Auswirkungen auf den mittleren Abfluss und das Abflussregime

Die Gewässerökologie und die Wasserwirtschaft sind an eine bestimmte mittlere Abflussmenge eines Fließgewässers sowie an deren jahreszeitliche Verteilung angepasst. Diese typische zeitliche Verteilung der Abflussmengen wird als Abflussregime bezeichnet. Der Klimawandel kann sowohl die Höhe der mittleren Abflussmenge als auch den Jahresgang des Abflusses beeinflussen und verändern. Anthropogene Nutzung kann diesen Verlauf zusätzlich überlagern.

Damit die Wasserwirtschaft die Klimawandel bedingten Veränderungen abschätzen und so gezielte Maßnahmen ergreifen und Anpassungen vornehmen kann, wertet das Bayerische Landesamt für Umwelt im Rahmen der Kooperation KLIWA das Abflussregime und seine Veränderungen aus.

Zum Weiterlesen

Die Seite erläutert

• was man unter mittlerem Abfluss und Abflussregime versteht,
• welche Veränderungen man bereits beobachtet,
• was man zur zukünftigen Entwicklung weiß.

Detailliertere Informationen finden Sie in unseren Publikationen in der linken Seitenspalte sowie unter "Weiterführende Informationen" am Ende dieser Seite.

Was sind mittlerer Abfluss und Abflussregime?

Der mittlere Abfluss (MQ) gibt die durchschnittliche Abflussmenge an, die an einem Pegel innerhalb eines bestimmten Zeitraums (z. B. Jahr oder Halbjahr) gemessen wird. Er liefert jedoch keine Information über die typische Verteilung des Abflusses im Jahresverlauf an diesem Pegel.

Das Abflussregime beschreibt hingegen die charakteristische jahreszeitliche Verteilung des Abflusses und zeigt so die typische Dynamik eines Flusses im Jahresverlauf. Es gibt also Auskunft über wahrscheinliche Eintrittszeitpunkte und Intensitäten von Niedrig- und Hochwasserphasen und ist deshalb ein wichtiges hydrologisches Werkzeug. Das Abflussregime wird im Wesentlichen vom vorherrschenden Klima in einem Einzugsgebiet, aber auch vom Relief, der Vegetation und hydrogeologischen Eigenschaften beeinflusst. Neben natürlichen Einflussfaktoren kann der Mensch diesen Verlauf durch wasserbauliche Maßnahmen wie Talsperren, Kanäle oder Wasserüberleitungen verändern. Durch diesen, teils starken anthropogenen Einfluss, werden manche Pegel anhand der Messdaten anderen Regimen zugeordnet, als dies möglicherweise unter natürlichen Umständen der Fall wäre.

Vereinfacht lassen sich vorkommende Regimetypen in Bayern in drei Hauptkategorien – pluvial, nival und nivo-pluvial zusammenfassen. Untenstehende Abbildung zeigt die charakteristischen Verläufe der drei Regimetypen im direkten Vergleich.

Die drei Hauptkategorien der Abflussregimetypen. Dargestellt sind die Pardé-Koeffizienten von drei Pegeln bayerischer Einzugsgebiete (Passau-Ingling: Nival, Hofkirchen: Nivo-Pluvial und Kleinheubach: Pluvial)

Pluviales Regime: Die Gewässer werden überwiegend durch Regenwasser gespeist, weshalb die Abflussmenge relativ schnell auf Regenereignisse reagiert. In der warmen Jahreszeit spielt zusätzlich die Verdunstung eine wichtige Rolle, da das verdunstete Wasser nicht in das Gewässer gelangt. Typisch sind daher höhere Abflüsse im Winterhalbjahr und zeitigem Frühjahr, da in dieser Zeit häufige und ergiebige Niederschläge auftreten. Im Sommerhalbjahr und Frühherbst sind die Abflüsse dagegen niedriger, bedingt durch geringere Niederschläge und eine hohe Verdunstung. Dieses Regime ist vor allem für die nord- und mittelbayerischen Flüsse wie Main, Saale, Regnitz oder Altmühl charakteristisch.

Nivales Regime: Für den Abflussverlauf ist hier eine ausgeprägte Schneespeicherung, also das Vorhandensein einer großflächigen und regelmäßigen Schneedecke, bestimmend. Niederschläge fallen im Winter überwiegend als Schnee und werden zunächst gespeichert. Weshalb in dieser Zeit die geringsten Abflüsse auftreten. Die höchsten Abflüsse entstehen im Frühjahr bis Frühsommer, wenn die Schneeschmelze einsetzt. Zusätzlich trägt die Wassermenge aus Niederschlägen entsprechend ihrer jährlichen Verteilung zum Abfluss bei. Zusammen führt dies zu einem Abflussmaximum in der Jahresmitte. Regen spielt insgesamt jedoch eine eher untergeordnete Rolle und der Abfluss hängt stark von Temperatur und Schneeschmelze ab. Typische Vertreter dieses Regimetyps sind die südbayerischen Flüsse Iller, Isar und Inn.

Nivo-pluviales Regime (oft auch pluvio-nivales Regime, je nach Dominanz): Das Abflussmuster wird sowohl von der Schneeschmelze im Frühjahr als auch von Niederschlägen zu verschiedenen Jahreszeiten geprägt. Die höchsten Abflüsse treten meist im Frühjahr durch die Schneeschmelze auf, welche häufig durch Regenfälle verstärkt werden, als auch zu anderen Zeiten, je nach Regenereignissen. Im Sommer und besonders im Winter treten eher niedrigere Abflüsse auf. Der Abfluss wird also insbesondere von der Temperatur als auch von den Niederschlägen beeinflusst. In Bayern treten diese Regime vor allem im Alpenraum und im Alpenvorland auf. Typisch sind sie für Flüsse, die in den Alpen entspringen. Beispiele sind Lech, Loisach und Mangfall.

Die räumliche Lage der verschiedenen Abflussregimetypen in Bayern für den Referenzzeitraum von 1971 bis 2000 ist in untenstehender Karte veranschaulicht.

Abflussregime 60 ausgewählter Pegel auf Grundlage von Messdaten für den Referenzzeitraum 1971 bis 2000

Die nördlichen Pegel gehören dem pluvialen Abflussregime an, während im Süden das nivo-pluviale Regime vorherrscht. Entlang der Donau befindet sich die Übergangszone vom pluvialen zum nivo-pluvialen Regime, in der beide Regimetypen gleichermaßen vorkommen. Südlich der Donau, insbesondere zu den Alpen hin, treten auch vermehrt nivale Regime auf.

Einfluss des Klimawandels auf das Abflussregime

Der Klimawandel kann das Abflussregime eines Fließgewässers verändern, indem sich die Abflussmengen in einzelnen Jahresabschnitten erhöhen oder verringern und sich der Zeitpunkt von Abflussminima und -maxima verschiebt. Steigende Temperaturen führen dazu, dass Niederschläge im Winter häufiger als Regen statt als Schnee fallen. Dadurch kann der Abfluss im Winterhalbjahr zunehmen. Im Gegenzug verringert sich der Abfluss im Frühjahr und ggf. auch im Sommer, da weniger Wasser in Form von Schnee gespeichert und zeitverzögert freigesetzt wird. Zusätzlich kann eine steigende Verdunstung im Sommer zu weiter sinkenden Abflussmengen beitragen.

Welche Veränderungen beobachten wir?

Die Entwicklungen der mittleren Abflussmengen werden vom Bayerischen Landesamt für Umwelt seit vielen Jahrzenten analysiert. Die untenstehenden Karten veranschaulichen die beobachteten Zu- oder Abnahmen der mittleren jährlichen Abflüsse an einer Auswahl bayerischer Pegel im hydrologischen Jahr sowie für das Sommer- und Winterhalbjahr. Die Trends werden entsprechend ihrer Richtung und Signifikanz farblich dargestellt.

Abbbildung 3: Trendauswertung des mittleren Abfluss MQ für eine Auswahl bayerischer Flusspegel, dargestellt sind die Trends der Pegel für den Zeitraum 1951 bis 2024 für das hydrologische Jahr sowie Sommer- und Winterhalbjahr

Hier zeigt sich, dass sich die beobachteten Veränderungen sowohl räumlich als auch im jahreszeitlichen Verlauf unterscheiden. Betrachtet man das Sommer- und Winterhalbjahr so fällt auf, dass die mittleren Abflüsse im Winterhalbjahr in der Tendenz überwiegend zugenommen, im Sommerhalbjahr hingegen tendenziell überwiegend abgenommen haben. Über das hydrologische Jahr gesehen, zeigen sich im Süden Bayerns tendenziell Zunahmen, im Norden eher Abnahmen und im Bereich entlang der Donau kaum Veränderungen der mittleren Abflüsse.

Auffallend sind die hochsignifikant zunehmenden Trends der Pegel an der Rednitz und Regnitz (nahe Nürnberg) im Sommerhalbjahr. Die Pegel am Main oberhalb der Mündung der Regnitz (östlich) weisen abnehmende Trends auf, während die Pegel mainabwärts (westlich) zunehmende Trends zeigen. Diese Entwicklung ist auf das fränkische Überleitungssystem Donau-Main zurückzuführen und bestätigt somit dessen Wirksamkeit. Das bedeutet, dass das Überleitungssystem als effektive Maßnahme zur Klimaanpassung im Kontext der Niedrigwasserproblematik funktioniert. Weitere Informationen zur Überleitung Donau-Main finden Sie beim Wasserwirtschaftsamt Ansbach:

• Fränkisches Seenland - Überleitung Donau-Main

Insgesamt bedeutet dies, dass sich bereits Verschiebungen der Abflussregime beobachten lassen, die sich in einer Veränderung der saisonalen Abflussverteilung äußern: Im Winterhalbjahr zeigen sich tendenziell steigende Abflüsse und intensivere Niederschlagsereignisse und im Sommer abnehmende Abflüsse und stärkere Niedrigwasserereignisse.

Was können wir für die Zukunft sagen?

Die zukünftige Entwicklung des mittleren Abflusses in Bayern wird vom Bayerischen Landesamt für Umwelt mithilfe von Wasserhaushaltsmodellen und Ensemble-basierten Klimaprojektionen untersucht. Auf Basis von Abflussprojektionen wurden mögliche Veränderungen der Abflüsse bis zum Jahr 2100 sowie der Einfluss des Klimawandels analysiert (siehe Publikation „Klimawandel und Abflüsse in Bayern“). Hierbei werden unterschiedliche Emissionsszenarien des 5. IPCC-Berichts (RCP2.6 und RCP8.5) berücksichtigt, um die Bandbreite möglicher Entwicklungen abzubilden. Es handelt sich dabei ausdrücklich nicht um Vorhersagen, sondern um szenariobasierte Projektionen, die mögliche Entwicklungspfade unter unterschiedlichen Annahmen darstellen.

• Zukunft des Wasserhaushalts - Datengrundlagen und Methoden
• Wasserhaushaltsmodellierung

Die nachfolgenden Karten zeigen die projizierten Veränderungen des mittleren Abflusses (MQ) bis zum Ende des Jahrhunderts (2071 bis 2100) gegenüber dem Referenzzeitraum 1971 bis 2000 an 60 ausgewählten Pegeln für Bayern. Dargestellt sind die Entwicklungen für ein Szenario ohne Klimaschutz (RCP8.5) für das Wasserhaushaltsjahr, sowie Sommer- und Winterhalbjahr. Die Änderungssignale der Pegel in den Karten sind auf Basis der Lage der Bandbreite der Abflussprojektionen vereinfacht dargestellt.

Drei Bayernkarten, die die projizierten Veränderungen des MQ von 2071 bis 2100 gegenüber dem Referenzzeitraum von 1971 bis 2000 für das Szenario RCP8.5 (Szenario ohne Klimaschutz) abbilden

Die Projektionen zeigen, dass sich die beobachteten Entwicklungen des mittleren Abflusses in Zukunft voraussichtlich fortsetzen und verstärken werden. Die Veränderungen des mittleren Abflusses sind dabei vor allem durch saisonale Verschiebungen der Abflussmengen geprägt und unterscheiden sich regional.

Für das hydrologische Winterhalbjahr lassen die Projektionen für die südbayerischen Pegel deutliche Zunahmen der mittleren Abflüsse erkennen, während für Nordbayern kein klarer Trend erkennbar ist. Durch höhere Temperaturen nimmt die Schneespeicherung ab, wodurch Niederschläge im Winterhalbjahr zunehmend direkt abfließen. Dadurch schwächt sich das für viele Regionen in Südbayern typische Frühjahrshoch infolge der Schneeschmelze deutlich ab, tritt früher auf oder entfällt teilweise vollständig.

Im hydrologischen Sommerhalbjahr zeigen die Projektionen dagegen überwiegend Abnahmen der mittleren Abflüsse für die südbayerischen Pegel. Auch hier ist für die Pegel in Nordbayern kein klarer Trend erkennbar. Die Kombination aus geringeren Niederschlägen, höherer Verdunstung und geringerer Speicherverfügbarkeit führt zu längeren und ausgeprägteren Niedrigwasserphasen. Diese Entwicklung betrifft nicht nur kleinere Gewässer, sondern auch größere Flüsse und ist in allen betrachteten Szenarien erkennbar, wenn auch in unterschiedlicher Stärke.

Dies bedeutet, dass sich die Regime in Bayern infolge des Klimawandels grundlegend verändern. Im Referenzzeitraum (1971 bis 2000) sind in Bayern unterschiedliche Abflussregimetypen verbreitet, die von niederschlagsdominierten (pluvialen) Regimen in Nordbayern bis hin zu schneedominierten (nivalen) und nivo-pluvialen Regimen im Alpenraum reichen. Aus den Projektionen geht hervor, dass nivale und nivo-pluviale Regime künftig zunehmend an Bedeutung verlieren, da insbesondere der Einfluss der Schneespeicherung deutlich abnimmt, der bisher für viele Flüsse in Südbayern prägend war. Stattdessen entwickeln sich viele Flüsse hin zu pluvial geprägten Regimen, bei denen der Abfluss unmittelbar durch Niederschläge gesteuert wird.

Es zeigt sich, dass sich die Abflussregime in Bayern infolge des Klimawandels regional unterschiedlich, aber langfristig spürbar verändern werden. In untenstehender Abbildung sind projizierte Veränderungen der Abflussregime für 60 Auswertepegel nach den drei Regimetypen für die ferne Zukunft unter zwei verschiedenen Szenarien dargestellt.

Abflussregime von 60 Auswertepegeln in der fernen Zukunft (1971 bis 2100) für RCP2.6 und RCP8.5 im Vergleich zum Referenzzeitraum 1971 bis 2000

Der Vergleich der unterschiedlichen Entwicklungspfade (Szenarien) verdeutlicht, dass die Ausprägung der Regimeänderungen von den möglichen Ausprägungen des Klimawandels abhängt. Unter einem Szenario mit ambitioniertem Klimaschutz (RCP2.6) treten die Regimeänderungen abgeschwächter auf, während sie in einem Szenario ohne Klimaschutz (RCP8.5) gravierend sind. In jedem Fall können sie jedoch vermutlich nicht vollständig vermieden werden.

Im Referenzzeitraum weisen knapp 50 % der Pegel ein pluviales, 40 % ein nivo-pluviales und 10 % ein nivales Regime auf. Während unter RCP2.6 der Anteil nivo-pluvialer Regime leicht sinkt und der Anteil pluvialer Regime leicht steigt, bei beinahe gleichbleibendem Anteil nivaler Regime, sind die Verschiebungen der Regime unter RCP8.5 deutlich drastischer (siehe obenstehende Abbildung). Bei einem Szenario ohne Klimaschutz ist ein starker Rückgang bzw. das Verschwinden von nivalen Regimen zu erwarten und eine insgesamte Verschiebung in Richtung pluvialer Regime, wie sie bereits im Norden Bayerns vorherrschen.

Die beiden untenstehenden Karten zeigen die räumliche Verteilung der Abflussregime und verdeutlichen, dass Regimeänderungen (unter beiden Szenarien RCP2.6 und RCP8.5) hin zu pluvialen Regimen insbesondere in den südlichen Teilen Bayerns zu erwarten sind. Die bereits vorherrschenden pluvialen Abflussregime in den nördlicheren Regionen werden voraussichtlich stärker ausgeprägt werden.

Abflussregime von 60 Auswertepegeln in Bayern bezogen auf die ferne Zukunft (2071 bis 2100) für das Szenario RCP2.6 (im Vergleich darunter Scenario RCP8.5)

Abflussregime von 60 Auswertepegeln in Bayern bezogen auf die ferne Zukunft (2071 bis 2100) für das Szenario RCP8.5 (im Vergleich darüber Scenario RCP2.6)

Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass sich das Abflussregime bayerischer Flüsse von einem durch saisonale Speicherung ausgeglichenen System hin zu einem stärker schwankenden, niederschlagsgetriebenen System entwickelt und eine Verschiebung von nival und nivo-pluvial hin zu pluvialen Regimen stattfindet. Das bedeutet, dass der Klimawandel und die damit verbundenen steigenden Temperaturen die Bedeutung Schneedecke verringert und die Abflussregime in Bayern zunehmend durch flüssige Niederschläge im Winter bestimmt werden. Dies hat weitreichende Konsequenzen für Hochwasserentstehung, Niedrigwasserhäufigkeit sowie für ökologische und wasserwirtschaftliche Fragestellungen.