SSF ANGLE - Dynamik und Fließwege des Zwischenabflusses im Vergleich von verschiedenen Hängen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Chifflard; Professor Dr. Markus Weiler
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453746323

Die hydrologische Dynamik von Hängen, insbesondere des Zwischenabflusses (SSF), ist komplex und variiert in Raum und Zeit. Verfügbare Studien beschränken sich oft auf einzelne Hänge oder Niederschlagsereignisse, so dass die Übertragung dieser Erkenntnisse auf andere Einzugsgebiete mit großen Unsicherheiten verbunden ist. Eine Regionalisierung erfordert daher eine Quantifizierung der hydrologischen Dynamik von Hängen und der Faktoren, die die räumlichen und zeitlichen Muster des unterirdischen Zwischenabflusses beeinflussen. Eng mit der hydrologischen SSF-Dynamik verbunden ist der Export von organischem Kohlenstoff aus den Böden in den Vorfluter. Woher der Kohlenstoff aber genau kommt, ist noch weitgehend unklar, da die genauen Fließwege des SSF nicht bekannt sind.Wir schlagen daher einen kombinierten hydro-biogeochemischen Ansatz vor, der die Hanggrundwasserdynamik mit stabilen Wasserisotope und die wasserlösliche organische Substanz (WSOM; Konzentration, Absorption und Fluoreszenz) in 480 Standorten an 100 Hängen in vier Einzugsgebieten im Mittel- und Hochgebirge (Sauerland, Erzgebirge, Schwarzwald, Alpen) kombiniert. Ziel ist, empirische Beziehungen zwischen verschiedenen Hangformen (z.B. konvergente, divergente und planare Hangformen, Fließweglängen und Talformen), Gesteins- und Bodeneigenschaften und der Grundwasserdynamik abzuleiten, um die räumliche Variabilität und Stabilität von unterirdischen hydrologischen Prozessmustern (z.B. Fließrichtungen, Verweilzeiten, hydrochemische und biochemische Zusammensetzung) zu quantifizieren.Zur Identifizierung repräsentativer Hänge, werden vor der Instrumentierung eine GIS-basierte Landschaftsanalyse und Modellierung mit dem Abflussmodell RoGeR durchgeführt, die topografische, Boden- und Landnutzungsinformationen sowie die räumliche Verteilung von Gebieten, in denen eine Dominanz von SSF erwartet wird, einbeziehen. Die Grundwasserdynamik wird durch Messungen des durch SSF initiierten Grundwasserspiegels an insgesamt 480 Grundwasserrohren an den ausgewählten Hängen erfasst. An allen 480 Standorten werden zweimal (trockene und nasse Bedingungen) Bodenproben in 12 bzw. 6 Tiefen zur Bestimmung der stabile Isotope und WSOM entnommen, um die vertikalen und lateralen unterirdischen Fließwege sowie die räumliche Diskretisierung der Herkunftsräume für den SSF zu beurteilen. Die Analyse der Bodenproben erfolgt im Labor durch TOC-Analyzer, Fluoreszenz Spektrometrie und Isotopen-Analyzer. Der Einsatz von multivariaten statistischen Techniken und maschinellen Lernwerkzeugen wird helfen, zeitliche und räumliche Muster von unterirdischen hydrologischen Prozessen zu identifizieren. Mit dem Modell RoGeR werden zur Vorhersage von SSF-Flüssen, -Richtungen und -Dynamik die Konnektivität zwischen Hang und Bach untersucht, einschließlich der Ausdehnung der beitragenden Fläche. Diese Kenntnisse können nachfolgend zur Vorhersage des Transports von organischem Kohlenstoff vom Hang zum Bach verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5288: Schnell und unsichtbar: Zwischenabfluss durch einen interdisziplinären Multi-Standort-Ansatz bezwingen
• Internationaler Bezug: Österreich, Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Kyle Boodoo; Ilja van Meerveld, Ph.D.