Auswirkungen auf Niedrigwasserabflüsse

Sehr weit abgelassene Talsperre (Förmitzspeicher, Einzugsgebiet der Sächsischen Saale im Jahr 2018) – in Zukunft Normalität?; Foto: Wasserwirtschaftsamt Hof

Die einzelnen trockenen Jahre 1976, 2003, 2015 und jüngst 2018 zeigten deutlich: Zu wenig Wasser über einen längeren Zeitraum beeinträchtigt die Gewässer als Lebensraum und die Wasserwirtschaft. Der Klimawandel wird die Situation vermutlich nicht entspannen.

Zum Weiterlesen

Die Seite erläutert

• was man unter Niedrigwasser versteht,
• seine Ursachen
• die Auswirkungen auf die Wasserwirtschaft,
• welche Veränderungen man bereits beobachtet,
• was man zur zukünftigen Entwicklung weiß.

Detailliertere Informationen für Fachnutzer finden Sie in den Publikationen in der Seitenspalte oder am Ende der Seite unter "Weiterführende Informationen".

Was ist Niedrigwasser und warum beschäftigt sich das LfU damit?

Was ist Niedrigwasser?

Niedrigwasser ist ein Teil des natürlichen Abflussgeschehens. Es entsteht, wenn einem Gewässer wenig Wasser zufließt: Weil es wenig regnet, viel Wasser verdunstet und es nur gering aus dem Grundwasser gespeist wird. In weiten Teilen Bayerns treten Niedrigwasserperioden ganz normal vor allem im Sommer und Herbst auf. Im Alpenraum ist Niedrigwasser eher im Winter typisch: Hier wird der Niederschlag lange in der Schneedecke, in Gletschern und in gefrorenem Untergrund zurückgehalten und fließt erst dann ins Gewässer, wenn es taut.

Von Niedrigwasser spricht man, wenn:

• a) der Wasserstand in einem See unter einen für dieses Gewässer typischen Schwellenwert fällt oder
• b) der gemessene Abfluss in einem Fließgewässer einen Schwellenwert unterschreitet, der in Abhängigkeit vom Abflussregime dieses Fließgewässers definiert wird.

Die Kooperation KLIWA wertet die Entwicklung von Niedrigwasser in der Vergangenheit und Zukunft aus und nutzt dabei verschiedene statistische Kennwerte. Ein häufig verwendeter Wert ist der langjährige mittlere Niedrigwasserabfluss (MNQ). KLIWA nutzt weiterhin den NM₇Q. Dies ist der niedrigste Mittelwert von sieben aufeinanderfolgenden Tagesabflusswerten und damit ein wenig stabiler gegenüber Messfehlern. Die Auswertungen betrachten neben dem Niedrigwasserabfluss zudem die Dauer und Häufigkeiten einer Niedrigwasserperiode.

Wie diese Niedrigwasserkennwerte berechnet werden und welche es überdies gibt, erläutert das nachfolgende PDF-Dokument.

• Hydrologische Kennwerte - PDF

Was sind die Ursachen von Niedrigwasser und welche Zusammenhänge bestehen?

Im Wesentlichen löst die aktuelle Witterung Niedrigwasser aus – also das Wettergeschehen über einen Zeitraum von mehreren Wochen bis Monaten. Wie stark sich diese klimatologischen Ursachen in einem Flusseinzugsgebiet auswirken und ob es tatsächlich zu Niedrigwasser kommt, hängt vor allem von den "natürlichen" Gebietseigenschaften ab. Das heißt: Welches Abflussregime liegt vor, wie viel Wasser kann in Boden und Grundwasser zwischengespeichert werden, wie viel verdunstet oder wie viel Wasser hält die Vegetation zurück? Aber auch die wasserwirtschaftliche Nutzung in Form von Zuleitungen, Speichern oder Entnahmen aus dem Gewässer spielt eine Rolle.

Ursachen von Niedrigwasser und deren Auswirkungen auf die Elemente des Wasserhaushalts Oberflächengewässer, Boden- und Grundwasser

Die Quervernetzungen von Niedrigwasser sind vielschichtig. Versickert beispielsweise wenig, wird wenig Grundwasser neugebildet. Der Grundwasserspeicher leert sich und damit fließt weniger Wasser über Quellen in die Fließgewässer.

Andererseits zieht eine geringere Wassermenge auch eine geänderte Gewässerqualität nach sich. Im Wasser gelöste Stoffe können sich stärker aufkonzentrieren. Ein kleiner Wasserkörper reagiert schneller auf die Lufttemperaturen, das heißt er erwärmt sich rascher oder kühlt rascher ab.

Wasserwirtschaft – wer ist wie betroffen?

Durch den Klimawandel betroffene Nutzungsbereiche. Niedrigwasser beeinflusst dabei alle Bereiche mit Ausnahme des Hochwasserschutzes

Welcher wasserwirtschaftliche Bereich ist von Niedrigwasser betroffen? In welcher Form und wie stark? Dieser Frage widmet sich das LfU unter anderem in der Kooperation KLIWA.

Eine Erkenntnis daraus ist: Viele wasserwirtschaftliche Nutzungen und ökologische Funktionen können durch Niedrigwasser beeinträchtigt werden. Wasserkraft, Energiewirtschaft, landwirtschaftliche Bewässerung sowie Schifffahrt hängen vor allem von der Wassermenge ab. Dagegen sind Abwassereinleitungen (einschließlich Wärmeeinleitungen) von der Wasserqualität und der Wassermenge abhängig, beeinflussen sie aber selbst auch. Ebenso benötigen die Lebewesen im Gewässer beides: Eine ausreichende Gewässerqualität und genügend Wasser. Reicht eines von beiden in einer Niedrigwasserphase nicht aus, kommt es zu Problemen und Einschränkungen. Zum Teil entstehen Konkurrenzsituationen zwischen den Nutzungen. Aus ökonomischer Sicht können langanhaltende Niedrigwasserperioden zu erheblichem volkswirtschaftlichem Schaden führen. Durch die komplexen Wirkungszusammenhänge bei Niedrigwasser lässt sich der genaue Schaden allerdings oft sehr schwer beziffern. Die nebenstehende Unterseite Anpassungsmöglichkeiten\Trockenheit zeigt Strategien zum Umgang mit Niedrigwasser.

Eine knappe Übersicht zu den Auswirkungen von Niedrigwasser auf die verschiedenen Nutzungsbereiche gibt das nachfolgende PDF-Dokument. Viele weitere Erkenntnisse sind im Bericht "Niedrigwasser in Bayern" zusammengefasst.

• Zusammenfassung Niedrigwasserauswirkungen - PDF

Welche Veränderungen beobachten wir?

Die Kooperation KLIWA untersuchte für Bayern den Trend der Niedrigwasserabflüsse anhand des Niedrigwasserkennwerts NM7Q (niedrigstes 7-tägiges Abflussmittel eines Jahres). Die Signifikanzgrenze um die Belastbarkeit der Entwicklung zu bewerten, liegt bei 90 %. Die Analyse des KLIWA-Monitoring-Berichtes für Süddeutschland (Link siehe unten) nutzt weniger Pegel und eine weniger strenge Signifikanzgrenze.

Die Ergebnisse für das Jahr, das Sommer- und Winterhalbjahr an 71 bayerischen Pegeln zeigen die folgenden Karten. Signifikante Trends erkennt man an farbigen Kreisen. Gelb bezeichnet geringere Abflussmengen, blau höhere.

Wertet man den Trend ab Messbeginn bis zum Jahr 2015 aus, scheinen die Niedrigwasserabflussmengen in Bayern entweder zu stagnieren oder zu steigen, aber kaum zu fallen. Das betrifft sowohl das Wasserhaushaltsjahr als auch die dazugehörigen Halbjahre. Allein im Sommerhalbjahr zeigen sich abnehmende Trends im Südwesten Bayerns. Bei weiteren statistischen Auswertungen der jüngeren Vergangenheit ab 1980 sind allerdings an deutlich mehr Pegeln abnehmende Tendenzen erkennbar. Die Niedrigwasserabflüsse scheinen also seit Anfang der 1980er Jahre in einigen weiteren Regionen niedriger zu werden.

Unsere bayerischen Fließgewässer sind stark von der Wasserwirtschaft überprägt – Zu- und Ableitungen oder Speicherbewirtschaftung verändern die Abflüsse zusätzlich zu den natürlichen Einflüssen. Für gewöhnlich vergleichmäßigt die Wasserwirtschaft das Abflussgeschehen und puffert zu starke Niedrigwasserereignisse ab. Für Niedrigwasseranalysen ist das eine Herausforderung, denn oft kann nicht eindeutig unterschieden werden, ob eine festgestellte Niedrigwasseränderung klimatische oder auch nicht-klimatische Ursachen hat. Dies ist auch in den hier dargestellten Trends der Fall.

Trends des NM7Q im Zeitraum zwischen frühestens 1900 bis einheitlich 2015, Wasserhaushaltsjahr und dazugehörige Halbjahre

Der bayerische Niedrigwasserinformationsdienst (NID) informiert regelmäßig zur aktuellen Niedrigwassersituation, sowohl hinsichtlich der Abflussmengen als auch der Wasserqualität. Ebenso gibt er in seinen Gewässerkundlichen Jahresberichten und weiteren Sonderberichten eine Rückschau auf markante Niedrigwasserperioden der Vergangenheit (Link siehe unten). Ausführliche Analysen konkreter Auswirkungen des Sommers 2003, 2015 oder 2018 finden sich auch auf im Bericht "Niedrigwasser in Bayern und den Seiten der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG, Link s.u.).

Was können wir für die Zukunft sagen?

Die zukünftige Abflussentwicklung ("Abflussprojektionen") in Bayern wird in KLIWA mit Hilfe von Wasserhaushaltsmodellen abgeschätzt. Derzeit erarbeitet das LfU, welche Abflussänderungen auf Grundlage der Klimaprojektionen des 5. IPCC-Berichtes mit seinen RCP-Szenarien zu erwarten sind. Eine Fertigstellung ist für 2021 geplant. Aussagen auf Grundlage der SRES-A1B-Klimaprojektionen des 4. IPCC-Berichtes sind aber bereits möglich. Informationen zu den klimatischen Grundlagen und der Wasserhaushaltsmodellierung beschreiben die beiden folgenden Seiten und die unten angegebenen Links.

• Zukunft des Wasserhaushalts - Datengrundlagen und Methoden
• Wasserhaushaltsmodellierung

Die Klimaprojektionen sind sich einig: Es wird in Zukunft wärmer. Damit steigt auch die potenzielle Verdunstung, vor allem im Sommerhalbjahr. Wenn gleichzeitig die Niederschlagsmengen gleich bleiben oder gar abnehmen, steht weniger Wasser für den Oberflächenabfluss zur Verfügung. Die Abflussmengen bei Niedrigwasser werden also sinken und kleinere Gewässer häufiger und länger trocken fallen.

Die nachfolgende Karte zeigt beispielhaft die Veränderung des mittleren sommerlichen Niedrigwasserabflusses bis Mitte des Jahrhunderts (2041 bis 2070) gegenüber dem Referenzzeitraum 1971 bis 2000 an 60 ausgewählten Pegeln für Bayern. KLIWA stellt Zukunftsaussagen immer als Bandbreite (Minimum/ Maximum) für das aktuelle bayerische Ensemble an Abflussprojektionen dar. Der Median kennzeichnet dabei die Änderung, die in der Mitte des Ensembles liegt. Gelb-braune Kreise beschreiben Abnahmen an den Pegeln, blaue Kreise Zunahmen. Der Bereich zwischen -10% und +10% ist als "keine Änderung" definiert.

Prozentuale Änderung der mittleren Niedrigwasserabflussmengen im Wasserhaushalts-Sommerhalbjahr bis Mitte des Jahrhunderts gegenüber dem Referenzzeitraum an 60 ausgewählten Pegeln in Bayern (Abflussprojektionsensemble mit SRES-A1B)

Im Wasserhaushalts-Sommerhalbjahr (siehe Karte) ergeben sich für den Median in Nord- und Südbayern unterschiedlich starke Entwicklungen: Während nördlich der Donau keine Änderungen erkennbar sind, nehmen die Abflüsse südlich davon ab. Im Jahresgang sind im Süden Bayerns eher hohe Abflüsse typisch, es ist folglich eher eine mäßige Verschärfung der Niedrigwassersituation anzunehmen. Im Minimum des Ensembles ergeben sich überall Abnahmen, Das Ensemble-Maximum zeigt dagegen Abflusszunahmen nördlich der Donau und deutet damit eine Entspannung der Niedrigwassersituation an. Dies spiegelt die Bandbreite der betrachteten SRESA1B-Klimaprojektionen im 4. IPCC-Bericht wieder.

Im Wasserhaushaltsjahr und -winterhalbjahr ändern sich die Niedrigwasserabflüsse im Median nicht oder nehmen im Alpenraum leicht zu. Im Ensemble-Minimum ergeben sich überwiegend Abnahmen mit Ausnahmen im Süden Bayerns. Im Maximum zeigen sich überwiegend Zunahmen.

Vergleichbare Auswertungen gibt es auch für die Zeiträume 2021-2050 und 2071-2100. Dort finden sich auch die Karten zu den hier nicht bildlich dargestellten anderen Jahresabschnitten.

• Steckbrief zu zukünftigen Änderungen des Niedrigwasserabflusses MNQ mit SRES-A1B - PDF