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Methodik

Um eine Bilanzierung der Grundwasserressourcen und damit die Entwicklung der Grundwasserstände abschätzen zu können, wird die Modellierung der Grundwasserströme zur Beantwortung der Fragestellung herangezogen. Die Realisierung jener Grundwasserströmungs­modellierung baut auf zwei relevanten Teilsystemen auf: Geologie/Hydrogeologie sowie Wasserwirtschaft.

Modelltechnische Schritte

Der wasserwirtschaftliche Teil der Modellkaskade gliedert sich in die Teilbereiche Klimabetrachtung, Bodenwasserhaushalt und numerische Strömungsmodellierung. Die Selektion und Analyse eines Ensembles spezifischer Klimaprojektionen stellt dabei die Grundlage für die anschließende Aufstellung der geeigneten Bodenwasserhaushaltsmodelle dar. Mit Hilfe dieser Modelle werden die relevanten Wasser­bewegungen qualitativ und quantitativ erfasst und bilanztreu abgebildet. Die daraus gewonnene Grundwasserneubildung stellt ihrerseits eine essentielle Randbedingung für Aufbau und Betrieb der Grundwasserströmungsmodelle dar.

  

Klimaszenarien stellen Entwicklungstendenzen der klimatischen Kenngrößen unter Berücksichtigung definierter Emissions- und Entwichlungsszenarien für einen zukünftigen Zeitabschnitt dar.

Ergebnisse des 4. Sachstandsberichtes des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) bezogen auf die geschätzte Änderung der globalen mittleren Oberflächentemperatur bis zum Jahr 2100 für verschiedene Szenarien. Diese Szenarien untersuchen alternative Entwicklungspfade mit einer Bandbreite an demographischen, wirtschaftlichen und technologischen Antriebskräften © verändert nach IPCC 2007  

Im Rahmen des KliWES-Projektes wurden, basierend auf den Emissionsszenarien des 4. IPCC-Sachstandsberichtes (Intergovernmental Panel on Climate Change) aus dem Jahr 2007, mögliche Veränderungen des Klimas in Sachsen bis 2100 simuliert.

Für das Projekt ResiBil wurde, ausgehend von den bereits realisierten und verfügbaren Szenarien aus dem Sächsischen Wasserhaushaltsportal, eine Selektion von Realisierungen in einem Ensemble zusammengeführt und als Antrieb für die (Boden-) Wasserhaushaltsmodellierung innerhalb der Fokusgebiete verwendet. Sowohl für den sächsischen als auch für den tschechischen Teil der Fokusgebiete stehen spezifisch angepasste Klima­szenarien des WEREX V Klimadatensatzes als Stationsdaten zur Verfügung. Diese Daten werden mittels spezifischem Interpolations­ver­fahren von der Punktinformation (Klimastation) in eine Flächeninformation übertragen. Als Basis dafür dienten der Klimabasisdatensatz des DWD sowie der angepasste Klima-Referenz-Datensatz, wie er über das regionale Klimasystem Sachsen (ReKIS) bereitgestellt wird. Details zur klimatischen Betrachtung und den verwendeten Klimaszenarien finden sich im Booklet Hydrogeologie, welches hier  zu finden ist.

 

Literatur:
IPCC 2007: Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger. In: Klimaänderung 2007: Wissenschaftliche Grundlagen. Beitrag der Arbeitsgruppe I zum Vierten Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC), Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor und H.L. Miller, Eds., Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom und New York, NY, USA. Deutsche Übersetzung durch ProClim-, österreichisches Umweltbundesamt, deutsche IPCC-Koordinationsstelle, Bern/Wien/Berlin, 2007.

  

Der Bodenwasserhaushalt stellt eine Zusammenfassung aller Eingangs-, Ausgangs und Umsatzgrößen des Mediums Wasser in der un­ge­sättigten Bodenzone dar. Im Projekt ResiBil erfolgt die Betrachtung des Bodenwasserhaushaltes primär im Hinblick auf die räumliche und zeitliche Quantifizierung der Grundwasserneubildung innerhalb der Fokusgebiete.

Die Bilanzgröße Grundwasserneubildung dient im weiteren Projektverlauf als obere Randbedingung der Grundwasserströmungs­model­lierung und stellt damit einen der wichtigsten Eingangsparameter für diesen Schritt der Modellkaskade dar.

Für den sächsischen Teil des Untersuchungsgebietes wurden im Rahmen des Projektes KliWES bereits umfangreiche Untersuchungen mit dem Modell ArcEGMO durchgeführt. ArcEGMO basiert auf dem Mehr-Ebenen-Modellansatz, welches in fünf Modellebenen gegliedert ist: Meteorologie, Abflussbildung in Vegetation und Boden, Direktabfluss, Grundwasserabfluss und Gewässerabfluss. Die verfügbaren Daten aus KliWES werden für ResiBil partiell übernommen und an die spezifischen Anforderungen des Projektes adaptiert.

Für den Bereich des Fokusgebietes Lückendorf wurden im Rahmen des Projektes KliWES bereits umfangreiche Untersuchungen mit dem Modell ArcEGMO durchgeführt. ArcEGMO basiert auf dem Mehr-Ebenen-Modellansatz, welches in fünf Modellebenen gegliedert ist: Meteorologie, Abflussbildung in Vegetation und Boden, Direktabfluss, Grundwasserabfluss und Gewässerabfluss. Die verfügbaren Daten aus KliWES wurden für ResiBil partiell übernommen und an die spezifischen Anforderungen des Projektes adaptiert.

Konzept des Modellsystems ArcEGMO  © Schwarze et al. 2014

Die Betrachtung des Bodenwasserhaushaltes in den Fokusgebieten Déčinský Sněžník und Kirnitzschtal erfolgte auf Grundlage des Modellansatzes nach BILAN. Das BILAN-Modell ist ein durch Projektpartner VUV erstellter Ansatz zur Abflusskomponentendifferenzierung. Ausgehend von den Klimaeingangsgrößen Temperatur und Niederschlag werden die einzelnen Abflusskomponenten zeitlich und räumlich getrennt. Damit lassen sich gleichermaßen auch potentiell zukünftige Entwicklungen der Grundwasserneubildung ableiten und für die numerische Simulation der Grundwasserssituation verwenden. Detaillierte Informationen zum Ansatz und Aufbau der im Projekt verwendeten Modellansätze des Wasserhaushaltes finden sich im Booklet Hydrogeologie im Downloadbereich.

Konzept des Modellsystems BILAN
Konzept des Modellsystems BILAN. 
 
Literatur:
Schwarze, R., Hauffe, C., Baldy, A., Winkler, P., Dröge, W., Wagner, M., Röhm, P. 2014: KliWES Klimawandel und Wasserhaushalt in Sachsen - Wasserhaushaltsberechnungen für den Ist-Zustand und verschiedene Klima- bzw. Landnutzungsszenarien. Schriftenreihe des LfULG, Heft 32/2014.

  

Im Projekt ResiBil wurde eine grenzübergreifende, numerische Modellierung von Bewirtschaftungsszenarien, mit Rücksicht auf einen zuneh­menden Trockenheitstrend durch den Klimawandel, umgesetzt. Im Hinblick auf den angestrebten Detailgrad und dem daraus resul­tie­ren­den Aufwand für die Erstellung der Modelle wurden diese nur für die drei Fokusgebiete angefertigt.

Voraussetzungen für die numerische geohydraulische Modellierung sind grenzübergreifende Raummodelle, die eine hydrogeologische Gliederung in Grundwasserleiter, -geringleiter und -nichtleiter mit einer entsprechenden Parametrisierung aufweisen. Diese wurden aus geologischen Strukturmodellen abgeleitet, welche für die Fokusgebiete erarbeitet wurden.

Die numerische geohydraulische Modellierung des Fokusgebietes Lückendorf (Zittauer Gebirge) lag in der Verantwortung des LfULG. Die Modelle der Fokusgebiete Děčínský Sněžník und Kirnitzschtal wurden durch den Projektpartner VUV realisiert. Ziel war es, die Grundwasserstandsänderung in Abhängigkeit von Entnahme-, Entwicklungs- und Klimaszenarien zu untersuchen und deren Auswirkungen auf das Grundwasserdargebot zu quantifizieren.

Potentielle Absenkung des Grundwassers unter verringerter Grundwasserneubildung sowie erhöhter Entnahme von Grundwasser im Fokusgebiet Lückendorf im Jahr 2038.  © Bildrechte: LfULG

Die anhand der numerischen Modelle berechneten Änderungen der Grundwasserstände geben Rückschluss auf potentielle Probleme für die zukünftige Entnahme und Bereitstellung von Grundwasser in den Fokusgebieten. Bei der Interpretation der Modellergebnisse müssen aber stets auch Unsicherheiten berücksichtigt werden, welche sich durch eine nur annäherungsweise Übertragung der realen Situation in das Modell ergeben. Je weiter der angenommene Vorhersagehorizont gewählt wird, desto unsicherer wird die Aussage. Es ist daher sinnvoll, immer einen Entwicklungskorridor zu betrachten, denn ein konkretes Entwicklungsszenario. 

Das für die Strömungsmodellierung verwendete Modellgebiet (beispielhaft für das Fokusgebiet Lückendorf/Zittauer Gebirge) ergibt sich zum einen aus einer zwei Kilometer breiten Pufferzone um das Fokusgebiet und orientiert sich zum anderen an der im Gebiet vorliegenden Tektonik (Störungen) 
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