Hydrologie und Wasserbewirtschaftung
53. Jahrgang, Heft 5,
Oktober 2009
Autor/Autorin:
Axel Bronstert, David Kneis und Heye Bogena
Schlagworte:
Hydrologischer Wandel, Interaktionen, Modellierung Menge und Güte, Rückkopplungen
Der Wasserkreislauf ist schon von Natur aus, aber oftmals verstärkt durch anthropogene Auswirkungen, ein dynamisches System. Ein Hydrologischer Wandel stellt sich in spezifischen Naturraumbedingungen und in unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen verschieden stark ausgeprägt dar. Die Änderungen beeinflussen die Menge und Qualität der Wasserressourcen und damit die Lebensgrundlagen der Menschen und die ökologischen Rahmenbedingungen. Zudem können hydrologische Extreme, also Hochwasser- und Dürreereignisse, sich aufgrund eines Hydrologischen Wandels verschärfen, was zu erheblichen ökonomischen und gesellschaftlichen Problemen führen kann.
Der durch den Menschen mit verursachte Hydrologische Wandel kann auf drei Hauptursachen zurückgeführt werden: Erstens ändert sich momentan deutlich das globale Klima. Die geänderten regionalen Wasser- und Energieflüsse an der Landoberfläche wirken sich direkt auf den terrestrischen Wasserkreislauf aus. Der zweite wichtige Punkt ist die Landbedeckung und -bewirtschaftung, welche sich in den letzten Jahrzehnten und Jahrhunderten infolge geänderter Land- und Forstwirtschaft aber auch aufgrund von Industrialisierung und Siedlungsaktivitäten sehr stark und großräumig geändert haben. Letztlich werden die Wasserressourcen mehr denn je für den Menschen genutzt, besonders für Zwecke der Landwirtschaft, Industrie und Schifffahrt.
Wenn sich der regionale terrestrische Wasserkreislauf ändert und Gegenmaßnahmen notwendig oder zumindest wünschenswert sind, ist es aus wissenschaftlicher Sicht zwingend erforderlich, das Ausmaß und den Mechanismus dieser Änderungen zu verstehen sowie mögliche anthropogene Ursachen zu identifizieren und zu quantifizieren. Allerdings ist die Rolle der Wechselwirkungen und Rückkopplungen zwischen einzelnen Prozessen und Kompartimenten des Wasserkreislaufs oft unklar oder auch die Bedeutung von Interaktionen zu anderen Teilsystemen des Erdsystems (z.B. Atmosphäre; Vegetation). Diese offenen Fragen begrenzen erheblich die Möglichkeiten für eine Prognose von transienten hydrologischen Bedingungen und von deren Auswirkungen.
Der Beitrag stellt kurz Beispiele zum hydrologischen Wandel vor, und thematisiert deren Identifizierbarkeit, auftretende Interaktionen und mögliche Rückkopplungen. Aktuelle Möglichkeiten und Grenzen der Modellierung werden anhand zweier Studien zu Fragen der Wassermenge und Wassergüte demonstriert: eine für das Fluss-Seen-System der Mittleren Havel und die andere im Wahnbach-Einzugsgebiet. Die dafür eingesetzten gekoppelten Modellsysteme bestehen aus einer Reihe hintereinander geschalteter Modelle (sog. Ein-Wege-Kopplung). Modellsysteme welche die Effekte von Prozessrückkopplungen abbilden können (sog. Zwei-Wege-Kopplungen) befinden sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium. Es wurde deutlich, dass die verwendeten Modelle die beobachtete Dynamik des Wasserkreislaufs und ausgewählter Stoffströme der untersuchten Systeme beschreiben und nachzuvollziehen können. Allerdings ist zu beachten, dass die simulierten Zeiträume und Szenarien nur moderat transiente Änderungen darstellten, wodurch die eingesetzte Technik der Ein-Wege-Kopplung einsetzbar erscheint. Weiterhin konnte die mit der Modellierung einhergehende Unsicherheit quantifiziert werden, wobei gezeigt wurde, dass sie zwar erheblich ist aber durchaus auch abgrenzbar und unterscheidbar von den Auswirkungen einer geänderten internen Systemdynamik oder geänderten Randbedingungen.
