Water Stress Analysis Considering Climate Change Scenarios in Semi-Arid Regions Using WEAP Model

Süßwasser ist das Lebenselixier der menschlichen Zivilisation, doch in vielen Teilen der Welt übersteigt die Menge an Wasser, die Menschen benötigen, stetig die Menge, die die Natur bereitstellt. Dieses Ungleichgewicht, bekannt als Wasserstress, tritt auf, wenn die Nachfrage nach sauberem Wasser die verfügbare Versorgung konsequent übersteigt. In semiariden Regionen, in denen Niederschläge spärlich und unvorhersehbar sind, ist dieses Problem besonders akut. Diese Gebiete verlassen sich stark auf Bewässerung, um Nahrungsmittel anzubauen, und auf Grundwasser, um Städte zu versorgen, aber steigende Temperaturen und sich verändernde Wetterlagen verschlimmern die Situation. Während der Planet sich erwärmt, kann die Luft mehr Feuchtigkeit halten, was dazu führt, dass der Boden schneller austrocknet und Nutzpflanzen mehr Wasser verlangen. Gleichzeitig fordern wachsende Bevölkerungen und expandierende Städte mehr Wasser für das tägliche Leben. Das Ergebnis ist ein sich zuziehender Engpass bei den Ressourcen, der die Ernährungssicherheit, die wirtschaftliche Stabilität und das Wohlergehen von Millionen Menschen bedroht.

In der südlichen Provinz Punjab in Pakistan steht der Distrikt Multan als ein markantes Beispiel für diesen Kampf. Seit Jahrzehnten ist diese Region mit einem chronischen Wassermangel konfrontiert, wobei Landwirte und Bewohner bereits um eine Versorgung konkurrieren, die hinter ihrem Bedarf zurückbleibt. Um zu verstehen, wie sich diese Krise in den kommenden Jahrzehnten entwickeln könnte, wandten sich die Forscher Muhammad Moaz Munawar, Atiq Ur Rehman Tariq und Amjad Masood einem hochentwickelten Computermodellierungswerkzeug namens Water Evaluation and Planning System, oder kurz WEAP, zu. Dieses Werkzeug fungiert wie ein digitaler Zwilling eines realen Wassernetzes, der es Wissenschaftlern ermöglicht, Flüsse, Kanäle und Felder abzubilden und dann zu simulieren, wie das Wasser unter verschiedenen Bedingungen durch sie fließt. Indem das Team das Modell mit historischen Daten und zukünftigen Klimavorhersagen fütterte, konnte es testen, wie das Wassersystem des Distrikts gegen den kombinierten Druck eines sich ändernden Klimas, einer wachsenden Bevölkerung und sich wandelnder landwirtschaftlicher Praktiken bestehen würde.

Die Forscher konzentrierten ihre Studie auf den Zeitraum von 2015 bis 2055 und betrachteten drei unterschiedliche Zukunftspfade basierend auf globalen Klimaszenarien. Diese Pfade reichen von einer Zukunft, in der die Welt entschlossen handelt, um die Erwärmung zu begrenzen, bis hin zu einem „Business-as-usual“-Pfad, bei dem die Emissionen ungehindert weiter steigen. Sie berücksichtigten auch die spezifischen Realitäten von Multan, wo sich die Landschaft rasant verändert hat. Zwischen 2010 und 2020 explodierte die Fläche für wasserintensive Kulturen wie Reis und Zuckerrohr, während die Bevölkerung anwuchs und die städtischen Gebiete expandierten. Das Team kalibrierte sein Modell zunächst mit realen Daten aus den Jahren 1990 bis 2020, um sicherzustellen, dass die Vorhersagen des Computers mit dem tatsächlichen Wasserfluss in den Kanälen der Region übereinstimmten. Sobald das Modell auf die Realität abgestimmt war, ließen sie es in die Zukunft laufen, um zu sehen, was die Zeit bringen würde.

Die Simulationen zeigten eine besorgniserregende Trajektorie. Selbst ohne jegliche neue Klimaveränderungen wird die Gesamtnachfrage nach Wasser in Multan voraussichtlich drastisch ansteigen, von etwa 1.449 Millionen Kubikmetern im Jahr 2015 auf fast 4.944 Millionen Kubikmeter bis 2055. Dieser Anstieg wird durch einen perfekten Sturm aus Faktoren angetrieben: mehr Menschen, die Wasser für Trinkzwecke und Sanitäranlagen benötigen, eine massive Ausweitung der Flächen für durstige Kulturen wie Zuckerrohr und Reis sowie ein heißeres Klima, das bewirkt, dass Wasser schneller aus dem Boden verdunstet. Die Studie ergab, dass die Region bereits mit einem strukturellen Defizit konfrontiert ist, was bedeutet, dass selbst heute das verfügbare Wasser nicht ausreicht, um den Bedarf des Distrikts zu decken, wodurch eine Lücke von fast 849 Millionen Kubikmetern entsteht. Diese Lücke wird derzeit durch das Pumpen von Grundwasser in einer unnachhaltigen Rate gefüllt, was dazu führt, dass der Grundwasserspiegel jedes Jahr um einen halben bis einen ganzen Meter sinkt.

Während die Simulationen in die Zukunft fortschritten, weitete sich die Kluft zwischen Angebot und Nachfrage unter allen Klimaszenarien signifikant aus. Bis 2055 wird die Menge an Wasser, die ungedeckt bleibt – also die Nachfrage, die durch die verfügbaren Quellen nicht befriedigt werden kann – je nach Grad der globalen Erwärmung voraussichtlich zwischen 22 und 38 Millionen Kubikmeter pro Jahr erreichen. Interessanterweise zeigte die Studie, dass sich die Quelle des Stresses im Laufe der Zeit ändert. In den frühen Jahrzehnten und unter moderaten Erwärmungsszenarienen kommt das größte Defizit aus der Landwirtschaft, da Landwirte Schwierigkeiten haben, ihre expandierenden Felder zu bewässern. Unter dem extremsten Erwärmungsszenario, bei dem die Temperaturen um mehr als zwei Grad Celsius steigen, verschiebt sich die Dynamik jedoch. Bis in die 2040er Jahre wird die Nachfrage nach häuslichem Wasser durch die wachsende Bevölkerung zum primären Treiber des Mangels und überholt die Landwirtschaft. Dies geschieht, weil extreme Hitze den Wasserbedarf pro Person für Kühlung und Hygiene in die Höhe treibt, während die schnelle Urbanisierung des Distrikts Millionen neuer Bewohner in das System bringt.

Die Forschung hob auch ein kontraintuitives Ergebnis bezüglich der Beziehung zwischen Klimaschutz und Wasserstress hervor. Das Szenario mit moderater Erwärmung, das einen Mittelweg der Entwicklung annimmt, führte tatsächlich zum höchsten landwirtschaftlichen Wasserdefizit. Dies liegt daran, dass dieser spezifische Pfad einen moderaten Anstieg der landwirtschaftlich genutzten Fläche beinhaltet, was in Kombination mit der zusätzlichen Hitze eine massive Nachfrage nach Bewässerung erzeugt, die die Wasserversorgung nicht decken kann. Im Gegensatz dazu zeigte das extremste Erwärmungsszenario, obwohl es verheerend für den häuslichen Wasserbedarf ist, ein etwas geringeres landwirtschaftliches Defizit, da die Annahmen für diesen Pfad andere Landnutzungsmuster beinhalteten. Dies deutet darauf hin, dass die Art und Weise, wie wir unser Land und unsere Pflanzen bewirtschaften, ebenso entscheidend für die Wassersicherheit ist wie die Menge der Treibhausgase, die wir ausstoßen.

Letztendlich kommt die Studie zu dem Schluss, dass Wasserstress in Multan kein zukünftiges Problem ist, das erst noch kommen muss, sondern eine gegenwärtige Realität, die sich nur noch intensivieren wird. Die Simulationen deuten darauf hin, dass der Distrikt ohne dringende und integrierte Interventionen vor 2035 eine schwere Wasserkrise erleben wird. Das Zeitfenster zum Handeln ist eng, da die Kombination aus steigenden Temperaturen, schwindendem Grundwasser und dem Höhepunkt des Bevölkerungswachstums zusammenkommen wird, um eine Situation zu schaffen, in der das Wasserangebot dem Bedarf einfach nicht mehr folgen kann. Die Ergebnisse weisen auf die Notwendigkeit eines sektorübergreifenden Ansatzes hin, der über den bloßen Bau von mehr Infrastruktur hinausgeht. Es erfordert einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise, wie Wasser verwaltet wird – von der Verbesserung der Effizienz der Bewässerung bis hin zu einer besseren Regulierung der Grundwassernutzung und einer Planung für eine Zukunft, in der die Bedürfnisse einer wachsenden Bevölkerung gegen eine schrumpfende Ressourcenbasis abgewogen werden müssen. Der Weg nach vorn hängt davon ab, heute schwierige Entscheidungen zu treffen, um sicherzustellen, dass Multan auch morgen noch ein Ort ist, an dem Menschen leben und gedeihen können.