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Aktuelles: Klimawandel: Sind Folgen für die Wasserversorgung absehbar?
Geschrieben am 08.05.18  Optionen: Druckversion Artikel versenden

Einfluss Klimawandel auf Wasserversorgung?Bildquelle: Rolf Handke  / pixelio.de
Der Klimawandel hat in den letzten 20 Jahren bereits einen deutlichen Temperaturanstieg verursacht. Aber wirkt er sich auch auf die Grundwasserstände und damit auf die Wasserversorgung im Rhein/Main-Gebiet aus?



Vergangenheit und Gegenwart (Stand April 2018)

Die frühere und aktuelle Entwicklung der natürlichen Grundwasserstände, als auch die in den von Entnahmen und Infiltrationen geprägten Fördergebieten im Hessischen Ried wurde im vorstehenden Beitrag dargestellt.
Erkennbar sind in der natürlichen Grundwasserstandsentwicklung die Auswirkungen der markanten Trockenperioden 1971-76 und 1990-1993, ebenso wie die Nassperioden 1981/83 und 1999-2002/03. Seit der Jahrtausendwende dominieren etwa mittlere bis phasenweite hohe natürliche Grundwasserstände.

Die Grundwasserstände in den für die Wasserversorgung genutzten Gebieten bewegen sich seit 1996/99 in dem durch den Grundwasserbewirtschaftungsplan vorgegebenen Rahmen und im langjährigen Mittel stabil um den Richtwert mittlerer Grundwasserstände.
In diesem Beitrag soll der Frage nachgegangen werden, ob und welche Auswirkungen für die umweltverträgliche Wasserversorgung durch den Klimawandel erwachsen können.

Witterung, Klimawandel und Folgen auf Grundwasserstände (Stand April 2018)

Die Überschrift beschreibt ein komplexes Fachgebiet und Forschungsfeld. Wie in vielen Beiträgen erläutert, existieren keine einfachen Zusammenhänge. Wichtig ist: Witterung umschreibt das Wettergesehen in einem eher mittelfristigen, überschaubaren Zeitrahmen von Wochen bis Jahren. Klima beschreibt die Witterung in langen Zeiträumen. Daher sind mindestens 30-jährige Zeitreihen erforderlich, um Aussagen zum Klima machen zu können.
Hier kann nur kurz auf weiterführende Veröffentlichungen und deren Zwischenergebnisse - ergänzt um Beispiele zur Grundwasserstandsentwicklung im Ried - hingewiesen werden. Der aktuelle Klimareport des Deutschen Wetterdienstes enthält z.B. wichtige Aussagen zum Klimawandel. Hingewiesen wird besonders auf die Abschnitte zu Klimamodellen und Klimaprojektionen.

Festzuhalten ist:
  • Klimawandel ist seit 1987 in verstärkt steigenden Temperaturen messbar, der Temperaturanstieg wird sich weiter fortsetzen.
  • Die Niederschlagssumme veränderte sich in den letzten 30 Jahren kaum, für die Zukunft werden leicht steigende Niederschlagsmengen und insbesondere eine Zunahme der Starkregenereignisse prognostiziert. Es sind jedoch größere regionale Unterschiede und jahreszeitliche Verschiebungen ins Winterhalbjahr zu beachten.
  • Prognosehorizonte umfassen jeweils 30 weitere Jahre. Prognosen werden anhand von Wahrscheinlichkeiten unterschiedlichster Szenarien erarbeitet. Möglichst viele Szenarien (Ensembles) sind dafür erforderlich. Diese Prognosen dürfen nicht als genaue Vorhersagen missverstanden werden. Es geht um Wahrscheinlichkeiten und den aktuellen Stand, die Natur in Modellen bestmöglich abzubilden.
  • Die populäre Meinung "Klimawandel bedeutet, dass es bei uns schnell wärmer und trockener wird", ist in dieser Vereinfachung unzutreffend. Es wird über mehrere Jahrzehnte wärmer und im Gesamtjahr wahrscheinlich leicht feuchter. Allerdings nehmen trocken-heiße Phasen im Sommer und kurzzeitige Starkniederschläge deutlich zu.
Für die Wasserversorgung aus Grundwasser und für die Ökologie feuchteabhängiger Ökosysteme ist insbesondere auch die Wirkung des Klimawandels auf die natürliche Grundwasserneubildung wichtig. Die höchst komplexe und von lokalen Faktoren dominierte Grundwasserneubildung ist noch viel schwerer als der Klimawandel in Modellen zu fassen und zu prognostizieren. Hier ist höchste Vorsicht hinsichtlich der vorliegenden, teilweise höchst widersprüchlichen Ergebnisse angebracht.

Grundsätzlich bedient man sich derselben Methode wie bei Klimamodellen, indem man Computermodelle zur Grundwasserneubildung verwendet und mit den Niederschlagsdaten der Klimamodelle „füttert“. Hohes Vertrauen genießen die Ergebnisse dann, wenn eine Vielzahl der Ensemblemitglieder zu ähnlichen Ergebnissen kommen. Einzelne, stark vom Mittel aller Prognosen abweichende Modellergebnisse haben nur ein geringes Vertrauen bzw. Wahrscheinlichkeit.

Für unsere Region liegen beispielsweise die Ergebnisse folgender Forschungsprojekte vor:
Zu übereinstimmenden und abweichenden Ergebnissen ist festzuhalten:
  • Die Zunahme der Jahresdurchschnittstemperaturen und damit der potentiellen Verdunstung gilt als abgesichert.
  • Die Entwicklung der Niederschlagssummen wird höchst unterschiedlich prognostiziert, von Abnahme bis Zunahme oder Konstanz ist alles in den Ensembles abgebildet. Es zeichnet sich wahrscheinlich ein Trend zu feuchteren Winterhalbjahren und trockeneren Sommerhalbjahren ab, bei Zunahme der extremen Einzelereignisse. Ein extrem trockenes Szenario berechnet vor allem das regionalisierte Klimamodell WETTREG 2010. Es weicht dabei von den meisten anderen Modellen und dem Ensemblemittel deutlich ab (= geringes Vertrauen / Wahrscheinlichkeit).
  • Die künftige Grundwasserneubildung gerade auch in Südhessen ist bis heute noch nicht mit ähnlicher Wahrscheinlichkeit prognostizierbar, wie die Temperaturentwicklung. Die Ergebnisse sind teilweise widersprüchlich und ergeben weiteren Forschungsbedarf. Da hier keine schnellen Änderungen erwartet werden, besteht dazu auch noch ausreichend Zeit.
  • Die Ergebnisse von Kliwa 2016 stützen sich hauptsächlich auf Ergebnisse der Projektionen des Models WETTREG 2010 und sind daher nicht als repräsentativ, sondern derzeit als eher unwahrscheinliches Extrem einzustufen. Folgerichtig weist Kliwa darauf hin, dass in jedem Naturraum lokale Einzeluntersuchungen und Bewertungen erforderlich sind, um verbesserte Handlungsgrundlagen zu erhalten.
  • Zeitdruck für überstürztes Handeln besteht nicht. Der Worst-Case könnte jedoch nicht nur in zunehmender Trockenheit bestehen, sondern genauso wahrscheinlich auch in zunehmender Grundwasserneubildung (v.a. im abflußarmen Tiefland) und zunehmenden Vernässungen von tiefer gelegenen Siedlungen und landwirtschaftlichen Nutzflächen
  • Zunehmende Extreme der Grundwasserneubildung und Grundwasserstände bergen – ebenso wie die sichere und viel stärkere Temperaturzunahme – zunehmende ökologische Risiken, die völlig unabhängig von der Entwicklung des langfristig nutzbaren Grundwasserdargebots sind. Unabhängig von Wasserentnahmen oder natürlichem Wasserstress, wird der Temperaturstress auf die Ökosysteme nicht ohne erhebliche Folgen bleiben. Auch hierzu besteht noch erheblicher Forschungsbedarf.

Messreihe GWM G50620 von Nov. 1964 bis April 2018 mit Regressionsgrade


Abb. 1: Langjährige Messreihe GWM G50620 von Nov. 1964 bis April 2018 mit Regressionsgrade
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© Hessenwasser 2018



Messreihe GWM G50620 von Nov. 1964 bis April 2018 mit Regressionsgrade


Abb. 2: 30-jährige Messreihe GWM G50620 von Jan. 1987 bis April 2018 mit Regressionsgrade
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© Hessenwasser 2018




Welche Trends zeigen heute die langjährigen Messreihen im Hessischen Ried?

Betrachten wir dazu die beiden im vorausgegangenen Beitrag dargestellten Grundwassermessstellen: G50620 für die natürliche Entwicklung und G50580 für die gezielt durch Infiltration gesteuerte Entwicklung.

In der natürlichen Entwicklung zeigt die GWM G50620 in Abb. 1 für die letzten 53 Jahre seit Errichtung der Messstelle und in Übereinstimmung zum Klimareport 2017 des Deutschen Wetterdienstes eine leichte, allerdings nicht signifikante Zunahme der Grundwasserstände und damit der natürlichen Grundwasserneubildung.

Für die letzten 30 Jahre mit beschleunigtem Temperaturanstieg seit 1987, zeigt Abb. 2 für die gleiche Messstelle eine deutliche Zunahme der Grundwasserstände und damit der natürlichen Grundwasserneubildung an.

Für die mit Infiltration im Hessischen Ried gezielt verbesserten Grundwasserstände zeigen die Abb. 3 und Abb. 4 der GWM G50580 sowohl im 55-jährigen als auch im 30-jährigen Trend wenig überraschend einen deutlichen Anstieg der Grundwasserstände und damit der Summe aus natürlicher und künstlicher Grundwasserneubildung.

Dies belegt die Wirksamkeit der bestehenden Grundwasserbewirtschaftung über den gesamten Leitungsverbund Südhessen hinweg. Mehr Entnahme führt in den infiltrationsbewirtschafteten Fördergebieten nicht zu sinkenden Grundwasserständen, sondern zu mehr Infiltration. Noch mehr Infiltration und noch höhere Grundwasserstände sind wegen der staatlichen Grundwasserstandsvorgaben zur Verhinderung von Vernässungen nicht umsetzbar. Weniger Förderung führt nicht zu höheren Grundwasserständen, sondern zu weniger Infiltration. Mehr natürliche Grundwasserneubildung führt zu weniger Infiltration. Weniger natürliche Grundwasserneubildung führt zu mehr Infiltration. Dieses System ist ökologisch und in Bezug auf den Klimawandel sicher und flexibel sowie grundhaft von staatlichen Vorgaben abhängig.

Zukunftsprognosen Klimawandel und Folgen für die Wasserversorgung

Als relativ sicher sind zu erwarten:
  1. Steigende Tagesspitzenbedarfe aufgrund Zunahme der Extreme. Aufgrund der Kurzzeitigkeit und der Speicherfähigkeit des Untergrunds sind sie ohne ökologische, wohl aber von technischer Relevanz.
  2. Zunehmende Schwankungsbreiten (Amplituden) sowohl beim Tagesbedarf, als auch zwischen Sommer und Winter bei Grundwasserneubildung und Grundwasserständen. Hier besteht Relevanz hinsichtlich eines weiter volatilen, anspruchsvolleren Infiltrationsbetriebs, ebenso wie hinsichtlich der Vernässungsgefahren nach Starkregenereignissen, als auch zur ökologischen Resilienz.
  3. Abhängig von der Wirtschaftlichkeit und dem Vorrang der öffentlichen Wasserversorgung eine Zunahme der landwirtschaftlichen Beregnung. Hier besteht Relevanz hinsichtlich eines weiter verunstetigten, anspruchsvolleren Infiltrationsbetriebs, soweit die Beregnung aus dem Rheinwasseraufbereitungswerk Biebesheim erfolgt. Soweit sie aus Grundwasser erfolgt, werden die Rahmenbedingungen schwieriger.
  4. Starke regionale und lokale Unterschiede in der Entwicklung. Sinnvoll sind daher keine generellen „Patentrezepte“, sondern nur lokal angepasste Maßnahmen.
Als langfristig noch nicht sicher zu bewerten sind:
  1. Zunehmende, gleichbleibende oder abnehmende natürliche Grundwasserneubildung und natürliche Grundwasserstände. Alles ist möglich, am wahrscheinlichsten sind derzeit aber nur geringe Veränderungen.
  2. Bevölkerungsentwicklungen durch Migration und Entwicklungen der Wirtschaft. Diese Prognosen werden in angemessenen Abständen aktualisiert und für die öffentliche Wasserversorgung berücksichtigt (www.ag-wrm.de/publikationen).


Entwicklungstrend der Grundwasserstände an der GWM G50580
Abb. 4: 30-jährige Messreihe GWM G50580 von Jan. 1987 bis April 2018 mit Regressionsgrade
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Entwicklungstrend der Grundwasserstände an der GWM G50580
Abb. 3: Langjährige Messreihe GWM G50580 von Nov. 1964 bis April 2018 mit Regressionsgrade
Bild größer  © Hessenwasser  2018
Fazit aus Sicht der öffentlichen Wasserversorgung

Die Wasserversorgung Südhessen ist für jeden Fall, auch für Folgen des Klimawandels, schon heute ökologisch und sicher aufgestellt:
  • Mehrbedarfe wegen Bevölkerungszuwachs und ggf. Klimawandel können v.a. durch Mehrinfiltration von Brauchwasser ausgeglichen werden. Die Infiltration ist ausbaubar (www.ag-wrm.de/publikationen).
  • Erhöhte Tagesspitzen werden durch die begonnene Ertüchtigung von bislang noch in der Qualität geminderten Wasserwerken wie Praunheim und Hattersheim bereitgestellt werden. (www.ag-wrm.de/publikationen). 
  • Möglicherweise verringerte Grundwasserneubildung wird durch Mehrinfiltration oder Minderförderung gemäß den festen staatlichen Grundwasserstandsvorgaben ausgeglichen. Außerhalb des Leitungsverbunds werden vor allem im ländlichen Raum in Mittelgebirgslagen heute bereits bekannte Engpässe in Trockenphasen verstärkt. Dem kann durch Ausbau von Verbundstrukturen entgegen gewirkt werden.
  • Möglicherweise erhöhte Grundwasserneubildung wird durch verringerte Infiltration von Brauch-/Oberflächenwasser gemäß den festen staatlichen Grundwasserstandsvorgaben ausgeglichen, wo Infiltration stattfindet. Grundwasserhaltung ist keine Aufgabe der Wasserversorgung.
  • Förderverringerungen ohne Infiltrationsausgleich und ohne geringere Grundwasserneubildung führen zu Landnutzungskonflikten (Vernässungen). 
  • Ökologische Grenzgrundwasserstände sind derzeit und auch mit Klimawandel immer wasserrechtlich abgesichert, soweit diese beeinflußbar sind. Hier besteht keine Gefährdung des Bestands durch die Wasserversorgung.
  • Brauchwassernutzung erfolgt bereits heute effizient und in großem Maßstab über die Infiltration. Für die Wasserversorgung des Ballungsraums durch Hessenwasser mit ca. 105 Mio. m³/a können je nach Bedarfs- und Witterungssituation bis zu 47 Mio. m³/a Brauchwasserinfiltration herangezogen werden. Die mittlere Infiltrationsmenge wird daher künftig weiter steigen.
  • Andere Brauchwassernutzungen können vor diesem Hintergrund auch hinsichtlich der CO2-Effizienz, Mengeneffizienz, Wirtschaftlichkeit und Zeitperspektive geprüft werden. Bislang fehlen dazu eindeutige Ergebnisse. Hessenwasser beteiligt sich daher aktiv an solchen Untersuchungen.
Zusammenfassung
  • Der mengenmäßige Zustand gemäß Wasserrahmenrichtlinie ist gut.
  • Sinkende Grundwasserstände werden im Bereich des Leitungsverbunds nicht gemessen.
  • Sinkende Grundwasserstände wegen des Klimawandels bis zur Mitte oder am Ende des Jahrhunderts sind nach dem derzeitigen Forschungsstand eher unwahrscheinlich.
  • Sollte der unwahrscheinliche Fall dennoch eintreten, würde gemäß den wasserrechtlichen Vorgaben in den Fördergebieten des Versorgungsverbunds Südhessen mit Hilfe der Infiltration wirksam entgegen gesteuert werden.
  • Die öffentliche Wasserversorgung der Metropolregion Frankfurt/Rhein-Main ist auch mit den wahrscheinlichen Folgen des Klimawandels durch das seit Jahren etablierte integrierte Wasserressourcenmanagement der Versorger sichergestellt.
  • Notwendig sind der qualitative Schutz der Grundwasserressourcen und die Umsetzung technischer Maßnahmen im Leitungsverbund.
  • Brauchwassernutzung aus Oberflächenwasser ist in großem Stil durch die Infiltration etabliert. Der Grundwasserhaushalt wird dadurch massiv entlastet.
  • Steigender Wasserbedarf z.B. durch Bevölkerungswachstum führt im Leitungsverbund Südhessen zu keinen Verschlechterungen der ökologischen Situation.
  • Gerade außerhalb der an den Leitungsverbund und damit auch an die Infiltration angeschlossenen Kommunen und Fördergebiete sind darüber jedoch vertiefte individuelle Betrachtungen sinnvoll.

Hessenwasser GmbH & Co. KG
Betriebsführung für den Wasserverband Hessisches Ried

Ressourcenmanagement
Volker Manger



 

 

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