Einfluss langperiodischer Klimaschwankungen auf Grundwasserstände – Warum lange, kontinuierliche Grundwasserstandsaufzeichnungen für die Zukunft von großem Wert sind

Tanja Liesch1, Andreas Wunsch1
1 Institut für Angewandte Geowissenschaften, Abteilung Hydrogeologie, Karlsruher Institut für Technologie KIT

5.1 in Data-Science in der Hydrogeologie: Potenziale, Limitationen und Herausforderungen

Grundwasser stellt weltweit und vor allem auch in Deutschland eine wichtige Ressource für die Trinkwasserversorgung dar. Grundwasserstände unterliegen dabei natürlichen sowie anthropogen beeinflussten Schwankungen. Kenntnisse und Verständnis deren Ursachen sind für ein effizientes Wasserressourcenmanagement von großer Bedeutung. Alleine auf Grund der Dynamik ist zum Teil eine Unterscheidung verschiedener Einflussfaktoren schwierig. Gerade langfristige Schwankungen können dabei auf klimatische Oszillationen mit Periodendauern von Jahrzehnten zurückzuführen sein, werden jedoch häufig auf Grund zu kurzer Aufzeichnungen nicht als solche erkannt oder als kurzfristige Trends oder Einflüsse des Klimawandels fehlinterpretiert. Der Einfluss von klimatischen Oszillationen auf Niederschläge in Europa wurde von zahlreichen Studien bestätigt. Ebenso wurden signifikante Einflüsse auf Oberflächenabfluss-Zeitreihen nachgewiesen. Untersuchungen der Einflüsse langperiodischer Klimaoszillationen auf die Grundwasserdynamik sind jedoch selten, da langfristige Grundwasserspiegelaufzeichnungen im Bereich von vielen Jahrzehnten oft nicht vorliegen. Gerade diese sind aber von besonderer Bedeutung für die Erkennung von längeren, dekadischen bis multidekadischen Periodizitäten, welche für Vorhersagen der zukünftigen Entwicklung unerlässlich sind.

Wir haben neun Grundwasserganglinien mit monatlichen Aufzeichnungen von mehr als 100 Jahren mittels Wavelet-Analyse auf mögliche längerfristige Periodizitäten im Zusammenhang mit den Telekonnektionen NAO (North Atlantic Oscillation), AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) und ENSO (El-Niño Southern Oscillation) untersucht. Die betrachteten Messstellen befinden sich in Deutschland, den Niederlanden, Großbritannien und Dänemark und decken unterschiedliche klimatische Bedingungen, Flurabstände, unterschiedliche Grundwasserleitertypen sowie hydraulische Bedingungen ab. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die meisten evaluierten Grundwasserganglinien signifikante Einflüsse der langfristigen Klimaperiodizitäten von NAO, AMO und ENSO aufweisen. Die Messstellen in freien Porengrundwasserleitern zeigen dabei eine Signaldämpfung, die sich mit der Mächtigkeit der ungesättigten Zone korrelieren lässt. Weiterhin ist die Dämpfung in den weniger durchlässigen Grundwasserleitern höher als in gut durchlässigen und in Porengrundwasserleitern größer als in  Kluft- und Karstgrundwasserleitern.

Die Periodendauern der längerperiodischen Klima-Oszillationen bewegen sich im Bereich von 2-7 Jahren (ENSO), 8-9 Jahren (NAO) und 50-80 Jahren (AMO). Gerade der Einfluss der AMO, aber auch die Überlagerung der verschiedenen Oszillationen ist daher nur an sehr langen Zeitreihen erkennbar. Dies zeigt den immensen Wert langer, kontinuierlicher Grundwasserstands-Aufzeichnungen und deren Bedeutung für zukünftige Vorhersagen von Grundwasserständen.