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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"Erstellung eines integrierten, dynamischen Grundwasserqualitätsindex zur Analyse der regionalen Auswirkungen von Global Change"

Die Forschungskooperation GLOWA-Danube (www.glowa-danube.de; gefördert durch das BMBF) untersucht seit Anfang 2001 die Auswirkungen des Globalen Wandels, insbesondere des Klimawandels, auf den Wasserhaushalt, die Landnutzung und sozioökonomische Entwicklungen im Einzugsgebiet der Oberen Donau (Pegel Achleiten/Passau, ca. 77.000 km2). Da der Wasserbedarf im Einzugsgebiet im Wesentlichen durch Grundwasser gedeckt wird, war die Untersuchung der quantitativen und qualitativen Veränderungen dieser Ressource ein wesentlicher Aspekt der Forschung in GLOWA-Danube. Um die Auswirkungen des Klimawandels auf das Grundwasser beurteilen zu können, ist es erforderlich, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Biosphäre, Landoberfläche, Böden und dem Grundwasser möglichst prozessbasiert in integrierter Weise zu betrachten. Zu diesem Zweck wurde durch die Forschungskooperation GLOWA-Danube das gekoppelte Simulationssystem DANUBIA entwickelt, das aus 17 individuellen, miteinander voll gekoppelten Einzelmodulen besteht.

Im vorliegenden Beitrag wird ein Verfahren zur Erstellung eines dynamischen Grundwasserqualitätsindex auf der Basis des DRASTIC-Ansatzes vorgestellt. Dieser Index wird, analog zu einem Grundwassermengenindex (siehe BARTHEL eingereicht), innerhalb des DANUBIA-Teilmodells WaterSupply (BARTHEL 2010) berechnet und als Entscheidungsgrundlage sozio-ökonomischer Akteurmodelle (BARTHEL 2008) verwendet. Mit Hilfe des Index können Veränderungen der Grundwasserqualität in gekoppleten Klima- und Sozioökonomie-Szenarien (2011-2060) erkannt und bewertet werden. Der Index beruht zunächst auf der Berechnung eines Vulnerabilitätsindex nach dem klassischen DRASTIC-Verfahren auf einem 1 km2-Raster. Im DANUBIA Modellsystem werden sodann Landnutzungsänderungen als Folge von Klimaänderung und Änderungen der sozioökonomischen Rahmenbedingungen durch das sogenannte Farming-Akteurmodell berechnet. Unterschiedlichen Landnutzungen sind unterschiedliche Risikostufen, hinsichtlich der potentiellen Belastung des Grundwassers mit Stickstoff und Pflanzenschutzmitteln, zugewiesen. Aus der Kombination der intrinsischen Vulnerabilität, der dynamischen Landnutzung, der Risikoklassen und der dynamisch berechneten Grundwasserneubildung (MAUSER und BACH 2009) sowie der Grundwasserstände (BARTHEL et al. 2005), ergibt sich der dynamische Grundwasserqualitätsindex für jedes Jahr.

Der relativ einfache Index stellt eine Alternative zu numerischen Transportmodellen dar, die auf der regionalen Skala schwer zu realisieren sind. Durch den Fokus auf die Landnutzungsänderung ist die Aussagekraft auf diffuse Einträge aus der Landwirtschaft beschränkt. Andererseits gibt es zu möglichen Änderungen der Grundwasserqualität in Folge von Klimawandel insgesamt wenig belastbare Erkenntnisse.

Literatur:
BARTHEL, R. (eingereicht): An indicator approach to assessing and predicting the quantitative state of groundwater bodies on the regional scale with a special focus on the impacts of climate change. Hydrogeology Journal, submitted Dec. 2009.

BARTHEL, R., JANISCH, S., et al. (2008): An integrated modelling framework for simulating regional-scale actor responses to global change in the water domain. Environmental Modelling and Software, 23, 1095-1121

BARTHEL, R., JANISCH, S., et al. (2010): Using the Multiactor-Approach in GLOWA-Danube to Simulate Decisions for the Water Supply Sector under Conditions of Global Climate Change. – Water Resources Management, 24(2) 239-275

GLOWA-Danube-Projekt (Hrsg.) (2010): Global Change Atlas Einzugsgebiet Obere Donau, www.glowa-danube.de/atlas.

MAUSER, W., BACH, H. (2009): PROMET – a Physical Hydrological Model to Study the Impact of Climate Change on the Water Flows of Medium Sized Mountain Watersheds. Journal of Hydrology, 376(3-4), 362-377