Kein Folientitel - Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt

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

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

Quelle Odenwald: • Quellen, Flachbrunnen; dezentrale Trinkwasserversorgung • Kluftgrundwasserleiter • 900 bis 1300 mm Jahresniederschlag • BFI ≈ 0,5 • Landwirtschaft „typisch“ für Mittelgebirgslagen

Randzuflüsse aus dem Odenwald

Hessisches Ried: • Brunnengallerien; Verbundstrukturen • Tiefgründiger Porengrundwasserleiter • 600 bis 700 mm Jahresniederschlag • BFI ≈ 1 • Intensive Landbewirtschaftung, hoher Marktfrüchteanteil • 33.000 ha können potentiell beregnet werden

Grundwasserbilanz „Hessisches Ried“

Grundwasserentnahmen (Mio m3/a) Öffentliche Wasserversorgung Industrie Landwirtschaft Grundwasserschäden Sonstige Summe Untersuchungsbereich Einfluss Baden-Württemberg Summe Entnahmen

Grundwasserdargebot (Mio m3/a) Zusickerung aus Niederschlag Zustrom am Modellrand Versickerung aus Bächen Infiltration WV Hessisches Ried Summe Dargebot

Bilanz

Normal 85 22 19 1 1 128 4 132

Trocken 98 27 31 1 1 158 4 162

Normal 146 37 18 15 216

Trocken 66 20 23 15 124

+ 84

- 38

Grundwasseranreicherungsanlagen zum Ausgleich erforderlich Steuerung geschieht in Abhängigkeit von der Witterung Quelle: Grundwasserbewirtschaftungsplan Hessisches Ried, 1999

Ergebnisse der Bestandsaufnahme „landwirtschaftliche Bewässerung“ im Hess. Ried Beregnungsfläche:

Beregnung mit Grundwasser:

27.725 ha

Beregnung mit aufbereiteten Rheinwasser: Beregnung mit aufbereiteten Oberflächenwasser:

5.233 ha 91 ha

Gesamte Beregnungsfläche:

33.059 ha

Beregnungsfläche entspricht 96 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche im Hessischen Ried.

Ergebnisse der Bestandsaufnahme „landwirtschaftliche Bewässerung“ im Hess. Ried

Ergebnisse der Befragung „Zusatzwasserbedarf“ im Hess. Ried Anbauverhältnisse (prozentualer Anteil an der Beregnungsfläche): Winter- und Sommergetreide Zuckerrüben Kartoffel Mais

46 % 10 % 6% 5%

Raps Nachwachsende Rohstoffe

4% 2%

Zwiebelgewächse Spargel

14 % 5%

73 %

27 % Sonstiges

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“

Ergebnisse der Bestandsaufnahme „landwirtschaftliche Bewässerung“ im Hess. Ried Naßjahr; Erhebung aus dem Jahr 1994/95 (Bewirtschaftungsplan) Geschätzter Zusatzwasserbedarf rund 3,5 Mio. m3 350

250

Naßjahr: Erhebung aus dem Jahr 2008 Geschätzter Zusatzwasserbedarf rund 10 Mio. m3

300

200 250

95 P.

150

Grundbedarf „Zusatzwasser“ ist in den letzten 15 Jahren 200 Nitrat (mg/l)

Zusatzwasserbedarf in Liter pro m2 (naß)

300

um 15 bis 20 l/m2 gestiegen. 100

Median 150

25 P. 5 P.

100

66 50

75 P.

56

37

31 14

17

42

50

15

21

0

0

Bergstraße

Darmstadt-Dieburg Kreis

J. 1990

Groß-Gerau

J. 1991

J. 1992

J. 1993

J. 199

Ergebnisse der Bestandsaufnahme „landwirtschaftliche Bewässerung“ im Hess. Ried Trockenjahr; Erhebung aus dem Jahr 1995 (Bewirtschaftungsplan) Geschätzter Zusatzwasserbedarf rund 35 Mio. m3 Trockenjahr; Erhebung aus dem Jahr 2008 Geschätzter Zusatzwasserbedarf rund 35,5 Mio. m3

Spitzenwasserbedarf wird von den Landwirten unverändert auf rund 35 Mio. m3 geschätzt

Zusatzwasserbedarf in Liter pro m2 (trocken)

300

250

207

200

150 125

122

100

100

91 75

78

72 52

50

0

Bergstraße

Darmstadt-Dieburg Kreis

Groß-Gerau

Prognose des zukünftigen Bewässerungsbedarfs Datengrundlagen: • Szenario A1B: Rasches wirtschaftliches Wachstum aber auch rasche Entwicklung effizienter Technologien zur CO2-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

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

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

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

Fazit: Landwirtschaftliche Bewässerung • 96 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche (33.000 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. m3 pro Jahr in den letzten 15 Jahren erhöht. • Der Zusatzwasserbedarf in „Trockenjahren“ wird auf ca. 35 Mio. m3 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.

Entwicklung der Quellschüttungen im Odenwald Lage der Klimastationen Lage der Quellen im Odenwald

Klimastation Beerfelden/Odenwald

Klimastation Mannheim/Oberrheingraben

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

Zusammenhangsanalyse „Klimaparameter – Quellschüttung“

Basisinformationen über die ausgewählten Quellen Name

Geologische Formation

Einzugsgebiet 5 Perzentil (ha)

Median

95 Perzentil

Quellschüttung in m3 pro Tag Innerhalb des Zeitraums 1961 bis 2008 Malchen

Kristallin

17

20

48

199

Reichenbach

Kristallin

13

38

55

86

Niedernhausen

Kristallin

8

19

33

52

Kirch-Brombach

Buntsandstein

30

42

105

259

Oberostern

Kristallin

25

81

101

126

Birkenau

Kristallin

15

46

59

79

Grundlage: Landesgrundwasserdienst Hessen Rund 50 Jahre Aufzeichnung der Quellschüttungen in wöchentlichem Abständen

Zusammenhangsanalyse „Klimaparameter – Quellschüttung“

Wetterstation Beerfelden/Odenwald

Zusammenhangsanalyse „Klimaparameter – Quellschüttung“

Projektionen der Wasserbilanzen (WETTREG/A1B) bis 2100

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

Zusammenhangsanalyse „Klimaparameter – Quellschüttung“

Multiple Regression

ID 13386; Quelle Kirch-Brombach Buntsandstein Odenwald

X-Variable: WB10Tage WB30Tage WB90Tage WB182Tage WB364Tage WB728Tage

Regressionsanalyse Am Beispiel der Quelle „Kirch-Brombach“

Y-Variable: Schüttung_m3_Tag Y-Gewichtungen: WB364Tage Methode: Schrittweise

Schritte WB10Tage(+) WB30Tage(+) WB10Tage(-) WB90Tage(+) WB182Tage(+) WB90Tage(-) WB364Tage(+) WB728Tage(+) WB90Tage(+) WB30Tage(-)

P

R-Quadrat

korrigiert

0,00 0,00 0,24 0,00 0,00 0,80 0,00 0,00 0,00 0,52

-1,00 -1,00 -1,00 0,04 0,54 0,54 0,70 0,71 0,71 0,71

0,00 0,00 0,00 0,04 0,54 0,54 0,70 0,71 0,71 0,71

N

R

R-Quadrat

Std.Fehler

2348,00

0,85 0,85

0,71 0,71

46,29

Koeffizient

95% 0,95 Vertrauen (±)

Std.Fehler

T

P

0,000 0,078 0,138 0,059 0,027

---0,02 0,01 0,01 0,01

---0,01 0,01 0,01 0,00

---9,00 20,96 8,42 7,73

---0,00 0,00 0,00 0,00

Zusammenfassung

normal korrigiert

Gleichung

Konstante WB90Tage WB182Tage WB364Tage WB728Tage

Projektionen „Quellschüttung bis 2050“ 450

Gegenüberstellung von gemessenen und projizierten Schüttmengen

Quelle Kirch-Brombach (ID 13386) Buntsandstein Odenwald Einzugsgebiet ca. 30 ha

400

Schüttung_m3_Tag

Berechnete Schüttung

350

250

200

150

100

50

0

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

1981

1980

1979

1978

1977

1976

1975

1974

1973

1972

1971

1970

1969

1968

1967

1966

1965

1964

1963

1962

-50 1961

Schüttung in m3 / Tag

300

Projektionen „Quellschüttung bis 2050“ 110 100

Gegenüberstellung von gemessenen und projizierten Schüttmengen Quelle Reichenbach (ID 13246) Kristallin Odenwald Einzugsgebiet ca. 13 ha

Schüttung_m3_Tag

Berechnete Schüttung

90

70 60 50 40 30 20 10 0 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Schüttung in m3 /Tag

80

Projektionen „Quellschüttung bis 2050“

Projektionen „Quellschüttung bis 2050“

Projektionen „Quellschüttung bis 2050“; Extremwertanalyse

Projektionen „Quellschüttung bis 2050“; Extremwertanalyse

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.

Herzlichen Dank für Ihr Interesse