Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) erstellt Abflussprojektionen für Pegel in den Einzugsgebieten von Donau, Elbe, Ems, Rhein und Weser und stellt diese als Beitrag und Grundlage zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) über den DAS-Basisdienst "Klima und Wasser" bereit. Die Projektionen fußen auf den Szenarien und Daten, die auch den Berichten des Weltklimarates zugrunde liegen. Diese globalen Klimadaten werden durch Europäische Wetterdienste und Klimaforschungsinstitute für Europa regionalisiert. Für Deutschland und die internationalen Einzugsgebietsanteile werden diese Daten durch den Deutschen Wetterdienst (DWD) ebenfalls im Rahmen des DAS-Basisdienstes aufbereitet. Die BfG setzt die hydrometeorologischen Größen (Lufttemperatur, Niederschlag, Globalstrahlung, Wind, relative Luftfeuchte) und deren für die Zukunft projizierten Änderungen mittels eines Wasserhaushaltsmodells in Tageswerte hydrologischer Größen (u.a. Abfluss) um. Die hier bereitgestellten Daten basieren auf einem Klimadatenfundus, der im Kontext des 5. IPCC-Sachstandsberichts (IPCC, 2013) durch das globale Coupled Model Intercomparison Project Nr. 5 (CMIP5, Meehl und Bony, 2011) und den europäischen Teil des Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (EURO-CORDEX, Jacob et al., 2014) sowie nationale Modellaktivitäten (ReKliEs-De, Hübner et al., 2017) generiert wurden. Die rohen Klimamodelldaten wurden durch die BfG einer grundlegenden Prüfung unterzogen (Nilson, 2021; Nilson et al., 2014) um unplausible Projektionen auszuschließen. Auf Basis dieser Prüfung ergeben sich somit Ensembles von 16 Abflussprojektionen für das Hochemissionsszenario RCP8.5, 11 Projektionen für das mittlere Szenario RCP4.5 und 10 Simulationen für das bzgl. klimaschutzfortgeschritten optimistische RCP2.6-Szenario. Die verbliebenen Klimaprojektionen wurden durch den DWD aufbereitet. Zu den Aufbereitungsschritten gehört eine multivariate Biasadjustierung (Cannon, 2018) auf Basis des hydrometeorologischen Referenzdatensatzes HYRAS (Tageswerte; z.B. Rauthe et al., 2013) sowie eine räumliche Disaggregierung auf das ebenfalls von HYRAS vorgegebene Raster von 5 km x 5 km. Auf dieser Grundlage wurden durch die BfG Simulationen mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM-ME (Version 2019; Fleischer et al., in Vorber.) durchgeführt und in die bereitgestellten 37 Abflussprojektionen generiert. Die Projektionen sind u.a. in Teile der Klimawirkungs- und Risikoanalyse des Bundes für Deutschland eingeflossen (KWRA 2021). Die Veröffentlichung der nächsten Risikoanalyse ist für 2028 geplant (KRA 2028). Die Pflege und Weiterentwicklung der Modelle und Daten erfolgt kontinuierlich u.a. im Rahmen der Ressortforschung der Bundesministerien für Verkehr und Umwelt.
Erarbeitung einer Methodik zur Untersuchung der langfristigen Auswirkungen des Klimawandels auf Morphodynamik, Unterhaltung und Sedimentmanagement der freifließenden Wasserstraßen unter Erhöhung von Belastbarkeit und Nutzwert bisheriger (hydrodynamischer) und zukünftiger (morphodynamischer) Beiträge zum Climate Proofing.
Aufgabenstellung und Ziel
Der Klimawandel wirkt sich auf alle Bereiche unserer Umwelt aus. So sind auch Flüsse, die als Wasserstraßen einen energieeffizienten Transport durch Binnengüterschiffe ermöglichen und darüber hinaus weitere wichtige Funktionen erfüllen, auf verschiedenste Weise durch den Klimawandel betroffen (Scharf et al. 2022). Die im Zuge des Klimawandels erwarteten Veränderungen im Abflussgeschehen führen dazu, dass die Planung wasserbaulicher Projekte auf Grundlage retrospektiv begründeter Herstellparameter mit zusätzlichen Unsicherheiten verbunden ist. Aufbauend auf BAW (2020) wird im Projekt KliMoBin eine bewertende Methodik bezüglich der Auswirkungen des Klimawandels auf die Morphodynamik der Wasserstraßen untersucht.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Mit der Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) geht für die WSV der Auftrag zur Berücksichtigung der Auswirkungen des Klimawandels bei der Maßnahmenplanung einher (WSV-Klimaanpassung). Die Aufgabe der BAW ist es, die WSV in diesem Planungsprozess wissenschaftlich fundiert zu unterstützen. Um in diesem Rahmen die Auswirkungen des Klimawandels auf die Hydro- und Morphodynamik der freifließenden Binnenschifffahrtsstraßen in die Untersuchungen einbeziehen zu können, ist es notwendig, verlässliche und abgestimmte Untersuchungsstrategien zur Verfügung zu haben. Die Erkenntnisse des Projekts KliMoBin und die davon abgeleitete Untersuchungssystematik leisten somit einen Beitrag zum Auftrag der WSV - dem Erhalt einer Klimawandel-robusten Bundeswasserstraße im Sinne der DAS.
Untersuchungsmethoden
Für die Untersuchungen wurde ein stark abstrahiertes eindimensionales Feststofftransportmodell (1D-FTM) aufgebaut. Es zeichnet sich durch ein einheitliches Sohlgefälle, eine an allen Profilen gleiche Geometrie und eine über die Strecke einheitliche initiale Sohlkornzusammensetzung aus. Diese Reduzierung erleichtert die Bewertung der Untersuchungsergebnisse in Bezug auf eine zu variierende oberstromige Abflussrandbedingung. Das Modell orientiert sich in seinen Kennzahlen am Niederrhein. Es weist ein Sohlgefälle von 0,18 ‰ auf. Die Geometrie der Profile besteht aus einem Doppeltrapezprofil mit einer Streichlinienbreite von 330 m und einer beweglichen Sohle mit einer Breite von 300 m. Der Geschiebetransport wird mit zwei unterschiedlichen Formeln (Transport der Geschiebefraktion < 64 mm nach Toffaleti, > 64 mm nach Meyer-Peter Müller) berechnet. Die initiale Sohlkornzusammensetzung basiert auf einer Schürfprobenkampagne der BAW aus dem Jahr 2020. Der oberstromige Geschiebeeintrag wird abflussabhängig über das komplette Abflussspektrum mittels einer Transport-Abfluss-Beziehung (Referenz: Geschiebemessstelle Königswinter) hinweg gesteuert. Hydraulisch kalibriert wurde über das gesamte Abflussspektrum. Morphologisch kalibriert wurde auf Basis dokumentierter Geschiebetransportraten und beobachteter Flächenerosion vor Beginn der Stabilisierung durch Geschiebezugaben am Niederrhein in Höhe von 1- 1,5 cm/a (Quick et al. 2020). Die oberstromige Randbedingung erfährt durch den Klimawandel eine Veränderung der Abflussmenge und -dynamik. Um die morphodynamische Wirkung dieser veränderten Abflussverhältnisse zu bewerten, sind zunächst Abflussprojektionen (Quelle: DAS Basisdienst) auf Grundlage der kumulierten Wahrscheinlichkeitsverteilung in „nasse“ und „trockene“ Ganglinien unterteilt worden. Verglichen wurden die 16 Abflussganglinien des Antriebsszenarios RCP8.5 („Hochemissionsszenario“) für die ferne Zukunft (2070-2099). (Text gekürzt)
Naturwissenschaftliche und ökonomische Folgen des Klimawandels sind bereits gut untersucht. Soziale Folgen des Klimawandels und deren Konsequenzen für die Bildung gesellschaftlicher Resilienz sind mindestens genauso relevant wie aktueller Forschungsgegenstand. So verstärken künftige Klimawandelfolgen bereits vorhandene Ungleichheiten in Einkommens- und Vermögensverhältnissen, inkl. gesundheitliche Ungleichheiten, und beeinflussen andere soziale Aspekte, wie Teilhabechancen oder Geschlechtergerechtigkeit. Die sozialen Dimensionen der Einzelkomponenten von Verwundbarkeit (Anpassungskapazität, Sensitivität, Exposition) - u.a. hinsichtlich gesundheitlicher Wirkungen auf die Bevölkerung - und der sozialen Aspekte des bestehenden Policy Mix sollen einer systemischen Analyse unterzogen. Greifbare Beispiele sollen den komplexen Charakter von Problem und Lösung verdeutlichen. Die Grundbedürfnisse der vulnerabelsten und sozial benachteiligten Bevölkerungsgruppen sollten in einer nachhaltigen Welt hohe Priorität haben ('leave no one behind'). Auf der Basis der sozialwissenschaftlichen Analyse und dieser Zielsetzung sollen Vorschläge zu angepassten Politikinstrumenten entwickelt werden, die soziale Resilienz verbessern. Dabei werden folgende Fragen beantwortet: Auf welcher Ebene nähert man sich am besten Fragen der gesellschaftlichen Resilienz und warum? Welche differenzierten Maßnahmen und Politikinstrumente zur Stärkung sozialer Resilienz sind folglich im Aktionsplan Anpassung erforderlich? Auf welcher staatlichen Ebene sind welche Veränderungen in welchen Zeithorizonten umzusetzen? Wie sollte die Deutsche Anpassungsstrategie ggf. stärker ausdifferenziert werden? Wie ist die Schnittstelle zur darüber quer liegenden sozial-ökologischen Transformation auszugestalten?
Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll aufbauend auf den Handlungsempfehlungen zur Erstellung von Hitzeaktionsplänen zum Schutz der menschlichen Gesundheit (2017) untersucht werden, ob eine Implementierung eines nationalen Hitzeaktionsplans auf Bundesebene möglich wäre und wie dieser inhaltlich und rechtlich ausgestaltet werden sollte. Dazu wird untersucht, welche Aspekte aus wissenschaftlichen Erwägungen auf nationaler Ebene umwelthygienisch sinnvoll und erforderlich sind sowie welche Aspekte des gesundheitsbezogenen Umweltschutzes in die Zuständigkeit des Bundes fallen oder vom Bund vorgegeben werden können. Die Analyse bezieht die Bundesländer sowie weitere Interessensgruppen und Bundesbehörden ein, um eine inhaltliche Abstimmung für eine vorzuschlagende nationale Regelung bestmöglich unter Berücksichtigung der Verantwortlichkeiten der Länder hinsichtlich der Anpassungserfordernisse und Möglichkeiten zu sondieren und vorzuschlagen. Hierzu dienen Fachthemenkonferenzen mit der Ebene des Bundes, der Länder und Kommunen sowie mit weiteren Interessenvertretungen, um die Grundlagen einer nationalen Regelung zu erörtern. Während zu Beginn fachliche Aspekte des hitzebezogenen Gesundheitsschutzes im Vordergrund stehen, sollen im Weiteren politische und rechtliche Umsetzungsaspekte behandelt werden. Eine abschließende Synthesekonferenz erstellt eine Synopsis, fasst die Einzelergebnisse, Empfehlungen und Teilschlussfolgerungen zusammen, diskutiert und sondiert daraus abgeleitete Empfehlungen für ausgestaltbare Maßnahmen, die für einen nationalen Hitzeaktionsplan auf Bundesebene umgesetzt werden könnten.
