Refine
Year of publication
Document Type
Keywords
- Hochwasser (4)
- SWIM (2)
- Autocorrelation (1)
- DWA-M 541 (1)
- Disaggregation (1)
- Hochwassersystem (1)
- Hydrological modelling (1)
- Intra-event intermittency (1)
- Mining (1)
- Niedrigwasser (1)
Institute
BTU
Studien zum Einfluss des zukünftigen Klimawandels auf das Abflussgeschehen fokussieren oft auf die Fortpflanzung von Unsicherheiten in Modellkaskaden, berücksichtigen meist jedoch
die Wasserressourcenbewirtschaftung nur ungenügend. Wir untersuchten den Einfluss der Wasserressourcenbewirtschaftung auf die Abflussvariabilität und die Fortpflanzung von Unsicherheiten von Klimaprojektionen auf Abflusssimulationen in den Einzugsgebieten von
Spree (bis Pegel Große Tränke: 6200 km²) und Schwarzer Elster (5700 km²). Die Einzugsgebiete ähneln sich hinsichtlich Klima, Topographie, Boden und Landnutzung, jedoch ist das Spreeeinzugsgebiet stärker durch den Braunkohletagebau und die damit verbundenen Bewirtschaftung geprägt und durch einen höheren Speicherausbaugrad gekennzeichnet. Um zwischen Bewirtschaftungseinflüssen und meteorologischen Einflüssen zu separieren, wurden für den Zeitraum 1961-2005 beobachtete Abflüsse mit durch das Modell SWIM rekonstruierten natürlichen (d.h. ohne Bewirtschaftungseinfluss) Abflüssen der Vergangenheit verglichen. Mögliche Einflüsse des Klimawandels wurden für den Zeitraum 2018-2052 auf Grundlage von 3 Szenarien des statistischen Regionalmodells STAR (je 100 Realisierungen) mit SWIM (natürliche Abflüsse) und dem Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo (bewirtschaftete Abflüsse) modelliert. Die Analyse erfolgte mit Fokus auf Saisonalität, Oszillation, Verteilung und räumliche Variabilität der Abflüsse. Der Vergleich zwischen beobachteten
und natürlichen Abflüssen der vergangenen Jahrzehnte zeigt, dass die zwischenjährliche Abflussvariabilität im Spreeeinzugsgebiet stärker durch Grubenwassereinleitungen als durch natürliche hydrologische Prozesse bestimmt wurde. Zusätzlich führt der höhere Speicherausbaugrad dazu, dass die kurzzeitliche und saisonale Variabilität im Spreeeinzugsgebiet geringer als im Einzugsgebiet der Schwarzen Elster ist. Simulationen mit Klimaszenarien, welche
steigende Jahresmitteltemperaturen und einen Rückgang der Niederschlagsjahressummen enthalten, führen zu deutlichen Abflussrückgängen. Die Unterschiede der natürlichen Abflüsse
beider Einzugsgebiete sind gering, die Unsicherheiten der Klimaprojektionen werden durch die hydrologische Modellierung verstärkt. Die natürlichen und bewirtschafteten Abflüsse
der Schwarzen Elster unter Klimawandel unterscheiden sich kaum. Im Spreeeinzugsgebiet zeigt sich eine deutliche Verringerung der Variabilität und Unsicherheiten unter Klimawandel von den natürlichen zu den bewirtschafteten Abflüssen. Die Analysen zeigen, dass effektive Wasserressourcenbewirtschaftung die Abflussvariabilität verringern kann und damit auch
dazu beitragen kann, die sich aus Klimawandelprojektionen ergebenden Unsicherheiten zu vermindern. Einzugsgebiete mit einem hohen Ausbaugrad weisen weniger Vulnerabilität bezüglich klimatischer Änderungen auf. Dies unterstreicht die Bedeutung von Wasserresourcenbewirt-schaftungfür die Anpassung an den Klimawandel.
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.