Észak-németországi tőzeglápok vízutánpótlásának értékelése különböző módszerekkel
Absztrakt
Az észak-németországi tőzeglápok többségénél a talajvízszint csökkenése tapasztalható a növekvő vízháztartási hiány miatt, ami a legújabb kutatások szerint az északi félteke egészére jellemző tendencia. Az ombrotróf tőzeglápok természetes liziméterként működnek, vízutánpótlásuk pedig kizárólag a csapadékból származik, ezért a talajvíz utánpótlásuk értékelése kiváló lehetőség lehet a régiójuk vízmérlegének vizsgálatára. Az éghajlati jellemzőkből számított és a modellezett vízmérlegük különbségéből antropogén hatásokra és klímaváltozás okozta változásokra lehet következtetni. Jelen vizsgálat természetes nyomjelzőket: izotópokat és főbb ionokat vizsgál a felszín alatti víz utánpótlásának becslésére. A nyomjelzők Schleswig-Holstein tartomány két tőzeglápjának különböző mélységekből vett vízmintáiból kerültek elemzésre. A felszín alatti víz utánpótlását a természetes nyomjelzők mélység menti koncentráció változásából lehet megbecsülni a csapadék izotóp és ion koncentrációinak, illetve a talajt és a transzport folyamatokat jellemző különböző paraméterek ismeretében. A mért és becsült paraméterek felhasználásával így különböző modellekkel szimulálásra került a felszín alatti víz utánpótlása 2018 és 2023 között. Egy éghajlati változókra alapozott talajvízmérleg-módszer 193 mm/év vízutánpótlást becsült, a Hydrus 1D modellezése 420 mm/év értéket adott, a kumulatív módszer 240 és 280 millimétert becsült a két vizsgálati területre, míg az izotóp modell az oxigén-18 és deutérium koncentrációi alapján 162 és 173 mm/év értékeket adott. Az eredményekből azonban mintavételi problémákra lehet következtetni, így megállapításokat csak kellő körültekintéssel lehet tenni.
Hivatkozások
Allen, R., Pereira, L., Raes, D., Smith, M. (1998). FAO Irrigation and drainage paper No. 56. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 56, pp. 26-40.
Arbačauskas, J., Vaišvila, Z.J., Staugaitis, G., Žičkienė, L., Masevičienė, A., Šumskis, D. (2023). The Influence of Mineral NPK Fertiliser Rates on Potassium Dynamics in Soil: Data from a Long-Term Agricultural Plant Fertilisation Experiment. Plants, 12(21), Article 21. https://doi.org/10.3390/plants12213700
Climate: (2024). Schleswig-Holstein in Germany. Worlddata. Info. https://www.worlddata.info/europe/germany/climate-schleswig-holstein.php
Cook, P. (2020). Introduction to Isotopes and Environmental Tracers as Indicators of Groundwater Flow. The Groundwater Project. https://doi.org/10.21083/978-1-7770541-8-2
DeWalle, D.R., Edwards, P.J., Swistock, B.R., Aravena, R., Drimmie, R.J. (1997). Seasonal isotope hydrology of three Appalachian Forest catchments. Hydrological Processes, 11(15), pp. 1895–1906. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1085(199712)11:15<1895::AID-HYP538>3.0.CO;2-#
EPA (2003). An Introduction and User’s Guide to Wetland Restoration, Creation, and Enhancement. 102.
Gajewski, K., Viau, A., Sawada, M., Atkinson, D., Wilson, S. (2001). Sphagnum peatland distribution in North America and Eurasia during the past 21,000 years. Global Biogeochemical Cycles, 15(2), pp. 297-310. https://doi.org/10.1029/2000GB001286
Genuchten, M.Th., Wierenga, P.J. (1976). Mass Transfer Studies in Sorbing Porous Media I. Analytical Solutions. Soil Science Society of America Journal, 40(4), pp. 473-480. https://doi.org/10.2136/sssaj1976.03615995004000040011x
Gharedaghloo, B., Price, J.S., Rezanezhad, F., Quinton, W.L. (2018). Evaluating the hydraulic and transport properties of peat soil using pore network modeling and X-ray micro computed tomography. Journal of Hydrology, 561, pp. 494–508. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.04.007
Grube, A., Lotz, B. (2004). Geological and numerical modeling of geogenic salinization in the area of the Lübeck Basin.
Gutierrez Pacheco, S., Lagacé, R., Hugron, S., Godbout, S., Rochefort, L. (2021). Estimation of Daily Water Table Level with Bimonthly Measurements in Restored Ombrotrophic Peatland. Sustainability, 13(10), 5474. https://doi.org/10.3390/su13105474
He, J., Ma, J., Zhang, P., Tian, L., Zhu, G., Mike Edmunds, W., Zhang, Q. (2012). Groundwater recharge environments and hydrogeochemical evolution in the Jiuquan Basin, Northwest China. Applied Geochemistry, 27(4), pp. 866–878. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2012.01.014
Hendrickx, J.M.H. (1992). Groundwater Recharge. A Guide to Understanding and Estimating Natural Recharge (Volume 8, International Contributions to Hydrogeology): David N. Lerner, Arie S. Issar, and Ian Simmers. Verlag Heinz Heise, P.O.B. 610407, D‐3000 Hannover 61, Germany. 1990. 345 p. ISBN 3‐922705‐91‐X. Journal of Environmental Quality, 21(3), pp. 512-512. https://doi.org/10.2134/jeq1992.00472425002100030036x
Holz, M., Heil, S.R., Sacco, A. (2000). Temperature-dependent self-diffusion coefficients of water and six selected molecular liquids for calibration in accurate 1H NMR PFG measurements. Physical Chemistry Chemical Physics, 2(20), pp. 4740-4742. https://doi.org/10.1039/b005319h
Jackson, P.E. (2000). Ion Chromatography in Environmental Analysis. In R. A. Meyers (Ed.), Encyclopedia of Analytical Chemistry (p. a0835). John Wiley Sons, Ltd. https://doi.org/10.1002/9780470027318.a0835
Joshi, S.K., Rai, S.P., Sinha, R., Gupta, S., Densmore, A.L., Rawat, Y.S., Shekhar, S. (2018). Tracing groundwater recharge sources in the northwestern Indian alluvial aquifer using water isotopes (δ18O, δ2H and 3H). Journal of Hydrology, 559, pp. 835-847. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.02.056
Keresztesi, Á., Birsan, M.V., Nita, I.A., Bodor, Z., Szép, R. (2019). Assessing the neutralisation, wet deposition and source contributions of the precipitation chemistry over Europe during 2000-2017. Environmental Sciences Europe, 31(1), 50. https://doi.org/10.1186/s12302-019-0234-9
Koster, E.A. (2005). The Physical Geography of Western Europe. OUP Oxford.https://doi.org/10.1093/oso/9780199277759.001.0001
Leibundgut, C., Maloszewski, P., Külls, C. (2009). Tracers in hydrology. Wiley-Blackwell.https://doi.org/10.1002/9780470747148
Leterme, B., Mallants, D., Jacques, D. (2012). Sensitivity of groundwater recharge using climatic analogues and HYDRUS-1D. Hydrology and Earth System Sciences, 16(8), pp. 2485-2497. https://doi.org/10.5194/hess-16-2485-2012
Lübeck.de. (2022). Renaturierung Krummesser Moor. Lübeck.de – Offizielles Stadtportal für die Hansestadt Lübeck. https://www.luebeck.de/de/presse/pressemeldungen/view/138126
Magri, F., Bayer, U., Pekdeger, A., Otto, R., Thomsen, C., Maiwald, U. (2009). Salty groundwater flow in the shallow and deep aquifer systems of the Schleswig–Holstein area (North German Basin). Tectonophysics, 470(1), pp. 183–194. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2008.04.019
Małoszewski, P., Rauert, W., Stichler, W., Herrmann, A. (1983). Application of flow models in an alpine catchment area using tritium and deuterium data. Journal of Hydrology, 66(1), pp. 319-330. https://doi.org/10.1016/0022-1694(83)90193-2
Menberu, M.W., Marttila, H., Ronkanen, A., Haghighi, A.T., Kløve, B. (2021). Hydraulic and Physical Properties of Managed and Intact Peatlands: Application of the Van Genuchten‐Mualem Models to Peat Soils. Water Resources Research, 57(7). https://doi.org/10.1029/2020WR028624
Price, J.S., McCarter, C.P.R., Quinton, W.L. (2023). Groundwater in Peat and Peatlands. The Groundwater Project. https://doi.org/10.21083/978-1-77470-015-0
Rezanezhad, F., Price, J.S., Quinton, W.L., Lennartz, B., Milojevic, T., Van Cappellen, P. (2016). Structure of peat soils and implications for water storage, flow and solute transport: A review update for geochemists. Chemical Geology, 429, 75–84. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2016.03.010
Roehl, J. (2023). Modellierung des Grundwasserhaushaltes und der Wasserstände im Umfeld des Pinnsees mit Analytischen Element-Modellen.
Rydin, H., Jeglum, J.K. (2013). Peatland hydrology. In H. Rydin J. K. Jeglum (Eds.), The Biology of Peatlands (p. 0). Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/acprof:osobl/9780199602995.003.0008
Sajil Kumar, P.J., Schneider, M., Elango, L. (2021). The State-of-the-Art Estimation of Groundwater Recharge and Water Balance with a Special Emphasis on India: A Critical Review. Sustainability, 14(1), 340. https://doi.org/10.3390/su14010340
Salimi, S., Almuktar, S.A.A.A.N., Scholz, M. (2021). Impact of climate change on wetland ecosystems: A critical review of experimental wetlands. Journal of Environmental Management, 286, 112160. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112160
Scheytt, T. (1997). Seasonal Variations in Groundwater Chemisty Near Lake Belau, Schleswig-Holstein, Northern Germany. Hydrogeology Journal, 5(2), pp. 86-95. https://doi.org/10.1007/s100400050123
Simunek, J., Jirka, Šejna, M., Saito, H., Sakai, M., Van Genuchten, M. (2013). The Hydrus-1D Software Package for Simulating the Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably Saturated Media, Version 4.17, HYDRUS Software Series 3, Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, California. USA.
Sreedevi, P. D., Sreekanth, P. D., Reddy, D. V. (2022). Recharge environment and hydrogeochemical processes of groundwater in a crystalline aquifer in South India. International Journal of Environmental Science and Technology, 19(6), pp. 4839–4856. https://doi.org/10.1007/s13762-021-03335-w
Yao, Y., Tu, C., Hu, G., Zhang, Y., Cao, H., Wang, W., Wang, W. (2024). Groundwater Hydrochemistry and Recharge Process Impacted by Human Activities in an Oasis–Desert in Central Asia. Water, 16(5), Article 5. https://doi.org/10.3390/w16050763
Van Genuchten, M. (1980). A Closed-form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils1. Soil Science Society of America Journal, 44. https://doi.org/10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x
Weber, T.K.D., Iden, S.C., Durner, W. (2017). A pore-size classification for peat bogs derived from unsaturated hydraulic properties. Hydrology and Earth System Sciences, 21(12), pp. 6185-6200. https://doi.org/10.5194/hess-21-6185-2017
Wetter und Klima. (2023). https://www.dwd.de/EN/ourservices/cdc/cdc_ueberblick-klimadaten_en.html
Whittington, P., Koiter, A., Watts, D., Brewer, A., Golubev, V. (2021). Bulk density, particle density and porosity of two species of sphagnum from a mid‐latitude continental bog: Variability in measurement techniques and spatial distribution. Soil Science Society of America Journal, 85. https://doi.org/10.1002/saj2.20327
Wit, J., Straaten, C.M., Mook, W.G. (2007). Determination of the absolute isotopic ratio of V-SMOW and SLAP. Geostandards Newsletter, 4, pp. 33-36. https://doi.org/10.1111/j.1751-908X.1980.tb00270.x
Wunsch, A., Liesch, T., Broda, S. (2022). Deep learning shows declining groundwater levels in Germany until 2100 due to climate change. Nature Communications, 13(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s41467-022-28770-2
Copyright (c) 2025 Sára Molnár
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
