QBIC³/KliFluM

Projekttitel

Québec-Bavarian International Collaboration on Climate Change - Klimawandel und Flussgebietsmanagement

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Kurzbeschreibung und wesentliche Methoden

Anpassung des regionalen Flussgebietsmanagements in Bayern und Québec an den Klimawandel.

Ziel des Projektes war die Untersuchung von Unsicherheiten zwischen den Gliedern der Modellkette bei wasserwirtschaftlichen Fragestellungen in einer modellbasierten Klimawandelstudie. Der Fokus richtete sich insbesondere auf den Einfluss der verwendeten globalen/regionalen Klimamodelle sowie den der nachgeschalteten bzw. gekoppelten hydrologischen Modelle.

Der anwenderbezogene Teil des Projektes war die Entwicklung und Anwendung integrierter, regionalisierbarer Flussgebietsmanagementmodelle. Mit deren Hilfe ließen sich Szenarien verschiedener Bewirtschaftungsstrategien simulieren, welche den Abschluss der gesamten Unsicherheitskette bildeten.

Spezifische wasserwirtschaftliche Problemstellungen wurden in den jeweiligen Untersuchungsräumen in Bayern (Isar – Bewirtschaftung Sylvensteinspeicher, Altmühl‐Regnitz – Donau-Main-Überleitung) und Quebec (Gatineau, Haut‐Saint Francois) untersucht. In beiden bayerischen Gebieten waren Fragen der Speicherbewirtschaftung und der Niedrigwasseraufhöhung von wesentlichem Interesse, im Gebiet der oberen Isar zusätzlich das Wasserkraftpotenzial.

Ein repräsentatives Ensemble von Klimamodellen zur Analyse verschiedener Unsicherheitsquellen wurde zusammengestellt:

1. Drei Läufe des dynamischen regionalen Klimamodells KNMI‐RACMO2 angetrieben mit drei Membern des globalen Klimamodell ECHAM5 sowie drei Läufe des dynamischen regionalen Klimamodells SMHI‐RCA3 angetrieben mit den globalen Klimamodellen BCM, HadCM3Q3, ECHAM5.
2. Drei Läufe des statistischen regionalen Klimamodells WETTREG2010 angetrieben mit dem globalen Klimamodell ECHAM5.

Mit diesen wurden Wasserhaushaltsmodellierungen mit den hydrologischen Modellen WaSiM, PROMET, Hydrotel (physikalisch/konzeptionelle Modelle) und HSAMI (Blockmodel) durchgeführt. Vorher erfolgten eine Bias-Adjustierung mit dem LOCI-Verfahren sowie ein räumliches Downscaling auf ein 1x1km-Raster mit dem Verfahren SCALMET. Mit den resultierenden Ergebnissen konnten somit Kreuzvergleiche durchgeführt werden und die einzelnen Unsicherheitsquellen quantifiziert werden.

Bei den Wasserhaushaltsmodellierungen mit WaSiM wurde für die Isar das in WASIM integrierte Managementmodul verwendet. Für das fränkische Überleitungssystem wurde ein externes Modell entwickelt, das die Modellergebnisse als Eingabedaten verwendete.

Für alle Untersuchungen wurde als Referenzzeitraum November 1971 bis Oktober 2000 und als Projektionszeitraum November 2041 bis Oktober 2070 festgelegt. Als Referenz wurde der im Projekt GLOWA-Danube erzeugte meteorologische Datensatz verwendet, welcher in täglicher Auflösung in einer Auflösung von 1km zur Verfügung stand.

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der vollständige Abschlussbericht ist auf Anfrage erhältlich.

Altmühl-Regnitz

Im Ergebnis zeigten sich die betrachteten dynamischen Klimaprojektionen als moderate Planungsszenarien mit einem meist mäßigen Rückgang der sommerlichen Abflüsse. Während in diesen Projektionen der Aufhöhungsbedarf am Pegel Hüttendorf nicht drastisch zunahm, stieg die Zahl der Tage an, an denen am Pegel Kelheimwinzer keine Entnahme von Überleitungswasser möglich ist. Insgesamt wurden die Änderungen aber als mäßig eingestuft. Die Ergebnisse führen zu dem Schluss, dass eine Anpassung an die Folgen des Klimawandels zwar erforderlich sein wird, allerdings im Rahmen passiver Maßnahmen kontrolliert werden kann.

Dagegen eignen sich die WETTREG2010-Simulationen vor allem als "Worst-Case"-Simulationen einer besonders warmen und trockenen Entwicklung. Sowohl der Aufhöhungsbedarf am Pegel Hüttendorf als auch die Tage mit Entnahmeeinschränkung am Pegel Kelheimwinzer würden deutlich zunehmen. Eine Aufrechterhaltung des Bewirtschaftungssystems nach heutigen Maßstäben wäre nicht möglich, sondern würde Umstrukturierungen erfordern.

Obere Isar

Den Verfassern der Studie lagen keine Angaben zu den konkreten Bewirtschaftungsregeln des Sylvensteinspeichers, insbesondere zur praktizierten Niedrigwasseraufhöhung, vor. Die Ergebnisse gehen daher von einer stark vereinfachten Praxis aus, zeigen aber dennoch die mögliche Entwicklung in Abhängigkeit des natürlichen Abflussdargebots und liefern somit wertvolle Hinweise für die in Zukunft möglichen Handlungsspielräume und gebotenen Planungen.

Unter Annahme der dynamischen Klimaprojektionen können die mittleren und Niedrigwasserabflüsse im Sommer und Herbst zwar abnehmen, aber ohne die Niedrigwassersituation deutlich zu verschärfen. Dagegen zeigen Winter und Frühjahr eine leichte Abflusszunahme. Unter diesen moderaten Szenarien scheint die Bewirtschaftung des Sylvensteinspeichers kaum beeinträchtigt. Eine Anpassung der bestehenden Bewirtschaftungssysteme in den Bereichen Niedrigwasseraufhöhung und auch Stromproduktion scheint durch passive Maßnahmen erreichbar.

Im Fall des Worst-Case-Szenarios WETTREG2010 ist mit einer erheblichen Veränderung der Hydrologie mit erhöhtem Niedrigwasserrisiko vor allem im Sommer zu rechnen. Die Analyse des Wasserkraftpotentials weist, bei Beibehaltung des jetzigen Betriebs auf eine Reduktion um mehr als 20% am Walchenseekraftwerk hin. Es wären also aktive (auch bautechnische) Maßnahmen erforderlich, um die bestehenden Bewirtschaftungssysteme in den Bereichen Stromerzeugung und Niedrigwasseraufhöhung aufrecht erhalten zu können.

Methodisches

Für die Main-Donauüberleitung wurde das Managementmodell franTrans entwickelt. Es basiert auf einem fuzzy‐logic‐Ansatz und erlaubt die spezifische Festlegung von Bewirtschaftungsregeln für die einzelnen Elemente der Überleitung. Für die Isar wurden die integrierten Möglichkeiten WASIMs für die Modellierung Wassermanagements (Speicher, Überleitungen,usw.) verwendet. Wegen der spezifischen Wasserqualitätsproblematik des Altmühlsees wurden vorbereitende Untersuchungen mit den Modellen SWAT und AQUATOX durchgeführt, um eine Modellumgebung zu schaffen, mit der die Folgen von Landnutzung und Klimawandel für die Wasserqualität der Altmühl simuliert werden können. Für das Einzugsgebiet der Oberen Isar wurde das WaSIM‐Bewirtschaftungsmodul im Rahmen der verfügbaren Daten an die bestehende Praxis angepasst.

Projektpartner

• Consortium Ouranos; Québec/Kanada
• Centre d’Expertise Hydrique du Québec (Québec expertise centre on water - CEHQ); Québec/Kanada
• Hydro-Québec; Québec/Kanada
• McGill University Montreal, Québec/Kanada
• Université Laval Québec City, Québec/Kanada
• Ludwig-Maximilian Universität (LMU) München
• Wasserwirtschaftsämter Ansbach und Weilheim
• Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU)

Projektleitung

Professor Dr. Ralf Ludwig, Department für Geographie, Ludwig-Maximilian Universität, München.

Laufzeit

2009 bis 2012

Förderung

Die bayerischen Projektpartner werden vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Gesundheit gefördert.