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GW-TREND: Grundwasserknappheit durch Klimawandel?

 

Bei zunehmender Trockenheit kann sich die Menge des vorhandenen Grundwassers verringern. Die Resultate helfen, besonders empfindlich auf Klimaänderung reagierende Grundwasserleiter zu identifizieren, Massnahmen zu planen und Überwachungsprogramme zu entwickeln.

Projektbeschrieb (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

In der Schweiz bildet das Grundwasser die wichtigste Wasserressource. Einerseits wird das Grundwasser für die Trinkwasserversorgung der Bevölkerung genutzt (80% des Trinkwassers stammt aus dem Grundwasser) und andererseits ist das Grundwasser wichtig für die Versorgung der Ökosysteme, für den Basisabfluss von Flüssen während Trockenperioden und wird immer wichtiger für die Bewässerung in der Landwirtschaft. Das Hauptziel des vorliegenden Projektes war die Untersuchung der Sensibilität unterschiedlicher Grundwasserleiter auf Klimaänderungen und die Abschätzung der daraus resultierenden Konsequenzen für die Grundwasserverfügbarkeit. Dabei stand die Frage im Mittelpunkt, ob höhere Temperaturen und geringere Niederschläge im Sommer zu einem Rückgang der Grundwasserbestände und Quellenergiebigkeit führen können. Diese Frage ist besonders wichtig, da das Trinkwasser in der Schweiz meist aus oberflächennahen Grundwasserleitern stammt, die sensibel auf Trockenperioden reagieren können.

Methoden

Die Untersuchung verschiedener Grundwasserleiter konzentrierte sich auf das Schweizer Mittelland. Einerseits sollte herausgefunden werden, wie sich die Speisung der Grundwasserleiter durch Infiltration von Niederschlag (direkte Neubildung von Grundwasser) und von Flusswasser verändert. Andererseits wurde analysiert wie sich diese Veränderungen auf die Grundwasserbestände und Quellenergiebigkeit auswirkt. Dazu wurden Messdaten aus vergangenen Trockenperioden (z.B. 2003) analysiert und mögliche zukünftige Entwicklungen mit mathematischen Modellen simuliert.

Resultate

Laut unseren Berechnungen ist die durchschnittliche, jährliche Veränderung der direkten Grundwasserneubildung (Infiltration durch Niederschlag) relativ gering, wobei die Resultate für unterschiedliche Klimamodelle teilweise stark variieren. Die jahreszeitliche Verteilung der direkten Grundwasserneubildung hingegen könnte sich in Zukunft stärker ändern: Während im Winter und Frühling die direkte Grundwasserneubildung aufgrund stärkerer Niederschläge zunimmt, verringert sich diese im Sommer und Herbst wegen der erhöhten Verdunstung und des grösseren Wasserbedarfs der Pflanzen.

Die Speisung der Grundwasserleiter durch Flusswasser wird sich wahrscheinlich ebenfalls verändern: Andere Projekte (CCHyrdo) haben gezeigt, dass Flüsse im Mittelland und im Jura zukünftig im Spätsommer weniger Wasser führen werden oder im Fall von kleineren Flüssen streckenweise sogar versiegen werden. Dies führt zu einer geringeren Speisung der Grundwasserleiter durch Infiltration von Flusswasser. Die Abnahme der direkten Infiltration hat zur Konsequenz, dass sich gut durchlässige kleine Grundwasserleiter (z.B. fluvio-glaziale Ablagerungen) rasch entleeren können, was zu einem lokalem Wassermangel führen kann. Jedoch sind während Trockenperioden nicht alle Grundwasserleitersysteme gleichermassen gefährdet: Beispielsweise sind Grundwasserleiter mit grösserem Grundwasser Rückhaltepotential (z.B. Molassegrundwasserleiter), mächtigen ungesättigten Zonen oder verzögertem Randzuflüssen, resistenter gegen Wassermangel und können Trockenperioden besser ausgleichen. Weiter zeigen unsere Beobachtungen und Berechnungen, dass sich eine Abnahme der Infiltration von Flusswasser in Talgrundwasserleiter je nach geographischer Lage unterschiedlich auswirkt. In Tälern, die von den Voralpen bis ins Mittelland reichen (z.B. Emmental oder Tösstal), sinkt der Grundwasserspiegel während einer Trockenperiode im oberen Talgebiet stark ab, während er sich im mittleren Abschnitt kaum verändert. Dabei wirken Grundwasserleiter in den höher gelegenen Gebieten als dynamische Speicher und stabilisieren Abfluss und Grundwasserbestände talabwärts. Wasserstände können aber auch in Talgrundwasserleitern im Mittelland rasch absinken, falls die Infiltration bei Niedrigwasser sehr stark abnimmt, was vor allem in stark kanalisierten Flüssen der Fall ist. Ob dadurch eine Wasserknappheit entsteht, hängt davon ab, wie viel Wasser im Grundwasserleiter gespeichert ist, damit Trockenperioden überbrückt werden können.

Durch Flüsse gespeiste Grundwasserleiter erholen sich nach Trockenperioden relativ schnell, da Flüsse in der Regel Wasser aus einem grossen Einzugsgebiet sammeln und in die Grundwasserleiter speisen. Grundwasserleiter, die durch Infiltration von Niederschlag (direkte Grundwasserneubildung) gespiesen werden, brauchen hingegen mehr Zeit, da ausgetrocknete Böden viel Wasser aufnehmen, bevor das Wasser wieder in tiefere Zonen infiltriert wird. Folgen mehrere Trockenperioden aufeinander, können sich deren Auswirkungen aufsummieren.

Bedeutung für Forschung und Praxis

Durch das vorliegende Projekt wurden neue Methoden, vor allem im Bereich der gekoppelten Grundwasser/Oberflächenwassermodellierung, entwickelt. Diese neuen Erkenntnisse und das damit verbundene verbesserte Prozessverständnis der Sensibilität von Grundwasserleitern während Trockenperioden führen dazu, dass die Bedeutung verschiedener Faktoren für die Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserneubildung besser beurteilt werden können. Mithilfe der Resultate können Grundwasserleiter, die besonders empfindlich auf Klimaänderungen reagieren, identifiziert, demensprechende Massnahmen rechtzeitig ergriffen und gezielte Überwachungsprogramme umgesetzt werden.

Originaltitel

Einfluss des Klimawandels auf die Grundwasservorkommen

Projektleitung

  • Prof. Dr. Daniel Hunkeler, Centre d'Hydrogéologie, Université de Neuchâtel
  • Prof. Dr. Pierre Perrochet, Centre d'Hydrogéologie, Université de Neuchâtel
  • Prof. Dr. Philippe Renard, Centre d'Hydrogéologie, Université de Neuchâtel
  • Prof. Dr. Mario Schirmer, Eawag, Dübendorf
  • Prof. Dr. François Zwahlen, Centre d'Hydrogéologie, Université de Neuchâtel

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Dr. Daniel Hunkeler Centre d'Hydrogéologie
Université de Neuchâtel
Rue Emile-Argand 11 2009 Neuchâtel 9 +41 32 718 25 60 daniel.hunkeler@unine.ch

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