Im Fokus – März 2022

Wasserversorgung klimasicher machen


Elsterbecken in Leipzig © André Kuenzelmann / UFZ


Fakten
Verlässlichkeit der Aussagen
Ausgewählte Forschungsergebnisse / Statements
UFZ-Experten

Fakten

In den vergangenen 20 Jahren war Mitteleuropa häufig von sommerlichen Hitze- und Dürreperioden betroffen. Vor allem 2018, 2019, 2020 erwiesen sich als extreme Hitze- und Dürrejahre, die zu Niedrigwasser, ausgetrockneten Böden (siehe UFZ-Dürremonitor) und fallenden Grundwasserständen führten. Laut jüngstem Klimafolgenreport des IPCC werden künftig Extremwetterlagen wie Starkniederschläge, Hitzeperioden und Dürren in vielen Regionen Europas und Deutschlands häufiger und länger auftreten als früher – mit der Konsequenz, dass dass der Wasserbedarf steigt.

Die deutsche Politik hat auf diese Herausforderungen reagiert, 2018 einen nationalen Wasserdialog mit mehr als 200 relevanten Stakeholdern einberufen, an dem auch Wissenschaftler des UFZ beteiligt waren. Daraus ist eine Nationale Wasserstrategie entstanden, die im Juni 2021 durch die damalige Bundesumweltministerin der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Darin wird klar kommuniziert, dass es in Bezug auf die Nutzung unserer Wasserressourcen ein „weiter so“ nicht geben kann, sondern wir grundlegende Veränderungen in unserem Umgang mit Wasser benötigen - hin zu einer nachhaltigen Wasserwirtschaft.

In diesem Kontext ist es viel zu kurz gedacht, sich nur über die Wasserentnahme Gedanken zu machen. Vielmehr müssen wir die Bewirtschaftung aller Komponenten des Landschaftswasserhaushaltes in den Blick nehmen, also auch Versickerung, Verdunstung und Abfluss. Wasser, das in früheren Zeiten versickert ist und 20, 30 Jahre im Boden verbracht hat, geht heute zum großen Teil auf die Wasserautobahn, also in Gräben und Flüsse, und ist wenige Tage später in der Nordsee.


Verlässlichkeit der Aussagen


Der durchschnittliche Niederschlag und die durchschnittlichen Temperaturen werden in Deutschland in den kommenden Jahren (Betrachtungszeitraum bis 2100; sowohl bei Emissionsszenario RCP 2.6 als auch RCP 8.5, dem Weiter-so-Szenario) zunehmen. Diese beiden Trends sind statistisch gut abgesichert. Das gilt ebenso für den Fakt, dass das Mehr an Niederschlag hauptsächlich im Winter fallen wird, sich die Niederschläge in den Sommern dafür leicht verringern werden. In Kombination mit den steigenden Temperaturen bedeutet das aber, dass wir v.a. in den Sommermonaten zunehmend mit Extremereignissen wie Dürren oder Starkregen zu rechnen haben und es temporär/regional zu Wasserknappheit oder eben auch Überflutungen kommen kann.

Dieses Wissen um sich verändernde Niederschläge und Temperaturen ermöglicht es uns zurzeit allerdings noch nicht, zuverlässig die langfristigen Auswirkungen auf unsere Grundwasserleiter und deren Wasserverfügbarkeit abzuschätzen. Beobachtungen des letzten Jahrzehnts zeigen zwar vielerorts fallende Grundwasserstände, doch eine einfache Vorschau auf eine zukünftige Entwicklung erlauben sie nicht.

Die Verlässlichkeit der Aussagen zur künftigen, langfristigen Entwicklung der Grundwasserstände wird nach Meinung der UFZ-Wissenschaftler:innen ganz wesentlich von der Weiterentwicklung von Modellen und Messmethoden und damit einhergehend von der Reduzierung der Unsicherheiten bestimmt werden. Eine neue Generation von Klima-Hydrologie-Modell-Ensembles, so wie sie beispielsweise am UFZ entwickelt und angewendet werden, kann diese Informationen in der benötigten hohen räumlichen Auflösung bereitstellen. Ergänzend dazu befassen sich UFZ-Wissenschaftler:innen in einer strategischen Kooperation mit Wissenschaftler:innen der Universität Potsdam mit der Methode des Cosmic-Ray-Neutron-Sensing (CRNS), die helfen soll, die Grundwasserneubildung im Feldmaßstab besser abzuschätzen.


Ausgewählte Forschungsergebnisse / Statements


Grafik UFZ-Dürremonitor

Der UFZ-Dürremonitor

Der UFZ-Dürremonitor liefert täglich flächendeckende Informationen zum Bodenfeuchtezustand in Deutschland. Grundlage sind Simulationen mit dem am UFZ entwickeltem mesoskaligem hydrologischen Modell mHM.


Karte Dürren in Europa

Klimawandel verschärft Dürren in Europa

Die Modelle der UFZ-Forscher haben gezeigt, wie der Klimawandel Dürren in Europa verschärft. Im Vergleich zum Referenzzeitraum 1971 bis 2000 werden sich Dürren von 13 auf 26 Prozent verdoppeln und drei Mal länger dauern – sollte die Erderwärmung um drei Grad Celsius bis zum Jahr 2100 steigen. Gelingt es dagegen, wie im Paris-Abkommen festgehalten, die Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, würden sich die unter Dürre leidenden Flächen nur auf 19 Prozent erweitern.
Pressemitteilung


Prof. Sabine Attinger_© Sebastian Wiedling UFZ

Wie (un)sicher ist die Zukunft? Smarte Modelle in der Umweltforschung

Um verlässlich vorhersagen zu können, wie unsere Umwelt auf Veränderungen reagiert, und darauf aufbauend entsprechende Vermeidungs- und Anpassungsstrategien zu entwickeln, befassen sich UFZ-Wissenschaftler:innen seit mehr als zehn Jahren mit der Entwicklung sogenannter „smarter Modelle“. Mit dem hydrologischen Modellsystem mHM sei ein Quantensprung in Bezug auf Prognosekraft und räumliche Auflösung gelungen, schreibt Prof. Sabine Attinger in ihrem Essay.


Prof. Dietrcih Borchardt_© Sebastian Wiedling UFZ

Warum braucht Deutschland eine Wasserstrategie?

Das Bundesumweltministerium hat im Sommer 2021 einen Nationale Wasserstrategie verabschiedet, die Empfehlungen für den künftigen Umgang mit Wasser in Deutschland gibt. Prof. Dietrich Borchardt begründet in seinem Standpunkt, warum Deutschland eine solche Strategie braucht.


Podcas Neustart So geht sächsisch – Die Zukunft des Wassers

Die Zukunft des Wassers

Zurzeit verbraucht jeder Einwohner Deutschlands 120 Liter, also eine Badewanne Wasser pro Tag – und wenn man den gesamten Konsum samt Produktion einbezieht sogar 5.000 Liter. Bis jetzt war das kein Problem – doch in der Klimakrise wird es eins. Beziehungsweise, es ist schon eins. Handfeste Wasserkonflikte könnten die Folge sein. Was tun? Prof. Dietrich Borchardt gibt im Podcast Antworten.


Grundwassermessstelle_©brudertack69 _AdobeStock

Karsten Rinke et al.: Auswirkungen der Dürreverhältnisse 2018-2020 auf die Grundwasserstände in Mitteldeutschland, WasserWirtschaft, 11/2021

Die Jahre 2018-2020 waren außergewöhnlich trocken! Hiervon waren nicht nur menschliche Nutzungen, wie Land- und Forstwirtschaft oder Wasserversorgung, sondern auch der Naturraum, insbesondere aquatische Ökosysteme, betroffen. Ein besonders stark getroffenes Gebiet ist hierbei der mitteldeutsche Raum, der ohnehin durch geringe Niederschläge und Grundwasserneubildung charakterisiert ist. Im Rahmen der Studie wurden die Pegelstände von über 220 Grundwassermessstellen in Mitteldeutschland untersucht und das historische Ausmaß des Wasserdefizits aufgezeigt.


Ausgetrocknetes Flussbett_©Heiko Kueverling-Shutterstock

Andreas Marx et al.: Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserbedarf und -dargebot, WasserWirtschaft, 11/2021

Diese Studie nutzt 70 Klima-Wasserhaushaltssimulationen auf der Ein-Kilometer-Skala unter zwei Klimaszenarien für Deutschland. Klimawandel führt zu länger anhaltenden Hitzeperioden, so dass Wasserbedarf und Spitzenwasserabgaben zukünftig steigen werden. Die Grundwasserneubildung nimmt mit zunehmender Erwärmung im Median in Deutschland zu. Während die Veränderungen im Klimaschutzszenario moderat sind und sich zur Mitte des Jahrhunderts stabilisieren, nehmen sowohl Grundwasserneubildung als auch Hitzeindikatoren im Weiter-so-wie-bisher-Szenario bis zum Ende des Jahrhunderts weiter zu.


Aushetrocknetes Flussbett © AdobeStock_Q_Guadalajara, Castilla, Spain

UmweltPerspektiven „Durstiges Europa“

Dürren, Niedrigwasser, Hochwasser – Extremereignisse wie diese werden durch die Klimaerwärmung zunehmen. Das galt bislang als gesichert. Unbekannt war aber, wie diese Extreme bei unterschiedlichen Erwärmungsgraden ausfallen und welche Regionen in Europa davon wie stark betroffen sein werden. Wissenschaftler des UFZ haben das modelliert.
UmweltPerspektiven


Rappbode_Talsperre_© André Künzelmann UFZ

Harzer Stausee drohen italienische Wassertemperaturen

Der Klimawandel stellt die Trinkwasserversorgung vor neue Herausforderungen, das zeigen UFZ-Forscher um Dr. Karsten Rinke. Unter Berücksichtigung möglicher Strategien zur Talsperrenbewirtschaftung prognostizieren sie die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wassertemperatur und auf die physikalische Struktur, die die Schichtung und die jahreszeitliche Durchmischung des Wasserkörpers steuern (Pressemitteilung).


UFZ-Experten


Dietrich Borchardt © Sebastian Wiedling UFZ

Prof. Dietrich Borchardt
Hydrobiologe

Webseite | Video-Porträt

  • Strukturen und Funktionen aquatischer Ökosysteme
  • Wirkungsketten hydrologischer Extreme (Dürre, Hochwasser)
  • fortschrittliche Beobachtungs- und Überwachungssysteme
  • innovative Modellierungswerkzeuge zur Langzeitentwicklung der Wasserqualität
  • Konzepte zur hydro-ökologischen Synthese und zur Implementierung des integrierten Wasserressourcenmanagements
  • Lokale, nationale, europäische und globale Expertise
  • Schnittstelle Wissenschaft-Politik


Sabine Attinger © Sebastian Wiedling UFZ

Prof. Sabine Attinger
Theoretische Physikerin

Webseite | Video-Porträt

  • räumlich verteilte vorhersagekräftige Umweltsystemmodelle, deren Parametrisierung und der Abschätzung der Auswirkungen von Unsicherheiten auf Modellvorhersagen
  • Vorhersage von Auswirkungen hydrometeorologischer Extreme auf die Landoberfläche
  • Koordination der Aktivitäten des UFZs im Zusammenhang mit der Überwachung und Beobachtung terrestrischer Systeme
  • Anwendung und Entwicklung von datenwissenschaftlich relevanten Methoden und Strategien des Research Data Managements


Ralf Merz © André Künzelmann/UFZ

Prof. Ralf Merz
Hydrologe

Webseite 

  • Analyse und Modellierung von Veränderungen des regionalen Wasserkreislaufes
  • Analyse und Modellierung von hydrologischen Extremereignissen wie z.B. Hochwasser und Dürre
  • Verbesserung von Vorhersagemodellen zur zukünftigen Wasserverfügbarkeit in wasserknappen Regionen auf der Basis weniger Daten
  • Hydrologie (semi) arider Regionen


Karsten Rinke © UFZ

Dr. Karsten Rinke
Biologe

Webseite | Video-Porträt
 

  • Ökologie von Seeökosystemen (Talsperren, natürliche Seen, Tagebauseen)
  • Quantifizierung, Management und Vorhersage der Ökosystemdynamik von Seen und Talsperren
  • Erarbeitung von Monitoring- und Modellierungswerkzeugen sowie Managementstrategien für den Umgang mit Nutzungskonflikten oder neuartigen Gewässerbelastungen
  • Belastungen von aquatischen Ökosystemen: Algenblüten, Sauerstoffschwund, Fischsterben, Eutrophierung, usw.
  • Auswirkungen des Klimawandels auf Seen und Talsperren
  • Trinkwasserversorgung aus Talsperren


Andreas Marx © Sebastian Wiedling/UFZ

Dr. Andreas Marx
Klimaforscher

Webseite | Video-Porträt
 

  • Dürre / Trockenheit / Extremniederschläge
  • Regionale Klimaänderung, Klimafolgen und Anpassung
  • Hydrologische Modellierung
  • Dialog mit Entscheidungsträgern aus Politik und Wirtschaft


Luis Samaniego © Sebastian Wiedling/UFZ

Dr. Luis Samaniego
Hydrologe

Webseite | Video-Porträt
 

  • Entwicklung prozessbasierter Modelle, die die relevanten Eigenschaften des hydrologischen Kreislaufs und deren Wechselwirkungen mit dem Ökosystem auf der Meso- und Makroskala erfassen
  • Weiterentwicklung der Parametrisierungen des mesoskaligen hydrologischen Modells (mHM)
  • Überwachung, Modellierung und Vorhersage von Dürren und Überschwemmungen von der regionalen bis zur globalen Skala


Jan Fleckenstein © Sebastian Wiedling/UFZ

Prof. Jan Fleckenstein
Hydrogeologe

Webseite
 

  • Wechselwirkungen zwischen Grund- und Oberflächenwasser
  • Dynamik von Wasser- und Stoffflüssen in Einzugsgebieten von Flüssen
  • Simulation von Stoffausträgen aus der Landschaft
  • Einfluss hydrologischer Dynamik auf biogeochemische Prozesse
  • Landschaftswasserhaushalt