Gezeitenanalyse einer Süßwasserlinse am Beispiel von Norderney

Der Einfluss von Gezeiten auf Grundwasserstände pflanzt sich in Küstenaquiferen in Abhängigkeit der Sedimentcharakteristik und geologischen Strukturen hunderte Meter bis einige Kilometer fort (Nielsen, 1990; Jeng et al., 2002). Auf Barrierinseln wie Norderney kann sich dieser aufgrund des geringen Inseldurchmessers in der gesamten Süßwasserlinse ausbreiten (Rotzoll et al., 2008).

Die Charakteristik der Gezeitenfortpflanzung ist unter bestimmten Voraussetzungen zur Identifizierung der hydraulischen Eigenschaften des Sediments geeignet (z.B. McMillan et al., 2019; Rotzoll et al., 2008). Des Weiteren erlaubt eine Analyse des Gezeitensignals in Zeitreihen von Grundwasserständen die Abschätzung der zu erwartende Abweichung einer Messung vom saisonalen Trend, wenn diese Messung unabhängig der Gezeitenphase erfolgt. Dies ist insbesondere im Rahmen von niederfrequenten Messintervallen – z. B. monatlich – relevant, die auf eine Erfassung der saisonalen Dynamik abzielen, jedoch nicht die Gezeitendynamik erfassen wollen.

In dieser Analyse werden hochaufgelöste Zeitreihen von 10 Grundwassermessstellen auf Norderney mit Methoden der Zeitreihenanalyse und im Vergleich mit dem Signal des Gezeitenpegels “Norderney Riffgat” untersucht. Die Partialtiden werden mittels harmonischer Analyse identifiziert. Nicht durch die Gezeiten bedingte Einflüsse, wie z. B. Windstau, werden im Vorlauf mit einer Trendanalyse aus den Signalen eliminiert. Die Betrachtung der Partialtiden in den trendbereinigten Grundwassersignalen erlaubt eine Darstellung der Tiefpassfilterwirkung des Sediments sowie eine Abschätzung seiner hydraulischen Eigenschaften.

Die Untersuchung zeigt, wie die Tiefpassfilterwirkung des Sediments zu einer Veränderung der Signalcharakteristik führt. V.a. die täglichen Partialtiden werden teilweise deutlich weniger gedämpft als die dominierende halbtägliche Hauptmondtide (M₂). Die unterschiedliche Dämpfung von Signalen vergleichbarer Entfernung zur Küste deutet auf (halb)gespannte Verhältnisse oder einen Einfluss der unterschiedlichen Küstenmorphologie auf der Nord- und Südseite der Insel hin. Die Dämpfung der Amplitude liegt zwischen 80 % und mehr als 99 % im Vergleich zum Gezeitenpegel. Der resultierende, zu erwartende Fehler bei niederfrequenter Messung des Grundwasserstandes nimmt erwartungsgemäß mit Entfernung zur Küste ab; jedoch besteht auch hier eine Abhängigkeit von den hydraulischen und morphologischen Gegebenheiten.