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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
2 Vortragsteile
1 Einführung:Veranlassung, Aufgaben- und Zielstellung, Hintergründe, Kenntnisstand, Definitionen,
Verfahrensgrundsätze
2 Ergebnisse: Detailmethoden, Ergebnisse, Validierung,
Schlussfolgerungen, Empfehlungen
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
1 Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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…
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
2 Aufgabenstellung des LHW
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
• 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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
3 Begriffs- und Zielbestimmung
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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.
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
(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).
3 Zielstellungen im WRRL-Kontext
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
(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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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.
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
5 Ansätze und Verfahren Dritter
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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)
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
6 Verfahrensgrundsätze
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
EZG-Struktur- und Hierarchie
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
Vortragsthemen Ergebnisse
7Bewertungs-
verfahren Fließ-gewässer
8Bewertungs-
verfahren Seen
9Validierung
anhand ökologischer
Zustands-bewertung
10Validierung
anhand gemessener
Abflüsse
11Maßnahmen-
katalogx x x x
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
7 Bewertungsverfahren Fließgewässer
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
7 Bewertungsverfahren Fließgewässer Verfahrenskonzeption
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
7 Bewertungsverfahren Fließgewässer Verfahrenskonzeption
Hydrologisches RegimeFließgewässer
1 2 3 4 5
GW-Verbindung
Wassernutzung
Bau künstlicher Seen
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
Landnutzungsklassen des Abflusskomponenten-modells (Quellen: FCIR, CORINE)
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente I: Landnutzung - Datenvorlage
Entwässerungsflächen
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
0
50
100
150
200
250
0 1
67
224
11 0
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente I: Landnutzung - Ergebnisse
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
0
20
40
60
80
100
120 106
8
105
46
1325
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente II: Grundwasserverbindung - Ergebnis
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Gewässerstruktur‐kartierung
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente III: Gewässerausbau - Ergebnis
0
20
40
60
80
100
120 106
10
37
93
41
16
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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.
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Gewässerstruktur‐kartierung
Karte der morphologischen Auen
in Sachsen‐Anhalt(Biota)
Landnutzungsdaten(FCIR , Corine)
Umstellung der vereinfachten Gaukler‐Manning‐Strickler‐Formel0
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente IV: Auenveränderung - Schema
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente IV: Auenveränderung - Ergebnis
0
20
40
60
80
100
120 108
1
38
106
25 25
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
Bau künstlicher Seen
Retentionsveränderung durch künstliche Seen
Verdunstungsverluste über künstlichen Seen
Zusammenfassung:Worst Case(unabhängige Komponenten)
*
*
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente V: Bau künstlicher Seen - Ergebnis
0
50
100
150
200
250
0
238
3210 21
2
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente VI: Wassernutzung - Datengrundlage
Einleitungen nach Wasserrecht Entnahmen nach Wasserrecht
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
Wassernutzung
Wasserentnahme im OWK‐Gebiet
1 2 3 4 5
Wassereinleitungim OWK‐Gebiet
Zusammenfassung:Worst Case(unabhängige Komponenten)
*
** 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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
7 Bewertungsverfahren FließgewässerBewertungskomponente VI: Wassernutzung - Ergebnis
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0
141
5868
27
9
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
Abflusszeitreihen
Validierung
Hydrologisches RegimeFließgewässer
1 2 3 4 5
GW‐Verbindung
Auenveränderung1 2 3 4 5
Wassernutzung
Bau künstlicher Seen
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
7 Bewertungsverfahren FließgewässerGesamtbewertung – Ergebnis auf Wasserkörperebene
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
10 Validierung anhand gemessenerAbflussdaten
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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.
Natürlichkeitsgrad des hydrologischen Regimes der Oberflächenwasserkörper nach WRRL
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