Hitzewellen, Dürren, Überschwemmungen, Waldbrände – die Folgen des Klimawandels nehmen zu und verändern unsere Umwelt. Ein Paradebeispiel ist die Landschaft im Einzugsgebiet der Rappbodetalsperre im Ostharz. Sie ist die größte Trinkwassertalsperre Deutschlands und versorgt rund 1 Million Menschen mit Trinkwasser.
Lange Dürreperioden in den Jahren 2015 bis 2020 haben den Baumbestand im Harz so stark geschwächt, dass sich Parasiten wie Borkenkäfer ausbreiten konnten. Dies verstärkte die Wirkung noch weiter: Die Bäume wurden weiter geschädigt und starben schnell ab.
„Das von Nadelbäumen, vor allem Fichten, geprägte Einzugsgebiet der Rappbode hat in den vergangenen vier Jahren über 50 Prozent seines Waldes verloren“, sagt UFZ-Hydrologe und Letztautor Prof. Michael Rode. „Dieses massive Waldsterben schreitet schnell voran und ist dramatisch. Das wird Folgen für das Trinkwasserreservoir haben.“
Wälder spielen eine Schlüsselrolle im Wasserkreislauf. Sie filtern das Wasser und binden Nährstoffe und sind daher für eine gute Wasserqualität notwendig. Je weniger Nährstoffe – also Stickstoff- oder Phosphorverbindungen – im Lagerstättenwasser enthalten sind, desto besser ist es für die Trinkwasseraufbereitung. „Dadurch wird die Entwicklung von Algen erschwert, was die Trinkwasseraufbereitung im Wasserwerk kostengünstiger und einfacher macht“, erklärt UFZ-Seenforscher und Co-Autor Dr. Karsten Rinke.
„Das Nährstoffmanagement in Wasserschutzgebieten ist daher sehr wichtig. Langfristige Konzepte mit enger Zusammenarbeit zwischen Wald- und Wasserwirtschaft haben in den vergangenen Jahrzehnten die Entwicklung großer Waldflächen im Einzugsgebiet der Rappbodetalsperre vorangetrieben.“ Der rasante Waldrückgang im Ostharz bereitet den Talsperren- und Wasserwerksbetreibern derzeit große Sorgen.
Angespornt durch diese Entwicklung hat das UFZ-Team in seiner Modellstudie die Auswirkungen klimabedingter Entwaldung auf die Wasserqualität von Stauseen untersucht. Diese Studie basiert auf Daten des Umweltobservatoriennetzwerks TERENO (Terrestrial Environmental Observatories), an dem das UFZ mit der Sternwarte Harz/Mitteldeutsches Tiefland beteiligt ist.
„Wir konnten auf Umweltdaten aus einem Zeitraum von über zehn Jahren zugreifen und uns damit einen soliden Datensatz liefern“, sagt Dr. Xiangzhen Kong, ebenfalls UFZ-Umweltwissenschaftler und Erstautor der Studie. Das Team verwendete Daten aus dem internationalen ISIMIP-Projekt (Inter-sectoral Impact Model Intercomparison Project), um zukünftige Klimaänderungen vorherzusagen.
„Diese Daten haben wir zunächst in ein Modell eingespeist, um die klimabedingten Auswirkungen auf den Nährstoffhaushalt im Einzugsgebiet abzuschätzen“, erklärt Kong. „Die resultierenden Daten wurden dann in einem Stausee-Ökosystemmodell verarbeitet, mit dem wir die Auswirkungen verschiedener Entwaldungsszenarien auf die prognostizierte Wasserqualität für 2035 ermitteln konnten.
Die Rappbodetalsperre wird von drei verschiedenen Einzugsgebieten gespeist, von denen zwei in die Untersuchung einbezogen wurden. „Das Einzugsgebiet der Hassel ist landwirtschaftlich geprägt, das der Rappbode überwiegend bewaldet – zumindest war das vor dem Fichtensterben so“, sagt Kong.
Bevor das Wasser aus den beiden Einzugsgebieten in den großen Stausee Rappbode fließt, wird es zunächst durch einen vorgeschalteten Vordamm zurückgehalten. Der landwirtschaftliche Einfluss führt zu einem deutlich höheren Nährstoffgehalt des Wassers in der Vorsperre Hassel als in der Vorsperre Rappbode.
„Wir konnten zeigen, dass der Rappbode-Vordamm bei einer erwarteten Abholzung von bis zu 80 Prozent innerhalb von nur 15 Jahren eine 85-prozentige Erhöhung der gelösten Phosphorkonzentration und eine mehr als 120-prozentige Erhöhung der Stickstoffkonzentration erfahren wird. Damm wird somit fast die gleichen Nährstoffwerte wie der Hassel-Vordamm erreichen“, sagt Kong.
Dies wird zu einer über 80-prozentigen Zunahme an Kieselalgen und einer über 200-prozentigen Zunahme an Grünalgen im Vordamm Rappbode führen. Diese Ergebnisse verdeutlichen die kommende Notwendigkeit für vielfältige Anpassungen im Trinkwassermanagement.
„Der Nährstoffeintrag in Talsperreneinzugsgebiete soll noch stärker als bisher reduziert, Wiederaufforstungsprojekte mit trockenheitsresistenten Baumarten weiter gefördert und Wasserwerke mit gezielten Wasserentnahmestrategien an die bevorstehenden Entwicklungen angepasst werden“, so Rode. „Und was wichtig bleibt und weiter gesteigert werden muss: ein umfassendes, granulares Umweltmonitoring.“
Die Ergebnisse für die Talsperre Rappbode lassen sich auf andere Talsperreneinzugsgebiete in ähnlichen Regionen übertragen. „Waldsterben als indirekte Folge des Klimawandels wirkt sich stärker auf die Wasserqualität der Stauseen aus als direkte Auswirkungen des Klimawandels wie erhöhte Wassertemperaturen. Das Ausmaß dieses Effekts hat uns tatsächlich überrascht“, sagt Kong.
Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Wasserforschung.
Xiangzhen Kong et al., Die Verschlechterung der Wasserqualität des Reservoirs aufgrund von Entwaldung betont die indirekten Auswirkungen des globalen Wandels. Wasserforschung (2022). DOI: 10.1016/j.waters.2022.118721