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.
Ziel von ‚nordwest2050‘ ist es, die Metropolregion Bremen-Oldenburg im Nordwesten auf die Folgen des Klimawandels und die damit verbundenen Unsicherheiten vorzubereiten. Aber wie können wir heute Handlungspfade bis ins Jahr 2050 beschreiben, die auch unter noch unbekannten Rahmenbedingungen und trotz unerwarteter Entwicklungen zum Ziel führen? Wie kann man dabei die vielen weiteren Herausforderungen der Zukunft berücksichtigen, wie beispielsweise Strukturwandel, Finanzkrise und Demografischer Wandel?
The survey of 4.000 companies in the metropolitan area of Bremen-Oldenburg in north-western Germany conducted by the University of Oldenburg as part of the ‚nordwest2050’ project in 2010 and 2012 showed that the economic importance of climate change is growing. The 2012 survey revealed that 38% of the companies polled already saw climate change as an important success factor for their company. In 2010, 31% of the companies surveyed said that they ascribed a “high” to “very high importance” to climate change for corporate success.
Die von der Universität Oldenburg im Rahmen des Vorhabens ‚nordwest2050‘ durchgeführte Befragung von 4.000 Unternehmen der Metropolregion Bremen-Oldenburg im Nordwesten aus den Jahren 2010 und 2012 zeigt, dass die wirtschaftliche Bedeutung des Klimawandels wächst. Bei der Befragung 2012 gaben 38% der befragten Unternehmen an, dass sie dem Klimawandel eine „hohe“ bis „sehr hohe Bedeutung“ für den Unter-nehmenserfolg beimessen. 2010 waren es bereits 31% der Unternehmen, die im Klimawandel einen bedeutenden Erfolgsfaktor sahen.
Die vorliegende Diplomarbeit wurde im Rahmen des Netzwerk- und Forschungsprojekts dynaklim verfasst. Klimaprognosen zeigen für Deutschland neben einer fortschreitenden Erwärmung auch mögliche Veränderungen im Niederschlagsregime. Dies betrifft den mittleren Zustand, die saisonale Verteilung und das Extremverhalten. Diese Entwicklungen werden die Eigenschaften und die Beschaffenheit von Gewässern direkt und indirekt beeinflussen. Die Auswirkungen des Klimawandels auf Fließgewässer müssen bei der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL), dem zentralen Instrument zum Schutz und zur Verbesserung der Gewässerökosysteme in Europa, berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Maßnahmen nach WRRL im Hinblick auf den Klimawandel untersucht. Es wurde eine Bewertungsmatrix erstellt, anhand derer Aussagen über die Bedeutung einzelner WRRL-Maßnahmen für die Anpassung von Fließgewässern an den Klimawandel möglich sind und die eine Abschätzung über die Einfluss des Klimawandels auf die Wirksamkeit der Maßnahme erlaubt. Bei der Bewertung wurden alle Maßnahmen betrachtet, die auf Basis des standardisierten Maßnahmenkatalogs nach Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) an Oberflächengewässern in Nordrhein-Westfalen umgesetzt werden. Die entwickelte Matrix wurde anschließend auf das Maßnahmenprogramm des Emscher-Einzugsgebietes angewendet. Die Bewertungsmatrix zeigt, dass ein Großteil der bewerteten Maßnahmen einen Beitrag zur Anpassung an direkte und indirekte Auswirkungen des Klimawandels auf Gewässer leisten kann und somit für die Anpassung von Bedeutung ist. Die Untersuchung der Klimasensitivität hat ergeben, dass sich die Maßnahmen in diesem Punkt stark unterscheiden. Teils wird ihre Wirkung durch die Klimaveränderungen (Temperaturzunahme, Niederschlagszunahme inkl. Starkniederschlägen und Niederschlagsabnahme) verstärkt, teils wird sie gemindert. In einigen Fällen ist der Einfluss der Klimaveränderungen auf die Wirkung der Maßnahmen nicht signifikant.
Entscheidungsträger in der Wasserwirtschaft stehen oft vor der Aufgabe, aus verschiedenen möglichen Maßnahmen zur Zielerreichung auswählen zu müssen. Ohne eine Bewertung, mit der verschiedene Aspekte vergleichbar gemacht werden, ist hier kein begründetes Weiterkommen möglich.
Die Nutzwertanalyse ermöglicht eine Bewertung unterschiedlicher Maßnahmen(bündel) zur Entscheidungsunterstützung der Planung und Verwaltung. Neben den Kosten können verschiedenste nützliche Effekte einbezogen werden. Entscheidungen werden so auf eine breitere Wissensbasis gestellt und berücksichtigen nicht monetäre Effekte, die ebenfalls als Zielgrößen für Planung und Verwaltung von Relevanz sind. Eine detaillierte Nutzwertanalyse zeigt auf, welche Festlegungen und
subjektiven Bewertungen einer Entscheidung zugrunde liegen. Sie ist dadurch klar strukturiert, nachvollziehbar und kommunizierbar. Statt einer „Black Box“ in der Entscheidungsfindung werden ein klares systematisches Vorgehen bei der Entscheidungsvorbereitung und eine nachvollziehbare Entscheidung praktiziert.Das dargestellte Vorgehen der Nutzwertanalyse ist nicht auf Fragen der Wasserwirtschaft beschränkt, sondern kann in der täglichen Planungs- und Verwaltungspraxis für eine Vielzahl von Abwägungsfragen genutzt werden.
Abschlussarbeit zur Erlangung des akademischen Grades Master of Science an der RWTH Aachen, Lehr- und Forschungsgebiet Abfallwirtschaft.
Grünflächen können durch die Verdunstung von Wasser eine kühlende Wirkung auf ihre Umgebung haben. In trockenen Sommern steht oft nicht ausreichend Wasser für eine optimale Kühlleistung der Flächen zu Verfügung. Klimamodellierungen prognostizieren eine Häufung dieser Sommer. Der Wasserbedarf, der für die Kühlleistung von Grünflächen bedeutend ist, wird zukünftig steigen. An drei Parkanlagen in der Stadt Bottrop wurden der Bedarf sowie die verfügbaren Wasserressourcen für eine Optimierung der Kühlleistung in extrem trockenen Sommern ermittelt und gegenübergestellt. Aus den Ergebnissen konnten Handlungsoptionen für eine zukünftige Umsetzung zur Verbesserung des Stadtklimas abgeleitet werden.
Für ein erfolgreiches Monitoring sind vier Kernelemente wichtig: Informationsbedarf gemäß Zielen, Indikatoren, Bewertungssystem und Handlungsoptionen. Das Monitoringhandbuch gibt mit Stand März 2014 für die einzelnen Ergebnisbereiche einen Überblick über die Anpassungsziele und den daraus resultierenden Informationsbedarf des Projektes dynaklim , über die Indikatoren, anhand derer die Zielerreichung gemessen, und es gibt ein Bewertungssystem, anhand dessen der Zielerreichungsstand bewertet werden kann. Es werden Handlungsoptionen aufgezeigt, die es ermöglichen, bei einer Zielabweichung gegenzusteuern. Bei einigen Ergebnisbereichen konnten diese vier Kernelemente eines Monitorings noch nicht vollständig benannt werden. Das Monitoringhandbuch ist so angelegt, dass es auch nach der Projektlaufzeit regelmäßig weiter fortgeschrieben werden kann.
Viele Möglichkeiten zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels sind in der Region bereits vorhanden und langjährig erprobt, wie beispielsweise die Erhöhung von Deichen. Darüber hinaus bestehen in der Metropole Nordwest große Potenziale für die Entwicklung und Anwendung von neuartigen Lösungen zur Klimaanpassung. Solche Innovationen können sowohl neue technische Lösungen, wie beispielsweise sturmsichere Dach- und Fassadensysteme sein, als auch organisationale, geschäftsfeldbezogene, institutionelle oder soziale Problemlösungen. So wäre beispielsweise die erfolgreiche Etablierung einer Klimaanpassungsagentur in der Metropolregion Bremen-Oldenburg als eine neuartige, institutionelle Klimaanpassungslösung zu werten. Klimaanpassungsinnovationen stärken dabei nicht nur die Robustheit der Region gegenüber dem Klimawandel. Vielmehr können sich hieraus neue Märkte und Absatzchancen für Unternehmen ergeben, und zwar sowohl für den Absatz innerhalb der Region, als auch national und im internationalen Export.
Für viele Herausforderungen des Klimawandels, wie z.B. zunehmende Temperaturextreme, existieren bereits leistungsfähige Lösungsansätze und Technologien, wie solares oder geothermisches Kühlen. Andere Ansätze befinden sich noch im Entwicklungsstadium, so dass kurz- und mittelfristig mit deren Anwendung gerechnet werden kann. Ob sich die Neuerungen tatsächlich durchsetzen und ob damit auch die beabsichtigten Ziele erreicht werden, ist nicht immer sicher. Um neuartige Klimaanpassungslösungen systematisch zu identifizieren und zu bewerten, wurde in ‚nordwest2050‘ das Instrument der Innovationspotenzialanalyse entwickelt. Dieses „kurz+bündig“ stellt die Methodik sowie wesentlichen Ergebnisse ihrer praktischen Anwendung vor.
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