Abfluss-BW Regionalisierte Abfluss-Kennwerte Baden-Württemberg Mittlere Abflüsse und mittlere Niedrigwasserabflüsse BEARBEITUNG Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG) - Bereich Hydrologie Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Dr.-Ing. Jürgen Ihringer und Mitarbeiter LUBW Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg Postfach 100163, 76231 Karlsruhe Referat 43 – Hydrologie, Hochwasservorhersage Dipl.-Ing. Joachim Liebert STAND März 2016 Nachdruck - auch auszugsweise - ist nur mit Zustimmung der LUBW unter Quellenangabe und Überlassung von Belegexemplaren gestattet. 1 Mittlere Abflüsse und Mittlere Niedrigwasserabflüsse 1-1 1.1 Einführung 1-1 1.2 Allgemeine Vorgehensweise 1-3 1.3 Hydrologische Datengrundlage 1-4 1.3.1 Einbezogene Pegelzeitreihen 1-4 1.3.2 Daten- und Homogenitätsprüfung 1-6 1.3.3 Abflussbeeinflussungen 1-6 1.3.3.1 Natürliche Abflussbeeinflussungen 1-7 1.3.3.2 wasserwirtschaftliche Nutzungen 1-8 1.4 Kläranlagenabflüsse 1-8 1.4.1 Trockenwetterabfluss-Ganglinien 1-8 1.4.1.1 Vorgehensweise 1-8 1.4.1.2 Aufbereitung der Grundlage 1-10 1.4.1.3 Trockenwetterabfluss-Modell 1-11 1.4.2 Bereinigung der hydrologischen Daten 1-13 1.5 Gebiets-Kenngrössen 1-14 1.6 Aktualisierung der Regionalisierungsmodelle 1-15 1.6.1 Allgemeinder Regionalisierungsansatz 1-15 1.6.2 Regionalisierungsmodell für den Mittleren Abfluss MQ 1-17 1.6.3 Regionalisierungsmodell für den Mittleren NiedrigwasserAbfluss MNQ 1-18 1.7 Anwendung der Regionalisierungsmodelle 1-22 1.7.1 Gewässerstellen und Einzugsgebiete 1-22 1.7.2 Flächenbürtige Abflüsse 1-24 1.7.3 Natürliche und Anthropogene Beeinflussungen 1-25 1.7.3.1 Natürliche Beeinflussungen 1-25 1.7.3.2 Anthropogene Beeinflussungen 1-25 1.7.4 Beeinflussungen infolge kläranlagen 1-27 1.7.5 Regionalisierte Abfluss-Kennwerte 1-27 1.7.6 Abflusslängsschnitte 1-27 1.8 Informationen in „Abfluss-BW“ 1-28 2 Literatur 2-1 ©LUBW Abfluss-Kennwerte I Abbildungsverzeichnis A-1 Tabellenverzeichnis B-1 Anlage 1: Liste der Abfluss-Längsschnitte für Mittleren Abfluss MQ und mittleren Niedrigwasserabfluss MNQ Anlage 2: Vermerke und Abstimmungen zu Abfluss-Regelungen II Abfluss-Kennwerte ©LUBW 1 Mittlere Abflüsse und Mittlere Niedrigwasserabflüsse 1.1 EINFÜHRUNG den Datenstand der Zeitreihen bis Oktober 1998, Für die Planung und Bewertung von wasserbauli- teilweise bis 2002/3. chen Maßnahmen, Abflussregelungen oder wasser- wirtschaftlichen Nutzungen an Fließgewässern, ist Parallel zur Fortschreibung der Hochwasserabfluss- zur Beurteilung des Abflussgeschehens, neben dem Kennwerte im Jahr 2007 erfolgte mit der Herausga- Hochwasser, die Kenntnis über Mittlere Abflüsse be der DVD [LUBW 2007] auch für die Mittleren MQ und mittlere Niedrigwasserabflüsse MNQ von Abflüsse MQ und die mittleren Niedrigwasser- großer Bedeutung. Ein wichtiger Niedrigwasser- abflüsse MNQ eine Überarbeitung des Datenstands Kennwert ist der mittlere Niedrigwasserabfluss der Beobachtungszeitreihen der Pegel ab dem je- MNQ, der z.B. eine wesentliche Kenngröße bei der weiligen Beobachtungsbeginn bis zum Jahr Stoffstrommodellierung darstellt und als Einstiegs- 2004/2005, teilweise bis 2006. Weiterhin wurden wert zur Ermittlung von Mindestabflüssen eine die angepassten Regionalisierungsmodelle auf das wichtige Rolle spielt. erweiterte Gewässerkundliche Flächenverzeichnis mit Stand März 2006 übertragen. Das Gewässer- In enger Kooperation zwischen der Landesanstalt kundliche Flächenverzeichnis wurde hierfür am für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden- IWG entsprechend der Anforderungen an die regio- Württemberg (LUBW) und dem Institut für Wasser nalisierten Abfluss-Kennwerte angepasst und er- und Gewässerentwicklung (IWG) - Bereich Hydro- weitert. Mit Herausgabe der DVD [LUBW 2007] logie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) standen die regionalisierten Kennwerte (HQ, MQ wurden die Regionalisierungsverfahren Baden- und MNQ) für insgesamt 10 824 Teilgebiete bzw. Württemberg für die Ermittlung der Abfluss- Regionalisierungsknoten zur Verfügung. Auf dieser Kennwerte entwickelt. Die Veröffentlichung und DVD wurden zusätzlich zu den oben genannten Fortschreibung der regionalisierten Abfluss-Kenn- mittleren Kennwerten auch T-jährliche Niedrigwas- werte Baden-Württemberg wird seitdem von der serabflüsse NQT und mittlere Niedrigwasserdauern LUBW kontinuierlich fortgeführt. Die aktuelle MND sowie T-jährliche Niedrigwasserdauern NDT Fortschreibung (2016) der regionalisierten MQ und veröffentlicht. Diese zusätzlichen Kennwerte wer- MNQ Abfluss-Kennwerte ersetzt die bisherigen den jedoch aktuell nicht fortgeschrieben. Veröffentlichungen. In der Folgezeit ergaben sich für die Bearbeitung Die Regionalisierungsverfahren für MQ und MNQ der Hochwassergefahrenkarten in Baden-Württem- wurden mit der CD „Mittlere Abflüsse und Mittlere berg weitergehende Anforderungen, so dass für Niedrigwasserabflüsse in Baden-Württemberg“ zahlreiche zusätzliche Gewässerstellen regionali- [LfU 2004] erstmals veröffentlicht und unverändert sierte Hochwasserabfluss-Kennwerte abgeleitet auf die CD „Abfluss-Kennwerte in Baden- wurden (RP Stuttgart, 2012). Diese zusätzlichen Württemberg“ [LfU 2005] übernommen. Diese bei- Gewässerstellen wurden analog zu der bestehenden den Ausgaben der Bearbeitungen berücksichtigen Systematik und Methodik als sogenannte Verdich- tungsknoten übernommen und sind online im ©LUBW Abfluss-Kennwerte 1-1 LUBW-Portal „Abfluss-BW“ veröffentlicht Solche Beeinflussungen wurden bereits in den (LUBW 2015). bisherigen Veröffentlichungen berücksichtigt. Zusätzlich treten aber auch infolge von Einlei- Auch für die regionalisierten Kennwerte des Mittle- tungen aus Kläranlagen sprunghafte Verände- ren Abflusses und des mittleren Niedrigwasserab- rungen im Bereich von Mittleren Abflüssen und flusses werden fortlaufend neue Anforderungen ge- Niedrigwasserabflüssen an den jeweiligen Ein- stellt. In der aktuellen Fortschreibung 2016 werden leitungsstellen auf. Abb. 1-1 zeigt am Beispiel nun folgende Aspekte neuartig Berücksichtigung der oberen Rems, wie die punktuellen Einlei- finden: tungen zweier Kläranlagen den Niedrigwasser- . Mittlere Abflüsse und Niederwasserabflüsse abfluss punktuell sprunghaft verändern. Somit hängen neben den Eigenschaften des Einzugs- können unmittelbar benachbarte Einzugsgebiete gebiets ganz entscheidend von der meteorologi- stark unterschiedliche Niedrigwasserabflüsse schen Randbedingung (Niederschlag und Tem- aufweisen, wenn eines durch Kläranlagen- peratur) ab. Im Rahmen des Kooperationsvor- Einleitungen beeinflusst ist und das andere habens KLIWA (www.kliwa.de) wird in regel- nicht. Dies verdeutlicht, die Notwendigkeit, mäßigen Zeitabständen das Langzeitverhalten dass insbesondere in stark besiedelten Gebieten dieser Größen untersucht und in Monitoring- eine bestmögliche Berücksichtigung der punk- berichten dokumentiert. Die letzten Auswertun- tuellen Kläranlageneinflüsse für die Ableitung gen [KLIWA 2011] zeigen, dass beim Gebiets- regionalisierter Mittel- und Niedrigwasser- niederschlag und bei der Temperatur zeitliche Kennwerte notwendig ist (LUBW 2012). Veränderungen vorhanden sind, die insbesonde- re den mittleren und niedrigen Abflussbereich Die Zielsetzung der Fortschreibung 2016 liegt ei- beeinflussen. In der Praxisanwendung der regi- nerseits in der Berücksichtigung des vereinheitlich- onalisierten Abfluss-Kennwerte stehen die ak- ten Datenstands bezüglich der Beobachtungszeit- tuellen Verhältnisse im Fokus. Um diese zeitli- reihen an den Pegeln (1981-2010) und andererseits chen Entwicklungen bei den Regionalisie- in einer deutlich verbesserten und ergänzten Be- rungsverfahren angemessen zu berücksichtigen, rücksichtigung von punktuellen Abflussverän- stützt sich die hier vorliegende Fortschreibung derungen infolge natürlicher und anthropogener 2016 auf die Beobachtungszeitspanne „der letz- Beeinflussungen. ten 30 Jahre“, d.h. konkret von 1981 bis 2010. Mit Stand 2016 stehen nun regionalisierte MQ- und . Abflussbeobachtungen an Pegelmessstellen be- MNQ-Kennwerte für insgesamt 13 707 Gewässer- inhalten summarisch die Abflüsse aus unter- stellen bzw. -knoten und Einzugsgebiete zur Verfü- schiedlichen Entstehungsprozessen (incl. punk- gung, die sich folgendermaßen untergliedern: tueller Beeinflussungen) im gesamten Einzugs- . 10 863 Basisknoten gebiet. In einem Regionalisierungsmodell müs- . 1 737 Verdichtungsknoten sen daher zum einen die gebietsspezifischen . 479 Pegeleinzugsgebiete Eigenschaften berücksichtigt werden, die für . 628 Sondergebiete bzw. Gewässerstellen, wie die Abflussentstehung in der Fläche maßgebend Hochwasserrückhaltebecken, Zu- und Ablei- sind. Zum anderen sind auch die punktuellen tungsstellen von wasserwirtschaftlichen Nut- Beeinflussungen zu beachten, die an bestimm- zungen sowie Einleitungsstellen von 160 be- ten Gewässerstellen den Abfluss beinträchtigen. deutenden Kläranlagen Punktuelle Beeinflussungen sind z.B. stark Keine regionalisierten MQ- und MNQ-Kennwerte schüttende Quellen insbesondere in Karstgebie- stehen zur Verfügung an den Gewässern im Bereich ten und Versinkungen sowie Zu- und Ableitun- der Oberrheinebene und entlang des Oberrheins gen infolge wasserwirtschaftlicher Nutzungen. zwischen Basel und Worms. 1-2 Abfluss-Kennwerte ©LUBW 3.5 210 Kläranlage MNq gesamt Kläranlage 3.0 MNq flächenbürtig/natürlich 180 EZG-Größe 2.5 150 2.0 120 Größe [km²] 1.5 90 - MNq [l/s [l/s MNq km²] EZG 1.0 60 0.5 30 0.0 0 0 5 10 15 20 25 30 Fließlänge ab dem Remsurspung [km] Abb. 1-1: Einfluss von zwei Kläranlagen auf die mittlere Niedrigwasser-Abflussspende entlang der oberen Rems