Wasserhaushalt im Wandel von Klima und Landnutzung · in vier ausgewählten Analyse- Test- Gebieten ( WV- BZR: 07/ 2018 bis 06/ 2019); Vorbereitung Leistungsbeschreibung FUE- Projekt-

Projekt „KliWES“ und Wasserhaushaltsportal Sachsen

Wasserhaushalt im Wandel von Klima und Landnutzung

Foto: Nordufer im westlichen Teil des Hainer Sees mit Kraftwerk Lippendorf im Hintergrund ( Dr. F. Herbst, LfULG-R-44 – Bildarchiv LfULG)

Beitrag zur LfULG- Veranstaltung „simul+ InnovationHub“ 15.03.2019 LfULG- LUZ- Nossen

Thema: „Innovative Lösungen für die Landwirtschaft und den ländlichen Raum der Zukunft“

| 18. März 2019 | Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie

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❙ Klimawandel und Wasserhaushalt ( KliWES)

❙ Wasserhaushaltsportal Sachsen

❙ Recherchesystem - Säule A

❙ Recherchesystem - Säule B

❙ Expertensystem - Säule C

❙ Durchflusskennwerte und Querbauwerke

❙ KliWES - Ergänzungen 2016 – 2018

❙ Wasserhaushalt Lausitzer Kohlebergbaugebiet

❙ Zusammenfassung und Ausblick

Wasserhaushalt im Wandel

von Klima und Landnutzung

Inhaltliche Schwerpunkte des Themenbeitrages

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Forschungsprojekt KliWES - Klimawandel und Wasserhaushalt in Sachsen

Klimawandel und Wasserhaushalt


❙ Sachsenweite Untersuchung von Auswirkungen

des Klimawandels auf den Wasserhaushalt

❙ Berücksichtigung von Szenarien für mögliche

Klima- und Landnutzungs- Entwicklungen

❙ Berechnung belastbarer Wasserhaushaltsdaten

für die Empfehlung von Anpassungsmaßnahmen

❙ Anforderungen Beschreibung Wasserhaushalt

❙ Realistische der Abbildung wichtiger Prozesse

im System Boden- Pflanze- Atmosphäre

❙ Abwägung von Parameterbedarf in Relation

zur sachsenweiten Datenverfügbarkeit

❙ Beachtung vertretbarer Modellierungsaufwand

bei Realisierung akzeptabler Rechenzeiten

Bisherige Ergebnisse KliWES- Säulen A - B - C:

Wasserhaushaltsgrößen (1951-2100) als monatliche

bzw. jährliche Ergebnisse für den IST- Zustand sowie

für 13 Klima- und 3 Landnutzungs- Szenarien

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Einbindung KliWES- Drei- Säulen- Konzept in Wasserhaushaltsportal Sachsen

Online seit 11.05.2012 Online seit 08.05.2014 Online seit 27.04.2016

Hauptauftragnehmer:

TU Dresden - IHM

Lehrstuhl Hydrologie


Ziel: Mehrstufige, voneinander weitgehende unabhängige Berechnung des Wasserhaushaltes


! Projekt- Poster des Auftragnehmers TU- DD- IHM zum „KliWES- Drei- Säulen- Konzept“ wird bei Veranstaltung

„Tag der Hydrologie“ am 18.03.2016 in Koblenz Poster- Preis- Gewinner in der Kategorie „Innovativste Studie“ !

5 | 18. März 2019 | Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie

Veröffentlichung von KliWES- Projekt- Ergebnissen in der LfULG- Schriftenreihe

https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/26146


https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/26146

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Wasserhaushaltsportal Sachsen

Startseite Gesamtanwendung (-Auszug-)


| 18. März 2019 | Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie 7

Wasserhaushaltsportal Sachsen

Recherchesystem Säule A

Anforderungen an 120 ausgewählte

DIFGA- Modell- Analysegebiete:

konsistente Verfügbarkeit Durchfluss-

Daten über Zeitraum 1951 – 2014

anthropogen weitestgehend

unbeeinflusste Pegel- Datenreihen

Wasserhaushaltsportal Sachsen Recherchesystem Säule A


DIFGA- Analyse- Methode:

( SCHWARZE, TUD-IHM)

Inverse Wasserhaushaltsberechnung

Analyse Pegel- Beobachtungsdaten

Separation Abfluss- Komponenten

Quantifizierung der Modellstruktur

WHH- Bilanz mit ETR als Restglied

Abflussbildung Abflusskonzentration

Wasserhaushaltsportal Sachsen Recherchesystem Säule A



Wasserhaushaltsportal Sachsen Recherchesystem Säule B

Problem Datenverfügbarkeit:

Gebietslücken in Sachsen

ohne Ergebnis- Daten aus

Wasserhaushalts- Modell-

Berechnung von Säule B:

Großraum Leipzig (Leipziger Kohlebergbaugebiet)

Elbeschlauch- Bereich

Raum Nordost- Lausitz (Lausitzer Kohlebergbaugebiet)

Wasserhaushaltsmodell

ArcEGMO/ SLOWCOMP

( SCHWARZE, TUD-IHM)

( PFÜTZNER, BAH Berlin)

• geringe Rechenzeit

• gutes Handling

• geringster Kalibrieraufwand

• am robustesten über alle

Zeit- und Raumskalen

• beste Anpassungsgüte bei

unkalibrierter Anwendung

• Wachstumsmodell PSCN

mit Berücksichtigung

Wasser-/Temperaturstress



Abbildungen:

Änderungen in der

räumlichen Verteilung

des langjährigen

mittleren Abflusses R

über unterschiedliche

Betrachtungszeiträume

von 1961 bis 2100

für Realisierung 99 (A1B, WETTREG 2010)

1961 - 1990 1981 - 2010

2021 - 2050 2071 - 2100


Ergebnis- Beispiel: Erwartung rückläufiger Entwicklungen der Abflüsse R bis 2100



Wasserhaushaltsportal Sachsen Expertensystem Säule C

Nutzer kann in 242 EZG ändern

hydrotopweise oder pauschal

• Landnutzung 13 Klassen

• Boden Lagerungsdichte, Humus-GH

• Drainage ja / nein, Typ, ASG, Tiefe

• Klima 14 Szenarien, Rechnungs-ZR

evtl. eigenes Klimaszenario

Anwendungsbeispiel Web-Oberfläche

Expertensystem-Säule-C-Arbeitsschritt

„Änderung Nadelwald in Mischwald"

für Teilfläche im Saidenbach- EZG

Web- GIS- Anwendung steuert

• Nutzerdialog über Bedieneroberfläche

• Automatische Wasser- HH- Rechnung

• Nutzerinformation per E- Mail

Ergebnisse

• Shapes und CSV analog zu Säule B

• Download- Option aus Cloud

Rechenzeit

• Minuten bis wenige Stunden

Wasserhaushaltsportal Sachsen Expertensystem Säule C

Schwarze et al.: Wasserhaushalt und Klimaänderung in Sachsen



Wasserhaushaltsportal Sachsen Durchflusskennwerte und Querbauwerke


Wasserhaushaltsportal Sachsen Durchflusskennwerte und Querbauwerke

Kartenanwendung zum WHH- Portal- Ergänzungs- Baustein „Durchflusskennwerte und Querbauwerke“

Beispiel: Abfrage von MNQ-, MQ-, MHQ- und HQ (T)- Durchflusskennwerten für einen gewählten Fließgewässer-

Querschnitt der Triebisch im Bereich unterhalb der Bundesautobahn A 4 – Brücke bei Tanneberg

Konsequenz / Folge- Effekt

Flächendeckende Erhöhung

des Verdunstungs- Anspruches

in der Atmosphäre.

Weitere Auswirkungen

Regional unterschiedliche Änderung

der realen Verdunstung und des

mittleren Wasserdargebotes in

Überlagerungs- Abhängigkeit von:

• Niederschlagsdargebot

• Niederschlagsintensitäten

• Niederschlagsverteilung

• Wasserhaltevermögen der Böden

• Vegetationszustand

• Geohydraulische Verhältnisse

Veranlassung: Das mittlere Temperaturniveau in Sachsen erhöhte sich um 1988 sprunghaft. Die mittlere Jahrestemperatur von 1961-1987 wird nach 1987 nur noch von 1996 und 2010 unterschritten.

KliWES- Ergänzungen 2016 - 2018 Zur Säule A: Analysen zum „Bruchpunkt“ 1988

Projekt: Anpassungsstrategien an den Klimawandel - Analyse der Sensitivität von Wasserhaushaltsgrößen

sächsischer Pegeleinzugsgebiete bezüglich des ab 1988 gegenüber dem Referenzzustand von 1961-1987

erhöhten Temperaturniveaus ( Auftragnehmer: TU Dresden, IHM - Laufzeit: 01/ 2016 - 06/ 2017 )

LfULG, Referat 43 – U. Mellentin



KliWES- Ergänzungen 2016 - 2018 Zur Säule B: „Lückenschluss“ Großraum Leipzig

❙ Erstellung einer Konzeption zur

Integration der Modellierungsdaten

in das Wasserhaushaltsportal SN

❙ Übernahme, Prüfung, Aufbereitung

meteorologischer Beobachtungs-

Daten sowie der Datenreihen von

zehn Klimaprojektionen

❙ Entwicklung von Erstellungskonzept

für die modelltechnische Ermittlung

vorbergbaulicher Wasserhaushalt

❙ Modellierung des Wasserhaushalts

im Kohle- bergbaulich beeinflussten

Großraum- Gebiet Leipzig

❙ Derzeit (Stand März 2019) erfolgen

weitere Arbeiten zur Einbindung der

Daten in Wasserhaushaltsportal

Vorläufige Einbindungs- Umgebung WHH- Portal- SN- Säule B: http://whhportal-sachsen.hydro.tu-dresden.de/saeuleB_entw/index_b.html

Projekt: KliWES - Berechnung des Wasserhaushaltes im Tagebaugebiet um Leipzig auf Basis eines Ensembles von

zehn Klimaprojektionen für Säule B des Wasserhaushaltsportales SN (Auftragnehmer: TU Dresden, IHM / BAH Berlin /

IBGW Leipzig - Laufzeit 11/ 2017 – 10/ 2018)

❙ 11 regionale GW- Modelle;

LMBV- Flutungszentrale (nur OW);

Sulfat- Prognosemodell Spree;

( AG Brandenburg);

❙ Modelle überlappen zwar einander,

überdecken aber nicht gesamten

Einflussbereich des Bergbaus

❙ Unterschiedliche Historie in der

Erstellung bedingt uneinheitliche

Abbildung der hydrogeologischen

Verhältnisse

❙ Extremsituationen (Hoch- bzw.

Niedrigwasser) sind nicht über den

gesamten Wasserhaushalt abbildbar

❙ Bergbaubürtige Stoffflüsse (Eisen,

Sulfat) sind nicht qualifiziert ableitbar

Wasserhaushalt

Lausitzer Kohlebergbaugebiet

Derzeitige inhomogene Situation der Modell- Abbildung


❙ Erstellung Großraummodell für die Lausitz unter Nutzung

von regional vorhandenen Datengrundlagen des LfULG

❙ Kopplung aller Wasserhaushalts- Komponenten zur konsistenten

Abbildung des Gesamt- Wasserhaushaltes unter den Bedingungen

des Aktiv- und Sanierungs- Bergbaus und sowie des Klimawandels

❙ Abbildung von Stofftransporten (Eisen, Sulfat) sowie Entwicklung

komplexer Steuerungsmodelle (Menge und Güte)

❙ Anbindung Großraumodell Lausitz an Wasserhaushaltsportal SN

WHP Sachsen

KliWES-A-B-C

Wasserhaushalt

Lausitzer Kohlebergbaugebiet

Weiterer Lösungsansatz


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Stand und geplante Arbeiten

❙ 2015 – Analyse Bereich Lausitz genutzter Modelle zur Abbildung von

GW- Strömung / Stofftransport im Auftrag LMBV / Vattenfall (LEAG)

in „Machbarkeitsstudie geohydraulisches Großraummodell Lausitz“

❙ 2018 – 4/2019 – Entwicklung Erstellungskonzept aus Mitteln EU-

Fond für regionale Entwicklung SN-CR im Rahmen Projekt Vita- Min

( Auftraggeber LfULG Konzept ist weitgehend fertiggestellt )

❙ Ab 2019 (geplant) – Umsetzung Erstellungskonzept in den noch

mit dem Bund verhandelten Zuständigkeiten Bergbausanierer-

Bergbautreibender- Land mit Unterstützung Projektumsetzung

über das Maßnahmenprogramm der „Kohle- Kommission“

Zusammenfassung und Ausblick


❙ Mit bisherigen FUE- Arbeiten im Projekt „KliWES“ wurden auf Basis eines innovativen

„Drei-Säulen-Konzeptes“ grundlegende Webanwendungs- Bausteine zur Modellierung,

Analyse und Visualisierung von Wasserhaushalts- Daten erstellt;

❙ Unter dem Dach des „Wasserhauhaltsportales Sachsen“ werden vorliegende Ergebnisse

Behörden, wissenschaftlichen Institutionen, Ingenieur- und Planungsbüros sowie der breiten

Öffentlichkeit webbasiert und somit ständig verfügbar bereitgestellt;

❙ Regelmäßige Weiterentwicklungen der Modellansätze auf einem fortgeschrittenem Stand

von Wissenschaft und Technik sowie Fortschreibungen von Eingangs- / Ergebnis- Daten

sind im Rahmen einer fortlaufenden Modell- Anpassung und Portal- Pflege unverzichtbar;

❙ Die webbasierten Bereitstellungen von Wasserhaushaltsdaten über die Portal- Bausteine

sollen künftig noch nutzerfreundlicher gestaltet und derzeit vorhandene „Gebietslücken“

in der Modellabdeckung für den Freistaat Sachsen schrittweise weiter geschlossen werden;

❙ Bei Projektfortschreibung „KliWES“ bzw. „Wasserhaushaltsportal Sachsen“ ist stufenweises

Vorgehen erforderlich. Derzeit (-Stand März 2019-) werden folgende Arbeiten realisiert:

❙ Bearbeitung Pilotprojekt zur Überprüfung von Daten- Grundlagen und Methodik- Ansätzen

in vier ausgewählten Analyse- Test- Gebieten ( WV- BZR: 07/ 2018 bis 06/ 2019);

❙ Vorbereitung Leistungsbeschreibung FUE- Projekt- Fortschreibung KliWES- Säulen A-B-C

für Gesamtgebiet Sachsen in einem für 2019 / 2020 realisierbarem Umfang;


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www.wasserhaushaltsportal.sachsen.de

Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit

http://www.wasserhaushaltsportal.sachsen.de/

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