Navigation

GW-TEMP: Einfluss des Klimawandels auf das Grundwasser

 

Durch höhere Wassertemperaturen kann die Grundwasserqualität beeinträchtigt werden. Historische Daten wurden analysiert, um den Einfluss des Temperaturanstiegs auf die Grundwasserqualität abzuschätzen. Mit statistischen Modellen wurden die zukünftigen Grundwassertemperaturen prognostiziert.

Projektbeschrieb (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Unser Trinkwasser wird vor allem aus dem Grundwasser gewonnen. Wird sich die Grundwasserqualität durch den Klimawandel verändern? Wir haben lange Zeitreihen von mehreren Grundwasserleitern analysiert. Von Interesse waren vor allem die Temperatur und der Sauerstoffgehalt, weil wir annehmen, dass ansteigende Temperaturen biogeochemische Prozesse beschleunigen. Diese Prozesse könnten zur Folge haben, dass der Sauerstoffgehalt abnimmt. Dies wiederum könnte die Redoxbedingungen im Wasser so verändern, dass bestimmte Stoffe ausfallen und Probleme bei Pumpanlagen entstehen. Es ist deshalb für die Wasserversorgung wichtig zu wissen, wie der Klimawandel Temperaturen und Sauerstoffkonzentrationen des Grundwassers beeinflussen wird.

Methoden

Die historischen Daten wurden zuerst bereinigt, indem fehlende Werte interpoliert, Ausreisser entfernt und die Zeitreihen auf gleichmässige Zeitintervalle homogenisiert wurden. Für die Untersuchung von langfristigen Trends und abrupten Änderungen in den Zeitreihen wurden allgemein verwendete Methoden der Zeitreihenanalyse benützt. Zusammenhänge zwischen Klima-, Fluss- und Grundwasservariablen wurden mit Kreuzkorrelationsfunktionen und Regressionsmodellen analysiert. Für die Vorhersage der Grundwassertemperaturen verwendeten wir statistische Modellansätze. Wir erstellten lineare Regressionsmodelle, ein Boxmodell sowie ein Transferfunktionsmodell, welche die Grundwassertemperatur in Abhängigkeit der Lufttemperatur modellieren. Anhand bereits existierender Vorhersagen für die Lufttemperatur in der Schweiz haben wir die Grundwassertemperatur bis zum Ende des 21. Jahrhunderts berechnet.

Resultate

Die Vorhersagen zeigen, dass die Temperatur in den untersuchten Grundwasserleitern bis zum Ende des Jahrhunderts ansteigen wird. Die Grösse dieses Anstiegs ist abhängig vom Klima-Szenario und vom Typ des Grundwasserleiters. Die Temperatur in Grundwasserleitern, die von Flüssen gespeist werden, wird im Mittel um zwei bis vier Grad Celsius ansteigen im Vergleich zu heute. Die Grundwassertemperatur in Grundwasserleitern, die ausschliesslich von Niederschlag gespeist werden, wird im Mittel um maximal ein Grad Celsius zunehmen. Die Zeitreihen der Sauerstoffkonzentrationen in Grundwasserleitern, die von Flüssen gespeist werden, zeigten verschiedene Ausprägungen. Zum Beispiel zeigte sich eine Abnahme des Sauerstoffgehalts über mehrere Jahre, die sehr wahrscheinlich mit einem starken Anstieg der Fluss- und Grundwassertemperaturen zusammenhängt. Es zeigten sich aber auch sprunghafte Zunahmen des Sauerstoffgehaltes, die nicht mit der Temperatur in Verbindung gebracht werden konnten. Die sprunghaften Zunahmen fallen zeitlich jedoch mit hohen Abflüssen in den entsprechenden Flüssen zusammen. Wir nehmen deshalb an, dass die hohen Abflüsse eine Veränderung der Durchlässigkeit der Flusssohle bewirken. Dies hat zur Folge, dass das infiltrierende Flusswasser weniger lange in der mikrobiologisch sehr aktiven Zone verbleibt, was den Sauerstoffgehalt im Grundwasser erhöht.

Bedeutung für Forschung und Praxis

Unsere Studie zeigt, dass sich die Grundwassertemperatur von Grundwasserleitern, die von Flüssen gespeist werden, in Zukunft stark erhöhen wird. Unter Umständen wird das in den Grundwasserleitern, die zu ca. 25 Prozent zur Trinkwasserversorgung beitragen, zu einem Rückgang des Sauerstoffgehaltes führen, was zu negativen Auswirkungen für die Grundwasserqualität und Problemen mit der Infrastruktur der Pumpanlagen führen könnte. Wir empfehlen das Monitoring an Orten zu intensivieren, wo Trinkwasser aus solchen Grundwasserleitern gewonnen wird.

Originaltitel

Reaktion des Grundwassers der Schweiz auf das Klima und den Klimawandel: Analyse historischer Messwerte

Projektleitung

  • Dr. David M. Livingstone, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf
  • Dr. Eduard Hoehn, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf
  • Prof. Rolf Kipfer, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf

Weitere Informationen zu diesem Inhalt