Wiederholung von Einzugsgebiets-Experimenten

Kontext: Der Niederschlags-Abfluss-Prozess ist wegen seines direkten Einflusses auf Frischwasserressourcen von besonderer Bedeutung in der Einzugsgebiet-Hydrologie. Komplexe Interaktionen zwischen den hydrometeorologischen Variablen, die diesen Prozess beeinflussen, erschweren jedoch die Erforschung desselben. Neue Konzepte sind nötig, um diese Herausforderung zu meistern. Ziele: Die bessere Charakterisierung des Einflusses hydrometeorologischer Variablen auf den Abfluss und Wasserfließzeiten mithilfe wiederkehrender Muster hydrologischer Variablen. Methoden: Hydrologisch ähnliche Niederschläge und Einzugsgebiets-Feuchtezustände (Bodenwasser und Grundwasser) werden anhand realer Daten und Modellierung definiert. Beide sind hydrologisch ähnlich, wenn ihre Abfluss-Reaktionen ähnlich sind. Außerdem werden Wasserfließzeiten (transit time distribution (TTD), fraction of young water (Fyw)) als ähnlich definiert, wenn a) die TTD zu ähnlichen Isotopen-Tracer-Signalen im Abfluss oder b) die Fyw zu ähnlichen angepassten Sinuswellen an die Isotopen-Daten führt. Danach werden die hydrologisch ähnlichen Muster in realen Daten dreier Einzugsgebiete gesucht (Wald, Grasland, Landwirtschaft), und der dabei aufgetretene Abfluss wird analysiert. Sollten die Abflüsse ähnlich sein, lässt sich der Niederschlag-Abfluss unter gleichen Bedingungen wiederholen, während unterschiedliche Abflussreaktionen ähnlicher Niederschläge mithilfe hydrometeorologischer Variablen erklärt werden. Zusätzliche hydrologische Modellierung wird zur Analyse der internen Prozesse im Einzugsgebiet genutzt werden. Innovation: Eine Wiederholung von Einzugsgebiets-Experimenten ist aufgrund finanzieller, administrativer, und technischer Hürden derzeit unmöglich. Wir umgehen dieses Problem durch die Nutzung natürlich auftretender, wiederkehrender Muster. Resultate dieses Projekts sind ein besseres Verständnis des Einflusses hydrometeorologischer Variablen auf den Niederschlags-Abfluss-Prozess. Die Methoden dieses Projekts können auf andere Einzugsgebiete übertragen werden, und haben das Potential, Wasserfließzeiten ohne lange Tracer-Zeitreihen zu bestimmen. Involvierte Personen: Dr. Michael Stockinger, Univ.-Prof. Dr. Christine Stumpp

Wie schnell Regenwasser zu Flusswasser wird hat Auswirkungen auf die Flusswassermenge, Flusswasserqualität, als auch auf potenzielle wasserwirtschaftliche Regulierungsmaßnahmen und deren Auswirkungen. Regenwasser benutzt hierbei verschiedene schnelle oder langsame Fließwege auf oder durch den Boden, um zu einem Fluss zu gelangen. Die hydrologischen und meteorologischen Faktoren, die die Fließzeiten von Regen bis zum Fluss bestimmen, wurden in diesem Projekt erforscht. Zu diesen Faktoren zählen zum Beispiel die Landnutzung (u.a., Wald, Landwirtschaft), Regenintensitäten, oder ob die Böden feucht oder trocken sind während dem Regenereignis. Hierbei wurden einerseits Faktoren während ähnlichen Abflüssen beziehungsweise während ähnlichen Bodenfeuchtezustände untersucht, andererseits wurden die Fließzeiten von Regen und zugrundeliegende Prozesse mithilfe eines hydrologischen Modells analysiert. Zu den wichtigsten Ergebnissen des Projekts zählt die Entwicklung einer neuen Methode zur Analyse dieser Faktoren, nämlich der Vergleich ähnlicher Abflusssituationen eines Gebiets. Dadurch konnten wir zeigen, dass der Regen in Gebieten in maritimen Klimalagen bei gleicher Bodenfeuchte zu ähnlichen Abflüssen geführt hat, während der Regen in einem Gebiet in kontinentaler Klimalage bei gleichen Regencharakteristika zu ähnlichen Abflüssen führte. Bei gleicher Bodenfeuchte ist unter anderem die Bodenfeuchte einige Tage vor dem Regen entscheidend für die Abflussbildung, andererseits auch Regencharakteristika. Dies zeigte sich nicht nur in der Abflussmenge, sondern auch in den Fließzeiten von Regen und konnte erfolgreich modelliert werden. Außerdem hat das Projekt einen Beitrag zur besseren Modellierung von Regenfließzeiten geliefert, indem untersucht wurde, wie genau Boden- und Grundwasser für ein plausibles Ergebnis modelliert werden muss.