In vielen Regionen der Welt ist Grundwasser die wichtigste Trinkwasserressource und zudem von hoher Bedeutung in Landwirtschaft und Industrie. Ökosysteme wie Feuchtgebiete, Flüsse oder Seen sind ebenfalls vom Grundwasser abhängig. Als Hydrogeologe entwickle ich Methoden zur Simulation und Analyse von Grundwassersystemen. Mein besonderes Interesse gilt den Veränderungen der Wassermenge und Wassergüte an Quellen und in Grundwassermessstellen.

Grundwasser im Klimawandel

In meiner Forschung interessiere ich mich für die Auswirkungen des Klimawandels auf die Quantität und Qualität des Grundwassers und wie sich diese von direkten menschlichen Eingriffen und natürlichen Einflüssen unterscheiden. Um auch den Einfluss indirekter Auswirkungen des Klimawandels, wie klimabedingte Veränderungen der Vegetation oder der Landnutzung, besser zu verstehen, kombiniere ich hydrogeologische Methoden der Grundwasserforschung mit Ansätzen aus anderen Disziplinen und arbeite mit Partnern aus verschiedenen Forschungsbereichen zusammen.

Beispielsweise wurden Projekte im Programm Earth System Sciences (ESS) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gemeinsam mit Kolleg:innen aus Agrarwissenschaften und Ökologie sowie mit Praxis-Akteuren aus den Bereichen Wasserwirtschaft und Landwirtschaft durchgeführt: Das Projekt Integrative Groundwater Assessment untersuchte, wie Grundwassersysteme in einer alpinen und voralpinen Umgebung auf extreme hydrologische Ereignisse wie Dürren oder Überschwemmungen in Bezug auf Wassermenge und chemische Qualität sowie ökologischen Zustand reagieren (Abschlussbericht hier verfügbar); das Projekt ClimGrassHydro hatte zum Ziel, zu verstehen, wie die Ökohydrologie von Grünland und damit die Grundwasserneubildung durch die individuellen und kombinierten Auswirkungen von Klimaerwärmung, schwerer Dürre und erhöhter CO₂-Konzentration in der Atmosphäre beeinflusst wird (Abschlussbericht hier verfügbar).

Karstgrundwasser

Karstgrundwasserleiter entstehen in löslichen Gesteinen wie Kalkstein oder Gips. Wasser, das durch Klüfte in solchen Gesteinen fließt, erweitert durch seine gesteinslösende Wirkung die vorhanden Wasserwegsamkeiten, sodass größere, sehr gut wasserleitfähige Karsthohlräume entstehen. Das Karsthohlraumsystem stellt jedoch nur einen kleinen Teil der gesamten Porosität des Grundwasserleiters. Der größte Teil des Speichervolumens wird durch nicht wesentlich verbreiterte Klüfte und/oder die poröse Gesteinsmatrix bereitgestellt. Karstgrundwasserleiter sind wichtige Wasserressourcen, die einen erheblichen Teil der Weltbevölkerung mit Trinkwasser versorgen. Aufgrund ihrer guten Wasserwegsamkeit und den damit verbundenen hohen Fließgeschwindkeiten, können in Karstgrundwasserleiter eingebrachte Schadstoffe sich rasch ausbreiten. Ein wirksamer Schutz und eine nachhaltige Nutzung dieser empfindlichen Wasserressourcen erfordert daher eingehende Kenntnis des Aufbaus und der Funktionsweise dieser Grundwasserleiter. In meiner Forschung zu diesem Thema verwende ich prozess-basierte Modellansätze zur Interpretation von Geländebeobachtungen an Quellaustritten oder Markierungsversuchen.

Ausgewählte Publikationen zur prozess-basierten Charakterisierung und Modellierung von Karstgrundwasserleitern:

Kavousi, A., Reimann, T., Wöhling, T., Birk, S., Luhmann, A.J., Kordilla, J., Noffz, T., Sauter, M., Liedl, R. (2023): Joint inversion of groundwater flow, heat, and solute state variables: a multipurpose approach for characterization and forecast of karst systems. Hydrogeology Journal 31 (4): 1005-1030. doi: 10.1007/s10040-023-02631-8

Abirifard, M., Birk, S., Raeisi, E., Sauter, M. (2022): Dynamic volume in karst aquifers: Parameters affecting the accuracy of estimates from recession analysis. Journal of Hydrology, 612, 128286. doi: 10.1016/j.jhydrol.2022.128286

Mayaud, C., Wagner, T., Benischke, R., Birk, S. (2014): Single event time series analysis in a binary karst catchment evaluated using a groundwater model (Lurbach system, Austria). Journal of Hydrology 511: 628-639. doi: 10.1016/j.jhydrol.2014.02.024

Birk, S., Hergarten, S. (2010): Early recession behaviour of spring hydrographs. Journal of Hydrology 387: 24-32. doi:10.1016/j.jhydrol.2010.03.026

Geyer, T., Birk, S., Liedl, R., Sauter, M. (2008): Quantification of temporal distribution of recharge in karst systems from spring hydrographs. Journal of Hydrology 348 (3): 452-463. doi:10.1016/j.jhydrol.2007.10.015

Hergarten, S., Birk, S. (2007): A fractal approach to the recession of spring hydrographs. Geophysical Research Letters 34, L11401, doi:10.1029/2007GL030097.

Geyer, T., Birk, S., Licha, T., Liedl, R., Sauter, M. (2007): Multi-tracer test approach to characterize reactive transport in karst aquifers. Ground Water 45 (1): 36-45. doi: 10.1111/j.1745-6584.2006.00255.x.

Birk, S., Liedl, R., Sauter, M. (2006): Karst spring responses examined by process-based modeling. Ground Water 44 (6): 832-836. doi: 10.1111/j.1745-6584.2006.00175.x.

Birk, S., Geyer, T., Liedl, R., Sauter, M. (2005): Process-based interpretation of tracer tests in carbonate aquifers. Ground Water 43 (3): 381-388.