TASK Talsperren Anpassungsstrategie Klimawandel · Hydro-Systems • Water Resources Management • Hydro-Informatics TASK-Talsperren Anpassungsstrategie Klimawandel 22. Symposium

Seite | 1

Förderung Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel

Datum 22. Mai 2019

Präsentation Dr. Sandra Richter, Dr. Hubert Lohr, SYDRO

Consulting Engineers

Hydro-Systems • Water Resources Management • Hydro-Informatics

TASK - Talsperren Anpassungsstrategie Klimawandel

22. Symposium Flussgebietsmanagement beim Wupperverband

Gebietsforum Wupper der Bezirksregierung Düsseldorf

Gefördert durch

Seite | 2

• Aggerverband

• Wasserverband Aabach-Talsperre

• Wahnbachtalsperrenverband

• Wasserverband Eifel-Rur

• Wupperverband

• Landestalsperrenverwaltung Sachsen

• Bezirksregierung Köln

• Landesamt für Natur, Umwelt und

Verbraucherschutz, NRW

• Gemeinde Simmerath

• SYDRO Consult

TASK Projekt Beteiligte

Seite | 3

Ausgangslage

Problemstellung

Füllung Entleerung

HW

-Schutz

Speic

herinha

lt

Zielinhalt über das Jahr

Jan. Jul. Dez.

„Wasser-Ernte“ PeriodePrioritätenwechsel Hochwasserschutz zu Versorgungssicherheit

Seite | 4

Veränderte Bedingungen

Problemstellung

Füllung Entleerung

HW

-Schutz

Speic

herinha

lt

Zielinhalt über das Jahr

Jan. Jul. Dez.

Füllungsphase: ausbleibender Niederschlag, wärmer

• Vegetation setzt früher ein

• Höhere Verdunstung

• Weniger Zufluss

• Erreichen des Zielinhaltes im Frühling

Seite | 5

Problemstellung

Früherkennung von Trockenperioden

Ableitung von eindeutigen Auslösern für betriebliche Gegenmaßnahmen

Ziel

Oleftalsperre

Wahnbachtalsperre

Wiehltalsperre

Große Dhünn

Ausbleibende Niederschläge Februar, März, April

Frühling fehlt

Betroffene Talsperren: Urft-/Rurtalsperre

Aabachtalsperre

Talsperren im Harz

…

Trockenperioden kommen schleichend

Es fehlt eine transparente und nachvollziehbare Methode zur Früherkennung

Seite | 6

Was ist die trägste hydro-meteorologische Größe auf unserem Planeten?

(Warum sind überhaupt längerfristige Vorhersagen möglich?)

Methode

Seite | 7

Meeresoberflächentemperatur (Sea Surface Temperature SST)

Methode

Seite | 8

Kurzfristvorhersagen

(3-14 Tage)

Saisonale Vorhersagen

(1 – 9 Monate)

Dekadische Analysen

(Jahre)

Klimaszenarien

(IPCC)bis 2100

Zeit

TASK

Methode

Einordnung von Vorhersagen, Einordnung von TASK

Seite | 9

• 59 Stationen der Projektpartner

• 638 Stationen vom

TASK - Methode

• 7 Monate Vorhersagen

• 1 Vorhersage/Monat

• Seit Nov. 2011

• Zellengröße (1°x1°)

• 9 Monate Vorhersagen

• 4 Vorhersagen/Tag

• Seit April 2011

• Zellengröße (0,9°x0,9°)

Seite | 10

TASK - Methode

Benötigte Bestandteile

Hydro-meteorologische Index Langfristvorhersagen Messstationen

Was ist ein hydro-meteorologischer Index?

Prüfung anhand von Parametern (N, Etp, Bodenfeuchte, GW, …) ob es Abweichungen zu einem

Normzustand (Referenzzustand) gibt und wie groß diese sind

Seite | 11

Was ist ein hydro-meteorologischer Index?

Prüfung anhand von Parametern (N, Etp, Bodenfeuchte, GW, …) ob es Abweichungen zu einem

Normzustand (Referenzzustand) gibt und wie groß diese sind

Benötigte Bestandteile

Hydro-meteorologische Index Langfristvorhersagen Messstationen

TASK - Methode

Im Vorhaben

angewendete

Indizes: SPI,

SPEI

Seite | 12

Zeitachse

Ist Zeitpunkt

Vergangenheit

Observation

Zukunft

Vorhersage

MessdatenMessdaten

Index BerechnungIndex Berechnung

Ohne VorhersageOhne Vorhersage

WirkungWirkungTrägheit des

hydrologischen Systems

Index, z.B. SPI, zeigt an, was im Abfluss erst

später sichtbar wird

Index, z.B. SPI, zeigt an, was im Abfluss erst

später sichtbar wird

TASK - Methode

Seite | 13

Mit VorhersageMit Vorhersage

Zeitachse

Ist Zeitpunkt

Vergangenheit

ObservationVorhersage

MessdatenMessdaten

Ohne VorhersageOhne Vorhersage

LangfristvorhersageLangfristvorhersage

WirkungWirkungIndex BerechnungIndex Berechnung

TASK - Methode

Lokale Messstationen für “downscaling” der Vorhersagedaten

Bodenstationen bestimmen die räumliche Auflösung der Vorhersage

Seite | 14

TASK Methode und Anwendung

MessdatenMessdaten


Anwendung 1Anwendung 1


Index Wert wird Bestandteil

von wasserwirtschaftlichen

Regeln



Regeln

MessdatenMessdaten




Abfluss ist/wird Bestandteil


Regeln



Regeln

Korrelation zu AbflussKorrelation zu Abfluss

MessdatenMessdaten

NA ModellNA Modell



Ergebnisse der NA

Modellierung werden

Bestandteil von

wasserwirtschaftlichen Regeln

Ergebnisse der NA

Modellierung werden

Bestandteil von


SimulationSimulation

ErgebnisseErgebnisse

Seite | 15

Beispiel: Pegel Gerstungen, Werra, ca. 3000 km²


Seite | 16

Aggregationen

Methode

Werra Einzugsgebiet Aus 12 Monatssicht noch keine Erholung von 2018

Seite | 17

NOAA Saisonale Prognosen

• Aggregation 12 Monate

Interpretation:Unterdurchschnittlicher Niederschlag Trockenphase bis Juli, geht dann mit einheitlicher Tendenz nach oben, noch keine vollständige Kompensation.


Seite | 18


MessdatenMessdaten






Regeln



Regeln

MessdatenMessdaten






Regeln



Regeln


MessdatenMessdaten

NA ModellNA Modell



Ergebnisse der NA

Modellierung werden

Bestandteil von


Ergebnisse der NA

Modellierung werden

Bestandteil von



ErgebnisseErgebnisse

Seite | 19

Methode

Korrelation Index zu Abflussvolumen

Abflussvolumen aggregiert über einen Zeitraum

Jedes Einzugsgebiet (Pegel) muss individuell geprüft werden, welcher

Aggregationszeitraum beste Ergebnisse liefert

Seite | 20

Pegel Koverstein, Einzugsgebiet der Aggertalsperre, <50 km², 5 StationenStationsdichte: ≈ 10 km² / Station

Beste Vorhersage des Abflussvolumens (5 Monate)


Seite | 21

Abflussvolumen = f(SPI + Vorhersage)


Berechnung des SPI

Ermittlung der Beziehung zwischen SPI und SQI

Ermittlung Abflussvolumen aus SQI

-> gute Stationsdichte + lernender Algorithmus

Seite | 22


MessdatenMessdaten






Regeln



Regeln

MessdatenMessdaten






Regeln



Regeln


MessdatenMessdaten

NA ModellNA Modell



TASK 2

Abflussvorhersage,

Bodenfeuchte,

Landwirtschaft

TASK 2

Abflussvorhersage,

Bodenfeuchte,

Landwirtschaft


Ergebnisse in der FlächeErgebnisse in der Fläche

Seite | 23

Ausblick

Abschluss von TASK im Juni 2019

Trockenperioden lassen sich erkennen, Hochwasser oder nasse Sommer sind schwierig

Operationelle Anwendung ist in Bearbeitung für die Werra

Teil 1:

Teil 2:

Planung: Webportal zur Langfristvorhersage

Kalibrierungsphase erforderlich je Projektgebiet (Stichwort: Biaskorrektur, Aggregation)

Nur ein Server, der operationell betrieben werden muss

Operatives Webportal mit automatischer Ergebnisweiterleitung an registrierte Nutzer

Seite | 24

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Documents

TASK Talsperren Anpassungsstrategie Klimawandel · Hydro-Systems • Water Resources Management • Hydro-Informatics TASK-Talsperren Anpassungsstrategie Klimawandel 22. Symposium