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
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: Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Deutscher Wetterdienst (DWD) *BMVBS: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung
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: http://www.baw.de/methoden/index.php5/analyse_der_berechnungsergebnisse
Sensitivitätsstudien Zustand des Ästuars/Systems externe Größen Meeresspiegel Wasserstand Strömung Salzgehalt Schwebstoff Oberwasserzufluss Wind variieren Topographie Achtung: Keine (Wetter-)Vorhersagen. Wenn-Dann-Aussagen!
Motivation - Salz Schifffahrt (Tiefgang, Baggergut) Wasserbau (Bauwerke) Landwirtschaft (Bewässerung, Frostschutz) Grundwasser- und Trinkwassermanagement Industrie Fauna und Flora
Einleitungs-Volumenstrom m**3/s Oberwasserzufluss m 3 /s Weser: Intschede (2006-2010) 1300.0 1100.0 900.0 700.0 500.0 300.0 100.0 01.01.2006 01.01.2007 01.01.2008 31.12.2008 31.12.2009 31.12.2010 Zeit
Messungen an der Weser (15.5.-30.9.2009) Wasserstand mnn Wasserstand mnn 4. 3. 2. 1. 0-1. -2. -3. -4. Leuchtturm Alte Weser 15.05.2009 00:00:00 MEZ 01.06.2009 935626984 08:59:59 MEZ 18.06.2009 871253968 17:59:59 MEZ 06.07.2009 806880952 02:59:59 MEZ 23.07.2009 742507936 11:59:59 MEZ 09.08.2009 678134920 20:59:59 MEZ 27.08.2009 613761904 05:59:59 MEZ 13.09.2009 549388888 14:59:59 MEZ 30.09.2009 485015872 23:59:59 MEZ Einleitungs-Volumenstrom m**3/s Salzgehalt Oberwasser 10-3 m 3 /s 280.0 250.0 220.0 190.0 160.0 130.0 100.0 25. 20. 15. 10. 5. Intschede 15.05.2009 00:00:00 MEZ 01.06.2009 935626984 08:59:59 MEZ 18.06.2009 871253968 17:59:59 MEZ 06.07.2009 806880952 02:59:59 MEZ 23.07.2009 742507936 11:59:59 MEZ 09.08.2009 678134920 20:59:59 MEZ 27.08.2009 613761904 05:59:59 MEZ 13.09.2009 549388888 14:59:59 MEZ 30.09.2009 485015872 23:59:59 MEZ Nordenham SoMNQ = 127 m 3 /s 0 15.05.2009 00:00:00 01.06.2009 08:59:59 18.06.2009 17:59:59 06.07.2009 02:59:59 23.07.2009 11:59:59 Zeit 09.08.2009 20:59:59 27.08.2009 05:59:59 13.09.2009 14:59:59 30.09.2009 23:59:59
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
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)
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 1. 13. 25. 37.
Modellsimulationen 1 konstanter Oberwasserzufluss: MQ MQ = mittlerer Zufluss
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
Oberwasserzuflüsse MQ [m³/s] SoMQ [m³/s] SoMNQ [m³/s] * Elbe / Neu Darchau 710 559 304 Weser / Intschede 326 219 127 Ems / Versen 80 45 16 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
Weser BREMERHAVEN NORDENHAM Weser-km 55 BRAKE ELSFLETH
Salzgehalt (Weser-km 55) Mittlerer Salzgehalt pro Tide [PSU] Start vom Endzustand des Laufs mit MQ: ~1,5 PSU 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 konstanter Zufluss: MQ konstanter Zufluss: SoMQ konstanter Zufluss: SoMNQ 0 10 20 30 40 50 60 Zeit [d]
Mittlerer Salzgehalt Weser MQ SoMNQ BREMER- HAVEN 10 PSU BREMER- HAVEN mittlerer Salzgehalt (Mit) NORDENHAM 8 km NORDENHAM 10 PSU 1. 13. 25. 37. 1 PSU BRAKE 14 km BRAKE ELSFLETH ELSFLETH 1 PSU
Maximaler Salzgehalt Weser MQ BREMERHAVEN SoMNQ BREMER- HAVEN maximaler Salzgehalt (Mit) 1. 13. 25. 37. NORDENHAM 10 PSU 7 km NORDENHAM 10 PSU BRAKE 1 PSU BRAKE 14 km ELSFLETH ELSFLETH 1 PSU
Mittlerer Salzgehalt im Längsprofil tiefengemittelt 32 Geesthacht St.Pauli Glueckstadt Brunsbuettel 24 Cuxhaven 16 Bake Z 8 0 Elbe 0 25 50 75 100 125 150 Kilometer ab Wehr 32 Bremen Brake Bremerhaven 24 Dwarsgat 16 8 0 32 24 0 25 50 75 100 125 Kilometer ab Wehr Herbrum Papenburg Leerort Ems-SPW 16 Emden Borkum 8 0 Weser Ems 0 25 50 75 100 Kilometer ab Wehr Wehr Nordsee MQ SoMNQ
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
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
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)
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) www.kliwas.de Dr. Rita Seiffert Bundesanstalt für Wasserbau rita.seiffert@baw.de 040-81908 445
Ende!
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) 0 8. 20. 0 8. 20.
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)) 0 8. 20. -5. 0 5.
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. 0 4. 8. mittlerer Salzgehalt (Mit) mittlerer Salzgehalt (Mit) 1. 11. 21. 37. STADERSAND Zeitraum: 20.07.2006-00:00 bis 03.08.2006-15:00 1. 011. 12.50 21. 25.00 km 37. SCHULAU
16.07.2006 Vergleich Messung und Modell Elbe Salzgehalt 15. 14. 13. 12. 11. 10. 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. 2. 1. 0 04.06.2006 00:00:00 MEZ 07.06.2006 00:00:00 MEZ Q: ~1000 m 3 /s 10.06.2006 00:00:00 MEZ 13.06.2006 00:00:00 MEZ 16.06.2006 00:00:00 MEZ Salzgehalt 15. 14. 13. 12. 11. 10. 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. 2. 1. 0 00:00:00 MEZ 19.07.2006 00:00:00 MEZ Q: ~400 m 3 /s 22.07.2006 00:00:00 MEZ 25.07.2006 00:00:00 MEZ 28.07.2006 00:00:00 MEZ