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.
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).
Im Rahmen des Klimawandels werden Veränderungen im Abflussverhalten von Fließgewässern erwartet, die zu einer Zunahme von sommertrockenen Bächen führen können. Für diese im Sommer austrocknenden Bäche gibt es aktuell kein biologisches Bewertungsverfahren, um den ökologischen Zustand mittels Tieren der Gewässersohle (Makrozoobenthos, Abk.: MZB) zu erfassen. Es wurde eine Bewertungsmethode für das Management dieser Fließgewässer entwickelt, welche die Anforderungen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) für das MZB erfüllt. Das entwickelte Verfahren orientiert sich an der aktuell vorhandenen offiziellen Bewertungsmethode (PERLODES) für ständig wasserführende Fließgewässer in Deutschland. Im Emscher-Lippe Raum wurden 33 Probestellen aus sommertrockenen Bächen auf ihre Besiedlung durch das MZB untersucht. An den Probestellen wurden zusätzlich chemisch-physikalische Parameter und Strukturgüteparameter aufgenommen. Durch die Auswertung dieser Datengrundlage wurden biologische Messgrößen abgeleitet, die signifikant und vorhersagbar auf strukturelle Verschlechterungen reagieren. Aus den biologischen Messgrößen wurde dann ein Index entwickelt, der die Einteilung von sommertrockenen Bächen des Tiefland in ein fünf Klassensystem zur Beurteilung des ökologischen Zustands nach WRRL ermöglicht.
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.
Im Forschungs- und Netzwerkprojekt dynaklim untersucht die Emschergenossenschaft u. a. die wasserwirtschaftlichen Auswirkungen von klimabedingten Veränderungen des Grundwasserhaushalts in den urbanen Siedlungsgebieten. Dazu sollen mit Hilfe der vorliegenden numerischen Grundwassermodelle unter Berücksichtigung der Realisationsergebnisse des regionalen Klimamodells COSMOCLM realistische Auswirkungsszenarien und Anpassungsstrategien für die Siedlungsentwässerung abgeleitet werden. Zur Abbildung der innerjährlichen Verschiebungen der Niederschläge ist es erforderlich, die Grundwasserneubildung als ausschlaggebende Wasserhaushaltsgröße für die Modellierung instationär und flächendifferenziert zu berechnen. Da bislang keine verifizierten instationären Wasserhaushaltsmodellansätze verfügbar sind, wurde in Anlehnung an die bisher bekannten Verfahren ein geeignetes Werkzeug entwickelt, dass bei der instationären Erweiterung der stationär kalibrierten Grundwassermodelle die Massenbilanz erhält. Die flächendifferenzierte Grundwasserneubildung für das Einzugsgebiet der Emscher für die Zeitschnitte 1961-1990, 2021-2050 und 2071-2100 wurde berechnet und die Ergebnisse auf Teileinzugsgebietsebene analysiert. Aus der klimatischen Bodenwasserbilanz wurden Trends bis zu den Jahren 2050 und 2100 im Emschergebiet berechnet.
Im Rahmen der Projektarbeit der dr. papadakis GmbH wurden umfangreiche Analysen und Trendberechnungen zu den beiden Parametern Lufttemperatur und Niederschlag in der Emscher‐ Lippe‐Region (ELR) durchgeführt. Die wesentlichen Ergebnisse werden in dieser Publikation zusammengefasst. Dabei werden die beiden Parameter hinsichtlich unterschiedlichster Kennwerte und Bilanzierungszeiträume ausgewertet. In der Vergangenheit wird anhand von Messdaten untersucht, welche Veränderungen bereits festzustellen sind, und anhand von Zeitreihen des Regionalen Klimamodells CLM werden mögliche zukünftige Veränderungen abgeschätzt. Für ausgewählte Kenngrößen werden die Entwicklungen in den CLM‐Daten der Bandbreite an Entwicklungen eines begrenzten Ensembles aus sieben Modellrechnungen gegenübergestellt. Darüber hinaus werden anhand einzelner Kenngrößen die Entwicklungen in der ELR gegenüber den überregional festzustellenden Entwicklungen eingeordnet.
Überschwemmungen durch Flüsse führen bereits heute zu Schäden an Grundstücken, Gebäuden und beweglichem Vermögen. Durch die Folgen des Klimawandels ist in Zukunft mit einer Zunahme von Überschwemmungsereignissen zu rechnen. Diese äußern sich in einer Veränderung der Jährlichkeiten, mit denen unterschiedliche Hochwasserereignisse zu erwarten sind. Basierend auf den Ergebnissen der Hochwasseraktionspläne für Emscher und Lippe kann die klimawandelbedingte Veränderung der Hochwasserrisiken (als Produkt aus Schadenshöhe und Eintrittswahrscheinlichkeit des Schadens) bestimmt werden. Für unterschiedliche Klimaprojektionen wird für die Emscher eine Zunahme dieses Risikos um 110% bis 170% und für die Lippe eine Zunahme von 60% bis 80% erwartet. Sollen diese zusätzlichen Risiken vermieden werden, ist aus ökonomischer Sicht eine Anpassungsmaßnahme dann sinnvoll, wenn sie kostengünstiger ist als die hierdurch vermiedenen Schäden. Die hier dargestellte Kalkulation stellt somit eine Obergrenze der ökonomisch sinnvollen Anpassungsmaßnahmen dar, wenn das Ziel verfolgt werden soll, das bisherige Schutzniveau auch in Zeiten des Klimawandels beizubehalten. Die Berechnungen sind in Zukunft um Klimawandelrisiken aus den Nebenläufen, den Überflutungen aus der Siedlungsentwässerung zu ergänzen und den jeweiligen Kosten für mögliche Anpassungs- und zusätzliche Schutzmaßnahmen gegenüber zu stellen.
Der Klimawandel wird die Wasserwirtschaft vor größere Herausforderungen stellen. Dies betrifft neben der Gewässerbewirtschaftung sowohl die Trinkwasserversorgung als auch die Abwasserentsorgung. Eine Anpassung an Klimawandelfolgen geht mit technischen und organisatorischen Maßnahmen einher und muss finanziert werden. Insofern werden die Möglichkeiten und Grenzen einer Anpassung durch Ressourcenverfügbarkeit und Zugriff auf Know-How bestimmt. Darüber hinaus hat Anpassung aber auch eine institutionelle Komponente. Wasserwirtschaft kann sehr unterschiedlich organisiert sein, und je nach Organisationsstruktur werden verschiedene Möglichkeiten bestehen und Anreize gesetzt, sich an Klimawandelfolgen anzupassen. Der hier vorgelegte Bericht gibt einen Überblick darüber, wie Wasserwirtschaft (Ver- und Entsorgung, Gewässerbewirtschaftung, Regenwasserbewirtschaftung) in der dynaklim-Projektregion organisiert ist. Es zeigt sich eine große Vielfalt von Organisationsformen, verbunden mit vielen verschiedenen Akteuren.
Die durchgeführte SWOT-Untersuchung baut auf der bisher im dynaklim-Arbeitsbereich „Politik, Planung und Verwaltung“ erstellten Status-Quo-Analyse auf und nimmt die Klimaauswirkungen auf die dynaklim-Region als Eingangsparameter. Anhand festgelegter Kriterien und Indikatoren wird die SWOT für die Verwaltungen in der Emscher-Lippe-Region durchgeführt und mit Beispielen aus fünf unterschiedlichen Politik- bzw. Handlungsfeldern (Gefahrenabwehr, Planung, Umwelt, Gesundheit und Wasserinfrastruktur) illustriert. Perspektivisch bildet die SWOT die Grundlage dafür, Empfehlungen für eine Erhöhung der Anpassungsfähigkeit an die Folgen des Klimawandels von Politik, Planung und Verwaltung in der dynaklim-Region zu erarbeiten, welche in der nächsten Projektphase in Zusammenarbeit von dynaklim und den Kommunen erprobt und umgesetzt werden sollen. Außerdem liefert die SWOT einen wichtigen Beitrag für die Erarbeitung der „Roadmap 2020: Regionale Klimaanpassung“ im Rahmen des dynaklim-Gesamtprojekts.
Dokumentationen der Tagung der KLIMZUG-Veründe an der TU Dortmund am 03.10.2010:
Die Aufgabe der Bildung regionaler Netzwerke zur Anpassung
an den Klimawandel ist ein Kennzeichen aller sieben
KLIMZUG-Initiativen. Infolgedessen sind sie alle mit dem
Themenkomplex „regionale“ und/oder „Netzwerk-Governance“
konfrontiert. Letztere wird dabei vielfach als ein Organisationsmodell verstanden, das geeignet ist, den angestrebten Paradigmenwechsel in Richtung auf die regionale Anpassungsfähigkeit anzuleiten. Viele, darunter gerade auch die politik und verwaltungswissenschaftlich, akteurs und institutionenanalytisch informierten
KLIMZUG-Teilprojekte stützen sich auf neue Erkenntnisse
der interdisziplinären Governance-Forschung, um diese für
den praktischen Prozess der Etablierung eines regionalen
Kooperationsnetzwerks fruchtbar zu machen. Zugleich aber
kann Governance auch als kritisches analytisches Konzept
verstanden und genutzt werden, das den Blick auf die
Prozesse der Steuerung und Koordination komplexer Prozesse
in komplexen Strukturen richtet und dabei institutionelle
Kontexte und deren Wandel ebenso berücksichtigt wie die
Aspekte von Macht und Legitimation.
Modellierung und Prognose der durch den Klimawandel verursachten Änderungen der Wasserquantität und -qualität
(2013)
