Forschung

Einfluss von Landnutzungs- und Klimaveränderungen auf den Wasserhaushalt kleiner Mittelgebirgs-Einzugsgebiete

Einfluss von Landnutzungs- und Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt kleiner Mittelgebirgs-Einzugsgebiete, Quelle: Pöhler, Dunger, Matschullat (2005), Pöhler (2006)

Diagramm zum Einfluss von Landnutzungs- und Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt kleiner Mittelgebirgs-Einzugsgebiete, Quelle: Pöhler, Dunger, Matschullat (2005), Pöhler (2006)

 

 

 

 

Pöhler, Dunger, Matschullat (2005), Pöhler (2006)

Eingriffe des Menschen in den Naturhaushalt, wie dies zum Beispiel bei Landnutzungsänderungen oder im Zuge des Klimawandels geschieht, bewirken immer auch Veränderungen hinsichtlich des Wasserhaushalts. Um diese Veränderungen quantitativ zu erfassen, werden Wasserhaushalts- bzw. Niederschlag-Abfluss-Modelle verwendet. Auf der Basis von morphologischen, pedologischen, meteorologischen und Bewuchs-/Nutzungsinformationen sind diese Modelle in der Lage, die wesentlichen hydrologischen Prozesse, die im System Boden/Pflanze/Atmosphäre ablaufen, zu quantifizieren. Die Ergebnisse solcher Untersuchungen stellen eine wesentliche Grundlage für territoriale Entscheidungsträger dar. 

Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserneubildung und die Abflussdynamik in urbanen Gebieten

Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserneubildung und die Abflussdynamik in urbanen Gebieten, Quelle: Tesch (2013)

Diagramm zu Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserneubildung und die Abflussdynamik in urbanen Gebieten, Quelle: Tesch (2013)

 

 

 

 

Tesch (20Legende zu Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserneubildung und die Abflussdynamik in urbanen Gebieten, Quelle: Tesch (2013)13)

Diagramm zum Jahresabfluss Weidigtbach [mm/a], Quelle: Leistner, Hänsel, Dunger (2013)

Legende zum Diagramm Jahresabfluss Weidigtbach [mm/a], Quelle: Leistner, Hänsel, Dunger (2013)

 

 

Leistner, Hänsel, Dunger (2013)


Der prognostizierte Klimawandel stellt urbane Gebiete, bedingt durch die hohe Bevölkerungsdichte und die dadurch bedingte geringere Pro-Kopf-Verfügbarkeit von Ressourcen, vor besondere Herausforderungen. Eine dieser Herausforderungen stellt die zukünftig zu erwartende Verknappung der Grundwasserneubildungsmengen und die Erhöhung der Abflussdynamik in Form von häufiger auftretenden Starkregenereignissen auf der einen Seite und länger andauernden Trockenperioden auf der anderen Seite dar. Auf der Basis von Wasserhaushalts- und Niederschlag-Abfluss-Modellen lassen sich Aussagen dazu ableiten, wie wahrscheinlich eine Verknappung von Wasserressourcen in der Zukunft ist.

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Modellierung des Feststofftransports in Fließgewässern

Für Fließgewässer existieren eine Reihe erprobter Modelle bezüglich des Wasser- und Feststofftransports, die auf hydraulisch-sedimentologischen Erkenntnissen basieren. Die Anwendung solcher Modelle setzt eine detaillierte Kenntnis der Bedingungen im Untersuchungsgebiet voraus. Oftmals sind solche Kenntnisse jedoch nicht in ausreichender zeitlich-räumlicher Differenziertheit verfügbar. Dies betrifft z. B. hochauflösende Niederschlags- und Feststofftransportdaten, die u. a. zur Modellkalibrierung genutzt werden können. In solchen Fällen kommt man nicht umhin, feststofftransportrelevante Niederschlagsreihen zu synthetisieren und mit vergleichsweise einfach zu parametrisierenden Abfluss-  und Transportmodellen zu arbeiten. Auch solche Modelle können zufriedenstellende Ergebnisse liefern, falls entsprechende Kalibrierungsmöglichkeiten vorliegen.

Diagramm zur Modellierung des Feststofftransports in Fließgewässern, Quelle: Al-Mukhtar, Dunger, Merkel (2013)Diagramm 2 zur Modellierung des Feststofftransports in Fließgewässern, Quelle: Al-Mukhtar, Dunger, Merkel (2014)

 

 

 

 
Al-Mukhtar, Dunger, Merkel (2013)    Al-Mukhtar, Dunger, Merkel (2014)

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Quantifizierung wasserhaushaltlicher Prozesse im Zuge der Sicherung von Halden, Kippen und Deponien

Quantifizierung wasserhaushaltlicher Prozesse im Zuge der Sicherung von Halden, Kippen und Deponien, Quelle: Dunger, Müller, Augustin (2014)Diagramm zur Quantifizierung wasserhaushaltlicher Prozesse im Zuge der Sicherung von Halden, Kippen und Deponien, Quelle: Dunger, Müller, Augustin (2014)

 

 

 

Dunger, Müller, Augustin (2014)

Im Zuge der Verwahrung ehemaliger Halden, Kippen und Deponien ist eine Vielzahl von Maßnahmen notwendig. Eine dieser Maßnahmen ist die Oberflächensicherung, die eine Abdeckung/Abdichtung und Begrünung beinhaltet. Im Zusammenhang damit sind seitens des Wasserhaushalts eine Vielzahl von Dingen zu klären, so u. a. die an der Basis des Systems ankommenden Sickerwassermengen sowie die Langzeitbeständigkeit der Sicherungsmaßnahmen bezüglich des Erhalts der Funktionalität der zur Sicherung verwendeten Schichten und bezüglich der Chancen einer ausreichend guten Bewuchsentwicklung. Hierfür ist es notwendig, einerseits die langjährige wasserhaushaltliche Situation z. B. auch unter dem Aspekt klimatischer Veränderungen zu betrachten und andererseits das Verhalten im Starkregenfall zu untersuchen.

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Hydrogeophysik

Hydrogeophysik ermöglicht die Nutzung geophysikalischer Methoden für hydrogeologische Fragestellungen, wie beispielsweise die Kartierung von Strukturen im Untergrund, die Abschätzung von hydrogeologischen Eigenschaften und deren räumliche Variabilität und das Monitoring von hydrogeologischen Prozessen, die für hydrogeologische Studien im Bereich von Wasserressourcen, Schadstofftransport und ökologische und klimatische Untersuchungen von Bedeutung sind. Hydrogeophysikalische Verfahren sind nicht bis minimal invasiv, relativ kostengünstig und zeiteffizient und können sowohl im Labor als auch im Feld auf verschiedenen Skalen und mit unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung durchgeführt werden. Die verwendeten Verfahren umfassen unter anderem seismische Refraktion und Reflektion, Elektrische Widerstands- und Impedanzmessungen und Elektromagnetische Verfahren.

Mit Hilfe der Spektralen Induzierten Polarisation können bspw. Aussagen über die elektrische Leitfähigkeit und chemische Zusammensetzung des Porenfluids, Wassersättigung, Porenstruktur, Porengrößenverteilung und über ablaufende Prozesse gemacht werden.

Sandstein mit Aluminiumchlorid-Lösung gesättigt. Deutliche Änderung in den Phasen-spektren weisen auf ablaufende chemische Prozesse im Porenraum hin.

 

 

 Breede (2006)

Real- und Imaginärteil der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung des Porenfluids.

 

 

 

 

 

 

Breede (2006)

 

Aufnahme des Sandsteins mit dem Rasterelektronenmikroskop nach Durchführung der elektrischen Impedanzmessungen.

 

 

 

Breede (2006)

Elektrische Impedanzmessungen an Sand in Abhängigkeit von der Wassersättigung.

 Breede et al. (2011)

Elektrische Impedanzmessungen; links: Rela-xationszeit vs. Matrixpotenzial; rechts: Relaxationszeit in Abhängigkeit vom Porenradius.Elektrische Impedanzmessungen: Beziehung zwischen Relaxationszeit und ungesättigter hydraulischer Leitfähigkeit.

 

 

 Breede (2013)

 

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