Assessment of groundwater depletion rate by numerical modelling: a case study of Johar town Lahore, Pakistan

In den geschäftigen Städten Südasiens entfaltet sich unter den Straßen eine stille Krise. Das Grundwasser, das riesige Reservoir an Süßwasser, das verborgen unter der Erde liegt, wird schneller herausgeholt, als die Natur es wieder auffüllen kann. Diese verborgene Ressource ist kein unendlicher Brunnen; sie ist wie ein Bankkonto, bei dem die Abhebungen die Einzahlungen übersteigen. Wenn Regen fällt, sickert er in den Boden und fließt langsam nach unten, um diese unterirdischen Schichten aufzufüllen – ein Prozess, der als Grundwasserneubildung bekannt ist. Doch während die Städte expandieren, bedecken Beton und Asphalt den Boden und blockieren den Regen, sodass er die darunter liegende Aquifer nicht erreichen kann. Gleichzeitig pumpen wachsende Bevölkerungen und Industrien das Wasser mit einer beschleunigten Rate ab. Wenn das Gleichgewicht kippt, sinkt der Grundwasserspiegel, was Menschen dazu zwingt, tiefere Brunnen zu graben, die Kosten erhöht und die Qualität des verbleibenden Wassers gefährdet. Genau zu verstehen, wie schnell dieses Wasser in bestimmten Stadtvierteln verschwindet, ist entscheidend für die Planung einer Zukunft, in der die Städte nicht trockenfallen.

In der dichten städtischen Landschaft von Johar Town, einem Stadtteil in Lahore, Pakistan, haben Forscher ein digitales Werkzeug eingesetzt, um diesen unsichtbaren Rückgang zu messen. Das Team unter der Leitung von Sonia Anwar nutzte ein hochentwickeltes Computerprogramm, um einen digitalen Zwilling des unterirdischen Wassersystems in diesem Gebiet zu erstellen. Diese Software, bekannt als Visual MODFLOW, fungt wie eine detaillierte Karte, die simuliert, wie sich Wasser durch die Boden- und Gesteinsschichten bewegt. Um dieses Modell aufzubauen, sammelten die Forscher reale Daten von lokalen Behörden, einschließlich Aufzeichnungen darüber, wie viel Wasser aus Brunnen gepumpt wurde, der Tiefe der Wasserstände und der Niederschlagsmuster der letzten ein Jahrzehnts. Sie kartierten den Standort jeder Pumpstation sowie die physikalischen Eigenschaften des Bodens, wie etwa die Leichtigkeit, mit der Wasser durch den Boden fließen kann – eine Eigenschaft, die als hydraulische Leitfähigkeit bezeichnet wird. Durch die Einspeisung dieser Informationen in den Computer konnten sie beobachten, wie sich die Wasserstände im Zeitverlauf in der Simulation veränderten, indem sie effektiv die Geschichte der letzten sechs Jahre in einer digitalen Umgebung durchliefen, um zu sehen, was unter der Erde tatsächlich geschah.

Die Ergebnisse dieser digitalen Untersuchung zeigten einen klaren und stetigen Trend. Zwischen 2015 und 2021 sank der Grundwasserspiegel in Johar Town um durchschnittlich fast 0,88 Meter pro Jahr. Im Laufe dieser sechs Jahre fiel der gesamte Grundwasserspiegel um mehr als zwei Meter. Dieser Rückgang ist nicht nur eine Zahl in einer Grafik; er stellt eine greifbare Veränderung der Umwelt dar. Während das Wasser zurückweicht, steigen die Kosten für die Gewinnung, und das Wasser selbst wird anfälliger für Verunreinigungen von der Oberfläche. Die Forscher fanden heraus, dass der Haupttreiber dieses Absinkens die rasche Urbanisierung des Gebiets ist. Da Bauernhöfe und offene Felder durch Gebäude und Straßen ersetzt werden, verliert der Boden seine Fähigkeit, Regenwasser aufzunehmen. Anstatt in die Erde einzusickern, um die Aquifer aufzufüllen, fließt der Regen über die harten Oberflächen ab, wodurch das unterirdische Reservoir leer bleibt. Dieses Problem wird durch das schiere Volumen des Wassers verschärft, das zur Deckung des Bedarfs der wachsenden Bevölkerung und ihrer Industrien abgepumpt wird.

Um die Genauigkeit ihrer Ergebnisse sicherzustellen, testeten die Forscher ihr Modell anhand realer Beobachtungen. Sie passten die Einstellungen in der Computersimulation an, insbesondere den Wert dafür, wie leicht Wasser durch den Boden fließt, bis die simulierten Wasserstände mit den tatsächlichen Messungen aus den Brunnen vor Ort übereinstimmten. Sie fanden heraus, dass die Geschwindigkeit, mit der sich Wasser durch den Boden bewegt, der kritischste Faktor bei der Bestimmung der Wasserstände war. Sobald das Modell auf die Realität abgestimmt war, bestätigte es, dass die Entnahmerate konsistent und signifikant war. Die Studie hob auch hervor, dass Regen zwar hilft, die Aquifer aufzufüllen, die Menge des in der Region fallenden Regens jedoch nicht ausreicht, um die massive Menge an Wasser, die entnommen wird, auszugleichen. Selbst in Jahren mit starken Regenfällen war der Nettoeffekt immer noch ein Wasserverlust aus dem unterirdischen System.

Die Auswirkungen dieser Erkenntnisse erstrecken sich über ein einzelnes Stadtviertel hinaus. Die Studie legt nahe, dass die derzeitige Art und Weise, wie das Wasser in Lahore verwaltet wird, nicht nachhaltig ist. Die Forscher schlagen vor, dass das bloße Warten auf Regen keine lebensfähige Strategie mehr ist. Stattdessen empfehlen sie einen Wandel in der Art und Weise, wie die Stadt mit ihrem Wasserkreislauf interagiert. Dies beinhaltet die Installation von Invertierten Brunnen (Inverted Wells), bei denen es sich um Strukturen handelt, die darauf ausgelegt sind, Regenwasser aufzufangen und es tief in den Boden zu leiten, sowie die Schaffung von mehr Grünflächen, in denen der Boden atmen und Wasser aufnehmen kann. Sie fordern zudem eine strengere Überwachung und schlagen vor, dass die Wasserstände monatlich statt einmal im Jahr überprüft werden sollten, um Probleme frühzeitig zu erkennen. Darüber hinaus sollten neue Wohnbauprojekte dazu verpflichtet werden, das Wasser, das sie entnehmen, durch Wasser, das sie zurückgeben, auszugleichen. Das Ziel ist es, ein System zu schaffen, in dem die Stadt ihre Wasserversorgung nicht nur konsumiert, sondern aktiv an deren Wiederauffüllung teilnimmt, um sicherzustellen, dass die Wasserhähne auch für kommende Generationen nicht trockenfallen.