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Analyse der Wassertemperaturen und Hydrochemie ausgewählter österreichischer Quellen von 1992 bis 2013 und Interpretation der möglichen Beeinflussung durch den Klimawandel
Erika-Maria Mühlmann
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Erdwissenschaften
Betreuer*in
Martin Kralik
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29118.79557.148455-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Im ersten Teil der Arbeit (Teil A) wurden die Temperaturänderungen und die Trends der elektrischen Leitfähigkeit und Quellschüttung zwischen 1992 und 2012 in 58 österreichischen Quellen untersucht, die im Rahmen des Hydrographischen Dienstes (HD) und der Wassergüteüberwachungsverordnung (GZÜV) beobachtet wurden. In den ausgewählten Quellen wurden während des untersuchten Zeitraumes zusätzlich noch die Trends einiger hydrochemischer Parameter ermittelt, die im Rahmen der GZÜV aufgezeichnet wurden.
Die im Rahmen des HD als kontinuierliche Tagesmittelwerte gemessenen Wassertemperaturen und elektrische Leitfähigkeiten stimmen in den meisten Fällen mit den viertel- bzw. halbjährlich gemessenen Werten der GZÜV gut überein. Die mittleren Schüttungen wurden jedoch besonders in den dynamischen Karstquellen mit den bloß viertel- oder halbjährlich gemessenen Werten der GZÜV im Vergleich zu den täglichen Messungen des HD erheblich unterschätzt.
In der geprüften Zeitspanne zeigen fast dreiviertel der ausgesuchten Quellen einen signifikanten steigenden Temperaturtrend des Quellwassers. Bei den 35 Quellen mit signifikanten steigenden Temperaturtrends wurde zwischen 1992 und 2012 ein mittlerer Wassertemperaturanstieg von +0,4 °C, (im Bereich von +0,1 bis +2,4 °C) registriert. In demselben Zeitraum zeigen ca. die Hälfte der untersuchten Quellen einen signifikanten positiven Trend bei der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit und dreiviertel einen signifikanten negativen Trend bei der Änderung des Sauerstoffgehalts. Die Quellschüttung zeigt bei mehr als der Hälfte der Quellen keinen signifikanten Trend. Bei den restlichen sechs auswertbaren hydrochemischen Parametern (Ca, HCO3, Mg, NO3, SO4, pH) der vierteljährlich gemessenen GZÜV-Werte zeigen nur Mg und SO4 in mehr als der Hälfte der Quellen einen sinkenden Trend. Die andere auswertbaren hydrochemischen Parameter (Ca, HCO3, NO3, pH) und die Summe der Kationen und Anionen ändern sich in dem geprüften Zeitraum entweder nicht, bzw. mehr oder minder zu einem ähnlichen Prozentsatz steigend oder abnehmend. Man kann daher keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen den beobachteten Quellwassertemperaturanstiegen und den Änderungen der hydrochemischen Parameter feststellen.
Zusätzlich wurden bei 46 über ganz Österreich verteilten, meteorologischen Stationen die jährlich mittleren Lufttemperaturen auf signifikante Trends hin untersucht. Dabei wurde zwischen 1987 und 2007 bei über 80 % der Stationen ein signifikanter mittlerer Lufttemperaturanstieg von +0,9 °C (im Bereich +0,2 ÷ +3,2 °C) berechnet.
Das heißt, dass in der untersuchten Periode pro Dekade die Grundwassertemperatur im Mittel um ca. +0,2 °C, die Lufttemperatur aber um ca. +0,5 °C gestiegen sind. Die statistische lineare Trendanalyse deutet darauf hin, dass es einen sehr wahrscheinlichen Zusammenhang zwischen der Temperaturentwicklung der Quellwässer und der Lufttemperatur gibt. Man kann auch künftig bei steigender Lufttemperatur mit einer Erhöhung der Grundwassertemperaturen rechnen.
Im zweiten Teil der Arbeit (Teil B) wurde die Windener Quelle im östlichen Leithagebirge etwas genauer dargestellt.
Sowohl die mittlere Jahreslufttemperatur als auch die mittlere Wassertemperatur ist ähnlich wie im Bundestrend (Teil A) um +0,4 und +0,2 °C pro Dekade angestiegen. Auffällig ist jedoch die hohe mittlere Quellwassertemperatur (12,4 °C), die signifikant über der mittleren Jahreslufttemperatur von 11,1° C liegt. Eine Erklärung für diese Temperaturanomalie könnten die Isotopenmessungen geben: Die δ18O-Daten weisen eine relativ starke Abreicherung (-10,6 ‰) auf und die Tritiumwerte weisen auf einen ca. 50 %-igen Wasseranteil hin, der deutlich älter als 60 Jahre ist.
Die Leitfähigkeitsmessungen ergeben zwischen 1992 und 2012 keine signifikante Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, wobei in der untersuchten Periode eine signifikante Schüttungszunahme beobachtet wurde. Die geschätzte Gesamtschüttung von ca. 30 L/s würde bei den meteorologischen Bedingungen der letzten zwanzig Jahre ein Einzugsgebiet von ca. 7 ÷ 14 km² gegenüber einem beobachteten orographischen Einzugsgebiet von nur ca. 3 km² erfordern.
Es handelt sich um erdalkalische karbonatisch-sulfatische Wässer mit einem Magnesiumgehalt von 20 ÷ 40 (eq) %. Die meisten hydrochemischen Parameter kommen in der Windener Quelle in höherer Konzentration vor als in den anderen ausgewählten Quellen. In den letzten 20 Jahren nahmen die Calcium-, Natrium-, Hydrogenkarbonat-, Kalium- und Sulfatwerte sowie die Summe der Kationen und Anionen im Quellwasser ab, jedoch stiegen die Chlorid-, Magnesium-, Nitrat- und Orthophosphatwerte sowie der pH-Wert an.
Für die Trendentwicklung der meisten hydrochemischen Parameter gibt es bis jetzt keine Erklärung. Um einen Zusammenhang in der Konzentrationsänderung feststellen zu können, sind weitere detaillierte Messungen bzw. Untersuchungen notwendig. -- [Printversion enthält 1 CD]
Abstract
(Englisch)
In the first part (section A) of this thesis, the linear trends of water temperature, electric conductivity and discharge were investigated in 58 springs distributed all over Austria between 1992 and 2012. The data are taken from the Austrian hydrographic survey (HD) with daily mean measurements of discharge, temperature and electric conductivity as well as from the Austrian Water Quality Measuring System (GZÜV) with seasonal sampling four or two times a year. For the investigated period in the selected springs examined extra the linear trends of several hydrochemical parameters measured by the Quality System (GZÜV).
The daily mean measurements of water temperature and electric conductivity agree reasonably well with the data of the Quality System (GZÜV) with seasonal sampling. However, the discharge and in particular in dynamic karstic springs were heavily underestimated by the just seasonal measurements of the Quality System (GZÜV).
For the examined period nearly three quarter of the investigated springs show a significant temperature upward trend. These 35 springs show a mean temperature increase of about +0.4 °C (range of +0.1 till +2.4 °C) between 1992 and 2012. In the same time about half of them show a significant increase in electric conductivity and three quarters a significant decrease in dissolved oxygen content in their spring waters. The discharge shows in more than 50 % of the springs no significant change. From the remaining six evaluable hydrochemical parameters (Ca, HCO3, Mg, NO3, SO4, pH) with values above the level of determination show only Mg and SO4 in more as 50 % of the cases a significant decreasing trend. The other evaluable hydrochemical parameters (Ca, HCO3, NO3, pH) and the sum of cations and anions are not changing in a systematic way over the last twenty years, or more or less increasing or decreasing to a similar percentage. This indicates that the observed temperature changes have no clear impact on the water composition.
Additional the trend of the mean yearly air temperature of 46 meteorological stations distributed all over Austria was investigated between 1987 and 2007. In more than 80 % of the investigated stations a significant mean air temperature increase of +0.9 °C (range of +0.2 ÷ +3.2 °C) can be calculated.
This proofs that the mean groundwater temperature increased approx. +0.2 °C and the air temperature approx. +0.5 °C per decade. The statistical linear trend analyses indicate a most likely connection between the temperature development in the air and the groundwater. In the future further increase of air temperature will cause an increase in groundwater temperature as well.
In the second part (section B) of the thesis the hydrogeological setting of the Winden Spring in the eastern part of the Leitha mountain range (50 km east of Vienna) is described in detail.
Similar to the general Austrian trend the air and water temperature has increased by 0.4 and 0.2 °C per decade. Remarkable, however, is the relatively high water temperature (12.4 °C), which is significantly higher than the mean yearly air temperature of 11.1 °C. One explanation for this temperature anomaly might give the isotopic measurements: The δ18O data in the spring water is relatively depleted (-10.6 ‰) and tritium values indicate that approximately fifty percent proportion of water is older than 60 years.
Between 1992 and 2012 the electric conductivity show any significant change in spite of in the examinated time was observated an increasing in the discharge. Based on the estimated mean total discharge of approximately 30 L/s and climatic conditions observed over the last 20 years a recharge area of 7 to 14 km2 must be assumed in contrast to an orographic recharge area of approx. 3 km2.
It is an alkaline earth-carbonate-sulphate water with a magnesium content from 20 ÷ 40 (eq) %. The most hydrochemical parameters are higher concentrated present in the Winden Spring as in the other investigated springs. Over the last 20 years calcium, sodium, hydrogen carbonate, potassium and sulphate content as well as the sum of cations and anions decreased in the spring water, but chloride, magnesium, nitrate, orthophosphate content and the pH value increased.
For the development of trend of most hydrochemical parameters is given yet any explanation. In order to establish a relationship in the concentration change, more detailed measurements or investigations are necessary.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Climate groundwater trends water temperature electrical conductivity spring discharge hydrochemical parameters Winden Spring
Schlagwörter
(Deutsch)
Klima Grundwasser Trend Wassertemperatur elektrische Leitfähigkeit Quellschüttung hydrochemische Parameter Windener Quelle
Autor*innen
Erika-Maria Mühlmann
Haupttitel (Deutsch)
Analyse der Wassertemperaturen und Hydrochemie ausgewählter österreichischer Quellen von 1992 bis 2013 und Interpretation der möglichen Beeinflussung durch den Klimawandel
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
138 Seiten : Illustrationen, Diagramme, Karten
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Martin Kralik
Klassifikationen
38 Geowissenschaften > 38.86 Grundwasser ,
38 Geowissenschaften > 38.95 Umweltgeologie, Geoökologie
AC Nummer
AC13026046
Utheses ID
34275
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |