wasserhaushalt im wandel von klima und landnutzung · in vier ausgewählten analyse- test- gebieten...
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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
| 18. März 2019 | Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
❙ 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
Klimawandel und Wasserhaushalt
Ziel: Mehrstufige, voneinander weitgehende unabhängige Berechnung des Wasserhaushaltes
| 18. März 2019 | Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
! 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“ !
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Veröffentlichung von KliWES- Projekt- Ergebnissen in der LfULG- Schriftenreihe
https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/26146
Klimawandel und Wasserhaushalt
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Wasserhaushaltsportal Sachsen
Startseite Gesamtanwendung (-Auszug-)
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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
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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
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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
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Wasserhaushaltsportal Sachsen Recherchesystem Säule B
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
Wasserhaushaltsportal Sachsen Recherchesystem Säule B
Ergebnis- Beispiel: Erwartung rückläufiger Entwicklungen der Abflüsse R bis 2100
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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
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Wasserhaushaltsportal Sachsen Durchflusskennwerte und Querbauwerke
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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
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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
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❙ 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
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❙ 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