Mögliche Auswirkungen des Klimawandels und der Klimafolgen auf die Abflussverhältnisse an hessischen Gewässern

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1 Dr. G. Brahmer W3 Mögliche Auswirkungen des Klimawandels und der Klimafolgen auf die Abflussverhältnisse an hessischen Gewässern Veränderungen für hydrometeorologische Parameter bislang aufgetretene Veränderungen im Lahngebiet zukünftig zu erwartende Abflussverhältnisse (MQ,NQ,HQ) Auswirkungen auf die Wasserwirtschaft Klimawandel und Klimafolgen in Hessen 16. Mai 2006 Wiesbaden

2 Vorgehensweise zu Untersuchung hydrologischer Auswirkungen : N-A-Modell Analyse HQ100 2

3 Vorgehensweise zu Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels: N-A-Modell Klima- Stations -reihen Analyse Klimaauswirkung Wetterlagenklassifikation ECHAM4 B2 3

4 .. neben Temperaturerhöhungen ergeben sich aus den Klimaszenarien für Hessen Veränderungen der monatlichen Niederschläge: 25 Veränderungen der simulierten Monatsniederschläge gegenüber dem simulierten Jetztzustand ( ) Delta N [mm] Diff 2011_2020 Diff 2021_2030 Diff 2031_2040 Diff 2041_ Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 4

5 : Regionale Niederschlagsveränderung Jahresniederschlag-Differenzenkarten Abweichungen gegenüber der Periode (aus: Hergesell, 2005) Dezennium (Mittel) Dezennium (Mittel) 5

6 Extremtage Wiesbaden: Veränderung der Anzahl der mittleren jährlichen klimatischen Extremtage gegenüber dem Zeitraum Station Wiesbaden(Sued) (145 m +NN) (ECHAM4/B2-Szenario, Regionalisierung Meteo-Research) 30 Eisttage (Tmax < 0 Grd) : 13 Frosttage (Tmin < 0 Grd) : 60 Sommertage (25 Grd < Tmax < 30 Grd) : 38 heiße Tage (Tmax > 30 Grd) : 12 Höchster Tagesniederschlag [mm] Änderung in Tagen _ _ _ _ _ _ _ _ _2050 6

7 Hydrometeorologische Veränderungen und Änderungen der Abflussverhältnisse Zukunftsszenarien zeigen deutliche Veränderungen hydrometeorologischer Parameter (Niederschlag, Temp., ) Können Veränderungen hydrometeorologischer Parameter in untersuchten Abflussreihen festgestellt werden? Fallbeispiel aus der KHR-AG "Änderungen im Abflussregime des Rheingebiets": Entwicklung im Lahngebiet 7

8 Historische Veränderungen am Pegel Leun (Lahn) Pegel Leun/Lahn Mittlerer Abfluss Monat August 60 Monatsniederschlag [mm] Pegel Leun/Lahn Jahresgang der Gebietsniederschläge Zeitraum Zeitraum MQ-August [m 3 /s] ,0 120,0 100,0 FQS sign. Trend (0,98) Übergreif. Mittel (9 Jahre) FQS sign. Trend (0,97) Übergreif. Mittel (9 Jahre) Pegel Leun/Lahn Mittlerer Abfluss Monat März Aug Mrz 40 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez MQ-März [m 3 /s] 80,0 60,0 40,0 Monat 20,0 Niederschlag 0, Abfluss 8

9 Untersuchungsansatz Klimaänderung und Abflussverhalten Globales Klimamodell Auswahl eines Szenariolaufes Regionalisierung auf hessische Stationen Aufbereitung der Stationswerte und Anwendung in einem N-A-Modell Analyse und Auswertungen der Ergebnisse: Hydrologische Auswirkungen für die Klimaszenarien gg. Periode

10 Wasserhaushaltsmodell LARSIM B Ü R O L U D W I G (Richter u. Czesniak, 2004) Tageswerte Enke-Daten Tageswerte jew. 10 Real. a 20 Jahre: 1000 Jahre 10

11 Simulation: 10 Realisierungen/Dekade, Beispiel MQ Mittlere monatliche Mittelwasserabflüsse M om M Q Pegel Bad Hersfeld, Fulda Eingangsdaten nach Enke 2004 (Meteo-Research) Simulation 00 Simulation 01 Simulation 02 Simulation 03 Simulation 04 Simulation 05 Simulation 06 Simulation 07 Simulation 08 Simulation 09 Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation MoMMQ [m³/s] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat 11

12 Einzugsgebiet Fulda / Pegel Bad Hersfeld: Einzugsgebiet der Fulda: AEo = 6947 km² Pegel Bad Hersfeld: AEo: 2120 km² Höhe: m+nn Waldanteil: 40 % bebaut: 8,5 % 12

13 Abflussregime Fuldaoberlauf: Veränderungen im Abflussregime MoMQ Pegel Bad Hersfeld / Fulda (Klimadaten nach Enke, Abflusssimulation LARSIM) Mittelwert Simulation : 20,6 m³/s Mittelwert Simulation : 20,6 m³/s Mittelwert Simulation : 20,2 m³/s Mittelwert Simulation : 22,1 m³/s Mittelwert Simulation : 23,3 m³/s MoMQ [m³/s] Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov 13

14 Niedrigwasserabfluss Fuldaoberlauf: Veränderungen im Niedrigwasserregime MoMNQ Pegel Bad Hersfeld / Fulda (Klimadaten nach Enke, Abflusssimulation LARSIM) Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation MoMNQ [m³/s] (Abnahme von MNQ um 15 %)! 0 Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov 14

15 Hochwasserabfluss Fuldaoberlauf: Veränderungen im Hochwasserregime MoMHQ Pegel Bad Hersfeld / Fulda (Klimadaten nach Enke, Abflusssimulation LARSIM) Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation Mittelwert Simulation MoMHQ [m³/s] Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov 15

16 Veränderung der Hochwasserabflüsse Tagesmittelabfluss [m³/s] Veränderung der Hochwasserabflüsse (Tageswerte am Pegel Bad Hersfeld/Fulda) MHQ-Jahr(Tageswert) HHQ(Tageswert) Simulation Simulation Simulation Simulation Simulation

17 Abschätzung der HQ-Jährlichkeiten: 700 Hochwasserjährlichkeiten-Szenarien Pegel Bad Hersfeld (Klimadaten nach Enke, Simulation LARSIM, Scheitelermittlung über Regression) (W-Verteilung LPIII mit jew. 20 Jahres-HQ pro Simulationszeitraum) Scheitelabfluss [m³/s] Zunahme: 5-10 % außer Dekade : (ca. 20 %) SIM 1981_2000 SIM 2011_2020 SIM 2021_2030 SIM 2031_2040 SIM 2041_ Jährlichkeit T [a] 17

18 Situation im Bereich des Pegels Bad Hersfeld: Querprofil Pegel Bad Hersfeld/Fulda 200,7 m+nn (HW100) ,1 m+nn 620 m³/s 480 m³/s HW MS III 350 m ³/s Höhe [m +NN] HW MS II 120 m³/s HW MS I 84 m ³/s MQ 20 m ³/s MNQ 5 m ³/s

19 8 untersuchte Pegel in Hessen: Veränderungen im Abflussverhalten [%] Prozentuale Änderungen Mittelwasserabflüsse Niedrig-W. Hoch-W. in Zukunftsszenarien Jahr Winter Sommer MNQ HQ Helmarshausen / Diemel Schmittlotheim / Eder Marburg, Leun / Lahn Bad Vilbel / Nidda / Bad Hersfeld / Fulda / / zeigen ähnliche Ergebnisse wie für Bayern (Main) und tw. ähnliche Ergebnisse wie in BW (Neckar) 19

20 Erkennbar für Hessen: Zunahme der Temperatur mehr flüssige Niederschläge im Winter Umverteilung des Niederschlagsganges Auswirkungen auf die Abflussverhältnisse: Änderung des jahreszeitlichen Abflussganges Zunahme der Abflüsse im Winter (DJF) Abnahme der Abflüsse im Sommer (-15%) HQ-Scheitelerhöhung um mind %, (20%) Abflussabnahme im Diemelgebiet / Nordhessen 20

21 Auswirkungen: Mittelwasser: (Umverteilung) unausgeglichene Wasserführung z.b. bei Kraftwerken Mehrerzeugung im Winter Erzeugungseinschränkungen im Sommer Niedrigwasser: (Verschärfung) Gewässerqualität, Wasserentnahme, Kühlwasser, Einleite- und Entnahmemöglichkeiten Hochwasser: (Verschärfung) Rückhaltemaßnahmen verlieren an Wirksamkeit vorhandener Hochwasserschutz verringert sich Fortschreibung von Bemessungsgrößen (Klimazuschlag?) 21

22 Auswirkungen: Focus (Brennweite) und Perspektive sollten einer objektiven Betrachtung angemessen sein! Rhein bei Düsseldorf im Sommer 2003 (dpa) 22

23 Aussageschärfe: Globale Modelle Szenarien Regionalisierungen Temperatur >> Niederschlag >> Extremniederschlag Klimamodelle und nachgeschaltete hydrologische Modelle liefern Szenarien, keine Prognosen! 23

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