Regionaler Wasserhaushalt im Wandel
Klimawirkungen und Anpassungsoptionen in der Modellregion Dresden
herausgegeben von Stephanie Hänsel und weiterenStephanie Hänsel, Kirsten Ullrich, Thomas Sommer, Raphael Benning, Norbert Prange, Jörg Matschullat (Hrsg.)
Regionaler Wasserhaushalt im Wandel.
Klimawirkungen und Anpassungsoptionen in der Modellregion Dresden
Band 5 der Publikationsreihe des BMBF-geförderten Projektes REGKLAM – Regionales Klimaanpassungsprogramm für die Modellregion Dresden
202 Seiten. DIN A4. Broschur. Zahlreiche Abbildungen und Tabellen, 70 davon in Farbe und 6 ausfaltbare Karten. Preis: 45,00 Euro. ISBN: 978-3-944101-14-9. RHOMBOS-VERLAG, Berlin, 2013
Das Projekt REGKLAM wird vom BMBF gefördert – Förderkennzeichen FKZ 01LR0802.
Internet: http://www. regklam. de/
Herausgeber Band 5: Prof. Dr. rer. nat. habil. Jörg Matschullat (verantwortlich), Professur für Geochemie und Geoökologie, Institut für Mineralogie, TU Bergakademie Freiberg Brennhausgasse 14, D-09596 Freiberg/Sachsen Internet: http://tu-freiberg. de/fakult3/min/geochemie/Mitarbeiter/Matschullat/index. html
Kontakt:
Vorwort zu Heft 5 Physischer Klimawandel, ob global oder regional, hat neben der Veränderung des atmosphärischen Temperatursignals seine stärksten Auswirkungen in der Veränderung hydrologischer Parameter. Während der Band 1 der REGKLAM-Reihe die aktuelle Meteorologie und Klimatologie der Modellregion Dresden beschreibt (Bernhofer et al. 2009) und Band 2 die modellbasierten Projektionen bis in das Jahr 2100 darstellt (Bernhofer et al. 2011), widmet sich dieser Band, darauf aufbauend, dem hydrologischen Wandel in der Region. Hydrologische Analysen orientieren sich im Normalfall nicht an administrativen Grenzen – wie denen der REGKLAM-Modellregion Dresden – sondern werden auf Einzugsgebietseben vorgenommen. Daher liegt der Fokus dieses Bandes auf ausgewählten kleinen Einzugsgebieten innerhalb der Modellregion Dresden mit vergleichsweise guter Datengrundlage. Deren Ergebnisse sind weitgehend übertragbar auf die Gesamtregion. Im REGKLAM-Projekt beschäftigten sich innerhalb des Teilmoduls 3.2 „Wassersysteme“ mehrere Teilprojekte mit den Veränderungen im regionalen Wasserhaushalt und dem daraus erwachsenden Anpassungsbedarf sowie den eher technischen Anpassungsaspekten der Wasserver- und -entsorgung. Dieser Band konzentriert sich auf die Darstellung der wesentlichen Ergebnisse der Teilprojekte 3.2.1 “Wasserhaushalt im Einzugsgebiet von Talsperren” und 3.2.2 „Wasserhaushalt Stadt-Umland“. Die in den Teilprojekten 3.2.3 „Wasserversorgung“ und 3.2.4 „Abwasserentsorgung“ erarbeiten Anpassungsbedarfe und (ingenieurtechnischen) Maßnahmen sind unter anderem im 7. Band dieser Reihe (REGKLAM-Konsortium 2013) zusammengefasst, wo auch weitere Ausführungen zu den Anpassungsmaßnahmen im Bereich des Wasserhaushalten nachzulesen sind. Der Fokus dieses Bandes liegt auf dem Oberflächen- und dem Grundwasser. Unter Nutzung von vier ausgewählten Impaktmodellen werden der (Oberflächen-)Wasserhaushalt von städtischen und Talsperren-Einzugsgebieten sowie der Grundwasserhaushalt der Stadt Dresden quantifiziert und deren für das 21. Jahrhundert erwartete Veränderungen abgeschätzt. Dabei werden auch qualitative Aspekte betrachtet. Die in diesem Band dargelegten Impaktanalysen basieren weitgehend auf den Projektionen der beiden regionalen Klimamodelle WETTREG 2010 und CLM. Durch die von den Modellen für das 21. Jahrhundert sehr unterschiedlich projizierte Niederschlagsentwicklung in der Modellregion ergibt sich eine große Bandbreite zukünftig möglicher Entwicklungen des regionalen Wasserhaushaltes, die robuste und/ oder flexible Anpassungsmaßnahmen verlangt. Die sich aus der Wahl des Klimamodells, des Emissionsszenarios und des Wirkmodells ergebenden Unsicherheiten werden im Heft an verschiedener Stelle thematisiert. Zudem wird der Einfluss der weiteren für die Impaktmodellierung notwendigen Geobasisdaten auf die Simulationsergebnisse thematisiert. Diese liegen selbst in so hochentwickelten Ländern wie Deutschland nicht immer in der erforderlichen Qualität und Quantität vor und müssen zum Teil mühsam aus verschiedensten Quellen zusammengepuzzelt oder abgeschätzt werden. Der vorliegende Band 5 der REGKLAM-Publikationsreihe entstand aus der Zusammenarbeit von Mitarbeitern der Projektpartner TU Bergakademie Freiberg, TU Dresden, Dresdner Grundwasserforschungszentrum e. V. und Landeshauptstadt Dresden. Zudem wurden im Verlauf der Projektarbeit vielfältige weitere assoziierte Praxispartner eingebunden, um die Analysen möglichst bedarfs-, praxis- und umsetzungsgerecht zu gestalten. Wir danken allen an der Entstehung dieses Bandes Beteiligten für ihre intensive, zum Teil recht kurzfristige Mitarbeit und die oft sehr kreativen Beiträge. Großer Dank für die langfristige Förderung des REGKLAM-Projektes gebührt ferner dem BMBF.
Stephanie Hänsel & Jörg Matschullat (TU Bergakademie Freiberg) Autoren (Kapitel bzw. Abschnitte) TU Bergakademie Freiberg (TUBAF) Stephanie Hänsel (1.2, 2, 4.1 & 5) Sabine Tesch (2.1, 3.3 & 4.3.1) Daniel Leistner (4.1) Volkmar Dunger (4.1) Jörg Matschullat (6) Anne Schucknecht (1)
TU Dresden (TUD) Norbert Prange (2.1, 2.4, 3.1 & 4.2.1) Raphael Benning (3.2 & 4.2.2) Ruben Müller (5.1)
Dresdner Grundwasserforschungszentrum e. V. (DGFZ) Thomas Gottschalk (3.4 & 4.3.2) Uwe Stodolny (4.3.2) Thomas Sommer (1.2, 4.3.2 & 5)
Landeshauptstadt Dresden (LHD) Kirsten Ullrich (1.2, 5.2 & 5.3)
Inhaltsverzeichnis
1 Hydrologischer Wandel 1 1.1 Wasserkreislauf und Wasserhaushalt 1 1.2 Wasserhaushalt des Stadtgebietes Dresden 2 1.3 Klima- und Landnutzungswandel, Hydrologie 4 2 Grundlagen 5 2.1 Das Klima der Modellregion 5 2.2 Meteorologische Beobachtungsdaten 6 2.3 Klimaprojektionsdaten 7 2.4 Umgang mit Unsicherheiten 10 2.5 Regionaler Klimawandel 14 3 Wirkmodelle 25 3.1 WaSiM-ETH 25 3.2 SWAT 28 3.3 BOWAM 30 3.4 PCGEOFIM 34 4 Simulierte Änderungssignale 37 4.1 Urbane Fließgewässer 38 4.2 Wasser- und Stoffhaushalt im Einzugsgebiet von Talsperren 56 4.2.1 Änderungen im Wasserhaushalt von Talsperren-Einzugsgebieten, einschließlich der Bewertung von Unsicherheiten 56 4.2.2 Stoffausträge aus einem mesoskaligen Talsperren-Einzugsgebiet 76 4.3 Grundwasser 88 4.3.1 Grundwasserneubildung 88 4.3.2 Grundwasserbilanzen und Grundwasserstände 106 5 Mögliche Auswirkungen und Anpassungsoptionen 125 5.1 Talsperrenbewirtschaftung 127 5.2 Grundwasserbewirtschaftung 143 5.3 Umwelt- und Prozessmonitoring 153 6 Zusammenfassende Gesamtbetrachtung und Bewertung 155 7 Literatur 165 Anhang 172
Band 5 der Publikationsreihe des BMBF-geförderten Projektes REGKLAM – Regionales Klimaanpassungsprogramm für die Modellregion Dresden
202 Seiten. DIN A4. Broschur. Zahlreiche Abbildungen und Tabellen, 70 davon in Farbe und 6 ausfaltbare Karten. Preis: 45,00 Euro. ISBN: 978-3-944101-14-9. RHOMBOS-VERLAG, Berlin, 2013
Das Projekt REGKLAM wird vom BMBF gefördert – Förderkennzeichen FKZ 01LR0802.
Internet: http://www. regklam. de/
Herausgeber Band 5: Prof. Dr. rer. nat. habil. Jörg Matschullat (verantwortlich), Professur für Geochemie und Geoökologie, Institut für Mineralogie, TU Bergakademie Freiberg Brennhausgasse 14, D-09596 Freiberg/Sachsen Internet: http://tu-freiberg. de/fakult3/min/geochemie/Mitarbeiter/Matschullat/index. html
Kontakt:
Vorwort zu Heft 5 Physischer Klimawandel, ob global oder regional, hat neben der Veränderung des atmosphärischen Temperatursignals seine stärksten Auswirkungen in der Veränderung hydrologischer Parameter. Während der Band 1 der REGKLAM-Reihe die aktuelle Meteorologie und Klimatologie der Modellregion Dresden beschreibt (Bernhofer et al. 2009) und Band 2 die modellbasierten Projektionen bis in das Jahr 2100 darstellt (Bernhofer et al. 2011), widmet sich dieser Band, darauf aufbauend, dem hydrologischen Wandel in der Region. Hydrologische Analysen orientieren sich im Normalfall nicht an administrativen Grenzen – wie denen der REGKLAM-Modellregion Dresden – sondern werden auf Einzugsgebietseben vorgenommen. Daher liegt der Fokus dieses Bandes auf ausgewählten kleinen Einzugsgebieten innerhalb der Modellregion Dresden mit vergleichsweise guter Datengrundlage. Deren Ergebnisse sind weitgehend übertragbar auf die Gesamtregion. Im REGKLAM-Projekt beschäftigten sich innerhalb des Teilmoduls 3.2 „Wassersysteme“ mehrere Teilprojekte mit den Veränderungen im regionalen Wasserhaushalt und dem daraus erwachsenden Anpassungsbedarf sowie den eher technischen Anpassungsaspekten der Wasserver- und -entsorgung. Dieser Band konzentriert sich auf die Darstellung der wesentlichen Ergebnisse der Teilprojekte 3.2.1 “Wasserhaushalt im Einzugsgebiet von Talsperren” und 3.2.2 „Wasserhaushalt Stadt-Umland“. Die in den Teilprojekten 3.2.3 „Wasserversorgung“ und 3.2.4 „Abwasserentsorgung“ erarbeiten Anpassungsbedarfe und (ingenieurtechnischen) Maßnahmen sind unter anderem im 7. Band dieser Reihe (REGKLAM-Konsortium 2013) zusammengefasst, wo auch weitere Ausführungen zu den Anpassungsmaßnahmen im Bereich des Wasserhaushalten nachzulesen sind. Der Fokus dieses Bandes liegt auf dem Oberflächen- und dem Grundwasser. Unter Nutzung von vier ausgewählten Impaktmodellen werden der (Oberflächen-)Wasserhaushalt von städtischen und Talsperren-Einzugsgebieten sowie der Grundwasserhaushalt der Stadt Dresden quantifiziert und deren für das 21. Jahrhundert erwartete Veränderungen abgeschätzt. Dabei werden auch qualitative Aspekte betrachtet. Die in diesem Band dargelegten Impaktanalysen basieren weitgehend auf den Projektionen der beiden regionalen Klimamodelle WETTREG 2010 und CLM. Durch die von den Modellen für das 21. Jahrhundert sehr unterschiedlich projizierte Niederschlagsentwicklung in der Modellregion ergibt sich eine große Bandbreite zukünftig möglicher Entwicklungen des regionalen Wasserhaushaltes, die robuste und/ oder flexible Anpassungsmaßnahmen verlangt. Die sich aus der Wahl des Klimamodells, des Emissionsszenarios und des Wirkmodells ergebenden Unsicherheiten werden im Heft an verschiedener Stelle thematisiert. Zudem wird der Einfluss der weiteren für die Impaktmodellierung notwendigen Geobasisdaten auf die Simulationsergebnisse thematisiert. Diese liegen selbst in so hochentwickelten Ländern wie Deutschland nicht immer in der erforderlichen Qualität und Quantität vor und müssen zum Teil mühsam aus verschiedensten Quellen zusammengepuzzelt oder abgeschätzt werden. Der vorliegende Band 5 der REGKLAM-Publikationsreihe entstand aus der Zusammenarbeit von Mitarbeitern der Projektpartner TU Bergakademie Freiberg, TU Dresden, Dresdner Grundwasserforschungszentrum e. V. und Landeshauptstadt Dresden. Zudem wurden im Verlauf der Projektarbeit vielfältige weitere assoziierte Praxispartner eingebunden, um die Analysen möglichst bedarfs-, praxis- und umsetzungsgerecht zu gestalten. Wir danken allen an der Entstehung dieses Bandes Beteiligten für ihre intensive, zum Teil recht kurzfristige Mitarbeit und die oft sehr kreativen Beiträge. Großer Dank für die langfristige Förderung des REGKLAM-Projektes gebührt ferner dem BMBF.
Stephanie Hänsel & Jörg Matschullat (TU Bergakademie Freiberg) Autoren (Kapitel bzw. Abschnitte) TU Bergakademie Freiberg (TUBAF) Stephanie Hänsel (1.2, 2, 4.1 & 5) Sabine Tesch (2.1, 3.3 & 4.3.1) Daniel Leistner (4.1) Volkmar Dunger (4.1) Jörg Matschullat (6) Anne Schucknecht (1)
TU Dresden (TUD) Norbert Prange (2.1, 2.4, 3.1 & 4.2.1) Raphael Benning (3.2 & 4.2.2) Ruben Müller (5.1)
Dresdner Grundwasserforschungszentrum e. V. (DGFZ) Thomas Gottschalk (3.4 & 4.3.2) Uwe Stodolny (4.3.2) Thomas Sommer (1.2, 4.3.2 & 5)
Landeshauptstadt Dresden (LHD) Kirsten Ullrich (1.2, 5.2 & 5.3)
Inhaltsverzeichnis
1 Hydrologischer Wandel 1 1.1 Wasserkreislauf und Wasserhaushalt 1 1.2 Wasserhaushalt des Stadtgebietes Dresden 2 1.3 Klima- und Landnutzungswandel, Hydrologie 4 2 Grundlagen 5 2.1 Das Klima der Modellregion 5 2.2 Meteorologische Beobachtungsdaten 6 2.3 Klimaprojektionsdaten 7 2.4 Umgang mit Unsicherheiten 10 2.5 Regionaler Klimawandel 14 3 Wirkmodelle 25 3.1 WaSiM-ETH 25 3.2 SWAT 28 3.3 BOWAM 30 3.4 PCGEOFIM 34 4 Simulierte Änderungssignale 37 4.1 Urbane Fließgewässer 38 4.2 Wasser- und Stoffhaushalt im Einzugsgebiet von Talsperren 56 4.2.1 Änderungen im Wasserhaushalt von Talsperren-Einzugsgebieten, einschließlich der Bewertung von Unsicherheiten 56 4.2.2 Stoffausträge aus einem mesoskaligen Talsperren-Einzugsgebiet 76 4.3 Grundwasser 88 4.3.1 Grundwasserneubildung 88 4.3.2 Grundwasserbilanzen und Grundwasserstände 106 5 Mögliche Auswirkungen und Anpassungsoptionen 125 5.1 Talsperrenbewirtschaftung 127 5.2 Grundwasserbewirtschaftung 143 5.3 Umwelt- und Prozessmonitoring 153 6 Zusammenfassende Gesamtbetrachtung und Bewertung 155 7 Literatur 165 Anhang 172