Abstract
Water management and environmental protection is vulnerable to extreme low flows during streamflow droughts. During the last decades, in most rivers of Central Europe summer runoff and low flows have decreased. Discharge projections agree that future decrease in runoff is likely for catchments in Brandenburg, Germany. Depending on the first-order controls on low flows, different adaption measures are expected to be appropriate. Small catchments were analyzed because they are expected to be more vulnerable to a changing climate than larger rivers. They are mainly headwater catchments with smaller ground water storage. Local characteristics are more important at this scale and can increase vulnerability.
This thesis mutually evaluates potential adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg, Germany, and similarities of these catchments regarding low flows. The following guiding questions are addressed: (i) Which first-order controls on low flows and related time scales exist? (ii) Which are the differences between small catchments regarding low flow vulnerability? (iii) Which adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg are appropriate considering regional low flow patterns?
Potential adaption measures to sustain minimum runoff during periods of low flows can be classified into three categories: (i) increase of groundwater recharge and subsequent baseflow by land use change, land management and artificial ground water recharge, (ii) increase of water storage with regulated outflow by reservoirs, lakes and wetland water management and (iii) regional low flow patterns have to be considered during planning of measures with multiple purposes (urban water management, waste water recycling and inter-basin water transfer). The question remained whether water management of areas with shallow groundwater tables can efficiently sustain minimum runoff. Exemplary, water management scenarios of a ditch irrigated area were evaluated using the model Hydrus-2D. Increasing antecedent water levels and stopping ditch irrigation during periods of low flows increased fluxes from the pasture to the stream, but storage was depleted faster during the summer months due to higher evapotranspiration. Fluxes from this approx. 1 km long pasture with an area of approx. 13 ha ranged from 0.3 to 0.7 ls-1 depending on scenario. This demonstrates that numerous of such small decentralized measures are necessary to sustain minimum runoff in meso-scale catchments.
Differences in the low flow risk of catchments and meteorological low flow predictors were analyzed. A principal component analysis was applied on daily discharge of 37 catchments between 1991 and 2006. Flows decreased more in Southeast Brandenburg according to meteorological forcing. Low flow risk was highest in a region east of Berlin because of intersection of a more continental climate and the specific geohydrology. In these catchments, flows decreased faster during summer and the low flow period was prolonged. A non-linear support vector machine regression was applied to iteratively select meteorological predictors for annual 30-day minimum runoff in 16 catchments between 1965 and 2006. The potential evapotranspiration sum of the previous 48 months was the most important predictor (r2 = 0.28). The potential evapotranspiration of the previous 3 months and the precipitation of the previous 3 months and last year increased model performance (r2 = 0.49, including all four predictors). Model performance was higher for catchments with low yield and more damped runoff. In catchments with high low flow risk, explanatory power of long term potential evapotranspiration was high.
Catchments with a high low flow risk as well as catchments with a considerable decrease in flows in southeast Brandenburg have the highest demand for adaption. Measures increasing groundwater recharge are to be preferred. Catchments with high low flow risk showed relatively deep and decreasing groundwater heads allowing increased groundwater recharge at recharge areas with higher altitude away from the streams. Low flows are expected to stay low or decrease even further because long term potential evapotranspiration was the most important low flow predictor and is projected to increase during climate change. Differences in low flow risk and runoff dynamics between catchments have to be considered for management and planning of measures which do not only have the task to sustain minimum runoff.
Literaturrecherche und Analyse der Bewirtschaftungspläne von 18 deutschen und europäischen Flussgebietseinheiten. Der Bericht untersucht inwieweit die zu erwartenden Auswirkungen des Klimawandels in die ökonomischen Analysen gemäß Wasserrahmenrichtlinie integriert wurden.
Der Bericht "Multikriterielles Optimierungsverfahren zur Bewirtschaftungsplanung von Stauräumen" repräsentiert das REGKLAM-Produkt 3.2.1d. Im Fokus der vorliegenden Arbeit steht das Talsperrensystem der Talsperren Klingenberg, Lehnmühle und Rauschenbach im sächsischen Osterzgebirge. Das Talsperrensystem wird auf vielfältige Arten genutzt. So werden unter anderem Brauchwasser zur Gewinnung von Trinkwasser für die Städte Dresden und Freital zu Verfügung gestellt. Ziel war es die Robustheit des Talsperrensystems gegen projizierte klimatische Veränderungen abzuschätzen. Dafür bedarf es optimal an die hydrologischen Rahmenbedingungen abgepasste Bewirtschaftungsstrategien, die die bestmögliche Performance des Talsperrensystems garantieren. Diese Bewirtschaftungsstrategien bedeuten gleichzeitig wirksame Adaptionsstrategien für das Talsperrensystems gegen den Klimawandel und stellten das zweite Ziel dieser Arbeit dar.
Der Bericht "Modell zur Beschreibung des Einflusses von Veränderungen im Rohwasser auf den Flockungsmittelbedarf und die Produktivität bei der Trinkwasseraufbereitung" repräsentiert das REGKLAM-Produkt 3.2.3b. Als Folge veränderter Rohwasserbeschaffenheit ergeben sich weitreichende Konsequenzen für die Trinkwasseraufbereitung und -verteilung. Dieser Bericht beinhaltet ein semi-empirisches Modell zur Berechnung des Restgehaltes an DOC bzw. des DOC-Entfernungsgrades für die Aufbereitung mittels Flockung. Das Produkt soll als Entscheidungshilfe dienen, mit der die Prozessführung von Flockung und Filtration dahingehend unterstützt werden kann, dass für einen gegebenen Rohwasser-DOC in Abhängigkeit von Flockungs-pH-Wert und Flockungsmitteldosis die resultierende DOC-Restkonzentration vorausberechnet werden kann.
One of the important parts of the final conference of ‘nordwest2050’ has been the scientific exchange sessions in the House of Science and the Industryclub Bremen. Contributions were based upon a call for papers from October 2013. The scientific committee received almost 100 abstracts where 36 were chosen for oral presentations and 15 for poster presentations (see overview tables below).
Four main topics were discussed in parallel workshops:
• Analysing Impacts and Assessing Vulnerabilities
• Designing and Testing Solutions for Regional Climate Adaptation and Resilience
• Implementing Climate Adaptation and Paths to a Resilient Future
• Resilience for Business: Climate Adaptation Challenge and Strategies of Sectors and Companies
Stürme und Sturmfluten, starke Niederschläge und Überschwemmungen, Hitze und Gewitter im Sommer und Eisregen im Winter: Diese Wetterkapriolen beeinträchtigen schon heute Leben und Arbeiten in der Metropolregion Hamburg. Mit dem Klimawandel können sie immer häufiger auftreten. Wie wird sich der Klimawandel in unserer Region manifestieren, welche Auswirkungen wird er haben und wie kann sich unsere Gesellschaft an die Folgen des Klimawandels anpassen? KLIMZUG-NORD hat Antworten auf diese Fragen erarbeitet und die Ergebnisse in dem nun vorliegenden Kursbuch zusammengefasst. Das Kursbuch will Denkanstöße auch für unkonventionelle Lösungswege geben und den Kurs einer klimaangepassten zukünftigen Entwicklung skizzieren. Um diesen Kurs einzuschlagen, ist mehr politisches Gewicht für Klimaanpassung erforderlich, müssen neue Siedlungskonzepte für ein Leben mit dem Wasser umgesetzt und breite gesellschaftliche Allianzen geschmiedet werden. Die Anpassung an die Folgen des Klimawandels ist eine Mammutaufgabe – beteiligen Sie sich jetzt an deren Bewältigung! Stöbern Sie in dem Kursbuch, diskutieren Sie mit Kolleginnen und Kollegen, politisch Verantwortlichen, Ihrem Freundeskreis und mit Ihrer Familie und bringen Sie so die Klimaanpassung in unserer Region auf einen guten Kurs!
Die integrierte Roadmap of Change vereinigt die Ergebnisse von nordwest2050 aus fünf Jahren Projektarbeit zu einer übergeordneten Strategie. Das Dokument ist als ein Fahrplan zur Klimaanpassung zu verstehen, der Strategien und Handlungsoptionen beinhaltet, die geeignet sein können, die Metropolregion Bremen-Oldenburg im Nordwesten „fit für den Klimawandel“ zu machen. Grundlage der integrierten Roadmap of Change sind die Ergebnisse von zehn sektoralen Roadmaps, die Empfehlungen geben, wie mit dem Ziel einer resilienten regionalen Entwicklung den Herausforderungen des Klimawandels in unterschiedlichen Handlungsfeldern begegnet werden kann. Die integrierte Roadmap of Change beschreibt handlungsfeldübergreifende und konsistente Strategien und Empfehlungen auf dem Weg zu einer klimaangepassten und resilienten Metropolregion Bremen-Oldenburg im Nordwesten.
Dieses Rechtsgutachten umfasst 6 Kapitel aus dem Bereich Raum- und Bauplanung mit Bezug zur Anpassung an den Klimawandel und seinen Folgen:
A) Bauleitplanung
B) Bauordnungsrecht
C) Raumordnungsrecht
D) Naturschutzrecht
E) Wasserrecht
F) Anpassung in den Umweltprüfungen
Im Einzugsgebiet der Emscher sind in den letzten 200 Jahren große Flächenanteile naturnaher Böden in urbane Bodenlandschaften umgewandelt worden. Heute bestehen geschätzt 40 %, in kleinen Teileinzugsgebieten auch bis zu 70 % der Böden im Emschereinzugsgebiet überwiegend aus Mischungen anthropogener und natürlicher Substrate. Da die Stadtböden in großen Gebieten die Funktionen der naturnahen Böden in Wasser- und Stoffkreisläufen übernommen haben, müssen sie in vielen wasserwirtschaftlichen Planungsprozessen entsprechend ihrer Verbreitung und ihren Eigenschaften berücksichtigt werden. Bisher liegt hierfür kein flächendeckendes, geeignetes Karten- und Datenmaterial vor. Mit URBIS-ER wurde eine Methode entwickelt, räumliche Bodeninformationen für die regionale wasserwirtschaftliche Planung im stark anthropogen überprägten Emscherraum in einem neu entwickelten „Urbanen Bodeninformationssystem Emscher (URBIS-ER)“ bereitzustellen. Rückschlüsse auf die Verbreitung und Eigenschaften der urbanen Böden werden aus Informationen zu Aufschüttungen, Altstandorten und Altablagerungen, Abfallablagerungen sowie städtischen und industriellen Flächennutzungen abgeleitet.
Es werden zwei Verfahren vorgestellt, die eine Berücksichtigung des Klimaänderungssignals in den Niederschlagsdaten des regionalen Klimamodells CLM bei den wasserwirtschaftlichen Modellanwendungen ermöglichen. Für die Generierung langer Zeitreihen mit hohen zeitlichen und räumlichen Auflösungen, wie sie bei Langzeitserien- und Kontinuumssimulationen benötigt werden, wurde ein Downscaling-Ansatz auf Basis von Radarniederschlagsdaten und objektiven Wetterlagenklassen entwickelt. Für einfache wasserwirtschaftliche Modellanwendungen, die auf Modellregen zurückgreifen, wurden die relativen Veränderungen aufgrund des Klimaänderungssignals in der Zukunft abgeschätzt, die dann bei Variantenuntersuchungen in der Zukunft den Modellregen der Vergangenheit aufgeprägt werden können.