Trinkwasserverbrauch im Regierungsbezirk Darmstadt 1977 – 2014dr-roth-badems.de/Dokumente/Praes_DrRoth_20.9.2016.pdf · 2016. 9. 29. · Trinkwasserverbrauch im Regierungsbezirk

1

Landesbetrieb Landwirtschaft HessenBildungsseminar Rauischholzhausen

Klimawandel und WasserversorgungEinfluss der Witterung auf den Wasserbedarf

DR.-ING. ULRICH ROTHBeratender Ingenieur, Bad Ems

Professor – Frankfurt University of Applied Sciences

Homepage: www.dr-roth-badems.de

… in Zusammenarbeit mit demHessischen Landesamt fürNaturschutz, Umwelt und Geologie

3. Wiesbadener Grundwassertag20. September 2016

Trinkwasserverbrauch im Regierungsbezirk Darmstadt 1977 – 2014

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1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013

Haushalte und Kleingewerbe Industrie und Großgewerbe Eigenbedarf und Verluste

Millionen Kubikmeter pro Jahr

277283

273 279267

233242

234

219 223

Daten: Regierungspräsidium DarmstadtGrafik: Roth / WRM

Wassersparen bei Industrie und Gewerbe bereitsseit Mitte der 1970er Jahre (Abwasserabgabengesetz)

Deutlicher Rückgang bei Eigenbedarf / Verluste

80 % Haushalte / Kleingewerbe

Wasserspareffekt durch moderne Toilettenspülungen

0

10

20

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1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

Liter pro Einwohner und Tag

ÄnderungDIN-Norm

Markteinführung6-Liter-Spülkästen

Gesamteffekt:ca. - 20 bis 27 l/E•dca. 1985/2000 bis ca. 2035 ... 2050

Eintreten der Spareffektebei linearem Verlauf über 50 Jahre

Eintreten der Spareffektebei linearem Verlauf über 30 Jahre

ca. 45 l/E•d

Markteinführung2-Mengen-Spülkästen

Ende des Spareffektesdurch 6-Liter-Spülkästen

Ende des Spareffektesdurch 6-Liter-Spülkästen

Mittelfristiger voraussichtlicher Wertnach DVGW W 410 (2008)

34 32

Endwert: ca. 18 bis 25 l/E•dBestand 2006 nach BDEW-Statistik

… noch Spareffekte zu erwarten.

Grafik: Roth

Wasserspareffekt durch moderne Haushaltsgeräte: Waschmaschinen

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1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Liter pro Waschgang

Mittlerer Wasserverbrauchvon Waschmaschinendes angegebenen Baujahrs

Ölkrise

Mittlerer Wasserverbrauchaller Geräte in den Haushalten(12,5 Jahre Standzeit)

Diese Effekte sind abgeschlossen.

Grafik: Roth

2

Wasser Sparen ( ??? ! ) durch "Duschen statt Baden"

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Dauer des Duschens in Minuten

Wasserverbrauch in Litern für ein Wannen- oder Duschbad

Wannenbad, 250 Liter




Dusche, 6 l/min

Dusche, 18 l/min

Dusche, 15 l/min

Dusche, 12 l/min

Dusche, 9 l/min

Neben dem Trend zu Single-HaushaltenHauptursache für Verbrauchszunahmen(Sektor "Körperpflege").

Grafik: Roth

Ohne den Trend zu täglichem Duschen wäre der Pro-Kopf-Verbrauch deutlich stärker zurückgegangen.

Trinkwasserverbrauch im Regierungsbezirk Darmstadt 1977 – 2014

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1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013

Haushalte und Kleingewerbe Industrie und Großgewerbe Eigenbedarf und Verluste

Millionen Kubikmeter pro Jahr

277283

273 279267

233242

234

219 223

Daten: Regierungspräsidium DarmstadtGrafik: Roth / WRM

Gründung der WRM durch das Land HessenBeginn der Datenerfassung durch RP Darmstadt

19762003

1990/91

2015

ca.229

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1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Jahressumme

Mittel 1936 - 2015

Jahresniederschlag in mm

Station Frankfurt am MainMittel (80 Jahre): 642,4 mm/a

Jahresniederschlag an der Station Frankfurt am Main 1936 – 2015

1953 2003 2015199119641959 1971 1976 1985

Daten: DWDftp://ftp-cdc.dwd.de/pub/CDC/Grafik: Roth

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1965

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2015

Abweichung vom Mittel1936 - 2015 (642,4 mm/a)

Gleitender Mittelwertüber die letzten 5 Jahre

Abweichung vom mittleren Jahresniederschlag in %

Relativ trockene und relativ nasse Jahre in Frankfurt am Main

1953 2003 2015199119641959 1971 1976 1985


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1995

2000

2005

2010

2015

Abweichung vom Mittel1936 - 2015 (642,4 mm/a)

Gleitender Mittelwertüber die letzten 5 Jahre

Abweichung vom mittleren Jahresniederschlag in %

Relativ trockene und relativ nasse Jahre in Frankfurt am Main


Trockenperiode1971 - 1976



Nassperiode1998 - 2002



Trockenphasen – Trockenjahre – Trockenperioden

Begriffe (Wasserwirtschaft)• Eine Trockenphase ist eine Schönwetterperiode oder Hitzeperiode

mit "schönem", also heißem und trockenem Sommerwetter.Eine solche Phase kann bis zu ca. 6 Wochen anhalten (z.B. 1976).

• Ein Trockenjahr ist ein Jahr mit ausgeprägt "schönem" Sommerwetterentsprechend deutlich reduziertem Niederschlag undentsprechend deutlich erhöhtem Wasserbedarf.

• Eine Trockenperiode ist eine Abfolge mehrerer Trockenjahre.

Beispiele (Rhein-Main-Raum)• 1976 bildete den Höhepunkt einer Trockenperiode ab ca. 1971

1976 wird in der Fachliteratur als "Klimaanomalie" bezeichnet.

• 1989 bis 1997 war eine ausgeprägte Trockenperiodemit ausgeprägten Trockenjahren 1990 und 1991.

• 1998 bis 2002 war eine "Nassperiode" (Grundwasserhochstände!).

• 2003 war das erste Jahr in einer Abfolge relativ trockener Jahre(… also kein Extremjahr wie 1976).

• 2015 war (nach bisherigem Stand) ein einzelnes Trockenjahr(… also kein Extremjahr wie 1976).

Regional gibt es auch innerhalb Deutschlands große Unterschiede!

Tagesganglinien des Wasserbedarfs: Wiesbaden 2003 und 2007

30.000

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1. Feb

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.

1. Okt.

1. Nov.

1. Dez.

2003

2007

Kubikmeter pro Tag

Daten: ESWE / HessenwasserGrafik: Roth

Bei Trockenheit rückläufige Schüttung von Quellfassungen

0

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15.000

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Jan. 91 Feb. 91 Mrz. 91 Apr. 91 Mai. 91 Jun. 91 Jul. 91 Aug. 91 Sep. 91 Okt. 91 Nov. 91 Dez. 91

Quellschüttung in m³/d

Daten: Mainova AG / HessenwasserGrafik: Roth

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45.000

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60.000

1. Ja

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1. F eb

.

1. Mrz.

1. Apr.

1. Mai.

1 . Jun

.1.

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1 . Sep

.

1. Okt.

1. No

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z.

2003

2007

Kubikmeter pro Tag

4

"Quantitative Gefährdung" des nutzbaren Grundwasserdargebots

Bei sinkenden Grundwasserständen ökologisch begründete Förderrestriktionen In Trockenperioden rückläufiges Dargebot

Festlegungen zu Fördermengen in Abhängigkeit von Grundwasserständen: Grundwasserbewirtschaftungsplan Hessisches Ried

(gesteuertes Zusammenspiel von Infiltration und Wassergewinnung) Umweltverträgliche Wassergewinnung im Vogelsberg

Quelle: HessenwasserDank an V. Manger

Tagesganglinie der Wasserabgabe im Sommer 2015

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450.000

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.2015

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.2015

22.06

.2015

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.2015

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.2015

20.07

.2015

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.2015

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31.08

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90Hessenwasser-Tagesabgabe in Kubikmeter

Planmäßiger Mittelwert: 272.000 m³/d

Schulferien in Hessen: ab Samstag, 25. Juli 2015

3. Juli: 409.236 m³

3. Juli 2015:Tatsächlicher Spitzenfaktor für dieHessenwasser-Gesamtabgabe:409.236 / 272.000 = 1,505

jeweilsMontag

Maximale Tagestemperatur in °C

°C

Hessenwasser GmbH & Co. KG

Daten: HessenwasserGrafik: Roth

Stundenwerte der Wasserabgabe Anfang Juli 2015

8:00 Uhr7.00 Uhr

9:00 Uhr

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24.1

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2:00

24.1

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25.1

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25.1

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6:00

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2.20

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2:00

26.1

2.20

14 1

8:00

Kub

ikm

eter

pro

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6:00

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7.20

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2:00

04.0

7.20

15 1

8:00

Spitzenlastereignis Anfang Juli 2015

Weihnachtstage 2014

Behälter-Abgabe Frankfurt-Sachsenhausen Weihnachten 2014 und Anfang Juli 2015

Daten: HessenwasserGrafik: Roth

Kurzfristige Bedarfsschwankungen: Fußball-Länderspiel

Ablauf HB F.-Sachsenhausen

Quelle: HessenwasserDank an F. Coppola

5

Einflussfaktoren für Bedarfsspitzen

Witterung• Ausprägung und Dauer der Hitzeperiode Phase mit hohen Temperaturen und ohne Niederschlag

• Schulferien (dämpfender Einfluss)

Kommunalstruktur• Bedarfsspitzen in den Wohngebieten am Wochenende• Bedarfsspitzen in den "Gewerbegebieten" an Werktagen• Relevant: Pendlerverflechtungen• Bedarfsspitzen in großen Städten gedämpft

wegen Überlagerung unterschiedlicher Ganglinien.

Gewerbestruktur• Generell geringer Gewerbeanteil am Trinkwasserverbrauch

(maßgeblich: Trinkwasserbedarf der Belegschaft)• Hoher Trinkwasserbedarf ggf. in der Getränkeindustrie• Hoher Trinkwasserbedarf bei öffentlichen Einrichtungen

(Schwimmbäder, Parks, Flughäfen etc.)

Berechnung von Spitzenwasserbedarf: Spitzenfaktoren

Spitzenfaktoren• … werden bezogen auf den mittleren Wasserbedarf in einem Normaljahr.• Sie sind abhängig

• von der Größe und Struktur des Versorgungsgebietes(je kleiner, desto höher / je größer, desto niedriger)

• von der Dauer des betrachteten Ereignisses(je kürzer, desto höher).

Jahresbedarf: In Trockenjahren um bis zu ca. 5 % erhöht. Monatsbedarf: Im Sommer > 10 % des Jahresbedarfs. Tagesbedarf:

• In Dörfern bzw. einzelnen Wohngebieten um ca. 100 % erhöht.• In großen Städten um ca. 40 % bis 50 % erhöht.

Stundenbedarf: Spitzenfaktoren ca. < 2,0 bis > 5,5. Sehr kurze Bedarfsspitzen werden aus den Behältern gedeckt.

Berechnung von Spitzenwasserbedarf: Spitzenfaktoren

Quelle: DVGW-Arbeitsblatt W 410

Maßgeblich für die Bemessung der Versorgungsanlagen

Wer steuert die Bedarfsschwankungen?

• Wetter / Witterung: Der Zufall(bisher scheitern alle Versuche einer längerfristigen Vorhersage)

• Trinkwasserverbrauch: Der Bürger(die Gesamtheit der Menschen im jeweiligen Versorgungsgebiet)

Der Wasserbedarf ist ein zutiefst demokratischer Prozess!

Die Wasserversorgungsunternehmenmüssen den Bedarf auch in Trockenperioden zuverlässig abdeckenund

die dazu erforderlichen Dargebots- und Anlagenkapazitäten vorhalten. Dies ist nicht zuletzt kostenrelevant! Dies führt auch zu Irritationen und Missverständnissen

(Betriebswirtschaftler, "Umweltbewegte").

6

Extremereignis im Frühsommer 1976: Wasserbedarf und Niederschlag

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

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80.000

90.000

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0

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80Wasserabgabe in Kubikmeter pro Tag

Normalwert

Niederschlag in mm

Schulferien: 17.6. - 1.8.

Niederschlag in mm

Maximaler Tagesbedarf rd. 60 % über dem Mittel,Jahresbedarf ca. 5 % über dem Mittel.

Daten: ESWEGrafik: Roth

Wiesbaden

Trockenjahre 1990 und 1991: Wasserbedarf und Niederschlag

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Normalwert

Niederschlag in mm


Niederschlag in mm

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Normalwert

Niederschlag in mm


Niederschlag in mm

1990:Maximaler Tagesbedarf > 45 % über dem Mittel,Jahresbedarf relativ moderat erhöht.

1991:Maximaler Tagesbedarf < 45 % über dem Mittel,Jahresbedarf ca. 4 % über dem Mittel.

Daten: ESWEGrafiken: Roth

Wiesbaden

Ganglinien der Trockenjahre 1976, 1990, 1991 und 2003; dazu 2007 (April)

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1. Jan. 1. Feb. 1. Mrz. 1. Apr. 1. Mai. 1. Jun. 1. Jul. 1. Aug. 1. Sep. 1. Okt. 1. Nov. 1. Dez.

1976

1990

1991

2003

2007

Relativer Bedarf

Grafik: Roth aus …

Fiktiver Verlauf eines extremen Spitzenlast-Ereignisses im Jahr 2100

0,7

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0,9

1

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1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1. Jan. 1. Feb. 1. Mrz. 1. Apr. 1. Mai. 1. Jun. 1. Jul. 1. Aug. 1. Sep. 1. Okt. 1. Nov. 1. Dez.

Relativer Bedarf

Jahresbedarf unter diesen Annahmen: 10 % über dem Mittel

Grafik: Roth aus …

7

Lösungsansätze (?): Auswirkungen der Regenwassernutzung

Grafik: DVGW-Arbeitsblatt W 555

Bewertung 1:• Eine Regenwassernutzungsanlage ist eine

zweite Versorgungsanlage, die zusätzlichzur Trinkwasserinstallation errichtet wird.

• Nach der Agenda 21 hat das Einsparenvon Energie und Rohstoffen Vorrang gegenüber dem Einsparen von Wasser und Biomasse.

• Die Anlage kostet etwa 5.000 € (Investition).• Der Spareffekt liegt bei etwa 50 m³/a.• Ohne Wartungs- und Betriebskosten hat die

Amortisationszeit die Größenordnung 50 Jahre.• Eine solche Anlage kann nicht wirtschaftlich sein.

Hauptziele der Agenda 21:• Einführung einer gesicherten Wasserversorgung für alle Menschen• Bekämpfung von Krankheiten wie Cholera, Typhus, Ruhr etc.• Naturverträgliche Nutzung der Ressource Wasser

Dabei wird in der Agenda 21 unterschieden in• erneuerbare Ressourcen wie Holz und Wasser,• nicht erneuerbare Ressourcen wie Erdöl, Erdgas, Kohle und Erze.

Das heißt: Wer aufwändige Anlagen baut, um (Trink-) Wasser zu sparen,

kennt die Agenda 21 nicht oder hat sie nicht verstanden.

Lösungsansätze (?): Auswirkungen der Regenwassernutzung

Bewertung 2:• Regenwassernutzungsanlagen reduzieren in Ein- und Zweifamilienhäusern den

mittleren Trinkwasserverbrauch.• Der Abwasseranfall bleibt dagegen näherungsweise gleich ( Gebührenpflicht!).• Sie erhöhen aber den Spitzenwasserbedarf nach längerer Trockenheit signifikant.• Die Anlagenkapazitäten für die Versorgungssituation bei Trockenheit müssen

unverändert vorgehalten werden ( Kostensituation der Wasserwerke).• Regenwassernutzung kann keinen Beitrag zur Reduzierung von Bedarfsspitzen in

Trockenphasen leisten (… im Gegenteil!).

115 115

75 75

40

115 115

0

50

100

150

200

250

MittlererVerbrauch

Spitzen-verbrauch

MittlererVerbrauch

Spitzen-verbrauch

Normalverbrauch Ersatz leere Regenwassernutzungsanlagen Spitzenwasserverbrauch

Liter pro Einwohner und Tag

115

230

75

230

ohneRegenwassernutzung

mitRegenwassernutzung

Grafik: DVGW-Arbeitsblatt W 555

Grafik: Roth

Faktor 2 Faktor > 3

Lösungsansätze: Auswirkungen von Hausbrunnen

Historischer Trinkwasserbrunnenin Bad Ems (Stadtteil Eisenbach)Foto: Roth

Gartenbrunnen in Bad EmsFoto: Roth

Demonstrationsbrunnen auf BaltrumFoto: Simone Roth

Bewertung 2:• Hausbrunnen sind de facto nur in oberflächennahen

Porengrundwasserleitern sinnvoll.• Die Förderung erfolgt aus einem oberflächennahen

Grundwasserleiter ( Ökologie; Gefährdung).• Die Förderung steht in Konkurrenz zur öffentlichen und

landwirtschaftlichen Wassergewinnung.• Geschätzte Fördermenge z.B. im Hessischen Ried:

ca. 0,25 bis 0,5 Mio. m³/a (wird nicht gemessen).

Bewertung 1:• Hausbrunnen können auch im

Sommer für die Gartenbewässerung und ähnliche (Brauchwasser-) Zwecke eingesetzt werden.

• Sie können damit einen Beitrag zur Reduzierung von Bedarfsspitzen in Trockenphasen leisten.

Gartenbrunnen in SüderlügumFoto: K. Eggert

Einfluss der Witterung auf den Wasserbedarf – Fazit

Sachverhalt und Situation im Bestand

In trockenen und heißen Sommern ist der Wasserbedarf signifikant erhöht.

Der Tagesbedarf an heißen Sommertagenliegt um knapp 50 bis über 100 % über den jeweiligen Mittelwerten.

Der Wasserbedarf in Trockenjahren liegt um bis zu 5 % über dem Mittel.

In Trockenperioden ist das nutzbare Wasserdargebot rückläufig(Quellfassungen, ökologische Restriktionen, Konkurrenz mit Landwirtschaft).

Die Überlagerung von hohem Wasserbedarf und niedrigem Dargebotstellt eins der Kernprobleme der Wasserversorgung dar.

Prognose

Im Zuge des Klimawandels wird mit längerenund intensiveren Trockenphasen und Trockenperioden gerechnet.

Die Spitzenlastereignissewerden demnach an Intensität und Häufigkeit zunehmen.

Der Jahresbedarf wird dabei jedoch nur relativ geringfügig zunehmen.

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

DR.-ING. ULRICH ROTHBeratender Ingenieur, Bad Ems

Professor – Frankfurt University of Applied Sciences

Homepage: www.dr-roth-badems.de

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Trinkwasserverbrauch im Regierungsbezirk Darmstadt 1977 – 2014dr-roth-badems.de/Dokumente/Praes_DrRoth_20.9.2016.pdf · 2016. 9. 29. · Trinkwasserverbrauch im Regierungsbezirk