Description: Grundwasserneubildung ist eine wichtige Komponente des natürlichen Wasserkreislaufs, die eine zentrale Bedeutung für die nachhaltige Nutzung der Grundwasserressourcen hat. Zukünftige Landnutzungsänderungen und Verschiebungen durch den Klimawandel erfordern mehr denn je detailliertes Wissen über räumliche Verteilung, Intensität und zeitliche Variabilität der Grundwasserneubildung, ebenso, wie der Eintrag von Düngemitteln und Agrochemikalien ins Grundwasser. Ihre Abschätzung und Messung ist jedoch schwierig, da sie räumlich und zeitlich sehr variabel ist, große Gebiete betrifft und nicht direkt von der Landoberfläche messbar ist. Die Anwendung von Messungen des natürlichen Neutronenhintergrunds an der Landoberfläche (CRNS) könnte erstmalig konkret dazu genutzt werden, Grundwasserneubildungsraten für größere Flächen als bisher abzuschätzen. Durch die hohe Sensitivität und die räumliche Mittelung der Methode kann nicht nur die Dynamik der Bodenfeuchte im Oberboden repräsentativ und nicht-invasiv erfasst werden, sondern ebenso Schnee, der als saisonaler Wasserspeicher einen relevanten und kurzfristigen Beitrag zur Grundwasserneubildung liefern kann. Die Forschungsfragen dieses Teilprojekts der Forschergruppe 'Cosmic Sense' konzentrieren sich darauf, 1) wie die gewonnenen CRNS Daten zur Abschätzung der Grundwasserneubildung eingesetzt werden können, auch wenn mit CRNS allein bisher noch keine komplette Wasserbilanz des gesamten Bodenkompartiments möglich ist; 2) diese Abschätzung bei der experimentellen Untersuchung mehrerer, unterschiedlicher Standorte einzusetzen und zu validieren; und 3) über CRNS erstmalig auch Schnee in die Bilanzierung einzubeziehen und Schneewasseräquivalente für hydrologische Modelle zur Verfügung zu stellen. Für die Interpretation der experimentellen Daten werden sowohl die Ergebnisse eindimensionaler Simulationen der Bodenwasserströmung herangezogen als auch der Vergleich mit einer hydrogeophysikalischen Messung der Wasserverteilung im Boden bis zum Grundwasser (in einem anderen Teilprojekt). Bei den beiden Großversuchskampagnen der Forschergruppe wird die Grundwasserneubildung für das am jeweiligen Standort (in einem anderen Teilprojekt) installierte großflächige CRNS-Bodenfeuchte-Netzwerk über diese Methodik ermittelt. Die räumliche Verteilung und zeitliche Dynamik der Grundwasserneubildungsrate wird dann in einem numerischen Grundwassermodell für das Gebiet zusammengeführt und beides wird zur Überprüfung der Gesamtwasserbilanz des Gebietes im jeweiligen Großversuch dienen.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Grundwasserneubildung
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Agrochemikalie
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Düngemittel
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Bodenwasser
?
Landnutzungsänderung
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Grundwassermodell
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Grundwasservorkommen
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Hydrogeologie
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Wasserbilanz
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Oberboden
?
Bilanz
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Hydrochemie
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Limnologie
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Schnee
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Siedlungswasserwirtschaft
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Simulation
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Wasserkreislauf
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Wasserspeicher
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Wasserversorgung
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Bodenfeuchte
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Grundwasser
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Standortbewertung
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Hydrologie
?
Klimawandel
?
Integrierte Wasser-Ressourcen Bewirtschaftung
?
Neutronen
?
Region:
Brandenburg
Bounding boxes:
13.01582° .. 13.01582° x 52.45905° .. 52.45905°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
Time ranges:
2018-01-01 - 2025-06-30
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Linking Cosmic-Ray Neutron Sensing (CRNS) and derived soil and snow water dynamics to groundwater recharge on field and sub-regional scale
Description: Groundwater recharge estimation is a key component for a sustainable management of groundwater resources. Among different methods, the analysis of the soil water balance has enabled the estimation of groundwater recharge on plot or field scale. However, the methods used such as lysimeters or soil-sensor networks are limited due to the high temporal and spatial variability of the processes involved. In addition, the methods still do not cover scales relevant for groundwater resources (catchment). In this context, soil moisture estimated by Cosmic-Ray Neutron Sensing (CRNS) can contribute to groundwater recharge estimates on field scale and above. In addition, with the same method, snow contribution to groundwater recharge during melting periods can be also quantified. The aim of this project is to establish a procedure to estimate groundwater recharge with CRNS from field scale and above. In doing so, we will focus on two main research questions. Firstly, the soil moisture values retrieved by CRNS represent a large part of the rooted soil zone, i.e. the top tens of centimeters of soil. However, the root systems of many types of vegetation extend below the penetration depth of CRNS. This is a substantial drawback of CRNS with respect to deriving soil water balances and the deeper percolation constituting groundwater recharge. We will move forward in tackling this limitation by analyzing the effects of vertical and horizontal spatial soil moisture variability on CRNS signal and by extending the CRNS soil moisture information to greater depths by means of soil hydrological modeling. Secondly, changes in snow values retrieved by CRNS will be used also to estimate the snow contribution on deeper soil water infiltration during melting periods. To achieve these objectives, specific CRNS experiments in the field for different seasons including snow will be conducted. This then will be detailed and spatially enlarged by using complementary measurement data retrieved in the joint field campaigns (JFCs), especially hydrogravimetry and groundwater-level data. Finally, a numerical model of groundwater level changes including horizontal groundwater flow to surface waters will be set up and tested based on all the measurements obtained. Contributions and interaction within the Research Unit are to i) perform investigations of soil moisture profile and snow effects together with research modules Neutron Simulation and Hydrogeodesy; ii) develop a soil water balance accordingly for JFCs; iii) obtain spatially resolved soil moisture and vegetation data from research modules Roving und Vegetation, respectively; iv) use CRNS soil moisture of the whole area detected by research module Massive Coverage; v) obtain soil-water-storage changes, groundwater level dynamics and net discharge by numerical simulations based on the monitored soil moisture from CRNS and provide it to research module Hydrological Modelling for comparison.
https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083761
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