Abschätzung von Grundwasserneubildungsraten an einem Dünenstandort auf der Nordseeinsel Spiekeroog mit Hilfe von Tracerexperimenten und Wasserhaushaltsmodellierungen

Stephan Seibert1, Paul Königer2, Inga Großkopf1, Patrick Hähnel1, Janek Greskowiak1, Gudrun Massmann1
1 Institut für Biologie und Umweltwissenschaften, Universität Oldenburg
2 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

P 9.19 in Groundwater-surface water-interactions - processes and methods

Die Süßwasservorkommen der Barriereinseln im Norddeutschen Küstenraum werden ausschließlich durch lokal infiltrierenden Niederschlag gespeist. Nach der Passage durch die ungesättigte Zone in den sandigen Dünensedimenten führt die Versickerung des Niederschlags letztlich zur Grundwasserneubildung. Neben der Bedeutung für die hydrogeologische Charakterisierung der Süßwasservorkommen spielt die Kenntnis der Grundwasserneubildungsrate zudem eine wichtige Rolle für den lokalen Wasserhaushalt.

Die Abschätzung von Grundwasserneubildungsraten erfolgte bereits unter Zuhilfenahme verschiedene Methoden (Lysimeter, Grundwasseralter, Wasserhaushaltsmodelle) auf der Insel Spiekeroog, wobei die Ergebnisse jedoch stark variierten (~300-650 mm/a). Die Variation der Grundwasserneubildungsraten kann wahrscheinlich dem Einfluss verschiedener Geomorphologien, Landnutzungen und Vegetationsbedeckungen zugeordnet werden und zeigt zugleich auf, dass räumlichen Unterschiede der Grundwasserneubildung auch kleinskalig recht ausgeprägt sein können.

Um die lokale Grundwasserneubildungsrate an einem Dünenstandort auf der Ostplate Spiekeroogs zu bestimmen, wurden daher im Frühjahr 2017 Tracerexperimente mit deuteriertem Wasser durchgeführt. Im Anschluss an die Traceraufbringung an zwei Vergleichsflächen im März 2017 erfolgte die Entnahme von 2 ~ 1.2 - 2.4 m langen Bohrkernen und weiteren 3 Bohrkernen wurden jeweils nach 47 Tagen im Mai 2017 und nach 166 Tagen im August 2017 entnommen. Die Bohrkerne wurden in 10 cm-Intervallen beprobt und das Bodenwasser jeder Teilprobe wurde quantitativ durch Vakuumextraktion entzogen. Anschließend erfolgte die Bestimmung der isotopischen Zusammensetzung (δ18O und δD) des extrahierten Bodenwassers, was Rückschlüsse auf die vertikale Verlagerung des Tracersignals sowie des natürlichen Isotopensignals des infiltrierten Niederschlags ermöglichte.

Die Ergebnisse der Untersuchungen an beiden Vergleichsflächen zeigen, dass das Tracersignal nach 47 beziehungsweise 166 Tagen um ~0.8 m und ~ 2.6 m in die Tiefe verlagert wurde. Basierend auf diesen Ergebnissen sowie langjährigen klimatischen Daten konnten Wasserhaushaltsberechnungen mit der Software Hydrus 1D durchgeführt werden, welche in einer mittleren jährlichen Grundwasserneubildungsrate von 518 mm/a am Untersuchungsstandort für den Zeitraum 2012-2016 resultierten.