Auswirkungen/Folgen des Klimawandels auf die Trinkwasserversorgung aus dem Bodensee

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Auswirkungen/Folgen des Klimawandels auf die Trinkwasserversorgung

aus dem Bodensee

Workshop „Interreg IV-Projekt „Klimawandel am Bodensee“

18.04.2013, Institut für Seenforschung

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Nicht zuletzt wegen der verstärkt zu beobachtende Häufung von Extremereignissen steht das Thema

Aktuelles Wettergeschehen / globaler Klimawandel

und die damit verbundenen Auswirkungen und Folgen in zunehmendem Maße im Fokus der internationalen/nationalen Politik und interessierenden Öffentlichkeit

Einleitung

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KlimaveränderungBeobachtungen - global

Im 20. Jahrhundert…

weltweiter Temperaturanstiegum ca. 0,6°C

weltweiter Anstieg der atmosphä-rischen CO2-Konzentration von 280 ppm. auf ca. 380 ppm (Hauptursache: anthropogene Einflüsse, Verbrennung fossiler Brennstoffe…)

Bis auf wenige Skeptiker besteht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass die „menschengemachte“ globale Klimaänderung

bereits „im Gange“ ist und nicht mehr verhindert, sondern lediglich in ihrer Auswirkung gemindert werden kann

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Aber nicht nur weltweit, sondern auch in der Bodenseeregion und im Einzugs- und Trinkwasserversorgungsgebiet des Bodensees ist die

Klimaänderung deutlich spür- bzw. sichtbar

Einleitung

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Um vor dem Hintergrund der sich ändernden Rahmenbedingungen den zukünftigen Heraus-

forderungen der Wasserwirtschaft, des vorsorgenden Gewässerschutzes und der Trinkwasserversorgung gerecht zu werden, bedarf es weiterhin international abgestimmter Anstrengungen aller Betroffenen am

Bodensee

Einleitung

F&E-Verbundvorhaben:„Klimawandel am Bodensee, (KlimBo)“

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Gesamtziel „KlimBo“

Charakterisierung und Beurteilung der mittel- bzw. langfristig zu erwartenden Auswirkungen des Klimawandels auf die hydrodynamischen,

biologischen und physikalisch/chemischen Wechselwirkungen im Bodensee

Untergliederung in mehrere Schwerpunktthemen, u.a.Messkampagnen, langfristige WasseraustauschprozesseEinfluss der klimatischen und hydrologischen Entwicklungen im Einzugsgebiet auf den BodenseeModelluntersuchungen zu Klimaeinflüssen auf Wasserqualität und WärmehaushaltModellierungen hydrodynamischer Prozesse in der FlachwasserzoneLiteraturrecherche: Risikobewertung klimatischer Einflüsse auf die Trinkwasserversorgung

Einleitung

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Literaturrecherche

Erfassung und Beurteilung der Auswirkungen und Folgen des Klimawandels auf die die Bodenseeregion und die Wasserversorgungsunternehmen am Bodensee

Identifikation kritischer Punkte / Wissensdefizite / „Störgrößen“

Systematische Gesamtbetrachtung aller Aspekte im Rahmen einer

Sensitivitätsanalyse, Vulnerabilitätsabschätzung und eines Risikomanagements

Erarbeitung möglicher Lösungsansätze bzw. Handlungsempfehlungen

(Sensibilisierung der Entscheidungsträger, Orientierungshilfen, Denkanstöße, Diskussionsgrundlagen für Einzelfallprüfung)

Einleitung

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Auswirkungen/Folgen KlimaänderungTrinkwasserversorgung aus dem Bodensee

Auswirkungen/Folgender Klimaänderung Trinkwasserversorgung

Bodensee

Nutzungsspezifische Aspekte

Wassergewinnung, -aufbereitung,-verteilung/-speicherung

Gewässerspezifische Aspekte

Bodensee und seine Kompartimente

Meteorologische, hydrologische Aspekte

Einzugsgebiet Wasserversorgungsgebiet

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Ausgewählte Beispiele von 1950 bis heute…

Anstieg der Jahresmitteltemperatur (ca. 1 bis 2°C), vor allem im Winterhalbjahr

stärkste Temperaturanstiege in den Jahren ab 1990

Rückgang der Frost- und Eistagetage, < 0°C

Zunahme der Sommertage, > 25°C

Zunahme von Westwetterlagen im Winter, Zunahme von Hochdruckwetterlagen im Sommer

Umverteilung der Niederschläge vom Sommer in den Winter

Zunahme an Extremereignissen (Häufigkeit, Intensität)(Starkniederschlägen/Hochwasserereignisse sowie Hitze- und Trockenperioden

KlimaveränderungBeobachtungen – Süddeutschland/Bodenseeregion

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Schussenmündung

UferbereichSchloss Montfort

Teufelstisch

Verbindungsstraße zur Reichenau

„Tornado“ über Konstanz

Bregenzerach

Hochwasser 1999BWV-Labor

KlimaveränderungBeobachtungen - Bodenseeregion

Beispiele für Hoch- und Niedrigwasser in den Jahren 1999 und 2003

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KlimaveränderungForschung

Ableitung von Tendenzen/Hinweise über

denkbare zukünftige Entwicklungen im System

„Klima – Wasserwirtschaft in Süddeutschland“

Kooperationsvorhaben „Klima und Wasserwirtschaft, KLIWA“www.KLIWA.de

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Meteorologische, hydrologische Aspekte (ausgewählte Erkenntnisse aus den nationalen Klimaprogrammen der Anrainerstaaten)

Die zeitliche und räumliche Komplexität und Variabilität des Klimas nimmt zu (Unsicherheit hinsichtlich Aussagen) Die bislang beobachteten Tendenzen der Vergangenheit setzen sich fortWestwetterlagen werden zunehmen, vor allem im WinterSommer werden i.d.R. trockener und heißer, Winter dagegen wesentlich feuchter und milder/wärmer Wahrscheinlichkeit (Häufung, Intensität) des Auftretens von Extremereignissen (z.B. Trockenperioden, Starkregen, Niedrig- bzw. Hochwasser, Stürme, Hangrutschungen/Murenabgänge im Einzugsgebiet Bodensee) nimmt zuZunehmend saisonale / kurzzeitige Schwankungen, aber auch jahreszeitliche Verschiebungen der Abflussverhältnisse bei Fließgewässern zu erwarten Änderung der Grundwasserneubildung, zeitlich und regional/lokale z.T. erhebliche Unterschiede

Auswirkungen KlimaänderungEinzugsgebiet - Bodenseeregion - Süddeutschland

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Auswirkungen KlimaänderungTrinkwasserversorgung aus dem Bodensee


Bodensee







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ausgewählte Beispiele

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Wasserstände, langfristig (Pegel Konstanz)

Auswirkungen KlimaänderungBodensee

Wasserstand 2050 (Prognose)

Jan Juni Juli Dez

[cm]

600

400

200

0

Hüllkurve: MaximalwertMittelwerte (1860 – 2011)Hüllkurve: Minimalwerte

langfristig Vergleichmäßigung des Wasserstandes „Sommer/Winter“auf ggf. niedrigerem Niveau zu erwarten

Mittlerer Wasserstand 2050 (Prognose)

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200

300

400

500

600

Jan. 0

5

Mrz. 05

Mai. 05

Jul. 0

5

Sep. 0

5

Nov. 05

Jan. 0

6

Untersuchungszeitraum

Seew

asse

rsta

nd [c

m]

(Bez

ugss

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m: P

egel

Kon

stan

z) Hüllkurve

"Hochwaser"

Hüllkurve"Niedrigwasser"

langjähriges MittelWasserstände, kurzfristig

häufige kurzfristige signifikante Änderungen des Wasserstandes aufgrund Extremereignissenz.B. Starkniederschläge, Trockenperioden, Hoch- und Niedrigwasser

Änderung der Abfluss- und Einschichtungs-verhältnisse der Zuflüsse, Strukturänderung Seebodenz.B. bei Hochwasser: Feststoffeintrag, Feststofftransport ins Pelagial, Änderung der Gewässerstruktur im Mündungsbereich und am Seeboden, Hangrutschungen, Erosion, …


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Simulationen BodenseeOnline

Beispiel: Einschichtung Alpenrhein bei Hochwasser

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Änderung der Wasserbeschaffenheit im Pelagial / Zirkulationsverhalten

weiterer Anstieg der Temperatur in oberflächennahen Wasserschichten um 1 - 1,5 °C bis 2050 erwartet

Verschiebung der Durchmischungs-/Zirkulationsverhältnisse hin zu einer stabileren Schichtung

Seet

iefe

in m

Temperatur °C4 8 12 160

40

20

0

60

252

Sprungschicht(Metalimnion)

Warmes, leichtes Wasser(Epilimnion)

Kaltes, schwereresWasser

(Hypolimnion)

Seet

iefe

in m

Temperatur °C4 8 12 160 4 8 12 160 44 88 1212 161600

40

20

0

60

252

4040

2020

00

6060

252




(Hypolimnion)




(Hypolimnion)




(Hypolimnion)


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Änderungen der Sauerstoffkonzentration im Tiefenwasser (Prognosen, kup)


Wassertemperatur, 250 m Tiefe

Sauerstoffkonzentration, 250 m Tiefe

Anzahl an Tagen mit Oberflächentemperatur >22°C

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Änderung der Milieubedingungen in Sedimentnähez.B. Sauerstoffzehrung, Remobilisierungserscheinungen, Rücklösungenvon Schwermetallen, Umlagerung von Sediment, Trübungsanstieg, …


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Ökologische Aspekte

Änderung der aquatischen Lebensräume und -gemeinschaftenz.B. Eintrag von Neozoen und Neophyten, Veränderungen der Gewässerbiozönosen im Ufer- und Flachwasserbereich,zeitliche Verschiebung von Wachstumsphasen beiPhyto- und Zooplankton, Entkopplung von Fraßketten, …

Änderung der temperaturabhängigen bio-/chemischen Prozessabläufe z.B. ggf. Wachstum von Algen, Bildung von Geruchs- und Geschmacksstoffen, Freisetzung von bakteriellen Exo- und Endotoxinen, beschleunigter biologische Abbau von Nähr- und Spurenstoffen, …

Höcker-flohkrebs

Schwebegarnele

TRaE

eAk Die Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel besagt, dass eine biologische/chemische Reaktion bei einer um 10 °C erhöhten Temperatur doppelt bis

viermal so schnell abläuft


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Bodensee







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Wasserbilanz/-dargebotVergleich Wasserinhalt

Gletschervolumen Einzugsgebiet: ca. 10 – 20 Mrd. m³ Wasserinhalt des Bodensees: ca. 50 Mrd. m³

Vergleich Abfluss / Wasserentnahme: Mittlerer Durchfluss durch den Bodensee: ca. 11 Mrd. m³/a

davon Gletscherwasser, bezogen auf 50 Jahre: ca. 0,1 - 0,4 Mrd. m³/a Wasserentnahme durch WVU: ca. 0,17 Mrd. m³/a

Verdunstung Seefläche: ca. 0,28 Mrd. m³/a

Wasserdargebot des Bodensees auch in Zukunft gesichert

Folgen KlimaänderungTrinkwasserversorgung aus dem Bodensee

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Wasserbedarf/Wasserabgabe

Die klimabedingten Aspekte führen u.a. dazu, dass unter Beachtung der z.T. kleinräumig sich auswirkenden Wasserbilanzgrößen in den verschiedenen Regionen unterschiedliche Grundwasserneubildungsraten resultieren.

So ist nach längeren Trocken- und Hitzeperioden insbesondere bei sensibel reagierenden Quellschüttungen und wenig ergiebigen Grundwasservorkommen in den Festgesteinsbereichen mit einer Verringerung des lokalen Wasserdargebotes zu rechnen.

Andererseits ist auch im Falle von Starkregen-/Hochwasser-ereignissen zu beachten, dass wegen den damit einhergehenden Überschwemmungen von Gewinnungsanlagen oder der ungenügenden Schutzwirkung der Deckschichten vielerorts Beeinträchtigungen im oberflächennahen Grundwasser nachzuweisen sind.


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Zur Ableitung von Prognosen zum Wasserbedarf/Wasserabgabe sind neben den Auswirkungen der Klimaveränderung zusätzlich eine Reihe

von sogenannten

„Wandelprozesse/Rahmenbedingungen/Einflussfaktoren“

zu berücksichtigen


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Wandelprozesse/äußere Rahmenbedingungen

Demographischer Wandel Verbraucherverhalten

Industrielle/wirtschaftliche Entwicklungen Technologische Fortschritte/Innovation

Wasserbedarf in der Landwirtschaft Institutionelle und politische Vorgaben

Preisentwicklungen

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Die aus den „äußeren Wandelprozessen/Rahmenbedingungen/Einflussfaktoren“ abzuleitenden Wasserbedarfs-/Abgabeprognosen bzw.

Schlussfolgerungen bedürfen aufgrund der Unsicherheiten einer laufenden Überprüfung und ggf. Korrektur. Bei Bedarf muss stets eine Anpassung an

neue Erkenntnisse möglich sein.

Prognose, nach heutigem Wissensstand am Beispiel der BWV

Im Mittel eher rückläufige Tagesabgabemengen (Grundlast) (verstärkt Nutzung der vor Ort gewonnenen Eigenwässer unter „Normalbedingungen“)

Zunehmende Spitzenabgabe (Häufigkeit, Menge) bei Extremereignisse (Trockenheit, abnehmende Grundwasserstände, Starkniederschläge, Überschwemmungen,…)


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Spitzenabgaben in Trocken- und Hitzeperioden,dargestellt am Beispiel der BWV

300000

350000

400000

450000

500000

550000

600000

15 20 25 30 35 40Lufttemperatur [°C]

Was

sera

bgab

e [m

³/d]

Jahr 2003Jahr 2004

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1950 1975 2000 2025 2050Jahre

Jahr

essp

itzen

fakt

or d

er

Tage

sabg

abe

?


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Wassergewinnung

Hochwasserschutz Alpenrheintal Auswirkungen der geplanten Abflusserhöhung des Alpenrheins von 3.100 m³/s auf 4.300 m³/s innerhalb der internationalen Flussstrecke sind zu berücksichtigen; ggf. Überschwemmungen von Werksgeländen

Niedrigwasserstand „Bodensee“in Trocken- und HitzeperiodenGgf. Einschränkungen bei der Förderleistung und Kavitationserscheinungen bei Pumpen

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Wasseraufbereitung

Zukünftige Verfahrenskombinationen und Prozess-/Betriebsbedingungen sind vorrangig von der Beschaffenheit des im Hypolimnion entnommenen Wassers abhängig (u.a. Frachteinträge, Schichtungs- bzw. Zirkulationsverhältnisse, zivilisatorische Einflüsse, …)

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Wasserverteilung/-speicherung

Vernässung des Bodens bei vermehrten Niederschlägen, ggf. Hangrutschungen

Trockenheit kann zu Schrumpfungen und Setzungen des Bodens führen

Druckschwankungen bei Grundlast-/Spitzenlastabgaben

Erhöhung der Wassertemperatur vor allem in urbanen Gebieten (Endsträngen)

Schäden an Leitungen, Rohrbrüchen, zumindest lokale Beeinträchtigungen

der Wasserbeschaffenheit, ….

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Energie- und Stromversorgung

Die Bereitstellung von Trinkwasser ist entscheidend von einer sicheren Energie- und Stromversorgung abhängig. Einschränkungen können u.a. durch extreme Witterungs-bedingungen (z.B. Sturm, Blitzeinschläge,…) oder durch Leistungsminderungen bei Niedrigwasser in den Flüssen resultieren (Wärmelastplan der Kraftwerke)

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Einfluss auf menschliche Gesundheit

Hochsommerliche Temperaturen: körperlichen Belastungen, verringerte Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit Ab 30°C sind gemäß Arbeitsstättenregel entsprech-ende Maßnahmen zu ergreifen

Globaler Personen-, Tier- und Güterverkehr: Ausbreitung von Infektionskrankeheiten, Einschleppen von bislang nicht „heimischen“ Krankheitserregern

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Ökonomische Folgen

Durch die Klimaänderung und deren Auswirkungen und Folgen ist mit steigenden Kosten für die Wasserversorgungsunternehmen zu rechnen. Insbesondere wenn hohe Elementarschäden an relevanten Anlagenteilen (Rohwasserpumpen, Hauptleitungen,…) zu beklagen sind oder weitergehende Aufbereitungs-stufen erforderlich werden, können ohne eine ausreichende Absicherung die tatsächlich entstehenden Kosten erheblich sein.

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SystemanalyseTrinkwasser - Klimawandel

Zentrale Frage

Wie sind die projizierten Zusammenhänge konkret zu bewerten und welche

Handlungsempfehlungen können für die Wasserversorgungsunternehmen am

Bodensee daraus abgeleitet werden ?

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Trotz Fortschritte im Bereich der Computertechnologie und der Erweiterung der Wissensbasis sind die heutigen Möglichkeiten der Klimaprojektion noch weit davon

entfernt, die zukünftigen Klimaentwicklungen und -muster in ihrer Gesamtheit wirklichkeitsgetreu zu erfassen

Unwägbarkeiten und Grenzen der VorhersagbarkeitDefizite oder fehlende/unsichere Informationsbasis

prinzipiellen Grenzen von Prognosen, z.B. unvorhersehbare Naturkatastrophen

Betrachtung langer Zeithorizonte (i.d.R. bis Ende des 21. Jhd.)

beschränkte Nachbildungs-/Simulationsmöglichkeit der klimarelevanten Prozessabläufe in Klimamodellen

„Entscheidungen unter Unsicherheit“? ?

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Ganzheitliche Betrachtungsweise (Sensitivitätsanalyse, Vulnerabilitäts-

abschätzung, Risikomanagement)

Charakterisierung, Konkretisierung, Priorisierung der Chancen und kritischen Parameter im System

„Klimawandel und Trinkwasserversorgung

aus dem Bodensee“

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Annahmen, Szenarien,

Projektionen

Wirkung von auf

Output Auswirkungen/Folgen

für System

Sum

me

„Sys

tem

“

Inpu

t Ei

nwirk

unge

n vo

n „a

ußen

“

--- 0 3

3

0 --- 2

2

3 0 ---

3

Summe „Variable“ 3 0 5

Sensitivitätsanalyse, Vulnerabilitätsabschätzung, Risikomanagement


Einflussmatrix: Ursache-Wirkungs-Beziehung

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Derzeit wird Systemanalyse durchgeführt, eine abschließende Darstellung der Ergebnisse sowie deren Bewertung werden demnächst in Form des

schriftlichen Abschlussberichtes zur Verfügung stehen

Die ersten Hinweise deuten bereits darauf hin, dass vor allem witterungsbedingte Extremereignisse

Beeinflussungen der Beschaffenheit des Bodenseewassersdie Zuverlässigkeit/Verfügbarkeit der Energie-/Stromversorgung

sowieeinzelne sozio-ökonomische Aspekte

als „Störgrößen“ für die Wasserversorgungsunternehmen am Bodensee von besonderer Bedeutung sind

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Konsequenzen/HandlungsoptionenTrinkwasserversorgung aus dem Bodensee

No-regret-Maßnahmen(am Vorsorgegrundsatz orientierte, pragmatische Lösungsansätze, die

auf mögliche Weiterentwicklungen und Änderungen der Rahmenbedingungen jederzeit flexibel angepasst werden können

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Vorsorgender Gewässerschutz

„Zwei Anwälte des Wassers“

Wasser kennt keine Grenzen, unsere Verantwortung auch nicht


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Technische Belange / Versorgungssicherheit

Gewinnung Weiterentwicklung von Hoch- und Niedrigwasservorhersagemodellen, Anpassung der Entnahme-vorrichtungen und der Rohwasserpumpen auf erwarteten Seewasserstand, …

AufbereitungAnpassung der Anlagenkomponenten an Grund- und Spitzenbedarf/-abgaben, Optimierungdes Betriebsablaufes, ggf. Anpassung der Aufbereitungsverfahren an geänderteWasserbeschaffenheit, redundante Auslegung relevanter Anlagenteile, Instandhaltungs- und Wartungskonzepte ausarbeiten, …

Wasserverteilung/WasserspeicherungIndividuelle Entscheidungen zur Anpassung der Versorgungsstrukturen (Dimensionierung der Rohrleitungen), Spülregime/Desinfektion optimieren, Schaffung größerer Speichervolumen zur Sicherung der Versorgung in Spitzenbedarfszeiten, Leitungsengpässe abbauen, Instandhaltungsstrategie optimieren, Überlegungen zum Ausbau von Verbundsystemen, …

Energie-/Stromversorgungredundante Lösungsansätzen, ausgewogener Ausbau stationärer bzw. Vorhaltung mobiler Notstromaggregate, ...


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Monitoring und Forschung

Verstärktes Monitoring/Langzeit-messungen in Zuflüssen und im Bodensee (Nährstoffe, Schwermetalle, Spurenstoffe,….)

prozessorientierte Überprüfung derWasserbeschaffenheit (Aufbereitung/Verteilung/Speicherung)

Enge Zusammenarbeit wissenschaftlicher Institutionen


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Rechtlicher Ordnungsrahmen

Anpassung rechtlicher Grundlagen z.B. Vorrang der Trinkwassergewinnung bei konkurrierenden Nutzungen,Sicherung ausreichender Wasserrechte zur Spitzenbedarfsdeckung,Sicherung der Stromversorgung zu Hochverbrauchszeiten

aktive Begleitung politischer Vorgaben (EU-weit, national, landesweit, kommunalpolitisch) mit dem Ziel „intelligente“ Wasserversorgungs-konzepte/Verbundlösungen zu entwickeln


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Personelle Aspekte Arbeitsbedingungen und Arbeitsplatz auf witterungsbedingten Beeinträch-tigung (z.B. Hitze) anpassen

Vorhandenen Planungshilfen und Infektionsschutzmaßnahmen aktualisieren bzw. fortschreiben

Um die zukünftigen Aufgaben, insbesondere in Hochverbrauchszeiten erfüllen zu können, bedarf es weiterhin in ausreichender Anzahl qualifizierter Mitarbeiter. Motivierte und zufriedene Mitarbeiter/innen sind einer der wichtigsten Erfolgsfaktoren.


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Finanzielle Aspekte

Hinsichtlich der vorgeschlagenen Handlungserfordernisse und Präventionsmaßnahmen sind in Zukunft investive und organisationsbasierte Mehrkosten zu erwarten. Hierfür sind entsprechende Finanzierungsmodelle zu entwickeln, die weiterhin faire und sozialverträgliche Kosten gewährleisten.

Der bestehende Versicherungsschutz ist im Hinblick auf die zukünftigen Rahmenbedingungen zu überprüfen.


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Kommunikation/Zusammenarbeit

Fortführung/Optimierung der sachlichen und fachübergreifenden

Auseinandersetzung mit dem Thema

„Wasserversorgung und Klimawandel“

unter Berücksichtigung aller betroffenen „Akteure“

(Wasserversorgungsunternehmen, Behörden, Verbände, Wissenschaft,

Katastrophenschutz, Öffentlichkeit,…)


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Abschließende Bemerkungen

Der Klimawandel und die damit verbundenen Auswirkungen stellen die Wasserwirtschaft im

Allgemeinen bzw. die Wasserversorgungsunternehmen im Besonderen vor neue Herausforderungen. Nach dem

heutigen Kenntnisstand werden sich die bislang beobachteten Tendenzen verstärkt fortsetzen.

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Obwohl kein akuter Handlungsbedarf bislang zu erkennen ist und einschlägige Erfahrungen im Umgang mit den zu erwartenden Rahmenbedingungen vorliegen (Beispiel:

„Jahrhundertsommer 2003“), sind die Wasser-versorgungsunternehmen zu einer aktiven und

sachlichen Auseinandersetzung mit dem Thema sowie zur Entwicklung entsprechender Anpassungsstrategien

bzw. Handlungsoptionen aufgefordert. Das derzeit durchgeführte Forschungsvorhaben „KlimBo“ wird hierzu

einen wesentlichen Beitrag leisten können.

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Durch eine konsequente Umsetzung der auf den Prinzipien des vorsorgenden Gewässerschutzes, des

Einsatzes effizienter Aufbereitungsverfahren und deren laufenden Kontrollen (HACCP-Konzept) sowie einer

regelmäßigen Überwachung des Trinkwassers basierender Strategien, ist auch unter den geänderten

Rahmenbedingungen des Klimawandels eine nachhaltige Bereitstellung von Trinkwasser aus dem Bodensee

gesichert.

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Wandel gibt es überall … … die Zeichen sind klar erkennbar … denkbare Anpassungsstrategien/Handlungsoptionen sind heute schon ableitbar !


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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Auswirkungen/Folgen des Klimawandels auf die Trinkwasserversorgung aus dem Bodensee

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