J. FANK 1. Dr. J. FANK, Institut für Hydrogeologie und Geothermie, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh, Elisabethstraße 16/II, A-8010 Graz.

Transkript

1 Die Bedeutung der ungesättigten Zone für Grundwasserneubildung und Nitratbefrachtung des Grundwassers in quartären Lockersediment - Aquiferen am Beispiel des Leibnitzer Feldes (Steiermark, Österreich) The Role of the Unsaturated Zone for Groundwater Recharge and Nitrate Leaching to Groundwater in Quarternary Porous Aquifer Systems illustrated in the Leibnitzer Feld (Styria, Austria) J. FANK 1 1 Dr. J. FANK, Institut für Hydrogeologie und Geothermie, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh, Elisabethstraße 16/II, A-8010 Graz.

2 INHALTSVERZEICHNIS 1 Einleitung und Problemstellung Physisch - geographisch - hydrographische Charakterisierung des Leibnitzer Feldes Das Grundwassersystem Ungesättigte Zone Hydrogeologie des Grundwasserleiters Klima und Witterung im Leibnitzer Feld Hydrographische Charakterisierung Charakterisierung der Qualitätssituation des Grundwassers Humangeographische Grundlagen Die Forschungsanlage Wagna Planung, Konzipierung und Errichtung Landbewirtschaftung Instrumentierung Meteorologische Meßeinrichtungen Meßeinrichtungen in der ungesättigten Zone Bodentemperatur Matrixpotential im niederen Wasserspannungsbereich Aufbau des Tensiometers Meßprinzip und Grenzen der Tensiometrie Bodenwasser als Meßgröße Wasser als druckübertragendes Medium Meßbereich und Standzeit Matrixpotential im hohen Wasserspannungsbereich Bodenfeuchte Sickerwassergewinnung Kontinuierliche Sauerstoffmessung Meßanordnung Meßeinrichtungen im Grundwasser Datensammlung und -dokumentation Auswertung der Meßdaten Bodenwasserhaushalt Meteorologische Meßdaten im Vergleich zu langjährigen Mittelwerten Verdunstung Bodentemperatur Bodenwassergehalt und Matrixpotential Grundwasserneubildung Wasserbilanz Lysimetermessungen Einschicht - Bilanzmodell Numerische Bodenwasserhaushaltsmodellierung Aus der Grundwasserganglinie Allgemeine Betrachtungen Datenlage Auswerteverfahren Bestimmung des natürlichen Grundwasserrückganges (Grenzkurve) Bestimmung des nutzbaren Porenvolumens Ermittlung der Grundwasserneubildung Grundwasserneubildung im Bereich der Forschungsstation Wagna (Zusammenfassung)

3 4.4.2 Markierungsversuche zur Erfassung von Wasserbewegung und Stofftransport in der ungesättigten Zone Markierung mit Wasser unterschiedlicher 18 O-Konzentration Durchführung Ermittlung von ereignisbezogenen Wasserbilanzgrößen Kombinierter Fluoreszenzfarbstoff- und Bromidtracerversuch an zwei Lysimetergefäßen Durchführung Die Eignung der eingesetzten Tracer zur Erfassung von Wasserbewegung und Stofftransport in der ungesättigten Zone Verlagerungsgeschwindigkeit und Verweilzeit des Wassers in den Lysimeterkörpern Messungen von 18 O-Konzentrationen und der el. Leitfähigkeit im Sickerwasser zur Visualisierung dynamischer Prozesse Flächenmarkierung mittels Natriumbromid-Beregnung Durchführung Saugspannung und Wassergehaltsänderung als Reaktion auf die Beregnung Bewertung der Meß- und Erfassungssysteme Ermittlung von Verlagerungsgeschwindigkeiten und Verweilzeiten in der ungesättigten Zone Bromidbilanz Schlußfolgerungen aus den Markierungsversuchen im März und April Ermittllung hydraulischer Parameter aus den Bromiddurchgängen Ermittlung von Korrekturfaktoren für die Einzugsgebietsfläche von Kleinlysimetern Das Schneeschmelzereignis von 1996 als natürlicher Tracerversuch Grundlagen zur Verwendung von 18 O als Tracer Untersuchungsdurchführung und Ergebnisse Input, Neubildung Die Schneeschmelze 1996 als Neubildungsereignis Das Schneeschmelzwasser in der Tiefenverlagerung Schlußfolgerungen Stoffhaushalt Hydrochemie der Sickerwässer Der Stickstoffkreislauf am Standort Wagna Sauerstoffgehalte im Sickerwasser Nitrataustrag aus der Ungesättigten Zone Nitrat - Tiefenverteilung in der ungesättigten Zone Modellierung des Nitrattransportes Modellkonzept Modellkalibration Simulationsrechnungen Übertragung der Ergebnisse aus der Forschungsstation Wagna auf den südlichen Teil des westlichen Leibnitzer Feldes Modellansatz Mathematische Grundlagen der Geostatistik Variographie Momente und Stationarität Eigenschaften von Variogrammen Das empirische Variogramm Theoretische Variogrammodelle Räumliche Schätzung Kriging Suchstrategien Flächenhafte Verteilung der nutzbaren Porenvolumina Strukturanalyse

4 5.3.2 Geostatistische Interpolation Regionalisierung der Jahressummen der Grundwasserneubildung Strukturanalyse Geostatistische Interpolation Neubildung und Nitrataustrag in Zeit und Raum Neubildung und Nitrataustrag aus landwirtschaftlich genutzten Flächen Neubildung und Nitrataustrag aus nicht landwirtschaftlich genutzten Flächen Neubildung Hauptkomponentenanalyse zur Reduktion der Meßzeitpunkte Geostatistische Strukturanalyse der factor scores der 1. Hauptkomponente Ableitung von Repräsentativbereichen der einzelnen Grundwasserstandsganglinien Neubildungsmengen aus nicht landwirtschaftlich genutzten Bereichen Nitrataustrag aus nicht landwirtschaftlich genutzten Bereichen Szenarien zur Entwicklung von Grundwasserressourcen und -qualität Wertung der Ergebnisse Bestehende Forschungsdefizite Die Bedeutung der ungesättigten Deckschichten für die Bemessung von Grundwasserschutzzonen Optimale Nutzungsgestaltung in Brunneneinzugsgebieten des Leibnitzer Feldes aus der Sicht des Grundwasserschutzes Zusammenfassung Literatur ABBILDUNGSVERZEICHNIS Fig. 1: Gewässernetz und signifikante Topographiemerkmale im Leibnitzer Feld und seiner Umrahmung. River network and significant marks in topography at the Leibnitzer Feld and ist boundary. 5 Fig. 2: Geologische Übersichtskarte des Leibnitzer Feldes und seiner Umrahmung (nach FANK et al., 1993). Geologic map of the Leibnitzer Feld and its boundary (FANK et al., 1993). 6 Fig. 3: Einteilung der Bodenformen des Leibnitzer Feldes hinsichtlich ihrer Wasserdurchlässigkeit (nach FANK et al., 1993). Soil types of the Leibnitzer Feld classified on their permeability (FANK et al., 1993). _10 Fig. 4: Grundwasserschichtenlinienplan für das Leibnitzer Feld zum Stichtag 1. Juli 1991 (Grundwasserstand in m ü.a.). Groundwater contour map (July,1 st 1991) in the Leibnitzer Feld (m a.s.l) 13 Fig. 5: Mittlere Monatssummen des Niederschlags der Reihen 1901 bis 1980 und 1966 bis 1995 im Vergleich und mittlere Monatsmittel der Lufttemperatur der Reihe 1901 bis 1980 an der Station Leibnitz/Sulm. Mean monthly sum of precipitation comparing the periods 1901 to 1980 and 1966 to 1995 and mean monthly air temperature for the period 1901 to Fig. 6: Grundwasserstandsmeßstellen im Leibnitzer Feld (Quadrate) und jene Meßstellen, die zur Charakterisierung des zeitlichen Verlaufes des Grundwasserspiegels herangezogen wurden (Kreise). Groundwater observation points in the Leibnitzer Feld (squares) and observation wells used to characterize the temporal behaviour of the groundwater table (circles). 18 Fig. 7: Grundwasserstandsganglinie und mittlere Jahresgrundwasserstandsganglinie der Meßstelle BR3773 auf der Niederterrassenfläche des nordöstlichen Leibnitzer Feldes. Observation well BR3773 on the lower terrace (Würm) of the NE Leibnitzer Feld : groundwater hydrograph and mean annual groundwater hydrograph 19 Fig. 8: Grundwasserstandsganglinie und mittlere Jahresgrundwasserstandsganglinie der Meßstelle BR37812 im Bereich der Austufe der Mur im nordöstlichen Leibnitzer Feld. Observation well BR37812 on the holocen terrace of the NE Leibnitzer Feld : groundwater hydrograph and mean annual groundwater hydrograph. 21 4

5 Fig. 9: Grundwasserstandsganglinie und mittlere Jahresgrundwasserstandsganglinie der Meßstelle BR3778 im Einflußbereich der Exfiltrationsstrecke der Mur zwischen der Unterwassereintiefung des Kraftwerkes Lebring und der Stauwurzel des Kraftwerkes Gralla im westlichen Leibnitzer Feld. Observation well BR3778 on the lower terrace (Würm) of the W Leibnitzer Feld near the Mur river (surface water exfiltration): groundwater hydrograph and mean annual groundwater hydrograph 22 Fig. 10: Grundwasserstandsganglinie und mittlere Jahresgrundwasserstandsganglinie der Meßstelle BR3806 im zentralen Bereich der Würm-Niederterrasse im westlichen Leibnitzer Feld. Observation well BR3806 on the lower terrace (Würm) in the central part of the W Leibnitzer Feld : groundwater hydrograph and mean annual groundwater hydrograph 23 Fig. 11: Grundwasserstandsganglinie und mittlere Jahresgrundwasserstandsganglinie der Meßstelle im Bereich der Würm-Niederterrasse im südlichen Leibnitzer Feld. Observation well BR38315 on the lower terrace (Würm) of the S Leibnitzer Feld : groundwater hydrograph and mean annual groundwater hydrograph 24 Fig. 12: Vergleich des Schwankungsverhaltens der mittleren Jahresgrundwasserganglinien von Grundwassermeßstellen aus unterschiedlichen Bereichen des Leibnitzer Feldes. Fluctuation of the mean annual groundwater hydrograph; comparison of 4 observation wells in different hydrogeological units.25 Fig. 13: Vergleich der normierten Schwankung der mittleren Jahresganglinie der Mur am Pegel Wildon und der Laßnitz am Pegel Lang aus einer 20jährigen Reihe. Normalized fluctuation of the mean annual hydrograph of the river Mur (gauging station Wildon) compared to that of the river Laßnitz (gauging station Lang) derived from a 20 year period. 27 Fig. 14: Zeitliche Entwicklung der Nitratkonzentration im Grundwasser des Leibnitzer Feldes: KN 2 Brunnen im zentralen Teil des westlichen Leibnitzer Feldes (Würm - Niederterrasse); SG VI Brunnenstandort auf der Würm - Niederterrasse des nordöstlichen Leibnitzer Feldes. Time serie of nitrate concentration in groundwater at two observation wells: KN 2 lower terrace (Würm) in the central W Leibnitzer Feld; SG VI lower terrace (Würm) in the NE Leibnitzer Feld. 29 Fig. 15: Verteilung der Nitratkonzentration im Grundwasser des Leibnitzer Feldes als Jahresmittelwert Contour map of nitrate concentration in the groundwater of the Leibnitzer Feld (mean value 1997). 30 Fig. 16: Verteilung der Athrazinkonzentration im Grundwasser des Leibnitzer Feldes als Jahresmittelwert Contour map of atrazin concentration in the groundwater of the Leibnitzer Feld (mean value 1997). 32 Fig. 17: Brunnenstandorte für die kommunale und überregionale Wasserversorgung im Leibnitzer Feld mit den zugehörigen Schongebieten Wells and groundwater protection areas in the Leibnitzer Feld 38 Fig. 18: Blockdiagramm der Forschungsstation Wagna mit den eingerichteten Meßsystemen Structural principle of the observation station of infiltration water. 42 Fig. 19: Längsschnitt durch die Lysimeteranlage in Wagna mit den Einlässen für die unterschiedlichen Meßsonden und Probenahmesysteme Longitudinal section of the research station Wagna with the outlets of different measuring instruments and sampling systems. 45 Fig. 20: Schematische Darstellung des tensionsgesteuerten Unterdrucklysimeters (RAMSPACHER, 1993) Schematic graph of a tenison controlles subpressure lysimeter. 58 Fig. 21: Bohrprofil und Ausbau der Bohrung Wagna II. Soil profile and well completion of borhole Wagna II 62 Fig. 22: Bohrprofil und Ausbau der Bohrung Wagna III. Soil profile and well completion of borhole Wagna III 63 Fig. 23: Mittlere Monatssummen des Niederschlags an der Station Leibnitz für unterschiedliche Perioden (1901 bis 1980, 1967 bis 1996, 1987 bis 1996 und 1992 bis 1996). Monthly mean sum of precipitation at observation station Leibnitz for different observation periods (1901 to 1980, 1967 to 1996, 1987 to 1996 and 1992 to 1996) 66 Fig. 24: Entwicklung der Jahressummen des Niederschlags an der Station Leibnitz in der Periode 1967 bis 1996 mit der 30jährigen mittleren Jahressumme. Annual sum and annual mean sum of precipitation at observation station Leibnitz from 1967 to Fig. 25: Mittlere Monatsmittel der Lufttempertur an der Station Leibnitz für unterschiedliche Perioden (1901 bis 1980, 1966 bis 1995, 1986 bis 1995 und 1992 bis 1995). Monthly mean Temperature at observation station Leibnitz for different observation periods (1901 to 1980, 1966 to 1995, 1986 to 1995 and 1992 to 1995) 68 Fig. 26: Verlauf der Bodentemperatur in unterschiedlichen Tiefen (LTBR04 = 40 cm, LTBR07 = 70 cm, LTBR11 = 110 cm, LTBR20 = 200 cm, LTBR25 = 250 cm unter der Geländeoberkante) und der Grundwassertemperatur (GW45) im Beobachtungszeitraum 1992 bis 1996 unter Maismonokultur an der Forschungsstation Wagna. Time series of soil temperature in different depths (LTBR04 = 40 cm, LTBR07 5

6 = 70 cm, LTBR11 = 110 cm, LTBR20 = 200 cm, LTBR25 = 250 cm below surface) and groundwater temperature (GW45) from 1992 to 1996 on the maize monoculture plot of the research station Wagna. 73 Fig. 27: Differenzen der Bodentemperatur in gleichen Meßtiefen (BT04 = 40 cm, BT07 = 70 cm, BT11 = 110 cm, BT20 = 200 cm und BT25 = 250 cm unter der Geländeoberfläche) zwischen Maismonokulturund Fruchtfolgeparzelle im Zeitraum von 1992 bis Differences in soil temperature in the same depths (BT40 = 04 cm, BT07 = 70 cm, BT11 = 110 cm, BT20 = 200 cm und BT25 = 250 cm below surface) between maize monoculture and crop rotation plot from 1992 to Fig. 28: Mittlere Jahresganglinie der Luft-, Boden- und Grundwassertemperatur der Periode 1992 bis 1996 an verschiedenen Meßtiefen der Forschungsstation Wagna (LKT20 = Lufttemperatur in 2 m über Gelände, LTBR04 = 40 cm, LTBR07 = 70 cm, LTBR11 = 110 cm, LTBR20 = 200 cm, LTBR25 = 250 cm unter Geländeoberkante, GW45 = Grundwassertemperatur nahe der Grundwasseroberläche in 450 cm unter Gelände). Yearly mean time series of air, soil and groundwater temperature from the period 1992 to 1996 in different depths at the research station Wagna (LKT20 = air temperature 2 m above surface, LTBR04 = 40 cm, LTBR07 = 70 cm, LTBR11 = 110 cm, LTBR20 = 200 cm, LTBR25 = 250 cm below surface, GW45 = groundwater temperature near the groundwater table in 450 cm below surface). 75 Fig. 29: Isochronen der mittleren Monatstemperaturen aus dem Zeitraum 1992 bis 1996 nach der Tiefe. Isochrones of the mean monthly temperatures from the period 1992 to Fig. 30: Abnahme der Jahresschwankung der Temperatur mit der Tiefe und berechneter funktionaler Zusammenhang. Reduction of the amplitude of the temperature with depth and and functional description. 76 Fig. 31: Ganglinie des Wassergehaltes [Vol. %] in verschiedenen Bodenhorizonten (TDRL04 = 40 cm, TDRL055 = 55 cm, TDRL07 = 70 cm, TDRL11 = 110 cm, TDRL20 = 200 cm unter Gelände) an der Fruchtfolgeparzelle der Forschungsstation Wagna von 1993 bis Time series of the water content [Vol %] in different horizons of the soil (TDRL04 = 40 cm, TDRL055 = 55 cm, TDRL07 = 70 cm, TDRL11 = 110 cm, TDRL20 = 200 cm below surface) on the crop rotation plot of the research station in Wagna from 1993 to Fig. 32: Ganglinie des Wassergehaltes [Vol. %] in verschiedenen Bodenhorizonten (TDRR04 = 40 cm, TDRR055 = 55 cm, TDRR07 = 70 cm, TDRR11 = 110 cm, TDRR20 = 200 cm unter Gelände) an der Maismonokulturparzelle der Forschungsstation Wagna von 1993 bis Time series of the water content [Vol %] in different horizons (TDRR04 = 40 cm, TDRR055 = 55 cm, TDRR07 = 70 cm, TDRR11 = 110 cm, TDRR20 = 200 cm below surface) of the soil on the maize monoculture plot of the research station in Wagna from 1993 to Fig. 33: Ganglinie der Tensiometerwerte [hpa] in verschiedenen Bodenhorizonten (LFTR04 = 40 cm, LFTR07 = 70 cm, LFTR11 = 110 cm, LFTR20 = 200 cm, LFTR25 = 250 cm unter Gelände) an der Maismonokulturparzelle der Forschungsstation Wagna im Frühjahr und Sommer Time series of tensiometer values in different horizons (LFTR04 = 40 cm, LFTR07 = 70 cm, LFTR11 = 110 cm, LFTRR20 = 200 cm, LFTR25 = 250 cm below surface) of the soil on the maize monoculture plot of the research station in Wagna during spring and summer Fig. 34: Ganglinie der Gipsblock - Ablesewerte in verschiedenen Bodenhorizonten (LGBL04 = 40 cm, LGBL07 = 70 cm, LGBL11 = 110 cm, LGBL20 = 200 cm, LGBL25 = 250 cm unter Gelände) an der Fruchtfolgeparzelle der Forschungsstation Wagna im Sommer und Herbst Time series of gypsum block readings in different horizons (LGBL04 = 40 cm, LGBL07 = 70 cm, LGBL11 = 110 cm, LGBL20 = 200 cm, LGBL25 = 250 cm below surface) of the soil on the plot with crop rotation of the research station in Wagna during summer and autumn Fig. 35: Zeitlicher Verlauf der Matrixpotentialwerte im Jahr 1994 in 40 cm Tiefe auf der Monokulturparzelle der Forschungsstation Wagna. Time series of the matrix potential in the soil 40 cm below surface on the maize monoculture plot at research station Wagna (1994). 86 Fig. 36: Tiefenprofil des Matrixpotentials zu ausgewählten Zeitpunkten des Jahres 1993 a) Maismonokultur, b) Fruchtfolge. Depth profile of the matrix potential at different time steps in the year 1993 a) maize monoculture plot, b) plot with crop rotation. 87 Fig. 37: Beziehung zwischen Saugspannung und Wassergehalt (pf-kurven) bei einem Sandboden, einem tonigen Schluffboden (Lößboden) und einem Tonboden (nach P. SCHACHTSCHABEL, 1992). Relation between matrix potential and content of water (characteristic curve) in sandy, silty, and clayey soils. 89 Fig. 38: Wasserleitfähigkeit eines Sand-, Schluff- und Tonbodens in Abhängigkeit von der Saugspannung (nach P. SCHACHTSCHABEL, 1992). Permeability of sandy, silty and clayey soils depending on the matrix potential. 90 Fig. 39: Beziehung zwischen Wasserspannung und Wassergehalt (pf-kurven) sowie die Wasserleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Wasserspannung und dem Wassergehalt in den verschiedenen Bodenhorizonten der Fruchtfolgeparzelle der Forschungsstation Wagna (L_0-30 = 0 bis 30 cm, L_30-45 = 30 bis 45 cm, L_ bis 60 cm, L_60-85 = 60 bis 85 cm, L_ = 85 bis 6

7 115 cm und L_ = 115 bis 250 cm unter Gelände) (Daten aus E. STENITZER, 1996). Characteristic curves and permeability depending on matrix potential and water content in different soil hoizons at the crop rotation plot of the research station Wagna (L_0-30 = 0 to 30 cm, L_30-45 = 30 to 45 cm, L_ to 60 cm, L_60-85 = 60 to 85 cm, L_ = 85 to 115 cm and L_ = 115 to 250 cm below surface). 91 Fig. 40: Beziehung zwischen Wasserspannung und Wassergehalt (pf-kurven) sowie die Wasserleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Wasserspannung und dem Wassergehalt in den verschiedenen Bodenhorizonten der Maismonokulturparzelle der Forschungsstation Wagna (R_0-45 = 0 bis 45 cm, R_45-75 = 45 bis 75 cm, R_ bis 150 cm, R_ = 150 bis 260 cm unter Gelände) (Daten aus E. STENITZER, 1996). Characteristic curves and permeability depending on matrix potential and water content in different soil hoizons at the maize monoculture plot of the research station Wagna (R_0-45 = 0 to 45 cm, R_45-75 = 45 to 75 cm, R_ to 150 cm, R_ = 150 to 260 cm below surface). 92 Fig. 41: Flußdiagramm des Berechnungsablaufes von SIMWASER bei der Simulation eines aus mehreren Fruchtfolge-Elementen zusammengesetzten Zeitabschnittes (STENITZER, 1988) Flow chart of the model SIMWASER for the simulation of a periode with some different crop-elements. 108 Fig. 42: Schema der Berechnung des täglichen Wasserverbrauchs und Pflanzenwachstums (STENITZER, 1988) Flow chart for the calculation for daily water consumption and growth of plants 109 Fig. 43: Modifikation der pf-kurve für den Schotterbereich der Bodenprofile der Forschungsstation (F. FEICHTINGER, 1997). Modification of the characteristic curve of the deepest part (gravel and sand) of the soil profiles at research station Wagna. 109 Fig. 44: Grundwasserstandsganglinie und tägliche Niederschlagssummen an der Forschungsstation Wagna vom bis Groundwater hydrograph and daily sum of precipitation at research station Wagna from 1992 to Fig. 45: Jahreszeitlich unterschiedlicher Verlauf der Grundwasserstandsganglinie an der Forschungsstation Wagna bei ähnlichen Niederschlagsmengen und -intensitäten a) Grundwasserspiegelrückgang während der Sommermonate b) Anstieg des Grundwasserspiegels im Herbst als Reaktion auf Niederschläge Behaviour of the groundwater hydrograph at research station Wagna at time periods with well comparable amount and intensity of precipitation a) decrease of the groundwater table during summer b) increas of groundwater table during autumn as a reaction to precipitation events. 113 Fig. 46: Anpassung mathematischer Funktionen an den Grundwasserspiegelrückgang vom 23. Dezember 1992 bis zum 29. September 1993 zur Ermittlung des täglichen Spiegelabfalles (GWM = Grundwassermächtigkeit, GWSP = Grundwasserspiegel) Fitting of mathematical functions to the decreasing groundwater table between Dez and Sept as a basis for the calculation of the daily decrease of the groundwater table (GWM = thickness of the groundwater, GWSP = groundwater table). 115 Fig. 47: Saugspannungswerte in den beiden Modellprofilen der Forschungsstation Wagna (Brache in Maismonokultur und winterharter Raps in der Fruchtfolge) Matrix potential in the two soil profiles of the research station Wagna (fallow area at maize monoculture plot, rape at the crop rotation plot) 117 Fig. 48: Parameter zur Ermittlung des nutzbaren Porenvolumens aus dem infiltrationswirksamen Niederschlag, der gemessenen und der berechneten Grundwasserstandsganglinie. Parameter for the calculation of porosity from infiltrating Precipitation, measured and calculated groundwater hydrograph. 118 Fig. 49: Darstellung des Berechnungsablaufes zur Ermittlung der Grundwasserneubildung aus der Grundwasserstandsganglinie und dem nutzbaren Porenvolumen Calculation scheme for groundwater recharge from groundwater hydrograph and porosity. 120 Fig. 50: Vergleich der Grundwasserganglinien der Meßstelle Wagna mit der Meßstelle 3826 des hydrographischen Dienstes des Landes Steiermark im Zeitraum 1. Jänner 1992 bis 31. Dezember Groundwater hydrograph at research station Wagna compared to observation well 3826 (hydrographic survey of styria) from 1992 to Fig. 51: Jahressummen der Grundwasserneubildung an der Meßstelle 3826 des Hydrographischen Dienstes des Landes Steiermark im Zeitraum 1966 bis 1995 (berechnet aus der Grundwasserstandsganglinie) Yearly sum of groundwater recharge at observation well 3826 (hydrographic survey of styria) from 1966 to 1995 (calculated from groundwater hydrograph). 122 Fig. 52: Mittlere monatliche Grundwasserneubildungsraten aus dem Zeitraum 1966 bis 1995 ermittelt aus der Grundwasserstandsganglinie der Meßstelle Mean monthly groundwater recharge from the period 1966 to 1995 calculated from the groundwater hydrograph of observation well Fig. 53: Summenkurven der Grundwasserneubildung aus dem Niederschlag auf der Basis unterschiedlicher Auswerteverfahren für die Fruchtfolgeparzelle der Forschungsstation Wagna von

8 bis Cumulative sum of groundwater recharge using different evaluation methods for the crop rotation plot at research station Wagna (1992 to 1996). 125 Fig. 54: Summenkurven der Grundwasserneubildung aus dem Niederschlag auf der Basis unterschiedlicher Auswerteverfahren für die Maismonokulturparzelle der Forschungsstation Wagna von 1992 bis Cumulative sum of groundwater recharge using different evaluation methods for the maize monoculture plot at research station Wagna (1992 to 1996). 126 Fig. 55: Lage der Forschungsstation Wagna, der Meßsonden, der Grundwasserpegel und des durch die Flächenberegnung erfaßten Bereiches in Bezug zur Strömungsrichtung des Grundwassers. Plan view of the research station Wagna, the sensors, the observation wells and the area of irrigation as well as the groundwater lfow direction. 128 Fig. 56: Beregnungsmenge bzw. Niederschlagsmengen [N in mm] mit den zugehörigen 18 O Konzentrationen [δ ] (Zahlenangeben bei den Summenstäben), Tagessummen der Lysimeterabflüsse [mm](tagessummenstäbe) mit den zugehörigen Ganglinien der 18 O Konzentrationen [δ ](Quadratsymbole) auf der Brachefläche [LSGVR] und auf der mit Raps bestandenen Fläche [LSGVL] während des Beobachtungszeitraumes nach dem Markierungsversuch. Amount of irrigration and precipitation [N in mm] with the 18 O Content [δ ] (values at the bars), daily sum of lysimeter discharge [mm](bars) and time series of 18 O Concentration [δ ]( square symbols) on the fallow lysimeter tank [LSGVR] and on the tank with rape plants [LSGVL] during the tracing experiment. 130 Fig. 57: Aufgliederung des Gesamtabflußes an den beiden Lysimetern LSGVR und LSGVL nach der Mischungsgleichung in einen Bodenwasseranteil und einen Beregnungswasseranteil im Auswertezeitraum (aufgrund der großen Wertunterschiede ist die Skalierung in den beiden Diagrammen unterschiedlich gewählt). Partitioning of the lysimeter discharge at the tanks LSGVR and LSGVL using the mixing equation in water coming from the soil reservoir and the part from irrigation (look at different scaling due to the high differences in the values) 131 Fig. 58: Wasserbilanzgrößen für die beiden Gefäßlysimeter LSGVR und LSGVL aus dem Beregnungsereignis vom und der Beobachtung der Lysimeterabflüsse bis zum berechnet nach der Mischungsgleichung (Gl. 14) und der Bilanzgleichung (Gl. 15). Water balance results for the lysimeter tanks LSGVR and LSGVL from the irrigation on using the monitoring of lysimeter discharge until and the mixing equation (Gl. 14) and the balance equation (Gl. 15). 132 Fig. 59: Niederschlag (incl. Beregnungen für die Markierungsversuche) und Sickerwasseranfall an den Lysimetern LSGVR und LSGVL während des Beobachtungszeitraumes des Markierungsversuches vom 14. April Precipitation (including irrigation at the tracing experiments) and lysimeter discharge at lysimeter tanks LSGVR and LSGVL during monitoring of the tracing experiment from April, 14 th, Fig. 60: Gemessene Durchgangskurven der Tracer Bromid (Konzentrationen in mg/l) und Uranin (Fluoreszenz-Intensitäten) an den beiden Gefäßlysimetern LSGVL und LSGVR Measured breakthrough concentrations of bromide (mg/l) and Uranin (intensities) at LSGVL and LSGVR. 136 Fig. 61: Durchgangskurve der Bromidkonzentration, Summenkurve der Wiederausbringungsrate, Markierung der Zeitpunkte des 1. Auftretens des Tracers, des Peaks und des Schwerpunktes der Bromidfrachtkurve an den beiden Gefäßlysimetern LSGVR und LSGVL (Beregnung vom 14. April 1993). Breakthrough curve of bromide, cumulative sum of tracer recovery rate, marking of the time levels of 1. appearence, peak and center of gravity of the bromide-freight curve at lysimeter tanks LSGVR and LSGVL (irrigation at April, 14 th, 1993). 138 Fig. 62: Vergleich von Sickerwasserfluß, el. Leitfähigkeit und 18 O-Konzentration im Sickerwasser der beiden Gefäßlysimeter LSGVR und LSGVL als Reaktion auf die Markierungsversuche im März und April Comparison of lysimeter discharge, el. conductivity and 18 O-Content in the percolating water of lysimeter tanks LSGVR and LSGVL as a reaction on the tracing experiments on march and april Fig. 63: Reaktion der Tensiometerwerte und des Wassergehaltes (gemessen mittels TDR-Sonden) in unterschiedlichen Tiefen (dm als letzte 2 bzw. 3 Zeichen in der Sondenbezeichnung) der Maismonokulturseite der Forschungsstation Wagna auf die Beregnung vom 14. April 1993 ( 40 mm). Reaction of matrix potential and water content in different depths (dm as 2 nd and 3 rd character in the name of the probes) on the maize monoculture plot of the researchs station Wagna on irrigation from April, 14 th, 1993 ( 40 mm). 142 Fig. 64: Vergleich von Bromidkonzentrations-Durchgangskurven an Monolithlysimetern (LSM) und Saugkerzen (LSS) auf der Maismonokultur- (linkes Diagramm) und der Fruchtfolgeparzelle (rechtes Diagramm) an der Boden / Kies Grenze. Comparison of the bromide breakthrough curves at monolithic lysimeters (LSM) and sucction cups (LSS) at the border between loamy soil and sand/gravels below the maize-monoculture plot (left diagram) and the plot with crop rotation (right diagram)

9 Fig. 65: Bromidkonzentrations-Durchgangskurven in den ungesättigten Sanden und Kiesen unter der Maismonokulturparzelle aus unterschiedlichen Meßeinrichtungen. Bromide breakthrough curves in the unsaturated gravels and sands below the maize-monoculture plot from different measurement equipments. 145 Fig. 66: Vergleich der Bromidkonzentrations Durchgangskurven unter der Maismonokulturparzelle in unterschiedlichen Meßtiefen (60, 150 und 300 cm) Comparison of bromide breaktrough curves in different depths (60, 150 and 300 cm) below the maize monoculture plot. 146 Fig. 67: Vergleich der Bromidkonzentrations Durchgangskurven unter der Fruchtfolgeparzelle in unterschiedlichen Meßtiefen (70, 150 und 300 cm) Comparison of bromide breaktrough curves in different depths (70, 150 and 300 cm) below the plot with crop rotation. 146 Fig. 68: Beispielhafte Darstellung der Auswertung der Tracerdurchgangskurve an der Meßstelle LSWR15 (Maismonokultur, Kleinlysimeter in 1.5 m Tiefe) Exemplified demonstration of the evaluation of the tracer breaktrough curve at observation point LSWR15 (maize monoculture plot, field lysimeter in 1.5 m below surface). 147 Fig. 69: Bromiddurchgang im Grundwasser (Meßstelle Wagna II) der Einspeisung vom 14. April Bromide breakthrough curve in groundwater (observation well Wagna II) from the tracing experiment on April, 14 th Fig. 70: Verlagerungsgeschwindigkeiten von Bromid in der ungesättigten Zone im Bereich der Forschungsstation Wagna als Ergebnis des Markierungsversuches vom 14.April Velocity of bromide in the unsaturated zone of the research station Wagna from the evaluation of the tracing experiment on April, 14 th Fig. 71: Ermittlung hydraulischer Parameter aus der Tracerdurchgangskurve der Meßstelle LSRR15 der Forschungsstation Wagna Estimation of hydraulic parameters using the tracer breakthrough curve at observation point LSRR15 of the research station Wagna. 157 Fig. 72: Beziehung zwischen Länge des Fließweges und der Dispersivität (a) sowie der Fließgeschwindigkeit und des Dispersionskoeffizienten (b) in den ungesättigten Bereichen der Forschungsstation Wagna Relation between flow length and dispersivity (a) as well as flow velocity and dispersion koefficient (b) in the unsaturated zone of the research station Wagna. 158 Fig. 73: Modellierung des Tracerdurchganges an der Meßstelle LSRR15 der Forschungsstation Wagna durch eine Serie von eindimensionalen Transportprozessen unterschiedlicher Impfmengen und variabler Geschwindigkeiten Modelling of the tracer breakthrough curve at observation point LSRR15 at reserach station Wagna using serial one dimensional transport processes with different amount of tracers and variable mean velocities. 160 Fig. 74: Modellierung des Tracerdurchganges an der Meßstelle LSGVR der Forschungsstation Wagna durch eine Serie von eindimensionalen Transportprozessen unterschiedlicher Impfmengen und variabler Geschwindigkeiten Modelling of the tracer breakthrough curve at observation point LSGVR at reserach station Wagna using serial one dimensional transport processes with different amount of tracers and variable mean velocities. 161 Fig. 75: Summenlinie der Sickerwassermenge an der Meßstelle LSRR15 im Zeitraum 1992 bis 1996 einerseits im Vergleich der gemessenen Werte zu den korrigierten Werten, andererseits im Vergleich zu den aus dem zeitlichen Verlauf der Grundwasserstandsganglinie abgeleiteten Neubildungsmengen. Cumulative sum of percolation water at observation point LSRR15 from 1992 to 1996: comparison of measured and corrected values and comparison to groundwater recharge evaluated from the groundwater hydrograph. 163 Fig. 76: Ganglinie der 18 O-Konzentration im Niederschlag (N), im Sickerwasser der ungesättigten Zone (LSML04, LSRR15) und in der gesättigten Zone (Grundwasser) während eines hydrologischen Jahres. Time serie of 18 O-contens in Precipitation (N), in percolation water of the unsaturated zone (LSML04, LSRR15) and in the saturated zone (Grundwasser) during one hydrolocgic year. 166 Fig. 77: Ganglinie der 18 O-Konzentration im Sickerwasser der ungesättigten Zone (SK 30 in 30 cm Tiefe, SK 200 in 200 cm Tiefe) und in der gesättigten Zone (Quelle Arzt) in der Verwitterungsdecke eines kristallinen Einzugsgebietes, in dem die Wassersättigung während des gesamten Beobachtunszeitraumes im ungesättigten Bereich nicht unter Feldkapazität abfiel. Time serie of 18 O-content in percolation water of the unsaturated zone (SK 30 in 30 cm depth, SK 200 in a depth of 200 cm below surface) and in the saturated zone (Quelle Arzt) in the weathered layer of a cristalline catchment. Water saturation in the unsaturated zone was higher then field capacity during the whole observation period. 167 Fig. 78: Niederschlagsmengen (graue Stäbe = Schneefall) und zugehörigen 18 O-Konzentrationen im Zeitraum 1. Oktober 1995 bis 30. September 1996 Daily sum of precipitation (grey bars = snow) and respective 18 O-concentration from October, 1 st 1995 to September, 30 th Fig. 79: Abhängigkeit des Isotopengehaltes im Sickerwasser von Neubildungsimpulsen (graue Stäbe) bzw. Niederschlagsereignissen (schwarze Stäbe) unterschiedlicher Ausprägung am Beispiel des 9

10 Gefäßlysimeters mit Maismonokultur. Interdependency between isotope content in percolation water an groundwater recharge events (grey bars) or precipitation events (black bars) exemplified on the outflow of a lysimeter tank covered with maize in monoculture. 169 Fig. 80: Das Schneeschmelzereignis 1996 an der Meßstelle LSMR07 (Monolith, 70 cm tief, Maismonokultur) zur Visualisierung von piston-flow, präferential flow und dispersial flow Effekten. Snow melt event 1996 on observation point LSMR07 (monolith, 70 cm depth, maize monoculture plot) for vizualising piston-flow, preferential flow and dispersial flow effects. 170 Fig. 81: Das Schneeschmelzereignis 1996 an der Meßstelle LSMR06 (Monolith, 60 cm tief, Maismonokultur) zur Visualisierung von piston-flow, präferential flow und dispersial flow Effekten. Snow melt 1996 at observation point LSMR06 (monolith, 60 cm depth, maize monoculture plot) for vizualisation of piston-flow, preferential flow and dispersal flow effects. 171 Fig. 82: Die Tiefenverlagerung des Sickerwassers in der ungesättigten Zone detektiert an den Analysen der 18 O-Gehalte in den Schichten des Oberbodens (a) und in den ungesättigten Sanden und Kiesen (b). Die beiden letzten Ziffern in der Bezeichnung repräsentieren die Entnahmetiefe in dm unter der Geländeoberkante, die Buchstaben bezeichnen die Entnahmeart. Movement of percolation water in depth in the unsaturated zone evaluated from the analyses of 18 O-contents in the soil (a) and in the unsaturated gravels and sands (b). The numbers in the labels represent the depth in dm below surface, letters mark the sampling method. 173 Fig. 83: Zeitliche Variabilität der hydrochemischen Zusammensetzung des Sickerwassers während eines Jahres erfaßt am Monlithlysimeter LSML04 in 40 cm Tiefe der Fruchtfolgeparzelle der Forschungsstation Wagna Variation of the hydrochemical components of percolating water during one year; measured at the monolithic lysimeter in 40 cm depth of the crop rotation plot at the research station Wagna. 177 Fig. 84: Zeitliche Variabilität der hydrochemischen Zusammensetzung des Grundwassers während eines Jahres erfaßt an der Grundwassermeßstelle der Forschungsstation Wagna Variation of the hydrochemical components of groundwater during one year; measured at the groundwater well at the research station Wagna. 178 Fig. 85: Hydrochemische Zusammensetzung des Sicker- und Grundwassers [meq/l] unter den beiden unterschiedlich bewirtschafteten Parzellen der Forschungsstation Wagna im Vergleich zum Grundwasser. Hydrochemical composition of percolation water and groundwater [meq/l] at the different plots of the research station Wagna in comparison to groundwater composition. 179 Fig. 86: Tiefenprofil des mittleren ph-wertes im Sicker- und Grundwasser der beiden Versuchsparzellen der Forschungsstation Wagna. Depth profile of mean ph-value in percolation water and ground water of the two investigated plots at research station Wagna. 181 Fig. 87: Anteile der verschiedenen Kat- und Anionen im Sicker- und Grundwasser [meq %] der Fruchtfolgeparzelle (oben) und der Maismonokulturparzelle (unten) der Forschungsstation Wagna in unterschiedlichen Meßtiefen (Mittelwerte über 1 Jahr). Sharing of the different Kations and Anions in percolation water and in ground water [meq %] of the crop rotation plot (above) and the maize monoculture plot (below) at research station Wagna. Comparison of different measuring depths (Mean values for 1 year). 182 Fig. 88: Der landwirtschaftliche Stickstoffkreislauf (P. SCHACHTSCHABEL et al., 1992). Nitrogen circle in agriculture (P. SCHACHTSCHABEL et al., 1992). 183 Fig. 89: Schematische Darstellung des Stickstoffumsatzes im Boden- und Grundwasserbereich (nach E. KLAGHOFER, 1991, verändert). Schematic view on the nitrogen balance in soil and groundwater (after E. KLAGHOFER, 1991, modified). 185 Fig. 90: Reaktion von Sickerwassermenge und Sauerstoffkonzentration auf ein Niederschlagsereignis am 8. bzw. 9. Juni 1994 (J. FANK et al., 1994). Increasing amount of percolation water and decreasing oxygen concentration following a precipitation event on 1994, June, 8 th and 9 th (after J. FANK et al., 1994) 187 Fig. 91: Verlauf der Sauerstoffkonzentration im Sickerwasser von März bis August 1994 in 1.5 m Bodentiefe im Vergleich zur jeweiligen temperatur- und druckabhänigen Sättigungskonzentration (J. FANK et al., 1994). Oxygen concentration in percolating water from march to august 1994 in 1.5 m depth compared to the saturation concentration (after J. FANK et al., 1994). 188 Fig. 92: Mittlere Monatsmittel und extreme Monatsmittel der Nitratkonzentration [mg/l] der Periode 1992 bis 1996 im Sickerwasser der Meßstelle LSWL15 (Fruchtfolgeparzelle 1,5 m unter GOK) Mean monthly and monthly extreme values of nitrate concentration [mg/l] for the period 1992 to 1996 of the percolation water at measuring point LSWL15 (crop rotation plot 1.5 m below surface). 190 Fig. 93: Mittlere Monatssummen und extreme Monatssummen des Nitrat-N Austrages [kg/ha] der Periode 1992 bis 1996 an der Meßstelle LSWL15 (Fruchtfolgeparzelle 1,5 m unter GOK) Mean monthly 10

11 sum and monthly extreme sum of nitrate-n freight [kg/ha] for the period 1992 to 1996 at measuring point LSWL15 (crop rotation plot 1.5 m below surface). 191 Fig. 94: Mittlere Monatsmittel und extreme Monatsmittel der Nitratkonzentration [mg/l] der Periode 1992 bis 1996 im Sickerwasser der Meßstelle LSWR15 (Maismonokulturparzelle 1,5 m unter GOK) Mean monthly and monthly extreme values of nitrate concentration [mg/l] for the period 1992 to 1996 of the percolation water at measuring point LSWR15 (maize monoculture plot 1.5 m below surface). 192 Fig. 95: Mittlere Monatssummen und extreme Monatssummen des Nitrat-N Austrages [kg/ha] der Periode 1992 bis 1996 an der Meßstelle LSWR15 (Maismonokulturparzelle 1,5 m unter GOK) Mean monthly sum and monthly extreme sum of nitrate-n freight [kg/ha] for the period 1992 to 1996 at measuring point LSWR15 (maize monoculture plot 1.5 m below surface). 193 Fig. 96: Vergleich der gemessenen Nitratkonzentrationen zwischen Fruchtfolgeparzelle (LSWL15) und Maismonokulturparzelle (LSWR15) im Sickerwasser in 1.5 m unter GOK. Comparison of nitrate concentration in percolation water at 1.5 m below surface between crop rotation plot (LSWL15) and maize monocultur plot (LSWR15). 194 Fig. 97: Vergleich der berechneten Nitratfrachten (Summenlinie) zwischen Fruchtfolgeparzelle (LSWL15) und Maismonokulturparzelle (LSWR15) im Sickerwasser in 1.5 m unter GOK. Comparison of calculated nitrat freight (cumulative curve) from percolation water 1.5 m below surface between crop rotation plot (LSWL15) and maize monocultur plot (LSWR15). 195 Fig. 98: Nitratkonzentrationen im Sickerwasser der Fruchtfolgeparzelle im Vergleich der Meßtiefen 150 cm und 300 cm unter GOK zur Ableitung der Verlagerungsgeschwindigkeit. Nitrate concentration of the percolation Water at crop rotation plot. Comparison of to measuring depths (150 and 300 cm below surface) to detect flow velocity. 195 Fig. 99: Tiefenverteilung der Nitratkonzentration im Sickerwasser auf der Fruchtfolgeparzelle (oben) und der Maismonokulturparzelle (unten) als Ergebnis der statistischen Auswertung der Meßdaten von 1992 bis Depth profile of nitrate concentration in percolation water at the different test sites of the research station Wagna: crop rotation plot (above) and maize monoculture plot (below). Visualisation of the results of statistical evaluation of measured data (1992 to 1996). 197 Fig. 100: Häufigkeitsverteilung der Nitratmeßwerte im Vergleich von Maismonokultur- und Fruchtfolgeparzellen in unterschiedlichen Meßtiefen der Forschungsstation Wagna. Frequency distribution of nitrate concentration comparing maize monoculture and crop rotation in different depth at research station Wagna. 198 Fig. 101: Gegenüberstellung der gemessenen und simulierten akkumulierten Stickstoffausträge in 150 cm unter GOK am Standort Lysimeter Wagna, Maismonokultur, 1. August 1992 bis 31. Dezember 1995 (F. FEICHTINGER, 1998b). Comparison of measured and simulated accumulated curves of nitrogen leaching to groundwater 150 cm below surface at research station Wagna, maize monoculture, August 1 st 1992 to December 31 st 1995 (F. FEICHTINGER, 1998b). 201 Fig. 102: Gegenüberstellung der gemessenen und simulierten akkumulierten Stickstoffausträge in 150 cm unter GOK am Standort Lysimeter Wagna, Fruchtfolge, 1. August 1992 bis 31. Dezember 1995 (F. FEICHTINGER, 1998b). Comparison of measured and simulated accumulated curves of nitrogen leaching to groundwater 150 cm below surface at research station Wagna, crop rotation plot, August 1 st 1992 to December 31 st 1995 (F. FEICHTINGER, 1998b). 202 Fig. 103: Mittlerer Jahresgang der Grundwasserneubildung aus der Periode 1982 bis 1995 für die Bodenformen BF17 und BF15a (Kartierungsbereich Leibnitz). Mean yearly hydrograph of groundwater recharge for the period 1982 to 1995 for the soil formations BF17 and BF15a (mapping area Leibnitz).204 Fig. 104: Mittlerer Jahresgang des Stickstoffaustrages aus der ungesättigten Zone für die Periode 1982 bis 1995 (Bodenformen BF17 und BF15a Kartierungsbereich Leibnitz). Mean yearly hydrograph of nitrogene leaching from the unsaturated zone for the period 1982 to 1995 (soil formations BF17 and BF15a mapping area Leibnitz). 205 Fig. 105: Untersuchungsgebiet im südlichen Teil der Würmterrasse des westlichen Leibnitzer Feldes zur Erfassung von Grundwasserneubildung und Nitrataustrag in einem regionalen Maßstab. Investigation area for the evaluation of ground water recharge and nitrate leaching in a regional scale (southern part of the glacial terrasse of the western Leibnitzer Feld). 207 Fig. 106: Darstellung von Kovarianz und Semivariogramm Schematic view to covariance and semivariogramm 212 Fig. 107: Illustration der wählbaren Variogrammparameter (modif. n. C.V. DEUTSCH & A.G. JOURNEL, 1992) Illustration of eligible variogram - parameters (C.V. DEUTSCH & A.G. JOURNEL, 1992, modified).214 Fig. 108: Proportionalitätsdiagramm Diagram of propotionality 216 Fig. 109: Variogrammodelle mit Sill Variogramme models with sill. 217 Fig. 110: Variogrammodelle ohne Sill Variogram models without sill. 217 Fig. 111: Hole-Effekt-Modell Hole-effect-model

12 Fig. 112: Datenkonfiguration zur Illustration der räumlichen Schätzung Data set to illustrate areal estimation. 219 Fig. 113: Datenkonfiguration und Suchellipse für eine Blockschätzung mit Hilfe von Kriging Data set and search ellipse for kriging estimation. 222 Fig. 114: Theoretisches und empirische Variogramme des Porenvolumens im südlichen Teil des westlichen Leibnitzer Feldes Variogram model and empiric variograms of the pore volume in the southern part of the western Leibnitzer Feld. 224 Fig. 115: Kriging-Optionen für die räumliche Schätzung des Porenvolumens Kriging parameters for areal estimation of pore volume. 226 Fig. 116: Einstellungen der Suchstrategie für die räumliche Schätzung des Porenvolumens Search parameters for areal estimation of pore volume. 227 Fig. 117: Geschätzte räumliche Verteilung des Porenvolumens im südlichen Teil des westlichen Leibnitzer Feldes Estimation of areal distribution of pore volume in the southern part of western Leibnitzer Feld.228 Fig. 118: Theoretisches und empirische Variogramme der Neubildungssumme 1992 im südlichen Teil des westlichen Leibnitzer Feldes Empirical variograms and variogram model for the sum of groundwater recharge 1992 in the southern part of western Leibnitzer Feld. 230 Fig. 119: Theoretisches und empirische Variogramme der Neubildungssumme 1995 im südlichen Teil des westlichen Leibnitzer Feldes Empirical variograms and variogram model for the sum of groundwater recharge 1995 in the southern part of western Leibnitzer Feld. 231 Fig. 120: Theoretisches und empirische Variogramme der mittleren Neubildungssumme im südlichen Teil des westlichen Leibnitzer Feldes Empirical variograms and variogram model for the yearly mean sum of groundwater recharge in the southern part of western Leibnitzer Feld.232 Fig. 121: Empirische overall Variogramme für die Neubildungssummen der Jahre 1992, 1993, 1994, 1995 und die mittlere Neubildungssumme Emprical overall variograms for the yearly sum of groundwater recharge in the years 1992, 1993, 1994, 1995 and for the yearly mean sum of recharge for the period 1992 to Fig. 122: Theoretische overall Variogramme für die Neubildungssumme der Jahre 1992, 1993, 1994, 1995 und die mittlere Neubildungssumme Variogram models for the yearly sum of groundwater recharge in the years 1992, 1993, 1994, 1995 and for the yearly mean sum of recharge for the period 1992 to Fig. 123: Linien gleicher Grundwasserneubildungsrate [mm] im Jahr 1995 ermittelt aus dem zeitlichen Verlauf des Grundwasserspiegels (Kriginginterpolation). Isohypses of ground water recharge [mm] (sum of 1992) calculated from groundwater hydrograph and interpolated using kriging method. 235 Fig. 124: Linien gleicher Grundwasserneubildung [mm] im Jahr 1995 ermittelt aus dem zeitlichen Verlauf des Grundwasserspiegels (Kriginginterpolation). Isohypses of ground water recharge [mm] (sum of 1995) calculated from groundwater hydrograph and interpolated using kriging method. 238 Fig. 125: Linien gleicher mittlerer Grundwasserneubildungsrate [mm] für 1992 bis 1995 ermittelt aus dem zeitlichen Verlauf des Grundwasserspiegels (Kriginginterpolation). Isohypses of mean annual ground water recharge [mm] (period 1992 to 1995) calculated from groundwater hydrograph and interpolated using kriging method. 239 Fig. 126: Landwirtschaftlich genutzte Fläche (Ackerbau, Grünland) im Vergleich zu den sonstigen Flächen Areas with agricultural landuse (arable land, grass land) compared to areas with a different landuse. 242 Fig. 127: Die Bodenformen im Untersuchungsgebiet aus einer Kartierung im Maßstab 1:5000 als Grundlage für die Berechnung der Grundwasserneubildung und des Nitrataustrages mit Hilfe des Simulationsmodells STOTRASIM. Soil formations in the investigation area (mapping scale 1:5000) as basis for the calculation of groundwater recharge and nitrate leaching to groundwater using the soil water model STOTRASIM. 243 Fig. 128: Beziehung zwischen Saugspannung und Wassergehalt (a) sowie zwischen Saugspannung und hydraulischer Leitfähigket (b) der einzelnen Bodenhorizonte der Bodenform B7-2 als Grundlage für die Berechnung der Sickerwassermenge aus dem Bodenprofil Relationship between matrix potential and content of water (a) as well as between matrix potential and hydraulic conductivity (b) of the different horizons of the soil formation B7-2 as a basis for the calculation of groundwater recharge through the soil profile. 246 Fig. 129: Summenlinien der Grundwasserneubildung [mm] (GWNB) und des Stickstoffaustrages in das Grundwasser [kg/ha] (N) im Zeitraum bis aus der Bodenform B7-2 bei unterschiedlicher Nutzung. Sum of groundwater recharge [mm] (GWNB) and nitrogen leaching to groundwater [Kg/Ha] for the period 1 st of August, 1992 to 31 st of Dezember, 1995 from soil formation B7-2 with different land use

13 Fig. 130: Tageswerte der Grundwasserneubildung [mm] (GWNB) und des Stickstoffaustrages in das Grundwasser [kg/ha] (N-Austrag) im Zeitraum bis aus der Bodenform B7-2 bei unterschiedlicher Nutzung: a) = Fruchtfolge, b) = Maismonokultur, c) = intensives Grünland, d) = extensives Grünland. Daily values of groundwater recharge [mm] (GWNB) and nitrogen leaching to groundwater [kg/ha] (N-Austrag) for the period 1 st of August, 1992 to 31 st of Dezember, 1995 from soil formation B7-2 with different land use: a) = crop rotation, b) = maize monoculture, c) = grass land (intensive), d) = grass land (extensive). 249 Fig. 131: Theoretisches und empirisches Variogramm der factor scores der 1. Hauptkomponente aus der Hauptkomponentenanalyse der Grundwasserstandsdaten im südlichen Teil des westlichen Leibnitzer Feldes Variogram model and empiric variogram of the factor scores of the 1 st component resulting from the principal component analyses of the ground water hydrographs in the southern part of the western Leibnitzer Feld. 256 Fig. 132: Darstellung jener Bereiche im Untersuchungsgebiet, an denen die Grundwasserneubildung durch die Neubildungsganglinie einer zugehörigen Grundwassermeßstelle repräsentiert wird. View on the areas where groundwater recharge in time will be calculated using the correlating groundwater hydrograph. 258 Fig. 133: Vergleich der Ganglinien der Nitratkonzentration im Grundwasser während des Beobachtungszeitraum 1992 bis ( = Anstrombereich, KN1 und Leitring = Brunnen im Untersuchungsgebiet) Comparison of the time varying nitrate concentration in groundwater from 1992 to 1995 ( = upstream, KN1 and Leitring = water supply wells in the investigation area). 261 Fig. 134: Mittlere Verteilung der Nitratkonzentration [mg/l] im Grundwasser 1992 bis 1995 aus den Untersuchungsergebnissen im Rahmen der Wassergüteerhebungsverordnung (WGEV) und der Grundwasserqualitätsüberprüfung an den Brunnenstandorten der Wasserversorgungsunternehmen. Mean distribution of nitrate concentration [mg/l] in groundwater from 1992 to 1995 using data from WGEV and water supply wells. 262 Fig. 135: Grundwassermächtigkeit und Spiegellage des Grundwassers bei mittleren Grundwasser-ständen (26. April 1993). Mean groundwater thickness and mean groundwater table (26 th of April, 1993). 263 Fig. 136: Hydrogeologischer Schnitt entlang der Profillinie in Fig Hydrogeological cross sectional view along intersection line in Fig Fig. 137: Ergebnis der Kalibration des stationären Grundwasserströmungsmodells für Niedrigwasserverhältnisse ( ) mit dem Finiten Elemente Netz, der Verteilung der Durchlässigkeiten und den berechneten Grundwasserspiegellagen. Kalibration results of the steady-state groundwater flow model for low water conditions (13 th of September, 1993) with finite element mesh, distribution of permeability and calculated groundwater table. 265 TABELLENVERZEICHNIS Tab. 1: Meteorologische Meßsysteme und Meßeinheiten in der ungesättigten Zone ohne Probenahmemöglichkeiten: Distanz = Distanz der Meßeinheit von der Geländeoberkante [m]; Aufzeichnung: a = automatische Aufzeichnung, m = manuelle Ablesung; Einbau: u = ungestört, g = gestört; Mais = Maismonokultur, FF = Fruchtfolge; gb = Gipsblock; rw = relativer Wert. Meteorological unit and measuring units without sampling in the unsaturated zone. elev. = distance of the measuring unit from surface [m]; recording: a = continuously, m = manually; s.c. = soil condition: u = undisturbed, d = disturbed; maize = maize monoculture, cr = rotation of crops; gb = gypsum bloc; rv = relative value. 43 Tab. 2: Probenahmesysteme in der ungesättigten Zone und Meßeinrichtungen im Grundwasserpegel: Distanz = Distanz der Meßeinheit von der Geländeoberkante [m]; Aufzeichnung: a = automatische Aufzeichnung, m = manuelle Ablesung; Einbau: u = ungestört, g = gestört; Mais = Maismonokultur, FF = Fruchtfolge; rw = relativer Wert; gw = Grundwasser. Sampling sites in the unsaturated zone and measuring units in the observation well. elev. = distance of the measuring unit from surface [m]; recording: a = continuously, m = manually; s.c. = soil condition: u = undisturbed, d = disturbed; maize = maize monoculture, cr = rotation of crops; rv = relative value; gw = ground water. 44 Tab. 3: Untersuchungsergebnisse der Bodenproben aus dem Bereich der beiden Bodenprofile FF und MAIS Results of the soil analysis of the profiles FF and MAIS. 47 Tab. 4: Landwirtschaftliche Bewirtschaftungs- und Düngemaßnahmen auf den beiden Versuchsparzellen der Forschungsstation Wagna im Zeitraum Herbst 1991 bis Herbst die Angaben der Düngermengen sind feldfallend (Angaben der Fachschule Silberberg, Dr. H. ROBIER). 13