Auswirkungen des Klimawandels auf die Entwicklung der Nitratbelastung im Grundwasser am Beispiel des Gesamteinzugsgebiets des Donaurieds

Ziel der Studie

Vor diesem Hintergrund ist es erforderlich einerseits das zukünftige Grundwasserdargebot und andererseits die Entwicklung der stofflichen Belastung des in Trinkwassergewinnungsgebieten erschlossenen Grundwassers zu bewerten. Am Beispiel des Gesamteinzugsgebiets des Donaurieds wird die Auswirkung der zu erwartenden Klimaänderung auf die Grundwasserströmungsverhältnisse und auf die Entwicklung der Nitratkonzentrationen untersucht.

Erscheinungsjahr

Untersuchungsregion/-raum

Bundesland Baden-Württemberg
Untersuchungsraum Baden-Württemberg
Räumliche Auflösung 

Naturraum; 250 m Rasterdatensatz

Verwendete Klimamodelle / Ensembles

Emissionsszenarien A1
Klimamodelle ECHAM5/A1
Ensembles nein
Anzahl der Modellläufe nicht dokumentiert
Regionales Klimamodell 

WETTREG2006

Weitere Parameter 

Temperatur, Niederschlag

Zeitraum 

2021-2051

Klimawirkungen

Klimawirkungen in Handlungsfeld
  • Boden
    • Bodenwasserhaushalt
    • Bodenstoffhaushalt

"Beispielhaft soll zunächst die Stickstoffauswaschung für Sommergerste auf einem günstigen Mineralboden im Donauried (Tschernosem) betrachtet werden. Dieser Typstandort zeichnet sich dadurch aus, dass bei zuverlässiger Simulation von Kornertrag und Stickstoffentzug im Ist-Zustand (mit beachtlicher Schwankung sowohl der Erträge als auch der Stickstoffauswaschung der Einzeljahre) für die nahe Zukunft 2021-2050 gegenüber dem Klima der Referenzperiode 1971-2000 praktisch keine Änderung der langjährig mittleren Bilanzgrößen berechnet wird: die Stickstoffauswaschung liegt auf Basis der realen DWD Stationsdaten wie der WETTREG Re-Simulation im Ist-Zustand bei 10.6 kg/ha/a, in der nahen Zukunft bei 10.7 kg/ha. Zwar wird mit dem Erntegut in der Zukunft etwas mehr Stickstoff entzogen (1.3 kg/ha entsprechen rund 1.3 %), dieser zusätzliche Entzug wird aber nahezu exakt durch eine erhöhte Nachlieferung aus dem Humus (1.5 kg/ha) kompensiert." (S.102)

Klimawirkungen in Handlungsfeld
  • Landwirtschaft
    • Pflanzengesundheit

"In einer zusammenfassenden Interpretation der mit Expert-N für WETTREG-2006 (ECHAM5/A1B) durchgeführten Rechenläufe für den Ist-Zustand 1971-2000 und die nahe Zukunft 2021-2050 ergeben sich [...] für die Sommergetreide (Sommergerste und Silomais) bei der Gerste praktisch unveränderter Stickstoffentzug, beim Silomais leicht zurückgehender Stickstoffgehalt im Erntegut; unter Gerste 4 kg/ha/a höhere Nachlieferung aus dem Humus, unter Mais weitgehend unverändert." (S.107)

Klimawirkungen in Handlungsfeld
  • Wasser
    • Grundwasser
    • Grundwasserzustand

"Nach 20 Jahren haben die berechneten Konzentrationen im Bereich der Alb schon deutlich abgenommen. Außerhalb des überdeckten Karsts beträgt der Anteil neugebildeten Grundwassers zwischen 100 und 30 %, die berechneten Konzentrationen liegen fast überall unter 70 %. Die Linie mit einer mittleren Verweilzeit von 20 Jahren (C=50%) liegt nördlich des Donaurieds und erreicht den Kiesgrundwasserleiter bei Langenau. Die Konzentrationsverteilung in Burgberg weist auf mittlere Verweilzeiten hin die größer sind als 20 Jahre." (S.58)

"Der Klimawandel wirkt sich somit in quantitativer Hinsicht in erster Linie dahingehend aus, dass in naher Zukunft nicht mit einer Zunahme der langjährigen mittleren Sickerwasserbildung zu rechnen ist.Stattdessen ist mit Neubildungsraten zu rechnen, welche im günstigsten Fallauf etwa mittlerem bislang beobachtetem Niveau, im ungünstigsten Fall dauerhaft auf dem Niveau der Jahre 1989 - 1993 oder der ersten Hälfte der 70er-Jahre liegen. "(S.46f.)

Methodischer Ansatz

Kurzbeschreibung des methodischen Ansatzes 

Die ⁠Prognose⁠ der Entwicklung der Nitratkonzentrationen im Grundwasser ist eng gekoppelt mit der Prognose des zu erwartenden Nitrateintrags und der Entwicklung der Neubildungsraten. Hierfür wurde eine Modellkette aufgestellt, die eine Vielzahl von möglichen Szenarien untersucht. Aus diesen werden mit Hilfe statistischer Methoden Szenarien ausgewählt, welche neben der mittleren erwarteten auch die Bandbreite zwischen einer trockenen oder feuchten Entwicklung (⁠Grundwasserneubildung⁠) beschreiben. Darauf aufbauend wird der zukünftige Nitrateintrag für trockene bis feuchte Verhältnisse ermittelt. Diese Betrachtungen erfolgen für die nahe Zukunft (2021 bis 2051), für welche ausreichend abgesicherte Klimaszenarien vorliegen.

Zum Einsatz kommen ein Bodenwasserhaushaltsmodell, ein Nitrateintragsmodell sowie ein Strömungs- und Transportmodell für die Prozesse in der gesättigten Zone. Bei der hier durchgeführten Untersuchung kann auf ein kalibriertes und validiertes Grundwasserströmungsmodell für das Gesamteinzugsgebiet des Donaurieds zurückgegriffen werden. Dieses Modell wurde bereits für die Nachbildung von Transportprozessen zur Bestimmung von Verweilzeiten erweitert. Mit Hilfe des Bodenwasserhaushaltsmodells wurden umfangreiche Studien zur Abschätzung der Grundwasserneubildung in der nahen Zukunft auf Grundlage der verfügbaren WETTREG Szenarien durchgeführt, die die Basis für die Abschätzung der zu erwartenden Änderung bei der Grundwasserneubildung darstellen. Basierend auf Modellstudien aus dem Oberrheingraben wird das Nitrateintragsmodell für unterschiedliche landwirtschaftliche Kulturarten auf das Modellgebiet übertragen und durch Regionalisierung die Eingangsgröße für den Nitrattransport in der gesättigten Zone ermittelt.

Analysekonzeptansatz Eigener Ansatz
Komponenten im Analysekonzept  Klimatischer Einfluss, Sensitivität, Klimawirkung
Methodik zur Operationalisierung Quantitative Wirkmodelle (z.B. Abflussmodelle), Proxy-Indikatoren

Wer war oder ist beteiligt?

Herausgeber Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg
Kontakt 

Auftraggeber: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (UM), Stuttgart
Auftragnehmer: Lang, Justiz, Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH, Stuttgart Morhard, GIT HydroConsult GmbH, Freiburg

Bibliographische Angaben 

Lang, U.; Justiz, J.; Morhard, J.; Gudera, T.; Emmert, T. 2012: Auswirkungen des Klimawandels auf die Entwicklung der Nitratbelastung im Grundwasser am Beispiel des Gesamteinzugsgebiets des Donaurieds. Karlsruhe

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Handlungsfelder:
 Boden  Landwirtschaft  Wasserhaushalt und Wasserwirtschaft