Hydro-CH2018 Forschungsprojekte

Ein Ziel von Hydro-CH2018 ist die Verbesserung des hydrologischen Prozessverständnisses, um bestehende Wissenslücken bezüglich Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserressourcen in der Schweiz zu füllen. Hierzu wurden diverse Forschungsprojekte unter Beteiligung zahlreicher Schweizer Forschungsinstitutionen lanciert.

Neue hydrologische Szenarien für die Schweiz

Basierend auf den neuen CH2018-Klimaszenarien sollen in diesem Projekt die hydrologischen Szenarien für die Schweiz aktualisiert werden. Damit werden die notwendigen Grundlagen für Anpassungsmassnahmen und weiterführende Impaktstudien geschaffen. Die neue Datengrundlage erlaubt die Untersuchung der klimabedingten Veränderungen der hydrologischen Prozesse sowie die Analyse und Evaluierung der Veränderungen im Wasserkreislauf. Im Vergleich zu den alten CH2011-Szenarien können hydrologische Extreme und die Variabilität besser abgebildet werden. Ebenso erlauben die sog. transienten (zeitlich durchgehenden) Projektionen eine höhere Flexibilität in den Auswertungen.

Quantifizierung der Anteile von Schnee- und Gletscherschmelze im Abfluss

Schnee- und Gletscherschmelze
Blick vom Piz Tagliola in das Val Maighels und auf den «Glatscher da Maighels» (Vorderrhein)
© Markus Weiler

Schnee und Gletscher reagieren sehr empfindlich auf Temperaturänderungen. Die Anteile der Abflusskomponenten aus Regen, Schnee- und Gletscherschmelze entlang der Schweizer Flüsse verändern sich also im Kontext des Klimawandels. Dies hat Folgen für die Wasserverfügbarkeit, insbesondere während Trockenzeiten. In diesem Projekt werden deshalb die Abflussanteile aus Eis, Schnee und Regen für die Periode 19702100 für alle Schweizer Flussgebiete auf Tagesbasis modelliert. Dabei geht es nicht darum zu bestimmen, woher einzelne Wasserpartikel kommen, sondern darum zu quantifizieren, wie stark der Abfluss an bestimmten Tagen von den verschiedenen Komponenten abhängt, also den Effekt der Einträge von Regen sowie Schnee- und Gletscherschmelze. Interessant sind hierbei insbesondere die Anteile während Extremereignissen sowie die zeitliche Variabilität und Trends. Diese Studie ist zudem in das Projekt der Kommission zur Hydrologie des Rheins (KHR) «Abflussanteile aus Schnee- und Gletscherschmelze im Rheineinzugsgebiet» eingebettet, die das gesamte Rheineinzugsgebiet bis zum Pegel Lobith an der niederländischen Grenze untersucht.

 

Evaluation zukünftiger hydrologischer Szenarien mit stochastischen Klimadaten

In diesem Forschungsprojekt werden mit Hilfe eines stochastischen Wetter-Generators die regionalen CH2018-Klimaszenarien (Tageswerte, 12 km-Raster) auf ein 2 km-Raster und in stündlicher Auflösung transformiert. Diese hochaufgelösten Klimadaten werden dann für die hydrologische Modellierung verwendet. Dadurch soll eine Reduktion der Unsicherheit bei der Evaluation von zukünftigen hydrologischen Extremen, besonders von Starkniederschlägen und Hochwasser, erzielt werden. Die Berechnungen werden für die drei Einzungsgebiete Thur, Kleine Emme und Maggia vorgenommen und mit den Resultaten anderer Forschungsprojekte in Hydro-CH2018 verglichen.

FORHYCS-ICE: Koppelung der drei Umweltsystemmodelle Hydrologie, Gletscher und Wald zur Verbesserung der hydrologischen Zukunftsprojektionen

In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche Studien zu den Auswirkungen des Klimawandels auf einzelne Umweltsysteme durchgeführt. Diese erfolgten meistens durch Auswertung von disziplinären (Modell-)Ansätzen, welche auf ein bestimmtes System (z.B. Wald, Wasserkreislauf, Gletscher) fokussierte. In diesem Projekt werden deshalb erstmals drei solche Systemmodelle gekoppelt. Unter dem Namen FORHYCS-ICE untersucht das Projekt gleichzeitig die Auswirkungen des Klimawandles auf die Hydrologie, auf die Gletscher sowie auf die Waldentwicklung und Zusammensetzung. Ziel ist es, damit konsistentere, systemübergreifende und interdisziplinäre Aussagen machen zu können.

AgriAdapt: Auswirkungen von Klima- und Bewirtschaftungsänderungen auf Erträge und Wasserressourcen im Berner Seeland

Der Klimawandel erhöht den Pflanzenwasserbedarf in der landwirtschaftlichen Produktion. Gleichzeitig wird die Verfügbarkeit von Wasser in den Sommermonaten durch weniger Niederschlag und eine erhöhte Verdunstung abnehmen. Eine landwirtschaftliche Klimaanpassung durch Bewässerung könnte Wassernutzungskonflikte verschärfen und möglicherweise zu einer Übernutzung der Ressource führen. Dieses Forschungsprojekt widmet sich deshalb der Frage, inwiefern die landwirtschaftliche Produktion unter dem Einfluss des Klimawandels erhalten bleiben kann bzw. welche Anpassungsmassnahmen dafür notwendig sind (z.B. Bewässerung, Wahl der Kulturen). Es werden dabei auch die Auswirkungen von Klimawandel und landwirtschaftlicher Anpassung auf die Grundwasserressourcen untersucht. Als Untersuchungsgebiet wurde das landwirtschaftlich intensiv genutzte Berner Seeland gewählt. Während die Bewässerung aus dem Grundwasser dort eine wichtige Rolle spielt, ist diese Wasserressource gleichzeitig auch sehr relevant für die Trinkwasserversorgung der Region.

Wasserbilanz und Trockenheit

Die neuen CH2018-Klimaszenarien berücksichtigen keine Änderungen in der zukünftigen Landnutzung oder auch Bewässerung. Es stellt sich somit die Frage, welche Auswirkungen der Einbezug dieser Faktoren auf Wasserkreislauf und Wasserressourcen in der Schweiz haben würde. Dieses Projekt hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, Informationen über die Auswirkung von verschiedenen Klima- und Landnutzungsszenarien auf Wasserressourcen in der Schweiz bereit zu stellen. Ein besonderer Fokus soll dabei auf Nachhaltigkeit des Wasserverbrauchs für Bewässerung gelegt werden.

Grundwasserdynamik und Speicherung in alpinen Einzugsgebieten

Durch den Klimawandel wird sich der Zeitpunkt der Schneeschmelze in alpinen Regionen verschieben. Dies wird Auswirkungen auf den Abfluss haben, mit eher weniger Abfluss im Frühjahr und Sommer und mehr Abfluss im Winter. Je nach Gebiet kann das Grundwasser diese Auswirkungen etwas abmildern. Aber auch die Grundwasserneubildung wird sich infolge des Klimawandels verändern. Das Projekt hat zum Ziel, die Abhängigkeit zwischen der Grundwasserspeicherung und der klimawandelbedingten Veränderung der Schneebedeckung in alpinen Einzugsgebieten sowie deren Auswirkung auf das Abflussverhalten zu untersuchen. Hierzu sollen in erster Linie die Zusammenhänge zwischen Geomorphologie, Geologie und Hydrogeologie, der Grundwasserspeicherung und der Abflussdynamik besser verstanden werden.

Potenzial von Mehrzweckspeichern zur Verminderung der Auswirkungen von Sommertrockenheit

Speichersee
© Manfred Stähli, WSL

Natürliche und künstliche Seen, Staubecken und andere Reservoire werden als Wasserspeicher bereits heute vielfältig genutzt. Sie bieten ein Potenzial, um auf lokale und regionale Wasserknappheit, die in Zukunft als Folge von Klimawandel, Bevölkerungszunahme und Intensivierung der Landwirtschaft häufiger auftreten dürfte, zu reagieren. Ein Grossteil der Gletscher- und Schnee­schmelze, welche heute in einem Hitzesommer einen bedeutenden Teil des Wasserdargebots liefern, werden verloren gehen. Damit wachsen die Nutzungsansprüche und der Bedarf an Wasserspeichern und deren Mehrfachnutzung. Dieses Forschungsprojekt untersucht das Potenzial von Mehrzweckspeichern zur Verminderung von Sommertrockenheit für die hydrologischen Grossregionen der Schweiz und für ausgewählte Fallstudien.

Auswirkungen auf die Wassertemperatur

Die Temperaturen in den Schweizer Oberflächengewässern sind in den letzten 30 Jahren um 1 bis 2 °C gestiegen. Aufgrund der prognostizierten Zunahme der Lufttemperatur werden auch die Wassertemperaturen weiter ansteigen – mit Folgen für die aquatischen Ökosysteme und die Wasserqualität. Dieses Forschungsprojekt untersucht die Auswirkungen des Klimawandels auf die Schweizer Fliessgewässer- und Seentemperaturen sowie deren Koppelung anhand von Modellen. In einem weiteren Schritt werden auch die Auswirkungen auf die Ökosystemleistungen genauer betrachtet (z.B. Verschiebung von Fischregionen) sowie Grundlagen für wasserwirtschaftliche Massnahmen geschaffen.

Veränderung der Grundwassertemperatur

Grundwassertemperatur Basel
Hydraulisches und thermisches Grundwasserregime Basel-Stadt (Mittelwert 2010-2015).
© Jannis Epting, Universität Basel

Die Auswirkungen des Klimawandels auf das Grundwasservorkommen sind nur bedingt bekannt und unterscheiden sich für Vorkommen im Fels- und Lockergestein, urban oder ländlich geprägten Standorten sowie den vorherrschenden Prozessen der Grundwasserneubildung. Für das Verständnis der relevanten Prozesse und standortspezifischer Faktoren ist es notwendig, den Charakter von direkten (Kühlung/Aufheizung) sowie indirekten (Klimaänderungen) hydraulischen und thermischen Randbedingungen zu erfassen. Auf Basis ausgewählter repräsentativer Schweizer Lockergestein-Grundwasservorkommen konzentriert sich dieses Forschungsprojekt deshalb auf eine Charakterisierung des hydraulischen und thermischen «Ist-Zustands» und der Ableitung von Schlüsselparametern (Erneuerungsraten, Verweilzeiten, Speichereigenschaften usw.). Ein Vergleich dieser charakteristischen Randbedingungen verschiedener Grundwasservorkommen ist Grundlage für die Ableitung der Übertragbarkeit auf Grundwasservorkommen im Allgemeinen (Typsituationen).

Letzte Änderung 08.02.2019

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