Klimawandel in Deutschland: Forscher erstellen Grundwassermodell für 1.000 Quadratkilometer

02.01.2018

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Klimawandel und demographische Entwicklungen verändern zukünftig viele Bereiche des täglichen Lebens. Einer der bedeutendsten ist die Gewinnung von Trinkwasser. Was geschieht, wenn der Meeresspiegel steigt? Wenn sich die Niederschlagsverteilung ändert? Wenn der Wasserverbrauch in den Großstädten und touristischen Ballungsräumen anwächst, während er in ländlichen Regionen immer weiter zurückgeht?

In einem Forschungsprojekt wurde untersucht was veränderte Rahmenbedingungen für unser Trinkwasser bedeuten. Gemeinsam mit Partnern aus der Wissenschaft und der Wasserwirtschaft haben sie in einem Forschungsprojekt  eine Prognose für eine ausgewählte Küstenregion (Ostfriesische Halbinsel) in Niedersachsen erstellt. In Küstennähe spielt aufgrund der zu erwartenden Klimaveränderungen und des dadurch ansteigenden Meeresspiegels eine mögliche zunehmende Versalzung des Grundwassers eine entscheidende Rolle. Der Fokus der Arbeiten der GRS lag deshalb darauf, zu berechnen wie das Salzwasser in das Grundwasser vordringt.

GRS simuliert Salzanteil im Grundwasser

Um die Entwicklung des sogenannten Grundwasserdargebots in den nächsten Jahrzehnten berechnen zu können, haben die Fachleute für dieses, ca.  1.000 Quadratkilometer große Gebiet ein umfassendes Grundwassermodell entwickelt. Mit dem Modell lassen sich die Auswirkungen eines Meeresspiegelanstieges und anderer Faktoren auf den Salzgehalt im Grundwasser simulieren. Die Berechnung der Süß-/Salzwassergrenze für ein hochaufgelöstes Grundwassermodell mit einem Prognosezeitraum bis zum Jahr 2100 ist wegen der hohen erforderlichen Rechnerkapazitäten erst seit kurzer Zeit technisch möglich.

Das Grundwassermodell entwickelten die Forscher, indem sie zunächst auf der Basis eines geologischen Modells des Untergrunds ein dreidimensionales Rechengitter der Region entwickelten. Weiterhin integrierten die Forscher Daten der Technischen Universität Braunschweig zur Neubildung von Grundwasser in Norddeutschland. Anschließend kalibrierten sie das Modell anhand  von Messwerten für die Grundwasserstände der vergangenen Jahre. Für die Klima- und Verbrauchsszenarien nutzen sie Ergebnisse anerkannter Forschungsgruppen. Mit dem so entstandenen Modell waren sie schließlich in der Lage, die Grundwasserströmung und die Veränderung der Lage der Süß-/Salzwassergrenze für einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten zu simulieren.

Das Grundwasser droht zu versalzen

Nach den Ergebnissen der Simulation verschiebt sich die Süß-/Salzwassergrenze auf der ostfriesischen Halbinsel bis 2050 weiter ins Landesinnere. Dies geschieht zunächst sehr langsam. Je nach untersuchtem Klimaszenario kann sich dieser Effekt in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts jedoch beschleunigen. In einigen heutigen Fördergebieten könnte dann auf Grund des hohen Chloridgehalts kein Trinkwasser mehr gewonnen werden. Dem Vordringen des Salzwassers sind allerdings durch die höher gelegenen Geestgebiete in Norddeutschland natürliche Grenzen gesetzt.

Das Modell zeigte auch, dass das Verhalten des Grundwassersystems sehr komplex ist. Für das Vordringen des Salzwassers waren beispielsweise veränderte Niederschlagsmengen viel relevanter als der Anstieg des Meeresspiegels. Die Forscher fanden auch heraus, dass die vielfach vorhandenen künstlichen Wassergräben ungewollt zur Versalzung beitragen, da sie dem Untergrund Süßwasser entziehen. In einem neuen Projekt wird gegenwärtig das Grundwassermodell weiterentwickelt, um die komplizierten Vorgänge im Grundwassersystem noch realitätsnaher abbilden zu können.

Vor allem für die Wasserwirtschaft sind Prognosen zur Entwicklung des Grundwassers von großem Interesse. Bei der Planung nachhaltiger Investitionen in die wasserwirtschaftliche Infrastruktur (z. B. Förderanlagen) muss die zukünftige Klimaentwicklung und ihre Auswirkungen berücksichtigt werden. Durch entsprechende Anpassungsstrategien kann einer möglichen Bedrohung der Wasserversorgung an den deutschen Küsten entgegengewirkt werden. Die Forschungsprojekte sind Teil des Programms „Forschung für nachhaltige Entwicklung“ (FONA) des Bundesforschungsministeriums.

Ein zusammenfassender Synthesebericht mit den Beiträgen aller an FONA beteiligten Projektpartner wird voraussichtlich im Frühjahr 2018 veröffentlicht und wird dann auch auf der GRS-Webseite zu finden sein.