Development and testing of a new time variant approach for streamwater transit times

• Antragsteller: Professor Dr. Julian Klaus
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211141820

Ein besseres Verständnis und eine bessere Beobachtung des Wasser- und Stofftransport durch natürliche Systeme stellt auch heute noch eine große Herausforderung in der Hydrologie dar. Da der Großteil des Wasser- und Stofftransports unter der Erdoberfläche stattfindet, ist es schwierig oder gar unmöglich, die relevanten Prozesse zu beobachten. Die Messung von stabilen Wasserisotopen im Niederschlag und Abfluss bietet die Möglichkeit, die Dynamik der Transportprozesse über Verweilzeiten zu definieren. Diese Verweilzeit (VZ) gibt die Zeitspanne an, die ein Wasserpartikel im Mittel benötigt, um durch das Einzugsgebiet (EZG) zum Pegel zu gelangen. Die VZ ist eine grundlegende Größe, die das Speichervolumen, die Heterogenität der Fliesspfade und die verschiedenen Herkunftsquellen in einem EZG beschreibt und dabei einer gewissen Unsicherheit unterliegt. Um die VZ zu berechnen, wird eine Verteilungsfunktion der Verweilzeit (VZV) angenommen. Diese ist jedoch a priori nicht bekannt, daher verschiedene Methoden verwendet, um die Messdaten an (angenommene) theoretische Verteilungsfunktionen anzupassen. Eine verbesserte Methodik zur Bestimmung der VZ und der VZV eröffnet neue Möglichkeiten zur Evaluierung verschiedenster hydrologischer Prozesse.In diesem Projekt werde ich daher einen neuen Ansatz für zeitlich variable Verweilzeiten in Einzugsgebieten entwickeln. Dazu messe ich die stabilen Wasserisotope im Niederschlag und im Abfluss in hoher zeitlicher Auflösung (ca. 15 min) und untersuche die Rolle der Beprobungsfrequenz auf die VZ, die zeitlich variablen Eigenschaften der VZ, die Form der VZW, und den Einfluss von EZG-Eigenschaften auf die VZ. Zusätzlich werde ich einen Modellierungsansatz entwickeln, welcher der zeitlich variablen VZ Rechnung trägt um damit die VZ und VZV für verschiedene Hänge zu verschiedenen Zeitpunkten berechnen können. Der Einfluss verschiedener Hangeigenschaften auf die VZ und VZW wird mit diesem Ansatz und virtuellen Experimenten getestet.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Kanada, USA
• Gastgeber: Professor Dr. Jeffrey J. McDonell