Indikatoren-Factsheet: Niedrigwasser

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1 Indikatoren-Factsheet: Niedrigwasser Verfasser: Mitwirkung Letzte Aktualisierung: Ecologic Institut (Darla Nickel) i. A. des Umweltbundesamtes / KomPass, FKZ Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG), Referat M2 Wasserhaushalt, Vorhersagen und Prognosen (Peter Krahe) Ecologic Institut (Evelyn Lukat, Jenny Tröltzsch) Ecologic Institut (Evelyn Lukat, Jenny Tröltzsch) Nächste Fortschreibung: I Beschreibung Interne Nr. Einheit: % Interpretation des Indikatorwerts: Titel: Niedrigwasser Kurzbeschreibung des Indikators: Anteil der Zeigerpegel mit markantem Niedrigwasser (Niedrigwasserindex) Berechnungsvorschrift: Niedrigwasserindex = Anzahl der Pegel mit mind. einem Niedrigwasserereignis im Jahr * 100 % / Anzahl aller berücksichtigter Pegel (21) Dabei gilt: Niedrigwasserereignis = NM31Q 10% Quantil der NM31Q-Werte der Zeitreihe 1961 bis 1990 NM31Q = aus Tagesabflusswerten eines Wasserhaushaltsjahres (WhJahr) berechnetes niedrigstes arithmetisches Mittel an 31 aufeinander folgenden Tagen WhJahr = April bis März des Folgejahres Folgende Pegel werden berücksichtigt: Calbe-Grizehne, Dresden, Wittenberg, Rathenow-UP, Hohensaaten-Finow, Versen-Wehrdurchstich, Hann. Münden, Bodenwerder, Intschede, Neu-Darchau, Eisenhüttenstadt, Achleiten, Wasserburg, Burghausen, Maxau, Rockenau, Worms, Würzburg, Trier, Köln, Kaub Je höher der Indikatorwert, desto mehr Flussgebiete sind von Niedrigwasser betroffen. II Einordnung Handlungsfeld: Indikationsfeld: Thematischer Teilaspekt: DPSIR: Wasserhaushalt, Wasserwirtschaft, Küsten- und Meeresschutz Abflussverhältnisse Häufung und Verstärkung von Abflussextremen Impact Seite 1

2 III Herleitung und Begründung Referenzen auf andere Indikatorensysteme: Begründung: Schwächen: EEA Impacts of Europe s changing climate indicator-based assessment: River flow drought Niedrigwasserereignisse gehören zum natürlichen Abflussgeschehen. Üblicherweise kommt es in alpin geprägten Einzugsgebieten im Winter aufgrund der Speicherung der Niederschläge in Form von Schnee zu Niedrigwasserereignissen. In den von Mittelgebirgen geprägten Flussgebieten und bei den Flüssen des Tief- und Flachlandes treten Niedrigwasser vor allem im Sommer und Frühherbst auf. Länger anhaltende meteorologische Trockenzeiten (mit Niederschlagsmangel und hoher potenzieller Verdunstung) verschärfen die jahreszeitlich bedingten Niedrigwasser. Der Klimawandel kann über höhere Temperaturen sowie über eine Veränderung der mittleren Niederschläge ebenso wie über jahreszeitliche Verschiebungen von Niederschlägen und durch das vermehrte Auftreten extremer, lang anhaltender meteorologischer Trockenperioden das zeitliche Auftreten, die Dauer und den Schweregrad von Niedrigwasserereignissen beeinflussen. Niedrigwasserereignisse wiederum beeinflussen die Gewässerqualität sowie die Gewässernutzung: Hinsichtlich der Gewässerqualität führen Niedrigwasserereignisse zu verringerten Fließgeschwindigkeiten und schnellerer Wassererwärmung mit erhöhtem Biomassewachstum sowie vermehrter Sauerstoffzehrung (insbesondere bei Flussseen). In der Folge kann es zu Fischsterben kommen. Auch für verschiedene Gewässernutzungen spielen ein ausreichender Abfluss bzw. eine ausreichende Wasserverfügbarkeit eine bedeutende Rolle: Das Einleiten von Abwasser stellt bei geringen Abflüssen und einer damit verbundenen geringeren Verdünnung eine zusätzliche Belastung für die Gewässerqualität dar. Die Flussschifffahrt ist unterhalb einer jeweils flussspezifischen Mindestwasserführung nur eingeschränkt möglich. Weiter kann bei geringem Abfluss die Wasserentnahme zu Kühlzwecken oder zur Bewässerung und ggf. für die Trinkwasserversorgung gefährdet sein. Die Einleitung von gebrauchtem Kühlwasser aus Kraftwerken bedeutet aufgrund der zusätzlichen Aufwärmung des Gewässers eine weitere Belastung. In Folge von Niedrigwasserereignissen kann die Kühlwassernutzung daher zur Einhaltung wasserrechtlicher Auflagen nur begrenzt möglich sein, sodass es zu Einschränkungen bei der Stromproduktion kommen kann. Die Niedrigwasserstatistik ist nach den Regeln des DVWK/DWA weitgehend standardisiert. Diese bezieht sich jedoch auf die Analyse einzelner Pegel (Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau, heute Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall Merkblatt 251, 1999). Das Verfahren zur Indexierung des NM31Q und der anschließenden Auszählung der Niedrigwasserereignisse zur räumlichen Aggregation der Darstellung wurde speziell von der BfG mit Blick auf die Anforderungen eines deutschlandweiten Indikators entwickelt. Der Niedrigwasserindex, der ein jährliches Ereignis pro Pegel anzeigt, wurde ausgewählt, um eine flächenhafte Darstellung zu ermöglichen und die räumliche Betroffenheit durch Hochwasser in Deutschland zu beschreiben. Die Anzahl der Pegel wurde dabei hinsichtlich zeitnaher Datenverfügbarkeit bei gleichzeitiger Optimierung der Aussagekraft ausgewählt. Unter den ausgewählten Pegeln findet sich auch der österreichische Pegel Achleiten. Dieser grenznahe Pegel ist repräsentativ für den Flussabschnitt der Donau unterhalb der Innmündung in Passau bis zur deutsch-österreichischen Grenze. Die aggregierte Darstellungsweise zeigt die regionalen Unterschiede und Problemgebiete sowie jahreszeitliche Eigenschaften der Niedrigwasserereignisse (Winter- oder Sommerniedrigwasser, Verschiebung der Niedrigwasserphäno Seite 2

3 mene) nicht auf. Das mehrfache Auftreten von ähnlich signifikanten Ereignissen am gleichen Pegel innerhalb eines Jahres wird nicht dokumentiert. Ebenso wird die Dauer der Niedrigwasserereignisse nicht berücksichtigt, vor allem wenn diese über 31 Tage hinausgeht, kann es zu Verzerrungen kommen. Rechtsgrundlagen, Strategien: In der DAS beschriebene Klimawandelfolgen Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel 2008 (DAS) DAS: Kap : Häufigeres Auftreten von Niedrigwasserperioden durch meist sommerliche Trockenzeiten mit Auswirkungen auf die Kühlwasserentnahmen und die ökologische Situation. Frühere Schneeschmelzen führen zudem zu einem geringeren Ausgleich von Niedrigwasser in Rhein und Donau in den Sommermonaten. Kap : Die Wasserstände in deutschen Flüssen variieren schon immer beträchtlich. Im Zuge des Klimawandels könnten diese Schwankungen zunehmen. Folgenabschätzungen von Klimaänderungen fokussieren sowohl auf längerfristige Veränderungen des Wasserdargebots (Mittelwerte) als auch auf eine Zunahme von Schwankungen (Variabilität und Extreme), die sich auf Wasserstände und Abflüsse und damit auf die Schiffbarkeit der Flüsse auswirken können. Ziele: keine Berichtspflichten: keine IV Technische Informationen Datenquelle: BfG: Pegeldaten ausgewählter Bundes- und Ländermessstellen Räumliche flächenhaft NUTS 0 Auflösung: Geographische Flussgebiete: Donau, Elbe, Ems, Oder, Rhein, Weser Abdeckung: Zeitliche jährlich, ab 1951 Auflösung: Beschränkungen: In Bayern wurden im Zeitraum 1993 bis 2000 bauliche Strukturen zur Überleitung von Wasser aus dem Donau-Einzugsgebiet in das Main-Einzugsgebiet geschaffen, die möglichen Auswirkungen des Klimawandels in einem gewissen Rahmen entgegen wirken können. Seit 1996 werden jährlich rd. 130 Mio m³ übergeleitet (i. M. gut 4 m³/s). Diese Veränderung ist beim Donaupegel Achleiten noch vernachlässigbar (NQ 349 m³/s), jedoch beim Mainpegel Würzburg (NQ 26,3 m³/s) von Bedeutung. Die Zeitreihe 1961/90 bezieht sich auf den Zustand vor Errichtung der Donauüberleitung, insofern werden beim Mainpegel Würzburg Auswirkungen des Klimawandels und Gegenmaßnahmen der Donauüberleitung subsummiert. Verweis auf _Daten_Niedrigwasserabfluss.xlsx Daten-Factsheets: V Zusatz-Informationen Glossar: Niedrigwasser: Eine umfassende Definition des Begriffs Niedrigwasser gibt es gegenwärtig nicht, vielmehr handelt es sich um einen Sammelbegriff für unterschiedliche Kenngrößen, die zur Charakterisierung unterdurchschnittlicher Abflüsse herangezogen werden können (HAD, Tafel 3.10). Ganz allgemein kann Seite 3

4 Weiterführende Informationen: Niedrigwasser durch eine über mehrere Tage andauernde Abflusssituation unterhalb des jahreszeitlichen Mittelwerts beschrieben werden. Die speziellen Niedrigwasserkennwerte erlauben dann die Charakterisierung der Niedrigwasser unter Verwendung von aus Durchflüssen und Wasserständen abgeleiteten Schwellenwerten, die für einen betreffenden Fluss oder ein Flussgebiet von Relevanz für Wassernutzungen, stoffliche Belastungen etc. sind. ATV/DVWK (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall) 2003: Anthropogene Einflüsse auf Niedrigwasserabflüsse, Arbeitsbericht, 85 S. Belz J.U., Brahmer G., Buiteveld H., Engel H., Grabher R., Hodel H., Krahe P., Lammersen R., Larina M., Mendel H.-G., Meuser A., Müller G., Plonka B., Pfister L., van Vuuren W. 2007: Das Abflussregime des Rheins und seiner Nebenflüsse im 20. Jahrhundert. Analyse, Veränderungen und Trends. CHR-Reports I-22, Lelystad, 377 S. BMU (Hrsg.) 2003: Hydrologischer Atlas von Deutschland. Freiburg i. Brsg. - Atlas Tafel 3.1 Ausgewählte Pegel an oberirdischen Gewässern - Atlas Tafel 3.2 Flussgebiete - Atlas Tafel 3.10 Niedrigwasserabflussspende (MN10q) - Atlas Tafel 2.9 Ausgewählte Nass- und Trockenperioden - Atlas Tafel, 2.15 Mittlere Andauer von Nass- und Trockenperioden BWG (Bundesamt für Wasser und Geologie) 2003: Die Niedrigwasser- Datenbank NQStat - Erste Analysen. Bern, 11 S. DVWK 1999a: Statistische Analyse von Hochwasserabflüssen. DVWK- Merkblätter zur Wasserwirtschaft, Heft 251, Bonn, 62 S. DVWK 1999b: Hochwasserabflüsse (enthalten u. a.: Einsatz von Niederschlags-Abfluss-Modellen zur Ermittlung von Hochwasserabflüssen). Schriftenreihe des DVWK, 124, Bonn, 252 S. Dyck S. & Peschke G Grundlagen der Hydrologie, Berlin, 536 S. Görgen K., Beersma J., Buiteveld H., Brahmer G, Carambia M., de Keizer O., Krahe P., Nilson E., Lammersen R., Perrin C., Volken D. 2010: Assessment of Climate Change Impacts on Discharge in the Rhine River Basin: Results of the RheinBlick2050 project, International Commission for the Hydrology of the Rhine Basin, Lelystad, 229 S. IKSE 2008: Zwischenbericht zur Niedrigwasserstatistik der Elbe und bedeutender Nebenflüsse. o.o., 11 S. IKSE 2012 Hydrologische Niedrigwasserkenngrößen der Elbe und bedeutender Nebenflüsse Willems W. 2007: Entwicklung der Niederschlagsverhältnisse in Süddeutschland. KLIWA Berichte, H. 10: WMO (Editor) 2008: Manual on Low-flow Estimation and Prediction. WMO-No. 1029, Geneva, 137 S. LAWA 2007: LAWA-Leitlinien und LAWA-Materialien für ein nachhaltiges Niedrigwassermanagement Seite 4

5 VI Umsetzung Aufwand und Verantwortlichkeiten Datenkosten: Zuständigkeit: Aufwandsschätzung: Datenbeschaffung: Datenverarbeitung: 1 nur eine datenhaltende Institution 3 Vor der Zusammenführung der Daten zur Darstellung des Indikators ist eine komplexere Datenaufbereitung notwendig. Erläuterung: Die Daten werden durch die BfG mit einem Aufwand von ca. 4-6 Stunden aufgearbeitet und können dann direkt als Indikator dargestellt werden. Die Übernahme in das DAS-Indikatorensystem ist daher nicht mit einem nennenswerten Zusatzaufwand verbunden. Für die Übernahme der jeweils aktuellen Daten in das Daten-Factsheet sind ca. 2 Stunden zu kalkulieren. keine BfG Erläuterung: Methodische Weiterentwicklungen und Verfeinerungen sind ggf. möglich. Denkbar wäre, zusätzlich die Intensität der Niedrigwasserereignisse (Dauer in Tagen) darzustellen. Ebenfalls können weitere Pegel aufgenommen werden. VII Darstellungsvorschlag Niedrigwasserindex [%] Niedrigwasserindex - Anteil der ausgewählten Pegel mit mind. einem markanten Niedrigwasserereignis pro Jahr Datenquelle: Bundesanstalt für Gewässerkunde (ausgewählte Bundesmessstellen) Seite 5