Berechnung der Abflussveränderung. infolge von Klimaänderung mit LARSIM
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- Günter Heinrich
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1 DR.-ING. KARL LUDWIG Beratender Ingenieur Wasserwirtschaft - Wasserbau Karlsruhe, Herrenstraße e 14, Tel. 721/ Berechnung der Abflussveränderung infolge von Klimaänderung mit LARSIM LARSIM Anwendertreffen Vortrag am Dr.-Ing. Karl-Gerd Richter
2 Gliederung 1. Einführung 2. Klimaänderung in Deuschland 3. Verfügbare Szenarien 4. Methodisches Vorgehen 5. Verfügbare Modelle 6. Ergebnisse 7. Zusammenfassung + Ausblick
3 1. Einführung und Zielsetzung 1) Berechnung des Einflusses der Klimaänderung auf das Abflussverhalten in verschiedenen Einzugsgebieten auf den Wasserhaushalt unter heutigen und zukünftigen klimatischen Bedingungen 2) Berechnung von Mittelwasser-, Niedrigwasser- und Hochwasserkenngrößen und deren Veränderung
4 2. Verfügbare Szenarien
5 2. Verfügbare Szenarien CO 2 Zunahme bis 21 B2 21: 56 ppmv MPI-M 26
6 3. Klimaänderung in Deutschland Temperaturänderung in Deutschland (relativ zu ): MPI-M 26 MPI-M 26
7 4. Methodisches Vorgehen Klimamodell Ist-Zustand: gemessene Klimadaten Überprüfung Ist-Zustand: simulierte Klimadaten Veränderung Zukunftsszenario: prognostizierte Klimadaten Wasserhaushaltsmodell Ist-Zustand: gemessene Abflüsse Überprüfung Ist-Zustand: simulierte Abflüsse Veränderung Zukunftsszenario: prognostizierte Abflüsse statistische Analyse Ist-Zustand: Abflussstatistik auf Basis der Messungen Überprüfung Ist-Zustand: Abflussstatistik auf Basis der Simulation Veränderung Zukunftsszenario: Abflussstatistik auf Basis des Szenarios Bewertetes Szenario der klimatisch bedingten Veränderungen wasserwirtschaftlicher Rahmenbedingungen MPI-M 26
8 4. Methodisches Vorgehen Getroffene Annahmen: -Landnutzung und Vegetation ändert sich nicht in der Zukunft -Modellparameter bleiben wie beim Istzustand -Bodeneigenschafen ändern sich nicht Vorgehensweise: Validierung des Kontrolllaufes mit Messdaten Berechnung der Szenarien
9 4. Methodisches Vorgehen Zwei Verfahren: 1. Das Regionalmodell REMO-ECHAM5-OM des Max- Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) in Hamburg. Dabei handelt es sich um ein dynamisches Modell, bei dem die Ergebnisse in 1 x 1 km²- Rasterzellen für Mitteleuropa bereitgestellt werden. Vom MPI-M werden die Daten in Stundenzeitschritten zur Verfügung gestellt (1 Realisation) 2. Das ECHAM5-WETTREG-Modell der Firma Climate & Environmental Consulting (CEC) Potsdam GmbH. Von CEC Potsdam werden die Daten für die Klimaszenarien stationsbezogen regionalisiert und nur als Tageswerte geliefert (1 Realisationen). MPI-M 26
10 4. Methodisches Vorgehen Auswertung erfolgt für MoMHQ = mittlerer monatliche Hochwasserabflüsse MoMMQ = mittlere monatliche Abflüsse MoMNQ = mittlere monatliche Niedrigwasserabflüsse MPI-M 26
11 5. Verfügbare Modelle (Auswahl) WHM Alz,5 km² Auflösung WHM Rhein ca. 17 km² Auflösung
12 5. Verfügbare Modelle WHM-Rastermodelle,5-1 km Auflösung: Baden-Württemberg, Schweiz, Mosel, Alz (.5 km) Teileinzugsgebiete (3 bis 5 km²): Hessen, Rheinland-Pfalz WHM-Rastermodell (14 bis 17 km): Rhein und Weser
13 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung REMO (EC5) Niederschlag 8 Saisonale Niederschläge: Lahn 7 6 Kontrolllauf Messung Niederschlag in Jahr Dez-Feb März-Mai Juni-Aug Sep-Nov Nov-April Mai-Okt
14 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung REMO (EC5) Niederschlag Mittlerer monatliche Gebietsniederschlag: Lahn Kontrolllauf Messung Niederschlag in Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez Monate
15 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung REMO (EC5) Niederschlag gemessen berechnet DJF, Klassen MAM absolute Häufigke, Klassen JJA absolute Häufigke, Klassen SON absolute Häufigke, Validierung REMO-Niederschlag (EC5) C2 Lahngebiet Häufigkeitsklassen 2-Tagesniederschläge Lahn (2 Tage) Niederschlagsklassen (mm) absolute Häufigke
16 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung REMO (EC5) Niederschlag Mittlere monatliche Temperaturen Lahn ( ) 2 Temperatur (REMO) Temperatur (gemessen HBV) 15 Temperatur in Grad Ce Dr.-Ing. Karl Monat Ludwig
17 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung REMO (EC5) Niederschlag
18 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung LARSIM Abfluss
19 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung REMO Abfluss
20 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung REMO (EC5) Niederschlag (Beispiel Alz)
21 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Validierung REMO (EC5) LARSIM Wasserbilanz ( ) (Beispiel Alz) 2 KONTROLLAUF REMO-LARSIM BEOBACHTET HAD/HAÖ 15 [mm/jahr] 1 5 P Q ET
22 6. Ergebnisse 6.1 REMO Szenarien Konsequenz: REMO-Antrieb für LARSIM nicht direkt verwendbar Transformation sollte über Hintergrundfelder erfolgen bzw. Output korrigiert werden 22
23 6.2 Validierung mit CEC 26 (WETTREG) Daten Beispiel: Pegel Frankfurt-Ost, Main MoMNQ [m³/s] Mittlere monatliche Niedrigwasserabflüsse MoMNQ Pegel Frankfurt-Ost, Main Eingangsdaten nach Enke 26 (Meteo-Research) Simulation Simulation 1 Simulation 2 Simulation 3 Simulation 4 Simulation 5 Simulation 6 Simulation 7 Simulation 8 Simulation 9 Mittelwert Simulation Mittelwert Messung 1 5 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat
24 6.2 Validierung mit CEC 26 (WETTREG) Daten Beispiel: Pegel Frankfurt-Ost, Main MoMHQ [m³/s] Mittlere monatliche Hochwasserabflüsse MoMHQ Pegel Frankfurt-Ost, Main Eingangsdaten nach Enke 26 (Meteo-Research) Simulation Simulation 1 Simulation 2 Simulation 3 Simulation 4 Simulation 5 Simulation 6 Simulation 7 Simulation 8 Simulation 9 Mittelwert Simulation Mittelwert Messung 2 1 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat
25 6.2 Validierung mit CEC 26 (WETTREG) Daten Beispiel: Pegel Rockenau, Neckar Mittlere monatliche Niedrigwasserabflüsse MoMNQ Pegel Rockenau, Neckar Eingangsdaten nach CEC 26 (WETTREG) Mittlere monatliche Hochwasserabflüsse MoMHQ Pegel Rockenau, Neckar Eingangsdaten nach CEC 26 (WETTREG) MoMNQ [m3/s] Messdaten Ist-Zustand ECHAM5 Ist-Zustand ECHAM4 MoMHQ [m3/s] Messdaten Ist-Zustand ECHAM5 Ist-Zustand ECHAM Monat Monat
26 6.2 Validierung mit CEC 26 (WETTREG) Daten Beispiel: Pegel Grolsheim,Nahe
27 6. 2 Validierung mit CEC 26 (WETTREG) Daten Beispiel: Pegel Leun, Lahn
28 6.2 Validierung mit CEC 26 (WETTREG) Daten Beispiel: Pegel Hanau/Kinzig
29 6.3 Szenarienrechnungen Istzustand: nahe Zukunft : ferne Zukunft :
30 6.3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Rockenau, Neckar Mittlere monatliche Niedrigwasserabflüsse MoMNQ Pegel Rockenau, Neckar Eingangsdaten nach CEC 26 (WETTREG) MoMNQ [m3/s] Ist-Zustand ECHAM5 Zukunftsszenario ECHAM5 Zukunftsszenario ECHAM Monat
31 6.3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Rockenau, Neckar Mittlere monatliche Hochwasserabflüsse MoMHQ Pegel Rockenau, Neckar Eingangsdaten nach CEC 26 (WETTREG) MoMHQ [m3/s] Ist-Zustand ECHAM5 Zukunftsszenario ECHAM5 Zukunftsszenario ECHAM Monat
32 6. 3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Grolsheim/Nahe
33 6.3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Kalkofen/Lahn Mittlere monatliche Hochwasserabflüsse im Vergleich der Szenarien C2, A1B, A2 und B1 MoMHQ Pegel Kalkofen, Lahn MoMHQ [m³/s] C2 ( ) A1B (221-25) A1B (271-21) A2 (221-25) A2 (271-21) B1 (221-25) B1 (271-21) 5 Jan Febr Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat
34 6.3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Kalkofen/Lahn MoMNQ [m³/s] Mittlere monatliche Niedrigwasserabflüsse im Vergleich der Szenarien C2, A1B, A2 und B1 MoMNQ Pegel Kalkofen, Lahn C2 ( ) A1B (221-25) A1B (271-21) A2 (221-25) A2 (271-21) B1 (221-25) B1 (271-21) 1 Jan Febr Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat
35 6.3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Frankfurt/Main MoMNQ [m³/s] Mittlere monatliche Niedrigwasserabflüsse im Vergleich der Szenarien C2, A1B, A2 und B1 MoMNQ Pegel Frankfurt-Ost, Main C2 ( ) A1B (221-25) A1B (271-21) A2 (221-25) A2 (271-21) B1 (221-25) B1 (271-21) Jan Febr Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat
36 6.3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Frankfurt/Main MoMHQ [m³/s] Mittlere monatliche Hochwasserabflüsse im Vergleich der Szenarien C2, A1B, A2 und B1 MoMHQ Pegel Frankfurt-Ost, Main Jan Febr Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat C2 ( ) A1B (221-25) A1B (271-21) A2 (221-25) A2 (271-21) B1 (221-25) B1 (271-21)
37 6.3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Menden/Sieg Mittlere monatliche Niedrigwasserabflüsse im Vergleich der Szenarien C2, A1B Pegel Menden, Sieg Mittlere monatliche Hochwasserabflüsse im Vergleich der Szenarien C2, A1B MoMHQ Pegel Menden, Sieg 6 3 MoMNQ [m³/s] C2 ( ) A1B (221-25) A1B (271-21) MoMHQ [m³/s] C2 ( ) A1B (221-25) A1B (271-21) 1 5 Jan Febr Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Jan Febr Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat
38 6.3 Szenarienrechnungen (WETTREG) Beispiel: Schermbeck/Lippe 6 Mittlere monatliche Niedrigwasserabflüsse im Vergleich der Szenarien C2, A1B MoMNQ Pegel Schermbeck, Lippe 3 Mittlere monatliche Hochwasserabflüsse im Vergleich der Szenarien C2, A1B MoMHQ Pegel Schermbeck, Lippe MoMNQ [m³/s] C2 ( ) A1B (221-25) A1B (271-21) MoMHQ [m³/s] C2 ( ) A1B (221-25) A1B (271-21) 1 5 Jan Febr Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Jan Febr Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat
39 7. Zusammenfassung Prozentuale Änderung der MoMHQ und MoMNQ-Werte (A1B) Pegel MoMNQ Sommer (Juni-August) MoMHQ Winter MoMNQ Sommer (Dezember-Februar) (Juni-August) MoMHQ Winter (Dezember-Februar) Klimamodell-LARSIM St. Johann/Alz (A = 332 km²) >1 REMO LARSIM,5 km Gebertshaus/Schussen (A = 782 km²) WETTREG LARSIM 1 km es liegen keine Berechnungen vor Rockenau /Neckar (A = km²) WETTREG LARSIM 1 km Martinstein /Nahe (A = km²) WETTREG LARSIM ca. 3 km Grolsheim /Nahe (A = 4.12 km²) WETTREG LARSIM ca. 3 km Kalkofen/Lahn (A = 5.34 km²) WETTREG LARSIM 17 km Kalkofen/Lahn (A = 5.34 km²) REMO LARSIM ca. 3 km Bad Vilbel/Main (A = km²) WETTREG LARSIM 17 km Frankfurt-Ost/Main (A = km²) WETTREG LARSIM 17 km Menden/Sieg WETTREG LARSIM 17 km Schermbeck/Lippe WETTREG LARSIM 17 km
40 Kontrolllauf REMO ECHAM4 für f unterschiedliche hydrologische Modelle
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