Begleittext Dr. Joseph Hölscher

Globaler Klimawandel - Folgen für die Wasserwirtschaft in
Niedersachsen
J. Hölscher & A. Richmann
Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz, Betriebsstelle
Hannover-Hildesheim
1
Problemstellung
Mit dem 4. Sachstandsbericht (AR4) des International Panel on Climate Change
(IPCC 2007) der Vereinten Nationen ist die Diskussion, ob es einen Klimawandel gibt,
beendet. Der Klimawandel ist naturwissenschaftlich nachgewiesen und maßgeblich
vom Menschen verursacht. Durch das Verbrennen fossiler Rohstoffe und die
Emission so genannter Treibhausgase ist die Temperatur der Erdatmosphäre ab Mitte
des 19. Jahrhunderts um ca. 0,7 Grad Celsius gestiegen. Für verschiedene
Emissionsszenarien sagt der IPCC einen Anstieg von 1990 bis zum Jahr 2100 um
weitere 2 bis 2,9 Grad Celsius voraus. Die Erwärmung der Erdatmosphäre verursacht
u. a. eine höhere Verdunstung bzw. Evapotranspiration von Wasser- und
Landoberflächen. Mit der höheren Wasseraufnahmekapazität der wärmeren Luft
ergibt sich somit insgesamt ein höherer Wassergehalt in der Atmosphäre. Dies hat
veränderte Niederschlagsmuster zur Folge. Die jährliche Niederschlagsmenge bleibt
vielerorts zwar konstant, jedoch werden deutliche Verschiebungen der
jahreszeitlichen Verteilung sichtbar. So nehmen die Niederschläge in den
Wintermonaten zu, während für die Sommermonate regional z. T. starke
Niederschlagsrückgänge prognostiziert werden. Verstärkt wird dieser Prozess durch
eine Zunahme der Intensität und Häufigkeit von Extremereignissen.
Für die Wasserwirtschaft bedeutet dies in den Wintermonaten eine deutliche
Zunahme der mittleren Hochwasser und eine Verschärfung der Hochwassersituation
durch häufigere und länger andauernde regenreiche Wetterlagen. Für die
Sommermonate können bisher noch keine quantitativen Aussagen zur künftigen
Entwicklung von konvektiven Kurzzeit-Niederschlägen erbracht werden.
2
Konsequenzen des Klimawandels für die Wasserwirtschaft
Die Auswirkungen des Klimawandels lassen für die Bevölkerung und den
Wirtschaftsstandort Niedersachsen erhebliche Nachteile erwarten. Insbesondere die
wasserwirtschaftlichen Standortfaktoren können erhebliche Beeinträchtigungen
erfahren. Zunehmende Hochwassergefährdungen, eingeschränktes Wasserdargebot
und Niedrigwasserführung der Flüsse in lang andauernden Trockenphasen,
Einschränkungen bei der Trinkwasser- und Brauchwassernutzung sowie steigende
Anforderungen an die Einleitung von Abwässern und Kühlwässern in die Flüsse
werden die Wasserwirtschaft vor neue Herausforderungen stellen.
Im Projekt KLIWA (Arbeitskreis KLIWA 2006) bereits festgestellt und nach den
Modellberechnungen prognostiziert wird für Deutschland eine Zunahme extremer
Niederschlagsereignisse. Dies gilt sowohl für die Dauer wie auch für die Intensitäten:

Das häufigere Auftreten der regenreichen Großwetterlage „Westlage zyklonal“ ist
für den Zeitraum 1881 bis 1989 nachweisbar;

Für die Winterhalbjahre werden länger andauernde Niederschlagsereignisse mit
größeren Intensitäten prognostiziert;

Zudem werden kurzfristige Niederschlagsereignisse mit extrem hohen Intensitäten
im Winter häufiger erwartet als bisher;

In den Sommermonaten ist mit länger andauernden Trockenphasen mit höheren
Temperaturen zu rechnen;

Zudem ist davon auszugehen, dass im Sommer vermehrt kleinräumige
Niederschlagsereignisse mit extremen Niederschlagsintensitäten
(Konvektionsregen, Gewitterereignisse) auftreten können.
Die Auswirkungen des Klimawandels auf die zuletzt genannten kleinräumigen
Niederschlagsereignisse können mit den zurzeit eingesetzten Modellen (noch) nicht
berechnet werden.
2.1
Auswirkungen auf den Grundwasserhaushalt
Niedersachsen ist ein grundwasserreiches Land. Nur in wenigen Regionen treten
klimatisch- und/oder nutzungsbedingte Mengenprobleme mit dem verfügbaren
Grundwasserdargebot auf.
Die Veränderung der Niederschlagsverteilungen und -intensitäten sowie die höhere
Verdunstung werden sich auf die Grundwasserneubildung auswirken. Neben den
vorgenannten Faktoren beeinflussen die Bodeneigenschaften, das Bodenrelief und
die Landnutzung wesentlich die Grundwasserneubildung.
In Folge der höheren Winterschläge und der zu erwartenden vereinzelten
kleinräumigen Niederschlagsereignisse mit extremen Intensitäten im Sommer ist
insbesondere bei gut durchlässigen Böden in flachem Gelände mit höheren
Grundwasserneubildungsraten zu rechnen. Bei Abnahme der Niederschlagssummen
in den Sommermonaten und gleichzeitig erhöhten Verdunstungsraten infolge höherer
Temperaturen und guter Vegetationsentwicklung wird das erhöhte
Grundwasserdargebot jedoch beschleunigt wieder aufgezehrt.
Insgesamt müssen extremere Grundwasserstandsschwankungen erwartet werden,
deren Ausmaß zurzeit noch nicht quantifiziert werden kann. Die beschriebene
Entwicklung kann für die Landnutzung und die Vegetation bei langen und sehr heißen
Trockenperioden zu Trockenstress in den Sommermonaten führen. Steigende
Grundwasserentnahmen für die Trinkwasserversorgung oder die zunehmende
landwirtschaftliche Beregnung wird die Grundwasserstandsschwankungen in einigen
Gebieten zusätzlich verstärken. In Gebieten mit jetzt schon knappem
Grundwasserdargebot wird ein gezieltes Grundwassermanagement erforderlich
werden, welches die klimatischen Veränderungen und den zusätzlichen Bedarf
berücksichtigt.
In niederschlagsreichen Monaten wirken aufnahmefähige Grundwasserleiter
abflussdämpfend; in trockenen Zeiten abflussspendend. Diese ausgleichende
Funktion auf das Hochwassergeschehen und die Niedrigabflüsse der oberirdischen
Gewässer wird als Folge des Klimawandels gemindert. Für einige Regionen werden
infolge der erhöhten Grundwasserstände zunehmende Vernässungen mit
nachfolgenden wirtschaftlichen Schäden für Ackerflächen und Gebäude auftreten
können.
Sofern infolge des Trockenstresses in den Sommermonaten das Pflanzenwachstum
gemindert ist, wird es infolge verringerter Nährstoffaufnahme durch die Pflanzen in
landwirtschaftlich intensiv genutzten Gebieten bei gleich bleibendem Düngeniveau im
Herbst zu erhöhten Nährstoffüberschüssen in diesen Böden kommen. Die erhöhte
Grundwasserneubildung im folgenden Winter wird zwangsläufig erhöhte
Nährstoffanlieferungen an das Grundwasser verursachen; ggf. werden die
beobachteten Nitratprobleme in niedersächsischen Grundwasservorkommen
verschärft.
Eine weitere Beeinträchtigung der Grundwasserbeschaffenheit infolge des
Klimawandels ist durch Emissionen bei Hochwasserereignissen zu besorgen.
hochwasserbedingte Verschmutzungen der Fließgewässer und Hochwasser
bedingter Rückstau in überlasteten und teilweise defekten Kanalisationen können
oberflächennahe Grundwasserleiter zusätzlich mit Problemstoffen belasten. Für die
Grundwasserleiter auf den Nordseeinseln, in Küstennähe und entlang der
Fließgewässerästuare können in Abhängigkeit des eintretenden
Meereswasseranstiegs zusätzliche Salzwasserintrusionen in das Grundwasser
erwartet werden.
2.2
Auswirkungen auf den Hochwasserabfluss
Große Hochwasserereignisse werden hauptsächlich durch die Dauer und die
Intensität von Niederschlagsereignissen geprägt. Nach bisherigen
Untersuchungsergebnissen wird der Klimawandel häufigere und extremere
Hochwasserereignisse verursachen. Problematisch sind besonders lang andauernde
Niederschlagsereignisse mit großer Intensität in den Wintermonaten. Bei diesen
Ereignissen wird der Abfluss wirksame Anteil des Niederschlags überdurchschnittlich
erhöht. Eine Retention findet wegen der gesättigten Böden kaum mehr statt. Dies hat
gegenüber der erhöhten Niederschlagsmenge eine überdurchschnittliche Zunahme
der Hochwasserabflüsse und des Hochwasservolumens zur Folge.
Quantitative Aussagen zur zukünftigen Entwicklung von konvektiven KurzzeitNiederschlägen (Gewitter), die in den Sommermonaten auftreten können, sind derzeit
noch nicht möglich. Diese Ereignisse treten regional meist begrenzt auf, verursachen
wegen ihrer extremen Intensitäten und der zeitlich sehr beschränkten
Warnmöglichkeiten jedoch sehr große Hochwasserschäden.
2.3
Auswirkungen auf den Niedrigwasserabfluss
Bei geringeren Sommerniederschlägen und lang anhaltenden Trockenphasen in den
Sommermonaten, fehlenden gespeicherten Wassermassen in reduzierten
Schneelagen und tieferen Grundwasserständen im Sommer werden die
Niedrigwasserabflüsse im Sommer in den großen Gewässern wie in den kleineren
Zuflüssen abnehmen. Quellen können häufiger und länger andauernd versiegen.
Die Niedrigwasserführung in den Sommermonaten bestimmt die physikalische und
chemische Gewässerbeschaffenheit und die Gewässerbiozönose. Die Abnahme der
der Niedrigwasserführung führt grundsätzlich zu einer Erhöhung der Konzentration
der Wasserinhaltstoffe, zur Erwärmung der Gewässer und zur Abnahme der
Sauerstoffgehalte und somit zu einer schlechteren Gewässerqualität.
Die Wasserqualität bei Niedrigwasserführung ist maßgeblich für die
Genehmigungsfähigkeit von Wasserentnahmen (Brauchwasser, Kühlwasser,
Beregnung) und von Einleitungen in die Gewässer (Kläranlagen, Kühlwasser, Salz).
Die Verringerung des Niedrigwasserabflusses hat somit direkte Auswirkungen auf die
Industrie, die Energiegewinnung, die Abwasserbeseitigung, die Wasserkraftnutzung
und die Schifffahrt. Dies bezügliche wasserwirtschaftliche Planungen
(Bewirtschaftungspläne, Salzpläne, Wärmelastpläne) sowie wasserrechtliche
Erlaubnisse werden zu überprüfen und ggf. anzupassen sein.
Weitere negative Folgen werden für die Freizeitnutzung an den Gewässern erwartet.
2.4
Auswirkungen auf die Siedlungswasserwirtschaft
Die intensiveren Niederschlagsereignisse werden zeitweise zu extremen
Abflussbelastungen in den kommunalen Entwässerungssystemen führen. Zu prüfen
ist insbesondere, welche Sicherheiten verfügbar sind, um Überstau und Überflutung
von Entwässerungsanlagen zu verhindern. Neben den Schäden durch Überflutung
von Wohn-, Gewerbe- oder Industriegebieten sind zunehmend Folgeschäden für die
Gewässer durch Überlastung oder Überflutung kommunaler Abwasseranlagen zu
besorgen.
In Trockenperioden können in einigen Regionen Engpässe in der Wasserversorgung
auftreten. Zur Vermeidung dieser Engpässe sind entsprechend konzipierte
Versorgungspläne für diese Gebiete erforderlich.
Außerdem können bei verringertem Trockenwetterabfluss können stoffliche
Ablagerungen in Kanalisationssystemen erhebliche hygienische und technische
Probleme hervorrufen.
3
Projekte zu den Folgen des Klimawandels auf die Wasserwirtschaft
in Niedersachsen
Damit sich Niedersachsen frühzeitig auf mögliche Veränderungen einstellen kann,
bearbeitet der NLWKN in Kooperation mit der Leibniz-Universität Hannover und der
Technischen Universität Braunschweig zwei Projekte, zu den Folgen des Globalen
Klimawandels auf die Wasserwirtschaft im Binnenland. Schrittweise sollen die
betroffenen Bereiche untersucht und Handlungsempfehlungen erarbeitet werden. Die
beiden Projekte werden vom Niedersächsischen Ministerium für Umwelt und
Klimaschutz bzw. dem Ministerium für Wissenschaft und Kultur gefördert.
3.1
Globaler Klimawandel - Wasserwirtschaftliche Folgenabschätzung für
das Binnenland (KliBiW)
Ziel des vom NLWKN durchgeführten Projektes KliBiW ist die Regionalisierung
wasserwirtschaftlicher Folgen des globalen Klimawandels, die Bewertung der Folgen
für das Hochwasserrisiko sowie die Bewertung von Hochwasserschutzmaßnahmen
vor dem Hintergrund sich ändernder Klimabedingungen (s. Abb. 1). Zusätzlich werden
in dem Projekt die Folgen für die Niedrigwasserführung niedersächsischer Flüsse
analysiert. Die erzielten Ergebnisse sollen zur Unterstützung von
Entscheidungsträgern und zur Erweiterung der Methodenkompetenz des
Gewässerkundlichen Landesdienstes Verwendung finden.
5
Leitung & Koordination
5.1 Daten & Informations-Management (Internet)
5.2 Informationsplattform
5.3 Handlungsempfehlungen
1
Klimaentwicklung
1.1 Klima-Datenauswertung
1.2 Übertragbarkeit von
KLIWA-Methoden
prüfen
1.3 Niederschlagsszenarien
Klimawandel“
bewerten
2
Wasserhaushalt
2.1 Modelle anpassen
2.2 Klima-Szenarien
bewerten
2.3 Modell in GLD
einbinden
2.4 Bodenwasserhaushalt
3
Hochwasserschutz
3.1 Datenaus-wertung
3.2 Numer. Langzeitsimulation
3.3 Regionale HWSchwerpunkte
4
Niedrigwasser
4.1 Datenaus-wertung
4.2 Numer. Langzeitsimulation
4.3 Regionale NWSchwerpunkte
4.4 Risikoanalysen
3.4 Risikoanalysen
Abb. 1 Übersicht über die KliBiW-Teilprojekte
In der Phase 1 des KliBiW-Projekts (bis Ende April 2009) erfolgte eine landesweite
Aufbereitung und Auswertung der Grundlagendaten für die Parameter Niederschlag,
Temperatur und Wasserstand. Darauf aufbauend wurde das Wasserhaushaltsmodell
für das Aller-Leine-Oker-Gebiet weiterentwickelt und Simulationen von
Hochwasserszenarien in ausgewählten Teileinzugsgebieten unter Berücksichtigung
verfügbarer Klimaszenarien erstellt. Zusätzlich wurden Vorschläge für die
Berücksichtigung der Ergebnisse in den Hochwasserschutzplanungen diskutiert
werden.
Die Durchführung der Arbeiten erfolgte in enger Zusammenarbeit mit der Technischen
Universität Braunschweig und der Leibniz-Universität Hannover. Neben der
statistischen Bewertung der Grunddaten erfolgt in dem Projekt die Anpassung eines
dynamischen hydrologischen Wasserhaushaltsmodells zur Prognose von zeitlich
hoch aufgelösten Abflussveränderungen aufgrund bestehender Klimaszenarien.
Während des Projektes konnten innovative Methoden aus den Forschungsbereichen
der beteiligten Universitäten mit dem Praxisbezug des NLWKN gewinnbringend
verknüpft werden.
3.2
Auswirkungen von Klimaänderungen auf Wasserdargebot, Hochwasserrisiko und Gewässerbelastung in Niedersachsen (KLIFWA)
Im Rahmen des niedersächsischen Verbundprojektes „Klimafolgenforschung Szenarien für die Klimaanpassung (KLIFF)“ sollen die Auswirkungen des
Klimawandels auf unterschiedliche Wirtschaftsbereiche analysiert werden. Vor diesem
Hintergrund befasst sich das KLIFF-Teilprojekt KLIFWA mit den Auswirkungen auf die
drei Bereiche Wasserdargebot, Hochwasserrisiko und Gewässerbelastung, die sich in
die in Abb. 2 dargestellten Teilprojekte untergliedern.
Abb. 2: Übersicht über die KLIFWA-Teilprojekte im KLIFF-Projektverbund
Auf diese Weise soll zusammen mit verschiedenen Forschungseinrichtungen und
Partnern aus der Wirtschaft eine integrierte modellbasierte Analyse der Auswirkungen
des Klimawandels auf die Gewässer in Niedersachsen erfolgen. Dabei sollen
wissenschaftliche Methoden weiterentwickelt und den Anforderungen der Praxis
angepasst werden. Die Leitung des Projektes liegt bei der Leibniz-Universität
Hannover.
Der NLWKN wird in dem Vorhaben die Verbindung der wissenschaftlichen
Projektbereiche mit der Praxis und der Verwaltung sicherstellen. Die in den
Teilprojekten entwickelten Methoden werden zeitnah hinsichtlich der praktischen
Eignung geprüft, um die Qualität und die Erfolgsaussichten praktischer fachlicher,
methodischer und rechtlicher Verfahren zu sichern. Außerdem sollen Methoden
entwickelt und erprobt werden, um die Öffentlichkeit im erforderlichen Umfang speziell
für die Hochwassergefahr zu sensibilisieren und auf die Risiken einzustellen. Im
Dialog mit der Öffentlichkeit, der Wirtschaft, den allgemeinen
Gefahrenabwehrbehörden (Städte und Gemeinden) und den
Katastrophenschutzbehörden (Landkreise, kreisfreie Städte) sollen die öffentliche
Wahrnehmung, die geltenden Einsatzgrundsätze und die bestehenden
Organisationen kritisch überprüft und ggf. optimiert werden.
Literatur
Arbeitskreis KLIWA (2006): Klimaveränderung und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft. In: KLIWABerichte, H. 10. 3. KLIWA-Symposium am 25. und 26. 10.2006 in Stuttgart. LUBW Landesanstalt für
Umwelt, Messungen und Natur-schutz Baden-Württemberg.
Hölscher (2007): Klimawandel – Folgen für die Wasserwirtschaft im Binnenland. Vortrag auf dem 47. BWKFortbildungslehrgang „Klimawandel“ am 10.05.2007 in Hannover.
IPCC (2007): Summary for Policymakers, Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of
Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
Cambridge University Press,, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
NLWKN (2009): Globaler Klimawandel - Wasserwirtschaftliche Folgenabschätzung für das Binnenland
(KliBiW). Tätigkeits- und vorläufiger Ergebnisbericht – Phase I (unveröffentlicht).