28.01.2014

Hochwasser kann Grundwasserqualität verbessern

Der Klimawandel und die damit zusammenhängende zunehmende Erwärmung gefährdet in der Schweiz die notwendige Sauerstoffkonzentration im Grundwasser. Abhilfe können hier aber Hochwasser schaffen. Auf diesen Zusammenhang weisen Forscher der Eawag Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz in ihrer aktuellen Studie „Competing Controls on groundwater oxygen concentrations revealed in multidecadal time-series from riverbank filtration sites“ hin [Water Resources Research 2013, 49 (11), 7411–7426]. Die Sauerstoffkonzentration in verschiedenen Grundwasserleitern des Schweizer Mittellandes hat während der letzten Jahrzehnte abgenommen. Die beobachteten Schwankungen lassen sich zum einen auf die Verstopfung der Gewässersohlen zurückführen. Zudem werden viele Grundwasserleiter entlang der Fließgewässer durch Infiltration gespeist. Seit einigen Jahrzehnten steigt die Temperatur der Fließgewässer regelmäßig an. Bei der Analyse der Daten aus Gemeindepumpwerken haben die Wissenschaftler der Eawag beobachtet, dass diese Tendenz sich auch beim Grundwasser zeigt: Es wird alle zehn Jahre im Durchschnitt 0,3 bis 0,6 Grad Celsius wärmer. Diese Temperaturzunahme im Grundwasser wirkt sich negativ auf die Konzentration an gelöstem Sauerstoff aus. Sie begünstigt die biologische Aktivität und damit den Sauerstoffverbrauch, verringert aber gleichzeitig die Sauerstofflöslichkeit des Wassers. Die Annahme einer tendenziell sinkenden Konzentration an gelöstem Sauerstoff wird durch neue Analysen tendenziell auch bestätigt. Im Gegensatz zur Temperatur erfolgt dieser Rückgang jedoch nicht kontinuierlich, sondern sägezahnförmig: Er wird durch plötzliche Zunahmen unterbrochen, was durch die Temperaturentwicklung allein nicht erklärt werden kann. Aufgrund der Analyse der Abflussschwankungen und der Pumpmengen hat das Forscherteam daher eine neue Hypothese aufgestellt: Große Abflussmengen oder Pumpvolumen erhöhen die Infiltration in den Fließgewässern und damit auch die Konzentration an gelöstem Sauerstoff. Doch bevor dies passieren kann, müssen Hochwasserereignisse die Verstopfung oder Kolmation der Gewässersohlen beseitigt haben. Diese Reinigung des natürlichen Flussbettfilters erlaubt dann erneut eine größere Infiltration und eine bessere Versorgung des Grundwassers mit Sauerstoff. Ihre Hypothese wird durch eine Beobachtung am Rhein gestützt: In den 1970er-Jahren verstopfte eine fünf Zentimeter dicke Schicht von Wandermuscheln den Flussboden. Einige Jahre später war diese Schicht wieder verschwunden. Mit dem Verschwinden der Muscheln ging ein deutlicher Anstieg des gelösten Sauerstoffs im Grundwasser einher, wie die Messungen zeigten. Durch den Klimawandel dürfte zukünftig die Zahl der Hochwasserereignisse zunehmen, die die Gewässersohlen reinigen und die Sauerstoffversorgung des Grundwassers begünstigen. Die Forscher gehen daher davon aus, dass sich die Tendenz zu einem langsamen Rückgang der Sauerstoffkonzentration fortsetzen wird, schätzen aber, dass Hochwasserereignisse sowie Schwankungen in den Abfluss- und Pumpmengen eine dauernde Sauerstoffarmut der Grundwasserleiter verhindern werden.