GeoZentrum NordbayernNeue Ergebnisse zur Verdunstung von Baggerseen

VON

ALFONS BAIER & GERD LÜTTIG

(Lehrstuhl für Angewandte Geologie, Universität Erlangen)


Rohstoffgewinnung, welche in das Grundwasser eingreift, ist naturgemäß mit Einwirkungen auf den Wasserhaushalt verbunden. Sie erfordert daher eine interdisziplinäre Betrachtung, an welcher Wasserwirtschaft, Hydrologie, Klimatologie und Meteorologie auf der einen und Rohstoffwirtschaft, Lagerstättenkunde und Hydrogeologie auf der anderen Seite beteiltigt sein sollten. Bei dieser Betrachtung ist von der Wasserhaushaltsgleichung auszugehen, welche im Sinne einer Bilanz ihre Soll- und Haben-Seite aufweist und letztlich die Basis für die Forderung an den Nutzer des Grundwassers bildet, sorgsam mit dem wichtigen Umweltgut umzugehen. Dieser Forderung wird sich jeder vernünftige Mensch, auch der Betreiber einer Naßgewinnungsanlage für Sand und Kies anschließen, aber er kann dabei fordern, daß seine Entnahme von Bodenschätzen innerhalb der Gesamtnutzung von Naturraumpotential sachlich und richtig eingeschätzt wird. Das ist leider nicht der Fall, und es ist auch auf diesem Gebiet die Beobachtung zu machen, daß die moderne Gesellschaft von Gruppen beeinflußt wird, die zwar die Annehmlichkeiten der Zivilisation für sich beanspruchen, aber gerne bereit sind, jenen Mitbürgern, welche für das Wohl der Gemeinschaft sorgen, vornehmlich den Vertreter der Wirtschaft (hier der Sand- und Kieswirtschaft), den Makel der Umweltgefährdung anzuheften.

In das Bild dieser Rügenverteilung paßt die Behauptung, unsere Grundwasservorräte würden überbeansprucht, ein Bild, welches nicht richtig ist.

Hier wie in anderen Fragen der Beanspruchung des Naturraumpotentials muß, wenn man die selbstverständliche Feststellung lokaler Mängel nicht außer acht läßt, die Lokalisierung regionaler Disparitäten zum Zwecke ihrer Beseitigung der Leitgedanke landesplanerischen und ordnungspolitischen Handelns sein; man könnte dieses Prinzip mit Leichtigkeit am Bild der weltweiten Lebensmittel-, Gesundheits-, Wasser-etc.-Versorgung erklären: Nicht genereller Potentialmangel ist das Problem sondern die regionale Disparität.

Bei der Naßgewinnung von Sand und Kies -- gleiches gilt für die Förderung anderer oberflächennaher Rohstoffe, wenn sie den Grundwasserbereich tangiert, also z. B. von Braunkohle und Torf -- beruht der Vorwurf, der dem Bergbau (im weitesten Sinne) gemacht wird, auf der Behauptung, die Förderung führe infolge der Entstehung von mit Wasser gefüllten Restflächen zu einer negativen Wasserbilanz wegen der Entstehung von Räumen, in denen die Verdunstung die des umgebenden Naturraumes übertrifft. Daß dieses Axiom "Baggerseen erhöhen die Verdunstung" nicht, so wie es ausgesprochen worden ist, weiter hingenommen werden darf, haben die Verfasser mehrfach dargestellt, und diese Gegendarstellung hat in der Tat inzwischen Wirkung gezeigt, wenngleich noch nicht in allen Bereichen der Öffentlichkeit v. a. der Administration.

Klima- u. Verdunstungsmeßstation

Nun hat sich bei der inzwischen einen Zeitraum von mehr als ein Jahrzehnt deckenden, im Prinzip von der hydrogeologischen Frage der Grundwassererneuerung ausgehenden Forschung gezeigt, daß der Sachverhalt außerordentlich komplex ist, und daß diese Komplexität i. w. darauf beruht, daß das Fachgebiet der Verdunstungsforschung, das inzwischen durch schätzungsweise 50.000 Publikationen gedeckt wird, von Vertretern durchaus unterschiedlicher Fachrichtungen beackert worden ist, wobei Basiswissen, Fragestellung und Methoden so unterschiedlich sind, daß die wissenschaftliche Überschau verloren geht. Während nämlich Limnologen, Forstbiologen, Moor- und Torfkundlern die Verdunstungsvarianten Transpiration und Interzeption (Verdunstung = Evaporation + Transpiration + Interzeption = Evapotranspiration) geläufig sind, betrachten Hydrologen, Meereskundler, Meteorologen und Klimatologen das Evaporationsgeschehen viel eingehender.

Von den Gliedern der Wasserhaushaltsgleichung

Verdunstung = Niederschlag + Zufluß - Abfluß +/- Rücklage

sind für den landwirtschaftlichen Wasserwirt der Niederschlag, für den Wasserbauer der oberirdische Abfluß, für den Hydrogeologen der unterirdische Abfluß (und die Grundwassererneuerung) und für den Forstwirt Transpiration und Interzeption als Teilgrößen viel wichtiger als die anderen. Die Folge unterschiedlichen Herangehens an die Wasserhaushaltsgleichung sind z. B.

-- Wasserbilanzen, die, wenn sie richtig wären, eine Grundwassererneuerung in der Größenordnung 0 ergäben,

-- Betrachtungen der See-Verdunstung, bei der die Rolle der Ufergürtel mit Phreatophyten als Transpirations-"Pumpen" völlig vernachlässigt wird,

-- falsche Einschätzungen des Rückhaltevermögens bestimmter geologischer Körper, z. B. von Karstwasseraquiferen und vor allem von Hochmooren, denen einige "Fachgenossen" immer noch abflußregulierenden Charakter zusprechen, wiewohl Hochmoore bei bis ca. 96 % Wassergehalt kein Speichervermögen mehr besitzen.

Die Reihe dieser von Sekundäraxiomen geprägten Irrungen und Wirrungen ließe sich leicht erweitern.

Ein zweites Problem wird von der wissenschaftlich interessierten Allgemeinheit und deren die Standards erlassenden Institutionen nicht richtig eingeschätzt. Das ist das Gebiet der Bestimmung und Messung der Beträge für die Glieder der Wasserhaushaltsgleichung.

Für die Evapotranspiration hat LÜTTIG bereits die Tatsache herausgearbeitet, daß

-- die bisherigen Versuche zur Messung der Evapotranspiration völlig unzureichend sind, was v. a. für die Transpiration gilt, und

-- die Näherungsversuche über Ableitungen aus anderen, v. a. meteorologischen Meßgrößen entweder nicht zulässig sind, v. a. wenn die entsprechenden Formeln für bestimmte Klimagebiete entwickelt worden sind und in klimatisch völlig andere Regionen übertragen werden, oder durch z. T. willkürliche Umrechnungsfaktoren zu völlig naturfremden Betrachtungen stilisiert worden sind. Die Unsinnigkeit mehrer derartiger Berechnungsverfahren wird v. a. dann deutlich, wenn man die Ergebnisse der verschiedenen Verfahren an der gleichen Beobachtungsstelle miteinander vergleicht.

Das dritte und von den Verfassern mit schockartigem Erschrecken festgestellte Faktum ist, daß die Ungenauigkeit bei der Bestimmung von Wasserhaushalts-Meßgrößen nicht nur auf die Evapotranspiration beschränkt ist, sondern auch für andere Meßgrößen gilt. So ist die von meteorologisch interessierten Mitmenschen gemeinhin postulierte Genauigkeit der Niederschlagsmessung, wie BAIER (1992) gezeigt hat, leider eine gutgläubig getroffene Fehlentscheidung: Wasserhaushaltsbilanzierungen werden im allgemeinen unter Berücksichtigung der im "HELLMANN-Schreiber" aufgefangenen Niederschläge erstellt. Der HELLMANN-Schreiber wird in einer standardisierten Aufstellungsart seit langem vom Deutschen Wetterdienst zur Niederschlagsmessung verwendet, erbringt jedoch in der Regel Meßdefizite, die durch Benetzungseffekte und v.a. durch Windeinfluß und dadurch bedingtes Verwehungen der Niederschlagströpfchen über dem Auffangtrichter zurückzuführen sind.

Die während der fast dreijährigen Beobachtungsperiode an einem südhessischen Baggersee registrierten Niederschlags-Gesamtsummen ergaben -- trotz der relativ windgeschützten Lage der Meßstation -- eine Differenz von 153 l/m2 zwischen den in 1,5 m beobachteten und den in Erdbodenniveau aufgezeichneten Niederschlägen. Aus den eben dargelegten Gründen sollte an Meßstationen auch ein Niederschlagssammler in Erdbodenniveau installiert werden, welcher keine Verfälschung der Niederschlagsmessungen erwarten läßt.

Die Ergebnisse der dreijährigen Klima- und Verdunstungsbeobachtungen lassen sich in Kürze wie folgt zusammenfassen:

Die Wasserbilanzen für die Meßperiode 01.05.92 bis 30.04.95 sind unter Berücksichtigung der -- ab dem 01.06.92 getätigten -- auch in Erdbodenhöhe durchgeführten Niederschlagsmessungen in der folgenden Auflistung in Klammern angegeben.

Für die gesamte dreijährige Meßperiode vom 01.05.92 bis 30.04.95 ergaben sich am 30. April 1995 die folgenden Wasserbilanzen:

-- Für die freie Wasserfläche eine positive Wasserbilanz von +253,0 mm (+391,7 mm),

-- für den mit Rohrkolben (Typha lat.) bestandenen Boden eine positive Wasserbilanz von +151,2 mm (+290,01 mm),

-- für den mit Schilfrohr (Phragmites comm.) bestandenen Boden eine negative Wasserbilanz von -574,8 mm (-436,0 mm),

-- für den unbewachsenen Sandboden eine positive Wasserbilanz von +384,3 mm (+523,1 mm) und

-- für den mit Gras bestandenen Humusboden eine positive Wasserbilanz von +318,6 mm (+457,3 mm).

Die Beobachtungen in dem angegebenen Zeitabschnitt besagen mithin, daß die Verdunstung der freien Wasseroberfläche wesentlich geringer ist als die Evapotranspiration eines mit der emersen Hydrophyte Phragmites communis bestandenen Feuchtbodens ("Feuchtbiotop").

Auch wird am Beispiel des äußerst niederschlagsreichen Winterhalbjahres 1994/95 -- ähnlich dem ebenfalls sehr niederschlagsreichen Winterhalbjahr 1993/94 -- die grundwasseranreichernde Rolle einer freien Wasserfläche ohne Oberflächenabfluß sehr deutlich: 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 Verdunstungsmeßstation in 1,2 m Meßhöhe eine Gesamt-Niederschlagssumme von 487,7 mm und in Erdbodenhöhe sogar ein Gesamtniederschlag von 516,7 mm registriert. Bei einer Wasseroberfläche des südhessischen Baggersees 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 Baggerseeufer langsam in den Grundwasserkörper eingehen.

Baggerseen ohne oberirdischen Abfluß wirken bei starken und/oder langanhaltenden Niederschlägen ähnlich wie Hochwasser-Rückhaltekörper. Ihre Anlage ist daher kein wasserwirtschaftlicher Mißgriff, sie dient vielmehr dem Erreichen eines hydrologischen Gleichgewichts.


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* Mittwoch, 04. September 2013 20:45