Karst-Einzugsgebiete, Trinkwasser, Klimawandel. Markus Weiler Andreas Hartmann

Transkript

1 Karst-Einzugsgebiete, Trinkwasser, Klimawandel Markus Weiler Andreas Hartmann

2 Karst in Europa Map of carbonate rock outcrops in Europe (Williams and Ford, 2006, modified) and (b) expected mean change of temperature and precipitation in Europe from to , derived from 21 general circulation models (IPCC, 2007, modified)

3 Karst-EZG in Europa

4 Karsthydrologie und Fliessprozesse

5 Boden/Epikarst ~ 70% der Lösungsaktivität in einem Karstsystem findet in den oberen 10 m statt Nimmt mit Abstand zur CO 2 -Quelle (die Oberfläche) ab Wenn Boden vorhanden meist ausgeprägter da mehr CO 2 vorhanden

6 Relevanz des Epikarst Hartmann et al, 2012, HESS

7 Relevanz des Epikarst Ereignisse Jahre

8 Modellierungsansätze für Karstsysteme

9 Zöbelboden Altitude m ASL Plateau und steile Hänge (~ 5 km²) Niederschlag ~ 1700 mm/a Triassischer Hauptdolomit Bodenmächtigkeit bis 1m Drainiert durch viele Quellen Und diffuse Zuflüsse zu den Gewässern

10 Perceptuelles hydrol. Modell By soil properties Retention in soil By tracer experiments: Preferential flow (more dominant at SO)

11 Karst und Abflussmessung

12 Modellstruktur Precipitation OF max OF def Soil storage K slow K interflow K fast Slow component Interflow component Fast component Discharge

13 Validierung Abflüsse

14 Validierung - Isotope

15 Modellierung eines N-Ereignis August 2009 good fit to observations moderate accordance Stream SE: Almost 100% fast flow Stream NW: >50% fast flow, significant contributions of interflow and base flow

16 Evaluierung der Modellstruktur und Parameter Regional sensitivity analysis Monte Carlo Simulierung (50000) Parameter nicht identifizierbar wenn Gleichverteilung Increase Remains high Not identifiable Decrease Slight decrease Nur Abflüsse Abfluss und d 18 O

17 ..aber immer noch Unsicherheit Modellstruktur Räumlich-zeitliche Daten

18 Vergleich mit Beobachtungen im Gelände Parameter Unit Value calibrating runoff only Value calibrating runoff and d 18 O Observed in the field OF max [mm] soil properties OF def [mm] soil properties K slow [a] ~ 20 age dating K interflow [d] several days by water balance isotopes K fast [h] within a day tracer experiments NS efficiency [-] (0.86) Efficiencies indicate good model performance All parameters are in accordance with field observations!

19 Hydrologische Modellierung am Zöbelboden Hydrologisches Modell kann räumlich-zeitliche Abflüsse und Isotope (Transport) adäquat simulieren. Parameter sind physikalisch plausibel, aber dennoch mit hoher Unsicherheit behaftet Lange Zeitreihen und detaillierte Messungen sind absolut notwendig zur Erstellung eines hydrologischen Modells mit geringem strukturellen Fehler.

20 Klimaänderung und Karsteinzugsgebiete Relativ kleiner Speicher im Karst, bzw. sehr diverse Speichergrössen sensitiv für Trockenperioden Hohe Komplexität und Interaktion zwischen den Fliesswegen und Speicherräumen Sommerliche Trockenperioden: Erhöhung der Schadstoffkonzentrationen Reduzierung bakterieller Verschmutzung Starkniederschläge Schadstoffrisiko sinkt bakterielle Belastung droht zu steigen

21 Die Schneealpe, Österreich Trinkwasserversorgung für die Stadt Wien Verkarsteter Triaskalk Zwei Quellen: Die Wasseralmquelle und die Siebenquellen 18 Jahre an Schüttungsdaten und 18 O-Werten Ebenso 3 H Zeitreihen Frage des Speichervolumens und dessen Anfälligkeit für Trinkwasserverschmutzung Wieviel Wasser kommt schnell durch die Kanäle und wann kommt es?

22 Konzeptualisierung des Systems

23 Resultate Monatlicher Gesamtabfluss Wasseralmquelle Modellierter mittlerer Abfluss durch Kanäle Siebenquellen

24 Weitere Auswirkungen auf Karsteinzugsgebiete Klimaveränderungen, die zunehmend eine Anpassung unseres Trinkwasserversorgungssystems erfordern. Veränderung der Stoffflüsse im Boden Bohrungen und Tunnelbau (Erdwärme). Wasser zur Elektrizitätsproduktion

25 Danke