| Dokumentinformationen | ||
| Autor(en): | Jörg Niederberger | |
| Originalartikel: | Niederberger, J.(2004): Forstbetriebliche Optionen zur Sicherung der Wassergüte. FVA-Einblick 2/2004. | |
| Online-Version: | Stand: 13.01.2005 | |
| Redaktion: | FVA, D | |
| Verfügbare Sprachen: |
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deutsch
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Forstbetriebliche Optionen zur Sicherung der Wassergüte
Bewaldete Einzugsgebiete
gelten als Lieferant für hochwertiges Grundwasser. Nicht umsonst befinden sich
in der Bundesrepublik Deutschland über 2/3 der Trinkwassereinzugsgebiete in
Wäldern.
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| Vorfluter Kleine Kinzig |
Durch Stoffaufnahme sowie die Puffer- und Filterwirkung der Waldböden werden Schadstoffe (Stickstoff, Säureeinträge, Schwermetalle) in der Biomasse oder im Boden festgelegt bzw. neutralisiert. Durch die vielfältigen Einflüsse, denen die Wälder in den letzten Jahrzehnten ausgesetzt waren, sind diese Eigenschaften nachhaltig gestört. Es stellt sich die Frage, wie lange der Wald seine Eigenschaft als Lieferant für hochwertiges Trinkwasser noch erfüllen kann?
Bestandeszusammensetzung bestimmt den Austrag
Der Stoffhaushalt von Wäldern und damit letztlich auch der Austrag von potenziell wassergefährdenden Stoffen wie Nitrat, Aluminium, gelösten organischen Kohlenstoffen und Schwermetallen wird maßgeblich durch die Bestandeszusammensetzung sowie deren räumliche Struktur bestimmt. Daneben spielen Säure- und Stickstoffdepositionen über die Luft und den Niederschlag eine bedeutende Rolle.
Im einem Forschungsprojekt, welches im Rahmen des BW-Plus-Programms gefördert wird, soll der Einfluss von forstbetrieblichen Steuerungsmöglichkeiten auf die Grundwasserqualität und damit letztlich auf das zur Wasseraufbereitung gewonnene Rohwasser untersucht werden. Die bodenchemischen Eigenschaften können zum einen durch spezifische forstbetriebliche Maßnahmen gesteuert werden. Zu diesen zählen die Baumartenzusammensetzung (Nadelholz- bzw. Laubholzanteile) sowie die Größe und Dauer der Unterbrechung des überschirmenden Kronendaches (Kahlschlag– bzw. Dauerwaldwirtschaft, Vorhandensein von Verjüngung zum Nutzungszeitpunkt). Der Bodenversauerung auf Grund von Depositionen wird in der Forstpraxis durch Bodenschutzkalkungen entgegengewirkt.
Fallstudie Conventwald
In der Studie wird der Einfluss unterschiedlicher Baumarten und Bestandesstrukturen auf den Stoffhaushalt von Wäldern untersucht. Die Untersuchungsflächen liegen am Westabhang des Mittleren Schwarzwaldes in submontaner Höhenlage (ca. 750 m ü. NN). Seit 1991 werden die Auswirkungen unterschiedlicher Waldbaustrategien und Hiebsmaßnahmen auf die Sickerwasserqualität untersucht. Aufgrund der Lage in einem 9.3 ha großen Wassereinzugsgebiet ist das Datenmaterial der Studie hervorragend für die modellhafte Beschreibung der Wirkung von Bodenprozessen auf die Hydrosphäre geeignet. Darüber hinaus ist es möglich, anhand der 6 Messorte des Level II-Stoffflussmessnetzes bei standardisierter Bestandessituation (60-80 jährige Fichtenbestände) den Effekt unterschiedlicher Depositionsbelastungen auf die Puffer- und Filtereigenschaften des Waldbodens zu isolieren. Anhand dieses Datenpools soll der Eintrag von Nitrat, Aluminium, Mangan und gelösten organischen Säuren aus der Bodenzone in die Hydrosphäre abgeschätzt werden. Dies geschieht in Abhängigkeit von einfach ermittelbaren Boden- und Witterungsparametern, Kenngrößen des Waldbestandes sowie der Höhe und Zusammensetzung der Depositionsbelastung. Auf der Basis dieser Abschätzung sollen Ansätze zu einer Regionalisierung entwickelt werden.
Das Einzugsgebiet „Conventwald“ ist bodenkundlich und -hydrologisch sehr gut untersucht. Es hat Modellcharakter für die durch Hangschuttaquifere gekennzeichneten Wassereinzugsgebiete des Mittleren Schwarzwaldes. An diesem Ort soll neben der bodenchemischen Entwicklung die Verweildauer des Wassers im Aquifer und dessen chemische Veränderung während der Fließpassage zum Vorfluter untersucht werden. Durch die langjährigen Datenreihen ist es möglich, unterschiedliche Bestandessituationen zu charakterisieren und vergleichend auszuwerten. Neben dem Baumarteneffekt kann der Einfluss der Altersstruktur auf die Bodenwasserchemie während der lateralen Bodenpassage ermittelt werden. Durch den strukturbezogenen Untersuchungsansatz kann zusätzlich dargestellt werden, wie sich die chemischen Eigenschaften von lateral abfließendem Bodenwasser in den Übergangszonen von Freiflächen oder Kleinstkahlschlägen in voll bestockte Areale ändern.
Untersuchungsgebiet Kleine Kinzig
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Talsperre Kleine Kinzig |
In diesem Gebiet wird schwerpunktmäßig die Wirkung von Bodenschutzkalkungen auf die chemische Wasserqualität untersucht. Es umfasst die zwei Teileinzugsgebiete Teufelsbächle und Huttenbächle. Die Talsperre Kleine Kinzig wurde von 1978 bis 1982 gebaut. Der Damm hat eine Höhe von 71 m über der Talsohle und ist im Bereich der Dammkrone 380 m lang und 8 m breit. Bei Vollstau hat der Stausee bei einer maximalen Tiefe von 65 m und einer Oberfläche von 56 ha ein Volumen von 13 Mio. m³ Wasser. Die zugehörige Wasseraufbereitungsanlage liefert aktuell ca. 5,5 Mio. m³ Trinkwasser pro Jahr (maximal 11,7 Mio. m³/a) für 250.000 Menschen. Die beiden Einzugsgebiete Teufelsbächle und Huttenbächle sind in ihren morphologischen Eigenschaften vergleichbar. Sie liegen im submontanen Bereich des Nordschwarzwaldes (550 – 850 m ü. NN), 7 km südlich von Freudenstadt. In einer Diplomarbeit am Institut für Hydrologie der Universität Freiburg wurden die hydrologischen Eigenschaften der beiden Einzugsgebiete untersucht. Die Arbeit hat gezeigt, dass die beiden Teilgebiete in ihren hydrologischen Abflussbildungsprozessen sehr gut vergleichbar sind. Der größte Unterschied resultiert aus der unterschiedlichen Größe der Einzugsgebiete (Huttenbächle 4,02 km², Teufelsbächle 2,14 km²)
Die beiden Einzugsgebiete bieten daher sehr gute Rahmenbedingungen für die Untersuchung der Wirkung von Waldkalkungen auf die Grundwasserqualität. Das Einzugsgebiet des Huttenbächle wurde vor und nach 1985 nahezu vollständig (über 80%) gekalkt. In Teilbereichen wurde bereits eine Wiederholungskalkung durchgeführt, wobei lediglich einige Vernässungsflächen im höher gelegenen Teil des Einzugebietes ausgespart blieben. Unmittelbar nach Beginn dieses Projektes im November 2003 wurde die gesamte Fläche des Einzugsgebietes Huttenbächle nochmals gekalkt. Im Einzugsgebiet Teufelsbächle dagegen wurde nur 50% der Fläche in einer einmaligen Maßnahme 1988 behandelt. Die östlich des Hauptbaches gelegenen Flächen sind noch nicht gekalkt.
Profile dokumentieren den Zustand
Die Projektarbeiten wurden im August 2003 aufgenommen. In einem ersten Arbeitschritt wurden im Untersuchungsgebiet Kleine Kinzig in beiden Teileinzugsgebieten in einem Raster von 200x200 m Bodenprofile angelegt und bodenchemisch untersucht. Aufgrund der geplanten Wiederholungskalkung im Oktober 2003 stand die Profilaufnahme und –beprobung unter einem hohen Zeitdruck. Innerhalb von zwei Monaten wurden 149 Profile angelegt und damit der bodenchemische Status vor der Durchführung der Wiederholungskalkung dokumentiert. Durch die Vielzahl der so gewonnenen Punktdaten kann in einem nächsten Schritt eine Regionalisierung der bodenchemischen Zustandsgrößen durchgeführt werden. In einem multiplen linearen Modell werden als Vorhersagegrößen die morphologischen Eigenschaften, die Bestandescharakteristik sowie bodenphysikalische Kenngrößen verwendet. Die Reliefgliederung soll mit einem neuen, im Zentimeterbereich auflösenden digitalen Höhenmodell (DHM) dargestellt werden.
In Verbindung mit der in der Diplomarbeit von Scheel bereits erarbeiteten Hydrotopgliederung sollen die regionalisierten bodenchemischen Daten mit Prozessen der Abflussbildung verknüpft werden. Grundlage für diese Verknüpfung ist die Ableitung von Quantitäts-/Intensitäts-Beziehungen zwischen austauschbaren Ionenvorräten im Boden und korrespondierenden Ionenkonzentrationen in einer gleichgewichtsnahen Bodenlösung. Diese werden durch Perkolationsversuche an natürlich gelagerten Bodenproben gewonnen (Gleichgewichtsbodenporenlösungen). Außerdem werden an bis zu 3 Punkten in den beiden Teileinzugsgebieten des Trinkwasserspeichers Kleine Kinzig Unterdrucklysimeterplots für die Gewinnung von Sickerwasser im oberen und unteren Mineralboden installiert. Mittels der Lysimeterwässer wird die Gleichgewichtsnähe der Ionenkonzentrationen im Sickerwasser abgeschätzt.
Die bisherigen Aufnahmen im Bereich der Kleinen Kinzig haben gezeigt, dass die gesättigte oder teilgesättigte Zone an den Hängen der Untersuchungsgebiete unerwartet oberflächennah liegt und so Zwischenabflüsse wahrscheinlich als wesentliche Abflussbildungsprozesse anzusehen sind. Damit ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass Veränderungen des bodenchemischen Zustandes in die Hydrosphäre „durchschlagen“ und so durch vorsorgenden chemischen Bodenschutz auch gleichzeitig ein langfristiger Gewässer- und Grundwasserschutz möglich ist. Zur direkten Beobachtung der Menge, der zeitlichen Dynamik und der chemischen Eigenschaften des Zwischenabflusses sollen im Frühjahr 2004 entlang je eines Hangtransektes pro Teileinzugsgebiet je 30 bis 60 Pegelrohre im Boden bis in eine maximale Tiefe von 3-4 m eingebaut werden. Für die zeitlich hoch auflösende Registrierung des Wasserstandes in diesen Pegeln wurde eine Sensortechnik entwickelt, die eine Registrierung von Grundwasserstandsänderungen im Minutentakt bei einer räumlichen Auflösung im Bereich von wenigen cm erlaubt. Mit dieser Technik ist eine direkte Beobachtung von Zwischenabflusswellen möglich. Neben der zeitlich hoch aufgelösten Grundwasserstandsbeobachtung wird in regelmäßigen Abständen die Leitfähigkeit und die Temperatur des Grundwassers über entsprechende Sensoren aufgenommen.
An verschiedenen Punkten entlang der Bachläufe, an ausgewählten Quellen und an einer Untermenge der Pegeltransekte wird in regelmäßigen Abständen die chemische Zusammensetzung und Leitfähigkeit von Wasserproben untersucht. Als Summenparameter der Ionenstärke in den Wasserproben gibt die Leitfähigkeit Hinweise über die Herkunft des Wassers. An einigen Messpunkten wurde mit der Probenahme bereits im Dezember 2003 begonnen. Da die Finanzierung des Projektes mittlerweile für die gesamte Laufzeit gesichert ist, kann in diesem Frühjahr mit der Einrichtung der Untersuchungsflächen bei der Fallstudie Conventwald begonnen werden.
Ziele des Projekts und Ausblick
Bei der Aufbereitung von Grund- bzw. Oberflächenwasser zu Trinkwasser müssen die vorgeschriebenen gesetzlichen Qualitätskriterien eingehalten und Belastungen eliminiert werden. Aluminium ist vergleichsweise einfach aus dem Trinkwasser zu entfernen. Schwierigkeiten bei der Trinkwasseraufbereitung bereiten Nitrat, gelöste organische Kohlenstoffverbindungen und Schwebstoffe im Rohwasser. Eine stärkere Belastung des Rohwassers bedeutet einen erhöhten Aufwand bei der Trinkwasseraufbereitung, der sich nach ökonomischen Gesichtspunkten beziffern läst.
Ziel dieses Projektes ist es, die Bedeutung forstbetrieblicher Steuerungsmaßnahmen auf die chemischen Eigenschaften des Bodens im Bereich der einzelnen Hydrotopareale und ihre Wirkung auf die chemische Zusammensetzung des Grundwassers und des Bachwassers zu identifizieren. Dadurch können Strategien entwickelt werden, wie durch forstbetriebliche Eingriffe die Stabilität der Puffer- und Filterwirkung der Böden erhalten und gesteigert werden kann, um den Austrag von gewässerbelastenden Stoffen zu verhindern. Auf diese Weise kann die Leistung des Waldes für den Trinkwasserschutz direkt ökonomisch bewertet werden und so die finanzielle Mehrbelastung von Waldbesitzern durch z.B. waldbauliche Maßnahmen oder Bodenschutzkalkungen ausgeglichen werden, wie es in der Landwirtschaft schon seit langem üblich ist.
In der EU-Wasserrechtsrahmenrichtlinie wird die Aufstellung regionaler
Gewässerentwicklungspläne gefordert. Diese sollen gleichrangig wasserbauliche,
gewässerbiologische und gewässerchemische Aspekte mit einbeziehen. Dabei
spielen letztere eine herausragende Rolle, da sie die entscheidenden
Rahmenbedingungen für die Entwicklung und Stabilität aquatischer Biozönosen
darstellen
Links
- Wasservorsorge in bewaldeten Einzugsgebieten
- Was hat Waldbau mit Trinkwasservorsorge zu tun?
- Die Wasserrahmenrichtlinie der EU
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