Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften, Fachrichtung Wasserw esen, Inst itut für Hydrologie und Meteorologie, Professur

Hydrologie

KliWES - Wasserhaushalt Berechnung von Wasserhaushaltsgrößen mittels Analyse langjähriger Beobachtungsdaten

Wofür werden die Ergebnisse benötigt?

• Sie finden im Projekt KliWES in Säule B Verwendung.

• Die flächendeckend vorliegenden Modellparameter werden als Eingangs-

daten für das Grundwassermodell SLOWCOMP benötigt.

• Die flächendeckend vorliegenden mittleren Wasserhaushaltskomponenten

werden als Vergleichsgrößen für die Kalibrierung des Wasserhaushalts-

modell für den Ist-Zustand verwendet.

Auftraggeber, Projektkoordination:

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Kathleen Lünich

(0351) 8928-4420

Kathleen.Luenich@smul.sachsen.de

Auftragnehmer: Technische Universität Dresden,

Institut für Hydrologie und Meteorologie

Dr. Robert Schwarze (Projektleiter)

(0351) 463-36377

Robert.Schwarze@tu-dresden.de

Auftraggeber:

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Karin Kuhn

(0351) 8928-4400

Karin.Kuhn@smul.sachsen.de

Zielstellung in Säule A

1. Berechnung der Wasserhaushaltsgrößen P, RD, RG1, RG2, ETR in der Auflösung

• aktuell (Δt Tag, Monat, Jahr) und

• langjähriges Mittel (Δt Monat, Jahr)

als Flächenmittel für die mit DIFGA analysierbaren beobachteten Einzugsgebiete

und

als langjährige Mittelwerte (Δt Jahr) flächendeckend für Sachsen mittels

Regionalisierung

2. Flächendeckende Bestimmung der Modellparameter für das Grundwasserabfluss-

modell SLOWCOMP

• Speicherkonstante CG1 und CG2,

• Speichergrenzwert SG1grenz

Zielstellung des Projektes

Das Projekt KliWES umfasst Untersuchungen grundlegender Auswirkungen des

Klimawandels auf den Wasserhaushalt der sächsischen Gewässereinzugsgebiete.

Projektziel ist die Bewertung dieser Einzugsgebiete entsprechend der Anfälligkeit ihres

Wasserhaushalts gegenüber dem Klimawandel.

Die Bestimmung der Wasserhaushaltskomponenten für den Ist-Zustand (1961 – 2005)

in Säule A erfolgt mithilfe des Differenzenganglinienanalyseverfahrens DIFGA. Dieses

Verfahren wird in 120 hydrologisch gut beobachteten und anthropogen unbeeinflussten

sächsischen Einzugsgebieten durchgeführt. Für die anschließende Übertragung der

ermittelten Größen auf die unbeobachteten sächsischen Einzugsgebiete wird ein

physikalisch begründeter Regionalisierungsansatz verwendet.

weiterführende Informationen:

http://www.umwelt.sachsen.de/umwelt/wasser/8214.htm

http://tu­dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_forst_geo_und_hydrowissenschaften/fachrichtung_wasserwesen/ifhm/hydrologie/forschung/Projekte/kliwes

Dr. Robert Schwarze, Dr. Werner Dröge, Dipl.-Hydrol. Corina Hauffe, Dipl.-Hydrol. Agnes Baldy, Dipl.-Geol. (FH) Jutta Hofmann

(Technische Universität Dresden, Institut für Hydrologie und Meteorologie)

Analyse des Wasserhaushaltes mit DIFGA

Mit Hilfe von DIFGA kann der Gebietsabfluss eines Einzugsgebietes in mehrere Komponenten

aufgeteilt werden (s. schematische Darstellung unten). Als Eingangsdaten werden nur der

Niederschlag und der Abfluss eines Einzugsgebietes in Tagesschrittweite benötigt. Zusätzlich ist die

Angabe der dominierenden hydrogeologischen Eigenschaft erforderlich (z.B. Lockergestein oder

Magmatisches Tiefengestein). Werden die berechneten Abflusskomponenten vom gemessenen

Niederschlag subtrahiert, ergibt sich die Verdunstung als Restglied der Wasserhaushaltsbilanz.

Regionalisierung der Wasserhaushaltsgrößen und Modellparameter

Niederschlag, Verdunstung P, ETR

schneller Direktabfluss RD1, QD1

verzögerter Direktabfluss RD2, QD2

kurzfristiger Grundwasserabfluss RG1, QG1

langfristiger Grundwasserabfluss RG2, QG2

Mit R werden dabei die Zuflüsse zum Gebietsspeicher

(Abflussbildung) und mit Q die Abgaben aus dem

Speicher in das Gewässernetz (Abflusskonzentration)

bezeichnet. Die beiden Direktabflüsse werden zu den

schnellen Abflusskomponenten gezählt. Die zwei

Grundwasserabflüsse gehören zu den langsamen

Abflusskomponenten.

Regionalisierungsansatz

Langjährige Mittel der

Direktabflüsse (RD) in den

DIFGA-Gebieten

Mittelwerte (1951–2005)

der Direktabflüsse aus der

Regionalisierung

Vorgehen:

1. Auswahl geeigneter Einzugsgebiete (DIFGA-Gebiete)

2. Zuordnung der DIFGA-Gebiete zu Klassen einheitlicher geohydraulischer

Eigenschaften

3. Analyse des Wasserhaushaltes der DIFGA-Gebiete

Ergebnis: Modellparameter CG1, CG2 und SG1grenz sowie

Wasserhaushaltsgrößen P, RD, RG1, RG2, ETR in den DIFGA-Gebieten

dominierende Klasse

120 DIFGA-Gebiete mit ihrer jeweiligen geohydraulischen

Eigenschaft

Wasserhaushaltsbilanz

Abflussbildung: P-RD-RG1-RG2 = (W+ETR) Abflusskonzentration: QD+QG1+QG2 = Q

Erstellung von Zusammenhängen zwischen DIFGA-Ergebnissen und

Gebietseigenschaften (geomorphologische, geohydraulische Kennwerte

sowie eine Reihe weiterer Kennwerte) geohydraulisch interpretierte

Regressionsanalyse

1. Für die Modellparameter

Wenige Realisierungen (DIFGA-Ergebnis Gebietskennwert) deshalb

• Multiple Regression mit nur wenigen Einflussfaktoren (Unabhängigen)

• Prüfung des Zusammenhanges mit geeigneten statistischen Tests (F-

Statistik, t-Test)

• Prüfung der gefundenen Zusammenhänge mit theoretisch begründeten

Überlegungen zur Art des Zusammenhanges (hydrologisch-hydraulische

Plausibilität)

2. Für die langjährigen mittleren Wasserhaushaltsgrößen

• Vorgehensweise analog zur Regionalisierung der Modellparameter

• lineare Regressionsgleichungen vom Typ

Mit Wasserhaushaltsgröße RG2, RG1, RD, ETR

Kennwerti Gebietskennwert, Einflussgröße

ai Koeffizient der Regressionsgleichung

a0 Schnittpunkt der Regressionsgleichung Wasserhaushaltsgröße = a1

. Kennwert1 +….+an . Kennwertn + a0

Zusätzlich zu den Gebietskennwerten werden

außerdem der Gebietsniederschlag und die

Verdunstung einbezogen.

Wo kann man die Ergebnisse und Daten finden?

• Die in Säule A erhaltenen Ergebnisse stehen der Öffentlichkeit im

Wasserhaushaltsportal Sachsen zur Verfügung.

www.wasserhaushaltsportal.sachsen.de

Schema des Differenzganglinienanalyseverfahrens DIFGA aus

SCHWARZE & BEUDERT (2009)1

Mittlere Wasserhaushaltsbilanz

für den Pegel Hohberg

1 SCHWARZE, R. & BEUDERT, B. (2009): Analyse der Hochwassergenese und des Wasserhaushalts eines bewaldeten Einzugsgebietes unter dem Einfluss eines massiven Borkenkäferbefalls. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, 53.

Jahrgang, Heft 4, 236-250, August 2009.