Please use this identifier to cite or link to this item:
https://hdl.handle.net/10419/338112 Authors:
Year of Publication:
2026
Series/Report no.:
Thünen Working Paper No. 278
Publisher:
Johann Heinrich von Thünen-Institut, Braunschweig
Abstract:
Ausreichende Wasserversorgung ist eine der wichtigsten Herausforderungen für den Pflanzenbau in Deutschland im Kontext des fortschreitenden Klimawandels. Niedrige Grundwasserstände, Änderung der räumlichen Variabilität des Niederschlags, zunehmende Häufigkeit des Niederschlags in Form von Starkregenereignissen sowie Einschränkungen von Wasserentnahmen verringern die Wasserverfügbarkeit für Pflanzen und die Bewässerungssicherheit. Das Verbundprojekt LAWAMAD - Landwirtschaftliches Wassermanagement in Deutschland - untersucht das Potenzial und die Umsetzbarkeit der oberirdischen Wasserspeicherung für eine Erhöhung der Wasserverfügbarkeit für Bewässerung. Wasserspeicherbecken können im Winterhalbjahr gefüllt und im Sommerhalbjahr für die Bewässerung genutzt werden. Somit können die zunehmend ungünstige jahreszeitliche Niederschlagsverteilung ausgeglichen, die Zuverlässigkeit der Bewässerung für Betriebe verbessert sowie die Interessenkonflikte um Wassernutzungen im Sommerhalbjahr abgemildert werden. Dimensionierung von Wasserspeicherbecken. Für Landschaftsausschnitte in der Magdeburger Börde (Sachsen- Anhalt) und in der Region Weingarten (Rheinland-Pfalz) wurde die Speicherung (i) von Wasserentnahmen aus Fließgewässern I. Ordnung (überregionales Konzept), (ii) von Entnahmen aus Fließgewässern II.-III. Ordnung (regionales Konzept), und (iii) von Oberflächenabfluss (lokales Konzept) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass in den ausgewählten Landschaftsausschnitten der Abfluss in den Fließgewässern im Winterhalbjahr ausreichend ist, um die für die Bewässerung erforderlichen Wassermengen zwischenzuspeichern. Die Möglichkeit zur Speicherung von Oberflächenabfluss ist sehr standortspezifisch und stark von den Gelände- und Bodeneigenschaften abhängig. Im Vergleich zu den Abflussmengen in Fließgewässern können bei dieser Option nur deutlich kleinere Wassermengen für die Zwischenspeicherung zurückgehalten werden. Zusätzlich entstehen bei dieser Option Interessenkonflikte zwischen Wasserspeicherung und Erosionsschutz. Planung von Wasserspeicherbecken und Ermittlung des Investitionsbedarfs. Der Bau eines Wasserspeicherbeckens ist eine kostenintensive Maßnahme. Je nach Gesamtvolumen des Beckens, liegt der Investitionsbedarf für 1 m3 im Folienbecken gespeichertes Wasser zwischen 20-70 €. Dieser Preis umfasst neben den Bauarbeiten und Materialien auch technische Anlagen und Baunebenkosten. Die Wirtschaftlichkeit der Wasserspeicherung kann durch (i) Minderung des Bewässerungs- und Wasserspeicherungsbedarfs, (ii) Verringerung der Kosten durch die Bauform und Ausführung des Wasserspeicherbeckens, und (iii) multifunktionale Nutzung des Wasserspeicherbeckens, z. B. für Energieerzeugung verbessert werden. Synergien zwischen Wasserspeicherung und Energieerzeugung. Die Ergebnisse zeigen auf, dass bei maximaler Belegung der Wasseroberfläche mit schwimmender Photovoltaik die Verdunstung erheblich reduziert werden kann. Dies wirkt sich positiv auf die Dimensionierung von Speicherbecken und den erforderlichen Investitionsbedarf aus. Stromerzeugung stellt eine zusätzliche Einkommensquelle dar und ermöglicht die Einführung von intelligenter Bewässerungssteuerung auch auf den Flächen, die keinen Anschluss an ein Stromnetz haben. Das Potenzial und die Umsetzbarkeit der oberirdischen Wasserspeicherung sind in breiterem rechtlichem und politischem Kontext zu betrachten. Erforderlich ist die einheitliche und ökologisch sichere Regelung von Entnahmen aus Fließgewässern und Erteilung von wasserrechtlichen Erlaubnissen. Weiterentwicklungen des Wasserhaushaltsgesetzes und des Erneuerbaren Energien Gesetzes sind geboten, um die Synergien zwischen Wasserspeicherung und Energieerzeugung auszuschöpfen. Um das ganze Potenzial von Wasserspeicherbecken für die landwirtschaftliche Wasserversorgung, den Grundwasserschutz und weitere gesellschaftliche Leistungen (z. B. Hochwasserschutz, Energieerzeugung) auszuschöpfen, soll die Wasserspeicherung zukünftig besser koordiniert und in die räumliche Landschaftsplanung integriert werden.
Abstract (Translated):
Sufficient water supply is one of the major challenges for German crop production in the context of advancing climate change. Low groundwater levels, changes in rainfall patterns, and increasing frequency of precipitation in form of heavy rainfall together with restrictions on water exstraction for irrigation reduce water availability for crops and reliability of irrigation. The joint research project LAWAMAD - Agricultural Water Management in Germany - examines the potential and feasibility of water storage to increase water availability for crop production. The main principle of this technical measure is to store water extracted in winter and use it for irrigation in summer. In this way the increasingly unfavourable rainfall distribution can be balanced, the reliability of irrigation improved, and the seasonal conflicts of interests regarding water use alleviated. Dimensioning of water storage reservoirs. The storage of (i) water extractions from watercourses of 1st order (supra-regional concept), (ii) water extractions from watercourses of 2nd and 3rd order (regional concept) and (iii) surface runoff in case of heavy rain (local concept) was examined for two case studies in Magdeburg Börde (Saxony-Anhalt) and the Weingarten region (Rhineland-Palatinate). The results demonstrate, that for these cases the river discharge in winter is sufficient for storing necessary amounts of water for irrigation. Storage of surface run-off is very site-specific and depends strongly on terrain and soil characteristics. Comparing with the levels of river discharge, much smaller amounts of water for storage can be generated when implementing the local concept. Furthermore, the conflicts of interests between water storage and soil protection from erosion are to be considered. Planning of water storage reservoirs investment requirements. The construction of water storage reservoirs for securing irrigation implies high investment requirements ranging between 20-70 € per 1 m3 of stored water, depending i. a. on the total volume of a reservoir. These estimated investment costs cover construction works, materials, technical facilities and ancillary expenses. The economic efficiency of water storage can be improved by (i) measures reducing irrigation demand and therefore water storage needs, (ii) decreasing investment requirements by choice of the reservoir's construction form and design, and (iii) multifunctional use of water storage reservoirs, i. e. for energy production. Synergies between water storage and power generation. The research results demonstrate, that the maximum coverage of water surface with floating photovoltaic can significantly reduce evaporation from a water storage reservoir, which has positive effects on dimensioning of the latter and the corresponding investment costs. Power generation constitutes an additional income source for agricultural producers and enables implementation of intelligent irrigation scheduling systems on farmland without connection to electricity supply. The potential and feasibility of water storage for irrigation are to be considered in a broader legal and political context. There is a clear need for coherent and environmentally safe regulation of water extractions from watercourses and for issuance of water extraction permits. Amendments to the Germany's Federal Water Act and the Renewable Energy Act are advisable for exploiting the synergies between water storage for irrigation and power generation. In the future, water storage should be better coordinated and integrated into regional landscape planning, in order to exploit the full potential of storage reservoirs both for agricultural water supply and groundwater protection as well as for provision of further public services such as flood protection and power generation.
Subjects:
Klimaanpassung
Wassermanagement
Wasserspeicherung für Bewässerung
schwimmende Photovoltaik
climate adaptation
crop production
water management
water storage for irrigation
floating photovoltai
Wassermanagement
Wasserspeicherung für Bewässerung
schwimmende Photovoltaik
climate adaptation
crop production
water management
water storage for irrigation
floating photovoltai
JEL:
Q15
Q25
Q42
Q54
Q55
Q25
Q42
Q54
Q55
Persistent Identifier of the first edition:
Document Type:
Working Paper
Appears in Collections:
Files in This Item:
File
Description
Size
Format
Items in EconStor are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.