Auswirkungen auf die Wasserbilanz

Klimatologische "Stellschrauben" der Wasserbilanz

Die Wasserbilanz ist die mengenmäßige Aufteilung von Niederschlag, Verdunstung und Abfluss

Die Wasserbilanz eines Gebietes stellt vereinfacht das Gleichgewicht zwischen Niederschlag, Verdunstung und Abfluss dar. Anhand dieses Gleichgewichts lässt sich abschätzen, ob in einem Gebiet natürlicherweise viel oder wenig Wasser zur Verfügung steht.

Zum Weiterlesen

Die Seite erläutert

• was man unter der Wasserbilanz versteht,
• welche Veränderungen wir bereits beobachten und
• was wir zur zukünftigen Entwicklung wissen.

Detailliertere Informationen für Fachnutzer finden Sie in unseren Publikationen in der Seitenspalte oder am Ende der Seite unter "Weiterführende Informationen".

Was ist die Wasserbilanz und was hat der Klimawandel damit zu tun?

Die Wasserbilanz beschreibt einen Gleichgewichtszustand von Wassermengen in einem Gebiet. Grundlegend gilt:

Niederschlag minus Verdunstung = Direktabfluss plus Grundwasserneubildung

Aufteilung der Wasserbilanzgrößen in Bayern im Bezugszeitraum 1971 bis 2000

Der Niederschlag fällt in Form von Regen, Schnee, Tau oder Nebel. Durch die Verdunstung der Pflanzen und über den Boden gelangt ein Teil dieses Wassers wieder in die Atmosphäre zurück. Hohe Lufttemperaturen, Sonneneinstrahlung, geringe Luftfeuchtigkeit und Wind sind wichtige klimatische Faktoren, die zu einer hohen Verdunstungsmenge führen. Der Anteil des Niederschlagswassers, der nicht verdunstet, wird abflusswirksam und als Gesamtabfluss bezeichnet. Wasser, das auf kurzen Wegen einem Gewässer zufließt, ist der Direktabfluss. Die verbleibende Menge, die bis ins Grundwasser versickert, ist die Grundwasserneubildung.

Für die Grundwasserneubildung ungünstig sind Starkregenereignisse. Diese bringen viel mehr Wasser als binnen kurzer Zeit versickern kann. Das Wasser fließt oberflächlich ab anstatt in tiefere Bodenschichten und letztlich ins Grundwasser zu gelangen.

Über das Jahr betrachtet fallen in Bayern im Mittel 939 mm Niederschlag. Davon verdunstet mehr als die Hälfte wieder. Direktabfluss und Grundwasserneubildung betragen je etwas weniger als ein Viertel der Niederschlagsmenge. Die Kooperation KLIWA verwendet bei allen Auswertungen zum Wasserhaushalt zu Vergleichszwecken den Zeitraum 1971 bis 2000 als Referenzzeitraum.

Noch mehr zur Wasserbilanz und den maßgeblichen Wasserhaushaltsgrößen in Bayern ist auf der nachfolgenden Seite beschrieben. Die dort zu findenden langjährigen Mittelwerte beruhen auf einer älteren Modellvariante. Sie unterscheiden sich daher leicht von den hier angegebenen, das grundlegende Verhältnis ist aber gleich.

• Wasserkreislauf und –bilanzen

Der Klimawandel kann neben steigenden Temperaturen auch Änderungen in der Niederschlagshöhe, -intensität und des Jahresgangs verursachen. Fällt beispielsweise mehr Niederschlag, ohne dass sich die Verdunstungsmenge ändert, steht mehr Wasser für den Abfluss zur Verfügung. Verdunstet dagegen mehr ohne dass es mehr regnet, nimmt auch die Abflussmenge ab.

Die Verdunstung hängt stark von der Lufttemperatur ab. Steht unbegrenzt Wasser zur Verfügung, verdunstet so viel, wie entsprechend der Temperatur und anderer meteorologischer Größen möglich ist ("Potenzielle Verdunstung"). Da Boden und Pflanzen abhängig von der Niederschlagssumme nur über eine begrenzte Wassermenge verfügen, fällt die sogenannte "Reale Verdunstung" geringer aus und kann mit steigender Lufttemperatur auch nicht unbegrenzt zunehmen. Die potenzielle Verdunstung, hingegen, kann weiterhin stark ansteigen. Der damit verbundene hohe Wasserverlust wird beispielsweise für kleine, abflussarme natürliche Gewässer und Fischteiche problematisch.

Welche Veränderungen beobachten wir?

Naturräumlich-hydrogeologische Einheiten Bayerns

Die Änderungen der wesentlichen Wasserbilanzgrößen untersucht die Kooperation KLIWA für den Beobachtungszeitraum ab mindestens 1951. Aussagen sind sowohl für Bayern als auch für naturräumlich-hydrogeologische Raumeinheiten möglich (siehe Abbildung links).

Für diese Fragestellung wird das Bodenwasserhaushaltsmodell GWN-BW verwendet, da wesentliche Größen wie Verdunstung und Gesamtabflusshöhe in der Fläche nur schwer messbar sind. Daher wurde auf eine Simulation auf Basis gemessener meteorologischer Daten (Temperatur, Niederschlag, etc.) zurückgegriffen. Das Bodenwasserhaushaltsmodell GWN-BW, mit dem u.a. auch die Karten zur Wasserwirtschaft erstellt wurden (s.u.), bildet den Wasserhaushalt in Bayern für ca. 105.000 Einzelflächen in Abhängigkeit von Landnutzung und Boden ab. Zusätzlich können flussgebietsbezogene Betrachtungen auch mit weiteren Wasserhaushaltsmodellen in KLIWA durchgeführt werden. Mehr zu GWN-BW erläutert die nebenstehende Methodenseite.

Wesentliche Beobachtungen zu den Wasserbilanzgrößen:

• Jahresniederschlag: kein klarer ("signifikanter") Trend, aber seit 2003 überwiegend unterdurchschnittlich und damit eher trockener.
• Tatsächliche Verdunstung: seit Mitte der 1980er Jahre ist eine leichte Tendenz zu höheren Werten erkennbar, die jedoch durch das Niederschlagsangebot begrenzt ist.
• Direktabfluss: keine eindeutige Tendenz, aber seit 2003 überwiegend durchschnittlich.
• Grundwasserneubildung: Entwicklung vergleichbar Niederschlag (s.o.), seit 2003 bestenfalls durchschnittliche Grundwasserneubildungsraten.

Beispiele für weitergehende Auswertungen zu vergangenen und zukünftigen Veränderungen in der Wasserbilanz finden sich u.a. in den KLIWA-Heften 12, 17 und 21 (am Ende dieser Seite).

Was können wir für die Zukunft sagen?

Die mögliche Entwicklung der Wasserbilanzgrößen in der Zukunft wurde ebenfalls mit dem Bodenwasserhaushaltsmodell GWN-BW ermittelt. Anstelle der meteorologischen Messreihen wurden Ergebnisse aus regionalen statistischen Klimaprojektionen als Basis verwendet. Die Methodik und verwendeten Modelle sind in KLIWA-Heft 17 detailliert beschrieben.

Derzeit beruhen die Aussagen noch auf Klimaprojektionen des 4. IPCC-Berichtes. Die für 2020 geplanten weiteren Auswertungen zur Zukunft nutzen das KLIWA-Ensemble. Dieses besteht aus plausibilitätsgeprüften Klimaprojektionen mit dem Antriebs-Szenario RCP8.5. Auf das KLIWA-Ensemble geht die nebenstehende Seite Methoden und Werkzeuge\Blick in die Zukunft ein.

Zusammengefasst deuten die derzeit vorliegenden Erkenntnisse darauf hin, dass zukünftig zu erwartende Änderungen bei Niederschlag und Temperatur (v.a. Regen statt Schnee, mehr potenzielle Verdunstung, Starkregen=schneller und höherer Direktabfluss) in Summe zu Lasten der Grundwasserneubildung gehen werden.