Kooperation KLIWA „Klimaveränderung und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft“
- Bodenwasserhaushalt und Grundwasserneubildung aus Niederschlag
Die Kooperation KLIWA ist ein Verbund der Bundesländer Baden-Württemberg, Bayern, Rheinland-Pfalz, Hessen und des Saarlandes sowie des Deutschen Wetterdienstes zur Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf den regionalen Wasserhaushalt.
https://www.kliwa.de/index.php
Mit Hilfe von länderübergreifend konsistent modellierten Daten wird im Rahmen von KLIWA im Bereich Grundwasser regelmäßig untersucht, wie sich der Bodenwasserhaushalt und die Grundwasserneubildung aus Niederschlag (GWN) in der Vergangenheit entwickelt haben.
Da eine flächendeckende Beobachtung aller Größen des Wasserhaushalts nicht möglich ist, werden die einzelnen Wasserhaushaltsgrößen modelliert. Auf der Basis von Zeitreihen (Klimaparameter) und flächenhaften Standortfaktoren (physiografische Daten) wird der Bodenwasserhaushalt und die Grundwasserneubildung mit dem Bodenwasserhaushaltsmodell GWN-BW simuliert. Die Kurzbezeichnung GWN-BW (Grundwasserneubildung-Bodenwasserhaushalt) beschreibt den gesamten Prozess, also die zeitlich hochaufgelöste Simulation des Bodenwasserhaushalts mit der daraus resultierenden Abflussbildung und der anschließenden Berechnung der Grundwasserneubildung aus Niederschlag.
https://www.hydrosconsult.com/hydrologie/bodenwasserhaushalt
Langzeitverhalten (Vergangenheit)
Die mittlere jährliche Grundwasserneubildung in Baden-Württemberg im 30-jährigen Zeitraum 1961-1990 beträgt 187 mm/a. Diese ging im aktuellen 30-jährigen Zeitraum 1991-2020 zurück auf 169 mm/a. Im 30-jährigen Zeitraum von 1971 bis 2000 beträgt mittlere jährliche GWN 182 mm/a, dieser Zeitraum wird üblicherweise als Referenzperiode bei Klimawandelbetrachtungen verwendet. Die dekadische Variabilität der GWN in Baden-Württemberg in den vergangenen 75 Jahren seit 1951 liegt bei knapp 40%, so beträgt die GWN in der Nassdekade 1979-1988 217 mm/a während sie lediglich 147 mm/a in der trockenen Dekade 2014-2023 erreicht. Die Variabilität der Einzeljahre ist ausgesprochen hoch. Sie reicht von 42 % (77 mm/a im Jahr 1971) bis 178 % (324 mm/a im Jahr 1965) des Mittelwerts im Referenzzeitraum 1971–2000.
Mittlere jährliche Grundwasserneubildung aus Niederschlag [mm/a] für Baden-Württemberg von 1951–2025.
Zukünftige Veränderungen
Die Grundwasserneubildung aus Niederschlag (GWN) ist vereinfacht die Bilanzgröße aus Niederschlag abzüglich Verdunstung und Oberflächenabfluss. Als Restglied der Wasserbilanz reagiert die GWN besonders sensitiv auf Veränderungen von Klimaparametern, wie z.B. Niederschlag und Lufttemperatur.
Um der Frage nach der zukünftigen Änderung der Grundwasserneubildung durch den Klimawandel nachzugehen, wurden mit Klimaprojektionen des erweiterten KLIWA-Ensembles angetriebene Simulationen durchgeführt. Das Ensemble stellt eine Auswahl von Klimaprojektionen dar, die anhand eines Audit-Verfahrens ausgewählt wurden.
https://www.kliwa.de/grundwasser-wasserhaushalt-zukunft.htm
Aus den Ensemblebetrachtungen ergibt sich eine große Spannweite an potentiellen Entwicklungspfaden für die zukünftige GWN.
30-jährige gleitende Mittel der relativen Änderung der Grundwasserneubildung aus Niederschlag zur Referenzperiode 1971–2000 der Vergangenheit (schwarze Linie, Langzeitsimulation basierend auf Messdaten) und Bandbreite der verschiedenen Projektionen des KLIWA-Ensembles für Baden-Württemberg. Graue Punkte zeigen die einzelnen Jahresmittelwerte um die hohe jährliche Variabilität zu veranschaulichen.
Die Wasserversorgung in Baden-Württemberg basiert zum überwiegenden Teil auf der Nutzung natürlicher Grundwasservorkommen. Somit spielt die GWN eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der Trinkwasserversorgung. Mögliche Änderungen der Grundwasserneubildungsrate, als Folge des Klimawandels, können damit direkte Auswirkungen auf die Grundwasservorkommen, die Versorgungssicherheit und die Nachhaltigkeit der Ressourcennutzung haben.
So wurde im Projekt Masterplan Wasserversorgung („MPWV“) u.a. bewertet, inwiefern die öffentliche Wasserversorgung in Baden-Württemberg für die Herausforderungen des Klimawandels gewappnet ist. Hierbei spielt das Vorsorgeprinzip eine entscheidende Rolle. In noch stärkerer Weise als in der Vergangenheit müssen die Anlagen der Trinkwasserversorgung zukünftig auf mehrjährige Trockenperioden ausgerichtet sein.
Daher spielt der "trockene Rand" (= Minima) des GWN-Ensembles in diesem Kontext die entscheidende Rolle. Für diesen möglichen Entwicklungspfad wurden räumlich differenzierte Änderungssignale für die GWN und damit für das natürliche Grundwasserdargebot für den Zeithorizont 2050 abgeleitet. Die mittlere Abnahme der GWN in Baden-Württemberg liegt je nach Region zwischen -15% und -25%, dies entspricht Änderungsfaktoren zwischen 85% und 75%.
Mittleres Änderungssignal der Grundwasserneubildung in Baden-Württemberg für den Zeithorizont 2050 am unteren Rand ("trockenen Rand") des erweiterten KLIWA-Ensembles.