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HYDROLOGIE ÜBERSCHWEMMTE FELDER GEGEN DIE NÄCHSTE DÜRRE


Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung - epaper ⋅ Ausgabe 3/2018 vom 27.07.2018

Kalifornien erprobt neue Strategien, überschüssiges Wasser für Trockenzeiten unterirdisch zu sammeln. Volle Grundwasserspeicher können der Bevölkerung der USA und anderer Länder das Überleben in Zeiten zunehmender Wetterextreme erleichtern.


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Bildquelle: Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung, Ausgabe 3/2018

Der Klimawandel beschert Kalifornien vermehrt ausgedehnte Trockenperioden und starke Regenfälle. Wie hier auf einer Mandelplantage im California Central Valley leitet man Hochwasser neuerdings gezielt auf Ackerflächen, damit es versickert und die erschöpften Grundwasservorräte für schlechte Zeiten auffüllt.


Erica Gies ist Journalistin und schreibt für Zeitungen wie ...

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Erica Gies ist Journalistin und schreibt für Zeitungen wie die »New York Times«, den »Guardian« oder den »Economist« über Wissenschaft und Umwelt.

►►spektrum.de/artikel/1561174

Die verheerenden Stürme in Kalifornien hatten im vorletzten Winter viele Hänge dermaßen aufgeweicht, dass sie auf Straßen hinabrutschten und Gemeinden von der Außenwelt abschnitten. Zwischen Oktober 2016 und Februar 2017 fiel in dem Bundesstaat an der amerikanischen Westküste rund doppelt so viel Regen wie sonst üblich. Nördlich von Sacramento mussten fast 200 000 Menschen ihre Häuser verlassen, weil der Oroville-Stausee überlief und das Wasser einen riesigen Krater in die Überlastungsrinne fraß. Eines der größten Wasserreservoire Kaliforniens drohte sich schlagartig zu entleeren.

Die Situation hatte sich von einem Extrem ins andere gekehrt: In den fünf Jahren zuvor herrschte zeitweise im gesamten Bundesstaat Dürre (sieheSpektrum November 2015, S. 68). Die Stauseen waren leer und die Rasenflächen der Vorgärten braun. Der Wassermangel verunsicherte die Bevölkerung spürbar. Viele Menschen fragten sich, ob sie weiter in Kalifornien leben konnten, ob man den stetigen Zuwachs an Neubürgern stemmen könnte und weiterhin im großen Stil Nahrungsmittel für den weltweiten Export produzieren sollte. Die heftigen Regenfälle Ende 2016 sorgten zunächst für allgemeines Aufatmen, angesichts der Schäden schlug die Stimmung jedoch schnell wieder um. Nicht so bei Kaliforniens Wassermanagern, die jahrelang hatten zuschauen müssen, wie die Reserven zur Neige gingen. Sie sahen das plötzliche Überangebot als Chance und überlegten, wie man die Fluten speichern könnte, um für die nächste Trockenperiode vorzusorgen.

Diese Frage ist Sinnbild einer neuen Realität: Obwohl sich Dürren und Überschwemmungen hier schon immer abgewechselt haben, nimmt ihre Intensität laut Wissenschaftlern durch den Klimawandel zu. Zudem schmilzt die Schneedecke der Sierra Nevada auf Grund der Erwärmung – um geschätzte 90 Prozent wird dieser Wasserspeicher im östlichen Hochgebirge Kaliforniens zurückgehen. Das verheißt nichts Gutes. Denn die Niederschläge fallen vor allem im Winter, während die Sommer für gewöhnlich trocken sind. Der Schnee schmilzt im Lauf des Frühlings und Sommers, wenn der Bedarf am höchsten ist, langsam und deckt den Wasserverbrauch des Bundesstaats zu etwa 30 Prozent. Zukünftig erwartet man, dass der Schnee vermehrt als Regen fällt. Dadurch käme es häufiger zu Überschwemmungen, und in den warmen Monaten wäre weniger Schmelzwasser aus den Bergen verfügbar. Die hohe Zuwanderung in Kalifornien verschärft das Problem: Immer mehr Menschen leben in Gegenden, die von Hochwasser bedroht sind, und strapazieren die ober- und unterirdischen Speicher in Trockenzeiten.

Veränderte Niederschlagsmuster und wachsende Bevölkerungen zwingen Länder weltweit, sich anzupassen. Millionen von Menschen konnten bislang auf das Schmelzwasser von schneebedeckten Bergen und von Gletschern vertrauen – am Fuß des Himalaja, im Alpenraum oder in der Andenregion. Die Wasserwirtschaft muss neue Wege finden, Hochwasser zurückzuhalten, um die Infrastruktur zu schützen und um besser auf Dürreperioden vorbereitet zu sein.

Neue Reservoire können das Problem in Kalifornien und anderswo nicht lösen. »Wir haben die meisten Flüsse bereits gestaut«, erklärt Felicia Marcus, die Vorsitzende der Kontrollbehörde für Wasserresourcen des Bundesstaats. Unter der Erde jedoch gibt es große Speicherkapazitäten: Poröse Gesteinskörper, die Grundwasser leiten, können zehnmal mehr Wasser aufnehmen als alle 1400 Reservoire Kaliforniens zusammen. Diese so genannten Aquifere sind jedoch durch immer tiefere Brunnenbohrungen für die Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen vielerorts bereits erschöpft. Die unterirdischen Wasserspeicher wieder aufzufüllen, wäre deutlich günstiger als der Bau neuer Staudämme. Man schätzt die Kosten auf etwa ein Fünftel der Summe, die man oberirdisch investieren müsste. Eine Gruppe progressiver Wissenschaftler, Landwirte, Naturschützer und Politiker entwickelt daher Strategien, Wasser in einem noch nie da gewesenen Umfang unterirdisch zu sammeln – um Flutschäden zu mindern und gleichzeitig neue Wasservorräte anzulegen.

Dämme, Stauseen und Kanäle kappen den Nachschub
Einst konnten sich die Überschwemmungen im Winter sowie die Schneeschmelze im Frühjahr über das gesamte Central Valley ausbreiten. Das Wasser versickerte langsam im Boden und gelangte in die Aquifere; es ließ Auenwälder gedeihen und schuf Feuchtgebiete, die wandernden Lachsen, Wapitihirschen, Grizzlys und Vögeln einen Lebensraum boten. All das änderte sich im 20. Jahrhundert, als Kalifornien anfing, sich in Sachen Wasserbau zu überschätzen. Riesige Staudämme und Rückhaltebecken, Aquädukte, Kanäle, Deiche und Pumpen veränderten die Wege des Wassers im gesamten Bundesstaat grundlegend – mit zahllosen unbeabsichtigten Folgen: Zwar machte der intensive Ausbau der Wasserinfrastruktur das moderne Kalifornien erst möglich, aber die jüngste Dürre und die anschließenden Überflutungen offenbarten, wie wenig sich dieses System dazu eignet, die heutige Situation zu beherrschen. Der Hauptfehler war es, Flüsse von ihren Überschwemmungsflächen abzuschneiden, um Städte und Ackerland zu schützen. Damit haben die Ingenieure sehr effektiv verhindert, dass sich die angezapften Aquifere regenerieren können.

Nun will man sich den ursprünglichen Verhältnissen wieder ein wenig annähern, indem man Flächen kontrolliert flutet. Damit dieses Vorhaben Realität wird, bedarf es zunächst eines Kulturwandels, weg vom Egoismus, der die Wassernutzung in Kalifornien seit Langem prägt. Und offenbar bewegen sich die Dinge in die richtige Richtung: 2014 wurde für den Bundesstaat ein wegweisendes Gesetz verabschiedet, das den Endverbrauchern mehr Verantwortung für einen sorgsamen Umgang mit Wasser überträgt und gleichzeitig größere Flexibilität auf lokaler Ebene erlaubt. Anstatt wie bisher auf wasserbauliche Großunternehmungen zu setzen, verfolgt man die Vision von tausenden kleinen Projekten, in denen sich Bürger für eine Regeneration der Wasservorräte einsetzen.

Es laufen Pilotversuche, in denen Wissenschaftler und Vertreter der lokalen Wasserbehörden untersuchen, welche Maßnahmen mit der Hydrologie, der Art der Landnutzung und der finanziellen Situation eines Orts vereinbar sind. Man sucht gemeinsam nach Lösungen, die möglichst vielen Ansprüchen gerecht werden. Beispielsweise, indem man Felder dann flutet, um Aquifere wieder aufzufüllen, wenn das Hochwasser die landwirtschaftlichen Erträge nicht gefährdet und Wildtiere davon profitieren. So wie Israel die Tröpfchenbewässerung entwickelte und seien die Grundwasserpegel nach jahrzehntelanger Plünderung für die Landwirtschaft und die Versorgung der Bevölkerung noch immer extrem niedrig. »Die Aquifere werden Jahrzehnte, wenn nicht gar ein halbes Jahrhundert brauchen, um sich zu erholen«, so Matsumoto.

Wassermangel: Der zweitgrößte Stausee Kaliforniens, Lake Oroville, schrumpfte von März 2015 (links) bis September desselben Jahres (rechts) dramatisch.


PAUL HAMES / CALIFORNIA DEPARTMENT OF WATER RESOURCES

Grundwasser deckt den Wasserbedarf Kaliforniens in trockenen Jahren zu etwa 60 Prozent und in solchen mit durchschnittlichen Niederschlägen zu ungefähr 30 Prozent. Doch selbst die in feuchten Jahren entnommene Wassermenge ist nicht nachhaltig. Regenwasser, das im Boden versickert, kann das Grundwasser nicht so schnell wieder auffüllen, wie es nach oben gepumpt wird. Damit folgt man einem globalen Trend: Laut einer Studie aus dem Jahr 2015, die auf Satellitendaten der NASA beruht, hat mehr als die Hälfte der größten Grundwasserspeicher der Erde bereits einen kritischen Schwellenwert unterschritten.

Das ist Besorgnis erregend, denn dieses Wasser dient größtenteils dem Erzeugen von Nahrungsmitteln. Wenn Bauern in jenen Regionen, die auf Grundwasser angewiesen sind, ihre Felder nicht mehr bestellen können, wäre das katastrophal. Vor allem angesichts der Schätzungen der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) der UN, wonach die weltweite Nahrungsmittelproduktion bis 2050 um 70 Prozent wachsen müsste, um die dann gut neun Milliarden Menschen ernähren zu können.

Über ein Jahrhundert lang hat sich Kalifornien nur um das Wasser an der Oberfläche gekümmert. Grundwasser konnten Landbesitzer nach Belieben nutzen: Jeder durfte auf seinem Grund und Boden einen Brunnen graben und so viel Wasser hochpumpen, wie er wollte; ohne Rücksicht auf die Folgen für seine Nachbarn. Flüsse und Seen auf der einen und Grundwasser auf der anderen Seite galten als zwei separate Ressourcen – obwohl ein gut gefüllter Aquifer einen Fluss bei Trockenheit am Leben erhält und Letzterer umgekehrt als Puffer für erschöpfte Tiefenspeicher dienen kann. »Im San Joaquin Valley ist der Grundwasserspiegel stellenweise so stark gefallen, dass keine Verbindung mehr zu den Flüssen existiert, die ursprünglich mit den unterirdischen Reservoiren im Austausch standen«, beklagt Helen Dahlke, Professorin für integrierte Hydrologie an der University of California in Davis. Der Bruch im Wasserkreislauf lässt Feuchtgebiete und Quellen austrocknen und beeinträchtigt so die aquatische Tier- und Pflanzenwelt. Würden die Grundwasserspeicher wieder aufgefüllt, könnten sich einige Aquifere erneut mit ihren Flüssen verbinden. Das hydrologische System wäre so weniger anfällig für Extremwetter.

FLORENCE LOW / CALIFORNIA DEPARTMENT OF WATER RESOURCES

Frühere Ansätze zum Speichern von Wasser in Kalifornien hatten die Aquifere als eine Art Wasserbank betrachtet: Dieselbe Menge, die man ihnen zuführt, kann man in Trockenperioden einfach wieder abrufen. Das Wasser wartet jedoch nicht unbedingt geduldig in einem unterirdischen Becken darauf, bei Bedarf hochgepumpt zu werden. Damit die Vision des Bundesstaats Realität wird, müssen die Menschen anfangen, Wasser als Gemeingut zu betrachten – anstatt es sich gegenseitig streitig zu machen.

Das Ende der rücksichtslosen Wasserentnahme?
Kaliforniens Wasserrechte galten lange als politisch unantastbar. Das panische Anzapfen der Grundwasservorräte während der jüngsten Dürre führte jedoch zu einem Umdenken. 2014 verabschiedete der Bundesstaat ein Gesetz für nachhaltiges Grundwassermanagement: Der Sustainable Groundwater Management Act schreibt vor, Grundwasser auf der Ebene der Einzugsgebiete zu bewirtschaften und dabei sowohl die Oberflächengewässer als auch die darunterliegenden Aquifere zu berücksichtigen. Von den 515 Einzugsgebieten Kaliforniens liefern 127 96 Prozent des Grundwassers und haben daher Priorität. Jede Region muss eine Agentur einrichten, die bis 2022 einen Plan zum nachhaltigen Management des Grundwassers vorlegt und diesen bis spätestens 2040 umsetzt. »Ein ehrgeiziges Ziel, da es für die meisten Gebiete keine belastbaren Daten gibt«, sagt Tara Moran von der Stanford University, die ein Forschungsprojekt zur Wassernutzung im Westen der USA leitet.

Das neue Gesetz soll dafür sorgen, dass Städte und Regionen mit Bewässerungswirtschaft das Grundwasser nicht weiter plündern, damit die unterirdischen Wasserpegel steigen können. »Der Großteil der gegründeten Agenturen würde es bevorzugen, die Aquifere wieder aufzufüllen, anstatt die Entnahme von Grundwasser zu begrenzen«, meint Esther Conrad, die ebenfalls an der Stanford University forscht und lokale Wasserkonferenzen in ganz Kalifornien besucht hat.

Anregungen liefern Gemeinden, die vor Jahrzehnten mit Wassermangel zu kämpfen hatten. Eine davon ist das Santa-Clara-Tal, heute bekannt als Silicon Valley. Im 19. und 20. Jahrhundert nannten es die Leute »Tal der Herzenslust«, weil man dort Aprikosen, Kirschen und Pflaumen in großen Mengen erntete. Damit ihre Bäume die trockenen Sommer gut überstanden, bedienten sich die Obstbauern des Wassers der Aquifere. Die Folge: Zwischen 1890 und 1920 sanken die Grundwasserspiegel dramatisch, und die Böden sackten ab – in der Innenstadt von San Jose um knapp vier Meter.

AUF EINEN BLICK: DIE RESSOURCE WASSER NACHHALTIG NUTZEN

1 Kalifornien könnte Überschwemmungen und Dürren besser überstehen, wenn es seine leer gepumpten Grundwasserspeicher bei Hochwasser auffüllt.

2 Es bedarf einer neuen Mentalität, die Flüsse, Seen und Grundwasser als zusammenhängendes System betrachtet und die Ressource Wasser nicht länger als Privateigentum, sondern als Gemeingut.

3 Forscher fluten in Pilotprojekten Felder, damit mehr Wasser versickert. Vielerorts steigt dadurch der Grundwasserpegel wieder. Ausgleichszahlungen an die Landwirte erhöhen die Akzeptanz.

Die Ortsvorsteher entschieden, die Aquifere wieder aufzufüllen, indem man bei Hochwasserständen Wasser zurückhielt, das sonst einfach gen Ozean rauschte. So wie Biber ein Fließgewässer stauen, um einen Teich entstehen zu lassen, errichteten Ingenieure mit Sandsäcken Dämme an verschiedenen Stellen quer über den Page Creek in Los Gatos. Entlang des kleinen Flusses bildeten sich so Staubecken, die dem Wasser Zeit verschafften, in den Untergrund zu sickern. Später baute man Erdwälle über den Los Gatos Creek wie den gut zehn Meter hohen Vasona-Sickerdamm. Heftige Regenfälle überfluteten den Stadtpark rings um den Damm, so dass sich zusätzliches Grundwasser anreichern konnte, ohne Wohn- oder Geschäftshäuser zu gefährden. Die Staumaßnahmen stoppten sowohl das Absacken der Böden als auch das Absinken der Grundwasserpegel. Auf Grund des starken Bevölkerungswachstums im Tal nach dem Zweiten Weltkrieg benötigte man jedoch mehr Wasser, als das Ökosystem natürlicherweise hergab. Die Landes- und Bundesregierung errichtete Rohrleitungen zu den massiven Kanälen, um Wasser aus Nordkalifornien nach Süden umzulenken.

Heute profitiert der Santa Clara Valley District von den Staubecken. Die menschengemachten Barrieren an Bächen und Flüssen erstrecken sich über fast 150 Kilometer. Sie sorgen dafür, dass schnell fließendes Wasser sich verlangsamt und in den Untergrund sickert. Zudem verfügt der Distrikt über rund 120 Hektar frei stehender Sickerteiche, in die bei Überflutungen Wasser aus nahe gelegenen Orten geleitet wird. Wie wertvoll die Grundwasseranreicherung ist, zeigte sich während der letzten Dürre: 2014 konnten die Regionen trotz akuten Wassermangels 51 Prozent des Bedarfs durch Grundwasser decken.

Ein großer Wasservorrat

Oberflächengewässer und Grundwasser sind eng miteinander verbunden. Wasser aus Flüssen und Bächen sickert oft in unterirdische Speicher, so genannte Aquifere. Fällt der Pegel eines Gewässers, kann auch der Grundwasserspiegel sinken. Umgekehrt kann der Wasserstand eines Flusses fallen, wenn Landwirte oder städtische Versorger Aquifere anzapfen. Die Schneeschmelze im Frühjahr speist viele Flüsse und Aquifere Kaliforniens. Durch den Klimawandel schwindet diese wichtige Quelle zunehmend.

Will man Grundwasser großflächig anreichern, kommt zuallererst die Frage auf, wo das Wasser herkommen soll. »Die Wasserrechte der meisten Leute gelten für die Pflanzund Wachstumszeit«, erklärt Felicia Marcus. »Im Winter gibt es daher einen großen Überschuss an Wasser.« Eine jüngst veröffentlichte Studie bestätigt, dass dieser ausreichen würde, um die Aquifere im 600 Kilometer langen und bis zu 80 Kilometer breiten Längstal in Zentralkalifornien (Central Valley) wieder aufzufüllen. Die Herausforderung besteht darin, Regenwasser dorthin zu leiten, wo der Untergrund es aufnehmen kann. Im Norden Kaliforniens fallen mehr Niederschläge während des Winters, der Verbrauch im Süden aber ist während des Sommers am größten. Ein Großteil des Wassers, das Kanäle und Aquädukte von Nord nach Süd bringen, nutzen die Bauern im Winter überhaupt nicht. Anstatt es in den Pazifik fließen zu lassen, könnte man das überschüssige Wasser also auf die südlichen Felder leiten, damit es die Aquifere für den Sommer füllt.

Auch ein Handel in umgekehrter Richtung ist denkbar: Vergleichsweise wasserreiche Regionen wie jene um den Sacramento River könnten in regenreichen Jahren Grundwasser zur Bewässerung der Felder nutzen und ihr Oberflächenwasser nach Süden leiten, um die dortigen Aquifere zu speisen, so Ellen Hanak, Direktorin des Zentrums für Wasserpolitik am Public Policy Institute of California. Die Bilanzierung sei allerdings nicht ganz einfach, und man müsse noch ein Kompensationsverfahren erarbeiten, bevor sich diese Praxis verbreiten könne. Überschüssiges Wasser im Winter zu speichern, ist zudem schwierig, da die Böden gesättigt und die Reservoire voll sind, ergänzt Hanak. Aber man habe bereits einige Landgebiete als Entlastungsflächen für Hochwasser ausgewiesen. Zusätzliche Flächen könnten Grundwasser direkt vor Ort anreichern oder als Zwischenspeicher dienen, bis die nötige Infrastruktur vorhanden sei, um das Wasser zu weiter entfernten Speichern zu leiten.

Wie das aussehen könnte, zeigen Maßnahmen im Sacramento-San-Joaquin-Delta, das in die Bucht von San Francisco mündet. Hier verwandelten Landwirte vor über einem Jahrhundert Marschland in Ackerflächen, indem sie Deiche aufschütteten. Im Jahr 2014 bauten Ingenieure diese auf einer Länge von etwa 230 Metern zurück, damit der ebenfalls ins Delta fließende Cosumnes im Winter sein ursprüngliches Überschwemmungsgebiet erreichen kann. Man will die Landschaft in ihren natürlichen Zustand überführen, in der Hoffnung, dass sich die Aquifere so wieder füllen. Im Winter 2016/2017 konnten Hydrogeologen um Graham Fogg vom Zentrum für Wassereinzugsgebiete an der University of California in Davis nachweisen, dass sich während des Hochwassers tatsächlich Grundwasser anreichert: dreimal mehr als normalerweise durch Regen oder Bewässerung. Das Überschwemmungsgebiet ist mit 115 Hektar relativ klein, sammelte aber rund 2,5 Millionen Kubikmeter Wasser (das Volumen von etwa 1000 olympischen Schwimmbecken).

Effektiv und billig: Überschwemmte Ackerflächen sorgen für volle Grundwasserspeicher
Ein Großteil des Central Valley wird heute landwirtschaftlich genutzt. Wissenschaftler beschäftigen sich deshalb damit, wie man Felder ohne Schäden für die Bauern fluten kann. Flächen, die sich zur Anreicherung von Grundwasser eignen, müssen mehrere Kriterien erfüllen, etwa ein geringes Gefälle und eine hohe Durchlässigkeit des Bodens, damit das Wasser schnell versickern kann. Zudem sollte der Boden wenig Salze, Pestizide und Nährstoffe enthalten, die das Grundwasser belasten könnten. Und die Landwirte brauchen die Gewissheit, dass das Fluten brach liegender oder bewirtschafteter Felder zu sorgfältig abgestimmten Zeiten keine Ernteeinbußen nach sich zieht.

Helen Dahlke flutet im Rahmen ihrer Forschung testweise Felder, um die Gesundheit von Pflanzen und Wurzeln, die Geschwindigkeit, mit der Wasser versickert, sowie Salz- und Nitratkonzentrationen zu erfassen. Im kalifornischen Scott Valley setzte sie Luzerneacker unterschiedlich lange unter Wasser: ein bis zwei Tage pro Woche, drei bis vier Tage pro Woche oder durchgehend von Februar bis April. Während der Testphase im Winter reicherten sich unter den insgesamt sechs Hektar Land knapp 170 000 Kubikmeter Grundwasser an. Mehr als Helen Dahlke flutet im Rahmen ihrer Forschung testweise Felder, um die Gesundheit von Pflanzen und Wurzeln, die Geschwindigkeit, mit der Wasser versickert, sowie Salz- und Nitratkonzentrationen zu erfassen. Im kalifornischen Scott Valley setzte sie Luzerneacker unterschiedlich lange unter Wasser: ein bis zwei Tage pro Woche, drei bis vier Tage pro Woche oder durchgehend von Februar bis April. Während der Testphase im Winter reicherten sich unter den insgesamt sechs Hektar Land knapp 170 000 Kubikmeter Grundwasser an. Mehr als 90 Prozent des Wassers versickerte, ohne dass die Erträge darunter litten. Auch andere Pflanzenarten hat Dahlke getestet, etwa Mandelbäume. Deren Wurzeln stehen angeblich nicht gern in Wasser. Doch hinsichtlich Blütenbildung und des Austreibens der Blätter konnte sie zwischen überfluteten und nicht überfluteten Feldern keine Unterschiede feststellen.

Eine weitere Herausforderung ist es, Nährstoffe und Pestizide nicht ins Grundwasser gelangen zu lassen. Das Überschwemmen der Felder und das Ausbringen von Dünger sowie Pflanzenschutzmitteln muss daher zeitlich weit genug auseinanderliegen, erläutert Thomas Harter, der sich an der University of California in Davis mit Grundwasserverschmutzung beschäftigt.

Ein Landwirt war den Wissenschaftlern bereits voraus: Don Cameron hatte 1983 beobachtet, dass ein benachbarter Weinberg eine gute Ernte einbrachte, obwohl dieser nach heftigen Regenfällen monatelang unter Wasser gestanden hatte. Er selbst betreibt eine fast 3000 Hektar große Ranch im San Joaquin Valley, auf der er 25 verschiedene Feldfrüchte sowohl konventionell als auch biologisch anbaut und fast ausschließlich mit Grundwasser versorgt. 2011 sowie im Winter 2016/2017 erlaubte ihm die örtliche Kings-River-Wasservereinigung, ungenutztes Hochwasser auf seine Felder umzuleiten. Einige davon lagen brach, auf anderen wuchsen Luzerne, Weintrauben, Walnüsse, Mandeln oder Pistazien. Sein Plan ging auf: Die Pflanzen blieben unbeschädigt, und im Boden installierte Sensoren zeigten, dass mindestens 70 Prozent des Wassers in Tiefen unterhalb der Wurzelzone gelangt war. Mit Hilfe von Landes- und Bundesmitteln kann Cameron nun weitere Kanäle anlegen und Pumpen bauen, um zukünftig all seine Äcker zu fluten – und so die darunterliegenden Aquifere aufzufüllen.

Lange wurde der Cosumnes von seinen Schwemmflächen (links) durch Deiche (nicht im Bild) getrennt. Heute kann der Fluss bei Hochwasser wieder über die Ufer treten (rechts) und füllt so die Grundwasserspeicher.


JUDAH GROSSMAN, THE NATURE CONSERVANCY

Farmer, die dem Beispiel folgen wollen, könnten es schwerer haben, ungenutztes Wasser im Winter zu verwenden. Vielerorts benötigen sie hierfür eine Erlaubnis, und diese zu erhalten, ist ein langwieriger Prozess. Einer der Gründe: »Daten zu Wasserrechten stecken in zehn Millionen Akten, verteilt auf das kalifornische Wasserwirtschaftsamt und 58 Bezirksgerichte im gesamten Bundesstaat «, sagt Michael Kiparsky, Direktor des Wheeler Institute for Water Law an der University of California in Berkeley. Dass die Wasserrechte im Epizentrum des digitalen Wandels nur auf Papier verfügbar sind, ist kein Zufall. Viele Rechteinhaber glauben, je weniger andere über ihre Wassernutzung wüssten, desto besser. Kiparsky und Richard Roos-Collins von der Arbeitsgruppe für Wasserund Energierecht in Berkeley arbeiten aktuell mit staatlichen Stellen daran, eine Datenbank zu entwickeln. Die soll es den regionalen Wasserverbänden erleichtern, Informationen zu bereits vergebenen Nutzungsrechten für einen bestimmten Fluss einzuholen.

Manche Farmer brauchen einen stärkeren Anreiz zur Mitwirkung. So bezahlt The Nature Conservancy Landwirte dafür, ihre Felder unter Wasser zu setzen. Ihr geht es dabei vor allem um Rastplätze für Zugvögel, die ihren Bedarf an Wasser und Nahrung zu 60 Prozent auf überschwemmtem Ackerland decken. Da Zugvögel aber stets auf der Durchreise sind, benötigen sie solche Flächen nur für wenige Wochen im Jahr. Die Umweltschutzorganisation pachtet daher Felder, die auf den Flugrouten der Vögel liegen, und flutet diese für zwei Wochen während der Wanderperioden im Frühjahr und Herbst. Im Rahmen des »BirdReturns«(»Vogel-Rückkehr« oder auch »Vogel-Rendite«)-Programms arbeitet man inzwischen auch vermehrt mit Farmern zusammen, unter deren Ländereien erschöpfte Aquifere liegen. Nach vorsichtigen Schätzungen ließen sich in den vergangenen vier Jahren durch gezieltes Fluten von Äckern etwa 25 Millionen Kubikmeter Grundwasser gewinnen.

JUDAH GROSSMAN, THE NATURE CONSERVANCY

Andrew Fisher, Hydrologe an der University of California in Santa Cruz, hat eine andere Lösung gefunden, Landwirte für Grundwasseranreicherung zu kompensieren. Er leitet ein Pilotprojekt im Pajaro Valley an der Bucht von Monterey, südlich von San Francisco. Hier wachsen Artischocken, Beeren und Blattgemüse für den Export. Da es jedoch an Oberflächenwasser mangelt, müssen die Farmer Wasser aus der Tiefe hochpumpen. Bereits in den 1980er Jahren war die nicht nachhaltige Nutzung ein großes Problem, so dass die Regierung eine Agentur gründete, um das Wasser des Pajaro-Tals besser zu managen. Seitdem werden für das Fördern von Grundwasser Gebühren erhoben, die Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserversorgung und der Wasserqualität finanzieren.

Wer Grundwasser sammelt, zahlt später weniger
Fishers Projekt leistet dazu einen wichtigen Beitrag: Es leitet überschüssiges Regenwasser von Feldern und umliegenden Gebieten in ein zirka 1,6 Hektar großes Becken zur Grundwasseranreicherung. Letzten Winter verzeichneten er und sein Team gut 170 000 Kubikmeter Wasser, das in den Boden gesickert war. Dieses wird den Landwirten gutgeschrieben und mit zukünftigen Nutzungsgebühren verrechnet – so wie Stromverbraucher mit Solarpaneelen auf ihren Dächern Guthaben erhalten, wenn sie überschüssigen Strom ins Netz einspeisen. Die Wasserwirtschaftsagentur im Pajaro Valley rechnet den Landwirten die Hälfte des Sickerwassers an. Damit berücksichtigt sie Wasser, das ohnehin in tiefere Bodenschichten gelangt wäre, und solches, das sich im hydrologischen Netzwerk unter der Erde verliert und später nicht zur Verfügung steht.

Anstatt weiter darüber zu streiten, wem das Wasser gehört, entsteht allmählich ein neuer Gemeinsinn. Auch weil die Erfolge der zeitlich begrenzten Überschwemmungen für sich sprechen – und schnell die Runde machen: »Es gibt mehr Bewerbungen für unser Projekt, als wir aufnehmen können«, freut sich Fisher. Ähnlich gut entwickelt sich »BirdReturns«. Nach anfänglicher Zurückhaltung gibt es heute doppelt so viele Angebote von Landwirten, die ihre Felder fluten lassen wollen, wie das Projekt benötigt.

Die neuen Ansätze zeigen, dass Grundwasseranreicherung vielfältigen Nutzen hat, und animieren zur Nachahmung. Zudem verdeutlichen sie, dass man Nachhaltigkeit nur erreicht, wenn man die Verantwortung für die Ressource Wasser in die Hände der lokalen Gemeinschaften legt. »Hydrologische Probleme lassen sich nicht ausschließlich mit den Methoden der Wissenschaft lösen. Ebenso wichtig ist es, die Menschen zu verstehen und einzubinden«, meint Thomas Harter und ergänzt: »Diese stehen neuen Ideen sehr viel aufgeschlossener gegenüber, wenn sie an der Umsetzung beteiligt sind.«

QUELLEN

Kocis, T. N., Dahlke, H. E.: Availability of High-Magnitude Streamflow for Groundwater Banking in the Central Valley, California. In: Environmental Research Letters 12, 084009, 2017

The Nature Conservancy: Sustainable Groundwater Management: What We Can Learn from California’s Central Valley Streams. 2016.www.scienceforconservation.org/products/sustainablegroundwater-management-lessons


ALACATR / GETTY IMAGES / ISTOCK

EMILY COOPER / SCIENTIFIC AMERICAN NOVEMBER 2017

EMILY COOPER / SCIENTIFIC AMERICAN NOVEMBER 2017