Übersicht · Barthel FH-DGG Tagung Tübingen, Mai 2010 1 Übersicht 1. Das GLOWA-Programm und GLOWA-Danube 2. Klima- und Gesellschaftsund Gesellschafts-Szenarien in GLOWAin GLOWA-Danube

1

Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserhaushalt, Grundwasserneubildung, Grundwasserstände und Grundwasserqualität im Einzugsgebiet der Oberen Donau –

Abschließende Ergebnisse des GLOWA-Danube-Projekts

ROLAND BARTHEL1, WOLFRAM MAUSER2, KARL SCHNEIDER3, ANITA GUNDEL1, RALF ZILLER1, D B 1DAVID BENDEL1

1 Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau2 LMU München, Lehrstuhl für Geographie und Geographische Fernerkundung

3 Universität zu Köln, Geographisches Institut

FH-DGG Tagung Tübingen, Mai 2010Barthel 1

Übersicht

1. Das GLOWA-Programm und GLOWA-Danube

2 Klima und Gesellschafts Szenarien in GLOWA2. Klima- und Gesellschafts-Szenarien in GLOWA-

Danube

3. Ausgewählte „grundwasserrelevante“ Ergebnisse –

Beobachtungen und Szenarien


4. Grundwasserforschung und Klimawandel

2

GLOWA - Globaler Wandel des Wasserkreislaufs

BMBF – Forschungsinitiative im Rahmen der Forschung zum Globalen Wandel Beginn: 2001, 5 ausgewählte Projektregionen als regionale Fallbeispiele

GLOWA-Elbe

Forschungsfrage:Regionale Auswirkungen des Klimawandels mit Schwerpunkt Wasser

GLOWA-DanubeGLOWA Elbe

GLOWA Jordan River

GLOWA-IMPETUS

Schwerpunkt Wasser

Forschungsziele:• Integration• Werkzeuge entwickeln

zur Simulation vonregionalen Szenarien

• Folgenabschätzung


GLOWA-Volta

• Transdisziplinäre Anwendung

GLOWA-Danube – 2001-2010

Forschungsnetzwerk:8 Universitätsinstitute2 Forschungsinstitute1 Kommission1 Landesbehörde2 Firmen= ~ 40 Wissenschaftler

Koordination:

1. Department Geographie, LMU München2. Department Informatik, LMU München3. Department Meteorologie, LMU München4. Center for Environmental Systems Research, Kassel5. Institut für Landw. Betriebslehre, Universität Hohenheim6. Kommission für Glaziologie, Bayer. Akad. d. Wiss.7. Institut für Geophysik, Universität Innsbruck8. Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart9. Institut für Geographie, Universität zu Köln10 Max-Planck Institut für Meteorologie Hamburg


SozialwissenschaftenMeteorologie

Informatik Koordination /Datenmanagement

WasserwissenschaftenPflanzenökologie

10. Max-Planck Institut für Meteorologie, Hamburg11. Ifo – Institut für Wirtschaftsforschung, München12. Bayerisches Landesamt für Umwelt, Hof 13. Institut für Organisationskommunikation IFOK, Bensheim14. VISTA – Geowissenschaftlcihe Fernerkundung GmbH,

München

Phase 1: Institut für Pflanzenökologie, Universität BayreuthPhase 1 und 2: IAWG, Ottobrunn

3

GLOWA-Danube – Einzugsgebiet Obere Donau

Einzugsgebiet Obere Donau:• Fläche: 77.000 km²• Einwohner: 11,5 Mio.• Höhengradient: 3.750 m


DANUBIA: gekoppeltes Simulationssystem


• JAVA, 4 Hauptkomponenten, 17 Teilmodelle, vollgekoppelt

• Public Domain, Open Source (October 2010)

4

Klimawandel – Beobachtungen: Temperatur (1960-2006)

Sommertemperatur

Wintertemperatur


• Durchgängig positive Trends• Deutliche regionale (lokale)

Unterschiede

Klimawandel – Beobachtungen: Niederschlag 1960-2006

Sommerniederschlag


Winterniederschlag

• Stark unterschiedliche Trends, nicht immer deutlich• Sehr ausgeprägte regionale und lokale Unterschiede

5

60er 70er

Klimawandel – „Beobachtungen“: Bodensickerwasser ~ Neubildung

~ 590 mm/a

Perkolation Jahressumme Mittel 1960-2005

Abweichung vom Mittel

Negative Werte, rot, gelb: mehr Perkolation, positive Werte, blau: weniger Perkolation als im langjährigen Mittel ???

80er 90er 2000er

+2 mm +6 mm


-19 mm+17 mm-14 mm

Klimawandel – Beobachtungen: Grundwasser - Wasserversorgung

GWMst Donau, Kreis Deggendorf

1.5

2

GLOWA ID: 881; Original ID: 1131724400031; Aquifer: ; GOK: 307.6; Sohltiefe: 303.33; mittl. Flurabst.: 2.66; Proxel ID: 66243; i: 156; j: 369 2003

0

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1

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Trinkwasserknappheit in Süddeutschland


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1.20

07

01.0

1.20

08

30.09.2003

6

Klimawandel – Beobachtungen: Grundwassermenge

Vergleich von 9 Grundwassermessstellen in Baden-Württemberg jeweils 1977 bis 2007


Klimawandel – Beobachtungen: Grundwasserqualität

• Identifikation und Quantifizierung von Ursachen und Wirkungen ist extrem schwierig (Klimawandel - Landnutzungsänderung – Entnahmen – etc.)

• Prozesse sind nicht unabhängig, rückgekoppelt, schwer zu diagnostizieren

• Kurzfristige Effekte (z.B. einzelne extreme Trockenphasen) und längerfristige Veränderungen haben unterschiedliche Folgen Prozesse g g g gnicht-skalierbar, nicht-linear, nicht-stetig …

• Die Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserqualität steht erst ganz am Anfang!

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Nitrat GlowaID: 5230; GWL GlowaID: 596; Abstand: 364 m

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1998 2002 2006

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GWL [m] Nitrat

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Zukunftsszenarien: Klima – global (A1B)

IPCC Report 2007 -Änderung des Niederschlags 2080-2099 gegenüber 1980-1999


Zusammenfassung aus 20 globalen Klimamodellengepunktet: mind. 80% der Modelle stimmen im Vorzeichen überein

Regionale Zukunfts-Szenarien

• Optionen und Unsicherheitsquellen für die Definition regionaler Szenarien

– Globales Klimaszenario (Emissionsszenario und GCM)

– Globales Szenario Regionales Klimaszenario (Regionale Klimamodelle, statistisches Downscaling Klimageneratoren )statistisches Downscaling, Klimageneratoren …)

– Regionale Szenarien für Demographie, Ökonomie, Politik (z.B. Agrarpolitik –Landnutzung)

– …


8

IPCC regional Baseline BaselineInformations-kampagne

Die GLOWA-Danube Szenarien

Auswahl 1: Auswahl 2: Auswahl 3: Auswahl 4: Klimatrend Klimavariante Gesellschafts- Maßnahme

szenario

REMO regional

MM5 regional

Fortschreibung

5 warme Winter

5 heiße Sommer

5 trockene Jahre

Performance

Allgemeinwohl

Subvention Wasserspartechnik

Vernetzung


REMO skaliert & biaskorrigiert

MM5 skaliert & biaskorrigiert

4 * 6 * 3 * X = ….

GLOWA-Danube-Klimaszenarien (n=12): Temperatur

0.70

0.80

0.90

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oC

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Mean+-1SD Mean Min Max StDv

0.30

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59

M

9

GLOWA-Klimaszenarien (n=12): Niederschlag

140

160

180

200

1200

1300

1400

mm

]

a]

1971-2000: 1039 mm/a

60

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120

140

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20

59

Mean+-1SD Mean Min Max StDv

Szenarien - Niederschlag

Vergleich des Zeitraumes 2036-2060 mit der Vergangenheit von 1971-2000 nach dem Szenario REMO regional - Baseline

1971-2000

1039mm

2036-2060

984mmΔ -55mm


Leichte Niederschlagsabnahme zwischen 3.5 und 16.4%

Im Winter Zunahme, im Sommer Abnahme

10

Szenariensimulationen: Grundwasserneubildung / Perkolation


1960 - 20062011-2060

REMO-regional-Baseline

DifferenzREMO-regional-Baseline -

1960 - 2006

-66 mm560 mm 494 mm

Szenariensimulationen: Nitrat im Bodensickerwasser

Veränderung des Nitrataustrags gegenüber der Referenzsituation (1996-2005)

20

40

60

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erung des

ustrags (kg/ha)

LandsbergGünzburgOstallgäu

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060

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6

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Günzburg

Ostallgäu


2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060

‐4

‐2

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2

4

6

Änderung de

Nitratkonzentratio

g

Gesellschaftsszenario Performance

11

Szenariensimulationen: Grundwasser

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] GWN REMO Baseline [mm]

GWS REMO Baseline [m/NN]

GWR, linearer Trend

GWS 1971-2000 452,1 mm/NN

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GWS REMO Baseline [m/NN]

GWR, linearer Trend

Interpretation - Handlungsbedarf?

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GWN 1971-2000 553 mm/a

Handlungsbedarf ?


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Handlungsbedarf ?

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Bewertung durch „Flaggen“ (Indizes)

1 2 3 4 5

Alles bestens katastrophalkritisch

• GroundwaterQuantityFlag: Bewertung der Grundwassermenge

(“am Brunnen”) WVU, Direkt-Verbraucher (Bewässerung, Industrie)

• DrinkingWaterQuantityFlag(s):

– Gewichtete Bewertung der Gesamtkapazität (“am Wasserwerk”)

Wasserversorgungsunternehmen Entscheidungen der WVU-Akteure

– Bewertung der Trinkwassermenge (“am Wasserhahn”) Verbraucher


(Warnungen, Verbote) Entscheidung der verbrauchenden Akteure

(öffentliche Trinkwasserversorgung)

• GroundwaterQualityFlag, DrinkingwaterQualityFlag(s), RiverWaterFlags,

RiverFloodFlag….

Bewertung des Grundwasserzustands: Indikatoren und Indizes

[mm

/a]

[m/N

N]

1


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13

An impression from the Danube Catchement


• Grundwasserneubildung: Bei leicht zurückgehenden Niederschlägen und steigenden Temperaturen ist ein allgemeiner Rückgang der Grundwasserneubildung zu erwarten, wobei saisonale Verschiebungen dämpfend wirken können. Starke regionale Unterschiede sind zu erwarten.

• Grundwassermenge: allgemeiner Rückgang, aber sehr starke lokale

Fazit: Klimawandel, Grundwasser – regionale Konsequenzen

G u d asse e ge a ge e e üc ga g, abe se sta e o a eUnterschiede, unterschiedliche Reaktionszeiten

• Grundwasserqualität: Keine pauschalen Aussagen möglich

• Wasserhaushalt insgesamt: Extreme Trockenphasen (2003) und länger anhaltende Trockenperioden nehmen wahrscheinlich zu – bei einem generellen Trend zu trockneren Verhältnissen; Niedrigwasser extremer und häufiger

W A h b i h t k S i t ht i d


• Wasserversorgung: Auch bei sehr trockenen Szenarien steht in der Summe ausreichend Trinkwasser zur Verfügung; Regional: Regionale Engpässe sind zu befürchten; mit technischen Lösungen eine Sicherung der Wasserversorgung möglich

14

• Bei allen Betrachtungen zu Auswirkungen des Klimawandels ist die Szenarien-Auswahl und –Definition mindestens ebenso wichtig wie die Wahl und Parametrisierung der Modelle - Die Definition konsistenter Szenarien über Disziplingrenzen hinweg ist eine wesentliche interdisziplinäre Forschungsfragestellung !!

Fazit: Klimawandel, Grundwasser – regionale Konsequenzen

• Grundwasser-Beobachtungen aus der Vergangenheit sind extrem schwierig zu interpretieren wegen der starken Abhängigkeit der Messungen von lokalen geologischen Verhältnissen und sozioökonomisch-technischen Bedingungen

• Relevante Forschung zum Klimawandel kann nur integrativ erfolgen – Integration passt aber nicht in die aktuelle Forschungslandschaft

• Forschung zu Auswirkungen des Klimawandels auf das Grundwasser muss die i l Sk l b t ht l k l k f i ti E h i ht “


regional Skala betrachten um lokale kurzfristige Erscheinungen von „echten“ Global Change Auswirkungen erkennen zu können

• Forschung zu den Auswirkungen des Klimawandels auf regionale Grundwassersysteme steht noch am Anfang - insbesondere im Bereich der Grundwasserqualität! – insbesondere in Deutschlan

Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserhaushalt, Grundwasserneubildung, Grundwasserstände und Grundwasserqualität im Einzugsgebiet der Oberen Donau -Abschließende Ergebnisse des GLOWA-Danube-ProjektsROLAND BARTHEL1, WOLFRAM MAUSER2, KARL SCHNEIDER3, ANITA GUNDEL1, RALF ZILLER1, DAVID BENDEL1

Vielen Dank!

http://www.glowa-danube.de/atlas


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