Alexander Pressl

Projekt
Zusammenhang ausgewählter physikalischer und
chemischer Parameter des stark beeinträchtigten
mittelgroßen Flusses Pinka unter Berücksichtigung
des Klimawandels
Gerda Holzapfel, Herbert Formayer, Harald Papay, Gernot Pfannhauser,
Alexander Pressl*), Heidelinde Trimmel, Josef Wagner,
Philipp Weihs, Hans Peter Rauch
*) Muthgasse
18, A-1190 Wien
Tel.: +43 1 47654-5811
[email protected]
Österreichischer Klimatag
29.-30.04.2015
Alexander Pressl / Institut für Siedlungswasserbau
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Niederwassermanagement von veränderten
mittelgroßen Fließgewässersystemen unter
Berücksichtigung des Klimawandels
Projektteam:
 Das Ökoenergieland (Projektkoordinator)
 Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und
Gewässerschutz - SIG
 Institut für Meteorologie - MET Radiation und MET Climate
 Institut für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau - IBLB Vegetation
 Burgenländische Landesregierung - Abteilung 9 Wasserbau
 Ingenieurbüro Neukirchen ZT-GmbH
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29.-30.04.2015
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Projektziele
 Bestimmung relevanter und kritischer Faktoren, die das
Flussökosystem bei Niederwasserführung beeinflussen
 Welche Auswirkungen wird der Klimawandel auf die
Wassertemperaturen und Wasserchemismus der Pinka haben?
 Kann Ufervegetation die Wassertemperaturen reduzieren und
den Einfluss des Klimawandels verringern?
 Entwicklung von vorausschauenden und anwendbaren
Niederwassermanagementstrategien für zukünftige
Klimaszenarien
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Gewässerabschnitt
mit durchgeführten Erhebungen
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Projektgebiet
in Burgenland
Pinka (Grenzstrecke):
Pegel Burg bis
Pegel Moschendorf
Streckenlänge: ca. 23 km
Einzugsgebiet:
bei Pegel Burg 664 km²
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Bildquelle: Amt der
burgenländischen
Landesregierung
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Erhebungen an Querprofilen und
Uferrandstreifen
 Nivellierung des Profils, Messung
Fließgeschwindigkeit
 Aufzeichnung der Choriotope im
Flussschlauch
 Linienhafte und Flächendeckende
Erhebung von Vegetation (Höhe,
Breite, Leitarten, Dichte),
Morphologie und Landnutzung
 Beschattungswirkung
(Sonnenkompass, Global Site
Factor)
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Bildquelle:
Land Burgenland,
Transdanubische
Wasserdirektion
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Ergebnisse Subabschnitte
Besonderheit: 7 Querbauwerke (Kraftwerke)
mit 2 bis 5 m Höhenunterschied
Bildquelle: Land Burgenland, Transdanubische Wasserdirektion
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Übersicht Abflussmengen im Projektabschnitt
Niederwasser Abflüsse
(lt. Hydrographischem Jahrbuch 2012)
Pegel
Burg
Fkm
37.187
MJNQ
MQ
2,80 m³/s
NNQ
HQ30
170 m³/s
HQ100
240 m³/s
Pegel
Moschendorf
MQ
02.09.1988
NQt
15.08.2003
Fkm
14.645
MJNQ
2,60 m³/s
NNQ
HQ30
205 m³/s
HQ100
290 m³/s
Österreichischer Klimatag
1988 – 2012
29.-30.04.2015
1988 – 2012
20.04.1998
NQt
29.08.2001
0,89 m³/s
0,043 m³/s
0,17 m³/s
0,84 m³/s
0,000 (!) m³/s
0,07 m³/s
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2D-Abflussberechnung
 Abflussmodell
 Laserscan (1m x 1m)
 Flussprofile aus ABU Pinka Grenzstrecke
 Kontrolle Flussprofile (Eigenvermessung)
 Modellkalibrierung
 auf Basis Wasserstands-/Geschwindigkeitsmessung
 Festlegung der maßgebenden Wassermenge  0,70 m³/s
 Stationäre Niederschlag-Abfluss-Berechnung
 Wasserspiegel/Wassertiefe
 Fließgeschwindigkeit
 Oberflächenbreite
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Wassertiefe und Fließgeschwindigkeit (0,7 m³/s):
Bereich Pegel Burg
Wassertiefe
Fließgeschwindigkeit
Freie Fließstrecke
Wassertiefen 0,2 – 0,4 m
Geschwindigkeit 0,3 – 0,5 m/s
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Wassertiefe und Fließgeschwindigkeit (0,7 m³/s):
Bereich Bildein
Rückstaubereich
Wassertiefen bis 2,0 m
Geschwindigkeit < 0,1 m/s
Wassertiefe
Freie Fließstrecke
Wassertiefen 0,2 – 0,4 m
Geschwindigkeit 0,3 – 0,5 m/s
Österreichischer Klimatag
29.-30.04.2015
Fließgeschwindigkeit
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Meteorologische Messungen und
Wassertemperatur
Kontinuierliche Messungen der
 Wassertemperatur an mehreren Standorten
 kurzwelligen und langwelligen Globalstrahlung
 Windgeschwindigkeit und Windrichtung
 Lufttemperatur und Luftfeuchte
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Modellierung der Wassertemperatur
Simulation der Wassertemperatur
mit dem Gewässer-Energiebilanzmodell HEATSOURCE (Analytisches
Modell für den dynamischen Wärme und
Massetransfer in Flüssen)
Input u.a. 2D-Abflussberechnung
 Simulationen für jetzige
Verhältnisse
 Simulationen für zukünftige
Verhältnisse
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Wasserqualitätsmessungen
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Übersicht über die
Messstationen am untersuchten
Teilabschnitt der Pinka
 7 Querbauwerke
 Rampen und Sohlschwellen
 gestaute Fließstrecke bei
Niederwasser rund 54%
 6 temporäre mobile on-line
Messstationen
 Probenahme mit anschließender
Laboranalyse
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Kommunale Kläranlagen im Gewässerabschnitt
Quelle: Kommunale Abwasserrichtlinie der EU Österreichischer Bericht 2012
(ARA > 2.000 EW) und eigene Erhebungen
Nr.
439
440
441
442
450
449
448
--686
---
ARA-Bezeichnung
Oberhalb von Burg
Siget / Wart (Mittleres Pinka- und Zickenbachtal)
Neumarkt (Tauchental)
Kleinzicken (Tauchental)
Mischendorf
Rechnitz
Schandorf - Schachendorf
Untersuchter Gewässerabschnitt
Burg (Tauchental)
Felsőcsatár
Pornoapati
Deutsch Schützen (Deutsch Schützen - Höll)
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Szentpeterfa
Moschendorf (Neubau 2013)
Staat
Kapazität
(EW)
Reinigung
aufnehmendes
Gewässer
AUT
AUT
AUT
AUT
AUT
AUT
45.000
10.000
4.000
5.000
6.000
2.000
CNDP
CNDP
CNDP
CNDP
CNDP
CNDP
Zickenbach ---> Pinka
Tauchenbach ---> Pinka
Zickenbach ---> Pinka
Teichbach ---> Pinka
Rechnitzbach =/= Pinka
Erlbach ---> Pinka
AUT
HUN
HUN
AUT
HUN
AUT
7.000
CNDP
Pinka
1.100
CNDP ?
Pinka
5.000
CNDP ?
Pinka
4.100
CNDP
Rodlingbach ---> Pinka
Alexander
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4.000 Pressl / Institut für
C NSiedlungswasserbau
DP ?
Pinka
900
CNDP ?
Pinka (?)
Landbedeckung – Diffuse Einträge
Im gesamten Einzugsgebiet
v.a.:
landwirtschaftliche Flächen
heterogener Struktur,
Ackerflächen, Wälder
Im Teilabschnitt v.a.:
o Laubwald (Nadelwälder),
o komplexe Parzellenstruktur,
o Weinbauflächen,
o nicht bewässertes Ackerland,
o Nicht durchgängige
städtische Prägung
Bildquellen: UBA und eHYD (BMLFUW) – CORINE Land Cover
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Grundwasserkörper
Quelle: http://www.umweltbundesamt.at
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Auswahl der Messperioden
2013
2014
Datenquelle: HD Burgenland – (ungeprüfte Rohdaten)
Zielvorgabe innerhalb des Projekts:
Messungen bzw. Probenahme bei niedrigen
Abflüssen (< 1,50 m3/s)
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Wasserqualitätsmessungen –
Impressionen
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Österreichischer Klimatag
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Wasserqualitätsmessungen –
Auswertungen und Diskussion
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Maßgebliche Einflussfaktoren auf die
Gewässergüte: Prozesse im Gewässer
Kalk-KohlensäureGleichgewicht
Sauerstoff- und
Nährstoffhaushalt
Sedimentation –
Wärmehaushalt –
Unterwasserlicht
Bakterienwachstum –
Nitrifikation
Wachstum von
Algen,Makrophyten –
Photosynthese und
Respiration
Bildquelle: Hochschulgruppe „Erfahrungsaustausch Dynamische Simulation in der
Siedlungswasserwirtschaft“ (2008) Arbeitsgruppe „Integrierte Modellierung“
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Wachstum von:
Zooplankton,
benthische Filtrierer
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Pinka-Teilstrecke: Chemische und physikalischchemische Belastung gering (Sommerperiode !!)
Parameter
Qualitätsziele*)
gemessen
WTemp. (98%Perz.)
[°C]
22 (sehr gut) bis 26 (gut)
13 - 26 (Burg)
13 - 25 (Bildein)
O2-Sätt. (90%Perz.)
[%]
80 - 120
96 - 107 (Burg)
85 - 98 (Bildein)
DOC (90%Perz.)
[mg/l]
4,0 (sehr gut) - 6,0 (gut)
2,6 - 2,8
pH-Wert (90%Perz.)
[--]
6-9
7,8 - 8,2 (Burg)
7,7 - 7,9 (Bildein)
PO4-P (90%Perz.)
[mg/l]
0,07 (sehr gut) - 2,0 (gut)
0,07 - 0,08
NO3-N (90%Perz.)
[mg/l]
4,0 (sehr gut) - 7,0 (gut)
1,5 - 2,0
[mg/l]
0,3 - 0,8 (Burg)
0,5 - 0,8 (Bildein)
0,06 - 0,14
[mg/l]
150
22 - 27
NH4-N
(QZ in Abhängigkeit von
pH und Wtemp)
Chlorid (Mittelwert)
*) QZV Ökologie OG (BGBl. II Nr. 99/2010 i.d.g.F) und QZV Chemie OG (BGBl. II Nr. 96/2006 i.d.g.F)
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z.B. Nährstoffparameter Ammonium
(Sommer 2013)
Kraftwerke
MW mit Stabw entlang des Gewässer-Teilabschnitts (n = 8 bis 10)
Anm.: naturnahe Bedingungen 0,01 bis 0,05 mg NH4-N/l
Umweltqualitätsnorm lt. QZV Chemie OG (2006)
UQN für NH4-N = in Abh. von pH und WT von 0,3 bis 0,8 mg/l
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Ammonium in Fließgewässern
Anm.: Werte unten nur
Sommerperiode ohne
Niederschlag
Wassertemperatur
13 - 26 °C (Burg)
13 - 25 °C (Bildein)
NH4-N (90%Perz.)
0,06 - 0,14 mg/l
pH-Wert (90%Perz.)
7,8 - 8,2 (Burg)
7,7 - 7,9 (Bildein)
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Warg, G. (1987) Zulässiges Ammonium in
Ammoniaks; 27
Zuordnung zu Güteklassen, KA 34: 873-876
AlexanderFließgewässern;
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Toxizität des
Modellierung Sauerstoff: Reduzierung biotischer
Reaktionen auf abiotische Größen
Wiederbelüftung: Ist Funktion von der Wiederbelüftungsrate kw sowie von der
Differenz aus der Sauerstoffsättigungskonzentration O2,Sätt und der aktuellen
Sauerstoffkonzentration O2 im Gewässer.
kw,20°C = f (v, h, kst) wobei kw = kw,20°C * 1,02^(WT-20)
O2,Sätt = f (WT, Luftdruck, Salzgehalt)
Abbau organischer Substanz:
kOS,20°C = f (gelöste abbaubare Fraktion des CSB, O2, WT)
Photosynthese:
kphoto,20°C = f (WT, Lichtintensität, Nährstoffe, Pflanzenmasse)
Respiration: krespi,20°C = f (WT, O2)
Nährstoffumsetzung: kN/P = f (N/P, WT, O2, pH-Wert, Pufferkap.)
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Simulation Sauerstoff Pegel Burg  WT + 2°C
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Ergebnisse
 Vor allem die kurzwellige Strahlung und die Verdunstung haben
den größten Einfluss auf die Wassertemperatur.
 Genauigkeit des HEATSOURCE-Modells liegt ca. bei ± 2°C. Eine
Quelle der Ungenauigkeit sind auch ungenaue Eingabeparameter.
 Bei extremen Hitzeperioden sind Zunahmen der
Wassertemperaturen von 2 - 3 Grad möglich.
 Fluss größtenteils ausreichend beschattet. Vorhandene Vegetation
an den Ufern ist weitgehend natürlich.
 Ufervegetation könnte die Wassertemperatur in
Streckenabschnitten, wo derzeit keine Vegetation vorhanden ist,
um bis zu 4 Grad reduzieren.
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Ergebnisse und Schlussfolgerungen
 Alle Qualitätsziele (sehr gut bis gut) für die physikalisch-chemischen
Qualitätskomponenten nach QZV Ökologie OG und QZV Chemie OG
wurden in den untersuchten Sommerperioden eingehalten.
 Probleme sind v.a. bei den WTemperaturen selbst zu erwarten.
 Sauerstoff-Tagesgang in den frei fließenden Abschnitten
problemlos mit Modell abzubilden, in den staugeregelten
Teilabschnitten nur ungenügend.
 Zustand der Pinka Grenzstrecke stark von Stauhaltung beeinflusst
 Restwassermenge und Schwellbetrieb bei Niederwasser ?!
 hydromorphologischen Qualitätskomponenten sind maßgebendes
Kriterium bei der Bewertung des ökologischen Zustands !!
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Österreichischer Klimatag
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