Dr. rer. nat. Dr. agr. Dietmar Mehl Dr. rer. nat. Tim G ... · Das Ziel der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ist entsprechend Arti-kel 1 die Schaffung eines Ordnungsrahmens

Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL

Entwicklung und Bereitstellung einer Bewertungsmethodik zur Beurteilung des Natürlichkeitsgrades des hydrologischen Regimes der

Oberflächenwasserkörper (Fließ- und Standgewässer)gemäß EU-WRRL im Land Sachsen-Anhalt

im Auftrag des ….……………………………………..

biota – Institut für ökologische Forschung und Planung GmbH18246 Bützow, Nebelring 15 • www.institut-biota.de

Dr. rer. nat. Dr. agr. Dietmar MehlDr. rer. nat. Tim G. Hoffmann

unter Mitarbeit von

Dipl.-Biol. Angela BerlinDipl.-Ing. (FH) Dennis GräweDipl.-Ing. André Steinhäuser

Elbe-Havel-MündungFoto: Norma Neuheiser/UFZ


2 Vortragsteile

1 Einführung:Veranlassung, Aufgaben- und Zielstellung, Hintergründe, Kenntnisstand, Definitionen,

Verfahrensgrundsätze

2 Ergebnisse: Detailmethoden, Ergebnisse, Validierung,

Schlussfolgerungen, Empfehlungen


Vortragsthemen Einführung

1Anforde-

rungen der EU-Wasser-

rahmen-richtlinie

2Aufgaben-

stellung des LHW

3Begriffs-

und Zielbestim-

mung

4Hintergrund ökohydro-logischer

Betrachtung

5Ansätze und

Verfahren Dritter

6Verfahrens-grundsätzex x


1 Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie


1 WRRL-Anforderungen

Das Ziel der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ist entsprechend Arti-kel 1 die Schaffung eines Ordnungsrahmens für den Schutz der Binnenoberflä-chengewässer, der Übergangsgewässer, der Küstengewässer und des Grund-wassers zwecks a) Vermeidung einer weiteren Verschlechterung sowie Schutz und Verbesserung

des Zustands der aquatischen Ökosysteme und der direkt von ihnen abhän-genden Landökosysteme und Feuchtgebiete im Hinblick auf deren Wasser-haushalt,

b) Förderung einer nachhaltigen Wassernutzung auf der Grundlage eines lang-fristigen Schutzes der vorhandenen Ressourcen,

c) … d) … e) Beitrag zur Minderung der Auswirkungen von Überschwemmungen und Dür-

ren. Artikel 4 (1) WRRL bestimmt, dass im Grundsatz für alle Oberflächenwasser- und Grundwasserkörper ein „guter Zustand“ (Erreichen einer guten ökologischen Qua-lität und eines guten chemischen Zustands der Oberflächengewässer sowie eines guten quantitativen und chemischen Zustands des Grundwassers) erreicht werden muss und dass bei nicht gutem Zustand Oberflächenwasser- und Grundwasser-körper bis 2015 zu verbessern bzw. zu sanieren sind. Allerdings können nach Arti-kel 4 (3) Oberflächenwasserkörper auch als künstlich oder erheblich verändert eingestuft werden…


Die einzelnen Qualitätskomponenten für die 5-stufige Einstufung des ökologischen Zustands sind im Anhang V WRRL aufgeführt. Hierzu zählen:a. Biologische Komponentenb. Hydromorphologische Komponenten in Unterstützung der biologischen

Komponentenc. Chemische und physikalisch-chemische Komponenten in Unterstützung der

biologischen Komponenten

Bei den hier im Vordergrund der Betrachtungen stehenden hydromorphologischen Qualitätskomponenten sind folgende, als nicht näher definierte „Wasserhaushalts-„ bzw. hydrologische Größen zu bewerten:

Fließgewässerkörper:• Abfluss und Abflussdynamik• Verbindung zum Grundwasser

Seenwasserkörper:• Wasserstandsdynamik (Pegel)• Verweildauer/Wassererneuerungszeit• Verbindung zum Grundwasser

1 WRRL-Anforderungen


2 Aufgabenstellung des LHW


• Entwicklung einer Bewertungsmethodik zur Beurteilung des Natürlichkeitsgrades des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper (Fließgewässer und Seen) gemäß EU-WRRL im Land Sachsen-Anhalt

• Allgemein anwendbare und vor allem belastbare Bewertungsmethodik für 348 Fließgewässer- und Seenkörper in Sachsen-Anhalt

• Überprüfung und Untersetzung der Kriterien der WRRL, möglicherweise Ergänzung

• Einzelbewertung für jeden Parameter nach dem fünfstufigen WRRL-QualityStatus-Code; hierfür Bestimmen der Klassengrenzen/Wertebereiche, später auch für erheblich veränderte bzw. künstliche Wasserkörper

• Gesamtbewertung durch Gewichtung oder nach dem „worst case“-Prinzip

2 Aufgabenstellung des LHW


3 Begriffs- und Zielbestimmung


3 Zielstellungen im WRRL-Kontext

Ausgehend von der WRRL und vor dem Hintergrund der Auslegung und Handhabung imRahmen der gemeinschaftlichen Strategie (Common Implementation Strategy for the WaterFramework Directive - CIS) ergeben sich für die Erarbeitung und spätere Anwendung derBewertungsmethodik folgende Schlussfolgerungen:

(1) Die Bewertungsmethodik soll als unterstützende Teilkomponente der hydromorpho-logischen Qualitätskomponenten zur Festlegung von Referenzbedingungen dienen.

Anmerkung: Referenzbedingungen entsprechen nicht unbedingt dem Zustand bei völliger Abwesenheitstörender Einflüsse bzw. dem Urzustand. Sie können auch sehr geringfügige störende Einflüsse integrieren,d. h., anthropogene Belastungen sind dann zulässig, wenn sie keine oder nur sehr geringfügige ökologischeAuswirkungen haben. Für eine Betrachtung des Natürlichkeitsgrades des Wasserhaushalts bedeutet dies,dass die für Mitteleuropa typische und relativ umfassende Nutzung der Gewässereinzugsgebiete noch nichtalleinig und zwangsläufig zu ökologisch negativen Auswirkungen führt, obschon der ursprünglicheWasserhaushalt der ehemals überwiegend bewaldeten Einzugsgebiete aus einer disziplinär hydrologisch-naturwissenschaftlichen Sicht sich heute mit hoher Wahrscheinlichkeit als deutlich verändert darstellt. DiesePosition entspricht am ehesten der Absicht der WRRL, eine Verbesserung oder Erhaltung des Zustandesder Oberflächenwasserkörper (unter gewissen Voraussetzungen lässt die WRRL sogar Verschlechterungenzu) auch von der nachhaltigen Entwicklungstätigkeit des Menschen abhängig zu machen. Eine naturraum-und nutzungsspezifisch ausgeprägte, mitteleuropäische Kulturlandschaft möglichst hoher (hydro-)ökologischer Funktionsfähigkeit steht damit im eigentlichen Sinne für WRRL-Referenzbedingungen aus derPerspektive des (einzugsgebietsbezogenen) Landschaftswasserhaushalts. Eine hohe Bewertungsrelevanzmuss folglich dem Wasserhaushalt (im begrifflichen Sinne der WRRL) der einzelnen Oberflächen-wasserkörper zukommen, auch wenn dieser grundlegend durch die Einzugsgebietsprozesse determiniertist.


(2) Die Bewertungsmethodik soll eine gemeinsame Begriffsbestimmung zur Beschreibung des Zustandes von Gewässern sowohl im Hinblick auf die Güte als auch auf die Menge (einleitender Grund Nr. 25 der WRRL) ermöglichen,

(3) soll der Verifizierung bzw. Unterstützung der Verfahren zur Einstufung des ökologischen Zustands der Oberflächengewässer nach Anhang V dienen; hier bestehen bei aktuellen Verfahren nach wie vor Unsicherheiten, die teilweise auch bestehen bleiben werden und deshalb im Hinblick auf die Ergebnisse einer entsprechenden Absicherung/Verifizierung bedürfen (hohe ökologische Komplexität, generalisierte Typenzuweisungen und generalistische Verfahren),

(4) kann und soll eine Festlegung der geeigneten räumlichen und zeitlichen Auslösung einer Überwachung der hydromorphologischen Teilkomponente des ökologischen Zustands nach Anhang V WRRL ermöglichen (Überwachungsstellen und –frequenz der Überblicksüberwachung, der operativen Überwachung sowie der Überwachung zu Ermittlungszwecken, vgl. Punkt 1.3, Anhang V WRRL) und

(5) soll den Zustand der gewässerangrenzenden Feuchtgebiete als ökologischer und funktioneller Teil der Gewässerumgebung (Artikel 1 a WRRL) mit einbeziehen, um diesem übergreifenden umweltfachlichen Aspekt entsprechend gerecht zu werden (insbesondere Feuchtgebietszustand als Teil einer Bewirtschaftungsstrategie zur Erreichung der WRRL-Ziele sowie Feuchtgebietszustand im Rahmen der NATURA-2000-Verpflichtungen: FFH-Lebensraumtypen, Lebensraum für FFH-/SPA-Arten).



(6) Die Bewertungsmethodik soll als hydromorphologische Teilkomponente auch eine Begründung zur ggf. notwendigen Ausweisung (hydrologisch) erheblich veränderter Wasserkörper liefern

(7) soll Möglichkeiten einer kausalen Analyse (Ursache-Wirkung) und einer weiteren räumlichen Auflösung von Oberflächenwasserkörpern (Detailbetrachtung) aufzeigen (so sollen u.a. entsprechend des einleitenden Grundes Nr. 41 der WRRL Prinzipien für die Wasserentnahme und die Aufstauung festgelegt werden, um die ökologische Nachhaltigkeit für die betroffenen Wassersysteme zu sichern) und

(8) kann und soll so Bewertungsergebnisse liefern, die eine sachgerechte Berücksichtigung als hydromorphologischer Aspekt bei der Aufstellung der Maßnahmenprogramme nach WRRL (bis 2012) ermöglichen.



3 Zielstellungen im WRRL-Kontext - Begriffsdefinitionen

• Keine Verwendung des Begriffs „Wasserhaushalt“, um fachliche Überschneidungen mit üblichen hydrologischen Definitionen zu vermeiden, statt dessen: Hydrologisches Regime.

• Das hydrologische Regime integriert das Abflussregime mit den maßgeblichen Regimefaktoren sowie die unmittelbar auf den Wasserkörper bezogenen Einflussfaktoren und Wirkungen.

Als Abflussregime wird gemäß DIN 4049 Teil 1 der charakteristische und von den

Eigenschaften des zugehörigen Einzugsgebietes abhängige Gang des

Abflusses eines Gewässers bezeichnet; dabei werden als Regimefaktoren alle diejenigen Eigenschaften bezeichnet,

die für die Transformation des Niederschlages in den Gebietsabfluss

und den resultierenden Gewässerdurchfluss verantwortlich sind.

Die Wasserkörper bezogenen Einflussfaktoren und Wirkungen

umfassen insbesondere: Wassermengenbewirtschaftung

(Einleitungen, Entnahmen), Aspekte der Auen, hydrologisch/hydraulisch

interpretierbare Strukturparameter etc.


5 Ansätze und Verfahren Dritter


Beispiele für wasserwirtschaftliche und naturschutzfachliche Ansätze ökohydrologischer Bewertung

Verfahren zur Ermittlung eines Mindestabflusses

bzw. einer Mindest-wasserführung

Ansätze für Nied-rigwassermanage-mentmaßnahmen

Verfahren im Zusammenhang mit

der WRRL-Umsetzung

Ansätze und Ver-fahren im Rahmen der Zustandsbe-

wertung von Fluss-und Stromauen

(BfN)• Ermittlung ökologisch begründeter Mindest-abflüsse (LAWA)

• ÖMWA-Ansatz: Ökologisch begründete Mindestwasseraus-flüsse für Ausleitungs-strecken von Klein-wasserkraftanlagen

• Mindestwasserermitt-lung für heimische Fischarten (Sachsen-Anhalt)

• LAWA-Empfehlungen zur Ermittlung von Mindestabflüssen in Ausleitungsstrecken von Wasserkraftan-lagen

• Mindestabflussmenge Q347 (Schweiz)

• Einzugsgebiets-bezogenes Bewer-tungsverfahren „Hydro-logische Güte“ (Baden-Württemberg)

• Hydrologische Zu-standsklasse eines OWK nach der GEK-LB in Brandenburg

• Ökologisch orientierte Bewirtschaftung von Hochwasserschutz-räumen

• Bewertungsparameter der FGSK in Sachsen-Anhalt

• Machbarkeitsstudie für eine bundesweite Erfassung des ökologischen Zustandes von Flussauen

• Hydrologische Leitbilder im Rahmen der bundesweiten Typologie und Leitbildentwicklung für Flussauen

• Bundesweite Bilan-zierung der Auen und Überschwemmungsgebiete an den großen Flüssen und Strömen

• Zustandsbewertung von Fluss- und Stromauen

• (orientierende) Hand-lungsempfehlungen der Niedrigwasser-vorsorge und des Niedrigwasser-managements für Behörden und Wassernutzer (LAWA 2007)


6 Verfahrensgrundsätze


Grundlagen zur Bewertung des Natürlichkeitsgrades des hydrologischen Regimes

Natürliche Einflussfaktoren

Anthropogene Einflussfaktoren

Punktuelle AusgangssignaleAbflussprozess im

Fließgewässer / EZG

W-Q-Regime

Hydrologische Kennzahlen

W-Q-Ganglinie

Abfluss-komponenten

Ökologie

Wasserdargebot

Landbedeckung

Klima

Gewässerstruktur

Auen

Standgewässer

Grundwasser

Gewässerflora

Klimaveränderung

GW-Verbindung

Wassernutzung

Bau künstlicher Seen

Auenveränderung

Gewässerausbau

Landnutzung

Gewässerunterhaltung

Abflussbildung

Abflusskonzentration

Durchflussverlauf

Wasserstandsdynamik

Wassererneuerungszeit Retentionsprozess im Standgewässer

SG-AusflussAusflusssteuerung

SG-ZuflussZuflussveränderung

Pegel


Problemlagen und Grundsätze

• Widerspiegelung der hydrologischen Prozessstruktur auf der Einzugsgebiets- und der Gewässersystemebene

• Berücksichtigung der kumulativen Wirkung hydrologischer Beeinflussung (EZG-Zunahme, Systemabfolgen, Prozessüberlagerung)

• EZG-bezogene Bewertung, damit zum „Ende“ eines OWK („Auslassquerschnitt“), kartenmäßige Darstellung am Hauptgewässer

• Kausalität: OWK- bzw. EZG-OWK bezogen und EZG summarisch• Einbeziehung „externer“ EZG aus einer Landessicht• Einbeziehung der „vom Wasserhaushalt abhängigen Landökosysteme“, insbesondere der

Gewässerauen• Keine Vermischung von Ein-, Ausgangssignalen und Systemeigenschaften, daher Wahl

einer induktiven Bewertung (Systemeigenschaften) mit einer deduktiven Validierung (Ausgangssignale)

• Möglichst unabhängige Indikatoren („Überschneidungsfreiheit“) in einer sachgerechten Dimensionsstufe (Raum/Zeit)

• Was kann realistisch auf einer Bundeslandebene bewertet werden (Datenqualität und –quantität, Datenplausibilität, Eindringtiefe, Aufwand…Kausalität-Maßnahmenbezug…)?

• Absicherung der räumlichen Übertragbarkeit


EZG-Struktur- und Hierarchie


Vortragsthemen Ergebnisse

7Bewertungs-

verfahren Fließ-gewässer

8Bewertungs-

verfahren Seen

9Validierung

anhand ökologischer

Zustands-bewertung

10Validierung

anhand gemessener

Abflüsse

11Maßnahmen-

katalogx x x x


7 Bewertungsverfahren Fließgewässer


Natürliche Einflussfaktoren

Anthropogene Einflussfaktoren

Punktuelle AusgangssignaleAbflussprozess im

Fließgewässer / EZG

W/Q-Regime

Hydrologische Kennzahlen

W/Q-Ganglinie

Abfluss-komponenten

Ökologie

Wasserdargebot

Landbedeckung

Klima

Gewässerstruktur

Auen

Standgewässer

Grundwasser

Gewässerflora

Klimaveränderung

GW-Verbindung

Wassernutzung


Auenveränderung

Gewässerausbau

Landnutzung

Gewässerunterhaltung

Abflussbildung

Abflusskonzentration

Durchflussverlauf

Wasserstandsdynamik

Wassererneuerungszeit Retentionsprozess im Standgewässer

SG-AusflussAusflusssteuerung

SG-ZuflussZuflussveränderung

Pegel

7 Bewertungsverfahren Fließgewässer Verfahrenskonzeption


7 Bewertungsverfahren Fließgewässer Verfahrenskonzeption

Hydrologisches RegimeFließgewässer

1 2 3 4 5

GW-Verbindung

Wassernutzung


Auenveränderung

Gewässerausbau

Landnutzung

1 2 3 4 5 1 Ausgangsgrößen(Geo- und Sachdaten)

Vergleichsindikatoren(mengen- und größenunabhängig)

Bewertungstabellen (Bewertungszahl für Indikatorenwerte)

Teilbewertungs-komponenten

Bewertungs-komponenten

Gesamtbewertung

2

3

4

5

6

6


Landnutzungsklassen des Abflusskomponenten-modells (Quellen: FCIR, CORINE)

7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente I: Landnutzung - Datenvorlage

Entwässerungsflächen


7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente I: Landnutzung - Schema

Landnutzung

1 2 3 4 5

Landnutzung im OWK‐Gebiet

1 2 3 4 5

*

Landnutzungsklassennach Einfluss auf Hydromorphologie

Landnutzungsdaten(FCIR , Corine)

1 Moore, Altwälder, u.a.

2 Grünländer, mittelalte Wälder, u. a.

3 Aufforstungen, Äcker, u. a.

4 Siedlungen, Entwässerungsflächen

5 Siedlungen (starke Versiegelung)* Wert für

gesamtes oberliegendes EZG

LNTZ-ID Bezeichnung BK LNTZ-ID Bezeichnung BK1100 GEWÄSSER (Fließgewässer, Stillgewässer, Quellbereich) Diff 1427 natürlicher Jungwuchs 11110 FEUCHTFLÄCHEN (Hoch-/ Übergangsmoor, Flachmmoor, Sumpf) 1 1428 gestufter Bestand jung/mittleres Holz 1.51210 FEUCHTGRÜNLAND 2 1429 gestufter Bestand mittl./starkes Holz 11220 FRISCHGRÜNLAND 2 1430 MISCHWALD 11230 TROCKEN/HALBTROCKENRASEN 2 1431 Aufforstung 31300 HEIDE 2 1432 Dickicht 21400 WALD (inkl. Schluchtwald, Blockschuttwald, Trockenwald, Waldrand) 1 1433 Stangenholz 21401 Aufforstung 3 1434 schwaches Baumholz 1.51402 Dickicht 2 1435 starkes Baumholz 11403 Stangenholz 2 1436 Altholz 11404 schwaches Baumholz 1.5 1437 natürlicher Jungwuchs 11405 starkes Baumholz 1 1438 gestufter Bestand jung/mittleres Holz 1.51406 Altholz 1 1439 gestufter Bestand mittl./starkes Holz 11407 natürlicher Jungwuchs 1 1440 FEUCHTWALD (Au-, Bruch-, Sumpfwald) 11408 gestufter Bestand jung/mittleres Holz 1.5 1441 Aufforstung 31409 gestufter Bestand mittl./starkes Holz 1 1442 Dickicht 21410 LAUBWALD 1 1443 Stangenholz 21411 Aufforstung 3 1444 schwaches Baumholz 1.51412 Dickicht 2 1445 starkes Baumholz 11413 Stangenholz 2 1446 Altholz 11414 schwaches Baumholz 1.5 1447 natürlicher Jungwuchs 11415 starkes Baumholz 1 1448 gestufter Bestand jung/mittleres Holz 1.51416 Altholz 1 1449 gestufter Bestand mittl./starkes Holz 1

1417 natürlicher Jungwuchs 1 1450 GEHÖLZ (Hecke, Gebüsch, Gehölzpflanzung, Baumgruppe, Baumreihe, Einzelbaum, Steuobstwiese) 2

1418 gestufter Bestand jung/mittleres Holz 1.5 1510 ACKER 31419 gestufter Bestand mittl./starkes Holz 1 x ENTWAESSERUNGSFLAECHE (Feuchtfläche, Grünland, Acker) 41420 NADELWALD 1 1520 ERWERBSGARTENBAU 31421 Aufforstung 3 1530 WEINBAU (Obstanbau) 3

1422 Dickicht 2 1610 BEBAUTER BEREICH, Einzelhäuser, Kleinsiedlung (gering versiegelt, weniger als 25 %) 3.5

1423 Stangenholz 2 1620 BEBAUTER BEREICH, Einzel- und Reihenhaussiedlung, Straße (25-50 %) 4

1424 schwaches Baumholz 1.5 1630 BEBAUTER BEREICH, Zeilenbebauung, Punktbebauung, Hochhäuser (50-75 %) 4.5

1425 starkes Baumholz 1 1640 BEBAUTER BEREICH, Städtisches Kerngebiet (75-100 %) 51426 Altholz 1 1900 VEGETATIONSFREIE FLÄCHE (Fels, Kies, Müll, Kohle, Schlamm, Ton) 5


0

50

100

150

200

250

0 1

67

224

11 0

7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente I: Landnutzung - Ergebnisse


Hydrogeologische Übersichtskarte

HÜK 200

Gewässerstruktur‐kartierung

ATKIS ‐ Daten

Grabendichte im OWK‐Gebiet

GW‐Verbindung

1 2 3 4 5Grundwasserverbindung

Gerinne

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

Zusammenfassung:Worst Case(unabhängige Komponenten)

Grundwasseranbindungmittlerer Gerinneverbau

im OWK‐Gebiet

Substratdurchlässigkeit Untergrund ( 1 ‐ sehr hoch 5‐ sehr gering)

Gerinneverbau Ufer/Sohlverbau, Verrohrg.(1 ‐ Natur 5 ‐ Beton) Aufwertung Index

Gerinneverbau bei geringer Untergrunddurchlässigkeit

Grabenkilometerpro Einzugsgebietsfläche

[km²]

1 < 0,25

2 0,25 ‐ 0,5

3 0,5 ‐ 0,75

4 0,75 ‐ 1

5 > 1

1 < 1,0

2 1,0 ‐ 2,0

3 2,0 ‐ 3,0

4 3,0 ‐ 4,0

5 > 4,0

7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente II: Grundwasserverbindung - Schema

Sub

stra

tdur

chlä

ssig

keit

niedrig hoch

Gerinneverbau

12 3

4 5

nied

rig

hoch

Grundwasserverbindung Gerinne


0

20

40

60

80

100

120 106

8

105

46

1325

7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente II: Grundwasserverbindung - Ergebnis


GewässerausbauDurchflussmodifizierendeStruktur

Querbauwerke(Anzahl, Fallhöhenindex) je Gewässerkilometer

Durchlässe (Anzahl, Art)

je Gewässerkilometer

Rückstaubereiche(Anzahl, Größe)

je Gewässerkilometer

Gewicht: 1

Gewicht: 0,5

Gewicht: 2

Summe Indizes

1 < 0,5

2 0,5 ‐ 1

3 1 ‐ 2

4 2 ‐ 3

5 > 3


1 2 3 4 51 2 3 4 5

Querbauwerk gQBW Rückstau gRS Durchlass gDL

kleiner Absturz und sonstiges QBW 1 gering 1,5 nicht strukturschädlich 0,25

hoher Absturz 1,25 mäßig 2 Lauf verengend 0,5

sehr hoher Absturz 1,5 stark 2,5 Ufer unterbrochen 0,5

ohne Sediment 0,5

FG

gggGA L

NNNInd DLRSQBW

++=

7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente III: Gewässerausbau - Schema


7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente III: Gewässerausbau - Ergebnis

0

20

40

60

80

100

120 106

10

37

93

41

16


7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente IV: Auenveränderung - Datengrundlage

Karte der morphologischen Auen und Überschwemmungsgebiete

MEHL, D., HOFFMANN, T. G. & HELBIG, H. (2009): Bestimmung der morphologischen Auen in Sachsen-Anhalt mit Hilfe eines Fuzzylogik-Ansatzes. - KW Korrespondenz Wasserwirtschaft 2 (12): 659-665.


Auenveränderung

1 2 3 4 5

Profileintiefung und Profiltyp Gerinne

1 2 3 4 5

Flächenverlust Aue

1 2 3 4 5

Zusammenfassung:arithmetisches Mittel (abhängige Komponenten)

Retentionsverlust Aue

1 2 3 4 5

MittlererProfiltyp im OWK‐Gebiet

(1 ‐ Naturprofil 7 ‐ V‐, Kastenprofil) Mittelwert

MittlereProfiltiefe im OWK‐Gebiet (1 ‐sehr flach 5 sehr tief)

Fläche rezente Aue zu historischer Aue im OWK‐Gebiet

nur bei ausgewiesenen

Eindeichungen1 > 0,8

2 0,8 ‐ 0,6

3 0,6 ‐ 0,4

4 0,4 ‐ 0,2

5 < 0,2

Retentionsvolumen rezente Aue zu historischer

Aue im OWK‐Gebiet

1 > 0,8

2 0,8 ‐ 0,6

3 0,6 ‐ 0,4

4 0,4 ‐ 0,2

5 < 0,2

mittlere Breiteder Auenflächen:

Quotient: Auenfläche und Gewässerlänge

Rauigkeitsindex kstder Auenflächenaus Landnutzung

hist

rez

rez

hist

Aue

Aue

rezST

histST

hist

rez

AA

Bk

BkVV

⋅⋅

⋅=

53

53

)(

)(

1 < 1,4

2 1,4 ‐ 2,8

3 2,8 ‐ 4,2

4 4,2 ‐ 5,6

5 > 5,6


Karte der morphologischen Auen

in Sachsen‐Anhalt(Biota)

Landnutzungsdaten(FCIR , Corine)

Umstellung der vereinfachten Gaukler‐Manning‐Strickler‐Formel0

7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente IV: Auenveränderung - Schema


7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente IV: Auenveränderung - Ergebnis

0

20

40

60

80

100

120 108

1

38

106

25 25



Retentionsveränderung durch künstliche Seen

Verdunstungsverluste über künstlichen Seen


*

*

Verdunstungsverlust über künstlichen Seen bzgl. OWK‐MQ‐Dargebot

1 < 0,01

2 0,01 ‐ 0,05

3 0,05 ‐ 0,1

4 0,1 ‐ 0,5

5 > 0,5

künstliche Seenfläche im OWK‐Gebiet

MQ‐Jahresdargebot im OWK‐Gebiet aus

modelliertem MQ 71‐02

Ansatz über künstlichen Seen: reale ET = pot. ET

Abflussregionalisierungs‐Abflusskomponenten‐

modell

gesteuerteskünstliches Seevolumen bzgl. OWK‐MQ‐Dargebot

1 < 0,01

2 0,01 ‐ 0,05

3 0,05 ‐ 0,1

4 0,1 ‐ 0,5

5 > 0,5

Talsperrenvolumen(Talsperrenbetrieb)

Differenz potenzielle ET und reale ET

je OWK‐Gebiet

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

* Wert für gesamtes oberliegendes EZG

7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente V: Bau künstlicher Seen - Schema


7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente V: Bau künstlicher Seen - Ergebnis

0

50

100

150

200

250

0

238

3210 21

2


7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente VI: Wassernutzung - Datengrundlage

• Datengrundlage: FIS Fachinformationssystem Wasser (Segment Wasserrechte)

• ca. 60.000 Datensätze aber Datenbereinigung notwendig:

• Ausschluss der Daten ohne oder mit unvollständigen Geokoordinaten• Ausschluss von Rechten, deren Befristung ausgelaufen ist• Ausschluss der Rechte ohne quantitative Angaben zu Entnahme oder Einleitung• Ausschluss der Daten zum Grund- und Regenwasser• Ausschluss von älteren Dubletten bei Wasserrechts-ID• Plausibilisieren der Daten anhand des OW-Dargebotes (mehr als 5fache

Überschreitung Eingabefehler mit falscher Zehnerpotenz Multiplikation mit Faktor 0.001)

• Räumliche Zuordnung der Wassernutzungskoordinaten zu den OWK• Berechnung der mittleren und maximalen jährlichen Entnahmen und Einleitungen für

alle vergebenen Wasserrechte • Festlegung der innerjährlichen Verteilung nach Nutzungszweck (z.B. Beregnung oder

Fischzucht nur im Sommerhalbjahr)• Nutzungsgrad: Verhältnis kumulierte Entnahme/Einleitung zu kumuliertem Abfluss • Bewertung für kritischen Monat August (Abflussminimum, Entnahmemaximum)

59255

49580

40794

36332

1489613230


7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente VI: Wassernutzung - Datengrundlage

Einleitungen nach Wasserrecht Entnahmen nach Wasserrecht


Wassernutzung

Wasserentnahme im OWK‐Gebiet

1 2 3 4 5

Wassereinleitungim OWK‐Gebiet


*

** Wert für

gesamtes oberliegendes EZG

MQ‐Jahresdargebot im OWK‐Gebiet aus

modelliertem MQ 71‐02

IndexBerechtigung

OW‐Wasserentnahmenbzgl. OWK‐MQ‐Dargebot

1 < 0,05

2 0,05 ‐ 0,2

3 0,2 ‐ 0,5

4 0,5 ‐ 1

5 > 1

IndexBerechtigung

OW‐Wassereinleitungbzgl. OWK‐MQ‐Dargebot

1 > 0,25

2 0,25 ‐ 0,5

3 0,5 ‐ 1

4 1 ‐ 2

5 > 2

Abflussregionalisierungs‐Abflusskomponenten‐

modell

FIW Wassernutzungs‐verwaltung, Wasserrechte

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente VI: Wassernutzung - Schema


7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente VI: Wassernutzung - Ergebnis

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0

141

5868

27

9


Abflusszeitreihen

Validierung

Hydrologisches RegimeFließgewässer

1 2 3 4 5

GW‐Verbindung

Auenveränderung1 2 3 4 5

Wassernutzung


Gewässerausbau

Landnutzung

Bewertung Ökologie

Validierung

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

Zusammenfassung mit quadratischem Mittel

•

• Größenfolge der Mittelwerte:

• beim quadratischen Mittel werden große Werte höher gewichtet als beim arithmetischen Mittel

• Kompromiss aus arithmetischem Mittel und „worst case“-Prinzip der WRRL

7 Bewertungsverfahren FließgewässerGesamtbewertung - Schema


7 Bewertungsverfahren FließgewässerGesamtbewertung – Ergebnis auf Wasserkörperebene


10 Validierung anhand gemessenerAbflussdaten


Untersuchung der Zeitreihen auf signifikante Veränderungen mittels IHA-Parameter

Kriterien für die Pegelauswahl:1. Die Länge des Referenz- und des Untersuchungszeitraumes

muss mindestens 17 Jahre betragen, um statistisch abgesicherte Ergebnisse erhalten zu können.

2. Ein Referenzzeitraum mit möglichst geringer menschlicher Beeinflussung sollte vor 1950 enden.

10 Validierung anhand gemessener AbflussdatenErgebnis


10 Validierung anhand gemessener AbflussdatenAnsatz

Variabilitätsindex

Variabilität im UZR größer als im RZR

Indexwert negativ

Variabilität im UZR wie im RZR

Indexwert 0

Variabilität im UZR kleiner als im RZR

Indexwert positiv

QPegel 3

Referenz-zeitraum(RZR)

Untersuchungs-zeitraum(UZR)

t

t

QPegel 2

t

Q Pegel 1

Validierungs-pegel

Validierungs-pegel

Bewertungs-komponente hydrologisches RegimeZustand schlecht

Bewertung 5

Bis

Zustand sehr gutIndexwert 1

OWK

OWKMittelwertsindex

Mittlere Abflusshöhe im UZR größer als im RZR

Indexwert positiv

Mittlere Abflusshöhe im UZR wie im RZR

Indexwert 0

Mittlere Abflusshöhe im UZR kleiner als im RZR

Indexwert negativ

QPegel 3

Referenz-zeitraum(RZR)

Untersuchungs-zeitraum(UZR)

t

t

QPegel 2

t

Q Pegel 1

Korrelationsanalyse mit Signifikanztest über 23 Pegelzwischen 33 Variabilitätsindizes und 6 Bewertungskomponenten

positive Korrelation je schlechter die Bewertung umso geringer die Variabilitätnegative Korrelation je schlechter die Bewertung umso höher die Variabilität

Korrelationsanalyse mit Signifikanztest über 23 Pegelzwischen 33 Mittelwertsindizes und 6 Bewertungskomponenten

positive Korrelation je schlechter die Bewertung umso größer der Mittelwertnegative Korrelation je schlechter die Bewertung umso kleiner der Mittelwert

Vergleich von Zeitreihenveränderungen mit der Bewertung des hydrologischen Regimes

These: Pegel mit großen Zeitreihenveränderungen erhalten eine schlechtere Bewertung des hydrologischen Regimes

Die verglichenen Größen sind unabhängig, da die gemessenen Zeitreihen nicht in die Bewertung eingegangen sind


Zeitreihenparameter Bewertungskomponente Veränderung laut

Abflusszeitreihe mit schlechterer Bewertung

Korrelation/ Signikanz

Höhe der mittleren Abflüsse des Januar und März Bau künstlicher Seen Abnahme der Abflusshöhe Jan -0,605 Mrz -0,598

Stark signifikant

Variabilität der mittleren Abflüsse des Januar Landnutzung Abnahme der Variabilität 0,716sehr stark signifikant

Variabilität der mittleren Abflüsse des Januar Auenveränderung Abnahme der Variabilität 0,617 stark signifikant

Variabilität der mittleren Abflüsse des April Wassernutzung Zunahme der Variabilität -0,538 stark signifikant

Höhe der mittleren Abflüsse des Mai Bau künstlicher Seen Zunahme der Abflusshöhe 0,615 Stark signifikant

Variabilität der mittleren Abflüsse im Mai Landnutzung Zunahme der Variabilität -0,542 stark signifikant

Variabilität der mittleren Abflüsse im Mai Auenveränderung Zunahme der Variabilität -0,489 signifikant

Variabilität der mittleren Abflüsse im Mai Wassernutzung Zunahme der Variabilität -0,485 signifikant

Variabilität der mittleren Abflüsse im Mai Grundwasserverbindung Zunahme der Variabilität -0,712sehr stark signifikant

Höhe der mittleren Abflüsse des August Landnutzung Zunahme der Abflusshöhe 0,580 Stark signifikant

Höhe der mittleren Abflüsse des August Auenveränderung Zunahme der Abflusshöhe 0,451 signifikant

Höhe der mittleren Abflüsse des August Grundwasserverbindung Zunahme der Abflusshöhe 0,521 stark signifikant

Variabilität der mittleren Abflüsse im August undSeptember Bau künstlicher Seen Abnahme der Variabilität Aug 0,449 Sep 0,625

stark signifikant

... ... ... ...

48 signifikante Zusammenhänge10 Validierung anhand gemessener Abflussdaten

Ergebnis


A) Veröffentlichungen mit unmittelbarem Vorhabenbezug:

download des HYDREG-Endberichtes: www.sachsen-anhalt.de/LPSA/index.php?id=39644HOFFMANN, T. G., MEHL, D., WEILAND, M. & MÜHLNER, C. (2010): HYDREG – Ein Verfahren zur Natürlichkeitsbewertung des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper gemäß EU-WRRL. 2. Methoden und Ergebnisse. – KW Korrespondenz Wasserwirtschaft. – in Druck.MEHL, D., HOFFMANN, T. G., WEILAND, M. & MÜHLNER, C. (2010): HYDREG – Ein Verfahren zur Natürlichkeitsbewertung des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper gemäß EU-WRRL. 1. Hintergrund, Zielstellung und Grundlagen. –KW Korrespondenz Wasserwirtschaft 3 (6): 300-304.HOFFMANN, T. G. & MEHL, D. (2010): Entwicklung und Bereitstellung einer Bewertungsmethodik zur Beurteilung des Natürlichkeitsgrades des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper (Fließgewässer und Seen) gemäß EU-WRRL im Land Sachsen-Anhalt. – Abstract, Konferenz "Aktuelle Probleme im Wasserhaushalt von Nordostdeutschland", 22.-23.04.2010, Potsdam.HOFFMANN, T. G., MEHL, D. & MÜHLNER, C. (2010): Methode und Ergebnis einer Gliederung des Landes Sachsen-Anhalt in hydrologische Regionen. - Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften. - in Druck.MEHL, D., HOFFMANN, T. G. & HELBIG, H. (2009): Bestimmung der morphologischen Auen in Sachsen-Anhalt mit Hilfe eines Fuzzylogik-Ansatzes. - KW Korrespondenz Wasserwirtschaft 2 (12): 659-665.


B) Aktuelle weitere Veröffentlichungen im Themenbereich Hydrologie, Auen, Stoffhaushalt

MEHL, D., STEINHÄUSER, A., KOCH, F. & KÜCHLER, A. (2009): Regionalisierung der Nährstoffbelastung in Oberflächengewässern in Mecklenburg-Vorpommern. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 53 (5): 336-341.KOCH, F., HENNINGS, U., MEHL, D. & HOFFMANN, T. G. (2010): Ermittlung von Umfang und Intensität künstlich entwässerter Flächen in Mecklenburg-Vorpommern. – Abstract, Konferenz "Aktuelle Probleme im Wasserhaushalt von Nordostdeutschland", 22.-23.04.2010, PotsdamSCHNEIDER, M. & MEHL, D. (2010): Grundlagen, Methodik und Ergebnisse des Hochwasseraktionsplans für den mecklenburgischen Wallbach. - Wasser und Abfall 4. 39-45.MEHL, D. & SCHNEIDER, M. (2009): Ein Hochwasseraktionsplan für einen Tieflandbach? –Wasser und Abfall 3: 44-49.BRUNOTTE, E., DISTER, E., GÜNTHER-DIRINGER, D., KOENZEN, U. & MEHL, D. [Hrsg.] (2009): Flussauen in Deutschland. Erfassung und Bewertung des Auenzustandes. – Schriftenr. Naturschutz und biologische Vielfalt [Hrsg.: Bundesamt für Naturschutz] 87, 141 S. + Anhang und Kartenband.

download vieler Veröffentlichungen (pdf) möglich auf: www.institut-biota.de

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Dr. rer. nat. Dr. agr. Dietmar Mehl Dr. rer. nat. Tim G ... · Das Ziel der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ist entsprechend Arti-kel 1 die Schaffung eines Ordnungsrahmens