Die Roadmap of Change bietet Strategien, Prinzipien und Handlungsempfehlungen, um die Metropolregion Bremen-Oldenburg im Nordwesten auf die Folgen des Klimawandels vorzubereiten. Bis zum Jahr 2050 soll die Region nicht nur an die zu erwartenden Klimaveränderungen angepasst, sondern insgesamt resilienter gegenüber Störereignissen sein. Wie diese Roadmap entsteht und was sie beinhaltet, erläutert diese Ausgabe von „kurz+bündig“.
Die sektorale Roadmap für das Cluster Ernährungswirtschaft gibt Empfehlungen und zeigt Handlungsoptionen auf, die zu einer klimaangepassten und resilienten Entwicklung in der Fleisch- und Milchwirtschaft der Metropolregion Bremen-Oldenburg beitragen. Um die Möglichkeiten und Bedarfe der regionalen Akteure zu identifizieren und mit den Erfordernissen und Herausforderungen durch den Klimawandel für eine nachhaltige Entwicklung zu einer resilienten Region zu integrieren, wurde für die vorliegende Roadmap eine Methodik entwickelt, die wiedergibt, welche Relevanz, Strategien und Umsetzungspotenziale seitens der Akteure bis zum Jahr 2050 gesehen werden. Auf Basis der Vulnerabilitäts- und Innovationspotenzialanalysen in ‚nordwest2050‘ sowie Szenarien- und Visionsentwicklung wurden Potenziale und Kapazitäten sowie Hemmnisse, Barrieren und Konflikte herausgearbeitet, die von den Unternehmen als besonders zentral wahrgenommen werden.
Die Wasserwirtschaft wird sich in Zukunft verstärkt mit dem Klimawandel auseinander setzen müssen. Veränderungen in den Niederschlägen und der Temperatur wirken sich auf die Nutzung von Trinkwasser in Haushalten und in der Wirtschaft sowie auf das Abwasseraufkommen aus. Simultan hierzu unterliegen auch Gesellschaft und Wirtschaft einem immerwährenden Veränderungsprozess. Dazu zählen der demografische Wandel, die wirtschaftliche Entwicklung und die Änderung der Siedlungsstruktur einer Region. Um diese verschiedenen Entwicklungen in ihrer Wirkung auf die Trinkwasser- und Abwassermengen der dynaklim-Region abschätzen zu können und vorausschauendes Handeln betroffener Akteure zu ermöglichen, sind in dieser Studie quantitative Szenarien für die kreisfreien Städte und Kreise entwickelt worden, um die Bandbreite der zukünftigen Herausforderungen der Wasserwirtschaft abzubilden. In allen Szenarien ist mit einem Rückgang der jährlichen Wassermengen (Trink-, Brauch-, Kühl- und Schmutzwasser) zu rechnen. Die in der öffentlichen Abwasserentsorgung abzuleitenden Regenwassermengen können sich je nach Entwicklung der Siedlungsstruktur und des Klimawandels unterschiedlich entwickeln. In der öffentlichen Trinkwasserversorgung ist durch den Klimawandel aber mit einer deutlichen Zunahme der täglichen Spitzenwasserbedarfe im Verhältnis zur durchschnittlich nachgefragten Menge zu rechnen. Diese kann je nach Szenario dazu führen, dass trotz des Rückgangs der jährlichen Wasserbedarfe die Versorgungskapazitäten nur geringfügig reduziert werden können oder (je nach Konstellation einzelner Einflüsse in den Szenarien) noch leicht ausgebaut werden müssen. Um diese Ergebnisse herleiten zu können, werden nach einem kurzen Überblick über die Szenariotechnik in Kapitel 2 die einzelnen Szenarien zunächst näher beschrieben (Kapitel 3). Im folgenden Hauptkapitel 4 werden sie dann quantitativ mit Leben gefüllt, bevor in Kapitel 5 die Ergebnisse (vergleichend) näher betrachtet werden.
Eine mögliche Anpassung an den Klimawandel erfordert Wissen über potenzielle technische, soziale, ökonomische und ökologische Rahmenbedingungen in der Zukunft. Das Wechselspiel all dieser Bedingungen, deren Evolution und deren Verhältnis zur Gegenwart erschweren es häufig, heute Entscheidungen vorzubereiten oder zu treffen, die zukünftig wünschenswerte Resultate hervorbringen. Dynamische Modellierung ist eine Vorgehensweise, die einzelne Sachverhalte komplexer Systeme miteinander in Beziehung setzt, deren potenzielle Entwicklungen aufzeigt und damit eine Basis für die Analyse von Systeminterventionen bietet. In der Regel werden die Dynamiken einzelner Teilsysteme in mathematischer Form im Rahmen eines Computermodells dargestellt und miteinander in Verbindung gesetzt. In ‚nordwest2050‘ wurde die dynamische Modellierung für die Frage eingesetzt, wie sich der Energiesektor (Strom-, Fern- und Nahwärmeversorgung) und die Nahrungsmittelwirtschaft (Landwirtschaft und Tierzucht) unter alternativen Klimabedingungen entwickeln und wie sich diese Entwicklungen gegenseitig beeinflussen.
Der Bericht befasst sich mit internationalen Fallbeispielen der Klimaanpassung. Entlang den sechs RADOST-Fokusthemen Küstenschutz, Tourismus und Strandmanagement, Gewässermanagement und Landwirtschaft, Häfen und Maritime Wirtschaft, Naturschutz und Nutzungen und Erneuerbare Energien, ergänzt um die Themen Planung und Partizipation, werden jeweils drei Anpassungsbeispiele aufbereitet. Insgesamt werden 24 Beispiele aus Ländern wie Dänemark, Schweden, Großbritannien, USA oder Japan vorgestellt. Mit dem in dieser Broschüre beschriebenen Spektrum von Anpassungsmöglichkeiten soll als Anregung für Akteure an der Ostsee aufgezeigt werden, wie in anderen Regionen mit Klimawandel, Klimaanpassung und verwandten Themen umgegangen wird.
Das Projekt “Regionale Anpassungsstrategien für die deutsche Ostseeküste“ (RADOST) wird im Rahmen der Maßnahme „Klimawandel in Regionen zukunftsfähig gestalten“ (KLIMZUG) vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
Im Forschungs‐und Netzwerkprojekt dynaklim untersucht das IWW u. a. die wasserwirtschaftlichen Auswirkungen von klimabedingten Veränderungen des Grundwasserhaushalts auf die Wassergewinnung. Mit dem Grundwasserströmungsmodell Üfter Mark wurden stationäre Simulationen für die nahe (2021‐2050) und ferne (2071‐2100) Zukunft durchgeführt und mit dem Istzustand (1961‐1990) verglichen. Als Grundlage für die Simulationen wurde die Grundwasserneubildung für die genannten Varianten in Abhängigkeit von den sich ändernden Niederschlägen und potenziellen Verdunstungen berechnet. Ebenso wurde der sich verändernde Beregnungsbedarf mit Hilfe von klimatischen Bodenwasserbilanzen ermittelt und in der Grundwassermodellierung berücksichtigt. Eine Veränderung der Entnahmemengen für die Trinkwasserversorgung wurde dagegen nicht vorgenommen. Die im Folgenden dargestellten Ergebnisse stellen Prognosen der möglichen zukünftigen Entwicklung, basierend auf den betrachteten Klimaprojektionen, dar. In der nahen Zukunft ist die Grundwasserneubildung höher als im Istzustand. Auch der Beregnungsbedarf ist etwas höher als heute, gleicht aber die erhöhte Grundwasserneubildung nicht aus, so dass das Grundwasserdargebot in der Bilanz geringfügig höher ist als heute. Dadurch verkleinern sich die Einzugsgebiete der Brunnen. In der fernen Zukunft entspricht die Grundwasserneubildung in etwa der heutigen. Da der Beregnungsbedarf auf den Ackerflächen gegenüber dem Istzustand deutlich steigt (trockene Sommer), kommt es zu einem Defizit beim Grundwasserdargebot von ca. 20 %. In der Folge würden die Grundwasserstände signifikant absinken. Dies würde zur Vergrößerung der Einzugsgebiete der Brunnen und zu einem geringeren grundwasserbürtigen Abfluss in den Fließgewässern führen. Die Simulationsergebnisse verdeutlichen, dass durch die konkurrierenden Nutzungen von Grund‐ und Oberflächengewässern, insbesondere im Zeichen des Klimawandels erhebliche Probleme entstehen bzw. bereits bestehende weiter verschärft werden können. Ansteigende Beregnungsmengen können so auch heute schon nicht mehr konfliktfrei durch eine Vergrößerung des Einzugsgebietes ausgeglichen werden, sondern gehen zu Lasten der Fließgewässer (Folge: ökologische Beeinträchtigungen) oder verursachen örtlich und temporär stark sinkende Grundwasserstände (Folge: Landwirtschaftliche Ertragsverluste in nicht beregneten Regionen).
Für das Trinkwassergewinnungsgebiet Üfter Mark im nordwestlichen Münsterland wurden mit Hilfe des Modells CANDY der Stoffaustrag sowie der Bodenwasserhaushalt unter landwirtschaftlichen Nutzflächen unter Klimawandelbedingungen modelliert. Am Beispiel einzelner Referenzflächen, für die Messwerte zum Stoffumsatz im Boden vorlagen, wurde das Modell an die standörtlichen Bedingungen angepasst. Die Modellläufe für verschiedene Fruchtfolgen und Standortbedingungen zeigten, dass - bei gleichbleibender Bewirtschaftung - allein durch die projizierten veränderten klimatischen Bedingungen ein erhöhter N-Austrag lediglich in Böden mit erhöhten Humusgehalten zu erwarten ist. Ein deutlicher Einfluss des Klimawandels auf erhöhte Bewässerungsansprüche (ca. 100 - 150 mm/a) in der Fernen Zukunft (2071 - 2100) zeichnete sich hingegen in allen betrachteten Fruchtfolgen und Standorttypen ab. Die tatsächliche Entwicklung der landwirtschaftlichen Flächennutzung für die nächsten Jahrzehnte lässt sich auf Grund der vielfältigen Einflussfaktoren und ihrer komplexen Wechselwirkungen nicht belastbar prognostizieren. Die Untersuchungsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass durch den Einsatz eines DV-Systems wie CANDY zur Modellierung des Stoff- und Wasserhaushaltes eines Bodens - nach entsprechender Anpassung der Modellparameter an das Untersuchungsgebiet - bei sich abzeichnenden Änderungen der Bewirtschaftung deren Konsequenzen für den Stoffaustrag bzw. den Bodenwasserhaushalt modelliert werden. Durch Variierung der Bewirtschaftungsmaßnahmen kann der Modelleinsatz in der Folge die Entwicklung grundwasserschonende Flächennutzungsverfahren unterstützen.
Am Beispiel des Wassergewinnungsgebiets Üfter Mark werden die Auswirkungen des Klimawandels auf den Wasserhaushalt in der Projektregion „Emscher-Lippe“ untersucht. Langfristige Trends in der Quantität und Qualität von Wasserressourcen werden modellbasiert erfasst und hinsichtlich ihres Gefährdungspotenzials bewertet. Hierbei zeigt sich v.a. ein in der Zukunft steigender Beregnungsbedarf landwirtschaftlicher Nutzflächen als wesentlicher Schlüsselfaktor. Das für die Beregnung genutzte Grundwasser stellt neben der Düngung und der atmosphärischen Deposition eine zusätzliche Eintragsquelle u.a. für Nitrat, Sulfat und Chlorid dar. Insbesondere die Nutzung oberflächennaher Grundwässer für die Beregnung führt somit zu einem schrittweisen Anstieg der Stoffbelastung im Grund- und Rohwasser. So kann für landwirtschaftlich relevante Parameter wie Nitrat diese zusätzliche Belastungsquelle reduziert werden, wenn die mit dem Beregnungswasser ausgebrachten N-Frachten bei der N-Düngung berücksichtigt werden. Anhand von Prognoseszenarien wird für die Förderbrunnen differenziert untersucht, welchen Effekt ein infolge des Klimawandels veränderter Stofffluss auf die Entwicklung der Rohwasserbeschaffenheit hat. So zeigt sich v.a. in den westlich gelegenen Förderbrunnen eine hohe Sensibilität gegenüber Veränderungen im Stoffaustrag aus der Bodenzone. Eine Beeinflussung der Rohwasserqualität in den östlichen Förderbrunnen ist dahingegen stark zeitlich verzögert.
Die im Folgenden dargestellten Ergebnisse basieren auf dem Projekt „Repräsentative Untersuchung zur Wahrnehmung von Klimawandel, Klimaschutz und Klimaanpassung in der Metropolregion Bremen-Oldenburg im Nordwesten (REKLIMAR)“. REKLIMAR zielte darauf, anhand einer quantitativen Erhebung repräsentative Aussagen darüber zu gewinnen, welche Einstellungen die Bewohnerinnen und Bewohner der Metropolregion Bremen-Oldenburg gegenüber Klimawandel, Klimaschutz und Klimaanpassung haben und welches Meinungsbild gegenüber erneuerbaren Energien und damit verbundenen Entwicklungen besteht. Das Projekt schloss an eine zuvor im Rahmen des Forschungsverbundprojektes „nordwest2050 - Perspektiven für klimaangepasste Innovationsprozesse in der Metropolregion Bremen-Oldenburg im Nordwesten“ durchgeführte Studie an. In dieser explorativen qualitativen Vorläuferstudie „Vulnerabilität der Region: Nachfrageverhalten und Konsummuster“ wurden drei verschiedene Untersuchungsgruppen befragt und deren Wahrnehmung von Klimawandel und Preisentwicklungen sowie deren Folgen für das Konsumverhalten untersucht. Ziel von REKLIMAR war erstens das breite Spektrum an Einschätzungen, Bewertungen und Wahrnehmungen, das in der explorativen Vorläuferstudie generiert wurde, auf seine Verallgemeinerungsfähigkeit zu überprüfen. Zweitens zielte das Projekt darauf, die Untersuchung auf weitere Themenfelder auszuweiten, die für den Forschungsverbund nordwest2050 relevant sind. REKLIMAR zielte zudem darauf, auch den Einfluss sozioökonomischer und raumbezogener Faktoren auf die Wahrnehmung des Klimawandels und seiner Folgen in der Region zu bestimmen. Insofern war ein drittes Ziel der Erhebung, die gewonnen Daten nach gruppenspezifischen Kriterien auszuwerten und diesbezügliche Unterschiede zu identifizieren.
Abstract
Water management and environmental protection is vulnerable to extreme low flows during streamflow droughts. During the last decades, in most rivers of Central Europe summer runoff and low flows have decreased. Discharge projections agree that future decrease in runoff is likely for catchments in Brandenburg, Germany. Depending on the first-order controls on low flows, different adaption measures are expected to be appropriate. Small catchments were analyzed because they are expected to be more vulnerable to a changing climate than larger rivers. They are mainly headwater catchments with smaller ground water storage. Local characteristics are more important at this scale and can increase vulnerability.
This thesis mutually evaluates potential adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg, Germany, and similarities of these catchments regarding low flows. The following guiding questions are addressed: (i) Which first-order controls on low flows and related time scales exist? (ii) Which are the differences between small catchments regarding low flow vulnerability? (iii) Which adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg are appropriate considering regional low flow patterns?
Potential adaption measures to sustain minimum runoff during periods of low flows can be classified into three categories: (i) increase of groundwater recharge and subsequent baseflow by land use change, land management and artificial ground water recharge, (ii) increase of water storage with regulated outflow by reservoirs, lakes and wetland water management and (iii) regional low flow patterns have to be considered during planning of measures with multiple purposes (urban water management, waste water recycling and inter-basin water transfer). The question remained whether water management of areas with shallow groundwater tables can efficiently sustain minimum runoff. Exemplary, water management scenarios of a ditch irrigated area were evaluated using the model Hydrus-2D. Increasing antecedent water levels and stopping ditch irrigation during periods of low flows increased fluxes from the pasture to the stream, but storage was depleted faster during the summer months due to higher evapotranspiration. Fluxes from this approx. 1 km long pasture with an area of approx. 13 ha ranged from 0.3 to 0.7 ls-1 depending on scenario. This demonstrates that numerous of such small decentralized measures are necessary to sustain minimum runoff in meso-scale catchments.
Differences in the low flow risk of catchments and meteorological low flow predictors were analyzed. A principal component analysis was applied on daily discharge of 37 catchments between 1991 and 2006. Flows decreased more in Southeast Brandenburg according to meteorological forcing. Low flow risk was highest in a region east of Berlin because of intersection of a more continental climate and the specific geohydrology. In these catchments, flows decreased faster during summer and the low flow period was prolonged. A non-linear support vector machine regression was applied to iteratively select meteorological predictors for annual 30-day minimum runoff in 16 catchments between 1965 and 2006. The potential evapotranspiration sum of the previous 48 months was the most important predictor (r2 = 0.28). The potential evapotranspiration of the previous 3 months and the precipitation of the previous 3 months and last year increased model performance (r2 = 0.49, including all four predictors). Model performance was higher for catchments with low yield and more damped runoff. In catchments with high low flow risk, explanatory power of long term potential evapotranspiration was high.
Catchments with a high low flow risk as well as catchments with a considerable decrease in flows in southeast Brandenburg have the highest demand for adaption. Measures increasing groundwater recharge are to be preferred. Catchments with high low flow risk showed relatively deep and decreasing groundwater heads allowing increased groundwater recharge at recharge areas with higher altitude away from the streams. Low flows are expected to stay low or decrease even further because long term potential evapotranspiration was the most important low flow predictor and is projected to increase during climate change. Differences in low flow risk and runoff dynamics between catchments have to be considered for management and planning of measures which do not only have the task to sustain minimum runoff.