Veränderung der Grundwasserneubildung in Hessen
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Trinkwasser im Gespräch, Dornheim den 16. 01. 2008 „Anpassungsstrategien an Klimatrends und Extremwetter und Maßnahmen für ein nachhaltiges Grundwassermanagement“ Veränderung der Grundwasserneubildung in Hessen Dr. Georg Berthold und Mario Hergesell Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Gliederung: 1. Klimawandel und dessen Auswirkungen auf den Wasserhaushalt • Modellergebnisse aus INKLIM 2012 2. Klimatrends der Szenarien bis 2100 für Hessen • Temperatur • Niederschlag 3. Stand der Arbeiten • Optimierung des Grundwasserrechenmodells • Regionalisierung der Klimadaten 4. Ausblick Begriffe und Abkürzungen INKLIM 2012 INtegriertes KLIMaschutzprogramm Hessen 2012 IDP Interaktives Diagnose- und Präsentations-Tool für Klimadaten; ECHAM Globales Zirkulationsmodell Entwickelt am European Center HAMburg WETTREG Wetterlagen-basierte Regionalisierungsmethode Nutzt die bisherigen Klimabeobachtungen, Einfluss der Großwetterlagen auf das Lokalklima Klimamodelle sind keine „Wettervorhersage“ für die Zukunft, sondern Projektionen auf die zu erwartende Entwicklung. 1. Klimawandel und dessen Auswirkung auf den Wasserhaushalt Ausgangspunkt: Klimamodellierung mit ECHAM 4 im Rahmen von INKLIM 2012 Nur für das moderate Szenario B2; monatliche Auflösung, bis zum Jahr 2050 Sommer- und Winterniederschlag 550 Referenzperioden Simulationszeitraum mm/a 500 450 400 350 300 19711 1980 19812 1990 19913 2000 20014 2010 20115 2020 20216 2030 Abnahme der Sommerniederschläge Zunahme der Winterniederschläge 20317 2040 20418 2050 Sommer-N Winter-N Zunahme der Grundwasserneubildung 1. Klimawandel und dessen Auswirkung auf den Wasserhaushalt Grundwasserneubildung - Mittelwerte und Extrema 160 Referenzperioden Simulationszeitraum M ax: 146 mm/a mm/a 140 120 M ittel: 126 mm/a Szen. 2010-2050 100 M ittel: 101 mm/a Ref. 1971-2000 80 M in: 78 mm/a trocken 60 19711 1980 19812 1990 19913 2000 20014 2010 20115 2020 20216 2030 20317 2040 20418 2050 mittel feucht 2. Klimatrends der Szenarien bis 2100 für Hessen Ausgangslage: Vergleichsdekaden: 1961 - 1970 1971 - 1980 1981 - 1990 1991 - 2000 PgC = 1 Milliarde Tonne Kohlenstoff Aus Klimaprojektionen für das 21. Jahrhundert, Max-Plank-Institut für Meteorologie, 2006 Jahresmitteltemperatur: Szenario B1 Szenario A1 Szenario A2 +2,1 Grad C +2,5 Grad C +2,4 Grad C Jahresniederschläge nehmen um Winterniederschläge nehmen um Sommerniederschläge nehmen um 5 bis 10 % zu 30 bis 50 % zu 10 bis 15 % ab 2. Klimatrends der Szenarien bis 2100 für Hessen Modellergebnisse für Szenario B2 vorhanden 2. Klimatrends der Szenarien bis 2100 für Hessen Modellergebnisse für Szenario B2 vorhanden Modellergebnisse für Szenario B2 vorhanden 2. Klimatrends der Szenarien bis 2100 für Hessen Modellergebnisse für Szenario B2 vorhanden Modellergebnisse für Szenario B2 vorhanden 3. Stand der Arbeiten: Optimierung der Grundwasserneubildung in Waldgebieten Enge Zusammenarbeit mit HESSEN-FORST, Der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt und dem HLUG Zusammenführung von „Forstdaten“ und „HLUG-Daten“ • Durchwurzelungstiefe von Forstbeständen (nach Baumarten und Altersklassen) • Berücksichtigung des Bestockungsgrades (Verbesserung des Interzeptionsansatzes) Verbesserung und Absicherung des HLUG-Modells 3. Stand der Arbeiten: Neuer Modelleinsatz am HLUG: Verdunstungsmodell TRAIN zur Ermittlung der aktuellen Verdunstung, Sickerwasserbildung bzw. Gesamtabfluss • modular aufgebaut • physikalisch basierte und konzeptionelle Prozessbeschreibung • hohe zeitliche Auflösung -> Tageswerte! • räumliche Auflösung ist flexibel • Regionalisierung meteorologischer Eingangsdaten • Niederschlagskorrektur • Anwendung: WaBoA, INTERREG III, KLIWA (Baden-Württemberg, Bayern, Rheinland-Pfalz) 3. Stand der Arbeiten: Erfassung der Landwirtschaftlichen Beregnung Hessisches Ried • Anbau von traditionellen landw. Kulturen • Anbau von Marktfrüchten • Versorgung des Ballungsraums "Rhein-Main-Neckar" • Zusatzwassermenge schwankt von 3,5 Mio. m3/a bis 35 Mio. m3/a Klimaänderung •Veränderung des Zusatzwasserbedarfs •Veränderung der Anbauverhältnisse •Wirkung auf den Wasserhaushalt 3. Stand der Arbeiten: Erfassung der Landwirtschaftlichen Beregnung 6,0 Abweichung von der langjährigen Monatsmitteltemperatur 5,0 4,0 3,0 2,0 0,0 J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A 1,0 -1,0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 -2,0 -3,0 160 M onatsniederschlag in mm 140 120 100 80 60 40 2002 17,7 Mio. m3 2003 27,2 Mio. m3 2004 18,2 Mio. m3 2005 17,7 Mio. m3 2006 14,0 Mio. m3 Beregnungsmenge in Millionen m3 pro Jahr für das Hessische Ried 2007 J A J A M F M J D N S O J A J A M F M J N D S O J A J A M F M J D N S O J A J M F M A J D N S O J A J A M F M J D N S O J A J A M M F 0 J 20 3. Stand der Arbeiten: Weiterentwicklung des GWN-Modells für versiegelte Flächen Versiegelungsklasse 1 (10-15%) Versiegelungsklasse 2 (35-50%) Versiegelungsklasse 3 (85-100%) Ackerflächen Grünland Laubwald Nadelwald Mischwald Gewässerflächen • fast 1/10 der Landesfläche ist versiegelt • bisher wurden versiegelte Flächen bei der Modellierung ausgespart • mit zunehmender Versieglung nimmt die GWN ab • bei großen Betrachtungszeiträumen muss die Zunahme des Versiegelung berücksichtigt werden • auf Grundlage von ATKIS-Daten lassen sich 3 Versiegelungsdichten differenzieren 3. Stand der Arbeiten: Weiterentwicklung des GWN-Modells für versiegelte Flächen Ermittlung der GWN mittels multiplikativer Verknüpfung von Gesamtabfluss und Baseflow Index (BFI) GWN = Qgesamt x BFI Zuordnung von BFI-Werten für jede Versiegelungsklasse auf Basis von Vergleichsstudien und Literaturauswertungen Versiegelungsklasse BFI 1 (10-15%) 0,42 2 (35-50%) 0,31 3 (85-100%) 0,13 Lückenlose Ermittlung der Grundwasserneubildung vorher nachher 4. Ausblick • Regionalisierung der Klimaszenarien (3 Szenarien) • Optimierung des hessenweiten Grundwasserrechenmodells • Abschätzung des zukünftigen landwirtschaftlichen Zusatzwasserbedarfs • Detailanalyse für den Bereich Odenwald • Berechnung der Grundwasserneubildung (3 Szenarien) 4. Ausblick Nur „Verbund“ führt zum Erfolg Klimaveränderung •Temperaturerhöhung, Winterniederschlag steigt, Sommerniederschlag nimmt ab Boden Landnutzung •Verlängerte Vegetationsperiode •Wachstumsstillstand im Sommer •Wasserstress •N-Freisetzung im Sommer wegen Wasserstress gering •N-Freisetzung im Herbst steigt •Vermehrte Nitratauswaschung im Winterhalbjahr •Erosionsgefahr steigt im Winterhalbjahr Grundwasserneubildung •Waldbrandgefahr •Nutzungsänderungen Anstieg durch Umverteilung der Niederschläge Grundwasserstände •Anstieg •Vernässungen Abflussregime •Mittlere Hochwasserabflüsse steigen Grundwasserbeschaffenheit •Verdünnungseffekte durch erhöhte GWNB •Erhöhtes Verlagerungsrisiko Wasserversorgungsstruktur •Trockenfallen von Quellen •Dezentrale Wasserversorgung gefährdet