Grundwasserneubildung und Grundwasserdynamik im Klimawandel an Beispielen aus der Region Berlin-Brandenburg

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1 REKLIM Konferenz, Grundwasserneubildung und Grundwasserdynamik im Klimawandel an Beispielen aus der Region Berlin-Brandenburg Prof. Dr. Stefan Kaden DHI-WASY GmbH 1

2 Gliederung 1 Zur Problematik Klimawandel - Grundwasser 2 Beispiele aus der Region Berlin - Brandenburg 3 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen 2

3 1 Zur Problematik Klimawandel - Grundwasser Szenario-basierte Projektionen keine Prognosen! Realistisches Szenario für Region Berlin-Brandenburg: Temperaturanstieg 2 Grad 2050 gegenüber vorindustrieller Zeit; Mögliche Konsequenzen: Zunahme der innerjährliche Variation der Niederschläge, aber in der Summe nur geringer Rückgang Temperaturbedingter Anstieg der Verdunstung 3

4 1 Zur Problematik Klimawandel - Grundwasser langj. Mittel N T0 langj. Mittel N T2 langj. Mittel PET T0 langj. Mittel PET T Rückgang der Grundwasserneubildung, ggf. zunehmende GW-Zehrung Quelle: PIK 4

5 2 Beispiele aus der Region Berlin - Brandenburg Schematische Darstellung der Untersuchungsgebiete Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Fredersdorfer Mühlenfließes Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet der WW Berlin- Friedrichshagen und -Tegel Grundwasserneubildung im Berlin Raum 5

6 2.1 Grundwasserneubildung im Berlin Raum BMBF-Projektverbund (KLIMZG): INKA BB Innovationsnetzwerk Klimaanpassung Brandenburg Berlin Teilprojekt 23: Technologien für klimaangepasste Wasserbewirtschaftung in Stadtgebieten im Klimawandel Projektpartner: FU Berlin, DHI-WASY GmbH, Berliner Wasserbetriebe, SenStadtUm Teilaufgabe: Projektionen zur Entwicklung der Grundwasserneubildung im Berliner Raum im Klimawandel als Randbedingung für die grundwasserbasierte Wasserversorgung 6

7 2.1 Grundwasserneubildung im Berlin Raum Klimaprojektionen Modell STAR II (PIK), statistisches Regionalisierungsverfahren ausgehend von Klimatrends aus globalen Zirkulationsmodellen Szenario T , ohne Temperaturanstieg Szenario T , +2 C Temperaturanstieg Verfügbar: N, PET (Tageswerte) für 100 Realisierungen statistisch gleich wahrscheinlich Modell SIWA on ArcView (DHI-WASY), flächendifferenziertes Bodenwasserhaushaltsmodell Berechnung der Sickerwasserrate (Grundwasserneubildung) 7

8 2.1 Grundwasserneubildung im Berlin Raum 11 Stationen 100 Real. Tageswerte T0 n=100 Repräsentative Auswahl n=36 Simulation SIWA on ArcView Gruppierung T2 n=100 n=36 SIWA on ArcView 1. Annahmen Die klimatische Wasserbilanz ( ) der 100 Realisierungen kann durch eine geeignete Wahl von 36 Realisierungen repräsentiert werden Die Auswahl der 36 Realisierungen an der Station Tempelhof kann auf alle übrigen 10 Stationen übertragen werden 2. Gruppierung Gruppierung auf Grundlage der Sickerwasserbildung ( ) in feucht, mittel und trocken 8

9 2.1 Grundwasserneubildung im Berlin Raum Q.50 (0,50-Quantil), Median Q.75 (0,75-Quantil) Q.25 (0,25-Quantil) 9

10 2.1 Grundwasserneubildung im Berlin Raum -17% -22% -28% -22% 10

11 2.1 Grundwasserneubildung im Berlin Raum Sickerwasserbildung T0 / T2 Generelle Abnahme der Sickerwasserrate im 2 Grad Szenario, alle Realisierungen Zunahme der Sickerwasserrate im Winter, Abnahme im Sommer 11

12 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet der Wasserwerke Berlin-Tegel und Friedrichshagen BMBF-Projektverbund (KLIMZG): INKA BB Innovationsnetzwerk Klimaanpassung Brandenburg Berlin Teilprojekt 23: Technologien für klimaangepasste Wasserbewirtschaftung in Stadtgebieten im Klimawandel Projektpartner: FU Berlin, DHI-WASY GmbH, Berliner Wasserbetriebe, SenStadtUm Teilaufgabe: Entwicklung der Grundwasserflurabstände, - verhältnisse für Berliner Wasserwerke. 12

13 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Tegel 13

14 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Tegel Langjährige Flurabstandsänderung Modell: Mittlere GWN Stationäres Modell Positive Zahlen entsprechen einer Zunahme des Flurabstandes Mittlere Gruppe 14

15 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Tegel Langjährige Flurabständsänderung Trockene Gruppe Feuchte Gruppe Geringere Betroffenheit im Bereich der staugeregelten Berliner Gewässer 15

16 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Friedrichshagen Modellaufbau 16

17 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Friedrichshagen DHI-WASY 2011: 108 mm/a ( ) -22% -28% -45% -29% 17

18 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Friedrichshagen Varianten Wasserrückhalt (hypothetisch) B-Variante: Gefährdung der A-Galerie würde durch GWA reduziert werden Möglichkeit ggf. B+C Galerie voll funktionsfähig zu machen Ost-Variante: Orientierung zu Galerien nicht gut Zu geringes Potential für ganze Galerie G-Variante: Flurabstände zu gering (3 m) F-Variante Bevorteilung der F-Galerie Stützung der Wasserstände vom Natura 2000 Gebiet östlich der Galerie LM-Variante: L+M Galerie nicht relevant genug, dass sich eine GWA lohnen würde 18

19 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Friedrichshagen Stationäre Berechnung GWA Potential 19

20 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Friedrichshagen Instationäre Berechnung GWA Galerie B 20

21 2.2 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Berlin-Friedrichshagen Statistik Galerie B

22 2.3 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Fredersdorfer Mühlenfließes BMBF-Projektverbund (KLIMZG): INKA BB Teilprojekt 19: Wassermanagement in kleinen Einzugsgebieten im Klimawandel Projektpartner: ZALF e. V., DHI-WASY GmbH, BUT Cottbus, IRS e.v., WBV s Teilaufgabe: Fredersdorfer Mühlenfließ Hintergrund: Rückgang der Grundwasserstände, zeitweises Trockenfallen des Fließes, Nutzungskonkurrenz 22

23 2.3 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Fredersdorfer Mühlenfließes Klimaprojektionen Modell STAR II (PIK), statistisches Regionalisierungsverfahren ausgehend von Klimatrends aus globalen Zirkulationsmodellen Szenario T , ohne Temperaturanstieg Szenario T , +2 C Temperaturanstieg Verfügbar: N, PET (Tageswerte) für 100 Realisierungen statistisch gleich wahrscheinlich SIWA on ArcView Grundwasserneubildung FEFLOW MIKE 11 Grundwasser- und Abflussverhältnisse Variantenauswahl (Realisierungen) basierend auf der Auswertung der klimatischen Wasserbilanz R1 - sehr trocken R25 - trocken R50 - mittel R75 - feucht R100 - sehr feucht 23

24 2.3 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Fredersdorfer Mühlenfließes Modellaufbau Gekoppelt FEFLOW MIKE 11 24

25 2.3 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Fredersdorfer Mühlenfließes T2; R50 - Betrachtungszeitraum

26 2.3 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Fredersdorfer Mühlenfließes 26

27 2.3 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Fredersdorfer Mühlenfließes 27

28 2.3 Grundwasserverhältnisse im Einzugsgebiet des Fredersdorfer Mühlenfließes Grundwassermesspegel Bruchmühle & Fredersdorf GW-Stand [m NN] T0 - Fredersdorf T2 - Fredersdorf T0 - Bruchmühle T2 - Bruchmühle Zeit 50.0 Jan 56 Apr 56 Jul 56 Okt 56 Jan 57 Apr 57 Jul 57 Okt 57 Jan 58 Apr 58 Jul 58 Okt 58 Jan 59 Apr 59 Jul 59 Okt 59 Jan 60 Apr 60 Jul 60 Okt 60 Weitere Verschärfung des angespannten Wasserhaushalts 28

29 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Machbarkeitsstudie - Stabilisierung des Landschaftswasserhaushalts in der Schorfheide Auftraggeber: Landesumweltamt Brandenburg Veranlassung: Gefährdung der Biotope der Schorfheide (Biosphärenreservat) durch defizitären Landschaftswasserhaushalt 29

30 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Untersuchungsraum Fließgewässer im Fokusgebiet - Döllnfließ Trämmerfließ Faules Fließ Rohrgraben - Schönebecker Fließ - Klanfließ Größere Seen im Fokusgebiet - Gr./Kl. Döllnsee -Gr./Kl. Rarangsee -Gr. Lotzinsee - Gr. Glasowsee - Gr./Kl. Pinnowsee Geländehöhen Neigung von NE SW Hochfläche > 50 m NHN Untersuchungsgebiet ca. 442 km 2 Fokusgebiet ca. 246 km 2 30

31 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Natürliche und künstliche Fließgewässer 88 % der Gewässer im UG sind künstlichen Ursprungs (Flößerei, Vertiefung und Begradigung noch in den 1960er Jahren) Entwässerung von 62 % der natürlichen Binneneinzugsgebiete 31

32 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Schutzgebiete Wertvoller Naturraum 7 FFH-Gebiete 2 SPA-Gebiete 32

33 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Klimaentwicklung von heute Klimastation Angermünde (DWD, 2007) Abnahme Niederschlag Zunahme Verdunstung Entwicklung der klimatischen Wasserbilanz von Dargebotsüberschuss zu hohen Defiziten Zunahme Verdunstung Abnahme Niederschlag 200 Folgen dieser Entwicklung Rückgang von: - Grundwasserspeicher - Grundwasserständen - Wasserständen in den kleinen Seen - Abflüssen in den Fließgewässern Mittel Mittel Mittel Mittel Niederschlag, korr. [mm/a] Potentielle Verdunstung [mm/a] Klimatische Wasserbilanz [mm/a]

34 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Rückgang der GW-Stände Von 1980 bis 2005 Rückgang der GW-Stände zwischen ca. 1,50 und 2,70 m auf der Hochfläche 34

35 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Rückgang der Wasserstände in den kleinen Seen z. B. Großer Pinnowsee (siehe Abb.) Rückgang Wasserstand von 1991 bis 2004 um ca. 1,40 m Seewasserst and [m NHN] 55,8 55,6 55,4 55,2 55,0 54,8 54,6 54,4 54,2 54,0 Wasserstandsrückgang stimmt sehr gut mit der Entwicklung der kumulativen klimatischen Wasserbilanz überein Seew asser st and Kumul. klimatische W asserbilanz Dez-89 Dez-90 Dez-91 Dez-92 Dez-93 Dez-94 Dez-95 Dez-96 Dez-97 Dez-98 Dez-99 Dez-00 Dez-01 Dez-02 Dez-03 Dez-04 Dez-05 Dez-06 Dez Kumulat ive klimat ische W asserbilanz [mm] Rückgang Seewasserstände vorrangig klimatisch bedingt 35

36 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Klimaentwicklung heute Mittleres Klimaszenario (PIK) Klimastation Angermünde Etwa gleichbleibender Jahresniederschlag (innerjährliche Verschiebung: trockenere Sommer - nassere Winter) Weitere Zunahme Verdunstung Weitere Zunahme der Defizite Folgen dieser Entwicklung weiterer Rückgang von: - Grundwasserspeicher - Grundwasserständen - Wasserständen in den kleinen Seen - Abflüssen in den Fließgewässern 36

37 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Modellaufbau Gekoppeltes Oberflächenwasser- Grundwasser-Modell Nutzung der DHI-Modelle MIKE SHE und MIKE11 37

38 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Weiterer Rückgang der GW-Stände Von 2005 bis 2055 weiterer Rückgang der GW-Stände zwischen ca. 1,50 und 2,30 m auf der Hochfläche Rückgang der GWNB um ca. 50 % (von zu ) 38

39 2.4 Grundwasserverhältnisse in der Schorfheide, Uckermark Erhöhung der GW-Neubildung durch Waldumbau Erhöhung GWNB um ca. 20 % (Simulationsreihe ) Auffüllung Grundwasserspeicher > 11 Mio. m 3 Anhebung GW-Stände Anhebung Wasserstände in den kleinen Seen Erhöhung der Abflüsse in den Fließgewässern39

40 3 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen Bedeckter GW-Leiter Unbedeckter GW-Leiter Feuchtgebiet GW-Neubildung im Mittel Niederung Stauhaltung OW (Berlin) Bergbaugebiet GW-Neubildung im Sommer GW-Neubildung im Winter GW-Zehrung GW-Stände im Mittel Basisabfluss 40

41 3 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen Klimawandel hat zumindest in Teilregionen bereits zu sinkenden Grundwasserständen geführt. Dieser Prozess dürfte sich in Zukunft verstärken. Auswirkungen des Klimawandels werden durch anthropogene Einflüsse überlagert (mit positiven oder negativen Konsequenzen) Betroffen sind dann in erster Linie grundwasserbehängige Ökosysteme sowie die Landwirtschaft. Signifikante Auswirkungen auf die GW-Gewinnung für die Wasserversorgung werden nicht erwartet. Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel auch für Grundwasser sind erforderlich ( INKA BB ). Vermittlung entsprechender Maßnahmen in der Öffentlichkeit ist aktuell aufgrund drei nasser Sommer problematisch! 41

42 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 42

43 3 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen Neubildungsgebiete Stauchung Decksand Entlastungsgebiete 1. Grundwasserleiter (ungespannt) 2. Grundwasserleiter (gespannt) Quelle: ZALF, Dannowski 43

44 3 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen 44