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Förderung Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel
Datum 22. Mai 2019
Präsentation Dr. Sandra Richter, Dr. Hubert Lohr, SYDRO
Consulting Engineers
Hydro-Systems • Water Resources Management • Hydro-Informatics
TASK - Talsperren Anpassungsstrategie Klimawandel
22. Symposium Flussgebietsmanagement beim Wupperverband
Gebietsforum Wupper der Bezirksregierung Düsseldorf
Gefördert durch
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• Aggerverband
• Wasserverband Aabach-Talsperre
• Wahnbachtalsperrenverband
• Wasserverband Eifel-Rur
• Wupperverband
• Landestalsperrenverwaltung Sachsen
• Bezirksregierung Köln
• Landesamt für Natur, Umwelt und
Verbraucherschutz, NRW
• Gemeinde Simmerath
• SYDRO Consult
TASK Projekt Beteiligte
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Ausgangslage
Problemstellung
Füllung Entleerung
HW
-Schutz
Speic
herinha
lt
Zielinhalt über das Jahr
Jan. Jul. Dez.
„Wasser-Ernte“ PeriodePrioritätenwechsel Hochwasserschutz zu Versorgungssicherheit
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Veränderte Bedingungen
Problemstellung
Füllung Entleerung
HW
-Schutz
Speic
herinha
lt
Zielinhalt über das Jahr
Jan. Jul. Dez.
Füllungsphase: ausbleibender Niederschlag, wärmer
• Vegetation setzt früher ein
• Höhere Verdunstung
• Weniger Zufluss
• Erreichen des Zielinhaltes im Frühling
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Problemstellung
Früherkennung von Trockenperioden
Ableitung von eindeutigen Auslösern für betriebliche Gegenmaßnahmen
Ziel
Oleftalsperre
Wahnbachtalsperre
Wiehltalsperre
Große Dhünn
Ausbleibende Niederschläge Februar, März, April
Frühling fehlt
Betroffene Talsperren: Urft-/Rurtalsperre
Aabachtalsperre
Talsperren im Harz
…
Trockenperioden kommen schleichend
Es fehlt eine transparente und nachvollziehbare Methode zur Früherkennung
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Was ist die trägste hydro-meteorologische Größe auf unserem Planeten?
(Warum sind überhaupt längerfristige Vorhersagen möglich?)
Methode
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Kurzfristvorhersagen
(3-14 Tage)
Saisonale Vorhersagen
(1 – 9 Monate)
Dekadische Analysen
(Jahre)
Klimaszenarien
(IPCC)bis 2100
Zeit
TASK
Methode
Einordnung von Vorhersagen, Einordnung von TASK
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• 59 Stationen der Projektpartner
• 638 Stationen vom
TASK - Methode
• 7 Monate Vorhersagen
• 1 Vorhersage/Monat
• Seit Nov. 2011
• Zellengröße (1°x1°)
• 9 Monate Vorhersagen
• 4 Vorhersagen/Tag
• Seit April 2011
• Zellengröße (0,9°x0,9°)
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TASK - Methode
Benötigte Bestandteile
Hydro-meteorologische Index Langfristvorhersagen Messstationen
Was ist ein hydro-meteorologischer Index?
Prüfung anhand von Parametern (N, Etp, Bodenfeuchte, GW, …) ob es Abweichungen zu einem
Normzustand (Referenzzustand) gibt und wie groß diese sind
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Was ist ein hydro-meteorologischer Index?
Prüfung anhand von Parametern (N, Etp, Bodenfeuchte, GW, …) ob es Abweichungen zu einem
Normzustand (Referenzzustand) gibt und wie groß diese sind
Benötigte Bestandteile
Hydro-meteorologische Index Langfristvorhersagen Messstationen
TASK - Methode
Im Vorhaben
angewendete
Indizes: SPI,
SPEI
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Zeitachse
Ist Zeitpunkt
Vergangenheit
Observation
Zukunft
Vorhersage
MessdatenMessdaten
Index BerechnungIndex Berechnung
Ohne VorhersageOhne Vorhersage
WirkungWirkungTrägheit des
hydrologischen Systems
Index, z.B. SPI, zeigt an, was im Abfluss erst
später sichtbar wird
Index, z.B. SPI, zeigt an, was im Abfluss erst
später sichtbar wird
TASK - Methode
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Mit VorhersageMit Vorhersage
Zeitachse
Ist Zeitpunkt
Vergangenheit
ObservationVorhersage
MessdatenMessdaten
Ohne VorhersageOhne Vorhersage
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
WirkungWirkungIndex BerechnungIndex Berechnung
TASK - Methode
Lokale Messstationen für “downscaling” der Vorhersagedaten
Bodenstationen bestimmen die räumliche Auflösung der Vorhersage
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TASK Methode und Anwendung
MessdatenMessdaten
Index BerechnungIndex Berechnung
Anwendung 1Anwendung 1
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
Index Wert wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Index Wert wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
MessdatenMessdaten
Index BerechnungIndex Berechnung
Anwendung 2Anwendung 2
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
Abfluss ist/wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Abfluss ist/wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Korrelation zu AbflussKorrelation zu Abfluss
MessdatenMessdaten
NA ModellNA Modell
Anwendung 3Anwendung 3
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
Ergebnisse der NA
Modellierung werden
Bestandteil von
wasserwirtschaftlichen Regeln
Ergebnisse der NA
Modellierung werden
Bestandteil von
wasserwirtschaftlichen Regeln
SimulationSimulation
ErgebnisseErgebnisse
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Aggregationen
Methode
Werra Einzugsgebiet Aus 12 Monatssicht noch keine Erholung von 2018
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NOAA Saisonale Prognosen
• Aggregation 12 Monate
Interpretation:Unterdurchschnittlicher Niederschlag Trockenphase bis Juli, geht dann mit einheitlicher Tendenz nach oben, noch keine vollständige Kompensation.
TASK Methode und Anwendung
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TASK Methode und Anwendung
MessdatenMessdaten
Index BerechnungIndex Berechnung
Anwendung 1Anwendung 1
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
Index Wert wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Index Wert wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
MessdatenMessdaten
Index BerechnungIndex Berechnung
Anwendung 2Anwendung 2
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
Abfluss ist/wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Abfluss ist/wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Korrelation zu AbflussKorrelation zu Abfluss
MessdatenMessdaten
NA ModellNA Modell
Anwendung 3Anwendung 3
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
Ergebnisse der NA
Modellierung werden
Bestandteil von
wasserwirtschaftlichen Regeln
Ergebnisse der NA
Modellierung werden
Bestandteil von
wasserwirtschaftlichen Regeln
SimulationSimulation
ErgebnisseErgebnisse
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Methode
Korrelation Index zu Abflussvolumen
Abflussvolumen aggregiert über einen Zeitraum
Jedes Einzugsgebiet (Pegel) muss individuell geprüft werden, welcher
Aggregationszeitraum beste Ergebnisse liefert
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Pegel Koverstein, Einzugsgebiet der Aggertalsperre, <50 km², 5 StationenStationsdichte: ≈ 10 km² / Station
Beste Vorhersage des Abflussvolumens (5 Monate)
TASK Methode und Anwendung
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Abflussvolumen = f(SPI + Vorhersage)
TASK Methode und Anwendung
Berechnung des SPI
Ermittlung der Beziehung zwischen SPI und SQI
Ermittlung Abflussvolumen aus SQI
-> gute Stationsdichte + lernender Algorithmus
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TASK Methode und Anwendung
MessdatenMessdaten
Index BerechnungIndex Berechnung
Anwendung 1Anwendung 1
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
Index Wert wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Index Wert wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
MessdatenMessdaten
Index BerechnungIndex Berechnung
Anwendung 2Anwendung 2
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
Abfluss ist/wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Abfluss ist/wird Bestandteil
von wasserwirtschaftlichen
Regeln
Korrelation zu AbflussKorrelation zu Abfluss
MessdatenMessdaten
NA ModellNA Modell
Anwendung 3Anwendung 3
LangfristvorhersageLangfristvorhersage
TASK 2
Abflussvorhersage,
Bodenfeuchte,
Landwirtschaft
TASK 2
Abflussvorhersage,
Bodenfeuchte,
Landwirtschaft
SimulationSimulation
Ergebnisse in der FlächeErgebnisse in der Fläche
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Ausblick
Abschluss von TASK im Juni 2019
Trockenperioden lassen sich erkennen, Hochwasser oder nasse Sommer sind schwierig
Operationelle Anwendung ist in Bearbeitung für die Werra
Teil 1:
Teil 2:
Planung: Webportal zur Langfristvorhersage
Kalibrierungsphase erforderlich je Projektgebiet (Stichwort: Biaskorrektur, Aggregation)
Nur ein Server, der operationell betrieben werden muss
Operatives Webportal mit automatischer Ergebnisweiterleitung an registrierte Nutzer