Waldstudie - Starkregenvorsorge und Klimaresilienz
Vermehrt leiden die Wälder in den vergangenen Jahren unter Stürmen, Dürren und Borkenkäferbefall. Die zum Teil extrem trockenen Witterungsbedingungen hinterlassen deutliche Spuren im Waldbestand, insbesondere zeigen sich deutliche negative Auswirkungen auf den Wasserhaushalt.
Wenn Regen fällt, kommt er oft als Starkregen. Dann fließt das Wasser zu schnell ab und belastet die unterhalb liegenden Siedlungsbereiche.
Die Frage ist, wo und wie kann man Regenwasser zurückhalten, damit es dem Wald wieder zu Gute kommen kann. Ziel ist es, Starkregen aufzufangen, zu sammeln und langsam an den Boden abzugeben. Mit Hilfe einer modellgestützten Studie soll geprüft werden, ob die Gießener Waldflächen als aktive Starkregenvorsorge genutzt werden können. Gleichzeitig soll die Klimaresilienz der städtischen Waldflächen gegenüber Hitze und Trockenheit verbessert werden.
1. Schritt: Herbst 2022 - Probenahmen
Um die Qualität des Waldbodens bewerten zu können, ist eine genaue Untersuchung des Oberbodens erforderlich. Zentrale Parameter der bodenhydrologischen Funktionen sind Bodenart, Lagerungsdichte, Hohlräume, Durchwurzelung, etc.
Die Untersuchung wird mit dem sogenannten „Pürckhauer-Bohrstock“ duchgeführt. Rammkernsondierungen werden dann noch zur Festlegung von Grundwassermessstellen erforderlich.
Die Bilder zeigen, wie der Bohrstock, ein zylinderförmiger halboffener Stab, in den Boden getrieben wird. Die Bodenprobe kann anschließend untersucht werden. Zu sehen sind die unterschiedlichen und wechselnden Schichtmächtigkeiten. Anhand der Verfärbung und der Konsistenz der Proben können die Bodenbestandteile bestimmt werden.
2. Schritt: 2023 - Aufbereitung von Bodendaten
Aus den erhobenen Felddaten werden sogenannte bodenhydrologische Kennwerte ermittelt, um Feldkapazität, nutzbare Feldkapazität, Transmissivität und das Infiltrationsvermögen der Böden daraus abzuleiten.
3. Schritt: Frühjahr 2023 - Bau von zwei Grundwassermessstellen
Die Auswertung der Bodensondierungen ergab zwei Standorte für die Installation von Grundwassermessstellen (Tiefe bis 2 m unter GOK). Beide Messstellen liegen an einem Hangfuß. Bereits aus bodenkundlichen Karten ergaben sich Hinweise auf Wasseraustritte. Die Bodentypen Pseudogley und Braunerde-Gley zeigen Grundwassereinfluss an. Die regelmäßigen sowie im Anschluss an stärkere Niederschlagsereignisse durchgeführten Wasserstandsmessungen erlauben eine Beobachtung des oberflächennahen und für Bäume zur Verfügung stehenden Grundwassers im Untersuchungsgebiet.
4. Schritt: 2023 - Modellrechnung
Durch gekoppelte Bodenwasserhaushalts- und Oberflächenwasserabflussmodellierungen können Berechnungen erstellt werden, um die hydrogeologische Situation der Waldflächen zu bewerten. Das Retentionsvermögen im Starkregenfall wird ermittelt.
Als konkrete Maßnahme könnte ein „System der 1.000 Mulden“ entstehen. Ebenfalls könnte durch Abschläge von Waldwegen das Niederschlagswasser gezielt in Richtung Waldflächen geleitet werden.
Ergebnisse und Abschlussbericht Waldstudie
Die Modellierung zeigt die Bewässerungssituation der Waldflächen im Stadtwald Gießen und berechnet die Auswirkung möglicher Maßnahmen auf den Wasserhaushalt des Waldes. Ebenfalls wird die Rückhaltung eines Niederschlags im Starkregenfall ermittelt, was dem Schutz der unterhalb liegenden Siedlungsbereiche dient.
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Hier die mittlere Wasserbilanz über 23 Jahre mit Verdunstungs-, Oberflächenabflussmengen- und der Versickerungsleistung des Schiffenberger Waldes:
Wie man der Abbildung entnehmen kann, beträgt der mittlere jährliche Niederschlag für das Untersuchungsgebiet im Zeitraum 2000 bis 2023 ca. 633 mm. Hiervon werden ca. 375 mm/a über Verdunstung und Transpiration dem Bodenwasserhaushalt wieder entzogen. Von der verbleibenden Niederschlagsmenge fließen ca. 97 mm/a über den direkten Oberflächenabfluss ab. Über die Versickerung in der ungesättigten Zone werden ca. 121 mm/a dem oberflächennahen Grundwasserleiter zugeführt, wovon wieder anteilig ca. 16 mm/a verdunsten. Im Mittel findet ein Rückfluss aus dem flachen Grundwasserleiter in die Oberflächengewässer von 173 mm/a statt, wovon anteilig ca. 10 mm/a aus dem Zwischenabfluss stammen. Hinsichtlich der Güte des Oberflächenabflussmodells ist darauf hinzuweisen, dass aufgrund fehlender Abflussdaten entlang relevanter Vorfluter/Gerinne in Form von mehrjährigen Abflussganglinien keine quantifizierbaren Vergleiche zwischen gemessenen Abflüssen und berechneten Abflüssen möglich sind. Weiterhin ist zu beachten, dass sich bei der Gesamtbilanzierung der einzelnen Wasserhaushaltskomponenten ein für ein gekoppeltes Oberflächenwasserabfluss-, Bodenwasserhaushalts- und Grundwassermodell akzeptabler Fehler von ca. 32 mm (ca. 5% der Gesamtbilanz) ergibt.
Für acht verschiedene Maßnahmen wurde die Abflussreduzierung im Starkregenfall (Tagesniederschlagssumme 91,9 mm) ermittelt, sowie die für das Überleben der Bäume in Trockenzeiten wichtige Gundwasser-Neubildung (GwN) mit dem Programm „SWAT“ - Soil and Water Assessment Tool) berechnet:
