Wasserwirtschaft im Westharz Hydrologische Untersuchungen mit Blick auf ein sich veränderndes Klima IMPRESSUM Herausgeber: Harzwasserwerke GmbH Abteilung Wasserwirtschaft Dipl.-Ing. Frank Eggelsmann Dr.-Ing. Andreas Lange 2 Inhalt Einleitung . 4 Datengrundlage und Untersuchungsprogramm . 6 Wasserhaushalt der Oder . 8 Wasserhaushalt der Sperrlutter . 10 Wasserhaushalt der Sieber . 12 Wasserhaushalt der Söse . 14 Wasserhaushalt der Innerste . 16 Wasserhaushalt der Grane . 18 Wasserhaushalt der Oker . 20 Wasserhaushalt der Radau . 22 Wasserhaushalt der Ecker . 24 Hochwasserabfl üsse der Oder . 26 Hochwasserabfl üsse der Sieber . 28 Hochwasserabfl üsse der Söse . 30 Hochwasserabfl üsse der Innerste . 32 Hochwasserabfl üsse der Oker . 34 Hochwasserabfl üsse der Radau . 36 Zusammenfassung und Bewertung . 38 Ergebnisse Abfl ussjahr 1941–2008 . 39 Ergebnisse Winterhalbjahr 1941–2008 . 40 Ergebnisse Sommerhalbjahr 1941–2008 . 41 Begriffsdefi nitionen und statistische Grundlagen . 42 Literaturverzeichnis . 43 3 Einleitung °C 10,0 9,0 Trend 1951 - 2005 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 Jahresmitteltemperaturen (1951-2005) der Messstation Clausthal (590 mNN) Die globale Erderwärmung ist auch im Harzgebiet im Zeit- Die prognostizierten Veränderungen sind für die Harzwasser- raum 1951 bis 2005 mit einem Anstieg von ca. einem Kelvin werke GmbH, die seit über 75 Jahren große Talsperren im eindeutig nachweisbar. Westharz betreiben, wasserwirtschaftlich von großer Bedeu- tung. Denn die Stauanlagen dienen einerseits dem Hochwas- Die Erwärmung führt physikalisch zu einem höheren Energie- serschutz, andererseits haben die Speicher ausreichend Was- umsatz in der Erdatmosphäre. Dadurch wird der Wasserkreis- ser für die Trinkwassergewinnung, die Energieerzeugung und lauf aus Niederschlag und Verdunstung in seinem Ablauf die Niedrig wasseraufhöhung zur Verfügung zu stellen. beschleunigt. Klimaforscher prognostizieren, dass in Zukunft ausgeprägte Wetterextreme häufi ger auftreten (z. B. Stark- Im Rahmen des vorliegenden Berichtes wird untersucht, ob regenereignisse, Hitze- und Dürreperioden). Für den mittel- die Messdaten der Harzwasserwerke GmbH bereits Rück- europäischen Raum wird mit höheren Winterniederschlägen schlüsse auf Veränderungen infolge des Klimawandels und geringeren Sommerniederschlägen gerechnet. zulassen. Dabei werden vornehmlich zwei Fragen diskutiert, welche die Bewirtschaftung der Harztalsperren unmittelbar betreffen: 4 Normalstau an der Innerstetalsperre Der Bienenfresser – Indikator für ein zunehmend milderes Klima im Harz 1. Ist anhand der hydrologischen Datenbasis bereits ein Trend zu erkennen, der auf eine positive oder negative Ver- änderung des Wasserhaushalts der Talsperren schließen lässt? 2. Liefern die langjährigen Abfl ussbeobachtungen der Harz- wasserwerke GmbH einen Hinweis darauf, dass große Hochwasser in den Einzugsgebieten der Talsperren ten- denziell zunehmen? Oder handelt es sich um Beobach- tungen, die im Rahmen der natürlichen Schwankungen liegen? Datengrundlage und Untersuchungsprogramm Langelsheim Goslar Innerste- Grane- talsperre talsperre Seesen Bad Harzburg Innerste Oker Lautenthal Grane Holtemme Gose Hahnenklee Ecker Oker- Ecker- Ilsenburg Wernigerode Wildemann talsperre talsperre Clausthal- Radau Zellerfeld Altenau Bad Gittelde Grund Zillierbach- talsperre Söse Wasser- scheide Bode Söse- Oder Söse Elbe-Weser talsperre Riefensbeek Braunlage Kalte Bode St. Andreas- Osterode berg Rappbode- Sieber talsperre Sperr- lutter Breiten-beek Warme Bode Sieber Herzberg Bad Lauterberg Oder- Oder talsperre Übersichtskarte Westharz mit Talsperren, Einzugsgebietsgrenzen und Überleitungssystem GEBIETSNIEDERSCHLÄGE Bei den verwendeten Niederschlagsdaten handelt es sich über- wiegend um die Messdaten von Monatssammlern, welche das Im ersten Schritt zur Untersuchung des Wasserdargebots wur- relativ dünne Messnetz an vorhandenen Regenmessern und den für die Einzugsgebiete der sechs großen Talsperren sowie -schreibern im Harz ergänzen. Einzelne Datenlücken wurden für drei weitere Flussgebiete Gebietsniederschläge ermittelt: durch den Vergleich mit Nachbarstationen geschlossen. Die Messdaten wurden zuvor auf Ausreißer und durch Abgleich ș Odertalsperre mit der Isohyetenkarte auf Plausibilität überprüft. ș Sösetalsperre ș Innerstetalsperre NATÜRLICHER GEBIETSABFLUSS ș Granetalsperre ș Okertalsperre Die Abfl üsse in den Harzgewässern unterliegen beträchtlichen ș Eckertalsperre Beeinfl ussungen durch den ehemaligen Oberharzer Bergbau. ș Sperrlutter Es gibt nur wenige Gewässer, die nicht auf die eine oder ș Sieber andere Art durch künstliche Speicherung, Ableitungen oder ș Radau Beileitungen in ihrem natürlichen Haushalt verändert sind. Zu den älteren Komponenten des Eingriffs in den Wasserhaushalt Die Auswertung erfolgte mit dem Thiessen-Polygon-Verfah- kommen die jüngeren Beileitungssysteme, die die Flussgebiete ren auf der Grundlage der Monatsniederschlagssummen von im Westharz miteinander vernetzen und das heutige Talsper- insgesamt 62 Messstationen für die Jahre 1941 bis 2008. renverbundsystem der Harzwasserwerke GmbH bilden. 6 Pegel für Hochwasseranalyse Einzugsgebiet Überleitung/Stollen Wasserscheide Innerste/Pegel Rote Klippe Schon frühzeitig wurde von den Harzwasserwerken für die schnell wieder ab. Das Hochwasservolumen, die Abfl ussfülle, Planung und den Bau der großen Harztalsperren ein relativ ist meistens gering. Ausnahmen bilden Hochwasser, welche umfangreiches Pegelmessnetz aufgebaut, welches auch das durch einen großfl ächigen, tagelang andauernden Land- komplexe System der Bei- und Ableitungen mit erfasst. Die regen verursacht sind. Bei diesen Ereignissen ist dann auch gesammelten Daten bilden heute die Grundlage, um für alle im Sommer mit einem sehr großen Volumen zu rechnen. Flussgebiete im Westharz langjährige Zeitreihen des natürli- chen Gebietsabfl usses aufstellen zu können. Winterhochwasser kommen in der Regel nicht auf so hohe Scheitelwerte, sind jedoch sehr viel inhaltsreicher. Eine beson- Bei der Aufstellung der Wasserbilanzen in den Fluss-/Talsperren- dere Situation liegt im Winter vor, wenn starke Regenfälle einzugsgebieten wurden folgende Einfl ussgrößen berücksichtigt: von einem lang anhaltenden Wärmelufteinbruch begleitet werden. In diesem Fall entstehen zusammen mit der Schnee- ș Speicherinhaltsveränderungen (Talsperren, Stauteiche) schmelze Hochwasser, welche sowohl hohe Scheitelwerte als ș Beileitungen durch Gräben, Stollen oder Pumpleitungen auch große Volumina aufweisen. ș Ableitungen durch Gräben, Stollen oder Pumpleitungen ș Entzug durch Abwassertransportleitungen Im Rahmen dieses Berichtes werden die gemessenen Hoch- ș Entzug durch Wasserentnahmen für die Trinkwassergewinnung wasserscheitel von sechs Pegeln analysiert, für die geeignet lange Reihen an Hochwasserabfl ussdaten vorliegen: Eine ausführliche Darstellung der Wasserbilanzen fi ndet sich in [5], da dies ansonsten den Rahmen dieses Berichtes spren- ș Erikabrücke: Zufl usspegel für die Odertalsperre (1941-2008) gen würde. ș Herzberg: Siebergebiet (1941-2008) ș Riefensbeek: Zufl usspegel für die Sösetalsperre (1941-2008) Im Folgenden wird der natürliche Gebietsabfl uss für den Zeit- ș Hüttschenthal: Zufl usspegel für die Innerstetalsperre (1941-2008) ș raum 1941 bis 2008 als Abfl usshöhe hA dargestellt, um ihn Altenau I: Zufl usspegel für die Okertalsperre (1949-2008) direkt mit den Gebietsniederschlägen vergleichen zu können. ș Harzburg: Radaugebiet (1941-2008) Die Auswertung erfolgte für die oben aufgeführten Flussge- biete getrennt nach Abfl uss-, Winter- und Sommerhalbjahr. Einige der oben aufgeführten Pegel werden bereits länger als 1941 beobachtet. Der Vergleichbarkeit wegen wird hier aber HOCHWASSERABFLÜSSE der Zeitraum 1941 bis 2008 betrachtet. Eine Ausnahme bildet der Okerpegel Altenau I, der erst seit 1949 gemessen wird. Jedes Hochwasser hat im Harz seine eigene Charakteris- tik. Typische Sommerhochwasser entstehen durch wolken- Die Auswertung der Hochwasserabfl ussdaten erfolgte auch bruchartige Regenfälle. Dabei schwellen die Bäche in den hier getrennt nach Abfl ussjahr, Winterhalbjahr und Sommer- steilen Harztälern in kürzester Zeit an, ebben aber genauso halbjahr. 7 Wasserhaushalt der Oder Langelsheim Goslar Innerste- Grane- talsperre talsperre Seesen Bad Harzburg Innerste Oker Lautenthal Grane Gose Hahnenklee Ecker Oker- Ecker- Wildemann talsperre talsperre Clausthal- Radau Zellerfeld Altenau Bad Gittelde Grund Söse Wasser- scheide Söse- Oder Söse Elbe-Weser talsperre Riefensbeek Braunlage St. Andreas- Osterode berg Sieber Sperr- lutter Breiten-beek Sieber Herzberg Bad Lauterberg Oder- Oder talsperre Einzugsgebiet Odertalsperre GEBIETSBESCHREIBUNG TRENDANALYSE Das Quellgebiet der Oder ist eine bis zum Oderteich rei- Die Analyse des Trendverhaltens des Gebietsniederschlags chende Hochmulde, welche eingerahmt wird von den zeigt eine Verschiebung des Sommerniederschlags in Rich- höchsten Erhebungen des Harzes: Sonnenberg 853 mNN, tung des Winterniederschlags. Dabei ist der Trend zuneh- Bruchberg 928 mNN, Brocken 1142 mNN und Achtermann mender Winterniederschläge mit einer Sicherheit von 90 % 926 mNN. Unterhalb des Oderteichs fl ießt die Oder in einem statistisch signifi kant. steilen Kerbtal südwärts und mündet oberhalb von Bad Lau- terberg in die Odertalsperre. Das Flussgebiet der Oder ist bis Die Beobachtung im Niederschlagsgeschehen spiegelt sich zur Odertalsperre fast zu 100 % bewaldet. im Wasserhaushalt der Odertalsperre wider. Während der Sommerabfl uss signifi kant rückläufi g ist,