@misc{PohleKochZimmermannetal., author = {Pohle, Ina and Koch, Hagen and Zimmermann, Kai and G{\"a}deke, Anne and Claus, Thomas and Uhlmann, Wilfried and Kaltofen, Michael and Redetzky, Michael and Schramm, Martina and M{\"u}ller, Fabian and Schoenheinz, Dagmar and Gr{\"u}newald, Uwe}, title = {Analyse von Wassermenge und Wasserbeschaffenheit f{\"u}r Klima- und Bewirtschaftungsszenarien: Aufbau und Nutzung einer Modellkaskade f{\"u}r das Spreeeinzugsgebiet}, series = {Hydrologie und Wasserbewirtschaftung}, volume = {60}, journal = {Hydrologie und Wasserbewirtschaftung}, number = {3}, doi = {10.5675/HyWa_2016,3_2}, pages = {176 -- 195}, abstract = {Klima{\"a}nderungen und sozio{\"o}konomische Entwicklungen k{\"o}nnen Konsequenzen f{\"u}r die Wassermengenbewirtschaftung und die Wasserbeschaffenheit nach sich ziehen. Zur Absch{\"a}tzung der Auswirkungen regionaler Entwicklungen wurde in dieser Studie eine Modellkaskade aus (i) den hydrologischen Modellen SWIM und EGMO, (ii) dem Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo und (iii) dem Wasserg{\"u}temodell GGM entwickelt, implementiert und angewandt. Die Modellkaskade bietet zudem die M{\"o}glichkeit,Anpassungsoptionen der Wassermengen- und -g{\"u}tebewirtschaftung einzubeziehen. Als Untersuchungsgebiet dient das Einzugsgebiet der Spree, in dem in Folge des jahrzehntelangen Braunkohlebergbaus und dessen R{\"u}ckgangs seit den 1990er Jahren vielf{\"a}ltige Herausforderungen hinsichtlich Wassermenge und -beschaffenheit bestehen (z. B. niedrige pH-Werte in den Tagebauseen, hohe Sulfatkonzentrationen in den Tagebauseen und Vorflutern). Die grundlegende Fragestellung ist, ob sich die bestehenden Wassermengen- und beschaffenheitsprobleme unter zuk{\"u}nftig potenziell trockeneren Bedingungen versch{\"a}rfen bzw. wie sie durch Anpassungsmaßnahmen gelindert werden k{\"o}nnen. Als klimatischer Antrieb der Modellkaskade werden stochastisch generierte Zeitreihen (Realisierungen) des Regionalen Klimamodells STAR genutzt. Die Realisierungen des Szenarios STAR 0K werden im Sinne einer Referenzvariante der rezenten klimatischen Bedingungen verwendet, um die Konsequenzen des R{\"u}ckgangs von Bergbauaktivit{\"a}ten separat zu betrachten. Zur Ermittlung der Sensitivit{\"a}t der Wasserressourcen gegen{\"u}ber einer potenziell trockeneren Zukunft dient das Szenario STAR 2K, bei dem eine weitere Erh{\"o}hung der Jahresmitteltemperatur um 2 K sowie im Mittel eine Abnahme des Jahresniederschlages projiziert wird. Die Betrachtung der sozio{\"o}konomischen Entwicklung der Region wird anhand eines Bewirtschaftungsszenarios betrachtet, welches von einem weiteren R{\"u}ckgang der Bergbauaktivit{\"a}ten in der Region ausgeht. Im Verlauf des Zeitraums 2018 2052 zeigen sich im Szenario STAR 0K nur geringe Auswirkungen auf das nat{\"u}rliche Wasserdargebot, die bewirtschafteten Abfl{\"u}sse gehen durch sinkende S{\"u}mpfungswassereinleitungen leicht zur{\"u}ck. Im Szenario STAR 2K geht das nat{\"u}rliche Wasserdargebot zur{\"u}ck und die wasserwirtschaftlichen Speicher werden st{\"a}rker in Anspruch genommen. Die bewirtschafteten Abfl{\"u}sse in der Region sinken, was negative Konsequenzen f{\"u}r die Erf{\"u}llung von Nutzeranspr{\"u}chen nach sich zieht. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Tagebauseen wiederversauern und die Sulfatkonzentrationen ansteigen, nimmt im Szenario STAR 2K im Vergleich zu STAR 0K zu. Wasserwirtschaftliche Anpassungsoptionen wurden hinsichtlich ihrer Konsequenzen f{\"u}r Wassermenge und beschaffenheit analysiert. Durch die {\"U}berleitung von Wasser aus der Elbe k{\"o}nnen die Wassermengen und beschaffenheitsprobleme gelindert werden. Die In Lake Neutralisation von Tagebauseen kann lokale Probleme der Wasserbeschaffenheit mindern.}, language = {de} } @misc{GaedekePohleKochetal., author = {G{\"a}deke, Anne and Pohle, Ina and Koch, Hagen and Gr{\"u}newald, Uwe}, title = {Trend analysis for integrated regional climate change impact assessments in the Lusatian river catchments (north-eastern Germany)}, series = {Regional Environmental Change}, volume = {17}, journal = {Regional Environmental Change}, number = {6}, issn = {1436-3798}, doi = {10.1007/s10113-017-1138-0}, pages = {1751 -- 1762}, abstract = {Trend analysis on observations and model-based climate change simulations are two commonly used methods for climate change detection and impact analysis. Here we propose an integrated assessment and interpretation of climate change impacts as a prerequisite for stakeholder outreach and planning of suitable climate change adaptation measures. The assessment includes (i) identifying trends in mete-orological and hydrological observations and their nature, (ii) analysing the relation between the mete-orological drivers and generated run-off as an integrated catchment response and (iii) analysing how hitherto changes agree with the simulations by regional climate models (RCMs). The Lusatian river catchments of Spree and Schwarze Elster, characterised by high anthropogenic impact (e.g. mining activities) and low natural water yield, serve as study areas. The results of this study suggest that in-creases in observed temperature and potential evapotranspiration are robust while observed precipitation remained nearly unchanged (1963-2006). The RCMs agree on simulating a temperature increase but simulate opposing trends for precipitation for both past (1963-2006) and future (2018-2060) periods, the latter inducing differences in the hydrological response (actual evapotranspiration and run-off). For stakeholder outreach, we communicated a range of potential future climates and identified the statistical RCMs (STAR, WettReg) as warm and dry scenarios, and the dynamical RCMs (REMO, CCLM) as wet scenarios. Ultimately, the combined analysis of trends in observations and simulation models can be beneficial for stakeholder outreach and may increase their willingness to plan and implement suitable climate change adaptation strategies which are urgently needed within the Lusatian river catchments.}, language = {en} } @inproceedings{PohleGaedekeKochetal., author = {Pohle, Ina and G{\"a}deke, Anne and Koch, Hagen and Sch{\"u}mberg, Sabine and Hinz, Christoph}, title = {Can water resources management alleviate the uncertainty of projected climate change impacts on river discharge? - A comparative study in two hydrologically similar catchments with different level of management}, series = {International Soil and Water Assessment Tool Conference. SWAT 2017, June 28 - 30, Warsaw, Poland, Book of Abstracts}, booktitle = {International Soil and Water Assessment Tool Conference. SWAT 2017, June 28 - 30, Warsaw, Poland, Book of Abstracts}, pages = {10 -- 11}, abstract = {Climate change impact studies are associated with error propagation and amplification of uncertainties through model chains from global climate models down to impact (e.g. hydrological) models. The effect of water management, which reduces discharge variability, is often not considered in climate change impact studies. Here, we investigated how water resources management influences discharge variability and uncertainty propagation of climate change scenarios by combining the analyses of observed flow records and model-based climate change impact simulations. Two neighbouring catchments, the Schwarze Elster River (Germany) and the Spree River (Germany and Czech Republic) which are similar in climate, topography and land use, but different in terms of water resources management were chosen as study area. The intense water resources management in the Spree River catchment includes a high reservoir capacity, water use in terms of mining discharges and water withdrawals by power plants as well as water transfers. The analysis of historical flow records focusses on variability indices (Parde index, Richards-Baker-Flashiness Index, Interquartile Ratio and Baseflow Index). The climate change impact simulations were carried out using a model cascade of (i) the statistical regional model STAR (100 stochastically generated realizations each for 3 scenarios with different prescribed temperature trend), (ii) the hydrological models SWIM and EGMO, and (iii) the water resources management model WBalMo. The analysis of the observed discharges reveals that the annual discharge variability in the Spree catchment is dominated by mining activities rather than natural rainfall-runoff processes. Due to the high reservoir capacity in the Spree catchment its discharge is characterised by less seasonality and short-term variability compared to the Schwarze Elster. Simulations with climate change scenarios assuming increasing temperature and decreasing precipitation result in pronounced reductions of discharge in both catchments. The differences in potential natural discharges between the Schwarze Elster and the Spree catchments as projected by the hydrological models SWIM and EGMO are marginal. The uncertainties related to the climate projection are propagated through the hydrological models. In the Schwarze Elster catchment, the managed discharges simulated by WBalMo are comparable to the potential natural discharges. In the Spree River however, the short-term variability is moderated by water resources management and managed discharge under climate change is less affected by amplification of uncertainties through model chains. The results of the study, which combines the analyses of observed flow records and model-based climate change impact simulations, imply that generally, effective water resources management reducing discharge variability hence also reduces uncertainty related to climate change impacts on river discharge. Catchments with a high storage ratio are thus less vulnerable to changing climate conditions. This underlines the role of water resources management in coping with climate change impacts. Yet, due to decreasing reservoir volumes in drought periods, reservoir management alone cannot compensate strong changes in climate conditions over long time periods.}, language = {en} } @inproceedings{PohleGaedekeKochetal., author = {Pohle, Ina and G{\"a}deke, Anne and Koch, Hagen and Sch{\"u}mberg, Sabine and Hinz, Christoph}, title = {Kann Wasserressourcenbewirtschaftung die Unsicherheiten projizierter Klimafolgen auf den Abfluss vermindern? - Ein Vergleich in zwei hydrologisch {\"a}hnlichen Einzugsgebieten mit unterschiedlichem Ausmaß des Bewirtschaftungseinflusses}, series = {M³ - Messen, Modellieren, Managen in Hydrologie und Wasserressourcenbewirtschaftung. Beitr{\"a}ge zum Tag der Hydrologie am 22./23. M{\"a}rz 2018 an der Technischen Universit{\"a}t Dresden}, booktitle = {M³ - Messen, Modellieren, Managen in Hydrologie und Wasserressourcenbewirtschaftung. Beitr{\"a}ge zum Tag der Hydrologie am 22./23. M{\"a}rz 2018 an der Technischen Universit{\"a}t Dresden}, editor = {Sch{\"u}tze, Niels and M{\"u}ller, Uwe and Schwarze, Robert and W{\"o}hling, Thomas and Grundmann, Jens}, publisher = {Technische Universit{\"a}t}, address = {Dresden}, pages = {S. 30}, abstract = {Studien zum Einfluss des zuk{\"u}nftigen Klimawandels auf das Abflussgeschehen fokussieren oft auf die Fortpflanzung von Unsicherheiten in Modellkaskaden, ber{\"u}cksichtigen meist jedoch die Wasserressourcenbewirtschaftung nur ungen{\"u}gend. Wir untersuchten den Einfluss der Wasserressourcenbewirtschaftung auf die Abflussvariabilit{\"a}t und die Fortpflanzung von Unsicherheiten von Klimaprojektionen auf Abflusssimulationen in den Einzugsgebieten von Spree (bis Pegel Große Tr{\"a}nke: 6200 km²) und Schwarzer Elster (5700 km²). Die Einzugsgebiete {\"a}hneln sich hinsichtlich Klima, Topographie, Boden und Landnutzung, jedoch ist das Spreeeinzugsgebiet st{\"a}rker durch den Braunkohletagebau und die damit verbundenen Bewirtschaftung gepr{\"a}gt und durch einen h{\"o}heren Speicherausbaugrad gekennzeichnet. Um zwischen Bewirtschaftungseinfl{\"u}ssen und meteorologischen Einfl{\"u}ssen zu separieren, wurden f{\"u}r den Zeitraum 1961-2005 beobachtete Abfl{\"u}sse mit durch das Modell SWIM rekonstruierten nat{\"u}rlichen (d.h. ohne Bewirtschaftungseinfluss) Abfl{\"u}ssen der Vergangenheit verglichen. M{\"o}gliche Einfl{\"u}sse des Klimawandels wurden f{\"u}r den Zeitraum 2018-2052 auf Grundlage von 3 Szenarien des statistischen Regionalmodells STAR (je 100 Realisierungen) mit SWIM (nat{\"u}rliche Abfl{\"u}sse) und dem Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo (bewirtschaftete Abfl{\"u}sse) modelliert. Die Analyse erfolgte mit Fokus auf Saisonalit{\"a}t, Oszillation, Verteilung und r{\"a}umliche Variabilit{\"a}t der Abfl{\"u}sse. Der Vergleich zwischen beobachteten und nat{\"u}rlichen Abfl{\"u}ssen der vergangenen Jahrzehnte zeigt, dass die zwischenj{\"a}hrliche Abflussvariabilit{\"a}t im Spreeeinzugsgebiet st{\"a}rker durch Grubenwassereinleitungen als durch nat{\"u}rliche hydrologische Prozesse bestimmt wurde. Zus{\"a}tzlich f{\"u}hrt der h{\"o}here Speicherausbaugrad dazu, dass die kurzzeitliche und saisonale Variabilit{\"a}t im Spreeeinzugsgebiet geringer als im Einzugsgebiet der Schwarzen Elster ist. Simulationen mit Klimaszenarien, welche steigende Jahresmitteltemperaturen und einen R{\"u}ckgang der Niederschlagsjahressummen enthalten, f{\"u}hren zu deutlichen Abflussr{\"u}ckg{\"a}ngen. Die Unterschiede der nat{\"u}rlichen Abfl{\"u}sse beider Einzugsgebiete sind gering, die Unsicherheiten der Klimaprojektionen werden durch die hydrologische Modellierung verst{\"a}rkt. Die nat{\"u}rlichen und bewirtschafteten Abfl{\"u}sse der Schwarzen Elster unter Klimawandel unterscheiden sich kaum. Im Spreeeinzugsgebiet zeigt sich eine deutliche Verringerung der Variabilit{\"a}t und Unsicherheiten unter Klimawandel von den nat{\"u}rlichen zu den bewirtschafteten Abfl{\"u}ssen. Die Analysen zeigen, dass effektive Wasserressourcenbewirtschaftung die Abflussvariabilit{\"a}t verringern kann und damit auch dazu beitragen kann, die sich aus Klimawandelprojektionen ergebenden Unsicherheiten zu vermindern. Einzugsgebiete mit einem hohen Ausbaugrad weisen weniger Vulnerabilit{\"a}t bez{\"u}glich klimatischer {\"A}nderungen auf. Dies unterstreicht die Bedeutung von Wasserresourcenbewirt-schaftungf{\"u}r die Anpassung an den Klimawandel.}, language = {de} } @misc{PohleGaedekeSchuembergetal., author = {Pohle, Ina and G{\"a}deke, Anne and Sch{\"u}mberg, Sabine and Hinz, Christoph and Koch, Hagen}, title = {Management Influences on Stream-Flow Variability in the Past and Under Potential Climate Change in a Central European Mining Region}, series = {Water Resource Management}, volume = {33}, journal = {Water Resource Management}, number = {15}, issn = {1573-1650}, doi = {10.1007/s11269-019-02432-3}, pages = {5191 -- 5206}, abstract = {Robust assessments of stream-flow volume and variability under current and potential future conditions are essential for sustainable water resources planning and management. Nonlinear and overlapping responses to climate, land use, and water resources management (WRM) make it difficult to link observed stream-flow variability to individual drivers and to project potential future changes in stream-flow volume and variability. Here, we investigate WRM influences on stream-flow variability for two rivers with similar natural catchment characteristics, the Schwarze Elster and the Spree. The Schwarze Elster is characterized by less intensive WRM compared to the Spree. Management influences on stream-flow variability in the past were analysed by comparing observed managed stream-flow with simulated natural flow (model SWIM). Simulation results of natural flow and managed stream-flow (model WBalMo) forced by different climate scenarios were investigated to assess management influences on potential future stream-flow. The Schwarze Elster shows little management influences on stream-flow both in the past and under future scenarios. WRM related to lignite mining activities rather than natural processes dominated seasonal and annual stream-flow variability of the Spree in the past, while reservoir management mainly impacted short-term variability. Long-term and short-term stream-flow variability of the Spree are expected to be further reduced in future by reservoir management and water transfers to ensure minimum flow requirements. Strong impacts ofWRM in reducing stream-flow variability in future scenarios underline the role of reservoir management as an effective and flexible adaptation option to uncertain climate change impacts on hydrology.}, language = {en} }