Die hydrogeologische Profiltypenkarte der ungesättigten Zone ist in digitaler Form vorhanden. Untersucht wurde die ungesättigte Zone (Sickerwasserpassage) bis zum Hauptgrundwasserleiter. Ein Schema definiert 10 charakteristische Profiltypen, die in ihrer flächenhaften Verbreitung dargestellt sind. Es wird zwischen Grundwasserleiter (Sand, Kies) und Grundwassergeringleiter (Geschiebelehm, Geschiebemergel, Beckenton usw.) unterschieden. Als Grundwasserniveau dienten die niedrigen Wasserstände aus dem Trockenjahr 1996.
Die Aufforstung von ehemals ackerbaulich genutzten Flächen in den Grundwasser-Einzugsgebieten des Oldenburgisch-Ostfriesischen Wasserverbandes (OOWV) wird als eine Maßnahme gesehen, die Emissionen aus der ackerbaulichen Bodennutzung dauerhaft zu vermindern. Dies betrifft vor allem Stickstoff in der Form von Nitrat aber auch die Hauptnährstoffe Phosphor und Kalium und die Begleitionen Chlorid und Sulfat. Bei der Anpflanzung von jungen Baumbeständen besteht anfangs nur eine geringer Stickstoffbedarf. Die Stickstoffvorräte des Bodens würden somit noch mehrere Jahre mit ihrem mobilisierten Nitratmengen das Grundwasser belasten. Deshalb muß gleichzeitig, neben der Anpflanzung der Baumbestände, ein Unterwuchs angepflanzt werden, der den überschüssigen Stickstoff des ehemaligen Ackerbodens verwertet. Zu dieser Vorgehensweise hatte sich der OOWV vor einigen Jahren bei der Umwandlung von Ackerflächen entschlossen. Ziel des Projektes ist es, in Sinne einer Erfolgskontrolle, die Entwicklung der Qualität des Sickerwassers unter den aufgeforsteten Flächen zu untersuchen. Dabei soll der Zustand der ungesättigten Zone bis in den Bereich des Kapillarsaumes berücksichtigt werden. Verschiedene Maßnahmen zur Vermeidung von negativen Entwicklungen, wie z.B. Aushagerung vor der Aufforstung oder Kalkung, werden diskutiert.
Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Zone, Maß für die Verschmutzungsempfindlichkeit des Grundwassers, Bearbeitungsstand Dezember 2003.
Grundlagen des vorliegenden Datensatzes bildet das Projekt zum Grundwasserflurabstand 2013. Der Flurabstand des Grundwassers wurde entsprechend der DIN 4049-3 aus Wasserständen der aktiven Grundwassermessstellen des LfU sowie von Daten Dritter aus der Stichtagsmessung vom Frühjahr 2011 errechnet. Die Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Bodenzone nach DIN 19732 ist auf den Wassergehalt des Bodens bezogen und wird aus dem Quotienten aus Wassergehalt [mm] und Sickerwasserrate [mm/a] ermittelt. Für die punktweisen Berechnungen standen ca. 50.000 Bohrungen zur Verfügung, aus denen schichtbezogene Daten ermittelt wurden. Für die Sickerwasserrate ist die Grundwasserneubildungsrate aus dem ArcEgmo für den Zeitraum 1986-2005 zur Grundlage genommen worden. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen zurückgegriffen und diese mittels Kriging-Interpolations-verfahren durchgeführt. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m² sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Fläche < 25.000 m² sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in der umgebenden Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen wurden ausgeschnitten. Grundlagen des vorliegenden Datensatzes bildet das Projekt zum Grundwasserflurabstand 2013. Der Flurabstand des Grundwassers wurde entsprechend der DIN 4049-3 aus Wasserständen der aktiven Grundwassermessstellen des LfU sowie von Daten Dritter aus der Stichtagsmessung vom Frühjahr 2011 errechnet. Die Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Bodenzone nach DIN 19732 ist auf den Wassergehalt des Bodens bezogen und wird aus dem Quotienten aus Wassergehalt [mm] und Sickerwasserrate [mm/a] ermittelt. Für die punktweisen Berechnungen standen ca. 50.000 Bohrungen zur Verfügung, aus denen schichtbezogene Daten ermittelt wurden. Für die Sickerwasserrate ist die Grundwasserneubildungsrate aus dem ArcEgmo für den Zeitraum 1986-2005 zur Grundlage genommen worden. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen zurückgegriffen und diese mittels Kriging-Interpolations-verfahren durchgeführt. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m² sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Fläche < 25.000 m² sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in der umgebenden Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen wurden ausgeschnitten. Grundlagen des vorliegenden Datensatzes bildet das Projekt zum Grundwasserflurabstand 2013. Der Flurabstand des Grundwassers wurde entsprechend der DIN 4049-3 aus Wasserständen der aktiven Grundwassermessstellen des LfU sowie von Daten Dritter aus der Stichtagsmessung vom Frühjahr 2011 errechnet. Die Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Bodenzone nach DIN 19732 ist auf den Wassergehalt des Bodens bezogen und wird aus dem Quotienten aus Wassergehalt [mm] und Sickerwasserrate [mm/a] ermittelt. Für die punktweisen Berechnungen standen ca. 50.000 Bohrungen zur Verfügung, aus denen schichtbezogene Daten ermittelt wurden. Für die Sickerwasserrate ist die Grundwasserneubildungsrate aus dem ArcEgmo für den Zeitraum 1986-2005 zur Grundlage genommen worden. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen zurückgegriffen und diese mittels Kriging-Interpolations-verfahren durchgeführt. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m² sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Fläche < 25.000 m² sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in der umgebenden Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen wurden ausgeschnitten.
Grundwasser: Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone Die geometrischen Daten sind im Rahmen des Projektes „Grundwasserflurabstand des Hauptgrundwasserleiters Brandenburg“ 2013 erarbeitet worden. Die Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone wird als lotrechter Abstand zwischen der Geländeoberfläche und der Grundwasserdruckfläche definiert. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen und einem Kriging-Interpolationsverfahren zurückgegriffen. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m2 sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Flächen < 25.000 m2 sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in die umgebende Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen (Stand 2011) wurden ausgeschnitten. Im Ergebnis der Bearbeitung konnten über 37.700 Einzelflächen in 13 Klassen der Mächtigkeit dokumentiert werden. Davon weisen 31 % der Landoberfläche eine ungesättigte Bodenzone von < 2 m und 50 % von < 5 m Mächtigkeit auf. Grundwasser: Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone Die geometrischen Daten sind im Rahmen des Projektes „Grundwasserflurabstand des Hauptgrundwasserleiters Brandenburg“ 2013 erarbeitet worden. Die Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone wird als lotrechter Abstand zwischen der Geländeoberfläche und der Grundwasserdruckfläche definiert. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen und einem Kriging-Interpolationsverfahren zurückgegriffen. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m2 sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Flächen < 25.000 m2 sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in die umgebende Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen (Stand 2011) wurden ausgeschnitten. Im Ergebnis der Bearbeitung konnten über 37.700 Einzelflächen in 13 Klassen der Mächtigkeit dokumentiert werden. Davon weisen 31 % der Landoberfläche eine ungesättigte Bodenzone von < 2 m und 50 % von < 5 m Mächtigkeit auf.
Hauptziel von TV4 ist die Untersuchung verschiedener Hauptbaumarten in Bezug auf ihre Reaktion auf klimatische Extremereignisse. Dazu werden in Kooperation mit der RWTH Aachen durch dendrochronologische Messungen langfristige Klima-Wachstumsbeziehungen ermittelt und mit hochfrequenten physiologischen Messungen am Baum sowie Messungen der Wasserspeicheränderungen im Untergrund kombiniert. Zur Erklärung der beobachteten Reaktionsmuster werden verschiedene Standortfaktoren und Umweltparameter herangezogen. Dabei werden Klima, Boden und Topographie genauso berücksichtigt wie die Bestandshistorie, Bestandes-Charakteristika und Managementfaktoren. Schwerpunkte bei der Analyse der Reaktionen der verschiedenen Baumarten werden in TV4 auch insbesondere in der Untersuchung des Einflusses der unterirdischen Wasserspeicher, ihrer räumlichen Variabilität und Dynamik liegen. Ein Arbeitspaket befasst sich hier mit dem Einfluss des Grundwasserflurabstandes auf Wachstum und Stressreaktionen der Baumarten. Dazu eignet sich das Untersuchungsgebiet im Müritz Nationalpark besonders, da hier auf geringen Distanzen sehr unterschiedliche Flurabstände auftreten. Zusätzlich ermöglicht das experimentelle Design auch den Vergleich verschiedener grundwasserferner Standorte um den Effekt des Baumbestandes, d.h. Reinbestand gegenüber Mischbestand genauer zu untersuchen. Unterstützend wird die Tiefenverteilung der Wurzelwasseraufnahme aus der Dynamik der Bodenfeuchtedaten ermittelt. An Standorten mit intensiver Instrumentierung zur Bodenfeuchte und Saugspannung werden die räumlichen Verteilungen der Bodenfeuchte (lateral und vertikal) im Kontext der Waldbestände ausgewertet. Diese dynamischen räumlichen Muster werden den hochaufgelösten Wachstums- und Stressreaktionen der Bäume gegenübergestellt. Die direkte Gegenüberstellung sowie die lokalen meteorologischen Beobachtungen ermöglichen dann die Ermittlung von kombinierten hydropedo- und hydrometeorologischen Schwellenwerten der Stressreaktion.
Das Ziel dieses Antrags ist die Entwicklung eines partikel-basierenden skalenübergreifenden Modells zur Simulation von Strömung und Transport in ungesättigten Klüften und angrenzender poröser Matrix. Die Beschreibung von Strömung- und Transportprozessen in ungesättigten geklüftet-porösen Medien stellt immer noch große Herausforderungen an die Wissenschaft, ist jedoch in vielen Anwendungsbereichen von großer Bedeutung wie z.B. im Zusammenhang mit der Quantifizierung der Infiltration durch mächtige ungesättigte Felsmaterialien (Endlagerforschung), mit der Prognose der Grundwasserneubildung durch geklüftete Festgesteine und Aquifervulnerabilität. Strömungs- und Transportprozesse in ungesättigten geklüfteten Grundwasserleitern werden häufig durch ihre heterogene Geometrie und hohen Kontraste in den hydraulischen Eigenschaften dominiert. Strömungen in ungesättigten Klüften sind aufgrund des komplexen Zusammenspiels von Gravitations-, Trägheitseffekten, Kapillarkräften, Oberflächenspannung, Benetzungsdynamiken und der hochvariablen Kluftgeometrie schwer zu prognostizieren. Laborexperimente und numerische Modelle sind häufig eine der wenigen Möglichkeiten die höchst nichtlinearen Strömungsprozesse und den Effekt der Wechselwirkung an komplexen Mehrphasengrenzflächen innerhalb der Klüfte zu erfassen. Insbesondere starke Deformationen der Grenzflächen können mit grid-basierenden Modellen nur unter hohem Aufwand umgesetzt werden. Eine einfachere Methode zur Simulation bieten jedoch partikel-basierte Methoden. Freie Oberflächen und Phasengrenzen bewegen sich hierbei mit den Partikeln, so dass keine komplexen front-tracking Algorithmen notwendig sind.In der Regel sind Kluftsysteme in eine poröse Matrix eingebettet, die in Modellierungsansätzen explizit erfasst werden muss. Die Kluft-Matrix Grenzfläche bildet somit eine wesentliche Schnittstelle zwischen der porösen Matrix, die als Hauptspeicher wirkt, und den Klüften, welche die dominierende hydraulische Verbindung durch die ungesättigte Zone bilden. Um die Verknüpfung dieser beiden Komponenten auf Prozessebene simulieren zu können sind skalenübergreifende Modellansätze notwendig. Im Rahmen des hier beantragten Vorhabens soll ein skalenübergreifendes Smoothed Particle Hydrodynamics Modell entwickelt werden. Die ungesättigte Strömung und der Transport innerhalb der porösen Matrix soll durch klassische Ansätze (Richards) abgebildet und mit den hochdynamischen Strömungs- und Transportprozessen (z.B. adsorbierte Filme, Tropfen, Rinnsäle) auf den Kluftoberflächen gekoppelt werden. Das Modell wird in ein einzigen numerisches Framework eingebunden, so dass Kopplungsmethoden vereinfacht und unterschiedliche Lösungsalgorithmen vermieden werden. Das Modell wird durch numerische Experimente und Laborexperimente validiert und eingesetzt um Effekte komplexer ungesättigter Kluftströmung auf Befeuchtungs- und Transportdynamiken an der Kluft-Matrix-Grenzfläche quantitativ und physikalisch basiert beschreiben zu können.
In den vergangen 20 Jahren kam es in Mitteleuropa zu einer Häufung hydrologischer Dürreereignisse, ein Trend, der sich in Zukunft weiter verstärken wird. Bereits jetzt gelten die im Vergleich zu Mittelwerten extrem trockenen vergangenen Jahre als eine der Hauptursachen für den sich systematisch verschlechternden Zustand der Wälder in Mitteleuropa. Eine allgemein akzeptierte Annahme ist, dass tief verwurzelte Bäume solchen Dürreereignissen besser standhalten können. Das prozessbasierte Verständnis in Bezug auf die Nutzung von tief liegenden Wasserressourcen und deren Nutzung durch Vegetation ist jedoch stark limitiert. Tiefes Bodenwasser (> 1 m) wird häufig vernachlässigt oder vereinfacht betrachtet. Zentrales Ziel unseres Projektes ist es daher, raumzeitliche Dynamiken und Rückkopplungen zwischen Niederschlagsinfiltration und Grundwasserneubildung sowie kapillarem Aufstieg zu quantifizieren. Wir werden die Wasseraufnahme von typischen europäischen Waldbäumen (Buche, Eiche, Fichte) mit unterschiedlichen Wassernutzungsstrategien und Wurzeltiefen untersuchen und dabei zwischen Bäumen mit I) direktem Zugang zu Grundwasser, II) Kontakt zur Kapillarzone oberhalb des lokalen Grundwasserspiegels und III) solchen, ohne direkte Verbindung zum Grundwasser/der Kapillarzone haben, aber ein tiefes Wurzelsystem zur Nutzung der in der ungesättigten Zone gespeicherten Wassers besitzen und IV) flachwurzelnden Bäumen. Unsere Hypothese ist, dass die Aufrechterhaltung der Konnektivität zur Kapillarzone für einige Arten eine kritische Komponente der Trockenheitstoleranz ist, deren Bedeutung aber abhängt von I) klimatischen und geomorphologischen Bedingungen, die die raumzeitliche Dynamik dieser Verbindung definieren (Dürredauer, Pufferkapazität der Kapillarzone) und II) Artenspezifischen Dürreanpassungen (Wurzeltiefen, adaptives Wurzelwachstum, Grad der Isohydrie) ab. Um die Auswirkungen der Vegetationskonnektivität zur Kapillarzone auf die Baumgesundheit sowie den Wasserkreislauf vollständig zu verstehen, verwenden wir eine Kombination aus ökohydrologischen, pflanzenphysiologischen, geophysikalischen und modellbasierten Ansätzen. Ein besonderer Schwerpunkt ist der Einsatz einer neuartigen Messmethodik zur kontinuierlichen Erfassung stabiler Wasserisotope. Daraus resultierende Datensätze mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung der Wasser Isotopie des Boden, des Xylem und des atmosphärischen Wasserdampfes werden durch Sauerstoffisotope- und Phloem-Kohlenstoffisotopendaten von Jahrringen ergänzt. Diese Kombination ermöglicht uns Rückschlüssen auf die aktuelle Konnektivität verschiedener Baumarten zu verschiedenen tief liegenden Wasserpools und sowie die neuartige Möglichkeit zur Analyse historischer Dürreereignisse. Anschließend wird das isotopenfähige SVAT-Modell MuSICA mit dem parametrisiert, um den Zusammenhang zwischen Tiefenwasseraufnahme und der Baumgesundheit unter verschiedenen Szenarien (extremer trockener, trockener, normaler Jahre) vorherzusagen.
Das Messnetz "Bodenwasserhaushalt" dient der kontinuierlichen Erfassung der Interaktion zwischen Witterung, Bewuchs und Bodenwasserhaushalt. Es umfasst 21 wägbare Lysimeter mit natürlichen Ackerböden, 5 wägbare Lysimeter mit Böden von der Kippe der ehemaligen Tagebaue Espenhain und Witznitz sowie 2 nichtwägbare Lysimeter im Forst Naunhof. Desweiteren werden am Standort Brandis unterschiedliche Niederschlagsmesser, eine Klimastation und Bulksammler (zur Messung der Gesamtdeposition) betrieben. Die Datenerfassung sowie -auswertung erfolgt derzeit ausschließlich in der UBG (GB3). Arbeitsschwerpunkte der Auswertung sind: - Transport- und Umsatzprozesse in der ungesättigten Zone - Auswirkung von landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsstrategien auf die GW-Beschaffenheit - Klimawandel und Bodenwasserhaushalt - Bereitstellung der Daten für Simulationsmodelle WH-Verfahren.
Die Kenntnis von hydraulischen Durchlässigkeiten wie auch von Wasser- und Verunreinigungsfluxen in porösen Grundwasserleitern ist von großer Bedeutung in vielen hydrogeologischen Belangen wie z.B. Beregnung, Versickerung, quantitative und qualitative Wasserwirtschaft, Risikoabschätzung bei Verunreinigungen, usw. Derzeit ist keine theoretisch gut fundierte Methode zur Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in der gesättigten Zone verfügbar und Methoden zur Messung von gesättigten Durchlässigkeiten in der ungesättigten Zone sind beschränkt, zeitaufwendig und fallweise unzuverlässig. Außerdem ist gegenwärtig keine Methode zur direkten Messung vertikaler Wasser- und Verunreinigunsfluxe in porösen Grundwasserleitern oder am Übergang zwischen Grund- und Oberflächengewässern bekannt. Das dargelegte Projekt basiert auf der Entwicklung einer exakten Lösung des Strömungsfeldes für das Ein- oder Auspumpen von Wasser durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Filterabschnitten entlang eines ansonsten undurchlässigen Filterrohres bei verschiedenen Randbedingungen. Diese Lösung erlaubt die Ermittlung von Formfaktoren der Strömungsfelder, die zur Berechnung hydraulischer Durchlässigkeiten aus Einpressversuchen nötig sind. Die derzeit angewendeten Formeln können mit der genauen Lösung verglichen und der Einfluss anisotroper Durchlässigkeiten kann miteinbezogen werden. Eine doppelfiltrige Rammsonde wird zur bohrlochfreien Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in verschiedenen Tiefen unter dem Grundwasserspiegel vogeschlagen. Der Test besteht aus zwei Teilen: (1) Einpressen durch beide Filterabschnitte und (2) Zirkulation zwischen den Filtern. Die gleiche Sondenkonfiguration wird für die direkte und gleichzeitige Messung lokaler, kumulativer, vertikaler Wasser- und Verunreinigungsfluxe nach dem passiven Fluxmeter-Prinzip vorgeschlagen. Ohne zu pumpen werden die beiden Filterabschnitte hiebei durch eine mit Tracern geladene Filtersäule hydraulisch verbunden. Der vertikale Gradient im Testbereich treibt einen Fluss durch den Filter, der kontinuierlich Tracer auswäscht und Verunreinigungen im Filter hinterlässt. Aus der Analyse des Filtermaterials zur Bestimmung der Tracer- und Verunreinigungsmengen nach dem Test werden mit Kenntnis des Strömungsfeldes um die Sonde die Wasser- und Verunreinigungsfluxe bestimmt. Eine kegelförmige, doppelfiltrige Rammsonde wird weiters vorgeschlagen, um gesättigte Durchlässigkeiten sowohl über als auch unter dem Grundwasserspiegel direkt messen zu können. Die Methode basiert auf stationärer, gesättigt/ungesättigt gekoppelter Strömung aus kugelförmigen Hohlräumen. Die Möglichkeit einer transienten einfiltrigen Methode und einer Methode zur Messung anisotroper Durchlässigkeiten wird beurteilt. Die vorgeschlagenen theoretischen Konzepte werden ausgearbeitet und anhand von Laborversuchen überprüft.
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