Wasserressourcen mit hydrologischer Datenbank nachhaltiger nutzen

Wie wirken sich Dürren auf die Umwelt aus? Welche Folgen haben Starkregen? Wie verändern sich die Wasserstände in Flüssen? Hydrologische Datensätze, also solche zu Grundwasserständen, Wasserabflussmengen oder Niederschlägen, können dabei helfen, diese und weitere Fragen rund um den Wasserhaushalt und die Auswirkungen des Klimawandels zu beantworten. Trotz eines der umfangreichsten hydro-meteorologischen Messnetzwerke weltweit liegt ein solcher einheitlicher Datensatz, „CAMELS“ genannt, für Deutschland bisher nicht vor. Diesen wollen Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nun gemeinsam mit Partnern in der „CAMELS-DE”-Initiative erstellen. Die ersten frei verfügbaren Datensätze sollen bereits 2023 vorliegen.

Das Wissen über Wasserabflussmengen, Landnutzung, Bodeneigenschaften, Niederschläge und Temperaturen ist essenziell, um beispielsweise die wasserwirtschaftlichen Auswirkungen des Klimawandels auf den Wasserkreislauf in Deutschland besser abschätzen zu können. Außerdem hilft es dabei, Methoden zur Vorhersage und Risikoabschätzung hydrologischer Ereignisse zu entwickeln und hydrologische Extreme wie Hochwasser und Niedrigwasserperioden besser zu bewerten. CAMELS-Datensätze (CAMELS steht für „Catchment Attributes and MEteorology for Large-sample Studies“) vereinen diese Daten und ermöglichen es, Modellierungen und Datenanalysen unterschiedlicher Landschaftsräume durchzuführen.

„Mit dem CAMELS-DE-Datensatz wollen wir in Deutschland länderübergreifende Analysen in der Hydrologie erleichtern“, sagt Dr. Ralf Loritz vom Institut für Wasser und Gewässerentwicklung – Bereich Hydrologie des KIT, der gemeinsam mit Forschenden der Universität Freiburg, der Universität Kiel, des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ und weiteren Institutionen in Deutschland die Datenbank aufbaut. „Denn Bundesland- oder Landesgrenzen bedeuten in den Umweltnaturwissenschaften auch immer neue Zuständigkeiten und häufig nur begrenzte Datenverfügbarkeit. Dies hemmt die hydrologische Forschung.“

CAMELS-DE bündelt hydrologische und meteorologische Daten

CAMELS-Datensätze verbinden Landschaftsmerkmale, wie Landnutzung, Geologie oder Bodeneigenschaften, mit hydrologischen und meteorologische Zeitreihen, wie Wasserstände und Wasserabfluss sowie Niederschläge, Temperatur und Verdunstung. Sie bieten so die Möglichkeit, Modelle und Datenanalysen in einer Vielzahl heterogener Landschaftsräume miteinander zu vergleichen und hydro-meteorologische Variabilität und Veränderung in Zeit und Raum zu bewerten.

„Wir wollen in CAMELS-DE lange Zeitreihen von Wasserstands- und Abflussmessungen aus allen Bundesländern konsistent zusammenstellen. Mit Hilfe der dazugehörigen Einzugsgebietsgrenzen erzeugen wir außerdem meteorologische Zeitreihen aus frei verfügbaren Daten des Deutschen Wetterdienstes und integrieren sie in den Datensatz“, so Loritz. „Die bereits publizierten CAMELS-Datensätze anderer Länder dienen uns dabei als Vorlage. Für Deutschland besonders relevante weiteren Attribute wie Hoch- oder Niedrigwasser wollen wir ergänzen.“

Die Forschenden planen, die ersten Datensätze im Frühjahr 2023 zu veröffentlichen. Danach streben sie eine langfristige Zusammenarbeit zwischen Forschung und Landes- sowie Bundesbehörden an, um künftig den Aufwand der Datenbeschaffung zu minimieren, die Daten in die Lehre zu integrieren, die Vernetzung von Forschungsgruppen zu stärken und den Austausch von Ergebnissen zu erleichtern. „Wir haben uns 2022 mit der Vision zusammengeschlossen, eine verbesserte Ausgangslage hydro-meteorologisch relevanter Daten in Deutschland sowohl für die nationale, aber auch für die internationale hydrologische Gemeinschaft zu schaffen“, sagt der Hydrologe.

Hydrologie als Grundlage eines nachhaltigen Wassermanagements

Am KIT wird die Arbeit an der Datenbank innerhalb des Projekts „ViTamins – Invigorating Hydrological Science and Teaching: merging key Legacies with new Concepts and Paradigms” finanziert, das im April 2022 gestartet ist. Es soll das Fach Hydrologie als Grundlage einer nachhaltigen Wasserressourcenbewirtschaftung in Zeiten des Klimawandels stärken und die Meteorologie und Klimaforschung mit der Ökologie und Bodenkunde vernetzen.

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