Thermostress - Machbarkeitsstudie zur Entwicklung eines Bewertungs- und Vorhersageansatzes für Grundwasserökosysteme unter thermischem Stress

Die thermische Untergrundnutzung, z. B. durch Grundwasserwärmepumpen oder thermische Aquiferspeicher, spielt eine wichtige Rolle bei der Wärme- und Kältewende. Die dadurch verur-sachten Temperaturänderungen können, ebenso wie steigende Grundwassertemperaturen auf-grund klimatischer Veränderungen, den natürlichen Zustand der Grundwasserökosysteme be-einträchtigen. Trotz stark gestiegener Anforderungen an die Genehmigungsbehörden sind fach-lich begründete Bewertungsverfahren und konkrete Verwaltungsvorschriften für die thermische Untergrundnutzung derzeit nicht verfügbar. Im Projekt „Thermostress“ wird daher untersucht, ob es in den letzten Jahrzehnten in Baden-Württemberg Veränderungen in der Grundwasserfauna aufgrund von Temperaturänderungen gab, und welche Methoden sich für die Untersuchung dieses Zusammenhangs eignen. Dane-ben befasst sich „Thermostress“ mit der Frage, ob sich daraus Handlungsempfehlungen für die nach-haltige Nutzung des Grundwassers ableiten lassen. Das Vorhaben gliedert sich in vier Arbeits-schritte: (1) Entwicklung eines neuen Temperatur-basierten Bewertungsindex für den faunisti-schen Zustand des Grundwassers, (2) Erhebung und Auswertung von faunistischen und abioti-schen Freilanddaten, (3) Entwicklung von Modellansätzen für die Vorhersagen von Grundwas-sertemperaturen, sowie den thermisch-ökologischen Zu-stand von Grundwassermessstellen und (4) Erarbeitung von Vorschlägen zur weiteren Erprobung der Ansätze, sowie zur Überführung in die Planungs- und Genehmigungspraxis. Der hier entwickelte Bewertungsindex, der Grundwasserfauna-Temperatur-Index (GTI), wurde an den neu erhobenen Freilanddaten getestet und kann für die Identifizierung unterschiedlich war-mer Standorte angewendet werden. Für eine großflächige Anwendung sind jedoch eine Überar-beitung in Bezug auf eine feinere Abstufung in der Bewertungsskala und eine Anpassung für weitere Regionen erforderlich. Hinsichtlich zeitlicher thermischer Veränderungen spiegelte der GTI Unterschiede der Früh- und Spätsommerproben wider, nicht aber langjährige Veränderun-gen, vermutlich weil zu viele unterschiedliche Einflüsse wie z. B. hydrologische oder hydrochemi-sche Veränderungen Bedingungen die Temperatureffekte überlagerten. Die neu erhobenen Freilanddaten zeigen teilweise eine signifikante Abweichung zwischen den Standwassertemperaturen und den Temperatur-Tiefenprofilen in den Grundwassermessstellen. Bei den faunistischen und abiotischen Parametern zeigen sich Unterschiede zwischen den ein-zelnen Messstellen im Untersuchungsgebiet, die vor allem auf die verschiedenen Naturraum-gruppen bzw. den hydrogeologischen Einheiten zurückzuführen sind. Auf regionaler Ebene ergab die Auswertung der Daten über die vergangenen zwei Jahrzehnte keine signifikanten Trends in den faunistischen oder abiotischen Parametern. Einzelne Messstellen zeigen jedoch auffällige Änderungen in der Faunenzusammensetzung, die teilweise in Zusammenhang mit Änderungen der hydrochemischen Bedingungen, sowie des Oberflächeneinflusses stehen. Dabei waren so-wohl Verschlechterungen als auch Verbesserungen des ökologischen Zustands des Grundwas-sers zu beobachten. Der entwickelte Modellansatz für die Vorhersage der Entwicklung der Aquifertemperaturen bis ins Jahr 2100 liefert plausible Temperaturwerte im Bereich von 14 – 17 °C. Mit einer Er-wärmung von ca. 1 – 6 Kelvin innerhalb von 80 Jahren ist die modellierte, zukünftige Erwärmung ähnlich zu den in der Vergangenheit beobachteten Temperaturanstiegen. Eine thermisch-ökologische Modellierung auf regionaler Skala erwies sich aufgrund der Heterogenität in der faunistischen Zusammensetzung und der zeitlichen Variabilität in den gemessenen Standwas-sertemperaturen als schwierig. Für einzelne Standorte lassen sich statistische Zusammenhänge zwischen der Standwassertemperatur und faunistischen Parametern erkennen, die jedoch auf-grund der gerin-gen Datendichte nicht validiert werden konnten. Die Änderungen in der Grundwasserfauna an den in „Thermostress“ untersuchten Standorten können nicht eindeutig ursächlich auf Temperaturanstiege im Standwasser zurückgeführt wer-den, sodass eine ökologische Bewertung der Standorte nur aufgrund der Temperatur nicht sinn-voll ist. Die entwickelten thermisch-ökologischen Modellierungs- und Bewertungsansätze können unter Berücksichtigung von weiteren Faktoren, wie z. B. Flächennutzung und Oberflächen-ein-fluss eingesetzt/angewandt werden. Für die Bewertung des Zusammenhangs zwischen Grund-wasserfauna und Grundwassertemperatur müssen künftig verlässlichere Temperaturmessungen vorgenommen werden, bspw. in Form von Temperatur-Tiefenprofilen. Bei künftigen Planungen zu thermischen Untergrundnutzungen muss der standort-spezifische Zustand der Grundwasserfauna berücksichtigt werden, um eine mögliche Verschlechterung des ökologischen Zustands zu verhindern. Aufgrund der in diesem Projekt beobachteten zeitlichen Variabilität der Zusammensetzung der Grundwasserfauna an den einzelnen Standorten erschei-nen für die ökologische Charakterisierung in diesem Rahmen wiederholte Messungen, sowie ein Vergleich mit repräsentativen Referenzwerten sinnvoll. Ein weiterer, vielversprechender Ansatz wären Gradientenuntersuchungen entlang von Wärmefahnen an unterschiedlichen Standorten