GeoZentrum NordbayernVerdunstungsforschung und

Verdunstungsmeßstation

 

Das Wasser ist wichtigste physiologische Substanz für Pflanze und Tier, Lebensmittel, Mineral, Transportmittel, geologisches Agens und in der Hydrosphäre eingebunden in einen Kreislauf, der nichts verloren gibt, ständig die Phasen fest, flüssig, gasförmig durchläuft und gleichzeitig die Vorgänge in der Lithosphäre (Grundwasser) und Atmosphäre (Niederschlag, Abfluß, Verdunstung) in entscheidender Weise beeinflußt. Für den Geologen ist das Wasser für die Verwitterungs- und Erosionsvorgänge eine wichtige dynamische Größe, dort auch für angewandt-geologische Fragestellungen (Hochwasserschutz, Damm- und Deichbau, Bodenerosion), vor allem aber als Dominante für hydrogeologische Gegebenheiten, in besonderem Maße als Grundwasser bedeutsam.

In Deutschland geschehen Trink- und Brauchwasserversorgung in zunehmendem Maße aus dem Grundwasser. Bei der Grundwassernutzung gilt -- ähnlich wie der Hippokrates-Eid in der Medizin -- der Leitsatz, daß der Lithosphäre nicht mehr Grundwasser entnommen werden darf, als sich im entsprechenden Entnahmegebiet ständig neu bildet.

Bei dieser Kreislaufbetrachtung, die auf die (vereinfachte) Wasserhaushaltsgleichung

Niederschlag = oberirdischer Abfluß + Versickerung + Evaporation + Transpiration (letztgenannte beide Größen = Verdunstung)

zurückgreift, ist eine Bestimmung des reellen Betrages der Einzelgrößen notwendig. Zwar scheint diese Bestimmung sachlich zum Aufgabenbereich der Meteorologie, Klimatologie und Hydrologie zu gehören, bei genauer Betrachtung erweist sich jedoch, daß sich der Hydrogeologe, der v. a. an der Grundwasserneubildung (durch Versickerung) interessiert ist, selbst an dieser Bestimmung beteiligen muß.

Das geht auf die Tatsache zurück, daß in der Hydrosphärenforschung die Komponente Versickerung nicht oder über Lysimeter nur punktuell gemessen werden kann, weshalb sich exakte Gebietsgrößen nicht ermitteln lassen. Die Komponenten Niederschlag und oberirdischer Abfluß können meist nur ungenau gemessen werden. Die Bestimmung der Restgröße Verdunstung erfolgte konventionell über zweifelhafte Meßverfahren und nur lokal brauchbare Berechnungsverfahren auf der Basis ungenau meßbarer, meist nur abschätzbarer Eingangsgrößen. Das Ergebnis war, daß die dem Hydrogeologen gelieferten Daten, für die notwendigerweise möglichst hohe Genauigkeit erfordernde Berechnung des Grundwasser-Dargebotes von der Hydrosphärenforschung (aus den anderen Gliedern der Wasserhaushaltsgleichung) nicht verläßlich gelten können. Daher wurde erkannt, daß die hydrogeologische Praxis Schritte unternehmen mußte, die Haushaltsgröße Evapotranspiration selbst apparativ-meßtechnisch zu erforschen. Dieser in Erlangen vor rd. 10 - 15 Jahren eingeschlagene Weg hat in der Wasserwirtschaft, v. a. auch bei Fragen der Gewinnung oberflächennaher Rohstoffe im Grundwasserbereich und der Boden- und Waldnutzung, Anlaß für ein Umdenken gegeben und besitzt hohe landesplanerische Relevanz, und zwar sowohl für die Festlegung von Grundwasservorranggebieten als auch für die Beseitigung von Konflikten zwischen Rohstoffgewinnung, Naturschutz und Wasserwirtschaft.

Die beiden Themenbereiche "oberflächennahe Rohstoffe" und "Grundwasserhaushalt" sind durch die Verquickung der Rohstoffsicherung einerseits und des Umweltaspekts der Grund- und Trinkwassersicherung andererseits untrennbar miteinander verknüpft. Der Abbau der volkswirtschaftlich äußerst wichtigen oberflächennahen Rohstoffe Sand und Kies steht den bisher nur unzureichend geklärten Problemen des Wasserhaushalts, die sich bei einem Naßabbau dieser Rohstoffe durch die Neuerschaffung eines Gewässers ergeben, gegenüber.

Das Forschungsprojekt beschäftigt sich neben der exakten Quantifizierung der Eingangsgröße "Niederschlag" mit dem Problem der Bestimmung der hydrogeologischen Größe "Verdunstung". Diese Größe stellt in der Wasserhaushaltsgleichung neben dem unterirdischen Abfluß das am schwersten zu quantifizierende Glied dar und ist für Hydrogeologen und Wasserwirtschaftler wegen ihrer defizitiären Wirkung für die rundwassererneuerung von allergrößter Bedeutung.

Für die mathematischen Bestimmung dieser Wasserhaushaltsgröße existiert eine große Anzahl verschiedener Verdunstungsformeln, welche auch eine ebenso große Anzahl unterschiedlicher Ergebnisse liefert, durch die sich völlig widersprechende Beurteilungen des Grundwasserentzugs durch Verdunstung ermöglicht werden. Um diese Diskrepanz auszuräumen, wurde eine neuartige Klima- und Verdunstungsmeßstation entwickelt, mit welcher die Verdunstungsraten verschiedener Ökotope empirisch quantifiziert werden können. Die bisherigen Untersuchungen ergaben eindeutig, daß anhand der Formelberechnungen die Verdunstung von freien Wasserflächen meist weit überschätzt, die Verdunstung von mit emersen Pflanzen bewachsenen Feuchtgebieten ("Feuchtbiotope") hingegen sehr stark unterschätzt wird. Feuchtbiotope wirken als starke "Grundwasservernichter", freie Wasserflächen können hingegen unter gewissen Bedingungen sogar zur Grundwasseranreicherung durch die auf sie gefallenen Niederschläge beitragen. So konnte anhand des äußerst niederschlagsreichen Winterhalbjahres 1994/95 -- ähnlich dem ebenfalls sehr niederschlagsreichen Winterhalbjahr 1993/94 -- die grundwasseranreichernde Rolle einer freien Wasserfläche ohne Oberflächenabfluß verdeutlicht werden. In diesen Zeiträumen fielen in Deutschland beträchtliche Starkniederschläge. Dies' führte in Verbindung mit den einsetzenden Schneeschmeizen zu katastrophalen Hochwässern an Rhein, Main, Saar, Mosel und deren Nebenflüssen. So wurde im Winterhalbjahr 1994/95 in der Meßstation in 1,5 m Meßhöhe eine Gesamt-Niederschlagssumme von 488 mm registriert. Bei einer Wasseroberfläche des Beobachtungssees von etwa 25 ha bedeutet dies', daß während dieses Winterhalbjahres insgesamt mindestens 121,9 Millionen Liter Niederschlagswasser auf die Seeoberfläche gefallen sind; hiervon verdunstete im Winterhalbjahr lediglich eine Höchst-Gesamtmenge von max. 20,4 Millionen Liter. Der Rückhalt in Höhe von mindestens 101,5 Millionen Liter Wasser floß hier nicht als Oberflächenabfluß die Flüsse hinab, sondern konnte über die Seeufer langsam in den Grundwasserkörper eingehen.

Stillgewässer ohne oberirdischen Abfluß wirken bei starken und/oder langanhaltenden Niederschlägen ähnlich wie Hochwasser-Rückhaltekörper.

abaier@geol.uni-erlangen.de

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* Montag, 23. Februar 2009 22:15