Im Rahmen einer Literatur und Internetrecherche wurden die Herausforderungen des Klimawandels an die Trinkwasserversorgung auf der Grundlage von Erfahrungsberichten, Expertenmeinungen und Prognosen herausgearbeitet. Weiterhin wurden Trenduntersuchungen am Beispiel der Ruhr durchgeführt und die Abhängigkeit der Wasserqualität von den wetterabhängigen Parametern Wasserführung und Wassertemperatur untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der Klimawandel in NRW im Vergleich zu anderen Regionen der Welt zwar moderater verläuft, aber dass es trotzdem bereits Erfahrungen mit den Auswirkungen gibt, die einen Anpassungsbedarf im Bereich der Wasserversorgung deutlich machen. So werden die Grundwasserneubildung und die Wasserführung in Oberflächengewässern saisonal stärkeren Schwankungen unterliegen, was sich lokal und temporär sowohl auf die Gewinnungsanlagen als auch auf die Wasserqualität negativ auswirken kann. Eine Temperaturerhöhung lässt Veränderungen von chemischen und biologischen Prozessen in Gewässern und Böden erwarten und kann zu niedrigeren Sauerstoffkonzentrationen führen. Außerdem ist eine Gefährdung der Trinkwasserhygiene im Verteilungsnetz nicht auszuschließen. Es muss damit gerechnet werden, dass einzelne Aufbereitungsprozesse im Hinblicke auf eine veränderte Rohwasserbeschaffenheit, stärkere Qualitätsschwankungen und eine Temperaturerhöhung optimiert oder erweitert werden müssen. Die kurzfristigen Anpassungsmöglichkeiten im laufenden Betrieb der einzelnen Anlagen an stärkere Qualitätsschwankungen sollten deshalb kritisch überprüft und ggf. verbessert werden. Wesentliche Anpassungsstrategien in der Wasserversorgung sind Trinkwasserverbundsysteme, die Stärkung des Multibarrierensystems und die Flexibilisierung von Aufbereitungsstufen.
Die globalen Klimaänderungen wirken sich regional auf Hamburg aus. Bis Mitte des 21. Jahrhunderts muss sich die Metropole auf steigende Temperaturen einstellen, das bedeutet ca. 1 K bis 3 K höhere Temperaturen im Winter und ca. 1 K bis 1,5 K im Sommer. Der Temperaturanstieg hängt bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts nur geringfügig davon ab, wie hoch die Menge an Treibhausgasen ist, die global ausgestoßen wird. Ab Mitte des 21. Jahrhunderts wird ein deutlicher Unterschied zwischen den Szenarien mit vergleichsweise hohen Treibhausgasemissionen (A1B und A2) und dem Szenario mit vergleichsweise niedrigen Treibhausgasemissionen (B1) erkennbar. Je mehr Treibhausgase ausgestoßen werden, desto höher ist der zu erwartende Temperaturanstieg. Dementsprechend steigt die Anzahl von Sommer- und Hitzetagen künftig an. Dies wird sehr wahrscheinlich tagsüber zu einer erhöhten Hitzebelastung für die Hamburger Bevölkerung führen. Auch die Anzahl der Tropennächte wird steigen, bleibt aber absolut betrachtet mit ein bis vier Tagen pro Jahr auch in Zukunft gering. Des Weiteren muss sich Hamburg in Zukunft auf zunehmende Niederschlagsmengen einstellen. Einzige Ausnahme ist der Sommer, für den zeigen gegen Ende des 21. Jahrhunderts die meisten Simulationen eine Abnahme der Niederschlagsmengen. Einher geht dies mit einer Zunahme der Häufigkeit von Starkniederschlagen. In allen anderen Jahreszeiten nimmt sowohl die Niederschlagsmenge als auch die Häufigkeit von Starkniederschlagen zu. Beim Niederschlag ist – im Gegensatz zur Temperatur – der Einfluss der global ausgestoßenen Treibhausgasmenge deutlich geringer, der Einfluss der natürlichen Variabilität des Klimas jedoch deutlich höher.
Der Bericht "Modell zur Beschreibung des Einflusses von Veränderungen im Rohwasser auf den Flockungsmittelbedarf und die Produktivität bei der Trinkwasseraufbereitung" repräsentiert das REGKLAM-Produkt 3.2.3b. Als Folge veränderter Rohwasserbeschaffenheit ergeben sich weitreichende Konsequenzen für die Trinkwasseraufbereitung und -verteilung. Dieser Bericht beinhaltet ein semi-empirisches Modell zur Berechnung des Restgehaltes an DOC bzw. des DOC-Entfernungsgrades für die Aufbereitung mittels Flockung. Das Produkt soll als Entscheidungshilfe dienen, mit der die Prozessführung von Flockung und Filtration dahingehend unterstützt werden kann, dass für einen gegebenen Rohwasser-DOC in Abhängigkeit von Flockungs-pH-Wert und Flockungsmitteldosis die resultierende DOC-Restkonzentration vorausberechnet werden kann.
Der Bericht "Anwendungsorientierte Erkenntnisse zum Einsatz des Hybridverfahrens Flockung / Ultrafiltration bei der Trinkwasseraufbereitung aus Flusswasser" repräsentiert das REGKLAM-Produkt 3.2.3c. Dieses beinhaltet die Bereitstellung anwendungsorientierter Erkenntnisse zum Einsatz des Hybridverfahrens Flockung / Ultrafiltration bei der Trinkwasseraufbereitung aus Flusswasser. Dazu gehören die Erfassung und Bewertung der Möglichkeiten für eine Anpassung an eine veränderliche Rohwasserqualität sowie der optimalen Flockungs- und Betriebsbedingungen.
Anpassungsmaßnahmen werden vonnöten sein, um die negativen Auswirkungen der projizierten Klimaänderung und -variabilität zu mindern. Eine Form der Anpassung auf kommunaler Ebene ist die Entwicklung von kommunalen Anpassungsstrategien. In der vorliegenden Arbeit werden neun Anpassungsstrategien aus Küstenkommunen analysiert, die von 2009 bis 2013 veröffentlicht wurden. Dabei zeigt sich, dass eine Reihe von Gemeinsamkeiten innerhalb der Strategien offensichtlich ist, obwohl sie in unterschiedlichen Kontexten entstanden sind. Diese Gemeinsamkeiten und Unterschiede werden näher untersucht.
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.
Der Bericht "Grundwasserbewirtschaftung und Klimawandel - Handlungsansätze für Planungsträger und Genehmigungsbehörden" repräsentiert das REGKLAM-Produkt 3.2.2e. In diesem Handlungsleitfaden werden den kommunalen Planungsträgern und Genehmigungsbehörden einige Ansätze zur Beurteilung der langfristigen Genehmigungsfähigkeit grundwasserwirtschaftlicher Vorhaben unter Berücksichtigung der prognostizierten Effekte des Klimawandels sowie Strategien und Maßnahmen vorgeschlagen, die für den Bereich der Grundwasserbewirtschaftung einen Beitrag zur Anpassung an die sich verändernden Dargebote leisten können.
Dieses Rechtsgutachten umfasst 6 Kapitel aus dem Bereich Raum- und Bauplanung mit Bezug zur Anpassung an den Klimawandel und seinen Folgen:
A) Bauleitplanung
B) Bauordnungsrecht
C) Raumordnungsrecht
D) Naturschutzrecht
E) Wasserrecht
F) Anpassung in den Umweltprüfungen