Auswirkungen auf das Grund- und Bodenwasser

Die öffentliche Wasserversorgung stützt sich in Bayern überwiegend auf die Nutzung von Grundwasser. Im Sinne einer nachhaltigen Nutzung kommt der Grundwasserneubildung eine wichtige Rolle bei der Bilanzierung der Wasserressourcen zu. Klimatisch bedingte Veränderungen haben Auswirkungen auf den gesamten Wasserhaushalt und letztlich auch auf die Grundwasserneubildung und Grundwasserstände.

Zum Weiterlesen

Die Seite erläutert

• den Einfluss des Klimawandels auf Grund- und Bodenwasser,
• welche Veränderungen wir bereits beobachten und
• was wir zur zukünftigen Entwicklung wissen.

Ein breites Angebot an grundlegenden Informationen zum Grundwasser sowie Informationen für Fachnutzer bietet das LfU unter "Weiterführende Informationen" am Ende dieser Seite oder in unseren Publikationen in der Seitenspalte.

Einfluss des Klimawandels auf Grund- und Bodenwasser

Die Grundwasserneubildung ist eine Wasserbilanzgröße und gibt an, wie viel Niederschlagswasser natürlicherweise in den Grundwasserspeicher gelangt. Damit lässt sich abschätzen, wie gut sich die Ressource Grundwasser regeneriert. Grundwasser wird in Bayern für gewöhnlich überwiegend während des Winterhalbjahrs neu gebildet.

Durch den Klimawandel steigt nicht nur die Lufttemperatur, auch die Niederschlagshöhe, -intensität und der Jahresgang können sich ändern. Das wirkt sich auf den gesamten Wasserhaushalt aus und damit auch auf die Grundwasserneubildung. Insbesondere wenn die "Verlustgrößen" der Wasserbilanz – die Verdunstung und der Abfluss – zunehmen oder im Winterhalbjahr weniger Niederschlag fällt, bleibt weniger für die Grundwasserneubildung übrig. All das kann geringere Grundwasserstände und Quellschüttungen bewirken.

Der Trockenheitsindex ist ein Indikator für Wasserknappheit im Boden. Er beschreibt die Anzahl an Tagen pro Jahr, an denen der Wassergehalt im Boden einen für die Pflanzen kritischen Wert unterschreitet (<30% der nutzbaren Feldkapazität (nfK)). Der Trockenheitsindex an einem Standort hängt davon ab, wie viel Wasser der Bodenwasserspeicher dort generell fassen kann und wie viel Niederschlag fällt.

• Poren

Welche Veränderungen beobachten wir?

Die Veränderungen von Grund- und Bodenwasser sind in der Fläche nur schwer messbar, so dass diese unter Verwendung des Bodenwasserhaushaltsmodells GWN-BW berechnet werden. Für Bayern liegen flächendeckende Modellergebnisse für den Zeitraum 1951 bis 2023 vor. KLIWA-Heft 21 (Link siehe unten) beschreibt detailliert die Entwicklung von 1951 bis 2015. Darauf aufbauende Auswertungen einschließlich 2023 fassen die folgenden Abschnitte zusammen.

Grundwasserneubildung

Entwicklung der Grundwasserneubildung aus Niederschlag in Bayern von 1951 bis 2023

Die mittlere jährliche Grundwasserneubildung des Referenzzeitraums 1971 bis 2000 beträgt in Bayern rund 176 mm/a. Das dargestellte Säulendiagramm zeigt die Werte der einzelnen Jahre von 1951 bis 2023. Die Farben symbolisieren, wie sich der einzelne Jahreswert gegenüber dem Referenzzeitraum einordnet: Bei blauen Balken ist der Jahreswert größer als 203 mm und somit größer als 75 % aller Werte im Referenzzeitraum. Der Jahreswert bei roten Balken liegt unter 147 mm, ist also kleiner als 25 % der Referenzjahre. Jahre mit beigefarbenen Balken liegen im mittleren Wertebereich (größer 25 % und kleiner 75 %). Unterhalb der Jahresachse gibt die Grafik zudem die Mittelwerte der Grundwasserneubildung in den Jahrzehnten und im Zeitraum 2021 bis 2023 an.

Im Zeitraum 1951 bis 2002 wechselten sich mehrjährige Nass- und Trockenperioden ab. Dabei wurden die Grundwasserspeicher überwiegend während der neubildungsreichen Nassjahre aufgefüllt. Bedingt durch gestiegene Temperaturen tendieren die Verdunstungsraten seit Anfang der 1990er Jahre hin zu höheren Werten. Gleichzeitig fielen die Winterniederschläge seit der Jahrtausendwende überwiegend geringer aus. Beide Faktoren führten zu einer verminderten Grundwasserneubildung. Die beigefarbenen und roten Balken verdeutlichen: Seit dem Jahr 2003 ist die Grundwasserneubildung gegenüber dem langjährigen Mittel insgesamt eher unterdurchschnittlich (-15 %, Betrachtung bis 2023).

Trockenheitsindex

Der mittlere Trockenheitsindex für den Zeitraum 1971 bis 2000 liegt in Bayern bei 38 Tagen/Jahr. Vergleicht man die Einzeljahre miteinander, variieren die Werte aber sehr stark. In Nassjahren ist der Trockenheitsindex eher gering, in Trockenjahren eher hoch. Eine Tendenz zur Zunahme des Trockenheitsindex ist insbesondere seit dem Beginn der 1990er Jahre zu erkennen. Vor allem während der Frühlings- und Sommermonate nahm die Bodentrockenheit zu. Die drei seit 1951 höchsten Werte des Trockenheitsindex traten in der Periode ab 2003 auf. Das Jahr 2018 war mit 111 Tagen gegenüber dem langjährigen Mittel überdurchschnittlich trocken, gefolgt vom Jahr 2003 mit 105 Tagen und 91 Tagen im Jahr 2015.

Grundwasserstände und Quellschüttungen

KLIWA untersucht auch das Langzeitverhalten an repräsentativen Grundwasser- und Quellmessstellen in Bayern mithilfe von statistischen Methoden. Im Ergebnis sanken die gemessenen Grundwasserstände und Quellschüttungen tendenziell bei rund 3/4 der Messstellen innerhalb des jeweiligen gesamten Messzeitraums.

Außerdem haben Grundwasserstände und Quellschüttungen üblicherweise einen Jahresgang, der sich zeitverzögert an der Grundwasserneubildung orientiert. Die Auswertungen ergaben, dass der jeweilige Maximalwert im Jahresverlauf überwiegend früher auftritt. Dies ist auch ein Resultat wärmerer Winter und abnehmender Schneedecke und kann zur Folge haben, dass sich die sommerlichen Niedrigwasser-perioden verlängern. Da sich die öffentliche Wasserversorgung in Bayern primär auf die verfügbaren Grundwasserressourcen stützt und zudem die Oberflächengewässer in Trockenzeiten überwiegend aus dem Grundwasser gespeist werden, kann dies weitreichende wasserwirtschaftliche Konsequenzen haben. Mehr dazu findet sich in KLIWA-Heft 16 (Link siehe unten) und weiteren Auswertungen.

Was können wir für die Zukunft sagen?

Die zukünftig zu erwartenden Änderungen bei Niederschlag und Temperatur (v.a. Regen statt Schnee, Starkregen=schneller Abfluss, Zunahme der Verdunstung) gehen in Summe zu Lasten der Grundwasserneubildung. Das hat voraussichtlich auch Auswirkungen auf die zukünftige Entwicklung der Grundwasserstände und Quellschüttungen. Wie sich dies im Einzelnen auf das Grundwasserdargebot und die örtliche Wasserversorgung in bestimmten Gegenden auswirkt, ist außerdem von der regionalen Hydrogeologie abhängig. KLIWA untersucht diese Fragestellungen in Fallstudien gezielt mit Klimaprojektionen und darauf aufbauenden (Boden-)Wasserhaushaltsmodellen. Ergänzend werden mit Hilfe von KLIWA-Stresstests zusätzliche Erkenntnisse gewonnen. Die Ergebnisse der Untersuchungen fließen u.a. in die Wasserversorgungsbilanzen der Regierungsbezirke ein.

Durch steigende Temperaturen muss in der nahen Zukunft auch mit einer weiteren Zunahme des Trockenheitsindex gerechnet werden. Dies bedeutet, dass sich die Zeiten mit erheblichem Trockenstress und Wassermangel verlängern werden, was regional u.a. zu einem zusätzlichen landwirtschaftlichen Bewässerungsbedarf führen kann.