In Deutschland verbraucht jeder Mensch pro Tag etwa 120 Liter Wasser allein im Haushalt. Dazu kommen erhebliche Wassermengen für Industrie, Kraftwerkskühlung und Bewässerung der Landwirtschaft. In vielen anderen Teilen der Welt ist dagegen Wassermangel an der Tagesordnung. Deshalb sind Prognosen darüber, wie viel Wasser künftig in trockenen Regionen der Erde verfügbar sein wird, von existenzieller Bedeutung. Genauso drängend ist die Frage, wie sich Stauseen, Wasserkraftwerke und bewässerte Landwirtschaft steuern und aufeinander abstimmen lassen. Antworten darauf suchen über 20 Forscherinnen und Forscher im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „Saisonales Wasserressourcen-Management in Trockenregionen: Praxistransfer regionalisierter globaler Informationen“ (SaWaM). Beteiligt daran sind auch Umweltwissenschaftler der Universität Potsdam. Ihr Ziel ist es, globale und regionale Satellitendaten und Simulationsmodelle für das regionale Wassermanagement und die saisonale Wasservorhersage nutzbar zu machen.
Wasser ist eine lebensnotwendige Ressource, die regional und saisonal sehr unterschiedlich verteilt ist. So werden bis 2025 nach Schätzungen der Vereinten Nationen voraussichtlich 1,8 Milliarden Menschen von Wasserknappheit bedroht sein. Das Wachstum der Weltbevölkerung, ein steigender Wasserverbrauch in Haushalt, Landwirtschaft und Industrie sowie – in manchen Regionen – der Klimawandel sind drei der Hauptursachen für diesen Mangel. Um Abhilfe zu schaffen, ist ein genaueres Bild der Wasserkreisläufe und -ressourcen nötig. Doch genau dazu sind oft keine oder nur unzureichende Beobachtungsdaten verfügbar. Daher sind die Wissenschaftler zunehmend auf Satellitendaten oder spezielle Simulationsmodelle angewiesen. Diese Daten und Modellergebnisse sind allerdings nicht selten recht ungenau, also mit großen Unsicherheiten behaftet. Das Projekt SaWaM hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Leistungsfähigkeit solcher hydrometeorologischen Daten und Simulationsmodelle zu untersuchen, mithilfe neu entwickelter Methoden zu optimieren – und dadurch mitzuhelfen, vielerorts das regionale Wassermanagement zu verbessern. Am Projekt sind insgesamt sieben Forschungseinrichtungen aus der Klima-, Hydrologie-, Ökosystemforschung und Fernerkundung sowie zwei deutsche privatwirtschaftliche Unternehmen beteiligt.
Bei Knappheit hilft nur Wassermanagement
Axel Bronstert, Professor für Hydrologie und Klimatologie, koordiniert das Teilprojekt „Regionale Modellierung des Wassermanagements und der hydro-sedimentologischen Prozesse sowie statistisches Downscaling zur saisonalen Vorhersage“ an der Universität Potsdam. „Wir wollen unseren Beitrag zur flächendeckenden Simulation der hydrologischen Prozesse, Bodenerosion und Verlandungen von Stauseen für große Einzugsgebiete in den Trockenregionen der Erde leisten“, erläutert er. „Dabei nutzen wir spezielle, eigens entwickelte Modellsysteme und neuartige, teilweise global verfügbare Informationen.“ Die Kombination aus spezifischen Simulationssystemen und Datenanalyseverfahren soll eine sowohl effiziente als auch nachhaltige Nutzung der knappen Wasserressourcen dieser Regionen ermöglichen. Ein besonders innovatives Instrument hierfür bieten regional gültige saisonale Vorhersagen der klimatologischen Bedingungen und der daraus resultierenden Wasserverfügbarkeiten.
Die Wissenschaftler testen und entwickeln diese Verfahren in fünf Regionen der Erde: Brasilien, Ecuador, Iran, Sudan und West-Afrika. Die Arbeiten der Universität Potsdam konzentrieren sich auf Einzugsgebiete der großen Flüsse Sao Francisco in Brasilien und Karun im Iran. Bei diesen handelt es sich um semi-aride – also halbtrockene – Regionen, in denen nur begrenzte Vorräte an Wasser existieren. Dadurch übersteigt der Bedarf oft die Ressourcen. Zugleich sind diese Gebiete besonders bedeutsam für die Länder. Die Bevölkerung wächst, die Industrialisierung nimmt zu. Die Landwirtschaft benötigt vor allen Dingen Wasser. Der Bedarf steigt, das Angebot ist aber bestenfalls konstant oder geht sogar zurück. Deshalb wird auch hier die Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage immer größer. Saisonale Wasservorhersagen für diese Regionen wären enorm wichtig, immerhin würden sie eine nachhaltige Wassernutzung ermöglichen.
Die benötigten Daten erheben die Wissenschaftler in der Regel nicht selbst, sondern erhalten sie von Universitäten sowie Energie- und Wasserbewirtschaftungsbehörden, mit denen sie vor Ort kooperieren. Knappes Wasser ist kein globales, sondern ein regionales Problem. „Trotzdem gibt es eine ganze Reihe von globalen Daten, Informationen, Modellen, die bei dessen Lösung helfen können. Beispielsweise nutzen wir Messungen der Wasserstände von Flüssen und Stauseen, die mittels Fernerkundung aus dem Weltall vorgenommen wurden“, sagt Axel Bronstert.
Von der Niederschlagsmessung zum Vorhersagemodell
In den vergangenen 15 Jahren haben sich Potsdamer Forscher eine spezielle Expertise auf diesem Feld erarbeitet: Sie entwickeln passende Computermodelle für Trockenregionen, die im Zusammenhang mit dem Wasserkreislauf stehen. Dafür nutzen sie klassische meteorologische Daten, wie Niederschlag, Temperatur, sowie Angaben zu Boden und Vegetation. Um diese sinnvoll interpretieren zu können, müssen sie stets berücksichtigen, dass deren Erhebungsgenauigkeit aufgrund der unterschiedlichen örtlichen Bedingungen sehr individuell ist. „Eine Spannbreite von plus minus 20 Prozent ist wünschenswert. Nur dann bieten die Modelle eine vertretbare Ergebnissicherheit, auf deren Grundlage die Bewirtschaftung von Wasserressourcen planbar wird“, so Axel Bronstert. Ein weiterer wichtiger Aspekt für die Wissenschaftler sind die langfristigen sogenannten saisonalen Wettervorhersagen. In den Trockenregionen mit Trocken- und Regenzeit ist es für die Bevölkerung wichtig zu wissen, wann die Regenzeit beginnt und wann mit besonders nassen oder trockenen Perioden zu rechnen ist. „Unser Projekt testet, wie zuverlässig diese Informationen sind.“ Die Stauseen in diesen Regionen werden in der Regel so gemanagt, dass sie in der Regenzeit volllaufen, um die Bewässerung und die Stromversorgung in der Trockenzeit sichern zu können. Ist beispielsweise bekannt, dass in der bevorstehenden Regenzeit mit wenig Nass zu rechnen ist, hält man in der Trockenzeit noch vorhandene Wasserreserven zurück.
Voraussetzung für den vorausschauenden Umgang mit Wasser sind entsprechende Informationen und Voraussagen. Erst mit ihrer Hilfe ist ein effektives und verantwortungsvolles Management der Stauseen auch in der Trockenzeit möglich. Für die Erstellung ihrer Modelle brauchen die Wissenschaftler das ganze Instrumentarium an Daten und neue, möglichst bis zu drei Monate vorausblickende Wettermodelle. Im Ergebnis entsteht im Projektverbund ein Online-Prototyp, der in Trockengebieten weltweit das Wassermanagement unterstützen kann.
DER WISSENSCHAFTLER
Prof. Dr. Axel Bronstert studierte Hydrologie und Wasserwesen an der Universität Karlsruhe. Seit 2000 ist er Professor für Hydrologie und Klimatologie an der Universität Potsdam.
axelbronuuni-potsdampde
DAS PROJEKT
Saisonales Wasserressourcen-Management in Trockenregionen: Praxistransfer regionalisierter globaler Informationen (SaWaM)
Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Forschungsinitiative Globale Ressource Wasser (GROW)
Laufzeit: 2017–2020
Kooperationspartner der Universität Potsdam: Universität Stuttgart, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Philipps-Universität Marburg, Technische Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung UFZ, Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum, Lahmeyer International GmbH (Bad Vilbel) und GAF AG (München) sowie eine Reihe von Partnerinstitutionen in den Ländern vor Ort
Text: Dr. Barbara Eckardt
Online gestellt: Alina Grünky
Kontakt zur Online-Redaktion: onlineredakion@uni-potsdam.de