Fortentwicklung der WHM in Baden-Württemberg: Landnutzung, Boden und Kläranlageneinleitungen Ute Badde (LUBW), Julia Krumm, Patrick Preuß (HYDRON) YDRON UMWELT und W ASSERW IRTSCHAFT
Grundlagen: Fortentwicklung der WHM in BW 10 WHM für Landesfläche von BW Rasterbasiert: 1 km 2 Tageswertmodelle für Klimafolgenforschung und Planungszwecke Operationelle Stundenwertmodelle Kontinuierliche Fortführung insbesondere der operationellen Modelle Bisher: Gebietsdateien (TAPE12) aus den Jahren 1999 2001 Nutzung aktueller Daten für Update der Tape12 Weitere Verbesserungen und Aktualisierungen
Ziele: Fortentwicklung der WHM in BW Aktualisierung der Gebietsdateien (TAPE12) für gesamte Landesfläche Beibehaltung der grundsätzlichen Modellstruktur (Raster, Fließvernetzung, Nummerierung etc.) Integration in bestehende Strukturen, vor allem operationelle Umgebung Landnutzung auf Basis von ATKIS-NOrA-Daten Bodendaten aus der BK50 (bisher BÜK 200) mit Umstellung auf Erweiterte Bodenparameter und Nutzung zusätzlicher Daten der BK Berücksichtigung von Kläranlagen-Trockenwetter-Abflüssen als Punktquellen Niedrigwassermanagement
NOrA: Nutzerorientiert aufbereitete Geobasisdaten Landnutzung: ATKIS-NOrA Uhldingen/Seefelder Ach Angaben der realen Landnutzung Datenstand 2013 und aktueller Hohe räumliche Auflösung Reklassifikation in 15 Landnutzungsklassen Verdunstungs-Parametrisierung über lanu.par
Landesweit BK 50 Bodendaten Räumlich wesentlich höher aufgelöst als bisherige BÜK 200 Bislang nur Nutzung von nfk Nun Nutzung von: nfk LK (Luftkapazität) kf-werte für Ober- und Unterboden Flurabstand bei grundwassernahen Böden Kapillare Aufstiegsrate bei grundwassernahen Böden Umstellung auf erweiterte Bodenparameter geeignete Parametrisierung mit genannten Werten (siehe Vortrag Haag) BÜK 200 BK 50
Kläranlagen Zielsetzung Niedrigwassermanagement auch in der Fläche In Verbindung mit Niedrigwasser-Regionalisierung (Kennwerte) Zusätzlich zeitlich differenzierte Aussagen (Ganglinien) Operationelles Niedrigwassermanagement Pegel Maßnahme LUBW Kläranlage LUBW LUBW
Kläranlagen Kläranlagen sind für die Niedrigwasserabflüsse zahlreicher Gewässer in BW mengenmäßig signifikant Starker Einfluss auf die räumliche Verteilung der Niedrigwasserabflüsse 3.5 3.0 MNq gesamt MNq flächenbürtig/natürlich EZG-Größe Kläranlage Kläranlage 210 180 MNq [l/s km²] 2.5 2.0 1.5 Beispiel Rems 150 120 90 EZG-Größe [km²] 1.0 60 0.5 30 0.0 0 0 5 10 15 20 25 30 Fließlänge ab dem Remsurspung [km] Analoge Berücksichtigung in Regionalisierung (Abfluss-BW) und WHM
Kläranlagen Trockenwetterabfluss Als zusätzliche Punktquelle zu berücksichtigen Qr Qabw Qfremd Qnied Qentl Kläranlage (JAWM) Niederschlag auf versiegelten Flächen Bereits im WHM berücksichtigt
Kläranlagen Ableitung der Kläranlagen-Trockenwetterabfluss-Ganglinien Trockenwetterganglinien für ca. 1100 KLA, Zeitraum: 1980 2014 Ganglinien für operationellen Betrieb auf Basis der aktuellen KLA
Kläranlagen Einbindung der Kläranlagen in die WHM (Trockenwetterabfluss) Analoge Berücksichtigung in Abfluss-BW Verknüpfung im operationellen Niedrigwassermanagement Beispiel Rems Liebert et al. 2016
Kalibrierung der WHM Zunächst Tageswert WHM Unter Berücksichtigung von Aktualisierter Landnutzung Aktualisierten Bodendaten Kläranlagen-Trockenwetterabflüssen Aktuelle Optionen und LILA/KALA-Formate Zusätzliche Validierung anhand von Abflusskennwerten (MQ, MNQ) Realistische Aufteilung der Abflusskomponenten Base-Flow-Index (Anteil des Basisabflusses, Grundwasserabflusses) Anteil schnellen Direktabflusses bei langanhaltenden Niederschlägen Später Stundenwert / operationelle WHM Unter Berücksichtigung der Erfahrungen mit Tageswertmodellen Ggf. weitere Modellverbesserung bzgl. Starkregen (Vortrag Demuth, Bremicker)
Kalibrierung der WHM Ergebnisse für drei Pilotgebiete und drei WHM a) 8 7 6 Göllsdorf/Prim 0 10 20 Überwiegend verbesserte Simulationsergebnisse [m³/s] 5 4 30 40 [mm] 3 50 2 60 1 70 0 80 b) 8 0 7 10 [m³/s] 6 5 4 3 Messung Kläranlagen Basisabfluss Interflow sim. Gesamtabfluss Wasserdargebot Meckesheim/ Elsenz 20 30 40 50 [mm] 2 60 1 70 0 80
Kalibrierung der WHM Ergebnisse Gute Abbildung von MQ und MNQ Realistische Aufteilung in Abflusskomponenten LARSIM Messwerte MNQ Abfluss- BW Abweichung LARSIM - Messung [m³/s] [m³/s] [m³/s] [%] Goel 0.24 0.23 0.24 3.4% Meck 0.94 0.93 0.95 1.8% Uhld 1.17 1.15 1.15 1.5% KLA QB QI QD QD2 0.84 60% Goellsdorf 0.15 11% 0.01 1% 0.15 11% 0.24 17% 0.09 5% 0.37 19% 0.19 10% Meckesheim 0.25 13% 1.01 53% 0.09 3% 1.18 38% Uhdlingen 0.58 18% 1.20 38% 0.08 3%
Kalibrierung der WHM Ergebnisse Gute Abbildung des Base-Flow-Index und seiner räumlichen Differenzierung Großräumig realistischer grundwasserbürtiger Abfluss Anteil Basisabfluss 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% LARSIM bester Schätzwert WABOA GOEL MECK UHLD
Ergebnisse Kalibrierung der WHM Realistische Abbildung des schnellen Direktabflusses (~ Oberflächenabfluss) für langanhaltende, ergiebige Niederschläge Auswertung für 90% nfk und 70mm Niederschlag pro Tag: WABOA: Oberflächenabfluss LARSIM: schneller Direktabfluss
Folgerungen und Ausblick Landesweit erfolgreiche Aktualisierung der Tape12 für Landnutzung und Boden Landesweit lagetreue Integration der Kläranlagen (-Trockenwetterabflüsse) Umstellung der landesweiten Tageswert-WHM auf aktuelle Optionen und neue Formate Erfolgreiche Kalibrierung und Validierung der Tageswertmodelle für drei Pilotgebiete und drei WHM (Oberrhein, Hochrhein Bodensee) Ausblick: Analoge Bearbeitung der weiteren Tageswert-WHM Nutzung der Aktualisierungen für die operationellen WHM Aufbauend auf Erfahrungen mit Tageswert-WHM Ggf. Einbeziehung von Weiterentwicklungen für Starkregen
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!