heft03_u1u4 21.11.2003 12:25 Uhr Seite 1 Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft LANDESANSTALT FÜR UMWELTSCHUTZ BADEN-WÜRTTEMBERG Langzeitverhalten der mittleren Abflüsse in Baden-Württemberg und Bayern KLIWA-Projekt A 2.1.2 „Analyse zum Langzeitverhalten der mittleren jährlichen und monatlichen Abflüsse“ KLIWA-Berichte Heft 3 KLIWA-Berichte und Bayern Abflüsse in Baden-Württemberg Langzeitverhalten der mittleren 3 heft03_innen 21.11.2003 12:32 Uhr Seite 1 (Schwarz/Process Black Bogen) Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft LANDESANSTALT FÜR UMWELTSCHUTZ BADEN-WÜRTTEMBERG Langzeitverhalten der mittleren Abflüsse in Baden-Württemberg und Bayern KLIWA-Projekt A 2.1.2 „Analyse zum Langzeitverhalten der mittleren jährlichen und monatlichen Abflüsse“ KLIWA-Berichte Heft 3 IMPRESSUM Herausgeber Arbeitskreis KLIWA (Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg, Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, Deutscher Wetterdienst) www.kliwa.de Druck: Dezember 2003 ISBN 3-88251-286-5 Bearbeitung Institut für Wasserwirtschaft und Kulturtechnik (Abteilung 4 – Hydrologie), Universität Karlsruhe Redaktionelle Bearbeitung Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft Ingenieurbüro Dr. Ludwig Umschlaglayout Stephan Riedlberger – Graphik Design, München Druck Greiserdruck,Rastatt Umwelthinweis gedruckt auf Recyclingpapier Bezug über Vertragsauslieferung der LfU bei der JVA Mannheim – Druckerei Herzogenriedstr. 111, 68169 Mannheim, Telefax: (0621)-398-370 Nachdruck – auch auszugsweise – nur mit Zustimmung der Herausgeber unter Quellenangabe und Überlassung von Belegexemplaren gestattet. Langzeitverhalten der mittleren Abflüsse in Baden-Württemberg und Bayern KLIWA-Projekt A 2.1.2 „Analyse zum Langzeitverhalten der mittleren jährlichen und monatlichen Abflüsse“ Inhaltsverzeichnis Seite Zusammenfassung......................................................................................................5 1 Aufgabenstellung ..................................................................................................9 2 Datengrundlage ..................................................................................................11 3 Statistische Grundlagen und Ergebnisdarstellung ..............................................15 3.1 Statistische Methoden ................................................................................15 3.1.1 Trendberechnung .................................................................................... 15 3.1.2 Trendtest nach MANN-KENDALL ........................................................... 16 3.1.3 Bruchpunktanalyse nach MANN-WHITNEY............................................ 16 3.1.4 Summenlinienanalyse ............................................................................. 17 3.2 Darstellung der Ergebnisse für die einzelnen Pegel ...................................18 3.2.1 Analyse der mittleren jährlichen Abflüsse MQ(J)..................................... 18 3.2.2 Analyse des Jahresgangs der mittleren monatlichen Abflüsse MQ(m) ... 22 4 Langzeitverhalten der mittleren jährlichen Abflüsse............................................25 4.1 Trendtest nach MANN-KENDALL...............................................................25 4.2 Analyse der zeitlichen Veränderung ...........................................................29 4.3 Analyse des wahrscheinlichen Zeitpunkts einer möglichen Änderung des Abflussverhaltens .......................................................................................34 5 Analyse des Jahresgangs der mittleren monatlichen Abflüsse ...........................41 5.1 Zeitreihenbeginn 1954 oder früher .............................................................41 5.2 Zeitreihenbeginn 1932 oder früher .............................................................41 5.3 Zeitreihen ab 1932......................................................................................42 6 Bewertung der Ergebnisse..................................................................................45 7 Tabellenverzeichnis ............................................................................................49 8 Anlagenverzeichnis.............................................................................................71 9 Abbildungsverzeichnis ........................................................................................85 10 Kartenverzeichnis ...............................................................................................87 11 Literatur...............................................................................................................88 Langzeitverhalten der mittleren Abflüsse in Baden-Württemberg und Bayern - Zusammenfassung 5 Zusammenfassung In jüngster Vergangenheit traten in ver- rer Trends in den Zeitreihen der mittleren schiedenen Flussgebieten Süddeutschlands jährlichen Abflüsse. Den Trenduntersu- außergewöhnliche Hochwasserereignisse chungen lagen die mittleren jährlichen Ab- auf, die erhebliche Schäden hervorgerufen flüsse an 160 Pegeln zugrunde - 41 Pegel haben. Diese Vorkommnisse haben insbe- aus Baden-Württemberg und 119 Pegel aus sondere in der Öffentlichkeit Diskussionen Bayern -, die über relativ lange Beobach- ausgelöst, ob diese Hochwasser als Natur- tungszeitreihen verfügen. ereignisse im Bereich der natürlichen Schwankungen des Klimageschehens lie- Weiterhin wurde zusätzlich bei den 160 Pe- gen oder ob sie als erste Auswirkungen geln untersucht, ob im Jahresgang der mitt- einer bereits in Gang befindlichen Verände- leren monatlichen Abflüsse innerjährliche rung des Klimas zu betrachten sind. In die- Änderungen aufgetreten sind. sen Diskussionen fehlen bisher jedoch weitgehend die Ergebnisse der statistischen Die Ergebnisse zum Langzeitverhalten ba- Auswertungen der vorliegenden vieljährigen sieren auf folgenden Datenkollektiven: Beobachtungsreihen, also der objektiven hydrologischen Zahlen und Fakten. • "lange Zeitreihen": 105 Pegel mit unter- schiedlichem Beobachtungsbeginn vor Um dieses Defizit zu beseitigen, wurden im 1932 und nahezu einheitlichem Beo- Rahmen des Kooperationsvorhabens bachtungsende zwischen 1995 und KLIWA („Klimaveränderung und Konse- 1998. Die Anzahl der Beobachtungsjah- quenzen für die Wasserwirtschaft“) für den re variiert zwischen 64 und 175 Jahren. Bereich der Bundesländer Baden- Württemberg und Bayern neben dem Lang- • "Zeitreihen ab 1932": 103 Pegel mit je- zeitverhalten der an Pegeln beobachteten weils einheitlichem Beginn der Zeitreihe jährlichen Höchstabflüsse auch die mittleren im Jahre 1932, jeweils bis 1995/1998. jährlichen und monatlichen Abflüsse unter- Die Beobachtungszeitspanne liegt zwi- sucht und bewertet. Dabei kamen statisti- schen 64 und von 67 Jahren. sche Verfahren, auf die sich die Kooperati- onspartner (Baden-Württemberg, Bayern, • "gesamte Zeitreihen": 160 Pegel mit Deutscher Wetterdienst) geeinigt hatten, zur unterschiedlichem Beobachtungsbeginn Anwendung. und nahezu einheitlichem Datenende in den Jahren zwischen 1995 und 1998. Der mittlere Abfluss stellt eine wichtige hyd- Die Beobachtungsdauer variiert zwi- rologische Kenngröße für den Gebietsab- schen 23 und 175 Jahren. fluss dar und unterliegt den Einflüssen der Klimaveränderung. Daher sind neben den Die Trenduntersuchungen beinhalten eine nachstehend dargestellten Untersuchungen lineare Trendschätzung nach der Methode noch ergänzende Analysen vorgesehen; der kleinsten Fehlerquadrate sowie die Be- dabei soll eine jahreszeitliche Betrachtung urteilung der Trendstabilität mit der Methode in Zusammenschau mit dem Nieder- des rückschreitenden Trends. Die Signifi- schlagsgeschehen erfolgen. Zusätzlich ist kanz der Trends wurde bewertet mit dem beabsichtigt, neue Methoden, mit denen die Test nach MANN-KENDALL. Weiterhin ist in den vorliegenden Zeitreihen vermuteten Bestandteil der Untersuchung die „Bruch- Langzeitkorrelationen ermittelt und bewertet punktanalyse nach MANN-WHITNEY“; sie werden können, einzusetzen, sobald diese dient der Analyse des wahrscheinlichen Methoden, deren Entwicklung von KLIWA Zeitpunkts einer möglichen Änderung im initiiert wurde, anwendungsreif sind. Abflussverhalten. Die vorliegende Untersuchung des Lang- Die Analyse des Langzeitverhaltens der zeitverhaltens mit den gängigen „klassi- mittleren jährlichen und monatlichen Abflüs- schen“ Verfahren erstreckte sich primär auf se erbrachte zusammenfassend folgende die Ermittlung eventuell vorhandener linea- Ergebnisse: 6 Langzeitverhalten der mittleren Abflüsse in Baden-Württemberg und Bayern - Zusammenfassung • Das Trendverhalten der Zeitreihen der Die beiden anderen Datenkollektive zei- mittleren jährlichen Abflüsse hängt von gen jedoch eine Veränderung dieser der Länge der einzelnen Zeitreihe bzw. Tendenz. Bei den "Zeitreihen ab 1932" vom betrachteten Zeitfenster ab. Für ist diese Trendklasse mit 5 von 16 Pe- statistisch zuverlässige Aussagen über geln besetzt und bei den "gesamten das Trendverhalten sind daher mög- Zeitreihen" mit 4 von 23 Pegeln. Bei den lichst lange Zeitreihen erforderlich, die "gesamten Zeitreihen" treten jedoch die mindestens 60 bis 70 Beobachtungsjah- größten Häufigkeiten mit 8 von 23 Pe- re umfassen sollten. Liegt die Länge von geln in der Trendklasse -0,25% bis 0% Zeitreihen darunter, steigt die Variabilität auf. Dieses Ergebnis deutet eher auf ei- und die Streubreite des Trends deutlich ne geringe zeitliche Abnahme der Ab- an. Dabei treten sowohl deutlich negati- flüsse hin. Insgesamt kann dieses ver- ve (abnehmende) als auch große positi- änderte Trendverhalten