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KliBiW – Analyse der Niedrigwasserverhältnisse

In Phase 5 des Projektes KliBiW wurden die vergangenen sowie die möglichen zukünftigen Veränderungen der Niedrigwasserverhältnisse in Niedersachsen auf Basis verschiedener Abfluss-Kennwerte analysiert.

Die Untersuchung der vergangenen Situation erfolgte auf Basis von Tageswertabflüssen an 34 Pegeln in ganz Niedersachsen über den Zeitraum 1960 - 2017. Zwei wichtige untersuchte Niedrigwasserindizes sind NM7Q sowie maxD. Beim NM7Q handelt es sich um den niedrigsten Mittelwert des Abflusses über sieben aufeinanderfolgende Tage im Betrachtungszeitraum. Die maximale Trockendauer maxD beschreibt die maximale Anzahl aufeinanderfolgender Tage, an denen ein bestimmter Abflussschwellenwert unterschritten wird. Als Schwellenwert wurde in KliBiW das 20%-Langzeitquantil des Abflusses am jeweiligen Pegel definiert. Die Entwicklung dieser Kenngrößen innerhalb des Betrachtungszeitraumes wurde über die Stärke des Trends (nach einem Verfahren von Theil, 1950 und Sen, 1968) sowie dessen Signifikanz nach Mann-Kendall (Kendall, 1975; Mann, 1945) untersucht.

Im Rahmen der Trendanalyse wurde ein Bruchpunkt in der Entwicklung der Niedrigwasserkenngrößen im Jahr 1988 festgestellt. Dieser ist auf einen sprunghaften Anstieg der Temperatur zurückzuführen. Aus diesem Grund wurde die Entwicklung der Niedrigwasserkenngrößen neben dem Gesamtzeitraum auch für einen Zeitraum vor und nach dem Bruchpunkt durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Niedrigwassersituation in Niedersachsen seit 1960, vor allem im südlichen und östlichen Niedersachsen, kontinuierlich verschärft hat. Innerhalb der Zeiträume vor und nach dem Bruchpunkt gab es regional leichte Zunahmen der Niedrigwasserabflüsse sowie leichte Abnahmen der Niedrigwasserdauern, die jedoch größtenteils statisch nicht signifikant sind.

Abb.1: Trends des niedrigsten 7-tägigen Abflussmittels (NM7Q) ; kräftiger Farbton: Trend statistisch signifikant, blasser Farbton: Trend statistisch nicht signifikant  
Abb.1: Trends des niedrigsten 7-tägigen Abflussmittels (NM7Q) ; kräftiger Farbton: Trend statistisch signifikant, blasser Farbton: Trend statistisch nicht signifikant
Abb.2: Trends der maximalen Anzahl aufeinanderfolgender Tage mit Q < 20%-Langzeitquantil des Abflusses (maxD); kräftiger Farbton: Trend statistisch signifikant, blasser Farbton: Trend statistisch nicht signifikant  
Abb.2: Trends der maximalen Anzahl aufeinanderfolgender Tage mit Q < 20%-Langzeitquantil des Abflusses (maxD); kräftiger Farbton: Trend statistisch signifikant, blasser Farbton: Trend statistisch nicht signifikant

Zur Ermittlung der möglichen zukünftigen Niedrigwasserverhältnisse wurden zwei verschiedene Wirkmodelle angewendet, das hydrologische Modell PANTA RHEI sowie ein statistisches Prognosemodell. Mit PANTA RHEI wurden Simulationen für die sieben ausgewählten Einzugsgebiete der Risikogewässer durchgeführt. Bei der statistischen Niedrigwasserprognose wurden Pegel in ganz Niedersachsen betrachtet.

Als Antrieb dienten die Daten verschiedener regionaler Klimamodelle auf Basis des gemäßigten Zukunftsszenarios SRES A1B sowie des „Weiter-wie-bisher“-Szenarios RCP8.5. Die Auswertung verschiedener Niedrigwasser-Kenngrößen erfolgte für zwei Zukunftszeiträume, die nahe Zukunft (2021-2050 vs. 1971-2000) und die ferne Zukunft (2071-2100 vs. 1971-2000).

Die Ergebnisse aus hydrologischer und statistischer Modellierung wurden innerhalb vier topografisch-klimatologischer Regionen in Niedersachsen zusammengeführt und verglichen.

Topografisch-klimatologische Regionen und Lage der verfügbaren Stationen für die Prognosen des hydrologischen und statistischen Modells.  
Abb.3: Topografisch-klimatologische Regionen und Lage der verfügbaren Stationen für die Prognosen des hydrologischen und statistischen Modells

Beide betrachtete Klimaszenarien deuten in der nahen Zukunft (2021-2050) auf eine leichte Entspannung der Niedrigwasserverhältnisse im Vergleich zum Referenzzeitraum (1971-2000) hin. In der fernen Zukunft (2071-2100) fallen die Ergebnisse, je nach Region, sehr unterschiedlich aus. Auf Basis des A1B-Szenarios kommt es in ganz Niedersachsen zu einer Verschärfung der Niedrigwassersituation. Unter Betrachtung des RCP8.5-Szenarios gibt es deutliche regionale Unterschiede. Während sich im östlichen Flachland eher eine Entspannung der Niedrigwasserverhältnisse andeutet, ist die Entwicklung im westlichen Flachland nicht eindeutig. Im Berg- und Hügelland sowie im Harz wird es trockener. Im Harz standen allerdings ausschließlich Ergebnisse des statistischen Prognosemodells Verfügung.

Abb. 4: Änderungssignale des hydrologischen u. statistischen Wirkmodells für das NM7Q10 im westl. Flachland; dargestellt sind die Mediane über alle verfügbaren Stationen im RCP8.5- (li.) u. A1B-Szenario (re.) für die nahe (Z2) u.ferne Zukunft (Z3)  
Abb.4: Änderungssignale des hydrologischen u. statistischen Wirkmodells für das NM7Q10 im westl. Flachland; dargestellt sind die Mediane über alle verfügbaren Stationen im RCP8.5- (li.) u. A1B-Szenario (re.) für die nahe (Z2) u.ferne Zukunft (Z3)
Abb.5: Änderungssignale des hydrologischen und statistischen Wirkmodells für das NM7Q10 im östl. Flachland; dargestellt sind die Mediane über alle verfügbaren Stationen im RCP8.5- (li.) u. A1B-Szenario (re.) für die nahe (Z2) u. ferne Zukunft (Z3)  
Abb.5: Änderungssignale des hydrologischen und statistischen Wirkmodells für das NM7Q10 im östl. Flachland; dargestellt sind die Mediane über alle verfügbaren Stationen im RCP8.5- (li.) u. A1B-Szenario (re.) für die nahe (Z2) u. ferne Zukunft (Z3)
Abb.6: Änderungssignale des hydrologischen u. statistischen Wirkmodells für das NM7Q10 im Berg- u. Hügelland; dargestellt sind die Mediane über alle verfügbaren Stationen im RCP8.5- (li.) u. A1B-Szenario (re.) für die nahe (Z2) u.ferne Zukunft (Z3)  
Abb.6: Änderungssignale des hydrologischen u. statistischen Wirkmodells für das NM7Q10 im Berg- u. Hügelland; dargestellt sind die Mediane über alle verfügbaren Stationen im RCP8.5- (li.) u. A1B-Szenario (re.) für die nahe (Z2) u.ferne Zukunft (Z3)
Abb.7: Änderungssignale des statistischen Wirkmodells für das NM7Q10 im Harz; dargestellt sind die Mediane über alle verfügbaren Stationen im RCP8.5- (links) und A1B-Szenario (rechts) für die nahe (Z2) u. ferne Zukunft (Z3)  
Abb.7: Änderungssignale des statistischen Wirkmodells für das NM7Q10 im Harz; dargestellt sind die Mediane über alle verfügbaren Stationen im RCP8.5- (links) und A1B-Szenario (rechts) für die nahe (Z2) u. ferne Zukunft (Z3)

Detaillierte Ergebnisse der Untersuchungen sind im Abschlussbericht der Phase 5 von KliBiW zu finden.

Oker bei Braunschweig

Niedrigwasser in der Oker bei Braunschweig

Artikel-Informationen

Ansprechpartner/in:

Uwe Petry
NLWKN Hannover-Hildesheim
An der Scharlake 39
D-31135 Hildesheim

Christine Schnorr
NLWKN Hannover-Hildesheim
An der Scharlake 39
D-31135 Hildesheim

Artikel-Informationen

05.07.2019

Ansprechpartner/in:
Uwe Petry

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