Auswirkungen ökologischer Wasserzufuhr auf die Grundwasserwiederherstellung im größten flachen Grundwasserdepressionskegel der Nordchinesischen Ebene

Warum das Nachfüllen verborgenen Wassers wichtig ist

Weltweit werden unterirdische Wasserreserven, die Städte und Landwirtschaft versorgen, schneller abgepumpt, als sie sich auf natürliche Weise erneuern. Die Nordchinesische Ebene ist ein besonders drastisches Beispiel: Jahrzehnte intensiver Bewässerung haben den Grundwasserspiegel um Dutzende Meter abgesenkt, wodurch Ernten, Flüsse und sogar die Bodenstabilität bedroht sind. Diese Studie untersucht, ob das gezielte Zurückleiten von Wasser in ausgetrocknete Flussbetten — eine Praxis, die als ökologische Wasserzufuhr bezeichnet wird — dazu beitragen kann, diese verborgenen Vorräte unter Shijiazhuang wieder aufzufüllen. Dort befindet sich die größte „Schüssel“ mit Grundwasserabsenkung der Region.

Eine durstige Ebene unter Druck

Die Shijiazhuang-Ebene liegt am Fuß der Berge in der Provinz Hebei und fällt sanft nach Osten über eine weite Agrarregion ab. Mehr als 70 Prozent der Fläche sind Ackerland, und über 80 Prozent des abgepumpten Grundwassers dienen der Getreidebewässerung. Niederschläge sind seit Jahren zu gering und ungleich verteilt, um diesen Entzug auszugleichen; daher sind die Wasserstände in den flachen Aquiferen über die größere Nordchinesische Ebene um 20 bis 60 Meter gesunken. Mit dem Versenken der Brunnen und dem Austrocknen von Flüssen steigen die Risiken: Land kann absinken, Ökosysteme verschlechtern sich und die Kosten für Wasser steigen sowohl für Landwirte als auch Städte.

Flüsse als Systeme zur Grundwasseranreicherung nutzen

Um diesem Rückgang entgegenzuwirken, leitet China zusätzliches Wasser in ehemals ausgetrocknete oder geschwächte Flüsse. Diese ökologische Wasserzufuhr kombiniert Freisetzungen aus Bergstauseen mit Übertragungen aus dem Südnach-Norden-Wasserkanal. Wenn diese erhöhten Abflüsse über durchlässige Flussbetten laufen, versickert ein Teil nach unten und füllt die darunterliegenden Aquifere langsam wieder auf. In der Shijiazhuang-Ebene haben fünf Hauptflüsse — darunter der lange Hutuo-Fluss und der kürzere Sha–Zhulong-Fluss — seit Ende 2018 mehr als 5 Milliarden Kubikmeter solcher Zuflüsse erhalten, wodurch das Gebiet zu einem wichtigen Testfall wird, ob diese Strategie Grundwasserverluste umkehren kann.

Eine unsichtbare Erholung simulieren

Da viele Faktoren das Grundwasser beeinflussen — Niederschlag, Pumpen, Kanäle und Flussabflüsse — verwendeten die Forschenden ein detailliertes Computermodell namens MODCYCLE, das Oberflächenwasser und Grundwasser in einem Rahmen verknüpft. Sie teilten die Region in Hunderte von Teilbecken und ein Raster von Ein-Kilometer-Zellen, fütterten das Modell mit realen Daten zu Wetter, Flussabflüssen, Bewässerung und Geologie und überprüften es mit Messungen aus Dutzenden Brunnen und Pegeln. Sobald das Modell die jüngsten Verhältnisse zuverlässig reproduzierte, führten sie Szenarien durch, in denen die Zuführung in allen Flüssen oder in bestimmten Flüssen entfernt wurde, um aufzudecken, welcher Anteil der beobachteten Grundwassererholung tatsächlich der ökologischen Wasserzufuhr zugeschrieben werden kann.

Wie viel Wasser zurückkam — und woher

Die Simulationen zeigen, dass die ökologische Wasserzufuhr von September 2018 bis Ende 2022 aus einem leichten, anhaltenden Grundwasserverlust einen beträchtlichen Gewinn machte. Anstatt eines leichten Nettoabbaus gewann die Ebene etwa 1,76 Milliarden Kubikmeter gespeicherten Grundwassers, und der mittlere Grundwasserspiegel stieg um nahezu 2 Meter — etwa 0,45 Meter pro Jahr. Der größte Teil dieser Erholung, ungefähr 82 Prozent, stammte von Wasser, das dem Hutuo-Fluss zugeführt wurde; dieser ist lang, gut mit dem Aquifer verbunden und verfügt über ein durchlässiges Flussbett. Der Sha–Zhulong-Fluss trug etwa 12 Prozent bei, während mehrere kleinere Flüsse zusammen die verbleibenden 5 bis 6 Prozent lieferten. In Ufernähe, besonders entlang des Hutuo, stieg der Grundwasserspiegel über mehr als die Hälfte der Ebene um mehr als einen halben Meter, wobei die stärksten Zuwächse sich bis zu rund 25 Kilometer vom Flusslauf erstreckten.

Den optimalen Bereich für Zuführungen finden

Mehr Flusswasser bedeutet nicht automatisch effizientere Anreicherung. Die Studie fand heraus, dass bei moderaten und gleichmäßigen Zuflüssen ein größerer Anteil des hinzugefügten Wassers tatsächlich in den Boden verließ und dort blieb. Bei höheren Zuflüssen hingegen floss ein wachsender Anteil einfach durch das System und verließ das Gebiet, wodurch die Effizienz sank. Modelltests deuten darauf hin, dass der Hutuo-Fluss in Trockenjahren das Grundwasser sehr effektiv mit etwa 14,6 Kubikmetern pro Sekunde anreichern kann, zusätzliche Wassermengen sollten dann jedoch an andere Flüsse gelenkt werden, um die Vorteile zu streuen. In Jahren mit normalem Niederschlag reichen etwa 8,4 Kubikmeter pro Sekunde im Hutuo aus, um das Gleichgewicht von Abnahme zu Erholung zu verschieben; in sehr nassen Jahren kann die natürliche Anreicherung allein das Grundwasser ohne zusätzliche Freisetzungen erhöhen.

Was das für Wassersicherheit bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Kernbotschaft: Sorgfältig gesteuerte Flussabflüsse können dazu beitragen, übernutzte unterirdische Speicher wieder aufzufüllen, selbst in stark bewirtschafteten, wasserarmen Regionen. In der Shijiazhuang-Ebene hat die ökologische Wasserzufuhr bereits laufende Verluste gestoppt und begonnen, das größte flache Grundwasser"loch" der Nordchinesischen Ebene wieder aufzufüllen. Die Arbeit zeigt auch, dass Wo und Wie Wasser zugeführt wird, genauso wichtig ist wie die Menge: Lange, gut verbundene Flüsse wie der Hutuo sind besonders wirkungsvolle Wege der Anreicherung, und moderate, anhaltende Abflüsse sind effektiver als gelegentliche Spitzen. Diese Erkenntnisse können Wasserverwalter in China und anderen trockenen Regionen bei der Ausgestaltung flussbasierter Strategien zur Stabilisierung und letztlich Wiederherstellung erschöpfter Aquifere leiten.

Zitation: Lu, W., Lu, C., Jia, Y. et al. Ecological water replenishment effects on groundwater recovery in the largest shallow groundwater depression cone of the North China Plain. Sci Rep 16, 7583 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38451-5

Schlüsselwörter: Grundwasseranreicherung, Flussauffüllung, Nordchinesische Ebene, landwirtschaftliche Wassernutzung, Wiederherstellung des Aquifers