Zwischenstand Mai 2011 - KLIMZUG-NORD

Der Forschungsverbund KLIMZUG-NORD
• ist Gewinner der Ausschreibung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) „Klimawandel in Regionen zukunftsfähig gestalten. Regionen gewinnen im Wettbewerb - die Welt gewinnt mit!"
• möchte die Metropolregion Hamburg auf die langfristigen Folgen des Klimawandels vorbereiten.
• ist am 01.04.2009 gestartet und läuft bis zum 31.03.2014.
• wird gestaltet durch Mitarbeiter/innen aus Hochschulen, Forschungseinrichtungen, Behörden, behördennahen Einrichtungen und Unternehmen.
• ist mit seinen Untersuchungen besonders in den Bereichen Klimawandel, Hochwasserschutz, Wasserhaushalt, Landwirtschaft, Stadt- und Regionalplanung, Naturschutz, Ökonomie und Bildung aktiv.
Grundwasserbeeinträchtigungen durch
Klimawandel im gezeitenbeeinflussten Elbegebiet
• fördert als Leitprojekt der Metropolregion Hamburg die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen
Fachdisziplinen und sucht den Austausch mit Betroffenen und der interessierten Öffentlichkeit.
Landkreis Ludwigslust
LUDWIGSLUST
w w w.klimzug-nord.de
KLIMZUG-NORD Teilprojekt 1.2 Grundwasserbeeinträchtigungen durch Klimawandel im gezeitenbeeinflussten Elbegebiet –
Quantifizierung der Wirkungszusammenhänge und Gegenmaßnahmen
Partner des Teilprojekts
Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Schneider
Technische Universität Hamburg-Harburg
Tel.: 040 42878-3094
E-Mail: [email protected]
KLIMZUG-NORD 2 - 20110519 - vdo, © TuTech Innovation GmbH
Klimaneutral auf Recyclingpapier gedruckt
Stand der Information: Mai 2011
Unser Projek tgebiet : Die Metropolregion Hamburg
Wettern Hamburg-Wilhelmsburg
Gefördert durch das
Koordination
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Entwicklung innovativer Ansätze zur Anpassung
an den Klimawandel mit der Fördermaßnahme KLIMZUG - Klimawandel in Regionen zukunftsfähig gestalten.
Hintergrund
Wie beeinflusst der Klimawandel den Wasserkreislauf in
der Metropolregion Hamburg? Dieser Frage wird im Teilprojekt 1.2 des Forschungsprojekts KLIMZUG-NORD am
Institut für Wasserressourcen und Wasserversorgung der
Technischen Universität Hamburg-Harburg nachgegangen.
Dabei werden zwei für die Elbmarsch der Metropolregion
Hamburg charakteristische Projektgebiete betrachtet. Zum
einen das Obstanbaugebiet „Altes Land“ und zum anderen
die Elbinsel Wilhelmsburg im Stromspaltungsgebiet der
Elbe. Der Wasserkreislauf in Marschen wird sehr stark
durch menschliches Handeln beeinflusst. Elbwasser dringt
in den Grundwasserleiter ein und wird über Drainagen und
Gräben wieder in die Elbe abgeleitet. So wird der Grundwasserspiegel konstant gehalten. Die durch den Klimawandel saisonal veränderten Niederschläge beeinflussen
auch den Bodenwasserhaushalt. Auch der zu erwartende
Elbwasserspiegelanstieg hat Einfluss auf die Grundwasserstände der Untersuchungsgebiete. Eine mögliche Folge
des steigenden Grundwasserspiegels sind flächenhafte
Vernässungen, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen
werden. Außerdem kann durch eine stromaufwärts gerichtete
Verschiebung der Brackwasserzone die Elbwassernutzung
für Beregnungszwecke eingeschränkt werden.
Zwischenergebnisse
Ausblick
Das Gerüst des Grundwasserströmungsmodells bildet eine
dreidimensionale Abbildung der geologischen Strukturen
des Grundwasserleiters. So genannte Strukturmodelle
basieren auf der Auswertung punktuell verfügbarerer Bohrprofile, welche die Schichtenabfolge am jeweiligen Ort
wiedergeben. In Zusammenarbeit mit dem Geologischen
Landesamt Hamburg wurden zunächst anhand einer Auswahl
an Bohrprofilen geologische Profilschnitte für das Gebiet
Wilhelmburg erstellt und die Informationen anhand von Datenbankabfragen ergänzt. Unter Verwendung entsprechender
Computerprogramme konnten die Schichtgrenzen flächig
erstellt werden. Da die Kenntnisse über den Aufbau des
Grundwasserleiters im Alten Land nur begrenzt sind, wurde
zur Verdichtung der Informationen eine geophysikalische
Hubschraubermesskampagne ausgewertet, welche von der
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe durchgeführt wurde. Durch einen Vergleich der Elektromagnetik
mit den vorhandenen Bohrprofilen wird derzeit die Lage
der Aquifersohle erarbeitet (Aquifer = Grundwasserleiter).
Zukünftig werden die Strukturmodelle in die numerischen
Grundwasserströmungsmodelle integriert und unter Berücksichtigung der gegebenen Randbedingungen für einen
Referenzzeitraum (1971 – 2000) kalibriert. Anschließend
werden die Modelle der TUHH und der BAW verwendet,
um Projektionen für zukünftige Zeiträume um 2050 und
2100 zu berechnen. In den Studien werden systematisch
mögliche Variationen der Randbedingungen betrachtet, um
die Bandbreite möglicher Änderungen in der Tideelbe und
dem angrenzenden Grundwasser aufzuzeigen. Zusätzlich
werden für die Grundwassermodelle anhand von Parameterstudien die klimasensitiven Einflussfaktoren und Parameter
bestimmt und Anpassungsmaßnahmen auf ihre Wirksamkeit
hin überprüft. Auf diese Weise wird eine Übertragbarkeit
der Ergebnisse auf andere Gebiete ermöglicht.
Ein ähnliches Vorgehen erfolgte auch für die überlagernden
Weichschichten oberhalb des Grundwasserleiters, welche
für die Bodenwasserhaushaltsmodellierung herangezogen
werden. Erste Modellrechnungen für das Alte Land mit
seinen sehr mächtigen und für die Elbmarsch charakteristischen Kleischichten wurden durchgeführt und die Wassergehalte einer charakteristischen Bodensäule kalibriert,
d.h. eingemessen.
In einer Pilotstudie der BAW wurde für das Strömungsmodell die Lage des mittleren Meeresspiegels gemäß des
aktuellen Stands des Wissens zum Klimawandel erhöht.
Des Weiteren können mit dem Elbe-Modell unterschiedliche
Oberwasserszenarien (z.B. niedriges Oberwasser im Sommer)
untersucht werden. Durch einen Vergleich dieser möglichen
zukünftigen Situationen mit den heutigen Verhältnissen
können Änderungen der Wasserstände, Strömungen und
Salzgehalte in der Tideelbe abgeleitet werden.
Entwässerungssystem Hamburg-Wilhelmsburg
(Datenquelle: LSBG Hamburg)
Struktur und Methoden im Teilprojekt 1.2
Schematisches hydrologisches System der Niederelbmarsch
Frostschutzberegnung im Alten Land mit der Borsteler Mühle im Hintergrund
Ziele und Methoden
Um die in der Realität ablaufenden Prozesse zu verstehen und ihre jeweilige Bedeutung zu beurteilen, werden
umfangreiche numerische Grundwasserströmungs- und
Bodenwasserhaushaltsmodelle aufgebaut. Diese sollen
gegenwärtige Messwerte, Szenarienprojektionen des
zukünftigen Klimas, der zukünftigen Wasserstände und
Salzgehalte der Elbe sowie geologische und bodenkundliche Rahmenbedingungen vereinen. Wie sich in Zukunft
Wasserstände, Strömungen und Salzgehalte der Tideelbe
entwickeln, das wird von der Bundesanstalt für Wasser-
bau (BAW) mit einem hochaufgelösten, dreidimensionalen
numerischen Strömungsmodell simuliert. Die Ergebnisse
gehen als Randbedingungen in die Grundwassermodelle ein.
Anhand der Modelle soll herausgearbeitet werden, welche
Wechselwirkungen zwischen Klimawandel und Grundwasser herrschen und welche Folgen in welchem Ausmaß für
die Projektgebiete zu erwarten sind. Anschließend werden
Anpassungsmaßnahmen erarbeitet, mit denen den Folgen
des Klimawandels begegnet werden kann.
Topographie der Tideelbe im HN-Strömungsmodell der BAW-DH