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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
Auftragnehmer: Technische Universität Dresden,
Institut für Hydrologie und Meteorologie
Dr. Robert Schwarze (Projektleiter)
(0351) 463-36377
Auftraggeber:
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Karin Kuhn
(0351) 8928-4400
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.
