Der Bodensee ist nicht nur Deutschlands größter See, sondern auch ein einzigartiger Forschungsstandort. In dieser Folge des HyWa-Podcasts „WasserGespräche“ spricht Dr. Thomas Lüllwitz mit Dr. Martin Wessels und Dr. Thomas Wolf vom Institut für Seenforschung (ISF) in Langenargen direkt am Bodensee über die mehr als hundertjährige Geschichte der Bodenseeforschung, die aktuellen Herausforderungen und innovative Methoden im Gewässermonitoring.

Wir tauchen ein in die Welt der Seenforschung. Im Mittelpunkt steht dabei der Bodensee, unser größtes deutsches Binnengewässer. Gemeinsam mit Martin Wessels und Thomas Wolf beleuchten wir die Entwicklung und die heutigen Aufgaben des ISF, das als Teil der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg seit über 100 Jahren den ökologischen Zustand des Bodensees überwacht und bewertet.

Außerdem sprechen wir über aktuelle Herausforderungen wie invasive Arten, darunter zum Beispiel die Quaggamuschel, den Einfluss des Klimawandels auf die See-Temperaturen und die Bedeutung interdisziplinärer Forschung für den nachhaltigen Gewässerschutz.

Hören Sie jetzt rein und erfahren Sie mehr über die spannende Arbeit am und rund um den Bodensee!

Der HyWa-Podcast „WasserGespräche“ wird in Koblenz von der Bundesanstalt für Gewässerkunde produziert.

Das Institut für Seenforschung in Langenargen (ISF)

Der Begriff Boden bezeichnet die gerade mal 30 cm dünne oberste Schicht der Erdkruste. Diese dünne Haut der Erde ist eine faszinierende Schnittstelle, in der sich Wasser, Luft, Gestein sowie Leben begegnen. Böden spielen eine Schlüsselrolle im Wasserkreislauf und sind unverzichtbare Grundlage für Pflanzen, Tiere – und letztlich auch für uns Menschen.

Am Dresdner Instituts für Bodenkunde und Standortslehre dreht sich alles um die klassische Bodenkunde und den damit verbundenen wissenschaftlichen Arbeiten und Projekten. Zudem steht hier die Erforschung von Bodenprozessen und -funktionen im Mittelpunkt. Dazu gehören unter anderem die Dynamik der organischen Bodensubstanz, die Struktur von Böden und ihr Einfluss auf den Wasser- und Stoffkreislauf – nicht nur im Boden selbst, sondern auch in ganzen Landschaften. Die Erkenntnisse der Forschungsarbeiten leisten einen wichtigen Beitrag dazu, unsere Böden nachhaltig zu gestalten und nutzen.

Eine entscheidende Rolle beim Aufbau und der Entwicklung des Dresdner Instituts für Bodenkunde und Standortslehre trug Senior-Professor Karl-Heinz Feger, mit dem sich Podcast-Host Dr. Thomas Lüllwitz in dieser 10. Folge des HyWa-Podcasts WasserGespräche über die Forschungsarbeiten in seinem Institut unterhät und was dazu beitragen, die Böden nachhaltig zu entwickeln.

Der Rhein ist zwar nicht einer der längsten Flüsse in Europa, aber einer der Wichtigsten, wenn es um den Waren- und Gütertransport geht. Die Internationale Kommission zum Schutz des Rheins, kurz IKSR, setzt sich daher für das Wohl dieses vielbefahrenen und vielgenutzten Flusses ein. Hierbei kooperieren die Mitglieder der IKSR – Schweiz, Frankreich, Deutschland, Luxemburg, die Niederlande und die Europäische Kommission – erfolgreich mit Österreich, Liechtenstein und der belgischen Region Wallonien sowie Italien. Insgesamt neun Staaten bzw. Regionen im Einzugsgebiet des Rheins arbeiten eng zusammen, um die vielfältigen Nutzungs- und Schutzinteressen auszugleichen. Die Schwerpunkte der Arbeit liegen dabei auf der nachhaltigen Entwicklung des Rheins und seiner Auen und der Erhalt eines guten ökologischen Zustands aller Gewässer im Einzugsgebiet.

Arbeits- und Expertengruppen mit festgelegtem Mandat bearbeiten alle anstehenden Fachfragen, die sich aus der Umsetzung des Übereinkommens zum Schutz des Rheins und aus dem europäischen Recht ergeben. Beschlüsse werden einmal jährlich in der Plenarsitzung gefasst. Die Rhein-Ministerkonferenz fasst Beschlüsse in politisch wichtigen Fragen und legt die Grundlage für kohärente, aufeinander abgestimmte Maßnahmenprogramme. Die Aktivitäten der IKSR hatten in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts Modellcharakter für viele andere Flusseinzugsgebiete.

Wie die IKSR arbeitet und welche Ziele sie genau verfolgt, darüber spricht in dieser 9. Folge des HyWa-Podcasts Host Dr. Thomas Lüllwitz am Sitz des internationalen Sekretariats der IKSR in Koblenz mit IKSR-Präsidentin Dr. Miriam Haritz sowie dem Geschäftsführer des Sekretariats, Mark-Daniel Heintz.

Das interdisziplinäre Oeschger-Forschungszentrum in Bern befasst sich mit den Folgen des Klimawandels. An der Schnittstelle von Naturwissenschaften, Wirtschaft und Politikwissenschaften untersucht es mit einer Vielzahl von Methoden und verschiedensten Untersuchungen die Auswirkungen dieses noch nie dagewesenen Wandels auf Menschen und Ökosysteme.

Und genau um dieses spannende Thema geht es in dieser 8. Folge des HyWa-Podcasts „WasserGespräche“. Wir tauchen ein in die interessanten Tätigkeitsfelder des interdisziplinären Forschungszentrums in Bern. Dabei geht es sowohl um das im Jahr 2013 gegründete Mobiliar Lab zu den Naturgefahren sowie deren Auswirkungen, die Historie und Entwicklung des Hydrologischen Atlas der Schweiz, aber auch zu den Forschungsfeldern mit der Schnittstelle von Physik, Geographie, Biologie, Chemie, Geschichte, Wirtschaft, Politikwissenschaften und Philosophie, in der sich rund 330 Forscherinnen und Forscher mit den Auswirkungen dieses noch nie dagewesenen Wandels auf Menschen und Ökosysteme befassen.

Das Oeschger-Zentrum ist im breitgefächerten Feld der Klimawissenschaften klar positioniert. Im Zentrum stehen das Klimasystem und seine Wechselwirkungen mit Gesellschaft und Wirtschaft. Die Forschung trägt zum Themenschwerpunkt „Nachhaltigkeit“ der Universität Bern bei und umfasst vier eng miteinander verknüpfte Kernbereiche:

Im Oeschger-Zentrum für Klimaforschung werden einerseits Modelle unterschiedlicher Art und Komplexität eingesetzt, andererseits werden Messungen und Rekonstruktionen von wichtigen Klimavariablen, z.B. dem natürlichen und anthropogenen Strahlungsantrieb, durchgeführt.

Podcast-Host Dr. Thomas Lüllwitz, Schriftleiter der HyWa, spricht über das Oeschger-Forschungszentrum mit dem Direktor des Zentrums, Prof. Martin Grosjean sowie dem emeritierten Professor Prof. Rolf Weingartner vom Geographischen Institut der Universität Bern. Als international anerkannter und versierter Hydrologe hat er den Grundstein des Hydrologischen Atlas der Schweiz gelegt und tut dies mit seiner Mitarbeit in verschiedenen Forschergruppen weiterhin, um sein Wissen einzubringen.

Der Bereich der Ökohydrologie befasst sich mit ökohydrologischen Prozessen in terrestrischen sowie in aquatischen Ökosystemen. Und genau um dieses spannende Thema geht es in dieser 7. Folge des HyWa-Podcasts „WasserGespräche“. Wir tauchen ein in die Welt der Wechselwirkungen zwischen der Hydrosphäre und der Biosphäre. Und sprechen über integrierte Feld, Labor- und Modellierungsmethoden sowohl im Forschungsbereich, aber auch in der Lehre.

Das Themenfeld „Ökohydrologie“ befasst sich mit der terrestrischen und aquatischen Ökohydrologie, den Einsatz von stabilen Isotopen und anderen Tracern, eDNA Anwendungen, der kritische Zone: Grundwasser-Boden-Pflanzen-Atmosphäre Interaktionen, Stofftransport, Gewässerqualität, Habitatcharakterisierung, Biodiversität und weiteren Bereichen der Ökologie.

In der Forschung zu diesem Themenbereich beschäftigen sich die Wissenschaftler mit dem Monitoring, Skalierung und Modellieren von komplexen Umweltsystemen in stark anthropogen beeinflussten Landschaften. Dabei liegt auch ein Schwerpunkt in der urbanen Hydrologie, dem Wasseraufkommen sowie dessen Verlauf in der Stadt. Es wird dabei untersucht, wie ein klimaresilienter und ökologischer Umbau des urbanen Wasserhaushaltes gelingen kann.

Podcast-Host Dr. Thomas Lüllwitz, Schriftleiter der HyWa, spricht über das Thema Ökohydrologie mit Prof. Dr. Nicola Fohrer vom Institut für Natur- und Ressourcenschutz, Abteilung für Hydrologie und Wasserwirtschaft der Universität Kiel. Als versierte Hydrologin hat Prof. Fohrer den Begriff „Ökohydrologie“ schon vor Jahren durch ihre Forschungs- und auch Lehrarbeiten geprägt und tut dies immer noch.

In der sechsten Folge des HyWa-Podcast „WasserGespräche“ geht es um das Thema "Starkregen und Sturzfluten". Gerade in Bezug auf den voranschreitenden Klimawandel ist die wissenschaftliche Untersuchung von Starkregenereignissen aber auch Sturzfluten von großer Bedeutung. Denn: Nach dem aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand werden diese an Intensität und Häufigkeit zukünftig zunehmen und das auch in Deutschland. Die Gesellschaft und mit ihr die Politik und Wirtschaft müssen sich daher frühzeitig auf die wachsenden Gefahren durch Wetterextreme verbunden mit Starkregen und Sturzfluren einstellen.

Im Allgemeinen bezeichnet Starkregen ein Niederschlagsereignis, bei dem große Niederschlagsmengen in vergleichsweiser kurzer Zeit fallen. Die Ansätze reichen dabei von festen Schwellwerten oder der Betrachtung von Perzentilen, d.h. die intensivsten Niederschlagsereignisse innerhalb eines Tages. Sie hängen zum einen davon ab, aus welchem Grund man Starkregen untersucht. Das kann eine Unwetterwarnung sein oder eine wissenschaftliche Auswertung, ob sich Starkregen in der Vergangenheit verändert hat. Zum anderen ist die Starkregenursache wichtig.

Bedingt durch den anhaltenden Klimawandel wird es nach dem derzeitigen aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand dazu führen, dass Starkregen an Intensität und Häufigkeit zukünftig zunehmen werden. Deutschland wird sich daher bereits ab dem Jahr 2050 mit einer starken Zunahme extremer Niederschläge aufgrund des Klimawandels einstellen müssen. Damit drohen bereits in drei Jahrzehnten deutlich mehr Schäden durch Überschwemmungen. Die Gesellschaft und mit ihr die Politik und Wirtschaft muss sich daher frühzeitig auf die wachsenden Gefahren durch Wetterextreme verbunden mit Starkregen und Sturzfluren einstellen müssen.

Die Menge und Häufigkeit des Niederschlags sind nicht nur entscheidende Faktoren für das lokale Klima in verschiedenen Gebieten, sondern auch für deren Vegetation, Landwirtschaft und Kultur. Unwetter mit Starkregen und Sturzfluten können zu enormen Katastrophen verursacht durch Hochwässer führen und auch Landschaften und Lebensräumen zerstören.

Niederschlag zu messen ist relevant und bedeutend um abschätzen zu können, wie viel an einem Ort und auch in welchem Zeitraum gefallen ist. Die Analyse der Niederschlagsdaten ermöglicht es, langfristige Trends und Muster zu erkennen und fundierte Entscheidungen im Bereich des Wassermanagements und des Klimawandels zu treffen.

Die Niederschlagsmenge wird mithilfe von Niederschlagsmesser bzw. Niederschlagssensoren gemessen. Meist wird der Regen in einem Gefäß aufgefangen, von dem die Wassermenge abgelesen werden kann. Gängige Messinstrumente sind hierfür Regenmesser, aber auch an Wetterstationen wird der Niederschlag erfasst.

Nicht nur die absoluten Niederschlagsintensitäten sind wasserwirtschaftlich von Interesse, sondern auch der zeitliche Verlauf. Dies zeigen die Vergleiche von Niederschlagssummenkurven verschiedener Ereignisse.

Podcast-Host Dr. Thomas Lüllwitz, Schriftleiter der HyWa, spricht über das Thema Starkregen und Sturzfluten mit Prof. Axel Bronstert vom Institut für Umweltwissenschaften und Geographie an der Universität Potsdam, der in der Arbeitsgruppe Hydrologie und Klimatologie zu diesem Thema bereits seit vielen Jahre arbeitet und forscht.

In der fünften Folge des HyWa-Podcast „WasserGespräche“ geht es um das Thema Feuchtgebiete & Moore. Welche Bedeutung haben Feuchtgebiete für den Landschaftswasserhaushalt? Wie können wir Moore in Zukunft schützen? Denn: Moorlebensräume sind selten geworden. Und, sie werden durch die Klimakrise und menschliches Handeln weiter bedroht. Dabei sind Moorlebensräume sehr wichtig, zum Beispiel als besonderer Lebensraum für gefährdete Pflanzen und Tiere, für den Landschaftswasserhaushalt und als Speicher für Kohlenstoff. Deutschland hat sich daher das Ziel gesetzt, mindestens die Hälfte der landwirtschaftlich genutzten Moore wieder zu vernässen, um hierdurch die Klimabilanz der europäischen Landwirtschaft deutlich zu verbessern.

Feuchtgebiete wie Sümpfe, Moore und Bruchwälder stellen für viele Tier- und Pflanzenarten besondere Lebensräume dar. Dies macht Feuchtgebiete gerade in dicht besiedelten Ländern wie Deutschland extrem wertvoll für den Naturschutz. Intakte Feuchtgebiete stellen zudem die Versorgung von Trinkwasser sicher, verbessern die Wasserqualität und schützen gleichzeitig vor Naturkatastrophen wie Überschwemmungen. Insbesondere die Moore haben eine außerordentliche Bedeutung als Kohlenstoffspeicher. Die heimischen Moorlandschaften bedeckten ursprünglich mit 1,5 Millionen Hektar eine Fläche von 4,2 % der Landfläche Deutschlands. Heute jedoch sind sie zu mehr als 95 % entwässert, bebaut oder land- und forstwirtschaftlich genutzt. Dabei erfüllen Moore bedeutende Funktionen für den Landschaftswasserhaushalt sowie den Klimaschutz. Sie stellen zudem mit ihren einzigartigen Ökosystemen Lebens- und Rückzugsräume für viele bedrohte Arten dar, speichern enorme Mengen Kohlenstoff und wirken im Landschaftswasserhaushalt als Filter und Rückhalteflächen.

Aber: Die noch wenigen verbliebenen Feuchtgebiete in Deutschland sind bedroht. Der Mensch greift weiterhin in diese sensiblen Ökosysteme mit ihren gefährdete Pflanzen und Tieren ein. Eine weitere Gefahr ist der voranschreitende Klimawandel.

Podcast-Host Dr. Thomas Lüllwitz, Schriftleiter der HyWa, spricht über das Thema Feuchtgebiete und Moore mit Dr. Ottfried Dietrich von der Arbeitsgruppe „Tieflandhydrologie & Wassermanagement am Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF). Thematisiert werden nicht nur der Stellenwert der Feuchtgebiete im Landschaftswasserhaushalt, sondern auch die Wiederherstellung von Mooren als zentrales Ziel im Natur- und Klimaschutz. Im Gespräch geht es nicht nur um die verschiedenen Maßnahmen zur Anhebung der Wasserstände entwässerter Moore sondern auch um die dauerhaften Zustandsverbesserung dieser wichtigen Landschaftsflächen.

In dieser vierten Folge des HyWa-Podcast „WasserGespräche“ geht es um das Thema Fernerkundung und Hydrologie. Im Mittelpunkt stehen neben der Bedeutung der verschiedenen Satellitensysteme auch die verschiedenen Methoden zur Erfassung und Messung von Landoberflächen aber natürlich auch Wasserflächen und Schneefelder. Thematisiert wird auch, wie die Feuchtezustände von Böden mithilfe der Fernerkundung erfasst und wie Satellitendaten in hydrologische Modelle integriert werden können.

Die Fernerkundung stellt eine Methodik zur Auswertung der Beschaffenheit der Erdoberfläche dar. Sie ist ein zentraler Teil der sich entwickelnden globalen Daten- und Informationsnetze zur Betrachtung und Analyse komplexer, interdisziplinärer Fragestellungen und dies verbunden mit modernen Methoden der digitalen Informationsverarbeitung.

Nicht nur die Oberflächentemperatur von Gewässern kann mit bestimmten fernerkundlichen Sensoren bestimmt werden. Es lassen sich auch Aussagen zu Niederschlagshöhen und -verteilung sowiezur Bestimmung der Evapotranspiration ganzer Landschaftsbereiche machen. Zudem können Stoffflüsse innerhalb eines Flussgebiets erfasst werden. Schließlich stellen fernerkundliche Sensoren ein bedeutendes Mittel dar, um die Bodenfeuchte mittels Radarsysteme zu bestimmen.

Dr. Thomas Lüllwitz, Schriftleiter der HyWa, spricht mit Prof. Wolfram Mauser vom Geographischen Institut der Ludwig-Maximilians-Universität München. Im Mittelpunkt stehen neben der Bedeutung der verschiedenen Satellitensysteme auch die verschiedenen Methoden zur Erfassung und Messung von Landoberflächen aber natürlich auch Wasserflächen und Schneefelder. Thematisiert wird auch, wie die Feuchtezustände von Böden mithilfe der Fernerkundung erfasst und wie Satellitendaten in hydrologische Modelle integriert werden können.

In dieser Folge des HyWa-Podcasts „WasserGespräche“ geht es um das Thema Schnee, der Bildung von Schneedecken sowie der Dynamik und Veränderung der Schneegrenzen.

Der Niederschlag kann entweder in flüssiger Form als Regen oder in fester Form als Schnee, aber auch als Eisnadeln und Graupel auf die Landoberfläche gelangen.

Die Bildung und Höhenlage von Schneegrenzen werden in erster Linie durch die Klimaelemente Niederschlagshöhe und -verteilung sowie die Lufttemperatur bestimmt. Die Schneegrenze steigt dabei vom Gebirgsrand zum Gebirgsinnern an und folgt damit dem Verlauf der Massenerhebungen, dem auch die Lufttemperatur sowie die Waldgrenze unterworfen sind.

Dr. Thomas Lüllwitz, Schriftleiter der HyWa, spricht mit Prof. Lucas Menzel, Leiter der Arbeitsgruppe Hydrogeographie und Klimatologie am Geographischen Institut der Universität Heidelberg über das Thema Schneehydrologie. Dabei berichtet Prof. Menzel nicht nur über die Untersuchungen von Schneeprofilen, sondern auch über die besondere Bedeutung der Wasserspeicherung von Schneedecken und welche positiven Auswirkungen dies für ein Flussgebiet bzw. eine Landschaft haben kann.

In dieser Folge des HyWa-Podcasts “WasserGespräche” befassen wir uns mit der Thematik "Abfluss". Genauer gesagt mit der weltweiten Erfassung der Abflussdaten und wie diese nützlich sein können für vielerlei Anwendungen, wie z. B. der hydrologischen Modellierung. Im Mittelpunkt der Folge steht dabei das Global Runoff Data Centre, kurz GRDC.

Der Abfluss stellt neben dem Niederschlag sowie der Verdunstung die dritte Komponente des Wasserkreislaufes dar, welcher die Entwässerung der Landflächen der Erde, d.h. die Ableitung überschüssigen Niederschlagswassers umfasst. Der Abfluss bildet somit das Ergebnis des Durchganges des Niederschlagswassers durch ein Einzugsgebiet ab. Die laterale Wasserbewegung des Abfluss, auf und unter der Erdoberfläche, vollzieht sich als oberirdischer und unterirdischer Abfluss, wobei der oberirdische Abfluss wiederum in flächenhaften Abfluss, dem Landoberflächenabfluss sowie dem linienhaften Abfluss in den Gerinnen der Gewässernetze charakterisiert ist.

Der Abfluss als Wasserhaushaltsgröße eines Einzugsgebiets kann zum einen als Differenz zwischen Gebietsniederschlag und Gebietsverdunstung im langjährigen Mittel gewonnen werden. Er ergibt sich damit als die resultierende Wassermenge, die sich nach Rückhalt an Pflanzenoberflächen, der Bodenoberfläche, aber auch in Schnee, Eis und Gletschern, in stehenden Gewässern sowie im Boden als Bodenfeuchte als auch im Grundwasser darstellt. Teilweise werden Anteile des Abflusses wiederum durch Verdunstungsprozesse in die Atmosphäre zurückgeführt. Der Abfluss ist daher ein überaus vielfältiger und von vielen Messgrößen abhängiger Wert, dem zur genauen Bestimmung der Wasserbilanz somit eine ganz zentrale Bedeutung zukommt.

Auf dem Festland wird der Gerinneabfluss als Wasserhöhe pro Zeiteinheit erfasst und ist so direkt mit der Niederschlagshöhe des gleichen Gebiets, dem Gebietsniederschlag, vergleichbar. Jedoch stellt der Abfluss je nach angewandter Methode immer eine berechnete Größe dar.

Um den jahreszeitlichen Verlauf der Wasserführung in einem Fließgewässer genau festzuhalten, ist eine kontinuierliche und vor allem an vielen Messpunkten durchgeführte Erfassung des Gerinneabflusses bedeutend. Auch für die Analyse von Hochwasserereignissen sowie Phasen geringer Wasserführung, der Niedrigwässer innerhalb eines Flussgebiets, stellen Abflusswerte eine ganz bedeutende Messgröße dar. Besondere Bedeutung kommt den ermittelten Abflussdaten bei der Analyse und den Betrachtungen der Veränderungen des Wasserhaushalts sowie zur Klimaentwicklung im regionalen Maßstab, aber auch bei globalen Betrachtungen zu. Je größer die Anzahl der Messpunkte, d.h., Daten aus Pegelmessstellen verfügbar sind, desto eindeutiger und genauer lassen sich Untersuchungen und Forschungen hierzu durchführen.

Um Forschungsinstituten, wissenschaftlichen Einrichtungen, aber auch wasserwirtschaftlichen Behörden, Abflussdaten weltweit verteilter Messtellen zugänglich zu machen und kostenfrei zur Verfügung zu stellen, wurde vor mehr als 30 Jahren das Weltdatenzentrum Abfluss, das Global Runoff Data Centre (GRDC) ansässig an der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) gegründet.

Das GRDC ist seit dem Jahr 1988 an der BfG etabliert. Die Aufgabe des GRDC ist der Betrieb einer Datenbank mit globalen Abflussdaten, die kostenfrei zu Forschungszwecken zur Verfügung gestellt werden.

Das GRDC hält qualitätsgeprüfte Abflussdaten von knapp 11.000 Stationen und rund 8.000 Flüssen weltweit aus 160 Ländern in einer Datenbank vor. Und ist ein Beitrag der Bundesrepublik Deutschland zum Weltklimaprogramm Wasser (WCP-Water) der Weltorganisation für Meteorologie, WMO (Weltmeteorologen-Organisation) und der Organisation der Vereinten Nationen für Bildung, Wissenschaft und Kultur, UNESCO.

Dr. Thomas Lüllwitz, Schriftleiter der HyWa, spricht mit Ulrich Looser, Leiter des GRDC über die Aufgaben des GRDC, die Art der Daten, die bereitgehalten werden, und die Herausforderungen bei der Zusammenarbeit mit über 160 Länderbehörden.