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Projekt „KliWES“ und Wasserhaushaltsportal Sachsen
Wasserhaushalt im Wandel von Klima und Landnutzung
Foto:
Nordufer im westlichen Teil des Hainer Sees mit Kraftwerk Lippendorf im Hintergrund
(
Dr. F. Herbst, LfULG-R-44 – Bildarchiv LfULG)
Beitrag zur LfULG- Veranstaltung „simul+ InnovationHub“ 15.03.2019 LfULG- LUZ- Nossen
Thema: „Innovative Lösungen für die Landwirtschaft und den ländlichen Raum der Zukunft“

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| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
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Klimawandel und Wasserhaushalt (
KliWES)
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Recherchesystem - Säule A
Recherchesystem - Säule B
Expertensystem
- Säule C
Durchflusskennwerte und Querbauwerke
KliWES - Ergänzungen 2016 – 2018
Wasserhaushalt Lausitzer Kohlebergbaugebiet
Zusammenfassung und Ausblick
Wasserhaushalt im Wandel
von Klima und Landnutzung
Inhaltliche Schwerpunkte des Themenbeitrages

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Forschungsprojekt
KliWES
- Klimawandel und Wasserhaushalt in Sachsen
Klimawandel und Wasserhaushalt
| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Sachsenweite Untersuchung von Auswirkungen
des
Klimawandels
auf den Wasserhaushalt
Berücksichtigung von
Szenarien
für mögliche
Klima- und Landnutzungs- Entwicklungen
Berechnung belastbarer
Wasserhaushaltsdaten
für die Empfehlung von Anpassungsmaßnahmen
Anforderungen
Beschreibung Wasserhaushalt
Realistische der Abbildung wichtiger Prozesse
im System
Boden- Pflanze- Atmosphäre
Abwägung von
Parameterbedarf
in Relation
zur sachsenweiten
Datenverfügbarkeit
Beachtung vertretbarer
Modellierungsaufwand
bei Realisierung akzeptabler
Rechenzeiten
Bisherige Ergebnisse KliWES- Säulen A - B - C:
Wasserhaushaltsgrößen
(1951-2100) als monatliche
bzw. jährliche Ergebnisse für den
IST
-
Zustand
sowie
für
13 Klima-
und
3 Landnutzungs- Szenarien

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Einbindung KliWES- Drei- Säulen- Konzept in Wasserhaushaltsportal Sachsen
Online seit 11.05.2012
Online seit 08.05.2014
Online seit 27.04.2016
Hauptauftragnehmer:
TU Dresden - IHM
Lehrstuhl Hydrologie
Klimawandel und Wasserhaushalt
Ziel:
Mehrstufige, voneinander weitgehende unabhängige Berechnung des Wasserhaushaltes
| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
!
Projekt- Poster des Auftragnehmers TU- DD- IHM zum „
KliWES- Drei- Säulen- Konzept
“ wird bei Veranstaltung
Tag der Hydrologie
“ am
18.03.2016
in Koblenz
Poster- Preis- Gewinner
in der Kategorie „
Innovativste Studie
“ !

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| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Veröffentlichung von KliWES- Projekt- Ergebnissen in der LfULG- Schriftenreihe
https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/26146
Klimawandel und Wasserhaushalt

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Wasserhaushaltsportal Sachsen
Startseite Gesamtanwendung (-Auszug-)
| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie

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| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Recherchesystem Säule A

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Anforderungen an 120 ausgewählte
DIFGA- Modell- Analysegebiete:
konsistente Verfügbarkeit Durchfluss-
Daten über Zeitraum 1951 – 2014
anthropogen weitestgehend
unbeeinflusste Pegel- Datenreihen
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Recherchesystem Säule A
8 | 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
DIFGA- Analyse- Methode:
(
SCHWARZE, TUD-IHM)
Inverse Wasserhaushaltsberechnung
Analyse Pegel- Beobachtungsdaten
Separation Abfluss- Komponenten
Quantifizierung der Modellstruktur
WHH- Bilanz mit ETR als Restglied
Abflussbildung
Abflusskonzentration

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Wasserhaushaltsportal Sachsen
Recherchesystem Säule A
9 | 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie

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10 | 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Recherchesystem Säule B
Problem Datenverfügbarkeit:
Gebietslücken
in Sachsen
ohne Ergebnis- Daten aus
Wasserhaushalts- Modell-
Berechnung von Säule B:
Großraum Leipzig
(Leipziger Kohlebergbaugebiet)
Elbeschlauch- Bereich
Raum Nordost- Lausitz
(Lausitzer Kohlebergbaugebiet)
Wasserhaushaltsmodell
ArcEGMO/ SLOWCOMP
(
SCHWARZE, TUD-IHM)
(
PFÜTZNER, BAH Berlin)
• geringe Rechenzeit
• gutes Handling
• geringster Kalibrieraufwand
• am robustesten über alle
Zeit- und Raumskalen
• beste Anpassungsgüte bei
unkalibrierter Anwendung
• Wachstumsmodell PSCN
mit Berücksichtigung
Wasser-/Temperaturstress

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11 | 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Recherchesystem Säule B

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Abbildungen:
Änderungen in der
räumlichen Verteilung
des langjährigen
mittleren
Abflusses R
über unterschiedliche
Betrachtungszeiträume
von 1961 bis 2100
für
Realisierung 99
(A1B, WETTREG 2010)
1961 - 1990
1981 - 2010
2021 - 2050
2071 - 2100
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Recherchesystem Säule B
Ergebnis- Beispiel:
Erwartung rückläufiger Entwicklungen der Abflüsse R bis 2100
12 | 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie

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13 | 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Expertensystem Säule C

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Nutzer kann in 242 EZG ändern
hydrotopweise oder pauschal
Landnutzung
13 Klassen
Boden
Lagerungsdichte, Humus-GH
Drainage
ja / nein, Typ, ASG, Tiefe
Klima
14 Szenarien, Rechnungs-ZR
evtl. eigenes Klimaszenario
Anwendungsbeispiel Web-Oberfläche
Expertensystem-Säule-C-Arbeitsschritt
„Änderung Nadelwald in Mischwald"
für Teilfläche im Saidenbach- EZG
Web- GIS- Anwendung steuert
• Nutzerdialog über Bedieneroberfläche
• Automatische Wasser- HH- Rechnung
• Nutzerinformation per E- Mail
Ergebnisse
• Shapes und CSV analog zu Säule B
• Download- Option aus Cloud
Rechenzeit
• Minuten bis wenige Stunden
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Expertensystem Säule C
Schwarze et al.: Wasserhaushalt und Klimaänderung in Sachsen
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| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie

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| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Durchflusskennwerte und Querbauwerke

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16 | 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Wasserhaushaltsportal Sachsen
Durchflusskennwerte und Querbauwerke
Kartenanwendung
zum WHH- Portal-
Ergänzungs- Baustein
„Durchflusskennwerte und Querbauwerke“
Beispiel: Abfrage von MNQ-, MQ-, MHQ- und HQ (T)- Durchflusskennwerten für einen gewählten Fließgewässer-
Querschnitt der Triebisch im Bereich unterhalb der Bundesautobahn A 4 – Brücke bei Tanneberg

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Konsequenz / Folge- Effekt
Flächendeckende Erhöhung
des Verdunstungs- Anspruches
in der Atmosphäre.
Weitere Auswirkungen
Regional unterschiedliche Änderung
der realen Verdunstung und des
mittleren Wasserdargebotes in
Überlagerungs- Abhängigkeit von:
Niederschlagsdargebot
Niederschlagsintensitäten
Niederschlagsverteilung
Wasserhaltevermögen der Böden
Vegetationszustand
Geohydraulische Verhältnisse
Veranlassung
:
Das mittlere Temperaturniveau in Sachsen erhöhte sich um 1988 sprunghaft.
Die mittlere Jahrestemperatur von 1961-1987 wird nach 1987 nur noch von 1996 und 2010 unterschritten.
KliWES- Ergänzungen 2016 - 2018
Zur Säule A: Analysen zum „Bruchpunkt“ 1988
Projekt
: Anpassungsstrategien an den Klimawandel - Analyse der Sensitivität von Wasserhaushaltsgrößen
sächsischer Pegeleinzugsgebiete bezüglich des ab 1988 gegenüber dem Referenzzustand von 1961-1987
erhöhten Temperaturniveaus ( Auftragnehmer: TU Dresden, IHM - Laufzeit: 01/ 2016 - 06/ 2017 )
LfULG, Referat 43 – U. Mellentin
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Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie

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18 | 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
KliWES- Ergänzungen 2016 - 2018
Zur Säule B: „Lückenschluss“ Großraum Leipzig
Erstellung einer
Konzeption
zur
Integration der Modellierungsdaten
in das Wasserhaushaltsportal SN
Übernahme, Prüfung, Aufbereitung
meteorologischer Beobachtungs-
Daten sowie der
Datenreihen
von
zehn Klimaprojektionen
Entwicklung von Erstellungskonzept
für die modelltechnische Ermittlung
vorbergbaulicher
Wasserhaushalt
Modellierung
des Wasserhaushalts
im Kohle- bergbaulich beeinflussten
Großraum- Gebiet Leipzig
Derzeit (Stand März 2019) erfolgen
weitere Arbeiten zur Einbindung der
Daten in
Wasserhaushaltsportal
Vorläufige Einbindungs- Umgebung WHH- Portal- SN- Säule B:
http://whhportal-sachsen.hydro.tu-dresden.de/saeuleB_entw/index_b.html
Projekt:
KliWES - Berechnung des Wasserhaushaltes im Tagebaugebiet um Leipzig auf Basis eines Ensembles von
zehn Klimaprojektionen für Säule B des Wasserhaushaltsportales SN (Auftragnehmer: TU Dresden, IHM / BAH Berlin /
IBGW Leipzig - Laufzeit 11/ 2017 – 10/ 2018)

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11 regionale GW- Modelle
;
LMBV- Flutungszentrale (nur OW);
Sulfat- Prognosemodell Spree;
(
AG Brandenburg);
Modelle überlappen zwar einander,
überdecken aber
nicht gesamten
Einflussbereich
des Bergbaus
Unterschiedliche Historie in der
Erstellung bedingt
uneinheitliche
Abbildung
der hydrogeologischen
Verhältnisse
Extremsituationen
(Hoch- bzw.
Niedrigwasser) sind nicht über den
gesamten Wasserhaushalt abbildbar
Bergbaubürtige
Stoffflüsse
(Eisen,
Sulfat) sind nicht qualifiziert ableitbar
Wasserhaushalt
Lausitzer Kohlebergbaugebiet
Derzeitige
inhomogene
Situation der Modell- Abbildung
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Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie

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Erstellung
Großraummodell
für die Lausitz unter Nutzung
von regional vorhandenen Datengrundlagen des LfULG
Kopplung
aller Wasserhaushalts- Komponenten zur konsistenten
Abbildung des Gesamt- Wasserhaushaltes unter den Bedingungen
des Aktiv- und Sanierungs- Bergbaus und sowie des Klimawandels
Abbildung von Stofftransporten (Eisen, Sulfat) sowie Entwicklung
komplexer Steuerungsmodelle
(Menge und Güte)
Anbindung
Großraumodell Lausitz an Wasserhaushaltsportal SN
WHP Sachsen
KliWES-A-B-C
Wasserhaushalt
Lausitzer Kohlebergbaugebiet
Weiterer Lösungsansatz
| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
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Stand und geplante Arbeiten
2015
– Analyse Bereich Lausitz genutzter Modelle zur Abbildung von
GW- Strömung / Stofftransport im Auftrag LMBV / Vattenfall (LEAG)
in „
Machbarkeitsstudie
geohydraulisches Großraummodell Lausitz“
2018 – 4/2019
Entwicklung Erstellungskonzept
aus Mitteln EU-
Fond für regionale Entwicklung SN-CR im Rahmen Projekt Vita- Min
(
Auftraggeber LfULG
Konzept ist weitgehend fertiggestellt )
Ab 2019
(geplant) –
Umsetzung Erstellungskonzept
in den noch
mit dem Bund verhandelten Zuständigkeiten Bergbausanierer-
Bergbautreibender- Land mit Unterstützung Projektumsetzung
über das Maßnahmenprogramm der „Kohle- Kommission“

Zusammenfassung und Ausblick
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Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
Mit bisherigen FUE- Arbeiten im Projekt „
KliWES
“ wurden auf Basis eines innovativen
Drei-Säulen-Konzeptes
“ grundlegende
Webanwendungs- Bausteine
zur Modellierung,
Analyse und Visualisierung von
Wasserhaushalts- Daten
erstellt;
Unter dem Dach des „
Wasserhauhaltsportales Sachsen
“ werden vorliegende
Ergebnisse
Behörden, wissenschaftlichen Institutionen, Ingenieur- und Planungsbüros sowie der breiten
Öffentlichkeit
webbasiert und somit
ständig verfügbar
bereitgestellt;
Regelmäßige
Weiterentwicklungen
der
Modellansätze
auf einem fortgeschrittenem Stand
von Wissenschaft und Technik sowie
Fortschreibungen
von Eingangs- / Ergebnis-
Daten
sind im Rahmen einer fortlaufenden Modell- Anpassung und Portal- Pflege
unverzichtbar
;
Die webbasierten
Bereitstellungen von Wasserhaushaltsdaten
über die Portal- Bausteine
sollen künftig noch
nutzerfreundlicher
gestaltet und derzeit vorhandene „
Gebietslücken
in der Modellabdeckung für den Freistaat Sachsen schrittweise weiter
geschlossen
werden;
Bei Projektfortschreibung „
KliWES
“ bzw. „
Wasserhaushaltsportal Sachsen
“ ist
stufenweises
Vorgehen
erforderlich.
Derzeit
(-Stand März 2019-) werden
folgende Arbeiten
realisiert:
Bearbeitung
Pilotprojekt
zur Überprüfung von Daten- Grundlagen und Methodik- Ansätzen
in vier ausgewählten Analyse-
Test- Gebieten
(
WV- BZR: 07/ 2018 bis 06/ 2019);
Vorbereitung
Leistungsbeschreibung
FUE- Projekt-
Fortschreibung KliWES
- Säulen A-B-C
für
Gesamtgebiet Sachsen
in einem für
2019 / 2020
realisierbarem Umfang;

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| 18. März 2019 |
Holm Friese, Karin Kuhn - Referat 44 - Oberflächenwasser, Wasserrahmenrichtlinie
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www.wasserhaushaltsportal.sachsen.de
Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit