Entwicklung der hydrologischen Verhältnisse in der Schweiz

Transkript

1 Entwicklung der hydrologischen Verhältnisse in der Schweiz Synthese - Kernaussagen Rolf Weingartner Rolf Weingartner Gruppe für Hydrologie Geographisches Institut Uni Bern Oeschger-Zentrum Gruppe für Hydrologie Geographisches Institut Oeschger Zentrum Universität Bern Cercle d eau 1

2 25 Jahre Cercl'eau Überschreitungen in 82 a 7/25a Synthese - Kernaussagen Rolf Weingartner Gruppe für Hydrologie Geographisches Institut Uni Bern Oeschger-Zentrum Wassertemperaturen schweiz. Fliessgewässser (BAFU 2012) Höchste jährliche Hochwasserspitzen der Aare in Thun (BAFU 2012) Cercle d eau 2

3 Wasserhaushalt Niederwasser Hochwasser Teil 1) «Historische» Einordnung des heutigen Zustands Rhein-Basel Witterung (Variabilitäten) Wasserdargebot Referenzperiode Teil 2) Mögliche zukünftige Entwicklungen Ganze Schweiz Klima (langjährige Mittel) Inhalt Cercle d eau 3

4 Entwicklung des Wasserhaushalts Rhein-Basel von 1808 bis heute Basel Zürich Bern Genf N km A: km 2 (= 67% A CH) gla: 1.2% mh: 1025 m ü.m. Integrale Antwort Alpennordseite Hänggi & Weingartner

5 Entwicklung Rhein-Basel Statistisch signifikante Trends? Jahr-zu-Jahr Variabilität des Systems? Hänggi & Weingartner

6 Entwicklung Rhein-Basel Winter Sommer Jahr variabler weniger variabel weniger Wasser mehr Wasser Verhältnisse Heute ( ): im Winter signifikant mehr Wasser im Sommer tendenziell weniger Wasser Jahr: tendenziell mehr Abfluss geringe Veränderung der Variabilität Hänggi & Weingartner

7 Entwicklung Rhein-Basel Niederwasser im Winter: Ursachen der Zunahme? Hänggi & Weingartner

8 Rhein-Basel, AM7 a : Jährlich kleinstes Abflussmittel über sieben Tage [m 3 /s] Beurteilung des Wetters im Winter Weingartner, Pfister (2007) Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum Vier Beobachtungen 8

9 Statistisches Modell: AM 7 (Rhein) = f(n-winter(zürich), T-Winter(Zürich)) Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum Rolle des Klimas? 9

10 Weingartner, Pfister (2007) beobachtet Wasserkraft modelliert Klima(-änderungs)-Anteil heute: Höhere Niederwasserabflüsse als kombinierter Effekt von Klimaänderung und Wasserkraft Vermehrt Niederwasser ausserhalb des Winterhalbjahres (trockenere Sommer?) Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum Rolle des Klimas 10

11 August 2007 Wie sind solche grossen Hochwasser (Q max : 4800 m 3 /s) aus historischer Sicht einzuordnen? Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum Rhein-Basel, August

12 1268 Validierung vorinstrumentell instrumentell 1808 heute Methodik Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum 12

13 ( km 2, Entwässerung Alpennordseite) pre-instrumental period instrumental period m s s Katastrophenlücke 2007? Pfister, Wetter, Weingartner, Luterbacher, Reist, Trösch (2011) Höchste Hochwasserspitzen Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum 13

14 Aare Mündung Augusthochwasser 2007: - beobachtet - auf der Basis des historischen Gewässernetzes rekonstruiert Trösch (2011) Cercle d eau Hydraulische Berechnungen 14

15 ( km 2, Entwässerung Alpennordseite) pre-instrumental period instrumental period m s s heute: Niveau des 19. Jahrhunderts erreicht Restrisiko beachten Bemessungshochwasser basieren oftmals auf Daten aus der Katastrophenlücke Höchste Hochwasserspitzen Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum 15

16 Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum Rhein Basel

17 Wasserhaushalt Niederwasser Hochwasser Teil 1) «Historische» Einordnung des heutigen Zustands Rhein-Basel Witterung (Variabilitäten) Projekt CCHydro 8. Juni 2012 Wasserdargebot Referenzperiode Teil 2) Mögliche zukünftige Entwicklungen Ganze Schweiz Klima (langjährige Mittel) BAFU GIUB, GIUZ, UniL, VAW, WSL CCHydro Rolf Weingartner, Gruppe für Hydrologie, Geographisches Inst. / Oeschger-Zentrum 17

18 Niederschlag Temperatur Alpine Regionen Nord Süd Jahr So Wi Schnee Dauer, Höhe, Fläche Gletscher Veränderung Hochwasserspitzen? Abfluss/Dargebot Nur geringfügige Änderung der im langjährigen Mittel verfügbaren Menge Saisonale Umverteilung Ausgeprägtere sommerliche Niedrigwasser (Mittelland, grosse Flüsse) Ausdehnung der Hochwassersaison Zunahme der Wassertemperatur Cercle d eau Zusammenfassung CCHydro 18

19 Schlüsselgrösse «Saisonale Umverteilung» - Beispiel T: +4 C, Kander N: Hondrich +20% Ähnliches Regime, andere Prozesse! T: +2 C T: +4 C m 3 /s Jan Jul Dez - Temperatur via Schnee und Gletscher führt zu einem veränderten Grundmuster T: +4 C, N: -20% Aus: Wehren (2010), GIUB Saisonale Umverteilung (1) CCHydro Synthese 19

20 In Gletschern gespeicherte Wasservolumina Schädler (1985); Farinotti et al. (2012), Paul et al. (2011); Zappa et al. (2012) CCHydro Synthese Grundlegendes zur Cryosphäre 20

21 Temporäre Wasserspeicherung im Schnee 40% des Gesamtabflusses aus der Schweiz 35% 24% Grundlegendes zur Cryosphäre CCHydro Synthese 21

22 Schlüsselgrösse «Saisonale Umverteilung» T: +4 C, N: +20% Ähnliches Regime, andere Prozesse! T: +2 C T: +4 C m 3 /s Jan Jul Dez - Temperatur via Schnee und Gletscher führt zu verändertem Grundmuster - System wird pluvialer - Niederschlag bestimmt das Ausmass der mengenmässigen Veränderungen T: +4 C, N: -20% Aus: Wehren (2010), GIUB Saisonale Umverteilung (1) CCHydro Synthese 22

23 alpin pluvial Q Q Systeme werden pluvialer Jan Dez Jan Dez Jahreshochwasserspitzen Abnahme Pufferung Zunahme Variabilität Ausdehnung der Hochwassersaison und Zunahme der Hochwasserhäufigkeit Wasserwirtschaftlich weniger planbar Pardé- Koeff Pfaundler, Weingartner, Diezig (2006); Wehren (2010), Gees (1997) Saisonale Umverteilung (2) CCHydro Synthese 23

24 Veränderungen im saisonalen Abflussverhalten (langjähriges Mittel) Winter Sommer (DJF) (JJA) «nah» ± «fern» + relative (!) Änderung + + Ferne Zukunft! Kleiner Beitrag der Gletscher Abnehmende Bedeutung des ± + Schnees Abnahme der Niederschläge im Sommer, Zunahme im Winter + ± + + Saisonale Umverteilung (3) CCHydro Synthese 24

25 Alpen heute Simme 2085 Mittelland Neuer Regimetyp «pluvial de transition» CCHydro Synthese Ausgeprägtere sommerl. Niedrigwasser 25

26 Weiche Aussagen (Tendenzen) Niederschlag Nord Süd Jahr So Wi Temperatur Harte Aussagen Schnee Dauer, Höhe, Fläche Alpine Regionen Gletscher Abfluss/Dargebot Nur geringfügige Änderung der im langjährigen Mittel verfügbaren Menge Saisonale Umverteilung (Alpenraum) Ausgeprägtere sommerliche Niedrigwasser Ausdehnung Hochwassersaison Zunahme der Wassertemperatur Unsicherheit CCHydro Synthese 26

27 weiche Aussage Starkniederschla g Trockenperioden? Veränderung Hochwasserspitzen? «Je extremer und je lokaler, um so spekulativer» Würfeln als «Alternative» 2009) (vgl. Blöschl, Montanari Unsicherheit CCHydro Synthese 27

28 CCHydro Synthese Klimaänderung ist nur ein Faktor 28

29 Klimaänderung und Hochwasser: KOHS (2007) Qualitative Aussagen (Nord-) Alpen über 1500 m ü.m.: Jahreshochwasser werden wie heute im Sommer auftreten und voraussichtlich nicht grösser werden Unterhalb 1500 m ü.m.: Winter: höhere Hochwasserspitzen durch stärker gesättigte Böden (mehr Niederschlag) und durch höhere Niederschlags- Intensitäten Sommer: Abnahme Hochwasser Inneralpine Gebiete: Durch übergreifenden Regen von Süden her betroffen, verhalten sich analog zu den Gebieten auf der Alpensüdseite. Alpensüdseite: Massgebend für die Jahreshochwasser bleiben die Hochwasser im Herbst; diese werden eher noch grösser. Mögliche Entwicklungen CCHydro Synthese 29

30 HQ? Insgesamt genügend Wasser in CH Räumlich, zeitlich auftretende Probleme Konfliktsituationen Landwirtschaft Trinkwasser, Verluste Quellen: Weltbank; Freiburghaus (2009) Industrie und Gewerbe Verbrauch heute: 2.2 km 3 /a 5% Abfluss CH Italien: 35% Spanien: 28% Deutschland: 48% (ohne Zuflüsse) Ägypten: 1970% (ohne Nil-Zufluss) CCHydro Synthese Umsetzung 30

31 Umgang mit lokaler Wasserknappheit in der Schweiz Bericht zum Postulat Walter «Wasser und Landwirtschaft: Zukünftige Herausforderungen» (in Vernehmlassung) zeigt Optionen auf (BAFU 2012) HQ? Auf der sicheren Seite sein (Raumbedarf; Überlastfall, Notfallkonzept) Insgesamt genügend Räumlich, zeitlich Wasser in CH auftretende Probleme Handlungsoptionen und Lösungsansätze Wir haben noch genügend Zeit, aber «Warten» ist keine Option! ANGEBOT erhöhen NACHFRAGE reduzieren Konfliktsituationen CCHydro Synthese Handlungsoptionen 31

32 Angebot erhöhen Wasserspeicherung - Ausbau der Speicherung - Mehrzwecknutzung Nachfrage reduzieren Effizienzsteigerung - technische Massnahmen - organisatorische Massnahmen Ökonomische Anreizmechanismen - Wasserpreis - Wasserkraft - Bewässerung - Trinkwasser - künstl. Schnee - Ökologie Wasserversorgung: - regionale Vernetzung - mindestens zwei unabhängige Bezugsquellen Institutionelle Voraussetzungen verbessern Schaffung eines überregionalen Gesamtkonzepts Erschliessung bisher nicht genutzter Wasservorkommen Verringerung von Verlusten (115 Mio m 3 /a von 490 Mio m 3 /a in Haushalten) BAFU-Anpassungsstrategie: Acht Ziele für die Wasserwirtschaft; BAFU (2012): Antwort zum Postulat Walter Freiburghaus (2009) Handlungsoptionen CCHydro Synthese 32

33 Plaine Morte glacier Montana Sierre «Effectivement, y'a pas de convention spéciale mais on a toujours réglé entre nous, entre bons copains, on ne veut pas se bagarrer, et puis voilà» (Ehemaliger Gemeinderat von Lens) «Il sera bien assez tôt de régler ça avec des avocats quand il y aura moins d eau» (Direktor eines Unternehmens) Weingartner et al. (2012); Homewood (2012) «D'ailleurs on les appelle les arabes de l'eau, voilà!» (Gemeinderat einer wasserarmen Gemeinde) Institutionelle Voraussetzungen CCHydro Synthese 33

34 Schweiz Niederschlag Ende 21. Jh zu heute Welt (Südliches) Europa Sommer Wasserschlossfunktion CH «Schweiz Insel der Seligen»? Zunahme der Begehrlichkeiten benachbarter trockener werdenden Regionen Hydrologische und politische Dimension Die Schweiz die Türkei Mitteleuropas? Zunehmender Wasserstress Globales Wassermangement Virtuelles Wasser Know-how Transfer Schweiz in trockener Welt CCHydro Synthese 34

35 Umgang mit lokaler Wasserknappheit in der Schweiz Bericht zum Postulat Walter «Wasser und Landwirtschaft: Zukünftige Herausforderungen» (in Vernehmlassung) zeigt Optionen auf (BAFU 2012) Auswirkungen auf die Wasserkraftnutzung in der Schweiz Projekt CCWasserkraft (swisselectric research, BfE) Globales Emissionsszenario A1B Globale Klimamodelle Projektionen mit regionalen Klimamodellen Hydrologiches Modell Betriebsmodell Kraftwerk Folgen für Wasserkraftnutzung Cercle d eau 35

36 [%] Foto: Eisenmann Foto: Wagner Foto: Menzel Hänggi et al. (2011); Pralong et al. (2011) Vergleich 1999 mit 2005 Foto: Bösch Cercle d eau Veränderung der mittl. Stromproduktion 36

37 Produktionskapazität Tatsächliche Jahresproduktion Klima! Mit Kapazität bereinigte Produktion Cercle d eau Stromproduktion aus Wasserkraft 37

38 Hochrechnung Ergebnisse Sommer: - 6.3% vgl. Österreich: bis 2% Winter: % Jahr: % (0.3 TWh) «Kleingedrucktes» Aussagen für Nur Aussagen für Mittlere Produktionserwartung aufgrund der Klimaänderung Variabilität von Jahr zu Jahr (Witterung)? Extrereignisse: Mobilisierung von Feststoffen? Mittlere Produktionserwartung aufgrund der Klimaänderung Nach 2050: Variabilität Änderung der Prozesskette von mit abnehmendem Jahr Einfluss zu der Jahr Gletscher (Witterung)? Abnahme Niederschlag Alpensüdseite gegen Ende 21. Jh Extremereignisse: Mobilisierung von Feststoffen? Nach 2050: Änderung der Prozesskette mit abnehmendem Einfluss der Gletscher Abnahme Niederschlag Alpensüdseite gegen Ende 21. Jh CCWasserkraft - Hochrechnung Cercle d eau 38

39 Abnahme Q 347 um 2085 im Vergleich zu heute Meyer (2012) Die gesetzlichen Grundlagen (Bemessung Restwasser!) müssen die sich ändernden Rahmenbedingen berücksichtigen Cercle d eau Beispiel Restwasserbemessung 39

40 Rhein-Basel Ende der Katastrophenlücke Gunstphase Trendwende Cercle d eau 40

41 Synthese - Kernaussagen Rolf Weingartner Gruppe für Hydrologie Geographisches Institut Uni Bern Oeschger-Zentrum Cercle d eau 41

42 Anpassungsstrategie Wasserwirtschaft des BAFU Acht Ziele 1.Sicherheit der grossen Stauanlagen gewährleistet 2.Wasserspeicherung und Wasserverteilung sind so ausgestaltet, dass die Auswirkungen veränderter Abflussregimes ausgeglichen werden 3.Ausreichender Raum für Fliessgewässer 4.Trinkwasserversorgung und Abwasserreinigung sind vernetzt 5.Neue Kühltechnologien ermöglichen es, die abnehmende Kühlkapazität der Fliessgewässer auszugleichen 6.Die gesetzlichen Grundlagen berücksichtigen die sich ändernden Rahmenbedingungen 7.Punktuelle Massnahmen an der Wasserstrasse Rhein 8.Interessenkonflikte im grenzüberschreitenden Wassermangement werden frühzeitig erkannt und gelöst. Rahmenbedingungen verbessern Schaffung eines übergeordneten Rahmens für die Wasserwirtschaft a) Gesamtheitliches Verständnis der Wasserwirtschaft b) angebotsorientiertes Wassermangement c) Institutionelle Voraussetzungen schaffen Cercle d eau Wichtigste Ergebnisse 42

43 LT ÖKOSYSTEM FLUSS Folgeprozess Folgeprozess Folgeprozess Bsp. Zunahme von Fischkrankheiten (PKD proliferative Nierenkrankheit) Folgeprozess WT Flüsse TEMPERATUR GRUNDWASSE R KÜHLWASSER Folgeprozess Folgeprozess Folgeprozess Folgeprozess Folgeprozess Folgeprozess Folgeprozess Bsp. Erhöhte mikrobielle Aktivität O 2 -Abnahme Ausfälllung Eisen und Mangan Wasserversorgung Bsp. Durchflusskühlung fossiler und nuklearer Kraftwerke Folgeprozess Grundlage: Transformationsschema nach Neef (1962) WEITERE Prozessverständnis! (Beitrag NFP-61!) Komplexe, nicht-lineare Auswirkungen auf das Gesamtsystem mit teilweise nicht absehbaren Folgen Wassertemperaturen Cercle d eau 43

44 Cercle d eau Wichtigste Ergebnisse 44