Auswirkungen auf das Abflussregime

Das Abflussregime bezeichnet den typischen, mittleren Jahresgang des Abflusses in einem Fließgewässer. Es wird durch das Klima, Relief, die Vegetation und die hydrogeologischen Eigenheiten des Gebietes bestimmt. Je nach Speisung des Gewässers – also der Herkunft des Wassers – sind in Bayern zwei Grundtypen vorherrschend.

Pegel Kemmern am Main: Mittlere Monatsniederschlagssummen zwischen 58 und 93 mm mit Maxima in Dezember und Januar sowie Juni und Juli; Niederschlagsminima im Februar und April. Abflussganglinien verlaufen ähnlich: Minima im August bzw. September (nur Niedrigwasser), Maxima im März bzw. Januar (nur Hochwasser). Niveau unterschiedlich: Hochwasserabflüsse zwischen 35 und 215, Mittelwasserabflüsse zwischen 20 und 84, Niedrigwasserabflüsse zwischen 11 und 38 Kubikmeter je Sekunde. Bild vergrössern Abflussregime und mittlerer monatlicher Gebietsniederschlag 1971-2000 (hydrologisches Jahr) für den Pegel Kemmern im Einzugsgebiet des Mains

Pluviales Regime: Die Gewässer werden überwiegend durch Regenwasser gespeist. In der warmen Jahreszeit spielt zudem die Höhe der Verdunstung eine Rolle. Dadurch treten im Mittel hohe Abflüsse im Winter und zeitigem Frühjahr auf, niedrige Abflüsse dagegen im Spätsommer und Herbst.

In Bayern ist dieses Regime eher typisch für die nord- und mittelbayerischen Flüsse wie Main (siehe links), Saale, Regnitz oder Altmühl.

Pegel Passau-Ingling am Inn: Mittlere Monatsniederschlagssummen zwischen 80 und 164 mm mit Maximum von Juni bis August sowie November bis Januar und Minimum im Februar. Abflussganglinien verlaufen ähnlich: Minima im Januar, Maxima im Juli. Niveau unterschiedlich: Hochwasserabflüsse zwischen 806 und 2455, Mittelwasserabflüsse zwischen 425 und 1316, Niedrigwasserabflüsse zwischen 285 und 823 Kubikmeter je Sekunde. Bild vergrössern Abflussregime und mittlerer monatlicher Gebietsniederschlag 1971-2000 (hydrologisches Jahr) für den Pegel Passau-Ingling im Einzugsgebiet des Inns

Nivales Regime: Für das Abflussverhalten ist hier das Vorhandensein einer großflächigen und regelmäßigen Schneedecke bestimmend. Der Niederschlag wird im Winter überwiegend in Form von Schnee angesammelt, wodurch in dieser Jahreszeit die geringsten Abflüsse auftreten. Die Schneeschmelzereignisse im Frühjahr und Frühsommer, überlagert durch flüssigen Niederschlag, führen damit zu einem Abflussmaximum in der Jahresmitte.

Typische Vertreter sind die südbayerischen Flüsse wie Iller, Isar und Inn (siehe links).

In der Realität kommen nicht nur die hier dargestellten Typen vor, häufig sind auch Überlagerungen derselben. Feinere Unterteilungen der Definition der Regimes ("komplexes Regime") ergeben sich daher aus dem Anteil der Grundtypen, der Anzahl der Abflussmaxima und –minima oder der Stärke der innerjährlichen Schwankungen. Oft gilt das Regime für den mittleren Abfluss, doch können auch die Jahresgänge der Hoch- und Niedrigwasserabflüsse einbezogen werden.

Beispiel: Abflussregime am Pegel Kemmern

Obenstehende Abbildung zeigt das pluviale Abflussregime des Mains am Beispiel des Pegels Kemmern:

Die Jahresgänge von Höchst-, Mittel- und Niedrigwasserabfluss verlaufen ähnlich mit Maximalwerten von Dezember bis März, insbesondere bei den Hochwasserabflüssen. Im Vergleich zum übrigen Jahresverlauf wirken sich im Winter die Gebietsniederschläge stärker auf den Abfluss aus, denn aufgrund niedriger Lufttemperaturen kommt der Einfluss der Verdunstung nur in abgeschwächter Form zum Tragen. Für die Grundwasserneubildung ist diese Periode daher von besonderer Bedeutung. Hinzu kommt im Winter und Frühjahr ein erhöhtes Hochwasserrisiko aufgrund von Schneeschmelzereignissen.

Die Niedrigwasserperiode verteilt sich auf die Monate Juli bis Oktober. Trotz des sommerlichen Niederschlagsmaximums kommt wegen hoher Verdunstungsraten nur wenig Niederschlag zum Abfluss.

Beobachtete Veränderung der Abflussregimes in Bayern

Luftbild der Talsperre bei Dämmerung Bild vergrössern Talsperren beeinflussen über die Regulierung ihres Ablasses den Abfluss in ihrem Unterlauf, Talsperre Rottachsee. Foto: Armin Rieg WWA Kempten

Für die Pegel in Bayern lassen sich keine pauschalen Zusammenhänge zwischen der Klimaänderung und der Änderung der jeweiligen Abflussregimes ableiten.
Grund dafür ist die sich ebenso ständig ändernde Beeinflussung des Abflussverhaltens durch wasserwirtschaftliche Nutzungen oder wasserbauliche Maßnahmen, z.B. durch Talsperren. Solche können ein Klimasignal, wie Erhöhungen der mittleren Abflussmengen oder deren zeitliche Verschiebungen im Jahresgang, überdecken oder sogar aufheben.

Auswertungen im Rahmen von KLIWA (Heft 3) ergaben für die mittleren jährlichen Abflüsse (MQ) zumeist insignifikante, also unsichere Trends, die zudem nur sehr schwach ausfielen.

Die Signale der mittleren monatlichen Abflüsse (MoMQ bzw. MQ(m)) deuten hingegen an der überwiegenden Anzahl der Pegel auf leichte Zunahmen, die in Verbindung mit einer Niederschlagserhöhung seit den 1970er Jahren stehen könnten.

Analysen zu Änderungen des Hoch- bzw. Niedrigwasserregimes sind in den dazugehörigen Kapiteln dieser Website dargelegt.

Zukünftige Veränderung des Abflussregimes in Bayern

Die zukünftige Entwicklung der Abflussregimes einer Region ("Abflussprojektionen") wird in KLIWA mit Hilfe von Wasserhaushaltsmodellen abgeschätzt. Diese wurden zuvor mit Messdaten auf die aktuellen Bedingungen in dieser Region angepasst ("kalibriert"). Als Antrieb der Modelle dienen die Zeitreihen der Klimagrößen, wie sie von Regionalen Klimamodellen geliefert werden. Dabei werden nach Möglichkeit nur die Regionalen Klimaprojektionen verwendet, welche die notwendigen Klimagrößen hinreichend plausibel abbilden (Plausibilitätsprüfung siehe Kapitel "Klimamodellierung (Methoden)"). Nutzungseinflüsse werden im Allgemeinen nicht berücksichtigt.

Nicht alle am LfU betrachteten Abflussprojektionen zeigen Änderungen der jährlichen Abflussmittelwerte, innerjährliche Verschiebungen werden aber von allen Modellen wiedergegeben (Beispiel s.u.). Weiterführende Informationen finden sich beispielsweise in den Berichten zum Projekt AdaptAlp.

Beispiel: Zukünftige Veränderung des Abflussregimes des Inns

Karte von Bayern mit hervorgehobener Fläche des Inn-Einzugsgebiets. Circa ein Drittel liegt in Bayern, die übrigen zwei Drittel in den österreichischen Alpen. Passau-Ingling befindet sich kurz vor der Mündung in die Donau. Bild vergrössern Einzugsgebiet des Inns

Im Zuge des Projektes AdaptAlp wurde die Veränderung des Abflussregimes im Einzugsgebiet des Inns untersucht. Das folgende Beispiel zeigt die modellierten Änderungen für den sogenannten Auslasspegel Passau-Ingling. Dieser liegt kurz vor der Mündung des Inns in die Donau, so dass er das Verhalten des Abflussregimes in Summe über das gesamte Einzugsgebiet repräsentiert.

In den beiden folgenden Abbildungen sind die Änderungen der mittleren monatlichen Abflüsse (MoMQ) für die nahe Zukunft (2021-2050) und die ferne Zukunft (2071-2100) dargestellt. Dafür flossen die Ergebnisse von zehn, bzw. acht verschiedenen Regionalen Klimaprojektionen in das Wasserhaushaltsmodell WaSiM-ETH ein.

Zu beachten

Bei den dargestellten relativen Änderungen werden der errechnete Abfluss aus der Klimamodellierung der Vergangenheit (1971-2000) mit den modellierten Abflussprojektionen der Zukunft verglichen. So können systematische Fehler und Abweichungen weitgehend ausgeschlossen werden. Die gezeigten gemessenen Pegeldaten der Vergangenheit dienen der Einordnung der Änderungen in das natürliche Abflussregime.

Auffällig ist eine große Spannweite der Änderungssignale und deren unterschiedliche Richtung – je nach betrachtetem Regionalem Klimamodell. Dabei streuen die Ergebnisse für die nahe Zukunft weniger stark als für die ferne Zukunft, doch sind die Signale weniger robust. Im Sommer ergibt sich für die ferne Zukunft hingegen ein robustes Signal mit einheitlichen Abnahmen:

So treten in der nahen Zukunft Zunahmen der Mittelwasserabflüsse von bis zu +40% in den Wintermonaten Dezember bis April auf. In der fernen Zukunft werden durch die auf dynamischen Regionalmodellen basierenden Projektionen Zunahmen bis zu +60% modelliert. Die (statistischen) WETTREG-Projektionen zeigen hingegen in beiden Zeiträumen keine winterlichen Zunahmen, sondern eher Abnahmen oder keine Änderungen. Demgegenüber sind die sommerlichen Abnahmen besonders deutlich, die bei den WETTREG Projektionen bis zu -30% in der nahen Zukunft erreichen, und bis -50% in der fernen Zukunft. Diese Änderungen führen im nivalen Regime des Inn eher zu einer Vergleichsmäßigung des Abflusses.

Änderungssignale des mittleren monatlichen Abflusses (MQ(m) bzw. MoMQ) gegenüber 1971-2000 für die nahe (links) und die ferne Zukunft (rechts) am Pegel Passau-Ingling aus zehn bzw. acht Regionalen Klimaprojektionen

Regionale Abflussberichte

Karte von Bayern unterteilt in 9 Flusseinzugsgebiete Bild vergrössern Planungsräume der Wasserrahmenrichtlinie

Aufbauend auf den regionalen Klimaberichten für Bayern und seine Flussgebiete (siehe Kapitel "Zukünftige Klimaveränderung") befinden sich regionale Abflussberichte in Arbeit. Die Aufteilung in die neun Flussgebiete richtet sich nach den bayerischen Planungsräumen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL). Der Erkenntnisstand zum Klimawandel und seinen Auswirkungen auf das Abflussregime der bayerischen Fließgewässer wird damit für die regionale Ebene genauer beleuchtet.

Zusätzlich sollen im "Abflussbericht Bayern" die zugrunde liegenden methodischen Ansätze und die bisherigen Erkenntnisse für ganz Bayern zusammengefasst und allgemein dargestellt werden. Dabei ist neben der Erfassung bisheriger Veränderungen und der allgemeinen Entwicklung des Abflussverhaltens vor allem die Frage nach der künftigen Entwicklung der Ausprägung und Häufigkeit von Hoch- und Niedrigwassersituationen von besonderem Interesse.

Weiterführende Informationen

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