In the future, water management of large, agricultural used wetlands must be designed in a more flexible way in order to adapt to the increasing number of extreme weather situations and the heterogeneous requirements of stakeholders. Within the framework of the BMBF-funded cooperative research project INKA BB water management options under climate change are developed. The evaluation of the effects of groundwater level management in wetland areas is investigated by modern weighable groundwater lysimeters, which are located in an area typical for the Spreewald wetland. In the beginning of the project, the level-storage relationship was determined. Considering the drainable pore volume, three different soil layers can be distinguished whose characteristics correspond well with those of the identified soil horizons. Thereby a typical soil horizon (flood loam) of the Spreewald wetland can be characterised. There was a distinct hysteresis effect visible in the storage characteristic and the water retention curve. A possible explanation for this effect could be, besides soil physical properties, the presence of an impeding soil layer and frost effects in the top soil. 1. Einführung Untersuchungen zu den Folgen des Klimawandels zeigen, dass der Wasserhaushalt großer Feuchtgebiete im nordostdeutschen Raum voraussichtlich besonders von zunehmender Trockenheitsgefährdung betroffen sein wird (Zebisch et al, 2005; Holsten et al., 2009). Die Verdunstung wird demnach in den Feuchtgebieten weiter ansteigen, Niederschlag und Zuflüsse aus den Einzugsgebieten zurückgehen. Das verfügbare Wasserdargebot wird bei den gegenwärtigen Praktiken der Landnutzung und Wasserbewirtschaftung nicht ausreichen und große Teile der Gebiete werden ihren Feuchtgebietscharakter verlieren (Renger et al., 2002; Dietrich, 2006; Schwarzel et al., 2006). Die Wasserbewirtschaftung in den großen Feuchtgebieten muss daher zukünftig flexibler gestaltet werden, um besser auf zunehmende Witterungsextreme und heterogene Anforderungen der Flächennutzer reagieren können (Dietrich et al., 2007). Dieses Ziel soll von dem Teilprojekt 20 des BMBF-Verbundprojektes INKA BB (Innovationsnetzwerk Klimaanpassung Brandenburg/Berlin) realisiert werden. In diesem Zusammenhang sollen die Wirkung ausgewählter wasserwirtschaftlicher Handlungsoptionen auf Verdunstung, Wasserentnahme, Wasserabfluss und -speicherung im Gebiet untersucht und Grundlagen für flexible Wasserbewirtschaftungssysteme der Zukunft entwickelt werden. Scientific Technical Report STR 10/10 DOI: 10.2312/GFZ.b103-10106 Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ 10 Abb. 1: Untersuchungsstandort im Oberspreewald mit Lysimeteranlage, Wetterstation und Grundwassermesstraße. Als Anpassungsoptionen werden unter anderem Modifizierungen der Stauziele, z.B. die Anhebung der Winterstauziele und ihre spätere Absenkung im Frühjahr sowie eine Optimierung der Steuerung wasserwirtschaftlicher Anlagen in Abhängigkeit der jeweils herrschenden meteorologischen und hydrologischen Situation betrachtet. Mit der Entwicklung und Prüfung von wasserwirtschaftlichen Anpassungsoptionen zur Minderung der Folgen des Klimawandels auf den Wasserhaushalt von Feuchtgebieten werden Voraussetzungen für die Entwicklung von Strategien zur vorausschauenden Bewirtschaftung der Wasserressourcen in Tieflandeinzugsgebieten mit hohen Feuchtgebietsanteilen geliefert. Wasserhaushalt, Landnutzung, Umweltund Ressourcenschutz stehen hier in enger Wechselbeziehung und bei begrenzter Wasserverfügbarkeit in zunehmendem Nutzungskonflikt untereinander und mit den Ansprüchen anderer Wassernutzer im Einzugsgebiet. Die Anpassungsoptionen werden in Zusammenarbeit mit dem Wasserund Bodenverband „Oberland Calau“ (WBV) und dem Landesumweltamt Brandenburg (LUA) im Untersuchungsgebiet Spreewald entwickelt und erprobt. 2. Standort Die Versuchsfläche befindet sich im Oberspreewald in der Stauabsenkung Nord (Abb. 1). Das Stauabsenkungsgebiet ist in den 1970er Jahren für eine intensive landwirtschaftliche Nutzung durch die Anlage von Verwallungen, Schöpfwerken und Meliorationsgrabensystemen umgestaltet worden. Dieses System gliedert sich in das System aus Staugürteln des Oberspreewaldes ein, zeichnet sich jedoch durch die an eine zweischürige Grünlandwirtschaft angepasste Stauhaltung aus. Dieses stark ausgebaute Regulierungssystem ermöglicht auch die differenzierte Steuerung der Stauhöhen des Spreewaldes, welche ein vorausschauendes Wassermanagement in dem Umfang überhaupt erst ermöglicht. Die Versuchsfläche selbst wird als Mähweide genutzt. Die Böden sind in Senken als Anmoor und sonst als Humusgleye anzusprechen. Lokal wurden Lehmbänder vorgefunden, die als standorttypische Klockschichten einzuordnen sind. Die Grundwasserflurabstände unterliegen jahreszeitlichen Schwankungen. Sie variieren zwischen 0 cm und 60 cm unter Flur. 3. Methode Die Arbeiten gliedern sich in drei methodische Teile, die eng miteinander verzahnt sind. Der erste Teil umfasst die Durchführung von Lysimeterversuchen zur Erfassung der Wasserhaushaltsgrößen bei unterschiedlichen Wassermanagementoptionen und die Errichtung von Transekten mit Grundwasserbeobachtungsrohren und Grabenwasserstandspegeln zur Ermittlung der Wechselwirkungen zwischen dem Gewässer und der angrenzenden Fläche. Der zweite Teil enthält die Anwendung der gewonnenen Ergebnisse zur Parametrisierung, Kalibrierung und Verifizierung eines Wasserhaushaltsmodells für grundwassernahe Standorte. Im Anschluss werden mit von Projektpartnern bereitgestellten, aktuellen Klimaszenarien Szenarioanalysen durchgeführt und die Wirkungen der Scientific Technical Report STR 10/10 DOI: 10.2312/GFZ.b103-10106 Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ 11 Anpassungsoptionen unter veränderten Klimabedingungen bewertet. Im letzten Schritt schließt sich der Transfer der Ergebnisse in die Praxis an, indem ein Katalog mit Empfehlungen für eine klimaangepasste Wasserbewirtschaftung in Feuchtgebieten erstellt wird. 3.1 Lysimeteranlage, Wetterstation und bodenhydrologischer Referenzmessplatz Die Lysimeteranlage wurde direkt in der Versuchsfläche in Containerbauweise errichtet. Die Monolithen wurden vor Ort ungestört entnommen und im Anschluss am gleichen Ort in die Anlage eingesetzt. Die Gruben, die durch das Stechen der Lysimeter temporär entstanden sind, wurden für eine Bodenansprache und -analyse genutzt, da die Schichten denen der gestochenen Monolithen entsprechen. Durch die direkte Platzierung am Untersuchungsstandort entfällt das Problem des Oaseneffektes. Bei der Lysimeteranlage handelt es sich um den Typ des wägbaren Grundwasserlysimeters, der von Meissner (2000) entwickelt und von Bethge-Steffens et al. (2005) erprobt wurde, um Flussauenstandorte zu untersuchen. Die entnommenen Bodensäulen haben eine Oberfläche von 1 m und sind 2 m tief. Zur Erfassung bodenhydrologischer Parameter ist jedes Lysimeter mit TDRSonden, Tensiometern sowie Thermometern in den Tiefen 30, 60 und 90 cm ausgestattet. Die Bodenmonolithe stehen jeweils auf drei Präzisions-Scherstab-Wägezellen, die nach Bethge-Steffens et al. (2005) selbst kleine Niederschläge wie Tau oder Reif sowie geringe Verdunstungsraten aufzeichnen können. Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, befinden sich direkt neben der Lysimeterstation die Wetterstation und der bodenhydrologische Referenzmessplatz. Zudem ist noch ein Referenzpegel auf der Fläche eingebaut worden, der die Grundwasserstände der umliegenden Fläche repräsentiert. 3.2 Lysimetersteuerung Aufbauend auf der automatischen Grundwassersteuerung von Meissner (2000) wird im Rahmen dieses Projektes eine erweiterte Steuerung zur Simulation von Wassermanagementoptionen entwickelt und erprobt. Bei Meissner (2000) wird die automatische Grundwassersteuerung zur Nachbildung der natürlichen Grundwasserstandsdynamik von Flussauen verwendet. Dies ist möglich, da der Grundwasserflurabstand im Lysimeter bei gleichzeitiger Erfassung der dazu benötigten Wasservolumina zu regulieren ist. Für die Erprobung der Wassermanagementoptionen wurde die Steuerung dahingehend erweitert, dass die Pegelstände durch Zeitreihen vorgegeben werden, von einem anderen Pegel eines anderen Lysimeters übernommen oder dem Referenzmessplatz angepasst werden können, was der Steuerung von Meissner (2000) entspräche. Zudem soll eine Steuerung nach einem bestimmten Durchfluss, d.h. Zuoder Abfluss realisiert werden, welcher bei Bedarf ebenfalls von einem anderen Lysimeter übernommen oder als Zeitreihe vorgegeben werden kann. Auch soll es möglich sein, eine konstante oder dynamische Wasserspiegeldifferenz zur Referenz (Offset) vorzugeben, wobei auch hier zwischen Pegelund Durchflussoffset differenziert werden kann. Da auch Grenzwerte sowohl als Zeitreihen als auch als feste Werte vorgegeben oder von anderen Lysimetern übernommen werden können, ergibt sich daraus ein großes Spektrum kombinatorischer Möglichkeiten für die Steuerung der Lysimeter. Abb. 2: Prinzipskizze der Installation eines wägbaren Grundwasserlysimeters am grundwassernahen Untersuchungsstandort. Scientific Technical Report STR 10/10 DOI: 10.2312/GFZ.b103-10106 Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ 12 3.3 Vorversuche und simulierte Managementoptionen der ersten Vegetationsperiode Mit den geschaffenen experimentellen Vorraussetzungen ist es möglich, den Nachweis der Wirkung von Wassermanagementoptionen auf die verschiedenen Wasserhaushaltsgrößen zu führen. Im ersten Schritt wurden vor Beginn der eigentlichen Untersuchungen Speicherkennlinien für die einzelnen Monolithen aufgenommen. Dabei wurde zu jeder Änderung des Pegelstandes das zugehörige Wasservolumen über die Gewichtsdifferenzen erfasst. Die Lysimeter wurden mit Deckeln verschlossen und die Wasserstände in Stufen von jeweils 10 cm in Zeitschritten von 18 Stunden zunächst bis zur Bodenoberfläche angehoben und danach wieder ebenso abgesenkt. Durch den Verschluss der Lysimeter wurden Effekte von Niederschlag und Evapotranspiration ausgeschlossen, so dass in diesem Versuch nur das bewässerbare bzw. entwä