Einflüsse des Klimawandel auf die technische Resilienz von Wasserfassungen - von Prof. Dr. habil. Christoph Treskatis
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Einflüsse des Klimawandel auf
die technische Resilienz von
Wasserfassungen
von
Prof. Dr. habil. Christoph Treskatis
27.08.2021 BBT 2020/21 1
Klimawandel – bisher erkennbare
Auswirkung auf die Wasserressourcen
• Rückgang der Sommerniederschläge
• Zunahme der Starkniederschläge
• Erhöhte Verdunstung durch
steigende Temperaturen
• Erholungsphasen werden durch
intensive Stressphasen immer kürzer
• Folge: geringere Neubildungsmengen
• Seit 2003 erkennbar: Bilanzdefizite
und allmählich spürbare
Qualitätseinflüsse wie z.B.
Salzwasserintrusionen auch in
Mitteleuropa
27.08.2021 BBT 2020/21 2
84,0
83,5
83,0
Grundwasserstand [NN+m]
82,5
82,0
81,5
81,0
80,5
80,0
01/1997 01/1999 01/2001 01/2003 01/2005 01/2007 01/2009 01/2011 01/2013 01/2015 01/2017 01/2019
Grundwasserstände in einem Entnahmegebiet
4/G/PL117 4/G/PL04 im Rheintal
27.08.2021 BBT 2020/21 3
Beispiel: Ausreichende Niederschläge Anfang 2019
führten zur Auffüllung der Talsperren, aber…
LfU (für Bayern): „Im Winter wird es insgesamt mehr
Niederschlag geben, der aber immer seltener als Schnee
fällt. Dadurch verringert sich die Speicherwirkung einer
Schneedecke, die Hochwassergefahr steigt.“
Hieraus ergeben sich Veränderungen beim
Abflussregime der Fließgewässer, aber auch
bei der Neubildung von Grundwasser und
bei den Wasserständen in den
Grundwasserspeichern.
27.08.2021 BBT 2020/21 4
…im Laufe des Jahres 2019 sanken die Fluss- und Talsperrenpegel
wieder stark ab…auch das Jahr 2020 folgte diesen Trend
..die Uferfiltratbildung (Influenz des Gewässers)
nahm ab, die Kolmation der stagnierenden …und die Abwasserfracht in den Fließgewässern mit
Wasserzonen nahm zu… Kläranlageneinleitungen nahm zu…
27.08.2021 BBT 2020/21 5
Erneuerbare Grundwasserressourcen in Deutschland
300
Daten aus: Umweltbundesamt (Hrsg.) (2019): Monitoringbericht 2019 zur Deutschen
Anpassungsstrategie an den Klimawandel - Bericht der Interministeriellen
Arbeitsgruppe Anpassungsstrategie der Bundesregierung: 276 S.; Berlin
257
250
237
Erneuerbare Wassermenge [Mrd. m³/a]
210
200
190 191
181
170 172
167 169
161 160
150
130 131 132
99
100
50
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Erneuerbare Wassermenge [Mrd. m³/a] Mittelwert 1961-90 [Mrd. m³/a] Linear (Erneuerbare Wassermenge [Mrd. m³/a])
27.08.2021 BBT 2020/21 6
Grund für das langfristige Bilanzdefizit: „Beschleunigung“ der
Grundwasserumsätze durch Entnahmen und das Ausbleiben einer Grund: Grundwasser
nachhaltigen Bildung längerfristig ausreichender Überschüsse wird über lange
Zeiträume gebildet und
über kurze Zeitspannen
entnommen
Bild aus Treskatis (2017)
27.08.2021 BBT 2020/21 7
„Resilienz gegenüber
Klimawandel und Extremwetter“
Je mehr wir auf das Funktionieren technischer Systeme in
unserem Alltag angewiesen sind, desto wichtiger wird deren
Resilienz. Wassergewinnungsanlagen müssen wie alle
anderen Anlagen der Wasserversorgung auch beim Auftreten
innerer und äußerer Ausfälle und Störungen jederzeit in der
Lage sein, die erforderlichen Systemleistungen zu erbringen.
27.08.2021 BBT 2020/21 8
Wasserfassungen – Einflüsse durch
Trockenheit und Starkregen sowie Stürme
• Zunahme der Betriebszeiten der • Überflutung der Bauwerke
Brunnenpumpen • Direkte Einträge von Oberflächenwasser in
• Mehr Brunnen länger in Betrieb die Fassungen
• Konkurrenz mit anderen Entnahmen • Bauwerke werden zerstört durch
(Private, Landwirte…) Unterspülung oder sind zeitweise nicht mehr
zugänglich
• Erhöhung der Absenkung und
hydraulischen Beanspruchung; Abnahme • Versickerung von Oberflächenwasser in der
von QE Zone I und II
• Auslösung von Fremdwasserzuflüssen • Erhöhung des Grundwasseranteils mit
(Auswirkungen auf Verockerungen und geringer Verweilzeit (mögliche Folgen:
Baks, Trübung)
Salzgehalte möglich)
• Zunahme des DOC im Sickerwassers und
• Folge: Abnahme des dynamischen oberflächennahen Grundwassers
Vorrats mit Inanspruchnahme des
statischen Vorrats
27.08.2021 BBT 2020/21 9
Beispiel für sinkende Wasserstände aufgrund ausbleibender
Neubildung und gesteigerter Förderung aufgrund Bedarfszunahme
Insgesamt wurden 29
langjährig beobachtete
Grundwasser-Messstellen des
LANUV für den Zeitraum 1951
bis 2014 ausgewertet. Davon
zeigten 21 Messstellen einen
signifikant fallenden Trend für
den mittleren
Grundwasserstand im
Wasserwirtschaftsjahr.
Text-Quelle: https://www.umwelt.nrw.de/umwelt/klimawandel-
und-anpassung/
27.08.2021 BBT 2020/21 10Overpumping in ariden Gebieten zeigt uns die Folgen
für die Wasserressourcen
Beispiel: Großskalige Folgen des "Overpumpings" im Sana'a
Becken, Jemen bei verschiedenen Förderraten
2200
2150
Wasserstand [masl]
2100
Wasserspiegel bei 50 Mio. m³/a
Wasserspiegel bei 25 Mio m³/a
2050 constraint (Trockenlaufniveau)
2000
1950
masl: meters above sea level
1900
1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 Quelle: IAH 2020
Jahr Daten-Quelle: Shahin 1996
27.08.2021 BBT 2020/21 11Langfristige Abnahmen der Quellschüttung am
Beispiel des Odenwaldes
Quellgruppe A (Tallage): Quellschüttung 2003 bis 2018 Quellgruppe B (Wald): Quellschüttung 2003 bis 2018
27.08.2021 BBT 2020/21 12Beispiel einer periodisch „versiegenden“ Quelle am Alpenrand -
Hydrogeologische Modellvorstellung
Überdeckung des
Quellhorizontes
GW-Stockwerk 1
(Moränenkiese; Quellhorizont) gespanntes GW, Aufstieg
Stauende Basis des
Quellhorizontes 1
(Geschiebelehme)
Mühlbach
GW-Stockwerk 2 (Quellhorizont
im Abstrom gelegenen gespanntes GW
Taleinschnitt des Mühlbachs)
Schema von Dr. Ebel & Partner
27.08.2021 BBT 2020/21 13Schematisches Höhenprofil Nordfassung
Höhe in [NN+m] 873,00
RKS 4
872,00
871,00
Einlauf
870,00
Strang Nord
869,00
Schacht
868,00 Nord
Senke mit
867,00
Feuchtigkeit am
Zaun
KB 1
866,00 Strangkopf
865,00
864,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
GOK [NN+m] Wasserspiegel NN+m]
Entfernung von der RKS-Reihe im Westen [m]
27.08.2021 BBT 2020/21 14Schematisches Höhenprofil Nordfassung
GOK [NN+m] Wasserspiegel NN+m] klimatisch abgesenkter Wasserspiegel [NN+m] Rohr Nord [NN+m]
Höhe in [NN+m] 873,00
RKS 4
872,00
871,00
870,00
Fassungsstrang fällt
869,00
868,00
Einlauf
trocken!
Strang Nord
867,00 Senke mit Feuchtigkeit
am Zaun
866,00
865,00
864,00
Sommer 2019: Wasserstand > 1 m
gesunken!
863,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
27.08.2021 BBT 2020/21 Entfernung von der RKS-Reihe im Westen [m] 15Folgen von sinkenden Wasserständen bei Quellfassungen… 1. Nachlassende Schüttungen bis hin zum Versiegen der Quelle 2. Setzungen im Bereich der entwässerten Schichtkörper mit Einfluss auf das Verlaufen der Quelle 3. Zunahme der Bauwerksschäden durch Windwurf bei trockenheitsgeschädigten Bäumen 4. Tierbefall aufgrund von Zugangsmöglichkeiten für Kleintiere und Insekten über Setzungs- und Trockenrisse im Boden 5. Trübungseinbrüche nach Starkregen auf ausgetrockneten und gerissenen Böden 27.08.2021 BBT 2020/21 16
Beispiel: Brunnen mit Zuflüssen Brunnen ist 120 m tief!
FiOk bei 54 m u. GOK
aus der Verwitterungszone oder
oberflächennahen GWL
Rückläufige Ergiebigkeit aufgrund fehlender
Neubildung aus influenten Vorflutern
27.08.2021 BBT 2020/21 1727.08.2021 BBT 2020/21 18
Eine weitere wasserwirtschaftlich
relevante Folge des Klimawandels…
Überflutungen und
Zerstörung der
Infrastrukturen
Zwischen 1881 und 2015 hat der mittlere Jahres-Niederschlag
z.B. in NRW um 107 Millimeter (mm) zugenommen, was einer
Zunahme von fast 14 Prozent entspricht. Die Niederschläge
haben über den gesamten Messzeitraum (1881 bis 2015) mit
etwa 60 mm vor allem in den Wintermonaten hochsignifikant
zugenommen. Außerdem zeigt sich eine zunehmende Tendenz
der Anzahl der sommerlichen Starkregentage basierend auf den
Tagesniederschlagssummen.
Text-Quelle: https://www.umwelt.nrw.de/umwelt/klimawandel-und-anpassung/
27.08.2021 BBT 2020/21 19…zunehmende Anzahl und Intensität der
Starkregen- und Flutereignisse zerstören die
Infrastruktur, da sie dafür nicht ausgelegt ist
27.08.2021 BBT 2020/21 20Überflutungen von Brunnen bei der Schneeschmelze oder bei
Hochwasser
Sandeinbruch in einem Brunnen
nach einer Überflutung des
Abschlussbauwerkes
27.08.2021 BBT 2020/21 21Baustellen und Zuwegungen zu Brunnen und
Quellfassungen sind immer wieder Opfer von
Überflutungen
27.08.2021 BBT 2020/21 22Schäden durch Überflutung von Brunnen 27.08.2021 BBT 2020/21 23
Beispiel: Schäden durch Sturm und Orkan 27.08.2021 BBT 2020/21 24
Überflutung von Quellschächten im Winter 2017/18 27.08.2021 BBT 2020/21 25
Folgen: Trübung, Sand, „Baks“ und Tiere…
Bildquelle: J. Schrott, Lohr a. Main
27.08.2021 BBT 2020/21 26Handlungsmöglichkeiten zur Resilienzsteigerung von WGA
• Verzögerung des Abflusses zur lokalen Steigerung
der Grundwasserneubildung (Entsiegelung,
Nutzung von natürlichen Retentionsräumen,
Sensibilisierung der Bevölkerung bzgl. der
Gestaltung der Grundstücksbebauung etc.)
• Sicherung der Wassergewinnungsanlagen
gegenüber exogenen Einflüssen wie Starkregen,
Überflutung, Sturmfolgen oder
Erdbewegungen/Erosion
• Sicherung und Sanierung der Quellfassungen
gegenüber Umläufigkeiten, Wasserverlusten und
Überflutungen
• Sicherung der Wasserzuflüsse und Sanierung von
Alt-Brunnen, Abstellen von Fremdwasserzuflüssen
mit Abdichtung der unerwünschten Zuflusszonen
• Überprüfung der Wieder-Nutzbarmachung von
Altanlagen
• Gezielte Wassereinspeicherung in den Untergrund
über geschlossene und damit im Vergleich zu
Becken schützbare Sickerschlitzgräben etc.
27.08.2021 BBT 2020/21 27Fazit
Eine zentrale Frage im Bereich der Resilienz bedeutet in diesem
Nachhaltigkeit der Kontext Nutzungssicherheit und
technische Robustheit und damit
Wassergewinnung gegenüber den Erhalt einer langfristigen
Folgen des Klimawandels ist die Perspektive für eine
technische Resilienz der Gewinnungsanlage sowohl bei
zunehmender Trockenheit und
Fassungsanlagen und der gleichzeitig hoher Entnahme als
genutzten Grundwasserleiter, d.h. auch bei exogenen Einflüssen, wie
ihre Anpassungs- und z.B. Trockenheit, Starkregen,
Stürmen, verstärkte Bodenersion
Reaktionsfähigkeit bei kurz- und und mittelfristig immer geringerer
langfristigen Veränderungen der Grundwassererneuerung.
äußeren Bedingungen.
27.08.2021 BBT 2020/21 28Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
© für Bilder und Texte (sofern nicht anders vermerkt):
Prof. Dr. habil. Christoph Treskatis
apl. Professor am IWAR der TU Darmstadt
c/o Bieske und Partner Beratende Ingenieure GmbH
Im Pesch 79
D-53797 Lohmar
27.08.2021 BBT 2020/21 E-Mail: c.treskatis@bieske.de 29Sie können auch lesen
