Unterirdische Lösungen für die Wasserwirtschaft in belasteten Küstenregionen

Süßwasser ist als Trinkwasser, für die Industrie und für die Landwirtschaft unverzichtbar. Um die Versorgung zu sichern, muss die Bewirtschaftung der Wasserressourcen radikal verändert werden. SUBSOL (bringing coastal SUBsurface water SOLutions to the market) dient genau diesem Ziel: der Erschließung, Rückgewinnung und Bewirtschaftung von Wasser in unterirdischen Grundwasserleitern, um weltweiten Wasserproblemen zu begegnen.

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Küstenregionen gehören zu den wirtschaftlich produktivsten und bevölkerungsreichsten Regionen weltweit. Die hohe Belastung, die dadurch bei der Nahrungsmittelversorgung sowie den Süßwasserressourcen und Ökosystemen auftritt, bedeutet für diese Regionen zusätzliche Risiken, wie z. B. Wasserverknappung, Salzwasserintrusion und der Rückgang von Feuchtgebieten. Prognosen zufolge soll sich die Lage in den kommenden Jahrzehnten noch weiter verschärfen. Ein radikaler Wandel in der Wasserbewirtschaftung und -nutzung, insbesondere im Hinblick auf die Speicherung von Süßwasser und die Wasserwiederverwendung, ist dringend nötig. Das EU-finanzierte Projekt SUBSOL konnte nachweisen, dass im Erduntergrund die nötige technische Kapazität zur kurzfristigen Speicherung und Erhaltung von Süßwasser gegeben ist, um in Knappheitsphasen eine zusätzliche Wasserversorgung zu ermöglichen. Das Projekt entwickelte eine Reihe praktischer Ansätze zur Wasserspeicherung und -bewirtschaftung (sogenannte Subsurface Water Solutions), mit denen verschiedenen Herausforderungen im Hinblick auf die Süßwasserversorgung auf kommunaler und regionaler Ebene begegnet werden kann. Ausarbeitung einer Toolbox für Subsurface Water Solutions Subsurface Water Solutions (SWS) nutzen das Potenzial des Erduntergrunds als Wasserspeicher. Die Speicherung von Wasser im Untergrund ist seit vielen Jahrzehnten über zwei Verfahren üblich: die kontrollierte Grundwasseranreicherung (Managed Aquifer Recharge, MAR) und die Grundwasserspeicherung und -rückgewinnung (Aquifer Storage and Recovery, ASR). Zur Trinkwasserversorgung im Westen der Niederlande wird beispielsweise Flusswasser in den Dünen zwischengespeichert. Das SUBSOL-Team konzentrierte sich in seiner Arbeit auf die Entwicklung und Erprobung verschiedener technischer Konzepte zur Süßwasserspeicherung im Küstenbereich, wo gegenwärtig Salzwasser- und Brackwasserspeicher vorherrschen. Projektkoordinator Dr. Gerard van den Berg erklärt dazu: „Die Rückgewinnung von vorher gespeichertem Süßwasser stellt bei Grundwasser in Küstengebieten eine besondere Herausforderung dar, da sich Süßwasser und Salzwasser in gewissem Grade vermischen. Auch die Grundwasserströmung kann die Rückgewinnung von bereits gespeichertem Wasser erschweren.“ SUBSOL entwickelte verschiedene Konzepte auf der Basis von Vertikal- oder Horizontalbrunnen, sowie Systeme mit einzelnen oder mehreren Sensoren, welche die Maximierung der Wasserspeicherungs- und -rückgewinnungsquoten ermöglichen könnten. Um unterschiedliche Methoden zu testen, baute SUBSOL existierende Referenzstandorte aus, an denen bereits verschiedene Konzepte zur Wasserspeicherung erfolgreich umgesetzt worden waren. Dr. Van den Berg erklärt dazu: „Auf der Grundlage von Erkenntnissen aus den Referenzstandorten wurden mehrere Replikationsstandorte entwickelt. Die Subsurface Water Solutions wurden unter verschiedenen geologischen Bedingungen für unterschiedliche Einsatzzwecke getestet, wie z. B. zur landwirtschaftlichen Nutzung, als Trinkwasser, für ökologische und industrielle Anwendungen sowie zur Wasserwiederverwendung.“ So entstand durch das Projekt gewissermaßen eine SWS-Toolbox mit ausführlichen Informationen zur technischen Durchführbarkeit der verschiedenen Optionen, darunter: ASR-Coastal (Vertikalbrunnen mit mehreren Sensoren), Freshmaker (ein auf Horizontalbrunnen basierendes System mit gleichzeitiger Extraktion von Süßwasser und Brackwasser) und Freshkeeper (ein auf Vertikalbrunnen basierendes System mit gleichzeitiger Extraktion von Süßwasser und Brackwasser). „Das Toolkit soll Wasserbewirtschafter dabei unterstützen, das optimale SWS-System für ihre jeweiligen Anforderungen zu konzipieren“, so Dr. Van den Berg. Um die Marktakzeptanz der Lösungen zu gewährleisten, arbeitete SUBSOL von Beginn an mit Ingenieurbüros und auch Endnutzern wie beispielsweise Akteuren aus der Wasserwirtschaft und Trinkwasserversorgung zusammen. Die Subsurface Water Solutions wurden unter natürlichen Bedingungen getestet. Darüber hinaus wurden auch Marktstudien dazu durchgeführt, welche Möglichkeiten sich dafür weltweit bieten. Dabei zeigte sich nicht nur im Nordwesten von Europa und in der Mittelmeerregion ein deutliches Potenzial für den Einsatz von SWS, sondern auch am Golf von Mexiko, in Brasilien, China, Singapur sowie in der Golfregion. Dringende Wasserprobleme erfordern radikale Lösungen Die Wasserwiederverwendung gehört zu den gängigsten Methoden, um dem Mangel an Süßwasser für die häusliche Verwendung und Bewässerungszwecke zu begegnen. Für erfolgreiche Praktiken sind Angebot und Nachfrage jedoch ausschlaggebend – nicht nur hinsichtlich der Mengen, sondern auch in Bezug auf Zeitplanung und Qualität. Der Erduntergrund besitzt eine fast grenzenlose Kapazität zur Zwischenlagerung und das Potenzial, das eingespeiste Wasser vor Qualitätsverlusten zu schützen. „Dank Innovationen bei der Vorbehandlung, Brunnenkonstruktion und Grundwassermodellierung -und Bewirtschaftung konnte SUBSOL die erfolgreiche Anwendung von Subsurface Water Solutions demonstrieren“, blickt Dr. Van den Berg zurück. Weiterführende Forschungs- und Umsetzungsbemühungen werden sich mit der Maßstabsvergrößerung von SWS beschäftigen. So soll zunächst der Kleinmaßstab (2-30 Hektar) auf mittelgroße Anlagen (rund 250 Hektar bei bereits in Bau befindlichen gewerblichen Anlagen) und schließlich auf Wasserlösungen auf regionaler Ebene (> 1 000 Hektar) übertragen werden. Diese Arbeit wird im Rahmen öffentlich-privater Partnerschaften durchgeführt, wobei Forschungseinrichtungen und Beratungsfirmen gemeinsam an der Entwicklung von SWS-Anwendungen arbeiten. Bis dahin steht Interessengruppen eine Wissensdatenbank mit Daten, Informationen und Erkenntnissen aus dem SUBSOL-Projekt zur Verfügung.

Schlüsselbegriffe

SUBSOL, Süßwasser, Untergrund, Küste, Subsurface Water Solutions, Grundwasserleiter, Brunnen, Grundwasser, Brackwasser, Speicherung

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Unterirdische Lösungen für die Wasserwirtschaft in belasteten Küstenregionen

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