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.

Abb. 1: Jahresverlauf 2020 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 der sehr feuchte Februar und die im März einsetzende Schneeschmelze deutliche Auswirkungen auf den Bodenwasserhaushalt hatten. Vor allem in den ersten vier Monaten des Jahres war der Boden nahezu vollständig gesättigt. In diesem Zeitraum hat ein Großteil der gesamten Jahres-Sickerwasserbildung stattgefunden. Das Bodenfeuchtemaximum von 69hPa wurde nach einem sprunghaften Anstieg am 03.02.2020 gemessen. Der deutlich zu trockene April, gekoppelt mit dem Einsetzen der Vegetationsperiode, führte schnell zu einer fortschreitenden Austrocknung des Bodens. Nur die Niederschläge im Juni/Juli bewirkten kurzzeitig einen leichten Anstieg der Bodenfeuchte und eine geringe Sickerwasserbildung. Danach folgte eine mehrmonatige Austrocknungsphase. Die niedrigsten Bodenfeuchtewerte von -176hPa wurden am 30.09.2020 gemessen. Erst der verregnete Oktober und das Ende der Vegetationsperiode führten anschließend zu einem Wiederanstieg der Bodenfeuchte und der Bildung von Sickerwasser.

Der Jahresverlauf der Bodenfeuchte spiegelt sich mit zeitlicher Verzögerung sehr gut auch in der Grundwasserganglinie wieder. Auch der Grundwasserstand wies zu Jahresbeginn, im Zeitraum der höchsten Sickerwasserbildung, überdurchschnittlich hohe Werte auf. Der Jahreshöchststand von 959m ü.NN wurde am 07.02.2020 erreicht. Ab Ende März fiel der Grundwasserstand für mehrere Monate auf einen deutlich unterdurchschnittlichen Bereich ab. Der niedrigste Grundwasserstand von 952m ü.NN wurde am 12.10.2020 erreicht. Die kurzzeitig erhöhte Bodenfeuchte mit geringfügiger Sickerwasserbildung im Juni/Juli führte aufgrund erhöhter Verdunstungsraten und des gesteigerten Wasserbedarfs der Pflanzen im Sommer zwischenzeitlich nur zu einem sehr geringfügig erhöhten Grundwasserstand. Erst im November, mit Ende der Vegetationsperiode, fand wieder ein vertikaler Wassertransport statt, so dass die in diesem Zeitraum gefallenen Niederschläge zu einem schnellen Wiederanstieg des Grundwasserspiegels führten.