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
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
Wasserhaushalt Klima
Wasserbilanz P=ET+R S
Klima, Wetter
Wärmebilanz Rn=ET´+H+B
Wasserdargebot
Niederschlag P
Energiedargebot
Evapotranspiration ET ET´
Abfluss R Boden- u. Grundwasservor- Standortfaktoren ratsänderung S
H
Nettostrahlung Rn
Vegetation Boden
Bodenwärmestrom B
Wasserhaushalt Klima Wasserdargebot
Energiedargebot Niederschlag teilt sich auf in Abfluss verschiedene Komponenten und Verdunstung verschiedene Komponenten gesteuert durch die Wechselwirkung zwischen Boden, Pflanze, und Atmosphäre
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-PflanzeAtmosphäre • wissenschaftlich begründet, Kombination mehrerer geeigneter Methoden • breitenverfügbar durch Berücksichtigung vorhandener Daten/Gebietsinformationen
Ergebnis: Fachinformationssystem „Wasserhaushalt und Klimawandel in Sachsen“
KliWES Methodik Säule A Berechnung des Wasserhaushalts für Ist-Zustand mit dem Analyseverfahren DIFGA Verfahren, das langjährige beobachtete Datenreihen des Abflusses und des Niederschlags auswertet
Referenzzustand 1951 – 2005 Vergleichswerte für Bewertung eines zukünftigen durch Klima- und Landnutzungsänderungen beeinflussten Wasserhaushalts
Säule B
Säule C
Komplexes Wasserhaushaltsmodell ArcEGMO für Ist-Zustand und Szenarien Modell, das Prozesse beschreibt und Szenarien abbildet, Kopplung mit Grundwassermodul SLOWCOMP
Online-Modell für IstZustand und Szenarien
Modell, das Anfragen online entgegennimmt, die Ergebnisse ad hoc berechnet und per EMail zur Verfügung stellt
Szenarien 1961 – 2100 Berechnung eines zukünftig zu erwartenden Wasserhaushaltes unter Annahme verschiedener Klimaund Landnutzungsszenarien mit einem prozessbeschreibenden Modell
Ergebnisse basieren auf Beobachtung Ergebnisse basieren auf einer Simulation Nutzung vorab berechneter Ergebnisse Nutzer verwendet vorab berechnete Ergebnisse (Säule B) Nutzer verwendet online berechnete Ergebnisse (Säule C) realisiert
geplant
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Methodik Säule A
Ganglinienanalyse mit DIFGA 1.
Modellannahme: 3.
Berechnung Modellparameter
PC-gestützte Abflusskomponentenseparation unter Verwendung langjähriger Durchflussmessreihen
CG1 CG2 Speicherraumgrößen
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, 236-250, August 2009.
Übersichtskarte der 120 mit DIFGA analysierten langjährig beobachteten Gebiete
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 SG1grenz
Ergebnisse der Säule A Wasserhaushaltsportal Sachsen - Zugang zu den Ergebnissen für ca. 120 mit DIFGA analysierte Einzugsgebiete und ca. 3.500 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
Ergebnisse der Säule A
Beispiel für die Druckfassung langjährige MonatsHalbjahres- und Jahresmittelwerte der Wasserhaushaltsgrößen und für die SLOWCOMP Parameter Pegel Zescha / Hoyerswerdaer Schwarzwasser
Ergebnisse der Säule A
Beispiel Kartenausgabe: langsamer Grundwasserabfluss RG2 Gebietsmittel für mit DIFGA analysierte Gebiete
Langjähriges Mittel 1951 - 2005 Angaben in mm/a entspricht Liter pro m² und Jahr
Ergebnisse der Säule A
Beispiel Kartenausgabe: langsamer Grundwasserabfluss RG2 Ergebnis der sachsenweiten Regionalisierung
Langjähriges Mittel 1951 - 2005 Angaben in mm/a entspricht Liter pro m² und Jahr
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
Wasserhaushaltsszenarien
Klimaszenarien
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