Sölle als Indikatoren für den Wandel hydrologischer Systeme - Ein Ansatz zur Quantifizierung der regionalen Grundwasser/Soll Dynamik mit Hilfe der stabilen Isotope 18O und Deuterium

Christoph Merz1, Gunnar Lischeid1, Stuart Vyse2, Carlos Acame1
1 Institut für Landschaftswasserhaushalt, Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
2 Institut für Geologische Wissenschaften, AB Hydrogeologie, Freie Universität Berlin

O 9.14 in Grundwasser-Oberflächenwasser Interaktionen: Prozesse und Methoden

22.03.2018, 16:30-16:45, 1

Die Wasserstände von kleinen, toteisbedingten Standgewässern (Sölle) ohne Anschluss an einen regionalen Grundwasserleiter reagieren auf Veränderung der klimatischen Randbedingungen wie Niederschlag und Verdunstung. Neben dem atmosphärischen Input spielen zusätzlich Interflow, Schnee und Oberflächenabfluss auf gefrorenen Böden eine wichtige Rolle im Füllungsverhalten. Die beobachtete Dynamik vieler Sollwasserstände der letzten Jahre und Jahrzehnte illustriert durchaus einen Wandel der klimatischen Situation. Eine Veränderung des hydrologischen Systemverhaltens  ist aber aufgrund der individuellen Dynamik nur bedingt abzuleiten.

Neuere Beobachtungen in der Uckermark schließen auch eine weitergehende Interpretation des hydraulischen Verhaltens von Söllen nicht aus. Nach diesem Konzept spiegeln die dortigen Sölle eine freie Grundwasseroberfläche an der Schnittstelle des lokalen Grundwasserhorizontes mit der topographischen Geländeoberfläche wider. Die Sölle sind nicht als isolierte hydrologische Senken in der Landschaft zu sehen, sondern als integrativer Bestandteil einer durchflossenen Grundwasserlandschaft mit potenzieller Aussagekraft hinsichtlich des zeitlichen Verhaltens des Grundwassersystems. Damit wären Sölle als Indikatoren für den Wandel hydrologischer Systeme hervorragend geeignet. Allein die große Anzahl von Söllen mit jeweils unterschiedlicher hydrologischer Dynamik lässt jedoch nur in Einzelfällen intensives hydraulisches Monitoring zu.

Zur Ableitung regionaler Systemveränderungen wurde daher ein alternatives Verfahren eingesetzt, das auf der Grundlage der stabilen Isotope 18O und D eine quantitative Abschätzung der Zufluss- und Verdunstungsdynamik von kleinen Standgewässern ermöglicht. Das Verfahren nach Skrzypek et al. 2015 basiert auf der globalen Beziehung von δ18O und δD–Werten des Niederschlags, ausgedrückt durch die globale Meteorische Wasserlinie (GMWL) und einer verdunstungsbedingten Abweichung des Sollwassers von der GMWL. Diese Abweichung wird über eine veränderte Steigung der sogenannten Local Water Line, LWL, definiert.

Das eingesetzte Kalkulationsmodell (Hydrocalculator, Skrzypek et al. 2015) ermöglicht eine Quantifizierung der Verdunstungsmenge aus einem Sollkörper auf Grundlage der o.g. funktionalen Zusammenhänge. Dabei werden hydraulische Zustände berücksichtigt, bei denen ein Zufluss aus dem Grundwasser den Verdunstungsverlust kompensiert und die Verweilzeit anhand der  18O/D-Beziehung berechnet werden kann. Bisherige Ergebnisse zeigen, dass der Austausch zwischen Grundwasser und Soll 3 – 5 mal höher einzuschätzen ist, als der Anteil des Verdunstungsverlustes. Relative Änderungen der GW-Zuflussanteile über längere Zeiträume spiegeln die Dynamik des gesamten Grundwasserkörpers wider. Aufgrund der unkomplizierten Beprobung und Messung der stabilen Isotope 18O und D kann eine große Anzahl von Söllen über einen längeren Zeitraum analysiert werden und ermöglicht somit eine Einschätzung des hydrologischen Systemverhaltens.



Skrzypek, G., Mydłowski, A., Dogramaci, S., Hedley, P., Gibson, J.J., Grierson, P.F. (2015): Estimation of evaporative loss based on the stable isotope composition of water using “Hydrocalculator.” J. Hydrol. 523: 781–789.



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