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Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie

Hoch-, Mittel- und Niedrigwasser der Fließgewässer

Auswirkungen des Klimawandels auf Hessische Fließgewässer

Fließgewässer stehen in enger Verbindung mit dem Klima. Dauer, Intensität und Ausmaß von Hoch- und Niedrigwasserereignissen werden als Indikatoren für Veränderungen verwendet.
Besonders die Niederschlagsverteilung wirkt sich auf Hoch- und Niedrigwasserereignisse aus. Winterhochwasserereignisse entstehen meist durch lang anhaltenden Niederschlag in einem großen Gebiet, oft begünstigt durch gefrorene Böden, in denen das Wasser nicht versickern kann und verstärkt durch Wasser aus der Schneeschmelze bei Tauwetter. Hochwasserereignisse im Sommer werden hingegen durch Starkregenereignisse ausgelöst und treten eher lokal beschränkt in kleineren Gewässern auf. Sie werden durch Oberflächenversiegelung oder Sättigung des Bodens durch vorangegangene Niederschläge begünstigt.
Verschiedene Klimamodelle sagen eine Umverteilung der Niederschläge vorher: Im Winter wird mit einer Zunahme der Niederschlagsmenge gerechnet, während im Sommer geringere Mengen, aber ein höheres Risiko von kleinräumigen Extremniederschlägen erwartet wird. Auch längere und trockenere Sommer werden prognostiziert. Dies könnte zu einer Zuspitzung der Niedrigwasserereignisse führen.

Definition und Berechnungsweg
Zur Bestimmung der Fließgewässerindikatoren im Zusammenhang mit dem Abfluss wurden fünf Pegel an hessischen Gewässern ausgewählt, die möglichst ähnlich große Einzugsgebiete aufzeigen und räumlich gut über Hessen verteilt sind: Pegel Bad Hersfeld (Fulda), Bad Vilbel (Nidda), Hanau (Kinzig), Helmarshausen (Diemel) und Marburg (Lahn).
Bei der zeitlichen Zuordnung werden stets hydrologische Jahre betrachtet, die vom 01.11. des Vorjahres bis zum 31.10. des betrachteten Jahres reichen.

Hochwasser: Indikator Hochwasserdauer
Dieser Indikator bestimmt und vergleicht die Hochwassertage im Jahr.
Für jeden Pegel werden für jedes Jahr die Hochwassertage gezählt, das sind die Tage, an denen der Tagesmittelwert des Abflusses einen pegelspezifischen Schwellenwert überschreitet. Als Schwellenwert wird die Hälfte des Referenzwertes angesetzt. Der Referenzwert ist der Durchschnitt des jeweils höchsten Tagesmittelwerts in den Referenzjahren 1971-2000 eines Pegels (er wird aus 30 Werten gebildet).
Um die Pegel entsprechend ihrer Einzugsgebiete zu gewichten, werden die Hochwassertage jedes Pegels mit seinem Einzugsgebiet multipliziert, die Ergebnisse der 5 ausgesuchten Pegel addiert und durch die Größe des Gesamteinzugsgebietes wieder dividiert.
Man erhält so einen repräsentativen Mittelwert für die Anzahl der Hochwassertage und damit für die Hochwasserdauer für jedes betrachtete Jahr in Hessen. Dieser kann mit dem Referenzwert verglichen werden.

Gesamtabfluss Mittelwasser: Indikator Halbjahres-Abflussregime
Mit diesem Indikator werden die Abflusshalbjahre (hydrologisches Winter-Halbjahr: November bis April; hydrologisches Sommer-Halbjahr: Mai bis Oktober) miteinander verglichen.
Das ist deshalb besonders interessant, da infolge des Klimawandels eine Verschiebung der Niederschlagsverteilung hin zum Winter prognostiziert wird.
Auf der Grundlage der Tagesmittelwerte wird pro Pegel zuerst jeweils der prozentuale Anteil des Winterabflusses und des Sommerabflusses an dem mittleren Gesamtabfluss pro Jahr berechnet.
Die Ergebnisse der fünf ausgesuchten Pegel werden dann entsprechend der Gewichtung der Einzugsgebiete jeweils für den Sommerabfluss und den Winterabfluss zusammengefasst.
Man erhält so eine auf 100 % bezogene Verhältniszahl für den mittleren Sommerabfluss und den mittleren Winterabfluss pro Jahr, repräsentativ für ganz Hessen.

Niedrigwasser: Indikator Niedrigwassertage
Entsprechend den Hochwassertagen werden hier für jeden Pegel pro Jahr die Niedrigwassertage gezählt, das sind die Tage, an denen der Tagesmittelwert des Abflusses einen Schwellenwert unterschreitet. Als Schwellenwert wird das 2-fache des Referenzwertes angesetzt. Der Referenzwert ist der Durchschnitt des jeweils niedrigsten Tagesmittelwerts in den Referenzjahren 1971-2000 (dieser wird aus 30 Werten gebildet).
Der Index ergibt sich aus der Division der jährlichen Niedrigwassertage eines Pegels durch den jährlichen Mittelwert der Anzahl der Niedrigwassertage in der Referenzperiode 1971-2000.
Man bekommt einen Jahresindex für die Niedrigwassertage in Hessen, indem man von den fünf betrachteten Pegeln einen Mittelwert bildet.

Hinweis zur Interpretation der Werte
Die Datenreihen lassen noch keine deutlichen Entwicklungen erkennen.