Klimamodellrechnungen und Grundwasserhaushalt - Auswertung und Validierung von Zeitreihen

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1 Brandt Gerdes Sitzmann Umweltplanung GmbH Dr.- Ing. Heiko Gerdes, Christoph Euler, Dr.-Ing. Markus Kämpf: Klimamodellrechnungen und Grundwasserhaushalt - Auswertung und Validierung von Zeitreihen 1 Einführung 2 Skalen der Klimamodellierung, Hydrologie, Wasserwirtschaft und Grundwasserhydraulik 3 Grundwasserneubildung, Grundwasserstandsentwicklung und klimatische Wasserbilanz im Klimawandel 4 Ausblick

2 Brandt Gerdes Sitzmann Umweltplanung GmbH Dr.- Ing. Heiko Gerdes, Christoph Euler, Dr.-Ing. Markus Kämpf: Klimamodellrechnungen und Grundwasserhaushalt - Auswertung und Validierung von Zeitreihen 1 Einführung 2 Skalen der Klimamodellierung, Hydrologie, Wasserwirtschaft und Grundwasserhydraulik 3 Grundwasserneubildung, Grundwasserstandsentwicklung und klimatische Wasserbilanz im Klimawandel 4 Ausblick

3 Verbundpartner mit den Teilprojekten: Brandt Gerdes Sitzmann Umweltplanung GmbH An der Eschollmühle Darmstadt Prozessbasierte Wasserhaushaltsmodellierung und modellgestützte Grundwasserbewirtschaftung, Koordination des Verbunds Hessenwasser GmbH & Co. KG Taunusstraße Groß-Gerau / Dornheim Wasserbedarf, Wasserversorgungsstrukturen und Steuerung der Grundwasserbewirtschaftung Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Postfach Wiesbaden Konzeptionelle Wasserhaushaltsmodellierung und dezentrale Wasserversorgung

4 Projektgebiet: Hessisches Ried und Odenwald Projektziele: Quantifizierung der Sicherheit von Wasserversorgungsstrukturen der Grundwasserstandsentwicklung der grundwasserverbundenen Nutzungskonflikte der Möglichkeiten eines Grundwassermanagements, Möglichkeiten und Grenzen eines integriertes Wassermanagements

5 Grundwasserverbundene Nutzungskonflikte

6 Grundwasserverbundene Nutzungskonflikte

7 Brandt Gerdes Sitzmann Umweltplanung GmbH Dr.- Ing. Heiko Gerdes, Christoph Euler, Dr.-Ing. Markus Kämpf: Klimamodellrechnungen und Grundwasserhaushalt - Auswertung und Validierung von Zeitreihen 1 Einführung 2 Skalen der Klimamodellierung, Hydrologie, Wasserwirtschaft und Grundwasserhydraulik 3 Grundwasserneubildung, Grundwasserstandsentwicklung und klimatische Wasserbilanz im Klimawandel 4 Ausblick

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13 Räumliche Auflösung Klimamodelle Bsp.: Ostseeraum ECHAM5/MPI-OM T63L31: ca. 180 km Quelle: MPI-M

14 2. Dynamische regionale Klimamodelle CLM / REMO

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16 Voraussichtliche Klimaänderung bis 2100 (Variante A1B) Temperaturerhöhung Niederschlagsverlagerung: Sommer -> Winter Quelle: Max Planck-Institut für Meteorologie (MPI) "MPI-M / UBA, 2007: Regionale Klimasimulationen für Deutschland, Österreich und die Schweiz" Andere Szenarien: A2, B1

17 Das wasserwirtschaftlich maßgebliche Wetter in räumlicher und zeitlicher Skala: Hochwasserschutz: Sicherheit gegenüber Hochwasser das 1mal in 50 (100, 200) Jahren auftritt: Maßgeblicher Niederschlag je nach Einzugsgebiet des Flusses: z.b. steiles Einzugsgebiet, ca. 30 km² 4 bis 9 h Regen mittleres Einzugsgebiet 24 h Regen flaches Einzugsgebiet, ca. 300 km² 48 h Regen und länger

18 Das wasserwirtschaftlich maßgebliche Wetter in räumlicher und zeitlicher Skala: Kanalisationsdimensionierung: keine Überlastung gegenüber Niederschlag, der 1mal in 3 (5) Jahren auftritt: Maßgeblicher Niederschlag auf 1-2 km² 30 bis 60 Min. - Regen

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23 Auswirkungen auf die GW-Stände- Grundwassermodell Horizontalmodell Gewässerstruktur Fassungseinrichtungen Lage von geologischen Verwerfungen rd Knoten und Elemente 3d-Modell Stockwerksgliederung Zuordnung der Entnahmetiefen Stationäre Datensätze Förder- und Infiltrationsmengen Gewässerwasserstände Odenwaldrandzustrom Instationäre Datensätze bis 2004 Klimadaten inkl. Regionalisierung Änderung in der Landnutzung Förder- und Infiltrationsmengen Wasserspiegellagen Gewässer

24 Erfasste Brunnen und Infiltrationsanlagen ca. 900 Brunnen ca. 130 Infiltrationseinrichtungen

25 Soil Classes

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27 Groundwater recharge

28 Brandt Gerdes Sitzmann Umweltplanung GmbH Dr.- Ing. Heiko Gerdes, Christoph Euler, Dr.-Ing. Markus Kämpf: Klimamodellrechnungen und Grundwasserhaushalt - Auswertung und Validierung von Zeitreihen 1 Einführung 2 Skalen der Klimamodellierung, Hydrologie, Wasserwirtschaft und Grundwasserhydraulik 3 Grundwasserneubildung, Grundwasserstandsentwicklung und klimatische Wasserbilanz im Klimawandel 4 Ausblick

29 (mm) DWD-Station Frankfurt-Flughafen Niederschlag Jahresmittel

30 mm JLU THD Annual groundwater recharge totals for the entire model area

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35 Klimatische Wasserbilanz = Niederschlag Potentielle Verdunstung Potentielle Verdunstung (DIN ): Verdunstungshöhe von Oberflächen bei gegebenen meteorologischen Bedingungen und unbegrenzt verfügbarem Wasservorrat (Maßzahl für atmosphärisches Energiedargebot, das in Verdunstungsprozessen wirksam wird)

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39 GW-Stand (Abstich) [m] Tage-Summe der Klimatischen Wasserbilanz [mm] Klimatische Wasserbilanz - Grundwasserstand KWB-Summe 1096 Beobachtung Frankfurt/Flughafen, kor. GW-Stand LHE

40 Niederschlag [mm] Tage-Summe der Klimatischen Wasserbilanz [mm] Klimatische Wasserbilanz, 3-Jahres-Summe - Beobachtungsdaten ( ) 120 Beobachtungsdaten, korrigiert Niederschlag KWB-Summe

41 Niederschlag [mm] Tage-Summe der Klimatischen Wasserbilanz [mm] Klimatische Wasserbilanz, 3-Jahres-Summe - WETTREG ( ) Frankfurt/Flughafen - WETTREG T-A1-77 Niederschlag KWB-Summe

42 Niederschlag [mm] Tage-Summe der Klimatischen Wasserbilanz [mm] Klimatische Wasserbilanz, 3-Jahres-Summe - WETTREG ( ) Frankfurt/Flughafen WETTREG T-A1-77 Niederschlag KWB-Summe

43 Niederschlag [mm] Tage-Summe der Klimatischen Wasserbilanz [mm] Klimatische Wasserbilanz, 3-Jahres-Summe - STAR ( ) Frankfurt/Flughafen - STAR S-A1 Niederschlag KWB-Summe

44 Klimatische Wasserbilanz - Statistik KWB-Summe Frankfurt Flughafen Zeitreihe Min Max Mittel StdAbw Max. Andauer mit KWB1096>200 Max. Andauer mit KWB1096<-200 Beobachtungsdaten -528,5 1018,0 64,2 349, Transient A ,2 267,3-347,5 209, Transient A ,8 95,0-300,7 212, Transient A ,3 222,8-188, Transient A ,3 190,5-240,3 159, Transient A ,0 166,3-229,9 146, Transient A ,2 209,6-260,5 199, Transient A ,6 101,5-297,3 156, Transient A ,9 352,4-271,1 167, Transient A ,6 0,0-381,1 154, Transient A ,2 96,3-274,1 158, KWB-Summe Frankfurt Flughafen Zeitreihe Min Max Mittel StdAbw Max. Andauer mit KWB1096>200 Max. Andauer mit KWB1096<-200 Beobachtungsdaten -528,5 1018,0 64,2 349, Transient A ,1 249,0-436,3 201, Transient A ,4 122,1-407,2 213, Transient A ,6 56,0-403,3 159, Transient A ,1 36,2-318,2 148, Transient A ,6 0,0-390,2 172, Transient A ,6 306,3-379,5 166, Transient A ,2 259,9-331,9 165, Transient A ,5 266,3-410,8 215, Transient A ,9 139,6-395,4 174, Transient A ,6 191,9-396,8 192, STAR A1-716,5 851,7-118,4 309, *

45 Klimatische Wasserbilanz - Modelle im Vergleich

46 Klimatische Wasserbilanz Zeitreihen im Vergleich 1200 Zeitreihen Beobachtung STAR Transient 00 Transient 11 Transient 22 Transient 33 Transient 44 Transient 55 Transient 66 Transient 77 Transient 88 Transient Tage-Summe der Klimatischen Wasserbilanz [mm] 800

47 Niederschlagscharakteristik 1

48 Brandt Gerdes Sitzmann Umweltplanung GmbH Dr.- Ing. Heiko Gerdes, Christoph Euler, Dr.-Ing. Markus Kämpf: Klimamodellrechnungen und Grundwasserhaushalt - Auswertung und Validierung von Zeitreihen 1 Einführung 2 Skalen der Klimamodellierung, Hydrologie, Wasserwirtschaft und Grundwasserhydraulik 3 Grundwasserneubildung, Grundwasserstandsentwicklung und klimatische Wasserbilanz im Klimawandel 4 Ausblick