Dichte GNSS-Beobachtungen zeigen transiente hydrologische Auflastsignale entlang des Rhein-Korridors
Variationen der Wasserspeicherung in Flüssen verursachen elastische Auflastdeformationen, die prinzipiell mit Beobachtungen des Global Navigation Satellite System (GNSS) erfasst werden können. Transiente, durch Änderungen des Flusswasserstands verursachte Auflastsignale sind jedoch in der Regel kleinräumig, lokal begrenzt und schwer von großräumigeren hydrologischen Auflastsignalen sowie von Common-Mode-Fehlern zu trennen. In dieser Studie präsentieren wir die erste GNSS-Beobachtung transienter Variationen der Flusswasserspeicherung entlang des Rheins in Nordwesteuropa, basierend auf einem dichten regionalen GNSS-Netzwerk und täglichen Beobachtungen des Flusswasserstands.
Nach der Entfernung großräumiger hydrologischer Auflastsignale und regionaler Common-Mode-Signale identifizieren wir kohärente vertikale Bodenbewegungssignale, die mit transienten Änderungen des Flusswasserstands verbunden sind. Die detektierten Signale weisen Amplituden von etwa 1 mm auf und dauern über Zeitskalen von 14 bis 60 Tagen an. Räumlich konzentriert sich die Antwort entlang des Rhein-Korridors, wobei eine Sensitivität bis in Entfernungen von etwa 300 km vom Fluss erkennbar ist. Zwei repräsentative Ereignisse, im Oktober 2011 und im Juli 2021, zeigen deutliche transiente Deformationsmuster im Zusammenhang mit Änderungen des Flusswasserstands. Insbesondere das Ereignis im Oktober 2011 weist nach einem Rückgang des Flusswasserstands eine stromabwärts gerichtete Migration der GNSS-beobachteten Hebung auf, mit einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit, die geringer ist als die der Flusswasserstandswelle.
Die aus GNSS abgeleitete Deformation ist etwa fünfmal größer als von PREM-basierten, rein elastischen Auflastmodellen vorhergesagt, die durch Beobachtungen des Flusswasserstands angetrieben werden, und ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit beträgt etwa die Hälfte der Geschwindigkeit der Flusswasserstandswelle. Diese Diskrepanz deutet darauf hin, dass die beobachteten Signale nicht nur die direkte Auflast durch Flusswasser widerspiegeln, sondern auch verzögerte Uferspeicherung und Grundwasserreaktionen im Flusskorridor, was durch Grundwassermodellsimulationen und Grundwasserpegelbeobachtungen gestützt wird. Diese Studie unterstreicht das Potenzial von GNSS als komplementäres Beobachtungssystem zur Überwachung transienter Änderungen der terrestrischen Wasserspeicherung auf regionaler Skala.