Numerische Modellierung der Auswirkungen von Klimaveränderungen auf das Bremerhavener Grundwasser

Sina Julius1
1 Geologischer Dienst für Bremen, Universität Bremen

14.4 in Young Hydrogeologists Forum

25.03.2020, 14:45-15:00, Telemann-Saal

Im Rahmen des EU Interreg Projektes "TOPSOIL - Protecting against climate change and preserving the environment" sollen Auswirkungen von Klimaveränderungen auf das Bremerhavener Grundwasser modelliert werden. Ziel dieser Untersuchung ist es, Maßnahmen zu identifizieren, die weiterhin eine nachhaltige Nutzung des Grundwassers zur Trinkwasserbereitstellung und industriellen Nutzung ermöglichen.

Der ansteigende Meeresspiegel und die sinkende Grundwasserneubildungsrate haben einen signifikanten Einfluss auf das Bremerhavener Grundwasser (Panteleit et al. 2018). Die daraus resultierenden sinkenden Grundwasserspiegelhöhen und der gleichzeitige Druck des Meerwassers ins Landesinnere drohen den Grundwasserleiter zu versalzen. Eine Salzwasserintrusion gefährdet die küstennahen Trink- sowie industriellen Nutzwassergewinnungen. Um solche Risiken frühzeitig zu erkennen und durch geeignete Maßnahmen im Grundwassermanagement gegenzusteuern, wird mit Hilfe eines numerischen Grundwassermodells eine Gefahrenabschätzung erstellt.

Die Basis des Grundwassermodells bildet ein dreidimensionales hydrostratigraphisches Strukturmodell, welches aus 16.254 archivierten Bohrdaten des Geologischen Dienstes für Bremen erstellt wurde (Panteleit et al. 2018). Die numerische Modellierung erfolgt mit dem FREEWAT-Tool für QGIS (Rossetto et al. 2018). Dieses verbindet die graphische Benutzeroberfläche von QGIS mit dem Finite-Differenzen-Grundwassermodell MODFLOW-2005 des U.S. Geological Survey (Harbaugh 2005). Kalibriert wurde das Modell für das Jahr 2010 mit Daten aus über 400 Observationsbrunnen, die jährlich erweitert werden. Die Auswirkungen der zukünftigen Klimaveränderungen auf das Bremerhavener Grundwasser werden für drei weitere Szenarien (2040, 2070 und 2100) simuliert. Als Datengrundlage für die Grundwasserneubildungsrate dienen die WETTREG-2010 R4-Klimamodelle (CEC 2015), die mit dem Wasserhaushaltsmodell mGROWA (Herrmann et al. 2013) angepasst wurden. Die Werte für den Meeresspiegelanstieg sind aus dem Worst-Case-Szenario RCP8.5 des IPCC abgeleitet (IPCC 2013).

Die Grundwassermodelle erlauben eine Gefahrenabschätzung für die Trink- und Nutzwasserversorgung in Bremerhaven und ermöglichen eine Identifizierung möglicher Gegenmaßnahmen. Insgesamt wird mit dem numerischen Grundwassermodell ein langfristig nutzbares Werkzeug zum Grundwassermanagement erstellt, das durch die jährliche Eingabe neuer Daten stets verbessert wird.  



CEC (2015): WETTREG. Hg. v. Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH. Online verfügbar unter http://www.cec-potsdam.de/wettreg.html, Stand 01.07.2015, zuletzt aktualisiert am 10.10.2019.

Harbaugh, A.W., 2005, MODFLOW-2005, The U.S. Geological Survey modular ground-water model—the Ground-Water Flow Process: U.S. Geological Survey Techniques and Methods 6-A16.

Herrmann, F., Chen, S., Kunkel, R., Wendland, F., 2013: Quantifizierung und Bewertung des innerjährlichen Abflussgeschehens und der Auswirkungen von Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt in Niedersachsen und Bremen. Endbericht. Forschungszentrum Jülich.

Herrmann, F., Chen, S., Heidt, L., Elbracht, J., Engel, N., Kunkel, R., Müller, U., Röhm, H., Vereecken, H., Wendland, F., 2013: Zeitlich und räumlich hochaufgelöste flächendifferenzierte Simulation des Landschaftswasserhaushalts in Niedersachsen mit dem Model mGROWA, Hydrol Wasserbewirtsch 57 (2013): 206-224.

IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

FREEWAT, 2018: Rossetto, R., De Filippis, G., Borsi, I., Foglia, L., Cannata, M., Criollo, R., Vázquez-Suñé, E., 2018. Integrating free and open source tools and distributed modelling codes in GIS environment for data-based groundwater management, Environmental Modelling & Software, 107:210-230.

Panteleit, Björn; Jensen, Sven; Seiter, Katherina; Siebert, Yvonne (2018): Das Bremerhavener Grundwasser im Klimawandel. In: Grundwasser 23 (3), S. 233–244. DOI: 10.1007/s00767-017-0385-9.

Rossetto, R., De Filippis, G., Borsi, I., Foglia, L., Cannata, M., Criollo, R., Vázquez-Suñé, E. (2018): Integrating free and open source tools and distributed modelling codes in GIS environment for data-based groundwater management, Environmental Modelling & Software, 107:210-230.



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