Muster des SSF Beitrags zum Abfluss im Längsprofil der Fließgewässer (DFG FOR 5288)

FOR 5288/1 - TP E

Teilprojekt innerhalb der DFG-Forschungsgruppe "Fast and Invisible: Conquering Subsurface Stormflow through an Interdisciplinary Multi-Site Approach" (FOR 5288/1)

Teilprojekt E hat zum Ziel, die Beiträge von Zwischenabfluss (subsurface stormflow - SSF) zum Abfluss auf der Landschaftsskala zu identifizieren. Mit räumlich verteilen Messungen in der Uferzone und im Bach sollen Muster und Einflussfaktoren der SSF-Beiträge in vier verschiedenen Einzugsgebieten bestimmt werden. Die Identifizierung von SSF auf Hängen stellt bereits eine Herausforderung dar, weil SSF ein unsichtbarer Prozess mit ausgeprägter räumlicher Variabilität ist, der von einer Vielzahl an Einflussfaktoren beeinflusst wird. Das auf dem Hang bestimmte SSF-Signal im Bach zu erkennen ist jedoch noch schwieriger, denn dieses Signal kann sich nicht nur während der Passage durch die Uferzone, sondern auch direkt vor dem Eintritt in den Bach verändern.

Mit zwei Ansätzen wollen wir diesen Herausforderungen begegnen: Mit umfangreichen experimentellen Untersuchungen in Uferzone und Bach werden wir SSF-Beiträge identifizieren und Zusammenhänge analysieren und nachfolgend SSF-Indikatoren entwickeln, die den Vergleich von Einzugsgebieten hinsichtlich der Relevanz von SSF ermöglichen. Mit unserem Projekt wollen wir folgende Fragen beantworten:

(1) Welchen räumlich-zeitlichen Mustern, Schwellenwerte und Einflussfaktoren unterliegt der Eintritt von SSF ins Gerinne?

(2) Unterscheiden sich die Muster der Zuflüsse zwischen Basisabfluss und Regenereignissen?

(3) Wie stark verändert sich das SSF-Signal innerhalb des Baches Richtung Auslass, und welche Bedeutung hat das für die Trennung von Abflusskomponenten?

(4) Sind Informationen aus dem Grundwasser der Uferzonen oder Ganglinien-basierte Indizes in Verbindung mit Eigenschaften des Einzugsgebietes und hydrometeorologischen Treibern dazu geeignet, die Variabilität von SSF in Raum und Zeit zu erfassen?

Unser innovativer experimenteller Ansatz beinhaltet automatisierte Salzverdünnungsmessungen, Bestimmung von Radon und Mustern von Temperaturanomalien im Gerinne, verknüpft mit einem Monitoring-Netzwerk vergleichender Wasserstandsmessungen in Uferzone und Bach. Ergänzend dazu werden wir die Veränderung des SSF-Signals während des Fließwegs im Gerinne untersuchen. Mithilfe einer Checkliste zur Abschätzung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von SSF entwickeln wir ein Klassifikationsschema, das dazu verwendet werden kann, SSF-Signale im Bach korrekt zu erkennen, um so SSF-Beiträge zum Abfluss auch in wenig instrumentierten Gebieten bewerten zu können. Als weitere Vereinfachung werden wir untersuchen, ob über die Analyse von Abflussganglinien SSF identifiziert werden kann. Ziel ist die Anwendung dieses Verfahrens auf Langzeit-Datenreihen aus unseren Versuchsstandorten, um Häufigkeitsverteilungen für das Auftreten von SSF als Funktion von Geologie, Landnutzung und Topographie zu ermitteln.

(Projektleitung zusammen mit Dr. Theresa Blume, Geoforschungszentrum Potsdam)