Wasser und nachhaltige Entwicklung
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Einflüsse von Klima- und Landnutzungsänderungen auf unsere Wasserressourcen H.P. Nachtnebel Inst. f. Wasserwirtchaft, Hydrologie und konstr. Wasserbau Universität für Bodenkultur Muthg. 18, A-1190 Wien [email protected] Der Wasserkreislauf wird sowohl direkt durch menschliche Eingriffe als auch langsam durch Klimaänderungen beeinflusst. Insbesondere im Alpenraum erfolgte durch die Errichtung von großen Speichern und Überleitungen eine saisonale als auch tägliche Veränderung im Abflussgeschehen. Auf globaler Ebene ist der Aral-See zu nennen, dessen Fläche und Volumen durch großflächige Bewässerungen dramatisch verändert wurde, sodass heute nur mehr kleine getrennte Wasserkörper mit hohen Salzkonzentrationen vorhanden sind. Zusätzlich ist auch noch der Klimaeinfluss zu berücksichtigen. Im Alpenraum ist über die letzten hundert Jahre eine mittlere Erwärmung von etwa 1,6 C zu beobachten, während die mittlere globale Erwärmung deutlich niedriger bei etwa 0,8 C liegt. Mit der steigenden Temperatur ist auch eine Änderung des Niederschlages zu erwarten, die im Alpenraum unterschiedlich ausgeprägt sein kann. Tendenzielle ist südlich der Alpen ein Rückgang des Jahresniederschlages zu erwarten, während im Norden eher ein Anstieg zu erwarten ist. Somit sind deutliche Auswirkungen auf den Wasserhaushalt zu erwarten. Die Schneedeckendauer ist insbesondere in den mittleren Lagen rückläufig, die Gletscher schmelzen deutlich ab, die Winterabflüsse nehmen im alpinen Raum eher zu, während in den Voralpengebieten die Sommerniederwässer länger und ausgeprägter auftreten werden. Der Bewässerungsbedarf wird in vielen Gebieten zunehmen, sodass eine verstärkte Nutzung der Grundwasserressourcen erfolgen wird. Der Einfluss auf die hydroelektrische Energieerzeugung ist regional unterschiedlich. Der Kühlwasserbedarf kann in südlicheren Gebieten an die Wasserverfügbarkeit heran reichen, sodass kritische Situationen entstehen können. Im Vortrag werden Beispiele über anthropogene und klimabedingte Veränderungen von nationalen und internationalen Projekten herangezogen und daraus Folgerungen für die nächsten Jahrzehnte abgeleitet. Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15 Einflüsse von Klima- und Landnutzungsänderungen auf unsere Wasserressourcen H.P. Nachtnebel IWHW-BOKU Zielsetzung Der Wasserkreislauf wird vielfältig verändert: durch direkte Maßnahmen (Landnutzung, Flussbau, Energiewirtschaft,…) und durch Klimaänderungen. Ziel ist die Analyse, Quantifizierung der beobachteten und zu erwartenden Veränderungen im Wasserhaushalt und in der Nutzung Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Gliederung des Vortrages Wo greifen wir in den Wasserhaushalt ein ? Einige Beispiele zu beobachteten Veränderungen und deren Folgen Methodik zur Beurteilung zukünftiger Veränderungen Einige Aussagen zur Zukunft Wasserhaushalt, Trinkwasserressourcen, Hochwässer, Niederwässer Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Klimaeffekte: Treibhausgase Niederschlag Energieflüsse In der Folge ändert sich die Vegetation, Landnutzung: Feuchtgebiete Speicher Erosion Grundwasserentnahme Begradigung der Gewässer Feststoffhaushalt Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 18.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Beispiele für Veränderungen im Wasserkreislauf Grossräumige Veränderungen Aral See trocknet aus Tschad See ebenso Regionale Veränderungen (mittlere räumliche Skala) Fließzeiten von Hochwasserwellen in der Donau Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Austrocknen des Aral Sees Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Veränderungen durch grossflächige Bewässerung Wasser und nachhaltige Entwicklung Wasserspiegel bis 1960 auf ca. 53 m a.s.l. Fläch ca. 69,8 103 km2 Maximale Tiefe 69 m Ca. 1100 Inseln mit einer Fläche von 2 235 km2 Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Ausbau der Donau: Kette von Laufstauen und Hochwasserdeichen Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 18.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Geschwindigkeit von Hochwasserwellen an der Donau Vienna Bratislawa Komarom Hungarian Border Fließzeit der Wellen von Ybbs bis Slo-Hun-Grenze (Mikhlanek et al.,2000) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Ursachen: Seit den 1950-iger Jahren Bau von Laufkraftwerken Begleitdämme schneiden große Auwaldgebiete ab Reduktion des Retentionsraumes Wellenablauf wird beschleunigt Mittlere Hochwässer nehmen zu Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wie kann man Klimaeinflüsse auf die Hydrologie beurteilen ? Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wie kann man Klimaeinflüsse auf die Hydrologie beurteilen ? • Trendanalysen von Beobachtungen 1912 1969 Vernagt Ferner (Bayerische Akademie der Wissenschaften) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wie kann man Klimaeinflüsse auf die Hydrologie beurteilen ? • • Trendanalysen von Beobachtungen Szenarien ±2,5° oder ±5° ±10% Niederschlagsänderung Wasser und nachhaltige Entwicklung Liefert Informationen über die Sensitivität von Flussgebieten, von wasserwirtschaftlichen Systemen Sagt nichts aus über zu erwartende Veränderungen Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wie kann man Klimaeinflüsse auf die Hydrologie beurteilen ? • Trendanalysen von Beobachtungen • Szenarien ±2,5° oder ±5° ±10% Niederschlagsänderung • Klimamodelle betreiben hydrologische Modelle Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wie kann man Klimaeinflüsse auf die Hydrologie beurteilen ? • Trendanalysen von Beobachtungen • Szenarien ±2,5° oder ±5° ±10% Niederschlagsänderung • Klimamodelle betreiben hydrologische Modelle Downscaling CP-Type und regionale Niederschlagsverteilung • Wasser und nachhaltige Entwicklung Man vergleicht historische grossräumige Phänomene mit lokalem Geschehen. Man nimmt man, dass dieser Zusammenhang auch in Zukunft bestehen wird. Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Was bisher geschah! Änderung der Temperatur und des Niederschlages (ZAMG) Änderung der mittleren globalen Lufttemperatur Änderung der mittleren Temperatur im Alpenraum Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Was bisher geschah! Änderung des Niederschlages (1951-2000) (Moser, 2002) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 18.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Klimaeffekte im Alpenraum und Wirkung auf die Hydrosphäre Schnee Gletscher Fließgewässer Limnische Systeme Boden- und Grundwasser Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserwirtschaft Was haben wir zu erwarten ? Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Änderungen im Jahresniederschlag Differenz bis zur Mitte des Jahrhunderts Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Zusammenfassung der Klimaänderungen Alpen bilden eine Grenze: Nördlich davon Zunahme des Jahresniederschlages Südlich davon eher eine Abnahme Sommerniederschläge nehmen eher ab, Winterniederschläge eher zu Im Alpenraum ist der Temperaturanstieg ausgeprägter als global und in Meeresnähe Keine klare Aussage bezüglich Starkregen möglich (Physikalisch gesehen können diese eher zunehmen) Temperaturanstieg bis Mitte Jhdt 1,5-2,5 C Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wasserbedarf heute Gesamtbedarf Trinkwasserbedarf Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Nutzungsgrad: Vergleich von lokalem Bedarf und Verfügbarkeit (Quantitativ) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Einige Ergebnisse für Österreich Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Schnee: Was wurde beobachtet ? Die Schneefallgrenze ist in Österreich seit 1980 gestiegen, deutlich (signifikant) gestiegen im Sommer, unwesentlich gestiegen (nicht signifikant) im Winter. Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Schnee: Was ist zu erwarten? Am stärksten wird sich die Verkürzung der winterlichen Schneedeckendauer in Höhenlagen zwischen 10002000 m auswirken, d.h. späterer Beginn und früheres Abschmelzen des Schnees. Abnahme der Tage mit Scheedecke: in mittleren Höhenstufen (1000–2000 m) ca. 30 Tage in den Tallagen (< 1000 m) und Hochregionen (> 2000 m) ca. 15 Tage im Süden und Südosten im Mittel ca. 70 Tage. Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Gletscher: Was wurde beobachtet ? (Pfeffer et al. 2014) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Gletscher: Was ist zu erwarten ? Im optimistischen Fall verbleiben gegen Ende des 21. Jahrhunderts etwa 20% des Eisvolumens Im pessimistischen Fall praktisch gänzliches Abschmelzen der Gletscher Hinsichtlich des Gletscherabflusses dürfte der maximale jährliche Abfluss schon erreicht, wenn nicht gar überschritten sein (Marzeion, 2013) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Fliessgewässer: Was wurde beobachtet ? Trend in Jahresabflussreihen (1951-2000. Fürst et al., 2008) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Fliessgewässer: Was ist zu erwarten ? Vergleich 2036-2065 mit 1961-1990 Wasser und nachhaltige Entwicklung Vergleich 2061-2090 mit 1961-1990 Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wasserbilanz Österreichs Nmittel 1170 mm/a EVAPmittel 516 mm/a Industrie: 20 mm/a Haushalte: 8mm/a Lw. Beregnung 2mm/a Zeitraum: 1961-2000 HZB (2005) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wasserversorgung: Was wurde beobachtet ? Zeitreihe des Wasserverbrauches, MA 31. Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wassernutzungsgrad in Österreich Auf Verbandesebene (heute) Auf Verbandesebene (Mitte Jhdt) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wasserbelastung (aus Landnutzung, von Deponien und Erosion) Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Trinkwasser bei Klimaänderung und Bevölkerungsentwicklung Heute und nahe Zukunft Um die Mitte des Jhdts. Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wasserversorgung: Was ist zu erwarten ? In oberflächennahen Grundwasserkörpern ist mit einer Temperatur-erhöhung von 0,5 °C bis maximal 1 °C zu rechnen, Schöner et al. (2011) Qualitätsveränderungen sind in einigen Gebieten zu erwarten. Die GW-Neubildungsrate wird in einigen Regionen abnehmen (Süden, Südosten) Bedarf ist durch Verbundsysteme in einigen Regionen abzudecken Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Hochwässer und Niederwässer Aussagen sehr unsicher. In den letzten 30 Jahren haben in etwa 20 % der Einzugsgebiete in Österreich die Hochwässer zugenommen, besonders in kleinen Gebieten nördlich des Alpenhauptkammes (Blöschl et al., 2013). Keine Aussage für die Zukunft möglich Winterniederwässer werden im Alpenraum höhere Abflüsse aufweisen In Flachlandgebieten und im Süd-Osten ist eine Verschärfung der Niederwassersituation zu erwarten Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 18.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wasserkraft: Was beobachtet wurde ? Jahreserzeugungs-koeffizienten der Wasserkraft in Österreich für den Zeitraum 1950-2007. Pirker, 2007 Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 18.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wasserkraft: Was ist zu erwarten ? 35000 GWh 30000 25000 A1B SOMMER- Gleitendes Mittel 10 Jahre A2 SOMMER- Gleitendes Mittel 10 Jahre 20000 B1 SOMMER- Gleitendes Mittel 10 Jahre Sommer A1B WINTER- Gleitendes Mittel 10 Jahre A2 WINTER - Gleitendes Mittel 10 Jahre Mittel der hydroelektrischen Energieerzeugung für Österreich im Zeitraum 20022090. 15000 B1 WINTER - Gleitendes Mittel 10 Jahre (Stanzel und Nachtnebel, 2010b) 10000 Winter 5000 0 Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Wasserkraft: Was ist zu erwarten ? • Unsichere Ergebnisse: von +/-5% bis 2021-2050 (ZAMG-TU Wien; 2013) bis Abnahme von 6 % bis15 % bis 2025 und 2075 (ÖWAV, 2008) Im Winter jedenfalls eine Zunahme der Erzeugung Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Zusammenfassung Veränderungen des Wasserhaushaltes erfolgen laufend Durch direkte Eingriffe (Speicher, Um- und Überleitungen, Flussbau und Nutzungen) Durch das Klima Im Alpenraum bis Mitte des 21. Jahrhunderts geringe quantitative Veränderungen im Wasserhaushalt Langfristige Tendenz für Abflussreduktion im Süden Tendenzielle Abnahme der Wasserkrafterzeugung Wenig Aussagen dzt. zu Änderungen von Hochwässern Gewässer werden wärmer Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Aus folgenden Projekten wurden Ergebnisse, Bilder entnommen: INTAS Project – 0511 REBASOWS (2006): The rehabilitation of the ecosystem and bioproductivity of the Aral Sea under conditions of water scarcity. https://iwhw.boku.ac.at/rebasows/webbase.htm ERDF Project CC-Ware (2015): Mitigating Vulnerability of Water Resources under Climate Change in SEE. http://www.ccware.eu/ Austrian Climate Research Program APCC (2014): Österreichischer Sachstandsbericht Klimawandel 2014 http://www.apcc.ac.at/4%20-%20Report.html Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel Danke für die Aufmerksamkeit Wasser und nachhaltige Entwicklung Bozen 19.03.15. H.P. Nachtnebel Nachtnebel
