Modellvorhaben der Raumordnung (MORO) "Raumentwicklungsstrategien zum Klimawandel"

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1 Modellvorhaben der Raumordnung (MORO) "Raumentwicklungsstrategien zum Klimawandel" Expertise zum Südraum Leipzig des Wasserhaushalts im Einzugsgebiet der Pleiße in Westsachsen Analyse der Einflussfaktoren und Ableitung nutzungsbezogener Anpassungsempfehlungen Auftraggeber: Regionaler Planungsverband Leipzig Westsachsen Regionale Planungsstelle Auftragnehmer: ECOSYSTEM SAXONIA GmbH Thomas-Müntzer-Platz Dresden Dresden, März 2010 Dr. Klaus-Peter Lange Geschäftsführer

2 Seite 2 Inhaltsverzeichnis 1 AUFGABENSTELLUNG CHARAKTERISIERUNG DES EINZUGSGEBIETES DER PLEIßE ZWISCHEN REGIS UND DER MÜNDUNG IN DIE WEIßE ELSTER PROGNOSE DER KLIMATISCHEN WASSERBILANZ UND LUFTTEMPERATUR DER UNTEREN PLEIßE Grundlagen Auswertung der Prognosen für die klimatische Wasserbilanz der Unteren Pleiße Prognose der Lufttemperatur BEWERTUNG DES EINFLUSSES DER KLIMAÄNDERUNG AUF DEN WASSERHAUSHALT DER UNTEREN PLEIßE Beschreibung des Ist-Zustandes des Wasserhaushaltes und der Prognoseszenarien bis Zufluss der Pleiße am Pegel Regis und der Wyhra Grundwasserzuflüsse und Zuflüsse aus den Tagebauseen Abflüsse aus den Tagebauseen MIBRAG und Industrieabwassereinleitung Zusammenfassende Bilanzierung der Szenarien BEISPIEL FÜR DIE AUSWIRKUNG DER KLIMATISCHEN VERÄNDERUNGEN AUF DIE GESCHICHTETEN TAGEBAUSEEN Grundlagen Simulation der Schichtungsverhältnisse im Zwenkauer See für das Klimaszenario A ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG...47

3 Seite 3 Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Übersicht über die wesentlichen Wasserhaushaltskomponenten der Unteren Pleiße und ihrer Teileinzugsgebiete (nach IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA 2010)..11 Abb. 2: Beispiel für die Auswertung der klimatischen Wasserbilanz für das Szenario A1b, Zeitraum , Mittelwert Monat Juli, Angaben in mm (Datengrundlage TUD 2010)...12 Abb. 3: Beispiel für die Auswertung der mittleren Lufttemperatur für das Szenario A1b, Zeitraum , Mittelwert Monat Juli, Angaben in C (Datengrundlage TUD 2010)...13 Abb. 4: Landschafts- und Klimaräume im Einzugsgebiet der unteren Pleiße (nach Regionalplan Westsachsen 2008)...15 Abb. 5: Jahresgang der mittleren Monatswerte der Lufttemperatur im Einzugsgebiet der unteren Pleiße für die Szenarien B1, A1b und A2 für die Zeiträume und Abb. 6: Abflussdauerlinie für die Pleiße Pegel Regis-Serbitz als Eingangspegel (Vergleich Gesamtpegelaufzeichnung und Zeitabschnitt ) sowie Pegel Böhlen im durch Tagebausümpfungswassereinleitung stark beeinflussten Zeitabschnitt und weniger beeinflussten Zeitabschnitt zwischen ); (siehe ECOSYSTEM SAXONIA/IBGW 2008)...27 Abb. 7: Monatswerte des Abflusses am Pegel Regis und Böhlen im Trockenjahr 1990 als Monatsmittelwerte und Niedrigstwerte...28 Abb. 8: Jahresgang der monatlichen Werte für die klimatische Wasserbilanz für die untere Pleiße für die Prognosezeiträume und für die Szenarien B1, A1b und A Abb. 9: Abbildung der Morphometrie des Zwenkauer Sees im Modell ELCOM...41 Abb. 10: Darstellung von meteorologischen Eingangsbedingungen für die Modellierung des Zwenkauer Sees mit dem Modell ELCOM auf Basis des Bezugsjahres 2002 (Datenbereitstellung DWD)...42 Abb. 11: Windgeschwindigkeits- und Häufigkeitsverteilung für ein mittleres Jahr auf Basis der Daten DWD (mittleres Jahr 2002) für die Station Leipzig-Holzhausen...43 Abb. 12: Ergebnis der Umrechnung der Klimaszenarien A und A bezüglich der Lufttemperatur gegenüber dem Vergleichsjahr Abb. 13: Ergebnis der Simulation des Wärmehaushaltes des Zwenkauer Sees für die Klimaszenarien A und A bezüglich der Lufttemperatur gegenüber dem Vergleichsjahr Abb. 14: Aus den Simulationen abgeleitete Beziehung zwischen der Erhöhung der Luftund Epilimniontemperatur im Ergebnis der Simulationen zu dem Klimaszenario A Tabellenverzeichnis Tab. 1 Charakteristische Abflussdaten der Pleiße (Quelle Hydrologisches Handbuch... 9 Tab. 2 Charakteristische Abflussdaten der Pleiße (Quelle Hydrologisches Handbuch 2008,LfULG, Gutachten zur Bewirtschaftung der Weißen Elster 2008)... 9 Tab. 3 Untergliederung des betrachteten Teileinzugsgebietes der Pleiße mit den wichtigen Nebenflüssen bzw. Zuflüssen (Quelle LfULG 2004)...10 Tab. 4: Charakterisierung der klimatischen Teilregionen Westsachsens nach Schmidt et al. (2010)....14

4 Seite 4 Tab. 5: Ergebnisse der Analyse der klimatischen Wasserbilanz für das Einzugsgebiet der unteren Pleiße nach Schmidt et al. (2010). Angaben in mm (-: Defizit, +: Bilanzüberschuss)...16 Tab. 6: Vergleichswerte für den Ist-Zustand der Lufttemperatur in dem Teileinzugsgebiet der unteren Pleiße anhand der Monatsmittelwerte der 30jährigen Zeitreihe für die meteorologischen Stationen Leipzig Schkeuditz, Leipzig Holzhausen und Altenburg und daraus gebildeter Mittelwert, Angaben in C...23 Tab. 7: Vergleich der Monatsmittelwerte für die Lufttemperatur in Leipzig Schkeuditz für die Vergleichszeiträume und , Angaben in C bzw. grd K..23 Tab. 8: Auswertung der Monatsmittelwerte der Lufttemperatur für das Einzugsgebiet der Unteren Pleiße für die Szenarien B2, A1b und A2 für die Zeiträume und , Angaben in C bzw. grd K...24 Tab. 9: Mittelwerte der Lufttemperatur in den 4 Zeiträumen Winter bis Herbst für die Szenarien B1, A1b und A2 für die Zeiträume und für das Teileinzugsgebiet der Unteren Pleiße im Vergleich zum Ist-Zustand (Angaben in C) und Ausweisen des Temperaturanstiegs gegenüber dem Ist-Zustand in grd K...26 Tab. 10: Auswertung der Abflussverhältnisse am Pegel Regis und Böhlen für den Zeitraum im Vergleich zu den Niederschlagsverhältnissen mit Berücksichtigung der Station Leipzig/Schkeuditz (Daten DWD)...28 Tab. 11: Abschätzung der Abflussverhältnisse am Pegel Regis unter Berücksichtigung der Klimaprognosen...29 Tab. 12: Abschätzung der Abflussverhältnisse am Pegel Regis unter Berücksichtigung der Klimaprognosen...30 Tab. 13: Zusammenstellung der Ansätze für die Zuflüsse Pleiße am Pegel Regis und Wyhra für die Bewertung der Klimaprognosen...30 Tab. 14: Prognose der Grundwasserzuflüsse zur unteren Pleiße für den Zeitraum bis 2009 bis 2100 aus ECOSYSTEM SAXONIA/IBGW 2008 und IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA 2010 ohne Berücksichtigung der Klimaprognose..31 Tab. 15: Ansätze für die Veränderung der Grundwasserzuflüsse zur unteren Pleiße als Gesamtzufluss (gelb unterlegte Zellen stellen realistische Ansätze dar...33 Tab. 16: Ansätze für den Abfluss aus den Tagebauseen im Zeitraum 2009 bis 2041 mit und ohne Berücksichtigung der Nachsorge durch die LMBV (aus IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA 2010)...33 Tab. 17: Abschätzung der Entwicklung der Abflüsse aus den Tagebauseen im Zeitraum Tab. 18: Industrieeinleitung im Einzugsgebiet der unteren Pleiße ohne Klimaszenarien...35 Tab. 19: Abschätzung der Industrieeinleitmengen für den Zeitraum Tab. 20: Varianz der Ergebnisse zu den Auswirkungen der Klimaprognoseszenarien auf den Wasserhaushalt und die Wasserbeschaffenheit der Pleiße am Beispiel des Parameters Sulfat für MQ und MNQ-Bedingungen...36 Tab. 21: Detailzusammenstellung der Bilanzierung des Wasser- und Sulfathaushaltes für die untere Pleißen für die Klima-Szenarien B1, A1b und A2 und den Zeitraum Tab. 22: Detailzusammenstellung der Bilanzierung des Wasser- und Sulfathaushaltes für die untere Pleißen für die Klima-Szenarien B1, A1b und A2 und den Zeitraum Tab. 23: Vergleichsergebnis der Entwicklung der Wassertemperatur für die Szenarien A2 gegenüber dem Ist-Zustand (Vergleichsjahr 2002)...45

5 Seite 5 1 Aufgabenstellung Das Einzugsgebiet der Pleiße in Westsachsen ist gekennzeichnet durch eine nachhaltige Veränderung des Wasserhaushaltes infolge des Grundwasserwiederanstieges, des Abschlusses der Flutung der Tagebauseen und deren Anbindung an das Oberflächengewässersystem im Rahmen der Sanierung des Braunkohlenbergbaus durch die LMBV. Weiterhin ist das Einzugsgebiet der Pleiße wasserwirtschaftlich gekennzeichnet durch eine hohe Intensität der Nutzung bzw. Beeinflussung der Wasserressourcen durch die Industrie, die Kommunen und die Landwirtschaft. Deshalb wurde bereits 1998 ein Gutachten zur Gütebewirtschaftung der Pleiße (Uhlmann et al. 1998) erstellt, mit dem Ziel den ökologischen Zustand der Pleiße zu verbessern und andererseits die angestrebten weitere Entwicklung der industriellen, kommunalen und touristischen Gebietsstruktur zu ermöglichen. Das Pleißeeinzugsgebiet unterhalb von Regis ist durch einen hohen Anteil landwirtschaftlicher Nutzflächen und geringen Waldanteil geprägt, so dass auch eine erhöhte Nährstoffbelastung festzustellen ist. Für das Einzugsgebiet der Pleiße ist zu berücksichtigen, dass zukünftig die wasserwirtschaftlichen Verhältnisse im Gesamtsystem analog zur Weißen Elster (LANGE et al und 2008) durch folgende weitere Entwicklungen und Anforderungen geprägt werden: - eine weitere Entwicklung der industriellen Infrastruktur z.b. Industriestandorte in Böhlen (DOW), Kraftwerk Lippendorf (deutliche Erhöhung des Wasserbedarfs und punktuelle Belastungserhöhung), - den aktiven Braunkohlenbergbau (MIBRAG) bis nach 2040, - die weitere touristische Entwicklung des Gebiets einschließlich des Gewässertourismus mit Anbindung der entstehenden Seenlandschaft über die Pleiße an die Stadt Leipzig, - die Steuerung des veränderten Wasserdargebots zur Umsetzung der EU- Wasserrahmenrichtlinie und Das Untersuchungsgebiet ist durch einen hydromorphologisch stark veränderten Pleißeflusslauf auf einer Länge von ca. 33 km durch den Hochwasserschutz und die Entwicklung des Braunkohlenbergbaus beidseitig der Pleiße zwischen Regis und Markkleeberg gekennzeichnet. Der Flusslauf der Pleiße ist unterhalb von Regis bis zur Mündung des Floßgrabens charakterisiert durch einen getreckten Verlauf, der mit einer Laufverkürzung verbunden ist, trapezförmige Flussprofile und mehrere Rückstaubereiche von Wehren bzw. drei Sohlabstürzen. Als miteinander z.t. im Konflikt stehende Nutzungen sind zu nennen: - der Hochwasserschutz, - die Nutzung als Ressource für die Brauchwassergewinnung und für die Ableitung vorbehandelter kommunaler und industrieller Abwässer - der Naturschutz mit dem Schwerpunkt des Leipziger Auwaldes als NATURA2000- Gebiet, - die geplante städtebauliche und touristische Entwicklung zur integrierten Nutzung dieser Landschaft im Ballungsgebiet um Leipzig, - städtebauliche und stadtökologische Projekte zur Einbeziehung des Gewässersystems in der Stadt Leipzig zur Erhöhung des Wohn- und Erlebniswertes und - die Landwirtschaft.

6 Seite 6 Bereits im Gutachten 1998 (Uhlmann et al 1998) wurde nachgewiesen, dass mehr als 30 % bis 40 % des Abflusses der Pleiße aus der Einleitung von Abwässern und Sümpfungswässern resultiert. Damit gehört die Pleiße zu den intensiv genutzten Fließgewässern und ist besonders sensitiv gegenüber der Veränderung der Abflussverhältnisse, wie sie aus den Folgen der prognostizierten Klimaveränderung resultieren können. Diese Sensitivität resultiert sowohl aus der vorhandenen Nutzungsintensität des Abflusses als auch den bis nach 2050 anhaltenden großräumigen Veränderungen des Wasserhaushaltes durch den Sanierungsbergbau der LMBV, der sich auch im Grundwasserwiederanstieg äußert. Diese Veränderungen rufen in der zeitlichen Entwicklung bis zum Jahr 2100 signifikante Auswirkungen auf - den Wasserhaushalt nach der Menge - den Sauerstoffhaushalt - den Nährstoffhaushalt und - den Eisen- und Sulfathaushalt hervor. Die Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) ist deshalb für die Pleiße eine besonders anspruchsvolle Aufgabe, da sowohl hydromorphologisch als auch seitens des Wasserhaushaltes für das Einzugsgebiet komplizierte Randbedingungen bestehen. Das Gewässersystem der Pleiße ist dabei durch stark veränderte Oberflächenwasserkörper gekennzeichnet, so dass für die Folgeetappen der Umsetzung der EU-WRRL das Ziel besteht, das gute ökologische Potenzial zu erreichen. Der Abfluss und die Beschaffenheit der Pleiße werden bereits gegenwärtig durch Bewirtschaftungsmaßnahmen gesteuert. Hierzu gehört die Niedrigwasseraufhöhung der Pleiße auf einen Mindestabfluss von 2,0 m³/s am Pegel Böhlen, um die Kühlwassereinleitung des Vattenfall Kraftwerkes Lippendorf sowie die Einleitung der behandelten Abwässer des Chemiestandortes Böhlen unterhalb des Trachenauer Wehres zu sichern. Im Rahmen des Erarbeitung eines Bewirtschaftungs- und Steuerungskonzeptes für das Flussgebiet der unteren Pleiße unter Beachtung der neu entstehenden Tagebauseen und der beabsichtigten wassertouristischen Folgenutzungen im Leipziger Neuseenland (ECOSYSTEM SAXONIA/IBGW 2008) sowie der nachfolgenden Grundlagenuntersuchung für eine Bewirtschaftungs- und Steuerungszentrale bezüglich Sulfatlast für die untere Pleiße (IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA 2010) wurden die Folgen des Grundwasseranstieges bewertet. Im Gutachten zur Bewirtschaftung der Weißen Elster (ECOSYSTEM SAXONIA 2008) wird die Bewirtschaftung der Pleiße in das Gesamtbewirtschaftungskonzept der Weißen Elster eingeordnet. Die Nutzungen (DOW Böhlen, Kraftwerk Vattenfall) sind dabei gegenwärtig für die Brauchwasserbereitstellung an eine Wasserüberleitung aus dem Einzugsgebiet der Freiberger/Zwickauer Mulde gebunden. Im Rahmen der Sulfatlaststeuerung wird in den o.g. Studien von einer weiteren zusätzlichen Überleitung aus dem EZG der Zwickauer Mulde von 4 8 Mio m³/a ausgegangen. Es ist deshalb zu erwarten, dass die prognostizierten globalen klimatischen Veränderungen für die zukünftigen wasserwirtschaftlichen Verhältnisse in der Pleiße einen zusätzlichen Einfluss auf die Gestaltung der Maßnahmen zur Umsetzung der EU-WRRL haben. Die Vulnerabilität des Pleißeeinzugsgebiet im Süden Leipzigs ist entsprechend als potenziell erhöht zu betrachten. Dabei sind die verschiedenen Bereiche oder Handlungsfelder wie Menschliche Gesundheit, Bauwesen, Wasser/Wasserwirtschaft, Boden, Biologische Vielfalt, Land- und Forstwirtschaft, Fischerei, Energie- & Finanzwirtschaft, Verkehr, Industrie / Gewerbe und Tourismus integrativ zu betrachten. Im folgendem wird der Schwerpunkt auf das Handlungsfeld Wasser/Wasserwirtschaft gelegt.

7 Seite 7 Das Untersuchungsgebiet ist wie folgt abgegrenzt: - Pleiße zwischen Regis-Breitingen und der Mündung in die Pleiße mit den Zuflüssen und der Anbindung der Tagebauseen (Flusslänge ca. 33 km) - Berücksichtigung der Flutungs- und Nachsorgekonzepte LMBV und MIBRAG - Berücksichtigung der differenzierten Nutzungen im Einzugsgebiet einschließlich Industrie, Kommune, Wassertourismus und Naturschutz (NATURA 2000) - Zeiträume o Ist-Zustand (als Vergleich) o Prognose nach weitgehendem Abschluss Grundwasserwiederanstieg o Prognose Die Schwerpunkte der Bearbeitung sind wie folgt gekennzeichnet: - erste Bewertung von zu erwartenden Tendenzen für den Wasserhaushalt der Pleiße und der Seenlandschaft im Süden Leipzigs auf Basis der in den anderen Modulen erarbeiteten Szenarien und Daten. Schwerpunkt hierzu sind die jährliche Wasserbilanz (Monatswerte) die durchschnittliche Wasserbilanz für das Sommerhalbjahr die Temperaturszenarien für die Vegetationsperiode für die Zeiträume und Abschätzung der potenziellen Auswirkung auf den Grundwasserhaushalt und die Wasserbilanz der Tagebauseen bezüglich des Wasserdargebots - Betrachtung der Auswirkungen auf die Änderung des Wasserdargebots in der Pleiße im betrachteten Teileinzugsgebiet Grundwasserzuflüsse Zuflüsse aus den Tagebauseen Speicherbewirtschaftung in den Tagebauseen - Bewertung des Einflusses veränderter Lufttemperaturen auf den Wärme- und Stoffhaushalt der Gewässer differenziert für das Fließgewässersystem der Pleiße und für die Tagebauseen - Gekoppelte Betrachtung mit 3 Szenarien für die Veränderung des Pleißezuflusses in Regis bezüglich Auswirkung auf die Beschaffenheit bei vergleichbarer Nutzungsstruktur Sulfathaushalt Anforderungen an den ökologischen Mindestabfluss der Pleiße - Differenzierte Bewertung der Auswirkungen auf die einzelnen Schutzgüter und die Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie - Ableitung von Vorschlägen für Handlungsstrategien und nutzungsbezogener Anpassungsstrategien

8 Seite 8 2 Charakterisierung des Einzugsgebietes der Pleiße zwischen Regis und der Mündung in die Weiße Elster Die Pleiße hat ein Gesamteinzugsgebiet von ca km². Nach MÜLLER (1998) werden die natürlichen Bedingungen der Pleiße wie folgt beschrieben: Die Quelle der Pleiße liegt in Ebersbrunn bei Zwickau im Erzgebirgsvorland. Ab Meerane tritt sie in das Altenburger Lößhügelland ein und erreicht nach insgesamt ca. 50 Fließ-km die Leipziger Tieflandbucht. Zwischen Haselbach und Markkleeberg ist ihr Lauf durch mehrfache Flussverlegungen zwischen den Tagebaufeldern geprägt. Der Flusslauf der Pleiße mit insgesamt ca. 90 km Länge ist in seiner Struktur stark anthropogen beeinflusst. Durch die bergbaubedingten Laufverlegungen ist er ca. 12 km bzw. 10 % verkürzt. Im Oberlauf (oberhalb der TS Windischleuba) passiert der Fluss das Erzgebirgische Becken (Unter- und Oberkarbon, Zechstein) und die Zeitz-Schmöllner Buntsandsteinmulde. In der Leipziger Tieflandbucht hat sich die Pleiße in den Auenlehm eingeschnitten bzw. wurde künstlich verlegt. Das Untersuchungsgebiet erstreckt sich auf die ca. 33 km lange Fließstrecke zwischen der Landesgrenze Pegelmessstelle Regis und der Mündung in die Weiße Elster nach dem Connewitzer Wehr. In dieser Untersuchungsstrecke wird das zu betrachtende Einzugsgebiet wesentlich durch die Nebenflüsse Wyhra (einschließlich Eula), Faule Pfütze, Gösel und Floßgraben geprägt. Das der Untersuchungsstrecke zuordenbare Teileinzugsgebiet von ca. 700 km² wird nur zu 12 % durch die Pleiße selbst bestimmt. Die Flächenbilanz weist weiterhin einen Flächenanteil von 13 % mit ehemaligen Tagebau- und Kippenflächen aus, die infolge des gegenwärtig stattfindenden Grundwasserwiederanstiegs schrittweise wieder dem Teileinzugsgebiet zuzurechnen sind. Die Pleiße wird in drei wesentlichen Stauhaltungen in dem betrachteten Teileinzugsgebiet durch Wehre eingestaut: - Trachenauer Wehr bei km 17,5 - AGRA-Wehr bei km 5,2 und - Connewitzer Wehr Km 0,0 Weiterhin wurden in den ausgebauten Flußabschnitten drei Sohlabstürze zum Ausgleich des Gefälles eingebaut: Sohlabsturz Deutzen Fluß-km 29,0 Gefällestufe Wyhra 24,0 Sohlabsturz Probstdeuben 10,7 Durch den Rückstau der Wehre werden bei Durchflüssen < MQ in dieser Fließstrecke ca. 10 km durch eine Reduzierung der Fließgeschwindigkeit auf < 0,2 m/s beeinflußt, so daß in diesen Zonen eine Teilsedimentation der suspendierten Feststofffracht stattfindet. Bei Abflüssen > MQ wird der überwiegende Teil dieser sedimentierten Feststoffe wieder resuspendiert. In der Untersuchungsstrecke wird auf Grund der morphometrischen

9 Seite 9 Verhältnisse nur das Trachenauer Wehr mit einer Staulänge von über 4 km auch bei erhöhten Abflüssen als Sedimentfalle zu betrachten sein. Die Abflussverhältnisse in dem betrachteten Flussgebiet der Unteren Pleiße werdenn bestimmt durch - den Zufluss der Pleiße in Regis an der Landesgrenze - die Zuflüsse aus den Nebenflüssen Wyhra (mit Eula), Gösel, Kleine Pleiße Rötha, Kleine Pleiße Markkleeberg, Floßgraben, Faule Pfütze, Zufluss aus Hainer See - den Grundwasserzuflüssen Die nachfolgende Tab. 1 zeigt, dass der Ausgangspegel Regis etwas mehr als 50 % des Gesamteinzugsgebiets der Pleiße repräsentiert. Tab. 1 Charakteristische Abflussdaten der Pleiße (Quelle Hydrologisches Handbuch 2008,LfULG, Gutachten zur Bewirtschaftung der Weißen Elster 2008) Die daraus in Tab. 2 abgeleiteten spezifischen Abflüsse verdeutlichen, dass der Flussabschnitt der unteren Pleiße einen spezifisch geringeren Abfluss als die obere Pleiße hat, die im Mittelgebirge entspringt. Dabei ist zu beachten, dass die Abflussdaten am Pegel Böhlen in den langjährigen Abflussmessreihen durch die Einleitung von Industrieabwässern und Tagebausümpfungswässern unterschiedlich stark beeinflusst sind. Ab 1999 wird die Mindestwasserführung der Pleiße am Pegel Böhlen durch Niedrigwasseraufhöhung auf > 2 m³/s beeinflusst. Tab. 2 Charakteristische Abflussdaten der Pleiße (Quelle Hydrologisches Handbuch 2008,LfULG, Gutachten zur Bewirtschaftung der Weißen Elster 2008) Pegel Abflussspende (l/s.km²) Jahresabfluss mittlere (jährliche) bei MNQ (mm) Regis Serbitz Teil-EZG u.h. Regis Böhlen Mehr als die Hälfte des Teileinzugsgebietes der unteren Pleiße wird durch das Einzugsgebiet der Wyhra mit dem wesentlichen Nebenfluss Eula eingenommen. Auch hier ist zu beachten, dass die Sicherung des Brauchwasserbedarfs der Industrie am Standort Böhlen (Vattenfall Kraftwerk Lippendorf, DOW Böhlen) durch die Überleitung von bis zu > 30 Mio m³ Wasser aus der Freiberger Mulde (Muldeüberleitung mit Pumpwerk am Standort Sehrmuth). Der Überleitungsmenge von ca. 1 m³/s i.m. entspricht einer Abwassereinleitungsmenge von ca. 35 % bzw. 0,33 m³/s.

10 Seite 10 Die Tagebauseen Hainer/Kahnsdorfer See, Störmthaler/Markkleeberger See und Zwenkauer/Cospudener See entwässern über die Nebenflüsse Kleine Pleiße Markkleeberg und Floßgraben mit einer Teileinzugsgebietsfläche von 5,6 % des Gesamteinzugsgebiets. Tab. 3 Untergliederung des betrachteten Teileinzugsgebietes der Pleiße mit den wichtigen Nebenflüssen bzw. Zuflüssen (Quelle LfULG 2004) Pegel Fluss-km EZG (km²) Prozentzualer Anteil an Gesamt-EZG Pegel Regis % Pegel Böhlen % Teil-EZG der Unteren Pleiße Wyhra % Gösel % Batzschke/Floßgraben % Kleine Pleiße Markkleeberg % Gösel % Faule Pfütze % Kleine Pleiße Rötha 7 0.5% Hainer See % Teil-EZG der Pleiße % Zwischensumme % davon bis Pegel Böhlen % Gesamt-EZG 1485 Daraus ist zu erkennen, dass die im Rahmen des Projektes MORO betrachteten Raumentwicklungsstrategien zum Klimawandel eine besondere Bedeutung für das Einzugsgebiet der Pleiße aufweisen. Im Rahmen dieser Expertise sollen deshalb auf Grundlage der bisherigen Untersuchungen zur Bewirtschaftung und Steuerung des Wasserdargebots, der Wasserbeschaffenheit und des ökologischen Zustands der Pleiße primär die wasserwirtschaftlichen Auswirkungen der prognostizierten Klimaveränderungen in ihrer Aufprägung auf die bereits komplizierten wasserwirtschaftlichen Verhältnisse betrachtet und daraus Vorschläge für Handlungsstrategien und nutzungsbezogene Anpassungsstrategien abgeleitet werden. Die starke Vernetzung der Wasserhaushaltskomponenten - Zuflüsse - Nebenflüsse - Zuflüsse aus Tagebauseen - Grundwasserbedingte Zuflüsse und Oberflächenzuflüsse in den direkten Teileinzugsgebieten der Pleiße - Brauchwasserentnahmen und Einleitung von vorbehandelten industriellen und kommunalen Abwässern zeigt Abb. 1 als Strukturmodell.

11 Seite 11 Abb. 1: Übersicht über die wesentlichen Wasserhaushaltskomponenten der Unteren Pleiße und ihrer Teileinzugsgebiete (nach IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA 2010)

12 Seite 12 3 Prognose der klimatischen Wasserbilanz und Lufttemperatur der unteren Pleiße 3.1 Grundlagen Die Prognose der Klimadaten für den Zeitraum bis 2100 basiert im Rahmen des MORO- Projektes auf dem Klimamodell WEREX und wurden durch die TU Dresden (Seidel 2010) zur Verfügung für das Teileinzugsgebiet der Unteren Pleiße gestellt. Als Klimamodell wurde WEREX IV ausgewählt, da es ein speziell entwickeltes regionalisiertes Modell für Sachsen darstellt. Szenarienläufe können über die Rasterklimadatenbank Sachsen individuell berechnet werden und ermöglichen so eine hohe Anpassung an die Rahmensetzungen des MORO. Die klimatische Wasserbilanz ergibt sich dabei aus der Differenz zwischen den korrigierten Niederschlägen und der Verdunstung. Sie ist damit ein Indikator für die Grundwasserneubildung und den oberirdischen Abfluss in den Teileinzugsgebieten. Floßgraben Pleiße Gösel Eula Weiße Elster Wyhra Pleiße Abb. 2: Beispiel für die Auswertung der klimatischen Wasserbilanz für das Szenario A1b, Zeitraum , Mittelwert Monat Juli, Angaben in mm (Datengrundlage TUD 2010)

13 Seite 13 Als Betrachtungszeiträume wurden zwei auf Projektionsdaten basierende Dekaden ( und ) ausgewählt. Die Projektionszeiträume lehnen sich an Studien zum Klimawandel an, um eine Vergleichbarkeit der Untersuchungen zu gewährleisten (vgl. Schlumprecht et al. 2005, Gemballa 2008). Floßgraben Pleiße Gösel Eula Weiße Elster Wyhra Pleiße Abb. 3: Beispiel für die Auswertung der mittleren Lufttemperatur für das Szenario A1b, Zeitraum , Mittelwert Monat Juli, Angaben in C (Datengrundlage TUD 2010) Dabei wurden folgende Szenarien betrachtet: - B1 (optimistisches Szenario, welches einen abnehmende CO2 Emissionen in der zweiten Hälfte des 21. Jhd. beschreibt) - A1B (geht von einer zukünftig ausgewogenen Nutzung fossiler und nichtfossiler Energiequellen aus) - A2 (pessimistisches Szenario, welches eine wirtschaftliche Orientierung widerspiegelt und einen steten Anstieg der CO2 Emissionen bis Ende des 21. Jhd. beschreibt).

14 Seite 14 Die Abb. 2 zeigt beispielhaft eine typische Verteilung der klimatischen Wasserbilanz als eine wichtige Kenngröße zur Beurteilung des Wasserhaushaltes im Teileinzugsgebiet der unteren Pleiße. Dabei ist ein Nord-Süd-Gefälle erkennbar mit Zunahme der Wasserbilanzgröße von < 50 mm auf - 20 mm im südlichsten Teil des EZG, dem Kohrener Land. Der Mittelwert der klimatischen Wasserbilanz beträgt für diese Prognose -51 mm für den Monat Juli. Auch die Abb. 3 zeigt ein typisches Muster der Verteilung der mittleren Lufttemperatur mit einem Gradienten in Nord-Südgefälle von 1.5 grd K. Das Teileinzugsgebiet des Südraumes Leipzig mit der Pleiße und den Tagebauseen zeigt dabei eine gleichartige Situation. Nach KLAMA, Friedrich und Schmidt (2009) sind in dem betrachteten Einzugsgebiet der Unteren Pleiße die Planungsräume zu unterscheiden: - Klima der Hügelländer: Kohrener Land - Übergangsklima: Südraum Leipzig und die angrenzende Bad Lausicker Hügellandschwelle - Klima des Tieflandes: Elster-Pleiße-Luppe Aue und Stadt Leipzig mit der in Tab. 4 dargestellten Charakterisierung der klimatischen Räume Tab. 4: Charakterisierung der klimatischen Teilregionen Westsachsens nach Schmidt et al. (2010). Klimaraum Hügelland Übergangsklima Klima des Tieflandes Landschaftssubtyp Kohrener Land Naunhofer Land, Elster-Pleiße-Luppe- Südraum Leipzig, Aue Bad Lausicker Stadt Leipzig Hügellandschwelle Wasserbilanz Positive Niedrige positive bis Wahrscheinlich Wasserbilanz mit leicht negative negative deutlichen Rückgängen Wasserbilanz Wasserbilanz Lufttemperatur Kühlste absolute Gemäßigte absolute Höchste jährliche Durchschnittstemperaturen Durchschnittstemperaturen Durchschnittstemperatur Änderung Stärkste regionale Deutliche Geringste regionale Erwärmung und Temperaturerhöhung Temperaturerhöhung Niederschlagsrückgänge und Niederschlagsrückgänge Schmidt et al. (2010) weisen darauf hin, dass sich die verschiedenen Klimaräume in einer unterschiedlichen Entwicklung der Klimaprojektionen B1, A1b und A2 auswirken, so dass für das Teileinzugsgebiet der Pleiße

15 Seite 15 Elster- Pleiße- Luppe -Aue Leipzig Naunhofer Land Bergbaufolgelandschaft Südraum Leipzig Bad Lausicker Hügellandschwelle Kohrener Land Abb. 4: Landschafts- und Klimaräume im Einzugsgebiet der unteren Pleiße (nach Regionalplan Westsachsen 2008)

16 Seite Auswertung der Prognosen für die klimatische Wasserbilanz der Unteren Pleiße Für die Bewertung der prognostischen Veränderung der klimatischen Wasserbilanz in Bezug auf die Wasserhaushalts.- und Abflussverhältnisse in der Unteren Pleiße ist es erforderlich, für die Zeiträume und den mit WEREX simulierten typischen Jahresgang der Wasserbilanz auszuwerten. Im Folgenden sind hierzu für die Monate Januar, Juli, August und Dezember für die 2 genannten Simulationszeiträume die 3 Klimaszenarien abgebildet bzw. ausgewertet. Da das Einzugsgebiet aus verschiedenen Klimaräumen und Landschaftstypen besteht, trifft die allgemein zu erwartende Aussage einer Zunahme des Wasserhaushaltsdefizits bzw. der Lufttemperatur für die Szenarien in der Reihenfolge B1 A1b A2 und jeweils bzw so nicht, zu sondern es bildet sich eine differenziertere Prognose der Wasserbilanz ab. Tab. 5: Ergebnisse der Analyse der klimatischen Wasserbilanz für das Einzugsgebiet der unteren Pleiße nach Schmidt et al. (2010). Angaben in mm (-: Defizit, +: Bilanzüberschuss) Zeitraum Szenario B1 A1b A2 B1 A1b A2 Januar Juli August Dezember Jahresbilanz Die Gegenüberstellung der Szenarien verdeutlicht die grundlegenden Tendenzen - Im Zeitraum hat das Szenario A2 die negativste jährliche Wasserbilanz mit 33 m gefolgt vom Szenario A1b mit 1,5 mm und Szenario B1 mit + 44 mm Überschuss - Die klimatische Wasserbilanz im Zeitraum ist für das Jahr betrachtet außer für das Szenario B1 nicht negativer als im Zeitraum Die winterlichen Wasserbilanzüberschüsse sind für alle Szenarien im Zeitraum größer als Damit setzt sich die Tendenz nach nässeren Wintern langfristig durch. - Demgegenüber ist für die Szenarien A1b und A2 im Sommer des Zeitraumes die Wasserbilanz weniger angespannt als im vorgelagertem Szenario Durch die Lage des Pleißeeinzugsgebietes im Übergangsbereich zwischen Tief- und Hügelland und Gebirge wird in dem Szenariozeitraum die Tendenz einer verstärkten Anpannung des Wasserhaushaltes nicht linear fortgesetzt. Unter dem Aspekt verschiedener denkbarer Szenarien für die Klimaentwicklung wird deshalb im Weiteren von den Fällen ausgegangen - Klimatische Wasserbilanz mm/a - Klimatische Wasserbilanz mm/a - Klimatische Wasserbilanz mm/a

17 Seite 17 Klimatische Wasserbilanz Szenario B1: Januar Dezember Im Winterzeitraum positive Wasserbilanz für das Teileinzugsgebiet der unteren Pleiße zwischen 31 und +38 mm. Dabei beträgt der Unterschied zwischen Tiefland und Hügelland ca mm mit einem geringeren Überschuss im Tiefland. Juli August Im Sommer negative Wasserbilanz mit dem Schwerpunkt des Teileinzugsgebietes der Pleiße u.h. Böhlen. Im August z.t. durch die Starkniederschläge im Kohrener Land sogar leicht positive Wasserbilanz. Die mittlere klimatische Wasserbilanz beträgt im Juli -30 mm bzw. niederschlagsreicherem August 0 mm.

18 Seite 18 Klimatische Wasserbilanz Szenario B1: Januar Dezember Gegenüber dem Zeitraum ist die Wasserbilanz um ca. 8 mm im Winterzeitraum höher. Damit bestätigt sich die Tendenz nässerer Winterzeiträume. Im Dezember ist der Überschuss größer als im Januar. Juli August Die sommerliche Wasserbilanz ist gegenüber dem Zeitraum um 8 mm (Juli) bzw. 20 mm (August) geringer (negativer). Damit ist insgesamt die Wasserbilanz für das Szenario B1 leicht negativ.

19 Seite 19 Klimatische Wasserbilanz Szenario A1b: Januar Dezember Die Winterlichen Verhältnisse des Szenarios A1b sind dem Szenario B1 ähnlich. Der Überschuss der Wasserbilanz im Dezember und Januar beträgt mm Juli August Unter sommerlichen Bedingungen ist in den Monaten Juli und August mit -51 mm bzw. 19 mm um ca. 20 mm niedriger als für Szenario B1

20 Seite 20 Klimatische Wasserbilanz Szenario A1b: Januar Dezember Der winterliche Bilanzüberschuss ist mit 43 mm bzw. 47 mm um ca. 10 mm höher als im Zeitraum Juli August Die sommerliche Wasserbilanz ist dem Szenario B1 vergleichbar und etwas günstiger als für das Stenario A1b

21 Seite 21 Klimatische Wasserbilanz Szenario A2: Januar Dezember Die Winterliche klimatische Wasserbilanz ist den Szenarien B1 bzw. A1b im Zeitraum vergleichbar. Juli August Die klimatische Bilanz im Sommer ist sowohl in den Monaten Juli als auch August mit -40 mm bis 50 mm stark angespannt.

22 Seite 22 Klimatische Wasserbilanz Szenario A2: Januar Dezember Mit 35 bzw. 40 mm ist die winterliche Wasserbilanz für das Szenario A2 um 5 10 mm geringer als für die anderen Szenarien B1 und A1b Juli August Gegenüber der Jahrescheibe ist im Zeitraum Juli-August die klimatische Wasserbilanz im Prognosezeitraum um ca. 25 mm weniger belastet 3.3 Prognose der Lufttemperatur Die Veränderung des Klimas soll sich auch nach den Prognose sowohl durch eine Erhöhung der mittleren Jahrestemperatur, der winterlichen und sommerlichen Temperaturen

23 Seite 23 auswirken. Auch für dieses Kriterium gelten die gleichen Randbedingungen wie für die klimatische Wasserbilanz. Die Lufttemperatur wird gemeinsam mit der Globalstrahlung den Wärmehaushalt der Gewässer wesentlich bestimmen. Als Vergleichsbasis dienen die Messungen der meteorologischen Station Leipzig Holzhausen, Leipzig Schkeuditz und Altenburg im Zeitraum gemittelt.. Tab. 6: Vergleichswerte für den Ist-Zustand der Lufttemperatur in dem Teileinzugsgebiet der unteren Pleiße anhand der Monatsmittelwerte der 30jährigen Zeitreihe für die meteorologischen Stationen Leipzig Schkeuditz, Leipzig Holzhausen und Altenburg und daraus gebildeter Mittelwert, Angaben in C Station Leipzig Schkeuditz Leipzig Holzhausen Altenburg Mittelwert Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jahresmittelwert Tab. 6 verdeutlicht dabei, dass die langjährigen Monatsmittelwerte für diese 3 verteilten meteorologischen Stationen sehr ähnlich sind bzw. die Abweichungen zwischen Tief- und Hügelland gering sind. Für den Zeitraum ergibt sich eine Erhöhung der Lufttemperatur sowohl im Mittel als auch Sommer und Winter. Diese beträgt für das Jahresmittel 0,74 grd K bzw. bis zu 1,4 grd K im Monatsmittel. Damit wird verdeutlicht, dass in den letzten Jahren bereits eine gewisse Erwärmung zu erkennen ist. Der nachfolgende Vergleich mit den Monatsmittel für die Szenarien B1, A1b und A2 für die Jahresscheiben und 2091 bis 2100 verdeutlicht im Unterschied zur klimatischen Wasserbilanz, dass - der Temperaturanstieg in der Reihenfolge Szenario B1, A1b und A2 zunimmt - im Zeitraum die Lufttemperatur gegenüber nochmals jeweils um ca. 2,4 2,8 grd K gegenüber dem Istzustand der reihe zunimmt. Tab. 7: Vergleich der Monatsmittelwerte für die Lufttemperatur in Leipzig Schkeuditz für die Vergleichszeiträume und , Angaben in C bzw. grd K

24 Seite 24 Monat Ist (1961- Ist (1991- Temperaturänderung 90) 2005) Mittelwert Tab. 8: Auswertung der Monatsmittelwerte der Lufttemperatur für das Einzugsgebiet der Unteren Pleiße für die Szenarien B2, A1b und A2 für die Zeiträume und , Angaben in C bzw. grd K Monat B1 A1b A2 B1 A1b A Jahresmittelwert Veränderung gegenüber Ist ( )

25 Monatsmittel der Lufttemperatur ( C) Monatsmittel Lufttemperatur ( C) Modellvorhaben der Raumordnung MORO Seite Lufttemperatur B A1b A Ist-Zustand Monat Lufttemperatur B A1b A Ist-Zustand Monat Abb. 5: Jahresgang der mittleren Monatswerte der Lufttemperatur im Einzugsgebiet der unteren Pleiße für die Szenarien B1, A1b und A2 für die Zeiträume und

26 Seite 26 Die Abbildung 5 verdeutlicht, dass zwischen den mittleren monatlichen Lufttemperaturen der Jahresreihe und den Prognoseszenarien ein signifikanter Unterschied besteht. Der Temperaturanstieg der Lufttemperatur wird besonders stark für die Winterperiode (Dez Feb) mit 1,2 3,9 grd K prognostiziert. In den Übergangsjahreszeiten ist der Temperaturanstieg am geringsten ausgeprägt. Im Sommer ist i.m. mit einem Temperaturanstieg um 1,6 2,6 grd K gegenüber der Bezugszeitreihe zu rechnen. Für einzelne Sommermonatsmittel beträgt der Temperaturanstieg bis 3 grd K Im Vergleich der Prognosen mit den Messwertes des Zeitraumes ist für das Szenario B1 für nur mit einem Temperaturanstieg von 0,5 grd K zu rechnen. Tab. 9: Mittelwerte der Lufttemperatur in den 4 Zeiträumen Winter bis Herbst für die Szenarien B1, A1b und A2 für die Zeiträume und für das Teileinzugsgebiet der Unteren Pleiße im Vergleich zum Ist-Zustand (Angaben in C) und Ausweisen des Temperaturanstiegs gegenüber dem Ist-Zustand in grd K Zeitraum Zeitraum Szenario B1 A1b A2 B1 A1b A2 Ist Winter Frühjahr Sommer Herbst Änderung gegenüber Ist ( Szenario B1 A1b A2 B1 A1b A2 Winter Frühjahr Sommer Herbst Für die Bewertung der Auswirkung der Erhöhung der Lufttemperatur auf die Gewässerökosysteme wird von folgenden Fällen ausgegangen - Temperaturerhöhung 0 0,5 grd K - Temperaturerhöhung 2 grd K - Temperaturerhöhung 4 grd K bei Niedrigwasserbedingungen (Tageswerte)

27 Seite 27 4 Bewertung des Einflusses der Klimaänderung auf den Wasserhaushalt der Unteren Pleiße 4.1 Beschreibung des Ist-Zustandes des Wasserhaushaltes und der Prognoseszenarien bis Zufluss der Pleiße am Pegel Regis und der Wyhra Der Zufluss der Pleiße aus dem Einzugsgebiet oberhalb des Pegels Regis bestimmt entscheidend den Wasserhaushalt der Unteren Pleiße ( zu ca. 50 %). Für die Abschätzung der Veränderung des Durchflusses der Pleiße am Pegel Regis von den Klimaszenarien wird davon ausgegangen, dass der Abfluss am Pegel Regis sich proportional zur Veränderung der klimatischen Wasserbilanz verhält. Dabei werden in dem Zeitraum ab 1991 die auftretenden mittleren und Niedrigwasserabflüsse mit den auftretenden Niederschlägen verglichen. Abb. 6: Abflussdauerlinie für die Pleiße Pegel Regis-Serbitz als Eingangspegel (Vergleich Gesamtpegelaufzeichnung und Zeitabschnitt ) sowie Pegel Böhlen im durch Tagebausümpfungswassereinleitung stark beeinflussten Zeitabschnitt und weniger beeinflussten Zeitabschnitt zwischen ); (siehe ECOSYSTEM SAXONIA/IBGW 2008) Die Abb.6 verdeutlicht, dass für die Zeiträume und sich die Abflussverteilung nicht verändert hat. Dieser Pegel wird durch die Veränderung des Gebietswasserhaushaltes durch den aktiven Bergbau der MIBRAG und Sanierungsbergbau der LMBV sowie den Grundwasserwiederanstieg wenig bis nicht beeinflusst. Demgegenüber ist der Abfluss am Pegel Böhlen sehr stark durch die Nutzungen im Einzugsgebiet beeinflusst. Im Zeitraum bis 1993 dominierten hier die Einleitung von Tagebausümpfungswässern und Industrieabwässern.

28 Abfluss Pegel Regis bzw. Böhlen (m³/s) Modellvorhaben der Raumordnung MORO Seite 28 Tab. 10: Auswertung der Abflussverhältnisse am Pegel Regis und Böhlen für den Zeitraum im Vergleich zu den Niederschlagsverhältnissen mit Berücksichtigung der Station Leipzig/Schkeuditz (Daten DWD) Jahr Q5% Regis Q5% Böhlen MQ Regis Abflussspende Niederschlag ( m³/s) (m³/s) (m³/s) mm/a mm/a Mittelwert Jahresgang der Abflussverteilung der Pleiße MQ Regis-Serbitz MQ Böhlen NQ Regis-Serbitz NQ Böhlen Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 7: Monatswerte des Abflusses am Pegel Regis und Böhlen im Trockenjahr 1990 als Monatsmittelwerte und Niedrigstwerte

29 Seite 29 Die Jahre 1991/92, 2003/04 und 2000/01 charakterisieren dabei klimatische Situationen mit niedrigem Gebietsabfluss. Wird davon ausgegangen, dass die klimatische Wasserbilanz in der Prognose B1 für den Zeitraum weitgehend identisch mit dem gegenwärtig durch aktuelle Messungen belegten Situation ist, dann ergibt sich aus der obigen Tabelle folgende Abschätzung der zu erwartenden Abflussverhältnisse am Pegel Regis. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich die Abflussverhältnisse im oberen Einzugsgebiet in etwa proportional zum Einzugsgebiet der unteren Pleiße verhalten. Diese Aussage stellt für den Wasserhaushalt eine worse-case- Betrachtung dar. Wie die Tab. 10 zeigt, sind aber derartige Situationen bereits in der Vergangenheit aufgetreten. Diese in der Vergangenheit seltenen Situationen würden sich mit den Szenarien der Klimaprognosen zu mittleren Verhältnissen entwickeln. Unter Berücksichtigung der bereits im Einzugsgebiet der unteren Pleiße beobachteten Differenzierung der klimatischen Wasserbilanz ist im Rahmen von weiterführenden Betrachtungen die klimatische Wasserbilanz des oberhalb gelegenen Einzugsgebietes in die Betrachtung einzubeziehen. Hieraus können sich Modifizierungen der Ansätze aus Tab. 11 ergeben. Aus diesem Grund wird für die folgende Betrachtung des Wasserhaushaltes der Pleiße von den Szenariofälle ausgegangen - Abflusssituation Pegel Regis analog Ist-Zustand MNQ 1,15 m³/s - Abflusssituation Pegel Regis um 10 % erhöht MNQ 1,27 m³/s - Abflusssituation Pegel Regis um 15 % reduziert MNQ 0,98 m³/s - Abflusssituation Pegel Regis um 20 % reduziert MNQ 0,92 m³/s - Abflusssituation Pegel Regis um 35 % reduziert MNQ 0,75 m³/s Tab. 11: Abschätzung der Abflussverhältnisse am Pegel Regis unter Berücksichtigung der Klimaprognosen Situation/ Klimaprognose Klimatische Wasserbilanz (mm/a) Abflusspende (mm/a) MQ Pegel Regis MNQ Pegel Regis Ist-Zustand +40 mm 140 mm 3,36 m³/s 1,15 m³/s Normal B mm 140 mm 3,4 m³/s 1,15 m³/s A1b ,5 mm 98 mm 2,4 m³/s 0,93 m³/s A ,6 mm 68 mm 1,7 m³/s 0,75 m³/s B ,9 mm 97 mm 2,4 m³/s 0,93 m³/s A1b ,3 mm 106 mm 2,5 m³/s 0,98 m³/s A mm 70 mm 1,7 m³/s 0,75 m³/s Für das Einzugsgebiet der Wyhra wird ein analoges Verhalten des Abflusses zur Pleiße angesetzt.

30 Seite 30 Tab. 12: Abschätzung der Abflussverhältnisse am Pegel Regis unter Berücksichtigung der Klimaprognosen Situation/ Klimatische Wyhra MQ Wyhra MNQ Klimaprognose Wasserbilanz (mm/a) Ist-Zustand Normal +40 mm m³/s m³/s B mm m³/s m³/s A1b ,5 mm m³/s m³/s A ,6 mm m³/s m³/s B ,9 mm m³/s m³/s A1b ,3 mm m³/s m³/s A mm m³/s m³/s Die Kombination dieser verschiedenen Zuflussverhältnisse mit der Prognose der Veränderung der Wasserhaushaltsverhältnisse im für die einzelnen Szenarien ermöglicht damit eine Bandbreite der zu erwartenden Veränderungen des Wasserhaushaltes der Pleiße abzuschätzen. Die Spannweite der Summe der zu erwartenden mittleren Zuflüsse beträgt dabei 3,0 5,0 m³/s und bei Niedrigwassersituationen 1,1 1,8 m³/s. Es wird dabei nochmals darauf hingewiesen, dass es sich hier um eine Abschätzung handelt und empfohlen für weiterführende Betrachtungen eine modellgestützte Betrachtung auf der Basis des HGMS mit einem Bodenwasserhaushaltsmodell sowie durch die Kopplung mit dem Oberflächengewässermodell durchzuführen. Insbesondere für Niedrigwasserbedingungen ergibst sich durch diese Reduzierung der Zuflüsse um bis zu 0,5 m³/s eine Erhöhung der Anforderungen an die Niedrigwasseraufhöhung... Tab. 13: Zusammenstellung der Ansätze für die Zuflüsse Pleiße am Pegel Regis und Wyhra für die Bewertung der Klimaprognosen Szenarien Pleiße + 10 % Pleiße 100% Pleiße-10 % Pleiße - 15% Pleiße - 20% Pleiße -35 % B Ist- Zustand A1b A1b , B A und MQ Pleiße MQ Wyhra Summe MNQ Pleiße MNQ Wyhra Summe

31 Seite Grundwasserzuflüsse und Zuflüsse aus den Tagebauseen Die Grundwasserzuflüsse zur Pleiße wurden in den Untersuchungen ECOSYSTEM SAXONIA/IBGW (2008) und IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA (2010) sowohl für den Ist- Zustand als auch wesentliche zeitliche Etappen der Umsetzung der EU-WRRL durch Auswertung des HGMS ermittelt. Hierzu wurde der Grundwasserzustrom zur Pleiße in 6 charakteristische Abschnitte untergliedert. Tab. 14: Prognose der Grundwasserzuflüsse zur unteren Pleiße für den Zeitraum bis 2009 bis 2100 aus ECOSYSTEM SAXONIA/IBGW 2008 und IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA 2010 ohne Berücksichtigung der Klimaprognose Die Tab. 14 zeigt, dass in dem Zeitraum zwischen 2010 und 2100 ein Anstieg des Grundwasserzuflusses um 29 % von 0,19 m³/s auf 0,25 m³/s prognostiziert wird. Der entscheidende Anstieg erfolgt zwischen 2040 und 2100 in Zusammenhang mit dem Abschluss des Tagebaus Vereinigtes Schleenhain durch die MIBRAG nach Die Veränderungen in der klimatischen Wasserbilanz für die untere Pleiße für die Zeithorizonte und zeigt die nachfolgende Abbildung. Es wird davon ausgegangen, dass die Änderungen in der Grundwasserneubildungsrate bzw. dem Grundwasserzufluss zur Pleiße sich proportional zur klimatischen Wasserbilanz verhält. Im Rahmen dieser Studie konnte kein Wasserhaushaltsmodell aufgebaut werden. Es den vorhandenen Erfahrungen und der Untersuchung im Nordraum folgt, dass die Reduzierung der Grundwasserzuflüsse etwas geringer ist als die Änderung der Wasserbilanz.

32 Monatliche Wasserbilanz (mm/monat) Monatliche Wasserbilanz (mm/monat) Modellvorhaben der Raumordnung MORO Seite 32 Jahresgang der Wasserbilanz Prognose Monate A1b A2 B1 Jahresgang der Wasserbilanz Prognose Monate A1b A2 B1 Abb. 8: Jahresgang der monatlichen Werte für die klimatische Wasserbilanz für die untere Pleiße für die Prognosezeiträume und für die Szenarien B1, A1b und A2 Daraus ergeben sich folgende Ansätze für eine Reduzierung des Grundwasserzuflusses zur Pleiße:

33 Seite 33 Szenario B Reduzierung 0% A1b Grundwasserabfluss -10% A1b und % A und % Tab. 15: Ansätze für die Veränderung der Grundwasserzuflüsse zur unteren Pleiße als Gesamtzufluss (gelb unterlegte Zellen stellen realistische Ansätze dar Szenario B A1b A1b , B A und Abflüsse aus den Tagebauseen Die Abflüsse aus den Tagebauseen werden ebenfalls entscheidend durch die Grundwasserzuflüsse zu den Seen und die auch für die Seen durch die Verdunstungsverluste zunehmenden Bilanzdefizite beeinflusst. Tab. 16: Ansätze für den Abfluss aus den Tagebauseen im Zeitraum 2009 bis 2041 mit und ohne Berücksichtigung der Nachsorge durch die LMBV (aus IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA 2010) Für die Abflüsse aus den Tagebauseen wird der Zeitraum dem Zeitraum bezüglich der Basisdaten gleichgesetzt. Die Nachsorge spielt in diesem Zeitraum keine Rolle. Die Szenarien werden analog den Grundwasserzuflüssen zugeordnet.

34 Seite 34 Tab. 17: Abschätzung der Entwicklung der Abflüsse aus den Tagebauseen im Zeitraum Tagebauseen reduzierte 0% -10% -15% -25% Grundwasserzuflüsse Hain/Haubitz Störmthal/MKK Cospuden Zwenkau klimat. Wasserbilanz (mm) Verdunstungsverluste Abläufe der Tagebauseen MIBRAG und Industrieabwassereinleitung Nach den vorliegenden Genehmigungen ist zu erwarten, dass die MIBRAG den Bergbaubetrieb im Tagebau Vereinigtes Schleenhain bis 2050 einstellt. In dem Zeitraum wird deshalb kein aktiver Bergbau in der Szenariobetrachtung berücksichtigt. Für den Zeitraum ab 2041 wird für die MIBRAG nach IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA (2010) eine Einleitmenge für die Tagebausümpfungswässer von 0,33 m³/s angesetzt. Die industrielle Nutzung wird im Wesentlichen durch die beiden Industriestandorte Kraftwerk Lippendorf und DOW Böhlen bestimmt. Hierfür werden nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand die in der nachfolgenden Tab. 18 dargestellten mittleren Einleitmengen berücksichtigt. Der Kraftwerksstandort ist gegenwärtig an die Versorgung mit Braunkohle aus dem Tagebau Vereinigtes Schleenhain gebunden. Unabhängig davon wird auch für das Szenario eine vergleichbare Industrieeinleitung angesetzt.

35 Seite 35 Tab. 18: Industrieeinleitung im Einzugsgebiet der unteren Pleiße ohne Klimaszenarien Gegenwärtig gibt es keine Berechnungen für die Auswirkung der Klimaszenarien auf die Menge und Beschaffenheit der eingeleiteten Kühlwässer. Es wird von einer 10 20%igen Erhöhung der Kühlwassermenge ausgegangen, da bereits die Zulaufwässer ein höheres Temperaturniveau haben und die Wassertemperatur der Vorfluter einsteigt, was in der Konsequenz eine Reduzierung der Kühlwassereinleittemperatur zur Folge haben kann. Tab. 19: Abschätzung der Industrieeinleitmengen für den Zeitraum Einleiter MIBRAG DOW KW Lippendorf* Summe Erhöhung Kühlwassermenge um 10 % MIBRAG DOW KW Lippendorf* Summe Erhöhung Kühlwassermenge um 20 % MIBRAG DOW KW Lippendorf* Summe * im Jahr 2100 gegebenenfalls durch anderen Nutzer ersetzt

36 Seite Zusammenfassende Bilanzierung der Szenarien Das Szenario B1 ( ) entspricht weitgehend den gegenwärtig bereits bestehenden klimatischen Verhältnissen. Sie stellt damit für diesen Zeitraum ein Vergleichszenarium dar. Die Varianz der sich ergebenden Abflüsse und Sulfatkonzentrationen sind für die Zeiträume und in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst. Die Tab. 20 zeigt, dass für mittlere Verhältnisse die Abflüsse zwischen 4,4 6,3 m³/s je nach Prognoseszenarium schwanken. Dieser Schwankungsbereich beträgt ca. 30 %. Mit dem Klimaszenarium A2 sind dabei die niedrigsten Gesamtabflüsse zu erwarten. Dies trifft sowohl auf den Zeitraum als auch zu. Dabei sind die Abflüsse im Prognosezeitraum nochmals auf 4,2 5,2 m³/s bei MQ reduziert, da hier auch die Einleitung der Tagebausümpfungswässer der MIBRAG entfällt. Bezüglich der Sulfatlast ist eine Entspannung für den Zeitraum gegenüber festzustellen. Es ist zu erkennen, dass die bisher aus den aktuellen Klima- und Abflussverhältnissen abgeleiteten Zielstellungen für eine Bewirtschaftung des Sulfathaushaltes nicht ausreichend sind. Insbesondere sind die Niedrigwasserperioden im Zeitraum besonders stark ausgeprägt, so dass unter diesen Bedingungen der MNQ-Abfluss nur 1,9 2,3 m³/s beträgt (gegenüber 2,2 2,9 m³/s im Zeitraum ). Tab. 20: Varianz der Ergebnisse zu den Auswirkungen der Klimaprognoseszenarien auf den Wasserhaushalt und die Wasserbeschaffenheit der Pleiße am Beispiel des Parameters Sulfat für MQ und MNQ-Bedingungen Abflüsse Sulfatkonzentration1,9 MQ MNQ MQ MNQ (m³/s) (m³/s) (mg/l) (mg/l) B A1b A A2 mit NW- Aufhöhung B A1b A A2 mit NW- Aufhöhung Die bilanzierten Sulfatgehalte ohne Niedrigwasseraufhöhung für das Szenario B entsprechend den im Gutachten IBGW/ECOSYSTEM SAXONIA (2010) dargestellten Prognosewerten für den Zeitraum Der Zeitraum war nicht Gegenstand dieser Berechnung. Für das vom Wasserhaushalt günstigste Szenario A1b für den Zeithorizont wie auch für die anderen beiden Szenarien sind die Prognosewerte günstiger als für , da Belastungsquellen entfallen bzw. reduziert werden. Die Zielstellung für die Umsetzung der EU-WRRL in der unteren Pleiße einen Sulfatgehalt für MNQ-Bedingungen < 450 mg/l und MQ-Bedingungen < 350 mg/l

37 Seite 37 Einzuhalten sind zumindest für MNQ mit der zusätzlich vorgesehenen Niedrigwasseraufhöhung erreichbar. Für den Zeithorizont besteht auch für MQ- Verhältnisse die Möglichkeit, durch begrenzte weitere Bewirtschaftungsmöglichkeiten diese Zielstellung zu erreichen. Für den Zeitraum ist demgegenüber das Problem größer und Bedarf weitergehender Überlegungen. Die Klimaszenarien zeigen damit für die zur Umsetzung der EU-WRRL notwendigen Steuerung der Wasserbeschaffenheit zusätzliche Aufwendungen bzw. eine Verschärfung der Anforderungen an, da speziell unter MNQ-Bedingungen die Abflussverhältnisse gegenüber dem gegenwärtigen Ist-Zustand stark reduziert sind. Dabei ist auch den wassertouristischen Anforderungen an die Abflussbedingungen in der Pleiße besonderes Augenmerk beizumessen.

38 Seite 38 Tab. 21: Detailzusammenstellung der Bilanzierung des Wasser- und Sulfathaushaltes für die untere Pleißen für die Klima-Szenarien B1, A1b und A2 und den Zeitraum Szenario B MQ MNQ Sulfatkonz. Last Pleißezufluss Regis ,939 18,382 t/d Wyhra ,600 8,640 t/d Grundwasserzuflüsse ,624 20,624 t/d Abflüsse aus den Tagebauseen* ,160 17,712 t/d Industrie ,432 54,432 t/d Gösel u.a ,147 4,147 t/d Summe m³/s t/d Sulfatgehalt mg/l Szenario A1b MQ MNQ Sulfatkonz. Last Pleißezufluss Regis ,036 14,865 t/d Wyhra ,470 6,981 t/d Grundwasserzuflüsse ,487 17,487 t/d Abflüsse aus den Tagebauseen* ,693 15,042 t/d Industrie ,432 54,432 t/d Gösel u.a ,147 4,147 t/d Summe m³/s t/d Sulfatgehalt mg/l Szenario A MQ MNQ Sulfatkonz. Last Pleißezufluss Regis ,020 11,988 t/d Wyhra ,960 5,702 t/d Grundwasserzuflüsse ,492 15,492 t/d Abflüsse aus den Tagebauseen* ,163 13,298 t/d Industrie ,432 54,432 t/d Gösel u.a ,147 4,147 t/d Summe m³/s t/d Sulfatgehalt mg/l Szenario A MQ MNQ Sulfatkonz. Last Pleißezufluss Regis ,020 11,988 t/d Wyhra ,960 5,702 t/d Grundwasserzuflüsse ,492 15,492 t/d Abflüsse aus den Tagebauseen* ,163 13,306 t/d Industrie ,432 54,432 t/d Gösel u.a ,147 4,147 t/d Niedrigwasseraufhöhung ,280 t/d Summe m³/s t/d Sulfatgehalt

39 Seite 39 Tab. 22: Detailzusammenstellung der Bilanzierung des Wasser- und Sulfathaushaltes für die untere Pleiße für die Klima-Szenarien B1, A1b und A2 und den Zeitraum Szenario B MQ MNQ Sulfatkonz. Last Pleißezufluss Regis ,511 14,705 t/d Wyhra ,280 6,912 t/d Grundwasserzuflüsse ,148 20,148 t/d Abflüsse aus den Tagebauseen* ,693 15,042 t/d Industrie ,512 28,512 t/d Gösel u.a ,147 4,147 t/d Summe m³/s t/d Sulfatgehalt mg/l Szenario A1b MQ MNQ Sulfatkonz. Last Pleißezufluss Regis ,008 15,664 t/d Wyhra ,317 7,430 t/d Grundwasserzuflüsse ,289 21,289 t/d Abflüsse aus den Tagebauseen* ,544 15,941 t/d Industrie ,512 28,512 t/d Gösel u.a ,147 4,147 t/d Summe m³/s t/d Sulfatgehalt mg/l Szenario A MQ MNQ Sulfatkonz. Last Pleißezufluss Regis ,020 11,988 t/d Wyhra ,997 5,702 t/d Grundwasserzuflüsse ,772 17,772 t/d Abflüsse aus den Tagebauseen* ,163 13,298 t/d Industrie ,512 28,512 t/d Gösel u.a ,147 4,147 t/d Summe m³/s t/d Sulfatgehalt mg/l Szenario A MQ MNQ Sulfatkonz. Last Pleißezufluss Regis ,020 11,988 t/d Wyhra ,997 5,702 t/d Grundwasserzuflüsse ,772 17,772 t/d Abflüsse aus den Tagebauseen* ,163 13,306 t/d Industrie ,512 28,512 t/d Gösel u.a ,147 4,147 t/d Niedrigwasseraufhöhung ,280 Summe m³/s t/d Sulfatgehalt mg/l

40 Seite 40 5 Beispiel für die Auswirkung der klimatischen Veränderungen auf die geschichteten Tagebauseen 5.1 Grundlagen Neben der Veränderung des Wasserhaushaltes der Seen durch eine zu erwartende Reduzierung der Grundwasserzuflüsse, die sich auswirken in einer - Erhöhung der Aufenthaltszeit in den Seen - Reduzierung der Oberflächen- und hypodermischen Zuflüsse, die auch zu einer Veränderung der Nährstoffbelastung führen können - Reduzierung des Abflusses aus den Tagebauseen mit der Notwendigkeit einer Speicherbewirtschaftung zur Sulfatlaststeuerung und Sicherung des Wassertourismus - und der daraus resultierenden Wirkung auf die Flora und Fauna und Produktivität der Seen stellt auch die Entwicklung der Wassertemperatur im Hypo- und Epilimnion der geschichteten Tagebauseen eine wichtige Einflussgröße auf den Stoffhaushalt dar. Die Betrachtung des Einflusses der Klimaszenarien auf die Wasserbeschaffenheit und den ökologischen Zustand der Seen ist eine sehr komplexe Aufgabenstellung, die im Rahmen dieser Expertise nicht geleistet werden kann. Die Wassertemperatur stellt hierfür ein Beispiel für die Beurteilung der Sensitivität des Stofftransportes und umsatzes auf die klimatischen Veränderungen dar. Als Beispielsgewässer wird hierfür der Zwenkauer See verwendet. Im Rahmen des Limnologischen Gutachtens für den Zwenkauer See (BGD 2010) wurde ein dreidimensionales Modell für die Hydrodynamik, den Stofftransport und den Wärmehaushalt des Zwenkauer Sees auf Basis des Modells ELCOM erstellt. Das verwendete Modell ELCOM (Estuary, Lake and Coastal Ocean Model, University of Western Australia, Centre for Water Research) ist ein hydrodynamisches 3-DModell, dass für Seen, Ästuare und Küstenbereiche angewendet wird. Es ist ein finite-differenzen-modell, dass in der aktuellen Variante V2.2 (Herausgabejahr 2008) verwendet wird. Das Modell wurde international für viele mittlere und große Seen sowie Ästuar und Küstenbereiche dargestellt. Die Modellreferenzen sind in im Detail dargestellt. Das Modell genießt eine hohe internationale Reputation. Durch die Zellenbildung im Raster 100 x 100 m mit i.m. 1 m Tiefe wird eine hohe räumliche Auflösung ermöglicht, welche für die Abbildung der Strömungsvorgänge im See als Antwort auf die Wind- und Strahlungsverhältnisse zu simulieren. Die klimatischen Daten wurden durch den DWD für ein typisches Jahr zur Verfügung gestellt. Hierfür wurde durch den DWD das Vergleichsjahr 2002 ausgewählt. Als Basis für die Beurteilung der Auswirkung der Klimaszenarien auf den Wärmehaushalt des Zwenkauer Sees werden die im o.g. Gutachten genannten Ergebnisse der Modellierung des Zwenkauer Sees betrachtet.

41 Seite 41 Abb. 9: Abbildung der Morphometrie des Zwenkauer Sees im Modell ELCOM Der Jahresgang der Wind und Temperaturverhältnisse für den Zwenkauer See zeigt sowohl die Größenordnung der jährlichen Periodizität der mittleren Wassertemperatur als auch die Tagesamplituden. Die Windverhältnisse umfassen auch die typischen Frühjahrs- und Herbststürme. Die Windverhältnisse zeigen sowohl bezüglich der mittleren Windgeschwindigkeit als auch der Häufigkeitsverhältnisse die Dominanz südöstlicher Winde, die von einem 2. Maximum aus NOO überlagert wird.

42 Seite 42 Abb. 10: Darstellung von meteorologischen Eingangsbedingungen für die Modellierung des Zwenkauer Sees mit dem Modell ELCOM auf Basis des Bezugsjahres 2002 (Datenbereitstellung DWD)

43 Seite 43 Abb. 11: Windgeschwindigkeits- und Häufigkeitsverteilung für ein mittleres Jahr auf Basis der Daten DWD (mittleres Jahr 2002) für die Station Leipzig-Holzhausen

44 Lufttemperatur ( C) Modellvorhaben der Raumordnung MORO Seite Simulation der Schichtungsverhältnisse im Zwenkauer See für das Klimaszenario A2 Für die Beurteilung der Sensitivität der Schichtungsverhältnisse im Zwenkauer See gegenüber den prognostizierten Klimaszenarien wurde das stärkste Szenario A2 für die Zeiträume und ausgewählt. Ein Vergleich mit weiteren Szenarien bleibt auf Grund der Aufwendigkeit der Vorbereitung und Auswertung der Szenarien weiteren Untersuchungen vorbehalten. Für die Szenariobetrachtung wurden nur die Lufttemperaturverhältnisse auf die Klimaszenarien angepasst. Die anderen Einflussfaktoren wie Wind, Luftfeuchte, Bedeckungsgrad/Bewölkung wurden unverändert beibehalten. Hier sind in der Realität noch ergänzende synergistische Wechselwirkungen, welche zu einer Verstärkung des Effektes führen können, möglich AIR_TEMP Ist AIR_TEMP A2 50 AIR_TEMP A J F M A M J J A S O N D J J Monat Abb. 12: Ergebnis der Umrechnung der Klimaszenarien A und A bezüglich der Lufttemperatur gegenüber dem Vergleichsjahr 2002 Grundlage für die Anpassung der Lufttemperatur an die Szenarien A2 ist die jeweils prognostizierte mittlere Monatstemperatur. Die Abb. 13 verdeutlicht, dass im Schichtungszeitraum die Wassertemperatur im Epilimnion zunimmt, so dass die Stabilität der Schichtung gegenüber dem Windeinfluss wächst. Neben der Zunahme der Epilimniontemperatur um 1,6 2,5 grd K (besonders hohe Zunahme im Winterzeitraum) steigt auch die Hypolimniontemperatur um 0,3 1,8 grd K (Maximum ebenfalls im Winterzeitraum). Die Steigerung der Epilimniontemperatur führt zu einer Stabilisierung der Schichtung und einer durch die Aufwärmung gegebenenfalls Verdrängung von Kälte liebenden Arten. Die Nährstoffverhältnisse im Epilimnion werden damit wahrscheinlich stärker oligotrophiert, da die Nachlieferung aus dem Hypolimnion erschwert ist.

45 Seite 45 Mai 2002 A A August Abb. 13: Ergebnis der Simulation des Wärmehaushaltes des Zwenkauer Sees für die Klimaszenarien A und A bezüglich der Lufttemperatur gegenüber dem Vergleichsjahr 2002 Tab. 23: Vergleichsergebnis der Entwicklung der Wassertemperatur für die Szenarien A2 gegenüber dem Ist-Zustand (Vergleichsjahr 2002) Mai Juni August Oktober Dezember Ist Epilimnion Ist Hypolimnion Ist A2 50 Epilimnion A Hypolimnion A A2 100 Epilimnion A Hypolimnion A Zunahme Hypolimnion A A Zunahme Epilimnion A A