Naturnahe Auenlandschaften besitzen aufgrund ihrer hohen Biodiversität und ihrer naturräumlichen Vielfalt einen hohen Stellenwert in der Hierarchie der Schutzgüter. Dabei stellt der Wasserhaushalt einen dominierenden Standortfaktor dar, der in Auen vorwiegend von der Wasserstandsdynamik im Fluss- und Grundwasser bestimmt wird (BÖHNKE & GEYER
2000: 99). Der bestimmende Steuerfaktor für Auen und Aueböden sind periodische Überflutungen aufgrund des Hochwassers in Flüssen. Der Wasserhaushalt bewegt sich dabei zwischen Überflutung durch Hochwasserereignisse und extremer Austrocknung in
Niedrigwasserzeiten. Aufgrund der häufigen Wechsel von Vernässungs- und Austrocknungsphasen stellen die Auengebiete in Bezug auf den Wasserhaushalt äußerst dynamische Systeme dar, in denen sich die wirksamen Faktoren und Prozesse räumlich und
zeitlich in unterschiedlichem Ausmaß wechselseitig beeinflussen.
Um die Prozesse und Faktoren der Beeinflussung des Wasserhaushalts in einem Auengebiet aufzulösen, wurden im Rahmen des Jena-Experiments bodenhydrologische Prozessstudien müber einen Zeitraum von 2 Jahren in der Unteraue der Saale durchgeführt (KREUTZIGER 2006).
Ziel war es die Auswirkungen des simulierten Artenverlustes in Grünlandökosystemen auf
den Bodenwasserhaushalt zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen belegen die
hohe raumzeitliche Dynamik des Bodenwasserhaushaltes auf dem Auestandort in
unmittelbarer Nähe der Saale. Nach SOPHOCLEOUS (2002) wird der Bodenwasserhaushalt von
Auestandorten in der Regel vom Grundwasser beeinflusst. Schwankungen der Grundwasserstände können sich dabei auf den Bodenwasserhaushalt auswirken.
Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Schwankungen der Grundwasserstände räumlich, im Sinne von plotspezifisch, und zeitlich aufgelöst zu erfassen bzw. zu quantifizieren und hinsichtlich des differenzierten Vegetationsbestandes zu analysieren. Des weiteren werden Niederschlagsdaten und der Pegel der Saale als externe Faktoren herangezogen, um die Abhängigkeiten der Grundwasserschwankungen mit diesen Parametern zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der lokalen Skala,
einem ca. 2 ha großen Untersuchungsgebietes in der Saaleaue, welches durch oberflächennahes Grundwasser gekennzeichnet ist.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Boden- und Grundwasser in Auenlandschaften - Stand der Forschung
2.1 Wasser der ungesättigten Bodenzone
2.2 Oberflächennahes Grundwasser (gesättigte Bodenzone)
2.3 Die Aue als Interaktionsraum zwischen Grund- und Oberflächengewässer
3 Untersuchungsstandort
3.1 Naturräumliche Eingliederung
3.1.1 Geologie und Geomorphologie
3.1.2 Böden
3.1.3 Klima
3.1.4 Hydrologie
3.1.5 Hydrogeologische Situation
3.2 Das Experimentelle Design des Jenaer Experiments
4 Material und Methoden
4.1 Datenerfassung im Gelände
4.1.1 Grundwassermessstellen
4.1.2 Regionalisierung mit Kriging-Verfahren
4.1.3 Nivellement der Messpunkte
4.1.4 Probennahme und physiko-chemische Untersuchungen
4.2 Bodenphysikalische und chemische Untersuchungsmethoden
4.2.1 Bestimmung des Wassergehalts
4.2.2 Bestimmung des Gehaltes an organischer Substanz (Glühverlust)
4.2.3 Totalaufschluss
4.3 Analytische Messmethoden
4.3.1 ICP-OES
4.3.2 ICP-MS
4.3.3 Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)
4.3.4 Photometer
4.4 Atmosphärische Randbedingungen - Meteorologische Kenngrößen
4.5 Pumpversuch (Bestimmung der geohydraulischen Leitfähigkeit kf)
5 Ergebnisse
5.1 Hydrologische Messungen
5.1.1 Grundwasserganglinien im Untersuchungszeitraum Oktober 2006 – April 2007
5.1.2 Grundwasserstand und Wasserstand der Saale
5.1.3 Niederschlag und Dynamik der Grundwasserstände
5.1.4 Charakteristische Grundwasserschwankungen ausgewählter Zeiträume
5.1.5 Einfluss der Biodiversität auf die Grundwasserschwankungen
5.2 Physiko-chemische und hydrochemische Messungen des Grundwassers
5.2.1 Geogene Hydrochemie
5.2.2 Stichtagsbeprobung des Grundwasser auf dem Untersuchungsstandort am 06.11.2006
5.2.2.1 physiko-chemische Parameter
5.2.2.2 Hydrochemische Parameter
5.3 Hydrochemische Charakterisierung des Bodenwassers
5.4 Vergleich zwischen der Sicker- und Grundwasserbeschaffenheit
5.5 Ergebnisse und Auswertung der Bodenparameter
5.5.1 Bodenwassergehalte
5.5.2 Korngrößenanalyse
5.5.3 Gehalt an organischem Kohlenstoff
5.6 Ergebnisse Totalaufschluss
5.7 Die Muster der Lanthanide (Selten Erden Elemente – SEE)
5.8 Auswertung des Pumpversuchs zur Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes
6 Interpretation und Diskussion der Ergebnisse
6.1 Charakterisierung der räumlichen und zeitlichen Unterschiede der oberflächennahen Grundwasserdynamik
6.2 Charakterisierung der Wechselbeziehung zwischen Grundwasserstand, Oberflächenwasser (Saale) und Niederschlag
6.3 Charakterisierung der Wechselbeziehung zwischen Grundwasserstand und Biodiversität
6.4 Charakterisierung der Grundwasserbeschaffenheit
6.4.1 physiko-chemische Parameter
6.4.2 Hydrochemische Parameter
6.5 Charakterisierung der Bodenlösung
6.6 Totalaufschluss
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die raumzeitliche Dynamik von Grundwasserschwankungen im Jena-Experiment und deren Abhängigkeit von externen Faktoren wie Niederschlag, Saalepegel sowie dem Vegetationsbestand. Ziel ist die Quantifizierung dieser Prozesse auf lokaler Skala.
- Hydrogeologische und hydrologische Dynamik in Auenlandschaften
- Einfluss von Flusswasserständen (Saale) und Niederschlägen auf Grundwasserpegel
- Bodenphysikalische und hydrochemische Beschaffenheit des Grund- und Bodenwassers
- Statistische Analyse der Korrelationen zwischen Wasserständen und Umweltvariablen
- Untersuchung potenzieller Zusammenhänge zwischen Biodiversität und Bodenwasserhaushalt
Auszug aus dem Buch
1 Einleitung
Als wesentlicher Bestandteil des Wasserhaushaltes der Erde unterliegt das Grundwasser sehr stark klimatischen Einflüssen. Die Schwankungen des Grundwasserspiegels sind aber nicht nur eine Folge von wechselnden Niederschlags- und Verdunstungsverhältnissen. Auch Temperaturänderungen in den Bodenschichten und sogar der tägliche Wasserbedarf von Pflanzen lassen sich z. T. in Zeitreihen von Grundwasserständen nachweisen. Darüber hinaus gibt es zahlreiche weitere natürliche Vorgänge, die eine Bewegung des Grundwasserspiegels auslösen. So ändert sich der Wasserstand in einem Beobachtungsrohr mit dem Luftdruck. Die Dynamik des oberflächennahen Grundwassers wird in Flussnähe zusätzlich durch die Flusswasserstände beeinflusst.
Naturnahe Auenlandschaften besitzen aufgrund ihrer hohen Biodiversität und ihrer naturräumlichen Vielfalt einen hohen Stellenwert in der Hierarchie der Schutzgüter. Dabei stellt der Wasserhaushalt einen dominierenden Standortfaktor dar, der in Auen vorwiegend von der Wasserstandsdynamik im Fluss- und Grundwasser bestimmt wird (BÖHNKE & GEYER 2000: 99). Der bestimmende Steuerfaktor für Auen und Aueböden sind periodische Überflutungen aufgrund des Hochwassers in Flüssen. Der Wasserhaushalt bewegt sich dabei zwischen Überflutung durch Hochwasserereignisse und extremer Austrocknung in Niedrigwasserzeiten. Aufgrund der häufigen Wechsel von Vernässungs- und Austrocknungsphasen stellen die Auengebiete in Bezug auf den Wasserhaushalt äußerst dynamische Systeme dar, in denen sich die wirksamen Faktoren und Prozesse räumlich und zeitlich in unterschiedlichem Ausmaß wechselseitig beeinflussen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Definiert die Forschungsfrage und das Ziel, die räumliche und zeitliche Dynamik des Grundwassers im Jena-Experiment zu erfassen.
2 Boden- und Grundwasser in Auenlandschaften - Stand der Forschung: Erläutert die theoretischen Grundlagen der hydrologischen Prozesse in Auen, insbesondere die Interaktion zwischen Oberflächen- und Grundwasser.
3 Untersuchungsstandort: Beschreibt das Jenaer Experiment, die naturräumliche Geologie, Böden, Klima und die hydrologische Ausgangssituation.
4 Material und Methoden: Detailliert das Messkonzept, die Installation der Drucksonden sowie die chemischen und bodenphysikalischen Untersuchungsmethoden.
5 Ergebnisse: Präsentiert die erhobenen Daten zu Grundwasserganglinien, Hydrochemie und Bodenparametern im Untersuchungszeitraum.
6 Interpretation und Diskussion der Ergebnisse: Analysiert die gewonnenen Daten im Kontext der Forschungsfragen und der hydrologischen Literatur.
Schlüsselwörter
Grundwasser, Jena-Experiment, Auenlandschaft, Saale, Hydrologie, Biodiversität, Bodenwasserhaushalt, Hydrochemie, Grundwasserschwankungen, Infiltration, Sickerwasser, Bodenparameter, Präferenzieller Fluss, Drucksonden, Wasserstandsdynamik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit primär?
Die Arbeit untersucht die räumlich und zeitlich hoch aufgelösten Schwankungen des Grundwasserspiegels auf dem Biodiversitätstestfeld des "Jena-Experiments" in der Saaleaue.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Arbeit deckt die hydrologische Dynamik, hydrochemische Prozesse, bodenphysikalische Eigenschaften und den Einfluss der Vegetation (Biodiversität) auf den lokalen Wasserhaushalt ab.
Was ist die zentrale Forschungsfrage?
Wie beeinflussen externe Faktoren wie der Pegelstand der Saale und Niederschläge die Grundwasserschwankungen und besteht ein messbarer Zusammenhang zwischen der Biodiversität der Pflanzen auf den Versuchsflächen und dem lokalen Wasserhaushalt?
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Verwendung von Drucksonden für kontinuierliche Pegelmessungen, Kriging-Verfahren zur Regionalisierung, chemische Analysen (ICP-OES, ICP-MS) und statistische Korrelationsanalysen der Wasserstandsdaten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung des Untersuchungsgebiets, die detaillierte Methodenbeschreibung, die Präsentation der hydrologischen und hydrochemischen Messergebnisse sowie deren Interpretation im Vergleich zu aktuellen wissenschaftlichen Modellen.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Grundwasser, Jena-Experiment, Saaleaue, Stofftransport, hydrologische Dynamik und Wasserstandsvariabilität.
Welche Rolle spielt die Saale für die Grundwasserstände im untersuchten Areal?
Der Pegelstand der Saale ist der dominierende externe Faktor, der die Grundwasserstände stark beeinflusst und in Flussnähe für die stärksten Amplituden sorgt.
Konnte ein direkter Einfluss der Biodiversität auf die Grundwasserschwankungen nachgewiesen werden?
Nein, innerhalb des Untersuchungszeitraums konnte kein signifikanter Zusammenhang zwischen der Anzahl der Pflanzenarten auf den Plots und den gemessenen Grundwasserschwankungen festgestellt werden; der Einfluss der hydrologischen Randbedingungen überwog.
- Quote paper
- Daniel Mirgorodsky (Author), 2007, Untersuchung der Grundwasserschwankungen. Hydrologische, hydrogeologische und vegetationsspezifische Einflüsse auf das Biodiversitätstestfeld, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/87360
