AnKliG. sowie. Klimawandel und landwirtschaftliche Bewässerung im Hessischen Ried. Klimawandel und die Entwicklung der Quellschüttungen im Odenwald

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1 AnKliG Klimawandel und landwirtschaftliche Bewässerung im Hessischen Ried sowie Klimawandel und die Entwicklung der Quellschüttungen im Odenwald Georg Berthold, Mario Hergesell Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie

2 Gliederung: Landwirtschaftliche Bewässerung im Hessischen Ried Ergebnisse der Bestandsaufnahme Prognose des zukünftigen Bewässerungsbedarfs Fazit Entwicklung der Quellschüttungen im Odenwald Zusammenhangsanalyse Klimaparameter Quellschüttung Projektionen Quellschüttung bis 2050 Fazit

3 Odenwald: Quellen, Flachbrunnen; dezentrale Trinkwasserversorgung Kluftgrundwasserleiter 900 bis 1300 mm Jahresniederschlag BFI 0,5 Landwirtschaft typisch für Mittelgebirgslagen Quelle Randzuflüsse aus dem Odenwald Hessisches Ried: Brunnengallerien; Verbundstrukturen Tiefgründiger Porengrundwasserleiter 600 bis 700 mm Jahresniederschlag BFI 1 Intensive Landbewirtschaftung, hoher Marktfrüchteanteil ha können potentiell beregnet werden

4 Grundwasserbilanz Hessisches Ried Grundwasserentnahmen (Mio m 3 /a) Normal Trocken Öffentliche Wasserversorgung Industrie Landwirtschaft Grundwasserschäden 1 1 Sonstige 1 1 Summe Untersuchungsbereich Einfluss Baden-Württemberg 4 4 Summe Entnahmen Quelle: Grundwasserbewirtschaftungsplan Hessisches Ried, 1999 Grundwasserdargebot (Mio m 3 /a) Normal Trocken Zusickerung aus Niederschlag Zustrom am Modellrand Versickerung aus Bächen Infiltration WV Hessisches Ried Summe Dargebot Bilanz Grundwasseranreicherungsanlagen zum Ausgleich erforderlich Steuerung geschieht in Abhängigkeit von der Witterung

5 Ergebnisse der Bestandsaufnahme landwirtschaftliche Bewässerung im Hess. Ried Beregnungsfläche: Beregnung mit Grundwasser: Beregnung mit aufbereiteten Rheinwasser: Beregnung mit aufbereiteten Oberflächenwasser: ha ha 91 ha Gesamte Beregnungsfläche: ha Beregnungsfläche entspricht 96 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche im Hessischen Ried.

6 Ergebnisse der Bestandsaufnahme landwirtschaftliche Bewässerung im Hess. Ried

7 Ergebnisse der Befragung Zusatzwasserbedarf im Hess. Ried Anbauverhältnisse (prozentualer Anteil an der Beregnungsfläche): Winter- und Sommergetreide 46 % Zuckerrüben 10 % Kartoffel 6 % Mais 5 % Raps 4 % Nachwachsende Rohstoffe 2 % 73 % Zwiebelgewächse 14 % Spargel 5 % 27 % Sonstiges 8 %

8 Ergebnisse der Bestandsaufnahme landwirtschaftliche Bewässerung im Hess. Ried Beregnungszeiten: Hauptsaison Ende März bis Ende September/Anfang Oktober Beregnungsgaben erfolgen zu 2/3 in der Nacht Beregnungstechnik: Maschinenberegnung (beweglich) 85 % Reihenbewässerung 12 % Ortsfeste Einrichtungen 2 % Mikrobewässerung 1 % Beregnungssteuerung: Hauptsächlich über Wasseruhren und/oder Pumpenstunden

9 Zusatzwasserbedarf in Liter pro m2 (naß) Nitrat (mg/l) Ergebnisse der Bestandsaufnahme landwirtschaftliche Bewässerung im Hess. Ried Naßjahr; Erhebung aus dem Jahr 1994/95 (Bewirtschaftungsplan) Geschätzter Zusatzwasserbedarf rund 3,5 Mio. m Naßjahr: Erhebung aus dem Jahr 2008 Geschätzter Zusatzwasserbedarf rund 10 Mio. m P. 150 Grundbedarf Zusatzwasser ist in den letzten 15 Jahren um 15 bis 20 l/m 2 gestiegen P. Median P P Bergstraße Darmstadt-Dieburg Groß-Gerau Kreis J J J J J. 199

10 Zusatzwasserbedarf in Liter pro m2 (trocken) Ergebnisse der Bestandsaufnahme landwirtschaftliche Bewässerung im Hess. Ried Trockenjahr; Erhebung aus dem Jahr 1995 (Bewirtschaftungsplan) Geschätzter Zusatzwasserbedarf rund 35 Mio. m 3 Trockenjahr; Erhebung aus dem Jahr 2008 Geschätzter Zusatzwasserbedarf rund 35,5 Mio. m Spitzenwasserbedarf wird von den Landwirten unverändert auf rund 35 Mio. m 3 geschätzt Bergstraße Darmstadt-Dieburg Groß-Gerau Kreis

11 Prognose des zukünftigen Bewässerungsbedarfs Datengrundlagen: Szenario A1B: Rasches wirtschaftliches Wachstum aber auch rasche Entwicklung effizienter Technologien zur CO 2 -Einsparung Daten der Klimastation Mannheim Temperatur, Niederschlag (korrigiert) und Verdunstung auf Tagesbasis Verwendung von kontinuierlichen Zeitreihen (WETTREG) Berechnung auf Grundlage für mittlere Verhältnisse An der Ausprägung und Eintrittswahrscheinlichkeiten von Wetterextremen wie Trocken- und Feuchtperioden arbeiten derzeit die Klimaforscher noch. Klimamodelle sind keine Wettervorhersage für die Zukunft, sondern Projektionen auf die zu erwartende Entwicklung. WETTREG Wetterlagen-basierte Regionalisierungsmethode Nutzt die bisherigen Klimabeobachtungen, Einfluss der Großwetterlagen auf das Lokalklima

12 Prognose des zukünftigen Bewässerungsbedarfs Modellierte Jahresmitteltemperatur der Klimastation Mannheim (WETTREG/A1B)

13 Prognose des zukünftigen Bewässerungsbedarfs Mittlere Dekadenwerte für Regen, Verdunstung und Wasserbilanz während der Beregnungssaison (Ende März bis Anfang Oktober)

14 Prognose des zukünftigen Bewässerungsbedarfs Mittlere Dekadenwerte für Regen, Verdunstung und Wasserbilanz außerhalb der Beregnungssaison (Mitte Oktober bis Mitte März)

15 Fazit: Landwirtschaftliche Bewässerung 96 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche ( ha) werden bereits beregnet. Die Hauptberegnungssaison beginnt Ende März und endet Anfang Oktober. Maschinenberegnung (beweglich) findet auf 85 % der Flächen statt. Der Grundbedarf in Naß- bzw. Normaljahren an Zusatzwasser hat sich von 3,5 auf 10 Mio. m 3 pro Jahr in den letzten 15 Jahren erhöht. Der Zusatzwasserbedarf in Trockenjahren wird auf ca. 35 Mio. m 3 geschätzt. Innerhalb der Beregnungssaison werden die Wasserbilanzen immer stärker negativ. Pro Dekade um ca. -8 bis -12 mm Ursache: weniger Niederschläge in der Vegetationszeit, aber höhere Verdunstung. Zusatzwasserbedarf für normale Verhältnisse wird daher kontinuierlich steigen. Entspricht einer Verdoppelung des Bewässerungsbedarfs in den nächsten 50 Jahren Außerhalb der Beregnungssaison entwickelt sich die Wasserbilanz positiv. Dies bedingt eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass der Bodenwasserspeicher zu Beginn der Beregnungssaison gefüllt ist.

16 Entwicklung der Quellschüttungen im Odenwald Lage der Klimastationen Lage der Quellen im Odenwald Klimastation Beerfelden/Odenwald Klimastation Mannheim/Oberrheingraben

17 Zusammenhangsanalyse Klimaparameter Quellschüttung Vorgehensschema: Prognose Quellschüttung Plausibilisierung der Schüttungsmessungen; Vollständigkeitsprüfung Analyse der Klimaparameter Niederschlag, Verdunstung und Wasserbilanz Klimastation Beerfelden/Odenwald Verknüpfung der Schüttungsmessungen je Quelle mit aufsummierten Wasserbilanzsummen (10, 30, 90, 182, 364 und 728 Tage vor der jeweiligen Schüttungsmessung) anhand multipler Regressionen Beschreibung der Schüttmengen pro Quelle mit einer multiplen Regression sowie deren Prüfung auf Tauglichkeit Prognose der zukünftigen Quellschüttungen anhand multipler Gleichungssysteme unter Verwendung der Klimaparameter aus dem A1B-Szenario (WETTREG); Klimastation Beerfelden/Odenwald

18 Zusammenhangsanalyse Klimaparameter Quellschüttung Basisinformationen über die ausgewählten Quellen Name Geologische Formation Einzugsgebiet (ha) 5 Perzentil Median 95 Perzentil Quellschüttung in m 3 pro Tag Innerhalb des Zeitraums 1961 bis 2008 Malchen Kristallin Reichenbach Kristallin Niedernhausen Kristallin Kirch-Brombach Buntsandstein Oberostern Kristallin Birkenau Kristallin Grundlage: Landesgrundwasserdienst Hessen Rund 50 Jahre Aufzeichnung der Quellschüttungen in wöchentlichem Abständen

19 Zusammenhangsanalyse Klimaparameter Quellschüttung Wetterstation Beerfelden/Odenwald

20 Zusammenhangsanalyse Klimaparameter Quellschüttung Projektionen der Wasserbilanzen (WETTREG/A1B) bis 2100

21 Gemessene Lufttemperaturen, projizierte Lufttemperaturen (WETTREG/A1B) sowie die Entwicklung der Quellwassertemperaturen

22 Zusammenhangsanalyse Klimaparameter Quellschüttung Regressionsanalyse Am Beispiel der Quelle Kirch-Brombach Multiple Regression X-Variable: WB10Tage ID 13386; WB30Tage Quelle Kirch-Brombach WB90Tage Buntsandstein Odenwald WB182Tage WB364Tage WB728Tage Y-Variable: Schüttung_m3_Tag Y-Gewichtungen: WB364Tage Methode: Schrittweise Schritte P R-Quadrat korrigiert WB10Tage(+) 0,00-1,00 0,00 WB30Tage(+) 0,00-1,00 0,00 WB10Tage(-) 0,24-1,00 0,00 WB90Tage(+) 0,00 0,04 0,04 WB182Tage(+) 0,00 0,54 0,54 WB90Tage(-) 0,80 0,54 0,54 WB364Tage(+) 0,00 0,70 0,70 WB728Tage(+) 0,00 0,71 0,71 WB90Tage(+) 0,00 0,71 0,71 WB30Tage(-) 0,52 0,71 0,71 Zusammenfassung N R R-Quadrat Std.Fehler normal 2348,00 0,85 0,71 46,29 korrigiert 0,85 0,71 Gleichung 0,95 95% Koeffizient Vertrauen (±) Std.Fehler T P Konstante 0, WB90Tage 0,078 0,02 0,01 9,00 0,00 WB182Tage 0,138 0,01 0,01 20,96 0,00 WB364Tage 0,059 0,01 0,01 8,42 0,00 WB728Tage 0,027 0,01 0,00 7,73 0,00

23 Schüttung in m 3 / Tag Projektionen Quellschüttung bis Quelle Kirch-Brombach (ID 13386) Buntsandstein Odenwald Einzugsgebiet ca. 30 ha Gegenüberstellung von gemessenen und projizierten Schüttmengen Schüttung_m3_Tag Berechnete Schüttung

24 Schüttung in m 3 /Tag Projektionen Quellschüttung bis Gegenüberstellung von gemessenen und projizierten Schüttmengen Quelle Reichenbach (ID 13246) Kristallin Odenwald Einzugsgebiet ca. 13 ha Schüttung_m3_Tag Berechnete Schüttung

25 Projektionen Quellschüttung bis 2050

26 Projektionen Quellschüttung bis 2050

27 Projektionen Quellschüttung bis 2050 ; Extremwertanalyse

28 Projektionen Quellschüttung bis 2050 ; Extremwertanalyse

29 Fazit: Entwicklung der Quellschüttungen im Odenwald Mit Hilfe von kumulierten Wasserbilanzsummen, bezogen auf die jeweilige Schüttungsmessung, lassen sich Gleichungssysteme zur Modellierung der Quellschüttungen aufstellen. Für jede Quelle wird eine individuelle Gleichung erhalten, mit deren Hilfe die Quellschüttungen für die Zukunft befriedigend abgeschätzt werden können. Die Analyse der prognostizierten Quellschüttungen ergab eine leicht abnehmende Tendenz der Quellschüttungen bei allen Quellen. Eine Tendenz zu geringeren Jahresminima der Quellschüttungen ist erkennbar. Bei der Anwendung der WETTREG-T-Realisation trocken gehen die Jahresminima der Quellschüttungen merklich zurück und über größere Zeiträume werden nur sehr geringe Quellschüttungen erhalten. Bei dezentralen Strukturen der Trinkwasserversorgung sind daher Auswirkungen auf die Versorgungssicherheit zu erwarten. Die vorgestellte Ableitungsmethode von Quellschüttungen aus Klimaparametern ist geeignet, um eine Abschätzung der zukünftigen Entwicklung von Quellschüttungen durchzuführen. Die erhaltenen Gleichungssysteme können beispielsweise beim Vorliegen der derzeit im Test befindlichen WETTREG2010-Datensätze direkt zur Prognose benutzt werden. Gleiches gilt für Klimadatensätze aus anderen Regionalmodellen wie REMO oder CLM.

30 Herzlichen Dank für Ihr Interesse