Mögliche Folgen des Klimawandels für die Wasserstraßen

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Bernd Hilko Fürst
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Rita Seiffert, Fred Hesser, Ingrid Holzwarth, Elisabeth Rudolph,

1 Mögliche Folgen des Klimawandels für die Wasserstraßen Untersuchungen zur Lage der Brackwasserzone in Abhängigkeit vom Oberwasserzufluss Rita Seiffert, Fred Hesser, Ingrid Holzwarth, Elisabeth Rudolph, Annette Schulte-Rentrop, Guntram Seiß, Norbert Winkel KFKI Seminar, 2. Nov. 2011

2 Inhalt KLIWAS allgemein BAW Hamburg Sensitivitätsstudie Salz und Oberwasser Motivation Modellläufe Ergebnisse

Das Forschungsprojekt steht für : Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserstraßen und Schifffahrt - Entwicklung von Anpassungsoptionen Ressortforschungsprogramm des BMVBS* Programmpartner:

3 Das Forschungsprojekt steht für : Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserstraßen und Schifffahrt - Entwicklung von Anpassungsoptionen Ressortforschungsprogramm des BMVBS* Programmpartner: Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Deutscher Wetterdienst (DWD) *BMVBS: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung

4 BAW Hamburg Zustand heute (2006) Zustände Klimaänderung (Sensitivitätsstudie) numerische Simulation & Analyse von typischen und extremen Verhältnissen (Tide-)Kennwerte* heute (Tide-)Kennwerte* Klimaänderungsszenario Anpassungsoptionen Betroffenheiten,,,, * siehe auch BAW-Methoden-Wiki:

5 Sensitivitätsstudien Zustand des Ästuars/Systems externe Größen Meeresspiegel Wasserstand Strömung Salzgehalt Schwebstoff Oberwasserzufluss Wind variieren Topographie Achtung: Keine (Wetter-)Vorhersagen. Wenn-Dann-Aussagen!

6 Motivation - Salz Schifffahrt (Tiefgang, Baggergut) Wasserbau (Bauwerke) Landwirtschaft (Bewässerung, Frostschutz) Grundwasser- und Trinkwassermanagement Industrie Fauna und Flora

7 Einleitungs-Volumenstrom m**3/s Oberwasserzufluss m 3 /s Weser: Intschede ( ) Zeit

8 Messungen an der Weser ( ) Wasserstand mnn Wasserstand mnn Leuchtturm Alte Weser :00:00 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ Einleitungs-Volumenstrom m**3/s Salzgehalt Oberwasser 10-3 m 3 /s Intschede :00:00 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ :59:59 MEZ Nordenham SoMNQ = 127 m 3 /s :00: :59: :59: :59: :59:59 Zeit :59: :59: :59: :59:59

9 Fragestellung Klimawandel längere Trockenperioden lang anhaltend niedriges Oberwasser Fragen: Wie weit wandert die Brackwasserzone bei lang anhaltend niedrigem Oberwasserzufluss stromauf? Stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein? Wie schnell reagiert der Salzgehalt auf veränderte Abflüsse? Aber zuerst Modellqualität

10 Vergleich Messung und Modell bei mittleren Oberwasserzufluss über einen Spring-Nipp Zyklus Weser Modell Messung Salzgehalt mittlerer maximaler Salzgehalt pro Tide mittlerer minimaler Salzgehalt pro Tide Wehr Nordsee Kilometer vom Wehr aus dem Validierungsdokument des Wesermodells, Kösters (2011)

11 1 Modellsimulationen konstanter Oberwasserzufluss: MQ Vergleichszustand: Ende der Simulation mit MQ Erzeugung des Vergleichszustands: Modell wird so lange gerechnet bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat NORDENHAM BREMER- HAVEN MQ = mittlerer Zufluss BRAKE mittlerer Salzgehalt (Mit) ELSFLETH

12 Modellsimulationen 1 konstanter Oberwasserzufluss: MQ MQ = mittlerer Zufluss

13 Modellsimulationen 1 konstanter Oberwasserzufluss: MQ 2 3 konstanter Oberwasserzufluss: SoMQ konstanter Oberwasserzufluss: SoMNQ MQ SoMQ SoMNQ = mittlerer Zufluss = mittlerer Zufluss in den Sommerhalbjahren = mittlerer niedrigster Zufluss in den Sommerhalbjahren

14 Oberwasserzuflüsse MQ [m³/s] SoMQ [m³/s] SoMNQ [m³/s] * Elbe / Neu Darchau Weser / Intschede Ems / Versen Für Modellrechnungen Dauer der Zuflüsse, aber nicht Werte selbst verändert MQ SoMQ SoMNQ = mittlerer Zufluss = mittlerer Zufluss in den Sommerhalbjahren = mittlerer niedrigster Zufluss in den Sommerhalbjahren * Werte aus den aktuellen Gewässerkundlichen Jahrbüchern

15 Weser BREMERHAVEN NORDENHAM Weser-km 55 BRAKE ELSFLETH

16 Salzgehalt (Weser-km 55) Mittlerer Salzgehalt pro Tide [PSU] Start vom Endzustand des Laufs mit MQ: ~1,5 PSU konstanter Zufluss: MQ konstanter Zufluss: SoMQ konstanter Zufluss: SoMNQ Zeit [d]

17 Mittlerer Salzgehalt Weser MQ SoMNQ BREMER- HAVEN 10 PSU BREMER- HAVEN mittlerer Salzgehalt (Mit) NORDENHAM 8 km NORDENHAM 10 PSU PSU BRAKE 14 km BRAKE ELSFLETH ELSFLETH 1 PSU

18 Maximaler Salzgehalt Weser MQ BREMERHAVEN SoMNQ BREMER- HAVEN maximaler Salzgehalt (Mit) NORDENHAM 10 PSU 7 km NORDENHAM 10 PSU BRAKE 1 PSU BRAKE 14 km ELSFLETH ELSFLETH 1 PSU

19 Mittlerer Salzgehalt im Längsprofil tiefengemittelt 32 Geesthacht St.Pauli Glueckstadt Brunsbuettel 24 Cuxhaven 16 Bake Z 8 0 Elbe Kilometer ab Wehr 32 Bremen Brake Bremerhaven 24 Dwarsgat Kilometer ab Wehr Herbrum Papenburg Leerort Ems-SPW 16 Emden Borkum 8 0 Weser Ems Kilometer ab Wehr Wehr Nordsee MQ SoMNQ

20 Tabelle Verschiebung der PSU-Linien des mittleren Salzgehalts in den Systemstudien: SoMQ SoMNQ 10 PSU 1 PSU Elbe 5 km 10 km Weser 5 km 9 km Ems 4 km 13 km 10 PSU 15 km 8 km 15 km 1 PSU 40 km 14 km 22 km

21 Zusammenfassung Sensitivitätsstudie: Brackwasserzone verlagert sich stromauf Mittelwert und Variabilität neues quasistationäres Gleichgewicht Brackwasserzone verlagert sich nach bestimmter Zeit nicht weiter stromauf Abschätzung der Reaktionszeit Vergleich Heute und Zukunft möglich wichtig für Entwicklung von Anpassungsoptionen

22 Ausblick Noch niedrigere Oberwasserzuflüsse untersuchen Kombination Meeresspiegelanstieg und Oberwasserzufluss Vermutung: Wirkung des Oberwasserzuflusses schwächer Meeresspiegelanstieg dauerhaft, Oberwasser schnell fluktuierend Einordnung in Ergebnisse der IPCC-Klimaszenarien Betroffenheiten bestimmen und Entwicklung/Testen von Anpassungsoptionen (Zusammenarbeit mit WSV, Landesbehörden)

23 Vielen Dank! Fragen und Anmerkungen sind Willkommen. Ressortforschungsprogramm Deutscher Wetterdienst (DWD) Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) Dr. Rita Seiffert Bundesanstalt für Wasserbau

24 Ende!

25 Mittlere Salzgehaltsvariation (mittlere Differenz des max. und min. Salzgehalts pro Tide) MQ SoMNQ BREMERHAVEN BREMERHAVEN NORDENHAM NORDENHAM BRAKE BRAKE ELSFLETH ELSFLETH Salzgehaltsvariation (Mit) Salzgehaltsvariation (Mit)

26 Mittlere Salzgehaltsvariation (mittlere Differenz des max. und min. Salzgehalts pro Tide) MQ Differenz: SoMNQ - MQ BREMERHAVEN BREMERHAVEN NORDENHAM NORDENHAM BRAKE BRAKE ELSFLETH ELSFLETH Salzgehaltsvariation (Mit) d(salzgehaltsvariation (Mit))

27 Tabelle Verschiebung der PSU-Linien des mittleren Salzgehalts in den Systemstudien: SoMQ SoMNQ +80cm 10 PSU 1 PSU 10 PSU 1 PSU 10 PSU 1 PSU Elbe 5 km 10 km 15 km 40 km 7 km 9 km Weser 5 km 9 km 9 km 14 km 4 km 3 km Ems 4 km 13 km 15 km 22 km 5 km 6 km bei häufigem Oberwasser

Mittlerer Salzgehalt SoMNQ BRUNSBUETTEL 10 PSU Elbe OTTERNDORF MQ GLUECKSTADT BRUNSBUETTEL 1PSU OTTERNDORF 10 PSU GLUECKSTADT STADERSAND 1PSU Topographie (Watt) mnn SCHULAU -4.

28 Mittlerer Salzgehalt SoMNQ BRUNSBUETTEL 10 PSU Elbe OTTERNDORF MQ GLUECKSTADT BRUNSBUETTEL 1PSU OTTERNDORF 10 PSU GLUECKSTADT STADERSAND 1PSU Topographie (Watt) mnn SCHULAU mittlerer Salzgehalt (Mit) mittlerer Salzgehalt (Mit) STADERSAND Zeitraum: :00 bis : km 37. SCHULAU

29 Vergleich Messung und Modell Elbe Salzgehalt :00:00 MEZ :00:00 MEZ Q: ~1000 m 3 /s :00:00 MEZ :00:00 MEZ :00:00 MEZ Salzgehalt :00:00 MEZ :00:00 MEZ Q: ~400 m 3 /s :00:00 MEZ :00:00 MEZ :00:00 MEZ

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