Auswirkungen des Klimawandels auf den Grundwasserhaushalt

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1 Landesamt für Natur, Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen Auswirkungen des Klimawandels auf den Grundwasserhaushalt Folgen des Klimawandels für die Wasserwirtschaft MüIheim ( ) Wolfgang Leuchs sowie Sabine Bergmann, Dorothee Levacher und Peter Neumann

2 Einführung Klimatrends Deutschland Frühling Sommer Herbst Winter Jahr T mitt ,8 C + 1,0 C + 1,1 C + 0,8 C + 1,8 C ,3 C + 0,7 C - 0,1 C + 2,3 C + 1,1 C N Sum % - 3 % + 9 % + 19 % + 9 % % + 4 % + 14 % + 34 % + 16 % nach Jacob & Kreienkamp 2006 Klimatrends NRW (Änderung bezogen auf ) hydr. SHJ hydr. WHJ hydr. Jahr T mitt ,4 C + 1,9 C + 1,6 C N Sum ,2 % + 17,8 % + 3,9 % nach STAR 2, IDP

3 Einführung Entwicklung der Niederschlagssummen Regionale Verteilung vs vs STARS, IDP

4 Grundwasserneubildung Süddeutschland Prognoseergebnisse auf Basis ECHAM 4, B2 BWHM Referenz- Prognosezeitraum Mittl. Trend GwN Autor Hessen INKLIM % Berthold & Hergesell 2005 Baden- Württemberg Bayern (Main) TRAIN-GWN % ASGi-WASIM % Neumann & Gudera 2006 Gebiete mit abnehmender Grundwasserneubildung

5 Grundwasserneubildung Nordrhein-Westfalen (1) Grobe Abschätzung für Großlandschaften in NRW auf Basis BWHM (Bogena et al. 2003) für Zeitraum und Niederschlagssummen von Gerstengarbe et al und STAR 2 Bogena et al Gerstengarbe et al Großlandschaft N GwN GwN/N Niederschlag Grundwasserneubildung überschlägig Diff abs. Diff.proz. mm/a % Niederrheinisches Tiefl ,25 750,1 761,5 189,2 192,1 2,9 1,5 Niederrheinische Bucht ,26 754, ,8 199,0 1,2 0,6 Weserbergland ,17 844,8 870,6 141,3 145,6 4,3 3,1 Eifel (mit Siebengebirge) ,09 917,7 958,5 80,1 83,7 3,6 4,4 Westfälische Bucht ,19 801,9 850,2 151,3 160,4 9,1 6,0 Westfälische Tiefland ,19 688,6 696,4 133,6 135,1 1,5 1,1 Bergisches Land , ,8 1219,8 109,5 114,3 4,8 4,4 Sauer- und Siegerland , ,6 1136,2 86,4 89,7 3,4 3,9 Mittel NRW 909,75 141,5 0,16 877,5 906,5 136,5 141,0 4,5 3,3 Bezogen auf Trend der Niederschlagssumme im hydrolog. WHJ (STAR 2) für NRW Zunahme der GwNeubildung um 17,8 % (24 mm/a)

6 Grundwasserneubildung Nordrhein-Westfalen (2) Grobe Abschätzung für Großlandschaften in NRW auf Basis Klimadaten von Gerstengarbe et al Verdunstung (ohne Unterscheidung WHJ, SHJ) Großlandschaft Gerstengarbe et al TURC mittlere Temperatur Niederschlag ET rell Diff. Abs. Diff. Proz. Niederrheinisches Tiefl. 10, ,1 761,5 480,0 521,7 41,7 8,7 Niederrheinische Bucht 10,1 12,2 754, ,0 525,0 44,0 9,1 Weserbergland 8,6 10,6 844,8 870,6 466,0 516,3 50,4 10,8 Eifel (mit Siebengebirge) 8,4 10,4 917,7 958,5 471,3 526,1 54,8 11,6 Westfälische Bucht 9,5 11,4 801,9 850,2 478,4 531,0 52,5 11,0 Westfälische Tiefland 9,2 11,2 688,6 696,4 447,8 486,7 39,0 8,7 Bergisches Land 9, ,8 1219,8 513,7 574,1 60,4 11,7 Sauer- und Siegerland 8 9,8 1093,6 1136,2 478,2 530,7 52,5 11,0 Mittel NRW 9,125 11, ,5 906,5 482,9 534,5 51,6 10,7 Die abgeschätzten mittlere Verdunstungsmenge in NRW übersteigt die der Niederschlagszunahme; bei Bezug auf WHJ geringerer Unterschied GwNeubildung nimmt eher ab!?

7 Sickerwassermenge Lysimeter St.Arnold 3,5 m sandiger Podsol Messzeitraum heute

8 Sickerwassermenge Lysimeter St.Arnold Sickerwasser Grünland Síckerwasser Laubwald 700,0 700,0 600,0 500,0 Jahr 600,0 500,0 mm/a 400,0 300,0 200,0 100,0 Winter Sommer mm/a 400,0 300,0 200,0 100,0 0, , Klimadaten St.Arnold ( ) Niederschlag ( Summen): Trend steigend Sommer und Winter, mittlerer Jahresniederschlag 800 mm Lufttemperatur (Mittelwerte): Trend steigend (ca. 2 C), Sommer und Winter Sonnenscheindauer: Trend steigend Relative Luftfeuchte: Trend fallend

9 Sickerwassermenge Lysimeter St.Arnold Anzahl der Monate ohne Sickerwasser 12,0 10,0 8,0 WHJ 1996: 139 mm N Grünland Monate 6,0 Laubwald 4,0 2,0 0,

10 Grundwasserstände _ 2str wa2000m.shp Rhein.shp Grosslandschaften.shp Bergisches Land Eifel ( mit Siebengebirge) Niederrheinische Bucht Niederrheinisches Tiefland Sauer- und Siegerland Weserbergland Westfälische Bucht Westfälisches Tiefland 47 Messstellen unbeeinflusst, lückenlose Zeitreihe (min. vierteljährl. Messturnus) Bodenarten (GwMst) Sand

11 Grundwasserstände Trend Vergleich Anzahl der Messstellen Trend steigend Trend nicht signifikant Trend fallend Anzahl der Messstellen Trend steigend Trend nicht signifikant Trend fallend Anzahl Messstellen Anzahl Messstellen Test des Steigungsmaßes der linearen Regression; Signifikanzkriterium (90%)

12 Grundwasserstände Nutzung, Flurabstand Offenland-MST: Trendverteilung , nach Flurabständen (n=36) Wald-MST: Trendverteilung , nach Flurabständen (n=11) 100% 100% 80% 60% 40% 20% %Anteil neg. Trend %Anteil pos. Trend 80% 60% 40% 20% 0% %Anteil neg. Trend %Anteil pos. Trend 0% 0-1 m 1-2 m 2-3 m 3-6 m gesamt k.a. 0-1 m 1-2 m 2-3 m 3-6 m > 6 m gesamt Mittl. Flurabstände (m) Mittl. Flurabstände (m)

13 Grundwassertemperatur Temperaturprofil Beprobung n. T-Konstanz nach LAWA 1987 Auswertung: 601 Grundwassermesstellen, davon 352 FOK bis 10 m u. GOK 149 FOK > 10 m u.gok 1 2 Messungen/a

14 Grundwassertemperatur Trend Anzahl der Messstellen Trendverhalten Trend Steigend 359 Trend nicht Signifikant 224 Trend Fallend 18 Filtertiefe Anzahl der Mst. davon steigende Trends [%] bis 10 m ,8 > 10 m ,5 Summe ,1 Trend Steigend Trend nicht Signifikant Trend Fallend 0 50 km FOK u. GOK n Mst. % Trend steigend Anzahl der Messstellen Stadt Landwirtschaft Wald Trend Steigend Trend nicht Signifikant Trend Fallend Bis 10 m ,8 > 10 m ,5

15 Grundwassertemperatur Trend 100 Entwicklung der Temperatur im Grundwasser von NRW 1144 Standorte von Grund- und Rohwassermessstellen (MP50, MP51, MP53, MP54) oberes Grundwasserstockwerk, Flächennutzung: undifferenziert Prozent ca. 0,6 C/20a ca. 0,03 C/a Temperatur [ 0 Celsius ] AV_ AV_ AV_ AV_ AV_

16 Zusammenfassung und Ausblick Grundwasserneubildung/Sickerwassermenge/Grundwasserstände Änderung = f (N-Summe, -intensität, T, Böden, Flurabstand, Nutzung) Anhaltspunkte, dass GwNeubildung in großen Landesteilen eher abnimmt (Sandböden) Geringeres Grundwasserdargebot = geringere Nutzbarkeit Regionale Wasserversorgungs-Problematik (Zunahme landwirtschaftl. Bewässerung) Rückdrängung grundwasserabhängige Feuchtgebiete Gebiete mit Grundwasseranstieg Zunahme der Vernässung in Gebieten mit geringem Flurabstand Ausweitung grundwasserabhängige Feuchtgebiete Grundwassertemperatur Überwiegender Temperaturanstieg Geringere Viskosität = höhere Wasserdurchlässigkeit/Ergiebigkeit Beeinflussung chemischer Gleichgewichte, biologischer Aktivität Im Bereich der festgestellten Änderungen keine bedeutenden Auswirkungen

17 Zusammenfassung und Ausblick Nächste Schritte (LANUV) Auswertung der vorhandenen Klimadaten nach verschiedener zeitlicher Auflösung und Übertragung in die Fläche Systematische Eignungsprüfung von Grundwassermessstellen Ermittlung von Masterfaktoren für Trendentwicklung Untersuchung von Periodizitäten Aufbau eines Wasserhaushaltsmodells und Modellierung verschiedener Klimaszenarien

18 Dank Thomas Ewert (Ruhr-Univ. Bochum) Auswertungen Grundwassertemperaturen Michael Brandenburg, Günter Heinrichsmeier (BezReg Münster) Daten Lysimeter St. Arnold; Diskussionen Ihnen Für die Aufmerksamkeit