KliWES Klimawandel und Wasserhaushalt in Sachsen

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1 Forst-, Geo-, Hydrowissenschaften Institut für Hydrologie und Meteorologie Lehrstuhl für Hydrologie KliWES Klimawandel und Wasserhaushalt in Sachsen Dr. Robert Schwarze TU Dresden Inst. f. Hydrologie u. Meteorologie Dresden, 11. Mai 2012

2 Wasserhaushalt globaler Wasserkreislauf Für bestimmte Gebiete (z.b. Flussgebiet, Land) Wasserbilanzen für das Zusammenwirken von Niederschlag P Verdunstung (Evapotranspiration) ET Abfluss R Änderung Speicherung im Gebiet S für bestimmte Zeiträume (z.b. Monat, Jahr, langjährige Mittelwerte) erstellen. Wasserkreislauf und Energieflüsse der Erde stehen in engen Zusammenhang starke Wechselwirkung zwischen Klima und Wasserhaushalt

3 Wasserhaushalt Klima Wasserbilanz P=ET+R S Klima, Wetter Wärmebilanz R n =ET +H+B Wasserdargebot Niederschlag P Evapotranspiration ET ET H Energiedargebot Nettostrahlung R n Abfluss R Boden- u. Grundwasservorratsänderung S Standortfaktoren Bodenwärmestrom B Vegetation Boden

4 Wasserdargebot Wasserhaushalt Klima Energiedargebot Niederschlag teilt sich auf in Abfluss verschiedene Komponenten und Verdunstung verschiedene Komponenten gesteuert durch die Wechselwirkung zwischen Boden, Pflanze, und Atmosphäre

5 KliWES Abschätzung der Auswirkung der für Sachsen prognostizierten Klimaänderungen auf den Wasser- und Stoffhaushalt in den Einzugsgebieten der sächsischen Gewässer Teilprojekt Wasserhaushalt Ziele: Untersuchung von Auswirkungen des Klimawandels auf den Wasserhauhalt sächsischer Einzugsgebiete (Mengen-/Beschaffenheitsentwicklung) Einteilung sächsischer Gewässereinzugsgebiete bzgl. Anfälligkeit ihres Wasserhaushalts gegenüber Klimawandel, Analyse von Risiken Empfehlung von Anpassungsmaßnahmen (Wasser-, Forst-, Landwirtschaft) Anforderungen: sachsenweit konsistent und reproduzierbar, Ergebnisse für Status quo und Szenarien Landnutzung/Klima Realistische Abbildung maßgeblicher Prozesse des Systems Boden-Pflanze- Atmosphäre wissenschaftlich begründet, Kombination mehrerer geeigneter Methoden breitenverfügbar durch Berücksichtigung vorhandener Daten/Gebietsinformationen Ergebnis: Fachinformationssystem Wasserhaushalt und Klimawandel in Sachsen

6 Säule A Berechnung des Wasserhaushalts für Ist-Zustand mit dem Analyseverfahren DIFGA Verfahren, das langjährige beobachtete Datenreihen des Abflusses und des Niederschlags auswertet KliWES Methodik Säule B Komplexes Wasserhaushaltsmodell ArcEGMO für Ist-Zustand und Szenarien Modell, das Prozesse beschreibt und Szenarien abbildet, Kopplung mit Grundwassermodul SLOWCOMP Säule C Online-Modell für Ist- Zustand und Szenarien Modell, das Anfragen online entgegennimmt, die Ergebnisse ad hoc berechnet und per E- Mail zur Verfügung stellt Referenzzustand Vergleichswerte für Bewertung eines zukünftigen durch Klima- und Landnutzungsänderungen beeinflussten Wasserhaushalts Szenarien Berechnung eines zukünftig zu erwartenden Wasserhaushaltes unter Annahme verschiedener Klimaund Landnutzungsszenarien mit einem prozessbeschreibenden Modell Ergebnisse basieren auf Beobachtung Nutzung vorab berechneter Ergebnisse realisiert Ergebnisse basieren auf einer Simulation Nutzer verwendet vorab berechnete Ergebnisse (Säule B) Nutzer verwendet online berechnete Ergebnisse (Säule C) Wasserhaushaltsportal Sachsen geplant

7 Ganglinienanalyse mit DIFGA Methodik Säule A Modellannahme: 3. Berechnung Modellparameter CG1 CG2 Speicherraumgrößen 1. PC-gestützte Abflusskomponentenseparation unter Verwendung langjähriger Durchflussmessreihen 2. Wasserhaushaltsbilanz mit ETR als Restglied Abflussbildung: P-RD-RG1-RG2 = (W+ETR) Abflusskonzentration: QD+GG1+QG2 = Q Schema des Differenzganglinienanalyseverfahrens DIFGA aus SCHWARZE, R. & BEUDERT, B. (2009): Analyse der Hochwassergenese und des Wasserhaushalts eines bewaldeten Einzugsgebietes unter dem Einfluss eines massiven Borkenkäferbefalls. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, 53. Jahrgang, Heft 4, , August 2009.

8 Übersichtskarte der 120 mit DIFGA analysierten langjährig beobachteten Gebiete

9 Ergebnisse der Säule A 1. Berechnung Wasserhaushaltsgrößen Niederschlag P, Direktabfluss (Hochwasserabflussmenge) RD, schneller Grundwasserabfluss RG1, langsamer Grundwasserabfluss RG2, Verdunstung ETR, in der räumlichen Auflösung von ca. 5km² und der zeitlichen Auflösung aktuell ( t Tag, Monat, Jahr) und langjähriges Mittel ( t Monat, Jahr) als Gebietsmittel für die mit DIFGA analysierbaren beobachteten Einzugsgebiete und als langjährige Mittelwerte ( t Jahr) flächendeckend für Sachsen mittels Regionalisierung. 2. Flächendeckende Bestimmung Modellparameter von Modellparametern für Säule B Speicherkonstante CG1 und CG2, Speichergrenzwert SG1 grenz

10 Ergebnisse der Säule A Wasserhaushaltsportal Sachsen - Zugang zu den Ergebnissen für ca. 120 mit DIFGA analysierte Einzugsgebiete und ca Gewässereinzugsgebiete in Sachsen Online Tabellen Karten Auswertungen (Grafiken etc.) ergänzt mit Hintergrundinformationen Hilfen Download Dateien mit Zahlen dbf-format druckfertige Tabellen pdf-format Karten, Geodaten shapefile

11 Ergebnisse der Säule A Beispiel für die Druckfassung langjährige Monats- Halbjahres- und Jahresmittelwerte der Wasserhaushaltsgrößen und für die SLOWCOMP Parameter Pegel Zescha / Hoyerswerdaer Schwarzwasser

12 Ergebnisse der Säule A Beispiel Kartenausgabe: langsamer Grundwasserabfluss RG2 Gebietsmittel für mit DIFGA analysierte Gebiete Langjähriges Mittel Angaben in mm/a entspricht Liter pro m² und Jahr

13 Ergebnisse der Säule A Beispiel Kartenausgabe: langsamer Grundwasserabfluss RG2 Ergebnis der sachsenweiten Regionalisierung Langjähriges Mittel Angaben in mm/a entspricht Liter pro m² und Jahr

14 Ausblick Berechnung zu erwartender Wasserhaushaltskenngrößen für Klima- und Landnutzungsszenarien Vergleich mit dem Referenzzustand Quantifizierung der Auswirkungen Abschätzung von Risiken Ergebnisse werden sukzessive in das Wasserhaushaltsportal Sachsen übernommen Klimaszenarien Wasserhaushaltsszenarien

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Mitarbeiter im KliWES Projekt Dr. Robert Schwarze (Projektleiter) Dr. Werner Dröge Dipl. Hydrol. Agnes Baldy Dipl. Hydrol. Corina Hauffe Dipl. Hydrol. Michael Wagner Dipl. Geol. (FH) Jutta Hofmann