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Forschungsfeld Wasserressourcen und Umwelt

Forschungsfeld Klimawandel

Die Verfügbarkeit von Wasserressourcen in ausreichender Quantität und Qualität wird aufgrund der Folgen des fortschreitenden Klimawandels in Form von langanhaltenden Trockenperioden, Starkregenereignissen und Überflutungen zunehmend zur zentralen Herausforderung einer effizienten Wasserversorgung für Bevölkerung, Industrie und Landwirtschaft.

Da in Zukunft mit einer zunehmenden Häufigkeit und Intensität von Extremereignissen zu rechnen ist und der Eintrag von geogenen oder anthropogenen Schadstoffen sowie wechselnde klimatische Bedingungen eine hinreichende Verfügbarkeit der Wasserressourcen zunehmend einschränken, sind Anpassungsstrategien an die sich ändernden Rahmenbedingungen erforderlich, um auch künftig die Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser in ausreichender Quantität und mit höchster Qualität garantieren zu können und die Resilienz der Wasserversorgung zu steigern.

Forschungslinie Schutz der Ressourcen

Die Entwicklung innovativer Lösungen und die Umsetzung präventiver Maßnahmen in den Einzugsgebieten sollen die Folgen von Abschwemmungen, Überflutungen und Direkteinträgen in den Wasserkörper vermindern oder verhindern und den Rückhalt von Oberflächenabfluss in der Fläche befördern. Die künftige Forschungstätigkeit zum Schutz der Ressourcen umfasst:

  • Methodenweiterentwicklung für Vulnerabilitätsanalysen von Einzugsgebieten hinsichtlich klimaabhängiger Faktoren
  • Erarbeitung von Konzepten für Flächennutzungen zur Reduzierung von Abschwemmungen am Ort der Entstehung und zur Förderung der Versickerung
  • Bewertung der Flächennutzung hinsichtlich der Folgen langanhaltender Trockenperioden in Trinkwassereinzugsgebieten und Nutzung von Kaskadischen Speichersystemen
  • Entwicklung von konzeptionellen Ansätzen zur Langzeitevaluation von Umweltprozessen und von Prognoseinstrumenten für die Änderung von Menge und Qualität der Ressourcen
  • Entwicklung von Maßnahmen zur Stützung des Landschaftswasserhaushaltes und Untersuchung des Einflusses anthropogener Nutzungen (z. B. Tagebau-Folgen) auf genutzte Wasserressourcen

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Risikomanagement für das Gewinnungs- und Versorgungssystem

Die vorhandenen Instrumente für das Risikomanagement und das Krisenmanagement bei der Trinkwassergewinnung aus Grundwasser, Uferfiltrat und Talsperrenwasser sind insbesondere hinsichtlich der Folgen von Extremereignissen weiter zu entwickeln und zu erweitern. Im Einzelnen bedeutet dies:

  • Konzeption und Validierung neuer Ansätze im Risikomanagement und Krisenmanagement für das gesamte Einzugsgebiet
  • Integration der neuen Ansätze in die bestehenden Methoden, um gezielt risikomindernde Maßnahmen erfolgreich umsetzen zu können
  • Methodische und technische Weiterentwicklungen für die Bestandsaufnahme unter Nutzung neuer Datenquellen und -services (wie z. B. Fernerkundung oder frei nutzbare Geodaten)
  • Entwicklung von übergreifenden Risiko-Management-Ansätzen für hygienisch relevante/pathogene Mikroorganismen und chemische Substanzen
  • Weiterentwicklung der Systematik und Bereitstellung von Unterstützungswerkzeugen für die Entwicklung von Strukturkonzepten zur Anpassung der Trinkwasserversorgung an den Klimawandel

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Güteveränderungen

Der Klimawandel führt zu Veränderungen der Wassergüte in Bezug auf die räumliche Verbreitung und die Konzentrationen von Mikroorganismen und Spurenstoffen. Insbesondere bei biologischen Parametern ist auch das Auftreten und die Entwicklung bzw. der Eintrag invasiver Arten in Betracht zu ziehen. Künftige Forschungsthemen beinhalten:

  • Weiterentwicklung und Anwendung von Stoffbilanzen und reaktiven Transportmodellen
  • Bewertung von Extremereignissen hinsichtlich des Eintrags von Mikroorganismen und Spurenstoffen in Oberflächenwässer
  • Entwicklung von angepassten Monitoringkonzepten unter Nutzung von Online- und In-Situ-Messungen sowie deren EDV-gestützter Auswertung in Echtzeit
  • Auswirkung verkürzter hydraulischer Aufenthaltszeiten (Starkregen) auf mikrobiologische und chemische Verunreinigungen nach der Bodenpassage
  • Nachweis und Bewertung veränderter mikrobiologischer Populationen in Oberflächengewässern und Grundwasser sowie Vorkommen und Relevanz von Neozoen

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Nutzungskonflikte

Für die sich verschärfende Diskrepanz zwischen schwindendem Dargebot der Ressourcen (Wasserknappheit) und höherem Wasserbedarf insbesondere auf regionaler Ebene sind nachhaltige Konzepte zu erarbeiten. Der dahinterstehende Forschungsbedarf wird vor allem in der Entwicklung geeigneter Strategien und Werkzeuge zu Prognose und Management von Quantität und Qualität der Wasserressourcen gesehen und betrifft im Einzelnen:

  • Stärkung des Vorrangs der öffentlichen Trinkwasserversorgung bei konkurrierenden Nutzungen durch konzeptionelle Ausrichtung an einer nachhaltigen Bewirtschaftungsstrategie einschließlich regionaler kooperativer Konfliktlösungsstrategien
  • Bereitstellung technischer und ökonomischer Analysen-, Planungs- und Managementwerkzeuge für groß- und kleinräumige Wasser- und Stoffkreisläufe zur optimierten Ressourcenallokation
  • Entwicklung und Nachhaltigkeitsbewertung von Alternativen zur Verwendung von Grundwasser oder Oberflächenwasser in Landwirtschaft und Industrie
  • Entwicklung von räumlich differenzierten Frühwarnsystemen zum Erkennen von kritischen Zuständen beim Wasserdargebot und sich abzeichnenden Nutzungskonflikte

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Wasserwiederverwendung

Die Verwendung alternativer Ressourcen ermöglicht die Entschärfung von Nutzungskonflikten. Die Wasserwiederverwendung bietet auch für Deutschland zukünftiges Potenzial für neue Technologien vor allem in der innerstädtischen Wiederverwendung in dezentralen oder semi-zentralen Systemen. Dabei sollen auch neuere Ansätze zur Kreislaufwirtschaft sowie naturbasierte Lösungen auf ihre Anwendungspotenziale hin überprüft werden. Für eine praxisgerechte Umsetzung werden folgende Aspekte verfolgt:

  • Entwicklung spezifischer Parameter und qualitativer Anforderungen in Abhängigkeit von der angestrebten Nutzung (fit for purpose)
  • Risikobewertung anhand von Qualitätskriterien sowie die Entwicklung von Verfahren zur gezielten und schnellen Überprüfung der Einhaltung von Qualitätszielen
  • Verbesserung der Nutzungsmöglichkeiten für alle Qualitätsstufen von Wässern durch Prüfung und Optimierung von natürlichen und technischen Reinigungsverfahren
  • Studien zu konkreten lokalen Umsetzungspotenzialen und Durchführung von Pilotanwendungen unter besonderer Berücksichtigung der Folgenabschätzung aus Sicht der Wasserversorgung

Aktuelle Forschungsvorhaben