Waldsterben trübt Wasserqualität in Talsperren Der Klimawandel schadet der Trinkwasserqualität

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Der Klimawandel kann über Umwege zu schlechterer Trinkwasserqualität führen. Das legt eine Studie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung nahe. Das dort vorgestellte Modell zeigt, wie sich klimabedingtes Waldsterben auf die Wasserqualität in benachbarten Talsperren auswirkt.

Leipzig – Hitzewellen, Dürre, Überschwemmungen, Waldbrände – die Folgen des Klimawandels nehmen zu und verändern unsere Umwelt. Ein eindrückliches Beispiel ist die Landschaft des Einzugsgebiets der Rappbodetalsperre im Ostharz. Sie ist die größte Trinkwassertalsperre Deutschlands und versorgt rund eine Million Menschen mit Trinkwasser. Durch lange Dürreperioden in den Jahren 2015 bis 2020 wurden die Baumbestände im Harz so stark geschwächt, dass sich Schädlinge wie der Borkenkäfer ausbreiten konnten. Das verstärkte den Effekt nochmals: Die Bäume nahmen weiter Schaden, starben binnen kürzester Zeit ab. „Das von Nadelwald – vorwiegend Fichte – geprägte Einzugsgebiet der Rappbode hat in den vergangenen vier Jahren über 50 Prozent seines Waldes verloren“, sagt der Hydrologe vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Prof. Michael Rode. „Dieser massive Waldverlust schreitet schnell voran und ist dramatisch. Er wird für das Trinkwasserreservoir nicht folgenlos bleiben.“

Talsperren im Harz untersucht

Wälder spielen eine wichtige Rolle im Wasserkreislauf: Sie filtern das Wasser, binden Nährstoffe und sind deshalb notwendig für eine gute Wasserqualität. Für die Trinkwasseraufbereitung ist es umso besser, je weniger Nährstoffe das Wasser einer Talsperre enthält – genauer gesagt je weniger Stickstoff- oder Phosphorverbindungen. „Dann können sich weniger Algen entwickeln, und die Trinkwasseraufbereitung im Wasserwerk läuft kostengünstiger und mit weniger Aufwand“, erklärt UFZ-Seenforscher Dr. Karsten Rinke. „Das Nährstoffmanagement in Wasserschutzgebieten ist daher sehr wichtig. Langfristige Konzepte, bei denen Forst- und Wasserwirtschaft eng zusammenarbeiten, haben in den vergangenen Jahrzehnten die Entwicklung großer Waldareale im Einzugsgebiet der Rappbodetalsperre vorangetrieben.“ Der rasante Entwaldungsprozess im Ostharz bereite den Talsperren- und Wasserwerksbetreibern nun große Sorgen.

Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS)

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Diese Entwicklung hat das UFZ-Team zum Anlass genommen, in einer Modellstudie zu untersuchen, welche Auswirkungen klimabedingte Entwaldungsprozesse auf die Wasserqualität von Talsperren haben. Dafür legte es Daten aus dem Umweltbeobachtungsnetzwerk Tereno (Terrestrial Environmental Observatories) zugrunde, an dem das UFZ mit dem Observatorium im Harz/Mitteldeutschen Tiefland beteiligt ist. „Wir konnten auf Umweltdaten aus einem Zeitraum von über zehn Jahren zurückgreifen und hatten so eine solide Datengrundlage“, sagt Dr. Xiangzhen Kong, ebenfalls Hydrologe am UFZ und Erstautor der Studie. Um die zukünftigen Klimaveränderungen zu prognostizieren, ließen die Forscher Umweltdaten in ein Talsperren-Ökosystem-Modell einfließen, mit dem sie die Auswirkungen unterschiedlicher Entwaldungsszenarien auf die voraussichtliche Wasserqualität im Jahr 2035 ermittelten.

Was der Waldverlust für die Wasserqualität bedeutet

Die Rappbodetalsperre wird aus drei unterschiedlichen Einzugsgebieten gespeist, zwei davon waren Teil der Studie. „Das Einzugsgebiet der Hassel ist landwirtschaftlich geprägt, das der Rappbode walddominiert – zumindest war es das ursprünglich einmal, ehe die Fichtenbestände abstarben“, sagt Erstautor Kong. Bevor das Wasser aus den beiden Einzugsgebieten in die große Rappbodetalsperre fließt, wird es jeweils in einer Vorsperre gestaut und zwischengespeichert. Das Wasser in der Hassel-Vorsperre ist durch den landwirtschaftlichen Einfluss deutlich nährstoffreicher als das Wasser der Rappbode-Vorsperre. „Wir können zeigen, dass bei einem zu erwartenden Waldverlust von bis zu 80 Prozent in der Rappbode-Vorsperre die gelösten Phosphorkonzentrationen um 85 Prozent und die Stickstoffkonzentrationen um mehr als 120 Prozent innerhalb von nur 15 Jahren steigen werden. Die Rappbode-Vorsperre erreicht damit einen nahezu ebenso hohen Nährstoffzustand wie die Hassel-Vorsperre“, sagt Kong. Damit entspräche der Nährstoffzustand in etwa dem der landwirtschaftlich geprägten Hassel-Vorsperre.

Der wachsende Nährstoffgehalt führe in der Rappbode-Vorsperre zu einem Anstieg beispielsweise bei Kieselalgen um mehr als 80 Prozent und bei Grünalgen sogar um mehr als 200 Prozent. Diese Ergebnisse zeigen, dass im Bereich des Trinkwassermanagements Anpassungen auf verschiedensten Ebenen notwendig sein werden. „In Einzugsgebieten von Talsperren sollten Nährstoffeinträge noch stärker als bisher heruntergefahren werden, bereits begonnene Wiederaufforstungsprojekte mit trockenresistenten Baumarten weiter vorangetrieben und Wasserwerke mit selektiven Wasserentnahmestrategien an die anstehenden Entwicklungen angepasst werden“, sagt UFZ-Forscher Rode.

Die Ergebnisse für die Rappbodetalsperre lassen sich auch auf andere Einzugsgebiete von Talsperren in vergleichbaren Regionen übertragen. „Der Waldverlust als indirekte Folge des Klimawandels hat auf die Wasserqualität von Talsperren einen stärkeren Effekt als direkte Auswirkungen des Klimawandels wie etwa die Erhöhung der Wassertemperatur. In diesem Ausmaß hat uns das tatsächlich überrascht“, resümiert Kong.

Originalpublikation: Xiangzhen Kong, Salman Ghaffar, Maria Determann, Kurt Friese, Seifeddine Jomaa, Chenxi Mi, Tom Shatwell, Karsten Rinke, Michael Rode: Reservoir water quality deterioration due to deforestation emphasizes the indirect effects of global change. Water Research 221 (2022); DOI: 10.1016/j.watres.2022.118721

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