MOE-Fellowship

Nane Weber Carpintier

Globale Wasserstressbeurteilung für Karstregionen in einer sich wandelnden Welt mit der Entwicklung und Anwendung eines großskaligen Karstwasserressourcenmodells

Karstgrundwasserleiter sind weltweit eine bedeutsame Quelle der Trinkwassergewinnung. Studien zufolge versorgen Karstgrundwasserleiter etwa 20 – 25 % der Weltbevölkerung mit Trinkwasser. In manchen Ländern Europas und alpinen Regionen werden sogar über 50 % der jeweiligen Bevölkerungen mit Karstgrundwasser versorgt. Doch in Zeiten des globalen Wandels, bedingt durch Klimawandel, Bevölkerungswachstum und menschlichen Aktivitäten, wächst nicht nur der Druck auf Karstwasserressourcen, sondern auch die Abhängigkeit von diesen. Damit Entscheidungsträger und Stakeholder sich auf gegenwärtigen und zukünftigen Grundwasserstress, oder sogar Grundwasserknappheit, vorbereiten können, ist ein Verständnis der Auswirkungen von Klimawandel, Landnutzung und Bevölkerungswachstum auf Wasserressourcen in Karstgebieten fundamental. Obwohl bereits große Fortschritte in der großflächigen Abschätzung des Risikos von Grundwasserstress gemacht wurden, vernachlässigen großskalige hydrologische Modelle die Besonderheiten der Karstgrundwasserleiter, was die Anwendbarkeit der besagten Simulationsmodelle zum Grundwasserressourcenmanagement stark beeinträchtigt.

Karstlandschaften entstehen durch die Verwitterung von Karbonatgestein und kennzeichnen sich durch die starke ober- und unterirdische Heterogenität der Fließ- und Speicherprozesse. Dies führt zu präferentiellem Grundwasserdurchfluss entlang des hochdurchlässigen Röhrensystems und der verzögerten Entwässerung der geringdurchlässigen Gesteinsmatrix sowie der Interaktion beider Kompartimente. Die beschriebene Komplexität stellt für die Modellierung von Karstsystemen eine große Herausforderung dar und hat zur Folge, dass es bis dato an zuverlässigen Prognosen zur globalen Verfügbarkeit von Karstwasserressourcen hinsichtlich gegenwärtiger und zukünftiger Klima- und Bevölkerungsentwicklungen mangelt.

Das übergeordnete Ziel dieses Promotionsvorhabens ist es diese Forschungslücke zu füllen und ein globales Grundwassermodell speziell für Karstregionen zu entwickeln, um die gegenwärtige und, gekoppelt mit Klimaszenarien, zukünftige Verfügbarkeit von Wasserressourcen in Karstgebieten zuverlässig zu bestimmen. Um von Wasserknappheit bedrohte Regionen zu identifizieren, soll hier zugleich der gegenwärtige und zukünftige Wasserbedarf miteinbezogen werden. Die Grundlage für diese Arbeit bilden ein großskaliges Modell zur Abschätzung der Grundwasserneubildung in Karstregionen und ein Karstgrundwassermodell, das bisher größtenteils auf Einzugsgebietsskale zum Einsatz kam. Mittels Modellperformancetests, Sensitivitätsanalysen und Plausibilitätskontrollen, sowie Vergleiche mit gängigen globalen Simulationsmodellen, welche die Heterogenität von Karstsystemen nicht berücksichtigen, soll die Zuverlässigkeit des Modells geprüft und bewerkstelligt werden. Anschließend kann das Modell zur Abschätzung jetziger und zukünftiger Wasserressourcen in den Karstregionen der Welt eingesetzt werden. Dabei soll die große Anwendungsskale des Modells es Entscheidungsträgern ermöglichen die Gefahren von Klimawandel und Bevölkerungswachstum auf Karstwasserressourcen einzuschätzen und notwendige Maßnahmen im Rahmen des gegenwärtigen und zukünftigen Karstwasserressourcenmanagements zu ergreifen. Aus wissenschaftlicher Sicht soll diese Arbeit die Forschung im Bereich Karst-Hydrologie bereichern, indem es ein neuartiges Modell vorstellt, welches die Herausforderungen einer zuverlässigen Karstsystemmodellierung bewältigen möchte, indem es sowohl die Notwendigkeit einer realitätsnahen Karstprozessdarstellung als auch die erforderliche Verfügbarkeit von Inputdaten berücksichtigt.