Der Klimawandel stellt die öffentliche Wasserversorgung vor große Herausforderungen. Sowohl Modellprojektionen als auch statistische Auswertungen und darauf aufbauende Prognosen gehen von Veränderungen des Wasserhaushalts aus. So zeigen einige Modellprojektionen eine Zunahme von längeren Dürrephasen, insbesondere in Bezug auf eine zurückgehende Grundwasserneubildung, sowie eine Zunahme extremer Niederschlagsereignisse und stärker ausgeprägter Nassjahre. Die Schwankungsbreite der Grundwasserneubildung ist deutlich höher als die klimatische Mittelwertvariation zwischen Einzeljahren. Die zunehmenden Extremereignisse (Hitze, Starkregen) begründen einen Anpassungsbedarf der öffentlichen Wasserversorgung. Aus möglichen Engpässen in Dürrephasen können neue Nutzungskonflikte entstehen oder bestehende Konflikte können sich verstärken.

Träger der öffentlichen Wasserversorgung sind zunächst die Kommunen. Insgesamt müssen sich die Kommunen auf die beschriebenen Veränderungen einstellen. Dazu müssen die Planung, die Struktur und die Vernetzung ihrer Wasserversorgungssysteme an die sich verändernden Gegebenheiten angepasst werden. Derzeit testen bzw. prüfen viele Kommunen die Ressourcenverfügbarkeit (Rohwasser/Trinkwasser), die Infrastruktur und gegebenenfalls die Lieferverträge auf ihre Resilienz gegenüber klimatischen Veränderungen in naher, mittlerer und ferner Zukunft.

Je nach Größe der Kommune und den naturräumlichen Gegebenheiten ergeben sich daraus unterschiedliche Handlungsbedarfe und Handlungsoptionen als Reaktion auf die prognostizierten Umweltveränderungen in der Zukunft. Insbesondere die (Grundwasser-)Dürrephase zwischen 2003 und 2022 in Deutschland sowie das trockene Frühjahr 2025 zeigen, dass mit Blick auf die Wasserverfügbarkeit und das Ziel einer sicheren öffentlichen Wasserversorgung die Resilienz der bestehenden Strukturen geprüft werden muss.

Dies betrifft vor allem kleinere und mittlere Kommunen, die sich bisher teilweise oder vollständig selbst mit Wasser versorgt haben. Sie leiten aus der sich verändernden Ausgangssituation besondere Handlungsbedarfe ab. Diesen Bedarfen werden Handlungsoptionen gegenübergestellt. Je nach Größe und Struktur der öffentlichen Wasserversorgung sowie den naturräumlichen Gegebenheiten umfassen die Handlungsoptionen rechtliche, wirtschaftliche, infrastrukturelle und kooperative Maßnahmen.

Anhand von generalisierten Wasserversorgungssystemen werden die kritischen Punkte einer Vielzahl von Versorgungssystemen beispielhaft dargestellt. Im Anschluss erfolgt die Analyse dieser kritischen Punkte unter Berücksichtigung einer lang anhaltenden Dürrephase. Aus der Systemanalyse werden Handlungsoptionen abgeleitet, die für die jeweilige Situation bestehen und präventiv, strukturell oder als Notmaßnahme umgesetzt werden können.

Auf Basis der Betrachtung des aktuellen Bedarfs, einer Zukunftsprognose des Bedarfs insgesamt sowie nach Nutzerkategorien unterschieden und unter Berücksichtigung der Projektionen der Klimaveränderung ergeben sich schließlich konkrete Handlungsempfehlungen für die öffentliche Wasserversorgung unter den jeweils beschriebenen Rahmenbedingungen.

An der Trinkwasserversorgung von Kommunen und Landkreisen sind häufig mehrere Wasserversorgungsunternehmen beteiligt, die z. T. wirtschaftlich miteinander verbunden sind (z.B. durch gegenseitige Lieferverträge) und nicht selten auf die gleichen Oberflächen- bzw. Grundwasservorräte zugreifen. Die Versorgungsgebiete der Trinkwasserversorger orientieren sich in der Regel an administrativen Grenzen (Kommunen, Landkreise, Bundesländer), weswegen die Trinkwasserversorgung in Deutschland bereichsweise sehr kleinteilig organisiert ist.

Demgegenüber stehen die Herausforderungen, vor denen die Wasserversorger aufgrund des Klimawandels stehen, und die sich nicht an administrative Grenzen oder organisatorische Vorgaben halten. Die besonderen Witterungslagen der zurückliegenden Jahre mit sowohl anhaltend heißen und trockenen Frühjahrs- und Sommerperioden als auch zunehmende Starkregenereignisse zeigen, dass sich die wandelnden klimatischen Bedingungen bereits auf die verfügbaren Trinkwasservorräte auswirken. Demgegenüber stehen häufig steigende Bedarfe. Mögliche Lösungsansätze können nicht allein in weiteren infrastrukturellen Maßnahmen bestehen bzw. von einzelnen Wasserversorgern für ihr individuelles Versorgungsgebiet implementiert werden. Aus diesem Grund haben sich 25 Trinkwasserversorger in der nördlichen Region Ostwestfalen-Lippe zum Ziel gesetzt, ein versorgungsgebietsübergreifendes Zukunftskonzept zu erarbeiten.

Kernelemente dieses Zukunftskonzeptes sind die Analyse der Ist-Situation und die Prognose der zu erwartenden Entwicklungen in den Bereichen Wasserdargebot (Oberflächen- und Grundwasser), Wasserbedarf (Trink- und Brauchwasser) und Wasserversorgungsinfrastruktur. Auf Basis dieser Ergebnisse wird ein Handlungsplan entworfen, um die zukünftige Wasserversorgung sicherzustellen.

Mit den Methoden der ‚Systems Dynamics‘ wird versucht, die Vielzahl der Faktoren und Parameter, aus denen das komplexe System ‚Wasserversorgung‘ besteht, auf die wesentlichen Schaltstellen zu reduzieren und so die Auswirkungen, die zukünftiges Handeln auf die regionale Wasserwirtschaft hat, vorab mittels eines Systemmodells abschätzen zu können. Dies soll auch dazu dienen, die Konsequenzen von Maßnahmen (bzw. deren Nicht-Ergreifung) einem breiteren Kreis an Interessenten (Politik, Wirtschaft, Bevölkerung) transparent und verständlich darstellen und erläutern zu können.

Das 2021 vom Ministerium für Land- und Ernährungswirtschaft, Umwelt und Verbraucherschutz (MLEUV) des Landes Brandburg eingeführte Landesniedrigwasserkonzept (LNWK) zielt auf ein systematisches und strukturiertes wasserwirtschaftliches und wasserrechtliches Handeln für ein nachhaltiges Niedrigwassermanagement in Brandenburg ab. Das LNWK ist auf die Umsetzungsebene von 16 Flussgebieten, orientiert an den WRRL-Planungseinheiten, ausgerichtet. Dass flussgebietsbezogene Niedrigwassermanagement soll in den Flussgebieten durch die regionalen Zuständigen für die Wasserwirtschaft und unter Beteiligung von Kommunen, Landwirten, Fischerei, Forstwirtschaft, Naturschutz und Öffentlichkeit erfolgen. Die Flussgebietskoordination und Projektmanagementmaßnahmen werden von 4 Ingenieur-Büros umgesetzt. Ziel ist eine gemeinsame und abgestimmte Flussgebietsbewirtschaftung, die auf die Stabilisierung des Landschaftswasserhaushaltes unter Berücksichtigung von Starkregen und Hochwasser ausgerichtet ist und das Management von Niedrigwassersituationen umfasst. Ein weiteres Ziel besteht in der Definition von fachübergreifenden Anforderungen.

Maßgebende Handlungsoptionen zur Niedrigwasservorsorge wie das Stützen von Grundwasserständen, die Erhöhung der Grundwasserneubildung und die Verbesserung des Landschaftswasserhaushaltes sind eng verknüpft mit der Grundwasserbewirtschaftung. Im Rahmen der Flussgebietsarbeit wurden alle wesentlichen Akteure befragt, Informationen gesammelt, Probleme analysiert, Handlungsoptionen abgeleitet und die Erkenntnisse in Flussgebietssteckbriefen zusammengefasst. Ein weiterer wichtiger Teil ist die Begleitung der Umsetzung des LNWK durch den Aufbau kontinuierlicher Kommunikationsstrukturen, der Entwicklung von Strategien für regionale Bewirtschaftungs-/Niedrigwasserkonzepte und die Unterstützung & Initiierung erforderlicher konkreter Maßnahmen, z.B. unter Nutzung der LWH-Förderrichtlinie oder weiteren Förderprogrammen des Landes Brandenburg. Wesentliche Einzelmaßnahmen sind die Sanierung von Stauanlagen, Anpassung von Poldern und Schöpfwerken, die Revitalisierung von Kleingewässern, Teichen und Söllen, die Rücknahme der Entwässerung von Hochflächen, Speisungsgebieten und Quellgebieten, z.B. durch die Anpassung von Drainagen, die Verkleinerung von Gewässerprofilen oder das Verplomben von Gräben, und eine angepasste Oberflächen- und Grundwasserbewirtschaftung.

Anhand eines Beispiel-Einzugsgebietes im Flussgebiet Mittlere Spree wird die Vorgehensweise der Ableitung und Beginn der Umsetzung von zielgerichteten Maßnahmen zur Verbesserung des Landschaftswasserhaushaltes, unter Beachtung der vorliegenden Datengrundlage, Einzugsgebietseigenheiten (z.B. bergbaulicher Einfluss, Stauregulierung,) und unter Beachtung weiterer Belange (z.B. weitere Nutzungsansprüche, Hochwasserschutz, WRRL, Grundwasserbewirtschaftung, bestehende Landnutzung) vorgestellt.

Vielerorts führen rückläufige Grundwasserneubildungsraten, hervorgerufen durch länger währende Trockenperioden [1] und veränderte Niederschlagsmuster infolge des Klimawandels, zu wachsenden Nutzungskonflikten hinsichtlich der Ressource Grundwasser. Gleichzeitig wird deutlich, dass die Nutzungsansprüche aus Landwirtschaft [2], öffentlicher Wasserversorgung und Industrie – ebenso wie der Bedarf an Wasser zum Schutz ökologisch sensibler Lebensräume – perspektivisch steigen werden. Damit gewinnen Maßnahmen für eine nachhaltige und effektive Grundwasserbewirtschaftung zunehmend an Bedeutung, um die Verfügbarkeit von Wasser – sowohl in quantitativer als auch in qualitativer Hinsicht – langfristig zu sichern.

Im Rahmen des Förderprogramms „Klimafolgenanpassung Wasserwirtschaft“ wird derzeit ein modellbasiertes Wassermengenmanagementkonzept für den Landkreis Grafschaft Bentheim aufgestellt. Die Grundlage bildet ein kreisweites, gekoppeltes Strömungsmodell. Die Modellierung wird unter Anwendung der Software HydroGeoSphere (HGS, [3]) durchgeführt. Diese ermöglicht die direkte Kopplung von gesättigter Zone, ungesättigter Zone und oberirdischem Abfluss auf Basis eines physikalisch begründeten, numerischen Ansatzes.

Für die Beschreibung des Ist-Zustandes erfolgte zunächst eine umfangreiche Datenrecherche. Den Zeitraum 2011 bis 2023 betrachtend wurden Informationen zu erteilten Wasserrechten, realen Entnahmen aus Grund- und Oberflächenwasser, (Grund)-Wasserständen sowie Abflüssen entlang der Vorfluter innerhalb der Modellkulisse zusammengetragen. Insgesamt zeigte sich ein deutlicher Trend zu steigenden Grundwasserentnahmen, der primär auf den erhöhten Wasserbedarf von Akteuren der Landwirtschaft zurückzuführen ist. Das Volumen der erteilten Wasserrechte stieg von rund 22 Mio. m³/a im Jahr 2011 auf etwa 31 Mio. m³/a im Jahr 2023 (Abb. 1). Die mit Abstand höchsten Entnahmedichten wiesen die Grundwasserkörper „Niederung der Vechte rechts“ und „Itter“ auf, was deren große wasserwirtschaftliche Bedeutung für den Landkreis Grafschaft Bentheim herausstellt.

Nach Kalibrierung und Validierung des gekoppelten Strömungsmodells erfolgen Prognoserechnungen unter Berücksichtigung anerkannter klimatischer Szenarien, aber auch unter Implementierung verschiedener wasserwirtschaftlicher Maßnahmen. Die Präsentation erster Ergebnisse im Rahmen der Tagung ist vorgesehen. Im Sinne eines partizipativen Ansatzes wurden lokale Akteure frühzeitig in die Projektarbeit eingebunden, um gemeinsam praxisnahe Handlungsoptionen zu entwickeln und deren Akzeptanz zu fördern. Ziel ist die Entwicklung robuster Bewirtschaftungsstrategien, die unter veränderten klimatischen Bedingungen langfristig tragfähig, ökologisch nachhaltig und sozial gerecht sind.

Literatur:

[1] Berghuijs, W.R., Collenteur, R.A., Jasechko, S. et al. (2024). Groundwater recharge is sensitive to changing long-term aridity. Nat. Clim. Chang. 14, 357–363 (2024).

[2] Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie und Klimaschutz (MU) (2024): Runderlass Mengenmäßige Bewirtschaftung des Grundwassers (RdErl. d. MU v. 23. April 2024 – 23‑62011/010). In: Niedersächsisches Ministerialblatt, Nr. 223.

[3] Brunner, P., Simmons, C. T. (2012). HydroGeoSphere: A fully integrated, physically based hydrological model. Groundwater, 50(2), 170-176.

Im mittleren Pegnitztal östlich von Nürnberg wird das Grundwasservorkommen im Sandsteinkeuper intensiv zur öffentlichen Trinkwasserversorgung genutzt. Neben konkurrierenden industriellen Entnahmen führen insbesondere anthropogene Belastungen in dicht besiedelten Industriegebieten zu einer erhöhten Gefährdung der Grundwasserqualität. Um die zukünftige Versorgungssicherheit und den nachhaltigen Umgang mit der Ressource Grundwasser zu gewährleisten, haben sich vier kommunale Wasserversorgungsbetriebe, die zusammen ca. 5 Mio m³/a Trinkwasser fördern, strategisch zusammengetan, um eine Wasserhaushalts- und Grundwassermodellierung für eine integrierte Betrachtung des verfügbaren Grundwasserdargebotes und des Wasserbedarfs im Nürnberger Land zu beauftragen. Zielstellungen sind, weiterhin regional und dezentral Trinkwasser für die Bürger aus den eigenen Trinkwasserfassungen zu produzieren und um mögliche Nutzungs- und Verteilungskonflikte untereinander aber auch in Bezug auf eine große angrenzende konkurrierende Nutzung erkennen und quantifizieren zu können. Das Projekt wurde intensiv durch das zuständige Wasserwirtschaftsamt und die Untere Wasserbehörde begleitet, da ein integraler Ansatz beim Wassermanagement aus behördlicher Sicht insbesondere auch vor dem Hintergrund der Trinkwassereinzugsgebietsverordnung (TrinkwEGV) als zielführend erachtet und unterstützt wird.

Es wurde ein hochwertiges hydrogeologisches Strukturmodell mit Leapfrog Works erstellt, das eine detailgetreue Abbildung der hydrogeologischen Verhältnisse ermöglicht und auch durch eine extrem feine Diskretisierung (1 m) z.B. die Interaktion zwischen Fließgewässern und Grundwasser hochgenau nachbilden kann. Das Wasserhaushaltsmodell und die Kopplung zum Gewässersystem wurden mit MIKE SHE und MIKE Hydro River umgesetzt (ca. 1940 km² Modellgebiet). Das Grundwasserströmungs­modell wurde in FEFLOW aufgebaut (ca. 990 km²). Das Modell bildet die hydraulischen Wechsel­wirkungen zwischen den einzelnen Gewinnungsgebieten und Grundwasserstockwerken detailliert ab. Insbesondere die komplexen, dynamischen Wechselwirkungen zwischen Grundwasser und Gewässern konnten mit diesem Modellierungsansatz abgebildet werden, die im Modellgebiet entscheidend für die effektiven Fließbewegungen, Einzugsgebiete und Austauschvorgänge sind.

Mithilfe des Modells konnten Einzugsgebiete und Wechselwirkungen verschiedener Grundwasser­nutzungen quantifiziert und Szenarien zur zukünftigen Entnahmesituation unter Berücksichtigung der Auswirkungen des Klimawandels simuliert werden. Wesentliche Ergebnisse sind:

• Grundwasserneubildungsrate mit Prognose der Entwicklung bis zum Jahr 2100,
• Wasserspiegel und Abflüsse in den Oberflächengewässern,
• Berechnung der Grundwasserströmung in einem hochkomplexen hydrogeologischen System,
• Veränderung von Zustrom- und Fassungsbereichen der Trinkwasserfassungen vor dem Hintergrund der prognostizierten Veränderung der Wasserhaushaltsglieder.

Zudem wurden mit Hilfe einer Stofftransportmodellierung potenzielle Gefährdungen durch bestehende Kontaminationen bewertet und hierbei auch die Auswirkungen von Veränderungen der Betriebsregimes einzelner Wasserfassungen auf die konkreten Wirkungspfade und Transportwege der Schadstoffausbreitung betrachtet.

Das entwickelte Modell stellt ein zentrales Werkzeug für das zukünftige Wasserressourcen- und Risikomanagement der beteiligten Versorger dar und ermöglicht eine fundierte Entscheidungsbasis für nachhaltige Bewirtschaftungsstrategien.

Die Region Borken in Norddeutschland steht angesichts des Klimawandels und eines steigenden Wasserbedarfs vor wachsenden Herausforderungen im Bereich der Wasserbewirtschaftung. Verlängerte und intensivere sommerliche Trockenperioden sowie extreme Starkregenereignisse treten zunehmend häufiger auf und führen zu Sorgen hinsichtlich Wasserknappheit und Hochwasserrisiken. Diese Veränderungen betreffen insbesondere Landwirte, Trinkwasserversorger und private Industriebetriebe, die sich zunehmend um mögliche Einschränkungen bei Wasserentnahmerechten sorgen. Die Bewältigung dieser Herausforderungen erfordert eine ganzheitliche Strategie für das Wassermanagement.

Daher wurde ein integriertes Wasserbilanzmodell entwickelt, um die regionale Wasserressourcenplanung zu unterstützen und aktuellen sowie zukünftigen Herausforderungen zu begegnen. Es ist geplant, dieses Modell zu einem operationellen System weiterzuentwickeln, das eine Echtzeitüberwachung und -steuerung der Wasserressourcen ermöglicht. Dieser innovative Ansatz soll eine dynamische Bewirtschaftung des Grundwassers ermöglichen. Das verfügbare Dargebot ist kein starrer Mittelwert mehr, sondern kann durch lokale Maßnahmen zur Grundwasseranreicherung („MAR“) künstlich erhöht werden.

Für die Abbildung der komplexen Wechselwirkungen zwischen Grundwasser, Oberflächenwasser und ungesättigter Zone sind fortschrittliche Modellierungswerkzeuge erforderlich. Das hydrologische Modell für Borken basiert auf der Software MIKE SHE, die hochauflösende zeitliche und räumliche Simulationen erlaubt. Der integrierte Modellierungsansatz bietet detaillierte Einblicke in die Wasserbilanz des Einzugsgebiets und berücksichtigt alle Wechselwirkungen des hydrologischen Kreislaufs. Nur anhand dieses Ansatzes lassen sich die grundwasserseitigen Anreicherungen durch Kleinstaue im Fließgewässer zuverlässig bewerten.

Das Modell enthält ein dreidimensionales Grundwasserströmungsmodul, das auf einem hydrogeologischen Modell basiert und umfassende Einblicke in die Dynamik des Untergrunds liefert. Die ungesättigte Zone – ein entscheidender Bereich, der die Grundwasserneubildung sowie die Aufteilung von Niederschlägen in Versickerung und Abfluss beeinflusst – wird mit hoher Genauigkeit modelliert. Dabei werden Bodenparameter, Feuchtegehalt und Evapotranspiration berücksichtigt.

Zudem ist das Modell mit einem eindimensionalen Flussmodell auf Basis der MIKE+-Software gekoppelt. Diese Kopplung gewährleistet einen nahtlosen Austausch von Wasserflüssen zwischen Grundwasserleiter und Oberflächengewässern. Auch anthropogene Einflüsse wie Grundwasserentnahmen, Bewässerung, Entwässerungssysteme und wasserbauliche Steuerbauwerke sind in einem geschlossenen System berücksichtigt. Das Modell ist sowohl an Grundwasserstandsdaten als auch an Abflussmessungen von Flüssen kalibriert.

Das Modell wurde, wie beschrieben, kalibriert und wird bereits zur Bewertung verschiedener Rückhaltemaßnahmen eingesetzt. Mit diesem integrierten Modell erhalten die Akteure im Wassereinzugsgebiet Borken eine fundierte Entscheidungsgrundlage, um adaptive Wassermanagementstrategien zu entwickeln und die durch den Klimawandel bedingten Risiken wirksam zu minimieren.