Erforschung der Auswirkungen von Trockenheit: Spuren des Klimawandels im Untergrund

23.11.2016 - Verfügt die Schweiz auch in Zukunft über genügend Wasser, oder legen anhaltende Trockenperioden – wie im Sommer 2015 – unsere Fliessgewässer trocken? Gemäss den bisherigen Erkenntnissen variiert der Abfluss je nach Art des Einzugsgebietes, wobei die Wechselwirkung zwischen Grundwasser und Oberflächengewässern eine entscheidende Rolle spielt. Eine weit fortgeschrittene Studie im Auftrag des BAFU entwickelt Modelle, die aufzeigen, welche Gebiete bei Trockenheit besonders betroffen sind.

Text: Vera Bueller 

Gewässermarkierung
Der fluoreszierende Farbstoff Uranin wird zur Gewässermarkierung eingesetzt, um die Fliesswege und das Strömungsverhalten der Wasservorkommen zu erforschen.
© CHYN, Universität Neuenburg

«Das BAFU hat uns Hydrologen und Hydrogeologen quasi zur Zusammenarbeit gezwungen», bemerkt Professor Jan Seibert von der Universität Zürich lachend. Den Anstoss zur «arrangierten Ehe» gab das vom Bundesamt finanzierte Forschungsprojekt über die
«Auswirkungen der Klimaänderung auf das Grundwasser und die Niedrigwasserverhältnisse in der Schweiz». Es brachte Fachleute der Universitäten Neuenburg, Zürich und Freiburg im Breisgau (D) zusammen und hat laut Jan Seibert zu einer äusserst spannenden Auseinandersetzung zwischen Hydrologen und Hydrogeologen sowie zu besser fundierten Ergebnissen geführt. «Jeder denkt ja, seine Welt sei die wichtigste, weshalb der wissenschaftliche Fokus je nach Blickwinkel ein anderer ist.» So gibt es zum Beispiel zahlreiche hydrologische Untersuchungen zu den Auswirkungen von Trockenheit auf die Oberflächengewässer. Andererseits existieren nur wenige Studien, welche auch das Grundwasser sowie die physikalischen Eigenschaften der Einzugsgebiete von Flüssen berücksichtigen.

Wechselseitige Beziehungen

«Für uns war die Feststellung spannend, dass es in den Hitzesommern der letzten Jahre Flüsse und Bäche gab, die plötzlich austrockneten, während andere noch genug Wasser führten», sagt Petra Schmocker-Fackel, Stabschefin der Abteilung Hydrologie beim BAFU. «Der Grund dafür muss im Untergrund liegen», folgert die Projektleiterin der Studie. Um dies zu untersuchen, habe man deshalb eine Zusammenarbeit der bisher eher getrennt forschenden Fachrichtungen angestrebt. Aus Sicht der Natur ist dieses Vorgehen naheliegend, besteht doch ein starker Austausch zwischen Grund- und Oberflächenwasser. Vor allem bei Niedrigwasser werden die Flüsse zum grössten Teil vom Grundwasser gespeist. Liegt in Trockenzeiten der Grundwasserspiegel tief, kann das Wasser jedoch auch in die umgekehrte Richtung fliessen, was insbesondere in den Sommermonaten zur Austrocknung von Fliessgewässern führen könne, erläutert Jan Seibert. Verschärft werde die Lage, wenn die Trinkwasserentnahme aus dem Grundwasser in Flussnähe erfolge.

Zwei Beispiele aus dem Kanton Bern

Dieses Zusammenspiel von Grund- und Oberflächenwasser verhält sich allerdings je nach Einzugsgebiet eines Flusses unterschiedlich. Hier setzt die neue Studie an: Die Fachleute der Universität Neuenburg haben landesweit über 50 Einzugsgebiete ausgewählt – hauptsächlich solche mit Grundwasserleitern aus Lockergestein der Flusstalschotter. Für zwei Beispiele im Kanton Bern erfolgten dann detaillierte Analysen. Dabei handelt es sich um die Langete – einen Nebenfluss der Aare – sowie um den Röthenbach, der bei Eggiwil (BE) in die Emme mündet. Obwohl in beiden Testgebieten vergleichbare Niederschlagsmengen fallen, verhält sich der Grundwasserpegel aufgrund des spezifischen Speicherverhaltens ganz anders. «Während er im Gebiet der Langete seit 1987 immer etwa auf der gleichen Höhe liegt, gibt es im Einzugsgebiet des Röthenbachs extreme Schwankungen. Im November herrscht dort Trockenheit», erklärt Claire Carlier vom Forscherteam der Universität Neuenburg. Deshalb haben die Fachleute in beiden Flusstälern die physikalischen Eigenschaften des Untergrundes und des Bodens sowie die Topografie und die Dynamik der Oberflächengewässer untersucht. Zudem wurden Messwerte und Statistiken hinzugezogen und der Wasserfluss im Modell simuliert.

Langete
Der Einfluss des Grundwassers auf die Wasserführung der Fliess­gewässer ist noch nicht ausreichend erforscht. So reagieren etwa die Langete (Bild) und der Röthenbach im Kanton Bern unterschiedlich auf Trocken­perioden.
© CHYN, Universität Neuenburg

Modellberechnungen für die ganze Schweiz

«Es handelt sich um eine systematische Analyse aller Merkmale, die sich auf die Abflüsse in Niedrigwasserperioden auswirken », erklärt Professor Philip Brunner von der Universität Neuenburg. «Damit können wir schliesslich ein Inventar der von uns erforschten Indikatoren erstellen.» Die Berechnungsmethoden und die digitalen Modelle würden dann im grossen Massstab auch auf die übrige Schweiz anwendbar sein. Die Studie ist schon weit fortgeschritten, doch was derzeit noch fehlt, ist die Auswertung der Modelle, das heisst der Schritt aus dem Computerlabor in die reale Welt. Im Frühjahr 2017 soll es so weit sein. Petra Schmocker-Fackel ist zuversichtlich, «dass wir künftig über einen guten Kriterienkatalog für die ganze Schweiz verfügen werden, um Risikogebiete für Trockenheit zu erkennen». Allerdings mangle es noch an einer landesweiten Kartierung der Böden, um die Modelle überall anwenden zu können. Bereits heute ist aber klar, dass sich ein allfälliger Wassermangel wegen der Klimaänderung lokal noch verschärfen könnte. «Die Rolle des Grundwassers ist dabei wesentlich, vor allem als natürlicher Speicher in Trockenperioden», betont Michael Sinreich, stellvertretender Chef der Sektion Hydrogeologische Grundlagen beim BAFU. Die Studie sei nicht zuletzt deshalb sehr wichtig, weil die Wechselwirkung zwischen Grundund Oberflächenwasser leicht unterschätzt werde.

Bewirtschaftung der Wasserressourcen

Die neue Untersuchung ergänzt bestehende Arbeiten wie das 2014 abgeschlossene Nationale Forschungsprogramm «Nachhaltige Wassernutzung» (NFP 61). Dieses legte den Fokus auf die Klimaänderung und erforschte die hydrologischen Grundlagen sowie Methoden des Wassermanagements. Das NFP 61 kam zum Schluss, die Schweizer Wasserwirtschaft sei nicht optimal für die bevorstehenden klimatischen und gesellschaftlichen Veränderungen gerüstet. Es fehlten nämlich sowohl übergeordnete Visionen und Strategien als auch die erforderlichen konkreten Abstimmungen zwischen Gemeinden und Kantonen. Die aktuelle Studie über die «Auswirkungen der Klimaänderung auf das Grundwasser und die Niedrigwasserverhältnisse » gehört zu einer Reihe von Massnahmen, die der Bundesrat aufgrund der Erkenntnisse aus dem NFP 61 sowie gestützt auf ein Postulat von SVP Nationalrat Hansjörg Walter getroffen hat. Die Massnahmen umfassen Lösungsansätze und Wissensgrundlagen zum Wasserressourcenmanagement sowohl für die kurzfristige Bewältigung von als auch für den präventiv-langfristigen Umgang mit Wassermengenproblemen. 

Möglichen Engpässen vorbeugen

Trotz der teilweise bereits eingeleiteten Massnahmen für eine bessere Bewirtschaftung der Wasserressourcen fehlen vielerorts nach wie vor genügend gute und vorausschauende Planungen. Dies gilt ebenso für die dafür notwendigen Daten und Modellannahmen, um potenzielle Ungleichgewichte zwischen Wasserdargebot und Wasserbedarf langfristig vorauszusehen und auch in Ausnahmesituationen auszugleichen. Die neue Studie soll dazu die fachlichen Grundlagen liefern und die Kantone und Gemeinden befähigen, lokal rechtzeitig zu reagieren – sei es durch den Aufbau von Verbundsystemen im Bereich der Wasserversorgung oder mittels Nutzungseinschränkungen für Landwirtschaft, Industrie und Haushalte. «Ansonsten kann eine zeitweise oder gar dauerhafte Übernutzung zu einer unerwünschten Absenkung des Grundwasserspiegels führen», gibt Michael Sinreich zu bedenken. «Dies würde sich nachteilig auf grundwasserabhängige Ökosysteme wie Feuchtgebiete oder Moore auswirken und könnte auch die Restwassermengen von Quellen oder davon abhängigen Fliessgewässern negativ beeinflussen.» 

Der Klimawandel ist spürbar

Die Resultate des Vorgängerprojektes «Klimaänderung und Hydrologie in der Schweiz » (CCHydro) zeigen zwar deutlich, dass unser Land auch in Zukunft über genügend Wasser verfügen wird. So lagern im Untergrund insgesamt etwa 150 Kubikkilometer Grundwasser. Davon sind pro Jahr mehr als 10 Prozent erneuerbar und liessen sich nachhaltig nutzen. Der Bedarf für die Trink- und Brauchwasserversorgung macht jedoch jährlich nur 1,3 Kubikkilometer Grundwasser aus. Das Potenzial wird also bei Weitem nicht ausgeschöpft. Trotz diesem Überangebot kann freilich je nach Region und saisonalen Bedingungen lokal immer wieder eine Wasserknappheit auftreten. Dies liegt auch daran, dass sich die Niederschlagsperioden im Vergleich zu den Jahren 1960 bis 1990 verschoben haben, wie Jan Seibert feststellt: «Die Schneeschmelze kommt früher und ist weniger intensiv. Dafür fällt im späten Frühjahr und im Herbst mehr Regen, während es im Sommer länger trocken bleibt.» Je weiter man in die Zukunft blicke, umso stärker und problematischer fielen die Veränderungen aus. Für das BAFU ist es deshalb von grosser Bedeutung, den Anwendern mit den Resultaten aus solchen Forschungsprojekten das notwendige Rüstzeug für die Anpassung an den Klimawandel zur Verfügung stellen zu können

Kontakt
Letzte Änderung 24.01.2017

Zum Seitenanfang

https://www.bafu.admin.ch/content/bafu/de/home/themen/wasser/dossiers/erforschung-der-auswirkungen-von-trockenheit.html