GLOWA-Elbe - Auswirkungen des globalen Wandels auf Umwelt und Gesellschaft im Elbegebiet

Hintergrund und Ziele

Das Projekt GLOWA-Elbe ist ein Teilvorhaben des Projekts "Globaler Wandel des Wasserkreislaufes" (GLOWA). Übergeordnetes Ziel von GLOWA ist die Entwicklung von Entscheidungsunterstützungssystemen (DSS), die ein nachhaltiges Management der lebensnotwendigen Ressource Wasser ermöglichen sollen. Dabei sollen wissenschaftlich fundierte, integrative Strategien zur Sicherstellung der Verfügbarkeit, der Qualität und der Verteilung der Ressource Wasser erarbeitet werden. Berücksichtigt werden globale ökosystemare Zusammenhänge und sozioökonomische Rahmenbedingungen. Im Rahmen von Fallstudien sollen schwerpunktmäßig die Themenkomplexe ⁠Klima⁠- und Niederschlagsvariabilität, Einflüsse der Wechselwirkung zwischen Biosphäre und ⁠Landnutzung⁠ auf den Wasserhaushalt sowie Wasserverfügbarkeit und Nutzungskonflikte behandelt werden.

Die Auswirkungen des globalen Wandels auf Umwelt und Gesellschaft im Elbegebiet werden in GLOWA-Elbe I (Integrierte Analyse der Auswirkungen des Globalen Wandels auf die Umwelt und die Gesellschaft im Elbegebiet) und GLOWA-Elbe II (Wirkungen des globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen) untersucht. Dazu werden Strategien für ein nachhaltiges und zukunftsorientiertes Wassermanagement auf regionaler Ebene unter Berücksichtigung globaler Umweltveränderungen und sozioökonomischer Randbedingungen entwickelt und implementiert. Hauptforschungsthemen sind

1. die Untersuchung der natürlichen Niederschlagsvariabilität und die durch menschliche Aktivitäten verursachten Veränderungen auf den hydrologischen Kreislauf,

2. die Interaktionen zwischen hydrologischem Kreislauf, der Biosphäre und der Landnutzung und

3. die Wasserverfügbarkeit und möglichen Konflikte hinsichtlich der Wassernutzung.

In der ersten Phase von 2000 bis 2003 werden schwerpunktmäßig die Folgen eines tendenziell abnehmenden Wasserdargebots untersucht. In der zweiten Phase (2003-2006) werden zusätzlich die Auswirkungen einer höheren Eintrittswahrscheinlichkeit von Extremereignissen bearbeitet. Dies schließt sowohl Hochwasser als auch lang anhaltende Trockenheitsperioden ein. Ein wichtiges Ziel der dritten Phase (2007 bis 2010) ist die Bereitstellung der entwickelten Modelle für die Praxis und für andere wissenschaftliche Institutionen. Für GLOWA-Elbe III wird ein Projektmanagementhandbuch entwickelt, das zur Planung, Überwachung und Steuerung des Projektablaufes dient.

Die Zielsetzung für die Phase II ist die Analyse der regionalen Wirkung des globalen Wandels im Elbegebiet und daraus abzuleitende Handlungsstrategien zum Oberflächenwassermanagement. Besonderes Gewicht wird neben der Betrachtung des Klimawandels auf die Wirkungsanalyse von neuen Technologien, sozioökonomischen Wandlungsprozessen, Landnutzungswandel und von Extremereignissen gelegt. Handlungsstrategien werden für die zwei Konfliktbereiche Oberflächenwasserverfügbarkeit und Oberflächengewässergüte formuliert, analysiert und bewertet. Die Formulierung von alternativen Handlungsstrategien für diese Konfliktbereiche basiert auf einem Vergleich zum Konfliktpotenzial unter heutigen und unter Klimawandelbedingungen. Als Ergebnis werden spezifischen Handlungsstrategien für die Konfliktbereiche Oberflächenwasserverfügbarkeit und Oberflächengewässergüte sowie eine konfliktbereichsübergreifenden Empfehlung zur Anpassung des Oberflächenwassermanagements an den globalen Wandel entwickelt.

Es ist das übergreifende Ziel von GLOWA-Elbe die Risiken als auch die Optionen, die sich aus dem globalen Wandel für das ⁠Einzugsgebiet⁠ der Elbe ergeben, zu verstehen und das gewonnene Verständnis den Entscheidungsträgern der Region für die Ziele einer nachhaltigen Bewirtschaftung zukommen zu lassen. In Phase III werden vier spezifische Ziele verfolgt:

- Der etablierte Verbund von numerischen Simulationsmodellen, der in Phase I und II entwickelt wurde, soll als 'Elbe-Expert-Toolbox' für weiterführende Forschungen mit Elbebezug sowie die Planung verfügbar gemacht werden.

- Die Funktionalität der Toolbox für die Ableitung plausibler und praxisnaher Szenarien des globalen Wandels und regionalen Anpassungsstrategien sowie für die Simulation und Bewertung der Szenariofolgen auf Wasserverfügbarkeit und ⁠Gewässergüte⁠ soll an zwei Anwendungsfällen demonstriert werden: der Bewirtschaftungsplanung für die Flussgebietseinheit Elbe zur Umsetzung der Europäischen ⁠Wasserrahmenrichtlinie⁠ und der Integration von Niedrig- und Hochwassermanagement im Elbegebiet.

- Die potenziellen Nutzer sollen umfassend über Ergebnisse informiert werden.

- Die in Phase II erfolgte Einbeziehung des tschechischen Teils des Elbeeinzugsgebiets soll erweitert werden, so dass grenzüberschreitende Steuerungsmöglichkeiten des Flussgebietsmanagements explizit und umfassend berücksichtigt werden können.

Laufzeit

bis

Untersuchungsregion/-raum

Land
  • Deutschland
Bundesland
  • Baden-Württemberg
  • Brandenburg
  • Hamburg
  • Mecklenburg-Vorpommern
  • Niedersachsen
  • Sachsen
  • Sachsen-Anhalt
  • Schleswig-Holstein
Naturräumliche Zuordnung
  • Erzgebirge, Thüringer und Bayrischer Wald
  • Küste
  • Nordostdeutsches Tiefland
  • Nordwestdeutsches Tiefland
  • Südostdeutsche Becken und Hügel

Schritte im Prozess zur Anpassung an den Klimawandel

Schritt 1: Klimawandel verstehen und beschreiben

Ansatz und Ergebnisse 

Es werden Szenarien über die künftige Entwicklung der wesentlichen Randbedingungen erstellt, die die Wassermenge und die Wasserqualität im Elbeeinzugsgebiet beeinflussen. Hierzu zählen neben Szenarien für den ⁠Klimawandel⁠ auch Szenarien zur Bevölkerungsentwicklung und Siedlungsstruktur, zur Entwicklung der Energiewirtschaft, der Agrarpolitik und der ⁠Landnutzung⁠. Benutzte ⁠IPCC⁠-Emissionsszenarien sind A1 (ökonomisch bestimmte und globalisierte Welt) und B2 (ökologisch bestimmte und regionalisierte Welt). Szenarienrechnungen basieren auf dem Modellsystem ECHAM4/OPYC3. Mit Hilfe des statistischen Regionalisierungsverfahrens (STAR) werden unter Verwendung lokaler Beobachtungsdaten zwischen 1951 und 2000 die Klimawerte bis 2055 auf Tageswertbasis simuliert. Zusätzlich werden mit dem regionalen ⁠Klimamodell⁠ REMO, welches ebenfalls durch das globale Modell ECHAM4/OPYC3 angetrieben wird, die Klimaänderungen in der Elberegion zwischen 2020 und 2049 simuliert.

Parameter (Klimasignale)
  • Veränderte Niederschlagsmuster
  • Höhere mittlere Temperaturen
  • Starkniederschlag (inkl. Hagel, Schnee)
Weitere Parameter 

Veränderungen der regionalen Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse im Elberaum und insbesondere der Niederschlagsextreme, mittlere regionale Temperaturerhöhung um +1,4°C, Niederschlagsveränderung zwischen im Mittel -10% bis +7,7% (maximal +25%), höhere Eintrittswahrscheinlichkeit von Extremereignissen (sowohl Hochwasser, als auch lang anhaltende Trockenheit), Tageswerte von Temperatur, Niederschlag, Strahlung, Windgeschwindigkeit und relativer Luftfeuchte

Zeithorizont
  • mittelfristig = bis 2050
Weitere Zeitangaben 

2049, 2052, 2055

Schritt 2a: Risiken erkennen und bewerten (Klimafolgen/-wirkungen)

Analyseansatz 

Betrachtet werden die unmittelbaren und mittelbaren Folgen des globalen Wandels auf die Oberflächenwassergüte, wie auch auf die Umweltqualität und die sozioökonomische Leistungsfähigkeit der Elberegion. Dazu gehören im einzelnen Nährstoff- bzw. Schadstoffemissionen in die Oberflächengewässer, ⁠Wasserdargebot⁠, Wassernachfrage und Oberflächenwasserverfügbarkeit. Weitere Folge ist der Rückgang des Jahresniederschlags mit reduzierter ⁠Verdunstung⁠, verringertem ober- und unterirdischen ⁠Abfluss⁠ sowie geringerer ⁠Grundwasserneubildung⁠, welches Konsequenzen für landwirtschaftliche Erträge (z.B. für Wintergetreide hat). Stärkere und häufigere Starkregenereignisse führen zu Folgen für den Hochwasserschutz.

Schritt 2b: Vulnerabilität, Risiken und Chancen

Ansatz und Risiken / Chancen 

Es werden Vulnerabilitätsanalysen in verschiedenen Konfliktfeldern zur Erfassung und Bewertung der sozioökonomischen Auswirkungen durchgeführt (z.B. für die Oberflächenwassernutzungen durch Wärmekraftwerke, Industrie, Wassertransfers, Schleusen, Stickstoff-Retention, Feuchtgebiete, Grünlandwirtschaft, Wasserwerke, Teichwirtschaft sowie Tourismus an Bergbauseen). Dafür wird die Empfindlichkeit der einzelnen Nutzergruppen gegenüber geringen bzw. sinkenden Oberflächenwasserverfügbarkeiten durch quantitative und qualitative Befragungen sowie mittels Literaturstudien erhoben. Zusätzlich werden auch integrierte Strategien zur nachhaltigen Bewältigung von Wassernutzungskonflikten betrachtet, die im weiteren Sinne auch ⁠Anpassungskapazität⁠ an den globalen Wandel beinhalten können.

Schritt 3: Maßnahmen entwickeln und vergleichen

Maßnahmen und/oder Strategien 

Im Rahmen eines globalen Wandels müssen für das Wassermanagement Anpassungsmaßnahmen entwickelt werden.

Ziel ist die Entwicklung eines integrativen methodischen Ansatzes (IMA) als Bestandteil eines Wassermanagements. Dabei handelt es sich um einen methodischen Formalismus der Systemanalyse, der zielorientierte Szenarienanalysen unter Einbeziehung von Nutzern und Betroffenen erlaubt. Der IMA umfasst Definitionen und Kategorien für die Problemformulierung sowie eine Schrittfolge für die Szenarienanalyse. Gleichzeitig repräsentiert der IMA eine anwendungs- und praxisnahe Forschungsphilosophie zur Bewertung von Handlungsstrategien unter Bedingungen von Unsicherheiten hinsichtlich des globalen Wandels. Er beinhaltet vier Forschungsschritte:

1. Szenarienableitung: Ableitung von Szenarien möglicher zukünftiger Entwicklungen von einerseits Veränderungen der allgemeinen, regional nicht direkt beeinflussbaren Rahmenbedingungen (⁠Klima⁠, Weltmarkt) sowie andererseits Maßnahmen durch die Akteure (entsprechend den gegebenen Handlungsoptionen);

2. Bestimmung von Indikatoren und Kriterien: Festlegung spezifischer Nachhaltigkeitsindikatoren und Kriterien zur Bewertung der Auswirkungen;

3. Wirkungsanalysen: Folgenanalyse unter Verwendung verfügbarer Daten, Modelle, Expertenwissens, Literatur usw.;

4. Bewertung: Bewertung mit Hilfe von multikriteriellen Analysen sowie Ableitung und Bewertung von langfristigen Handlungsempfehlungen und -strategien für die Konfliktbereiche Oberflächenwasserverfügbarkeit, Oberflächengewässergüte und Hochwasserrisiko, die für Politik und Wirtschaft der Region als Leitlinien dienen können.

Der IMA soll für die vier Schritte eine Partizipation aller Betroffenen, wie z.B. ⁠Stakeholder⁠, Entscheidungsträger in Politik und Wirtschaft, Umweltschützer und Bürger, am Forschungs- und Entscheidungsprozess ermöglichen.

Zeithorizont
  • 2036–2065
Konfliktpotential / Synergien / Nachhaltigkeit 

Es werden Konfliktanalysen für die Konfliktbereiche Oberflächenwasserverfügbarkeit (v.a. Energiesektor), Oberflächengewässergüte und Hochwasserrisiko durchgeführt. Konflikte bestehen insbesondere hinsichtlich der Wassernutzung, so dass hier integrierte Strategien für eine nachhaltige und vorausschauende Bewirtschaftung von Wasser und Gewässern entwickelt werden müssen. Im Spreegebiet werden zusätzlich die Wassernutzungskonflikte zwischen den wasserbezogenen Sektoren wie Binnenfischerei, Landwirtschaft, Tourismus im Spreewald und an den Lausitzer Seen, Naturschutz, Gewässerschutz und Braunkohlebergbau sowie zwischen den Interessen der Bundesländer Sachsen, Brandenburg und Berlin untersucht, wo sich Konflikte durch den enormen Wasserbedarf zur Flutung der Tagebaurestlöcher verschärfen können.

Schritt 4: Maßnahmen planen und umsetzen

Kosten 

sektorale Kosten-Nutzen-Analysen und monetäre Bewertungen

Wer war oder ist beteiligt?

Förderung / Finanzierung 

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

Projektleitung 

Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)

Beteiligte/Partner 

 

  • Brandenburgische Technische Universität (BTU) Cottbus, Fak. Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik, LS für Hydrologie und Wasserwirtschaft;
  • Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG), Koblenz;
  • Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung (DIW), Berlin;
  • Forschungszentrum Jülich (FZJ);
  • Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI), Karlsruhe;
  • Institut für ländliche Räume, Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FALLR), Braunschweig;
  • Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), Berlin;
  • Technische Universität (TU) Berlin;
  • Institut für Landschaftsarchitektur- und ⁠Umweltplanung⁠, FG Vergleichende Landschaftsökonomie, Institut für Agrarentwicklung in Mittel- und Osteuropa (IAMO), Halle;
  • Umweltforschungszentrum (UFZ) Leipzig-Halle GmbH, Department Ökonomie;
  • Vrije Universität Amsterdam (VUA);
  • WASY Gesellschaft für wasserwirtschaftliche Planung und Systemforschung mbH Berlin;
  • Zentrum für Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung e.V. (ZALF), Institut für Landschaftswasserhaushalt, Müncheberg

Eingebunden in die Forschungs-Dachprogramme im Bereich der interdisziplinären Wasserforschung: GWSP (Global Water System Project): Gemeinschaftsprogramm der Earth System Science Partnership, bestehend aus WCRP (World Climate Research Programme), IGBP (International Geosphere Biosphere Programme), IHDP (International Human Dimension Programme) und DIVERSITAS (Internationales Biodiversitätsforschungsprogramm), HELP (Hydrology for the Environment, Life and Policy): Querschnittsprogramm der 6. Phase des International Hydrological Programme der ⁠UNESCO⁠;

Ansprechpartner

PIK – Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung
Telegraphenberg A 31
14473 Potsdam

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Handlungsfelder:
 Biologische Vielfalt  Landwirtschaft  Raumplanung, Stadt- und Siedlungsentwicklung  Wald- und Forstwirtschaft  Wasserhaushalt und Wasserwirtschaft