Landwirtschaftliches Wassermanagement in Deutschland

Hintergrund und Zielsetzung

Je nach Wetterbedingungen in Einzeljahren beansprucht die landwirtschaftliche Produktion in Deutschland bis zu 3 % der gesamten Wasserentnahmen. Mit den Dürresommern der letzten Jahre hat das Thema Wasserverfügbarkeit und Wassermanagement an Bedeutung gewonnen. Durch den fortschreitenden Klimawandel – insbesondere steigende Verdunstungsraten infolge höherer Sommertemperaturen, regionaler und jahreszeitlicher Veränderung der Niederschlagsmuster sowie der zunehmenden Häufigkeit und Intensität von Extremwetterlagen – wird das Thema zukünftig noch wichtiger. Als Ressortforschungsinstitut des Bundesministeriums für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat betrachtet das Thünen-Institut neben dem Gewässerschutz auch den Wasserbedarf und die Wassernutzung der Landwirtschaft, um hier flächendeckend für Deutschland an der Entwicklung von Wassermanagementstrategien mitzuwirken. 

Zielgruppe

Politik, Landwirte, Beratung, Wasserverbände, Landwirtschaftskammer, interessierte Fachöffentlichkeit

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projektes werden der Bewässerungsbedarf und die kleinräumige Wasserspeicher von verschiedenen Seiten in drei Teilprojekten untersucht:

• Im Teilprojekt A wurden für zwei Landschaftsausschnitte Wasserspeicherungsoptionen planerisch entwickelt und der Ressourcenbedarf für ihre Umsetzung kalkuliert.
• Im Teilprojekt B werden diese Optionen aus sozioökonomischer und rechtlicher Sicht analysiert.
• Teilprojekt C quantifiziert flächendeckend den potenziellen pflanzenphysiologischen Bewässerungsbedarf für Deutschland und modelliert seine zukünftige Entwicklung unter Berücksichtigung des fortschreitenden Klimawandels. Detaillierte Informationen zum Teilprojekt C finden Sie hier: https://www.thuenen.de/de/institutsuebergreifende-projekte/lawamad-landwirtschaftliches-wassermanagement-deutschland-teilprojekt-c

Daten und Methoden

Die oberirdischen Wasserspeicher können in den niederschlagsintensiveren Winterhalbjahren mit Oberflächenwasser gefüllt werden, um das gespeicherte Wasser im Sommerhalbjahr für die Bewässerung zu verwenden. Somit kann der jahreszeitlich und ggf. zwischenjährig ungünstigen Wasserverfügbarkeit entgegengewirkt und die Zuverlässigkeit der Bewässerung verbessert werden.

Es wurden drei Wasserspeicherungskonzepte betrachtet: (i) Speicherung des Oberflächenabflusses (lokales Konzept), (ii) Speicherung der Wasserentnahmen aus Fließgewässern II.-III. Ordnung (regionales Konzept) und (iii) Speicherung der Wasserentnahmen aus den Fließgewässern I. Ordnung (überregionales Konzept). Die hydrologischen, technischen und wirtschaftlichen Aspekte dieser drei Wasserspeicherkonzepte wurden für die ackerbauliche Region Magdeburger Börde und die durch Gartenbau geprägte Region Südpfalz untersucht.

Das methodische Vorgehen zur Ermittlung des Wasserspeicherungsbedarfs besteht aus den folgenden fünf Schritten:

1. Modellierung des standort- und anbauspezifischen Bewässerungsbedarfs auf der Grundlage der klimatischen Wasserbilanz
2. Modellierung des Abflusses in Fließgewässern (für regionales und überregionales Wasserspeicherkonzept) bzw. des Oberflächenabflusses (für lokales Wasserspeicherkonzept)
3. Vergleich von potenziell speicherbaren Oberflächenwassermengen mit dem bestehenden und zukünftigen Bewässerungsbedarf
4. Ermittlung des erforderlichen Wasserspeicherbedarfs und der Wasserspeichergröße je nach Bewässerungssicherheit
5. Ermittlung des Investitionsbedarfs für den Bau eines Wasserspeicherbeckens. Hier wurden in Zusammenarbeit mit einem Ingenieurbüro 22 Varianten von Wasserspeicherbecken für alle drei Wasserspeicherkonzepte geplant. Bei der Dimensionierung der Wasserspeicherbecken wurden unterschiedliche Ausführungen (Volumen, Form, Abdichtungsoptionen sowie Relation zwischen Oberfläche und Beckentiefe) getestet.

Vorläufige Ergebnisse

Die im Rahmen des Teilprojektes A erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Möglichkeit zur Speicherung des Oberflächenwassers sehr standortspezifisch ist. Dies betrifft vor allem das lokale Wasserspeicherungskonzept, da der Oberflächenwasserabfluss und die potenziell speicherbaren Wassermengen stark von den Gelände- und Bodeneigenschaften abhängig sind. Im Vergleich zu den Abflussmengen in Fließgewässern können bei dieser Option nur deutlich kleinere Wassermengen für die Zwischenspeicherung generiert werden. Zusätzlich entstehen Interessenkonflikte zwischen Wasserspeicherung und Erosionsschutz.

Die hydrologischen Analysen zu den regionalen und überregionalen Wasserspeicherungskonzepten haben ergeben, dass der Abfluss in den untersuchten Fließgewässern im Winterhalbjahr ausreichend ist, um die erforderlichen Wassermengen für die Bewässerung im Sommerhalbjahr zu liefern und auf Grundwasserentnahmen zu verzichten. Die potenziell entnehmbaren Wassermengen hängen stark von dem Zeitraum der Entnahmen und von der festgelegten Entnahmegrenze aus dem Oberflächengewässer ab. Bisher wurde dafür zumeist der mittlere Niedrigwasserabfluss berücksichtigt.

Der Investitionsbedarf für den Bau eines Wasserspeicherbeckens liegt zwischen 20-70 € für 1 m³ gespeichertes Wasser, je nach Gesamtvolumen, Abdichtung und Form des Beckens. Dieser Bedarf umfasst neben den Bauarbeiten und Materialien auch technische Anlagen und Baunebenkosten.

Wasserspeicherbecken für Bewässerungszwecke haben das Potenzial, die Wasserverfügbarkeit für den Pflanzenbau zu erhöhen und Interessenkonflikte um Wasserressourcen abzumildern. Sie werden in Deutschland bereits zunehmend genutzt und werden in Zukunft voraussichtlich weiter an Bedeutung gewinnen. Die Wirtschaftlichkeit der Wasserspeicherung kann durch die Kombination mit weiteren Anpassungsmaßnahmen, wie multifunktionaler Nutzung des Speicherbeckens sowie innovativer Förderkonzepte unter Berücksichtigung weiterer gesellschaftlicher Leistungen neben der Bewässerung verbessert werden. Die Umsetzbarkeit der Wasserspeicherbecken erfordert u. a. die Weiterentwicklung des rechtlichen Rahmens in Bezug auf die Regelung von Wasserentnahmen aus Fließgewässern und den zugehörigen Grenzwerten sowie des förderrechtlichen Rahmens, um Rechtssicherheit zu schaffen und die Wirtschaftlichkeit sicherzustellen.