Bodenwasser

Zur medienübergreifenden Beobachtung von Stoffflüssen und Stoffbelastungen im Wasserkreislauf wird im Rahmen des Integrierten Hydrologischen Monitorings (IHM) der Weg des Wassers mit seinen Inhaltsstoffen vom Niederschlag über das Sickerwasser bis zum Grundwasser und Gebietsabfluss untersucht.

Im Folgenden beschrieben ist der Jahresverlauf der Bodenfeuchte als wesentliche Steuerungsgröße für Sickerwasserbildung und Grundwasserneubildung am Beispiel eines bewaldeten Standorts im Bereich des Bayerischen Waldes (Nationalpark). Durchfeuchtung und Austrocknung des Bodens werden vom Wechselspiel aus Niederschlag und Verdunstung bestimmt. Bei hoher Bodenfeuchte bildet sich freies Sickerwasser, das in durchlässigen Böden der Schwerkraft folgend dem Grundwasser zufließt. Die Bodenfeuchte wird direkt als Bodenwassergehalt (Vol.%) und indirekt als Bodensaugspannung in Hektopascal (hPa) gemessen. In der Grafik ist die Bodensaugspannung dargestellt. Sehr niedrige negative Werte zeigen eine starke Austrocknung, Werte nahe Null eine starke Durchfeuchtung mit Bildung von Sickerwasser an. Bei Werten um oder über Null bildet sich Stauwasser, an Hängen auch oberflächennaher Abfluss. Als Messgeräte sind pro Messtiefe (-50cm und -200cm) je vier Tensiometer für die Saugspannungsmessung und acht Saugkerzen zur Entnahme von Bodenwasser eingebaut.

Der Standort Bayerischer Wald ist durch Silikatgesteine des kristallinen Grundgebirges (vor allem Granite und Gneise) und deren Verwitterungsprodukte geprägt. Das Speichervolumen der Gesteine bzw. der zugehörigen Verwitterungsprodukte ist nicht besonders hoch, so dass sich Änderungen des Niederschlagsgeschehens hier vergleichsweise schnell auf die Grundwasserneubildung auswirken können.

Abbildung 1: Jahresverlauf 2021 von Bodenfeuchte, Sickerwasserbildung und Grundwasserstand am Messstandort "Bayerischer Wald"

Betrachtet man den in Abbildung 1 dargestellten Jahresverlauf der Bodenfeuchte in 200cm Tiefe, fällt auf, dass im Jahr 2021 in allen Monaten bis in den August hinein Sickerwasser gebildet wurde. Das ist ungewöhnlich, da die Bildung von Sickerwasser vor allem in der Zeit der Vegetationsruhe im Winterhalbjahr erfolgt, wenn die Verdunstung auf ein Minimum zurückgeht. Aufgrund der vergleichsweise geringen Niederschläge und der ausbleibenden Schneeschmelze war die Sickerwassermenge in den Wintermonaten Februar und März diesmal jedoch weniger stark ausgeprägt als in den vergangenen Wintern. Die im Vergleich zum mittleren Monatsniederschlag (1971 bis 2000) feuchten Monate Mai, Juni und August sorgten auch während der Vegetationsphase für einen steten Sickerwasserfluss in Richtung Grundwasser. Mit Beginn der deutlich zu trockenen Monate September bis November erfolgte dann eine längere Austrocknungsphase. Erst die Niederschläge Ende Dezember führten, im Jahresverlauf sehr spät, wieder zu einem deutlichen Anstieg der Bodenfeuchte und zur erneuten Bildung von Sickerwasser.

Abbildung 2: Jahresverlauf des Grundwasserstandes im Jahr 2021 mit Gleitendem Mittelwert und Bandbreite (75. und 25. Perzentil, Zeitraum 1988 bis 2020) am Messstandort "Bayerischer Wald" (Datengrundlage: Tagesmittelwerte)

Der Jahresgang der Bodenfeuchte bzw. Sickerwasserbildung spiegelt sich mit zeitlicher Verzögerung auch in der Grundwasserganglinie wieder. Der Grundwasserstand (siehe Abbildung 2) wies Ende Dezember (26.12.2021) nicht nur den niedrigsten Stand im Jahresverlauf 2021 auf (952m über Normal Null), sondern auch den niedrigsten jemals gemessenen Grundwasserstand seit Beginn der Messungen (1988). Da die Grundwasserneubildung üblicherweise im Winterhalbjahr erfolgt, werden die höchsten Grundwasserstände in der Regel im Frühjahr (April) nach der Schneeschmelze beobachtet. Dieser Anstieg blieb 2021 komplett aus beziehungsweise erfolgte bereits zu einem deutlich früheren Zeitpunkt im Jahr (Februar). Ein erheblicher Rückgang ab Anfang März hatte zur Folge, dass die Grundwasserstände bereits ab April wieder auf einem außergewöhnlich niedrigen Niveau waren. Nach einem erneuten Anstieg im Mai wurden im weiteren Jahresverlauf dann zumeist überdurchschnittliche Werte beobachtet. Die ab Ende Juli über mehrere Monate zurückgehenden Grundwasserstände führten dann ab November zu den oben beschriebenen Niedrigwasserverhältnissen.