Konzeption eines ökologischen Grundwasserentnahme-Managements am Beispiel der Wasserversorgung durch die Stadtwerke Karlsruhe
Creators: name: Wirsing, Tobias
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2019
Subjects: groundwater dependent ecosystems
GDE
groundwater management
hydroecologic vulnerability
biotic area assessment
biotic area value
grundwasserabhängige Ökosysteme
hydroökologische Vulnerabilität
biotische Flächenbewertung

description: Grundwasserabhängige Ökosysteme sind weltweit durch Entwässerung, Grundwasserentnahmen, Nähr- und Schadstoffeinträge, Einwanderung von Neobiota und den Klimawandel stark gefährdet. Die EU-Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EC vom 23. Oktober 2000) fordert daher Grundwasservorkommen derart zu bewirtschaften, dass ein Schutz und eine Verbesserung des Zustands aquatischer Ökosysteme und der direkt von ihnen abhängigen Landökosysteme und Feuchtgebiete erreicht wird. Diesem Wortlaut entspricht das deutsche Wasserhaushaltsgesetz (WHG) in § 6 (1) mit der Forderung, Gewässer nachhaltig zu bewirtschaften, um ihre Funktions- und Leistungsfähigkeit als Bestandteil des Naturhaushalts und als Lebensraum für Tiere und Pflanzen auch im Hinblick auf die direkt abhängigen Landökosysteme und Feuchtgebiete zu erhalten und zu verbessern. Vor diesem rechtlichen Hintergrund sehen sich auch kommunale Wasserversorger in der Pflicht, ihre Grundwasserentnahme-Managements, die bislang stark nach Kriterien der Versorgungssicherheit, der Wasserqualität und der Energieeinsparung betrieben werden, zu optimieren. Die Minimierung negativer Beeinträchtigungen grundwasserabhängiger Arten und Lebensräume sowie die teilweise Kompensation negativer Auswirkungen des Klimawandels sind das Ziel. Am Beispiel der Stadtwerke Karlsruhe, die etwa 400000 Menschen mit Trinkwasser aus vier Grundwasserwerken in Wäldern rund um das Stadtgebiet versorgen, sollen die Arbeitsschritte bei der Konzeption eines ökologischen Entnahmemanagements aufgezeigt werden: • Ermittlung der Steuerungsmöglichkeiten von Wassergewinnungsanlagen • Bilanzierung hydraulischer Auswirkungen im Aquifer in Raum und Zeit • Bewertung der hydroökologischen Vulnerabilität im Bewirtschaftungsgebiet Aufbauend auf einer umfangreichen geoökologischen Systemanalyse des Untersuchungsgebiets wurden ein instationäres Bodenwasserhaushaltsmodell mit Siwa on ARCVIEW sowie ein instationäres Grundwasserströmungsmodell mit FEFLOW aufgebaut. Mit diesen Modellen lässt sich die Grundwasserströmung im Untergrund für den Zeitraum 1960 bis 2013 hoch aufgelöst modellieren und die hydraulischen Auswirkungen möglicher Bewirtschaftungsszenarien ermitteln. Die Eingangsdaten des Bodenwasserhaushaltsmodells beruhen auf dem amtlichen BK 50-Datensatz, der bis Ende 2014 vom Landesamt für Geologie und Rohstoffe Baden-Württemberg für den unbebauten Bereich flächendeckend bereitgestellt wurde. Es wird ein Bewertungsansatz vorgestellt, wie die aus diesen Daten ableitbare bodenkundliche Filter- und Pufferfunktion für Schadstoffe in die etablierte hydrogeologische Vulnerabilitätsbewertung und damit ins Ressourcenmanagement von Wasserversorgern integriert werden kann. Es resultiert eine vereinfachte aber gleichzeitig fundiertere Bewertung. Vor dem Hintergrund von Versorgungssicherheit, erteilten wasserrechtlichen Bewilligungen sowie der Trinkwasserhygiene werden die geringsten realisierbaren Grundwasser-Entnahmeraten der einzelnen Wasserwerke ermittelt. Mit Szenarienberechnungen werden die hydraulischen Auswirkungen im Grundwasserleiter bestimmt, die durch eine dreimonatige Förderreduzierung in jedem der Wasserwerke mit Umverteilung der fehlenden Wassermenge auf andere Wasserwerke resultiert. Aufbauend auf diesen Berechnungen lässt sich das Bewirtschaftungsgebiet in verschiedene Managementzonen untergliedern. Um die hydroökologische Vulnerabilität des Bewirtschaftungsgebiets unter Berücksichtigung vorhandener naturschutzfachlich wertgebender Arten und Biotope zu ermitteln, war die Entwicklung einer neuen Bewertungsmethode notwendig. Diese ermöglicht es neben der etablierten Biotoptypenbewertung auch ein beliebiges Set an individuellen Arten oder Artengruppen in die ökologische Bewertung der Habitatfunktion einzubinden. Die Bewertung erfolgte auf Basis der Anhang-II-Arten der FFH-Richtlinie (92/43/EWG vom 21. Mai 1992), der nach BArtSchV (Anlage 1 Spalte 3) streng geschützten Amphibien- und Reptilienarten, der nach § 30 BNatSchG oder § 33 NatSchG geschützten Biotope und der FFH-Anhang-I-Lebensraumtypen. Aus dieser biotischen Flächenbewertung lässt sich unter Berücksichtigung von lokalem Grundwassereinfluss und art- bzw. biotopspezifischer Grundwasserabhängigkeit die hydroökologische Vulnerabilität im Bewirtschaftungsgebiet ableiten. Als Synthese aus der hydroökologischen Vulnerabilität und dem Steuerungspotential der Wasserwerke wird unter Berücksichtigung der individuellen ökologischen Valenzbereiche der bewerteten Arten ein optimiertes Grundwasser-Entnahmemanagement konzipiert. Neu ist dabei die Abkehr von etablierten Warn- und Alarmwasserständen einzelner Grundwassermessstellen, bei deren Unterschreitung der Wasserwerksbetrieb eingeschränkt wird, um die Wasserstände nicht weiter absinken zu lassen. Diese Vorgehensweise wird zumindest für das in der Rheinaue gelegene Wasserwerk für ökologisch zielführend erachtet. Die vorgeschlagene Managementmaßnahme in diesem Bereich sieht die Aufrechterhaltung einer möglichst hohen Grundwasserschwankungsamplitude mit Spitzen im Frühjahr (Vernässungen) und Tiefstständen im Spätsommer (extreme Trockenheit) vor. Weiterhin werden Maßnahmenvorschläge zur Förderung naturschutzrelevanter Tier- und Pflanzenarten über das Grün- und Freiflächenmanagement in den Wasserschutzgebieten unterbreitet. Diese stellen über die Entnahmemanagement-Maßnahmen hinaus ein nicht unerhebliches Potential zur Verbesserung der Erhaltungszustände der bewerteten Arten und Biotope dar.