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Dynamik der Verweilzeiten von Wasser in Mediterranen Einzugsgebieten und deren ökohydrologischen Auswirkungen in einer sich wandelndem Umwelt

Es ist dringend erforderlich, die relevanten hydrologischen Prozesse in montanen mediterranen Einzugsgebieten zu verstehen, um deren potentielle Änderungen in ihren Funktionen für die Wasserversorgung durch den Klimawandel und Landnutzungsänderungen zu kennen. Daher möchte ich zusammen mit meiner Gastinstitution, dem IDAEA-CSIC in Barcelona, untersuchen, wie die Vegetation, die Böden und das Grundwasser das Speichern, die Mischung, die Abflussbildung, sowie die Evapotranspiration in dem Einzugsgebiet Vallcebre im Nordosten Spaniens beeinflussen. Die Forscher des IDAEA -CSIC haben hydrometrische Daten und stabile Isotope (d2H, d18O) der verschiedenen hydrologischen Kompartimente des Einzugsgebiets gesammelt. Somit liegen Informationen über den Freiland- und Bestandniederschlag, Stammabfluss, Bach- und Grundwasser, sowie Wasser im Boden und der Vegetation vor. Ich plane, diesen umfangreichen Datensatz zur Bestimmung der Verweilzeiten mit neue Methoden anzuwenden, damit sich unser Verständnis von Wasserfluss und Stofftransport in Einzugsgebieten verbessert. Ich werde zunächst testen, wie mittels 'StorAge Selection functions' (Rinaldo et al. 2015) die Dynamik der Verweilzeiten des Abflusses und der Evapotranspiration beschrieben werden können. Des Weiteren habe ich als Ziel die neuen Konzepte der 'young water fraction' (Kirchner 2016) and 'new water fraction' (Kirchner 2017) anzuwenden, um besser die kurzfristige Komponente der Verweilzeiten beschreiben zu können. Diese Methoden sind noch nicht für Mediterrane Einzugsgebiete getestet worden, aber der umfangreiche Datensatz für die Vallcebre Einzugsgebiete ermöglicht die Untersuchung aktueller Fragen der Einzugshydrologie: Können Studien zur Verweilzeit verbessert werden mit höherer Rate der Probennahme von Niederschlag und Abfluss? Wie wirken sich neu erschlossene Daten über Bestandsniederschlag, Stammabfluss, Wurzelwasseraufnahme oder Bodenwasserfluss auf die Analysen aus? Zuletzt werde ich die Information von Tiefenprofilen der Isotopenzusammensetzung von Porenwasser einbeziehen, um hydrologische Modelle zu testen und die Verweilzeiten im Boden mit der Verweilzeit des Einzugsgebietsabflusses in Bezug zu setzen. Letzteres baut auf meine Dissertation und derzeitiger Postdoc-Studien auf.

Forschungsgruppe FOR 2793: Sensitivity of High Alpine Geosystems to Climate Change Since 1850 (SEHAG), Auswirkungen des Klimawandels auf hydrologische Prozesse in hochalpinen Einzugsgebieten

Die Häufigkeit und das Ausmaß extremer hydrologischer Ereignisse werden höchstwahrscheinlich durch den Klimawandel verstärkt. Hochalpine Einzugsgebiete sind besonders sensible Räume, da diese Regionen der Hydrosphäre stark durch Veränderungen im Temperatur- und Niederschlagsregime beeinflusst werden. Die starke Kopplung zwischen der Hydrologie und weiteren Komponenten der Geosystem in hoch gelegenen Einzugsgebieten erfordert eine detaillierte Beschreibung der ablaufenden hydrologischen Prozesse. Dieser Umstand rechtfertigt die Einrichtung dieses Teilprojekts der im Rahmen des SEHAG Projektes (Sensitivity of high Alpine geosystems to climate change since 1850) beantragten Forschergruppe. Die Innovation der vorgeschlagenen Forschungsrichtung liegt in der Untersuchung der Veränderungen in der Hydrosphäre zwischen 1850 und 2050 und wie diese mit den übrigen Komponenten der Geosystem in hochalpinen Lagen interagieren. Insbesondere werden wir gründliche Zeitreihenanalysen zur Untersuchung der Korrelation zwischen Klimawandel und den Jährlichkeiten extremer hydrologischer Ereignisse (z.B.: zeitliche Verteilung von Niederschlagsereignissen innerhalb eines Jahres und Einsetzen der Schnee- und Gletscherschmelze) durchführen. Daneben wollen wir verifizieren ob es möglich ist die Qualität der hydrologischen Modelle für hochalpine Einzugsgebiete durch 'multi-objective' Kalibrierungsansätze zu verbessern. Archive spielen dabei eine wichtige Rolle als Datenquelle zur Rekonstruktion der meteorologischen Bedingungen der Vergangenheit. Außerdem ermöglicht die Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten die Kalibrierung des hydrologischen Modells, sowohl gegen den Abfluss, als auch gegen Permafrost- sowie Schnee- und Gletschermessungen. Darüber hinaus werden uns die geplanten experimentellen Messungen erlauben die 'multi-objective' Kalibrierung auf weitere Parameter, wie die elektrische Leitfähigkeit des Abflusses oder die Wassertemperatur der Wildbäche auszuweiten. Das resultierende, kalibrierte Modellergebnis, für das eine intensive Unsicherheitsanalyse durchgeführt werden wird, wird dann von den weitern Teilprojekten genutzt, um die Veränderungen in der Geosystem zu interpretieren.

Gebietstypen des natürlichen Wasserhaushaltes

Die Gebietstypen des natürlichen Wasserhaushalts beschreiben einen quasinatürlichen Zustand des Wasserhaushalts über das Verhältnis der langjährigen Werte von Verdunstung, Versickerung und Abfluss (N=ET+Au+Ad). Grundlage für die Berechnung ist das Abflussmodell ABIMO (BAfG) kombiniert mit GWNEU (Meßer). Die Gebietstypen beziehen sich auf eine land- und forstwirtschaftliche Nutzung ohne Besiedlung mit den Waldgrenzen, den Klimabedingungen und den Böden von heute. Es werden 6 Typen ausgewiesen: - verdunstungsdominiert (ET > 81 %, Au < 14 %, Ad < 20 %) - versickerungsdominiert (ET < 81 %, Au > 14 %, Ad < 20 %) - abflussdominiert (ET < 81 %, Au < 14 %, Ad > 20 %) - Verdunstung und Versickerung (ET 73-81 %, Au 6-14 %, Ad 6-12 %) - Verdunstung und Abfluss (ET 73-81 %, Au < 6 %, Ad 13-20 %) - ausgewogen (ET < 73 % , Au < 14 %, Ad < 20 %) Die Modellergebnisse beziehen sich lediglich auf den obersten Meter der Erdoberfläche. Bei der Planung tiefliegender Regenwasseranlagen (z.B. Rigolen) ist dies zu berücksichtigen und muss ggf. neu geprüft werden.

Gebietstypen des natürlichen Wasserhaushaltes (WFS Dienst)

Die Gebietstypen des natürlichen Wasserhaushalts beschreiben einen quasinatürlichen Zustand des Wasserhaushalts über das Verhältnis der langjährigen Werte von Verdunstung, Versickerung und Abfluss (N=ET+Au+Ad). Grundlage für die Berechnung ist das Abflussmodell ABIMO (BAfG) kombiniert mit GWNEU (Meßer). Die Gebietstypen beziehen sich auf eine land- und forstwirtschaftliche Nutzung ohne Besiedlung mit den Waldgrenzen, den Klimabedingungen und den Böden von heute. Es werden 6 Typen ausgewiesen: - verdunstungsdominiert (ET > 81 %, Au < 14 %, Ad < 20 %) - versickerungsdominiert (ET < 81 %, Au > 14 %, Ad < 20 %) - abflussdominiert (ET < 81 %, Au < 14 %, Ad > 20 %) - Verdunstung und Versickerung (ET 73-81 %, Au 6-14 %, Ad 6-12 %) - Verdunstung und Abfluss (ET 73-81 %, Au < 6 %, Ad 13-20 %) - ausgewogen (ET < 73 % , Au < 14 %, Ad < 20 %) Die Modellergebnisse beziehen sich lediglich auf den obersten Meter der Erdoberfläche. Bei der Planung tiefliegender Regenwasseranlagen (z.B. Rigolen) ist dies zu berücksichtigen und muss ggf. neu geprüft werden.

Gebietstypen des natürlichen Wasserhaushaltes (WMS Dienst)

Die Gebietstypen des natürlichen Wasserhaushalts beschreiben einen quasinatürlichen Zustand des Wasserhaushalts über das Verhältnis der langjährigen Werte von Verdunstung, Versickerung und Abfluss (N=ET+Au+Ad). Grundlage für die Berechnung ist das Abflussmodell ABIMO (BAfG) kombiniert mit GWNEU (Meßer). Die Gebietstypen beziehen sich auf eine land- und forstwirtschaftliche Nutzung ohne Besiedlung mit den Waldgrenzen, den Klimabedingungen und den Böden von heute. Es werden 6 Typen ausgewiesen: - verdunstungsdominiert (ET > 81 %, Au < 14 %, Ad < 20 %) - versickerungsdominiert (ET < 81 %, Au > 14 %, Ad < 20 %) - abflussdominiert (ET < 81 %, Au < 14 %, Ad > 20 %) - Verdunstung und Versickerung (ET 73-81 %, Au 6-14 %, Ad 6-12 %) - Verdunstung und Abfluss (ET 73-81 %, Au < 6 %, Ad 13-20 %) - ausgewogen (ET < 73 % , Au < 14 %, Ad < 20 %) Die Modellergebnisse beziehen sich lediglich auf den obersten Meter der Erdoberfläche. Bei der Planung tiefliegender Regenwasseranlagen (z.B. Rigolen) ist dies zu berücksichtigen und muss ggf. neu geprüft werden.

Wassermengenstatistik (StALU MM Rostock)

Wassermengenstatistik

Landesmeßnetz (StALU WM Schwerin)

Landesmeßnetz Wassermenge- und Wassergütedaten der Fließgewässer

Landesmeßnetz (StALU MM Rostock)

Landesmeßnetz Wassermenge- und Wassergütedaten der Fließgewässer

Fließgewässermeßprogramm (StALU MM Rostock)

Fließgewässermeßprogramm Wassermenge und Wassergütedaten der Fließgewässer

Fließgewässer (StALU MM Rostock)

Fließgewässer Wassermenge und Wassergütedaten der Fließgewässer

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