Keypoints
- Natürlicher Wasserrückhalt des Bodens kann durch eine nachhaltige Landwirtschaft verbessert werden.
- Maßnahmen zur Verbesserung des natürlichen Wasserrückhaltes erhöhen Resilienz der Landschaft gegenüber Extremwetterereignissen.
- Aktive Steuerung der landwirtschaftlichen Entwässerungssysteme ermöglicht effiziente Management oberflächennahen Wasserspeicherung.
Motivation
Bei der Verbesserung des natürlichen Wasserrückhalts in den Einzugsgebieten kommt der Landwirtschaft als größtem Flächennutzer eine Schlüsselrolle zu. Durch eine angepasste Landwirtschaft, die auf den natürlichen Wasserrückhalt in der Fläche fokussiert ist, kann der durch die Starkniederschläge ausgelöste Oberflächenabfluss vermindern bzw. verhindert werden. Rückhalteorientierte Ackerbewirtschaftung und der Erhalt einer guten Bodenstruktur schonen somit die Bodenwasservorräte und verringern die Erosionsgefahr sowie Hochwasserwahrscheinlichkeit.
Durch den Einsatz von bodenschonenden oder konservierenden Bewirtschaftungsmaßnahmen kann die Infiltrationskapazität und das Speichervermögen des Bodens erhalten bzw. wesentlich erhöht werden. Auch die kleinen Fließwege in der Landschaft haben in der Summe erhebliche Bedeutung für den Gesamtabfluss. Deshalb kann die gezielte Anlage von dezentralen, bremsenden Strukturen in der Landschaft einen Beitrag zum Wasserrückhalt leisten.
Ein wesentlicher Bestandteil des integrierten Wasserressourcen- und des Wasserbedarfsmanagements sind gesteuerte Drainagen zur oberflächennahen Wasserspeicherung. Es handelt sich dabei um ingenieurtechnische Vorrichtungen für eine systematische Wasserbewirtschaftung, die eine von den Niederschlagsmengen abhängige, dosierte und gezielte Wasserabgabe ermöglicht. In Deutschland finden sich die gesteuerten Drainagen nur im urbanen Bereich, während sie in ländlichen Gebieten (z.B. unter Ackerflächen) derzeit nicht zum Einsatz kommen.
Gesteuerte Dränung bedeutet, dass die Drainage-/Grabenabflüsse während trockenen Perioden technisch blockiert werden können, um das Wasser zurückzuhalten und einen Zwischenabfluss zu minimieren. Während nasser Perioden wird dagegen der Wasserspiegel gesenkt, ein Zwischenabfluss ermöglicht und gleichzeitig der Bodenwasserspeicher aufgefüllt. Durch diese Maßnahmen kann eine Regulierung erreicht werden, mit der bei Starkregenereignissen auftretende Oberflächenabflüsse weitergehend in unschädlicher Weise reduziert und dem Bodenwasserhaushalt bzw. dem Grundwasser zugeführt werden
Konzept/ Methoden
Die Abschätzung des Wasserrückhaltpotenzials in der Landschaft erfordert
die Kenntnis der Prozesse der Abflussbildung sowie eine auf den Standort
bezogene Einschätzung des Speichervermögens. Die Ermittlung des potenziellen
Wasserrückhaltes erfolgt somit in einer zweistufigen, einzugsgebietsweiten,
GIS-basierten Standortanalyse (s. Abb. 1: Ermittlungsmethodik des aktivierbaren Senkenpotenzials).
In einem ersten Schritt werden die dominierenden Abflussprozesse mit Hilfe eines Expertensystems ausgewiesen. Diese Informationen werden in einem zweiten Schritt mit den Ergebnissen der rein bodenkundlich-bodenphysikalischen Betrachtung zum Speichervermögen (Infiltration) überlagert. Die Quantifizierung der räumlichen Verteilung der Rückhaltepotenziale der Böden erfolgt dabei in Abhängigkeit von den Standorteigenschaften und der Teilsättigung infolge vorausgegangener Niederschläge. Anschließend wird das Umsetzungspotenzial der oberflächenabflussmindernden Maßnahmen bestimmt sowie ihre Wirkung modelltechnisch durch eine flächenhafte Umsetzung an geeigneten Standorten ermittelt.
Des Weiteren wird ein Konzept für eine systematische Bewirtschaftung des natürlichen Wasserrückhaltes im Bereich landwirtschaftlich genutzter Flächen entwickelt und getestet. Das Bewirtschaftungssystem wird über das Wasserhaushaltsmodell STORM unter Nutzung aktueller Niederschlagsvorhersagen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) sowie Onlinemessdaten der Bodenfeuchteprofile gesteuert (s. Abb. 2: Schematische Darstellung einer systematischen Bewirtschaftung des natürlichen Wasserrückhaltes mittels gesteuerten Drainagen in der Landwirtschaft).
Die empfangenen Wetterdaten werden kontinuierlich auf eine zentrale Recheneinheit übertragen, wo die Berechnung der voraussichtlichen Niederschlagszuflüsse zu dem Bewirtschaftungssystem erfolgt. Darüber hinaus wird das zur Verfügung stehende aktuell nutzbare Speichervolumen der unterirdischen Speicher ermittelt und ausgewertet. Der anschließende Vergleich des erforderlichen Speichervolumens mit dem aktuell vorhandenen Volumen führt zur modellgestützten Entscheidung über den durchzuführenden Regelungsvorgang am regelbaren Grundablass. Die Durchfluss- und damit Wasserstandregulierung zielt darauf ab, Wasser in der Fläche zu halten, um die Abflüsse zu reduzieren und dadurch dem Pflanzenbestand ausreichend Wasser für die Überbrückung längerer Trockenperioden darzubieten.
