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72. BHT - Freiberger Universitätsforum
Hydrologie und Wasserbewirtschaftung in der Lausitz unter den
Bedingungen von Struktur- und Klimawandel
10.06.2021
Hagen Koch (PIK Potsdam)
Überblick
1. Einführung Hydrologie & Wasserbewirtschaftung
2. Wasserbewirtschaftung im Spree / Schwarze Elster Gebiet
2
1. Einführung Hydrologie & Wasserbewirtschaftung
2. Wasserbewirtschaftung im Spree / Schwarze Elster Gebiet
3
1. Wasserkreislauf
Wasserkreislauf: Ständige Folge der Zustands- und Ortsänderungen
des Wassers mit den Hauptkomponenten Niederschlag, Abfluss,
Verdunstung und atmosphärischer Wasserdampftransport. (DIN 4049 T1)
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1. Wasserkreislauf
Wasserkreislauf: Ständige Folge der Zustands- und Ortsänderungen
des Wassers mit den Hauptkomponenten Niederschlag, Abfluss,
Verdunstung und atmosphärischer Wasserdampftransport. (DIN 4049 T1)
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1. Definitionen Hydrologie & Wasserbewirtschaftung
DIN 4049:
Hydrologie: Wissenschaft (Lehre) vom Wasser, im Sinne seiner Eigenschaften und
seiner Erscheinungsformen auf und unter der Landoberfläche. Sie befasst sich mit
den Zusammenhängen und Wechselwirkungen der Erscheinungsformen des Wassers
mit umgebenden Medien, seinem Kreislauf, seiner Verteilung auf und unter der
Landoberfläche und deren Veränderungen durch menschliche (anthropogene)
Einwirkungen*.
*z.B. Landnutzungsänderung
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1. Definitionen Hydrologie & Wasserbewirtschaftung
DIN 4049:
Hydrologie: Wissenschaft (Lehre) vom Wasser, im Sinne seiner Eigenschaften und
seiner Erscheinungsformen auf und unter der Landoberfläche. Sie befasst sich mit
den Zusammenhängen und Wechselwirkungen der Erscheinungsformen des Wassers
mit umgebenden Medien, seinem Kreislauf, seiner Verteilung auf und unter der
Landoberfläche und deren Veränderungen durch menschliche (anthropogene)
Einwirkungen*.
*z.B. Landnutzungsänderung
Wasserbewirtschaftung: Planung bzw. Anpassung, Steuerung und Betrieb
wasserwirtschaftlicher Systeme (Wasserversorgungs-, Abwasserbeseitigungs-, Be-
und Entwässerungs-, Kanal-, Hochwasserschutzsysteme) und wasserbaulicher
Anlagen (Talsperren, Schifffahrtskanäle) mit dem Ziel, die Wasserressourcen und das
Ökosystem Wasser zu schützen sowie einen Ausgleich der Interessen
verschiedener Nutzungen herbeizuführen.
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1. Management/Erweiterung Wasserinfrastruktur (vereinfacht)
1) Analyse der vorhandenen Wasserinfrastruktur (Speicher, Überleitungen,…)
2) Wasserbedarfsmanagement (wassersparende Technologien, Wasserpreis,
(finanzielle) Anreize, gesetzliche Vorgaben,…) unter Berücksichtigung
sozioökonomischer (Technologien, Bevölkerung,…) Entwicklung
3) Optimierung der vorhandenen Wasserinfrastruktur bevor…
4) Erweiterung bzw. Neubau von Wasserinfrastruktur um zukünftigen Bedarf
(unter geänderten Klimabedingungen) zu befriedigen
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1. Szenarienrechnungen zur zukünftigen Entwicklung (von
Anpassungsmaßnahmen)
Szenarien zur Entwicklung von
• Wasserbedarf (ökonomische & technologische Entwicklung, Bevölkerung) und
• Wasserverfügbarkeit (Landnutzung, Klima)
Hochkomplexes, räumlich-zeitlich differenziertes System
=> Nutzung von Simulationsmodellen
9
1. Globale und (Dynamische) Regionale Klimamodelle - Impaktmodelle
Brienen et al., DWD, 2010
101. Statistische Regionale Klimamodelle
WettReg (Wetterlagen-Basiert; 10 Realisierungen):
UBA, 2007
STAR (Temperaturtrend-Basiert; 100 Realisierungen):
Temperatur [°C]
1980 1985 1990 1995 2000 2015 2019 2023
Jahr Jahr
Gerstengarbe et al., PIK, 2011
111. Einführung
2. Wasserbewirtschaftung im Spree / Schwarze Elster Gebiet
122. Wasserbedarf Flussgebiete Spree / Schw. Elster
Wasserbedarf: (max.) Bedarf des Nutzers um seine Ansprüche zu befriedigen
Wasserrückleitung: Wasservolumen welches nach Nutzung (in veränderter Güte, Menge,…) in
das System zurückgeführt (eingeleitet) wird
Wasserverlust (Nutzungsverlust): ` Wasserbedarf´ - `Wasserrückleitung ´ (“Verlust” am Ort
der Wassernutzung durch Verdunstung, Einschluss in Produkte usw.)
Entnahme ist abhängig von der Wasserverfügbarkeit, falls diese nicht ausreichend ist Entnahme
geringer als Bedarf!
132. Wasserbedarf Flussgebiete Spree / Schw. Elster
Wasserbedarf: (max.) Bedarf des Nutzers um seine Ansprüche zu befriedigen
Wasserrückleitung: Wasservolumen welches nach Nutzung (in veränderter Güte, Menge,…) in
das System zurückgeführt (eingeleitet) wird
Wasserverlust (Nutzungsverlust): ` Wasserbedarf´ - `Wasserrückleitung ´ (“Verlust” am Ort
der Wassernutzung durch Verdunstung, Einschluss in Produkte usw.)
Entnahme ist abhängig von der Wasserverfügbarkeit, falls diese nicht ausreichend ist Entnahme
geringer als Bedarf!
Generell sinkender Bedarf in Ostdeutschland => Nutzung neuer, wassersparender
Technologien (Geräte, Produktionsverfahren) in Haushalten, Industrie usw., kostendeckende
Wasserpreise, sinkende Bevölkerung,…
Spree/Schwarze Elster => erhebliche Reduktion des Kühlwasserbedarfs thermischer
Kraftwerke (z.B. in Berlin; Kreislaufkühlung statt Durchlaufkühlung) ABER
hohe Verdunstungsverluste im Spreewald (u.a. Feuchtgebieten) sowie Oberflächengewässern
=> neue (Tagebau-)Seen
142. Grubenwassereinleitungen SSE (Braunkohleförderung)
40
Sümpfungswassereinleitungen [m3/s]
35
30
25
Spree
20
15
10
5 Schwarze Elster
0
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Jahr Daten: LMBV und Vattenfall Europe Mining
152. Tagebauwassereinleitung und Infiltrationsverluste durch
Grundwasserabsenkung im Spreegebiet
13
12
Tagebauwasser-Einleitung
11
Infiltrationsverluste
10
Tagebauwasser-Einleitung
Wassermenge [m3/s]
9
minus Infiltrationsverluste
8
7
6
5
4
3
2
1
0
03-07 08-12 13-17 18-22 23-27 28-32 33-37 38-42 43-47 48-52
-1
5-Jahres-Perioden (2003 - 2052)
Kaltofen et al. (2004)
162. INKA BB - InnovationsNetzwerk KlimaAnpassung Region
Brandenburg Berlin (BMBF-Klimzug)
INKA BB Teilprojekt 21:
Instrumentarien für die nachhaltige regionale wasserwirtschaftliche Planung und
Entwicklung - Beispiel Lausitz
172. Überblick
182. Klimawirkung auf natürliche Abflussbildung
Natürlicher Abfluss am Pegel Bautzen-Weite Bleiche
SWIM* EGMO*
Natürlicher Abfluss am Pegel Große Tränke
*in INKA BB genutzte hydrologische Modelle
(natürlicher Abfluss für Landnutzungs-
SWIM EGMO
/Klimaszenarien)
Pohle et al. (2016)
192. Klimawirkung auf Speicherinhalte (WBalMo* SSE)
Speicher Bärwalde
SWIM EGMO *Wasserbewirtschaftungsmodell
Speicher Lohsa II
SWIM EGMO
Pohle et al. (2016)
202. Klimawirkung auf bewirtschaftete Abflüsse (WBalMo SSE)
Abfluss am Pegel Spremberg
SWIM EGMO
Abfluss am Pegel Große Tränke
SWIM EGMO
Qmin= 8,00 m3/s
Pohle et al. (2016)
212. Klimawirkung auf Wasserbeschaffenheit (SWIM+WBalMo SSE+GGM*)
Speicher Bärwalde
*Wassergütemodell
Sulfatkonzentration Speicher Lohsa II und am Pegel Spremberg/Spree
Pohle et al. (2016)
222. Anpassungsmaßnahmen (SWIM+WBalMo SSE+GGM)
Inhalt Speicher Inhalt Speicher Abfluss Pegel Abfluss Pegel
Bärwalde Lohsa II Spremberg Große Tränke
Speicher Bärwalde Speicher Lohsa II Speicher Bärwalde Speicher Lohsa II Pegel Spremberg/Spree
Pohle et al. (2016)
23Vielen Dank!
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