23.09.2020

Effective Catchment Index für topographische Wassereinzugsgebiete

Topographisch skizzierte Wassereinzugsgebiete sind eine räumliche Einheit, die sich an den Formen der Erdoberfläche orientieren. Aufgrund unterirdischer Verbindungen sammeln einige Einzugsgebiete jedoch Wasser aus Arealen jenseits ihrer topographischen Grenzen an, während andere aufgrund von unterirdischen Abflüssen effektiv viel kleiner sind als ihre Oberflächentopographie vermuten lässt. Gegenwärtig berücksichtigen die meisten hydrologischen Modellierungsstrategien diese Grundwasserverbindungen nicht, sondern gehen davon aus, dass die Einzugsgebiete jeweils unabhängig von ihrer Umgebung sind. Deshalb haben der Universität Freiburg mit einem Team von Forschenden der Universität in Bristol/England und der Universität Princeton/USA den Effective Catchment Index (ECI) eingeführt. Mit dieser neuen Metrik konnten sie bei der Analyse eines globalen Datensatzes feststellen, wie topographische und tatsächliche Einzugsgebiete voneinander abweichen. Die Wissenschaftler konnten mit dem ECI nachweisen, dass die Annahme einer geschlossenen Wasserbilanz, also dass sich zum Beispiel der Pegel eines Flusses nur durch Niederschlag und Verdunstung innerhalb des Einzugsgebiets verändert, für eine beträchtliche Anzahl von Arealen auf der ganzen Welt nicht zutrifft: Jedes dritte untersuchte Einzugsgebiet weist eine effektive Fläche auf, die sogar größer als das Doppelte oder kleiner als die Hälfte seines topographischen Einzugsgebiets ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erkannten, dass diese Areale außerhalb ihrer topographischen Grenzen durch wasserwirtschaftliche Aktivitäten wie das Abpumpen von Grundwasser sowie zum Beispiel durch Entwaldung oder Wiederaufforstung beeinflusst werden, oder Areale außerhalb ihrer Grenzen beeinflussen. Mit ihrer Analyse zeigen die Forschenden, dass der von ihnen neu definierte ECI geeignet ist, um zu untersuchen, wie sich eine Dürre durch den Wasseraustausch über topographische Grenzen hinweg ausbreiten kann. Ebenso ist er in der Analyse der Auswirkungen von Klima- und Landnutzungsänderungen auf den grenzüberschreitenden Wasseraustausch verwendbar. Detaillierte Informationen im Fachaufsatz „What is the hydrologically effective area of a catchment?”, erschienen in der Fachzeitschrift Environmental Research Letters (DOI: 10.1088/1748-9326/aba7e5)