Hintergrund
Erstmals ermöglicht ein auf maschinellem Lernen basierendes Verfahren eine deutschlandweit einheitliche Darstellung vergangener, aktueller und zukünftiger Grundwasserstände, die in regelmäßigen Abständen aktualisiert wird. Die Prognosezeiträume reichen von der Kurzfristvorhersage (bis 3 Monate) über die Mittelfristprognose (10 Jahre) bis hin zur Langfristprojektion (bis 2100), um die Entwicklung der Grundwasserstände unter Berücksichtigung der Szenarien des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) vor dem Hintergrund des Klimawandels objektiv abschätzen zu können. Die Informationsbasis umfasst neben den Grundwasserdaten aus den Messnetzen der zuständigen Landesbehörden auch Wetter- und Klimavorhersagen sowie Klimaprojektionen des Deutschen Wetterdienstes (DWD).Im Rahmen des Projektes MENTOR wurden Algorithmen zur Berechnung der Grundwasserstände an rund 120 Referenzmessstellen in ganz Deutschland auf Basis der Methode der Künstlichen Neuronalen Netze (KNN) entwickelt und eingesetzt. Das Hauptziel bestand darin, traditionelle physikalisch-numerische Modelle durch maschinelle Lernverfahren zu ersetzen, um landesweit Grundwasserstände aus den verfügbaren Daten vorherzusagen. Dadurch können fehlende oder unvollständige Felddaten wie Geometrie und physikalische Eigenschaften des Untergrundes kompensiert werden. Dies war möglich, weil die Fragestellung auf eine einfache Input-Output-Beziehung reduziert wurde. Die bisher aufwändige und teure Datenerhebung zur Charakterisierung des Untergrundes war nicht mehr notwendig.
Die Kenntnis vergangener, gegenwärtiger und zukünftiger Grundwasserstände liefert Entscheidungsträgern und Praktikern im Wassersektor wichtige Informationen über langfristige Trends und Veränderungen der Grundwasserverfügbarkeit. Dies kann helfen, rechtzeitig auf mögliche Probleme zu reagieren und angepasste Strategien zur Bewirtschaftung der Grundwasserressourcen für die Trinkwasserversorgung und die landwirtschaftliche Bewässerung zu entwickeln. Darüber hinaus können Grundwasserstandsvorhersagen die interessierte Öffentlichkeit für möglicherweise bevorstehende Wassermangelsituationen mit niedrigen Grundwasserständen, aber auch für Überflusssituationen mit hohen Grundwasserständen sensibilisieren.
Grundwasser ist weltweit ein lebenswichtiges und unverzichtbares Gut. In Deutschland decken Grund- und Quellwasser laut Statistischem Bundesamt im Jahr 2019 mit 3,78 Milliarden geförderten Kubikmetern (Mrd. m³) 70,6 % der öffentlichen Wasserversorgung ab und damit einen Großteil des täglichen Wasserbedarfs der Bevölkerung. In Bremen, Hamburg und Schleswig-Holstein basiert die öffentliche Wasserversorgung sogar vollständig auf Grundwasser. In der nichtöffentlichen Wasserversorgung, bei der sich vor allem die Industrie mit Wasser versorgt, spielen Grund- und Quellwasser mit 2,29 Mrd. m³ im Jahr 2019 (14,9 %) dagegen nur eine untergeordnete Rolle.
