ermittelten flächendifferenzierten Baseflow-Index mit dem Gesamtabfluss des BWHM.

Datenquelle

Das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie ermittelt die Daten mit eigenen Wasserhaushaltsmodellierungen unter Verwendung von Grunddaten des Deutschen Wetterdienstes und stellt sie jährlich zur Verfügung.


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