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11 Beitrag verschiedener Nutzungen zur Temp · PDF file 187 11 Beitrag verschiedener Nutzungen zur Temperaturproblematik Mit Hilfe des kalibrierten und verifizierten ATV-Gütemodells

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    11 Beitrag verschiedener Nutzungen zur Temperaturproblematik

    Mit Hilfe des kalibrierten und verifizierten ATV-Gütemodells (Kapitel 2) wurde ermittelt, welchen Beitrag die verschiedenen temperaturrelevanten Nutzungsarten (Wasserum- leitungen, Heizkraftwerke, Talsperren, Urbanisierung, anthropogen beeinträchtiger Uferbewuchs, Gewässerausbau) auf das derzeitige Temperaturregime der Wupper haben.

    11.1 Auswirkung der Urbanisierung Im Stadtgebiet Wuppertal fließt die Wupper in einem Kastenprofil unter der Schwebebahn und wird beidseitig von Bermen und Ufermauern begrenzt. Aufgrund des technischen Ausbaus und der Nutzung als Verkehrsweg ist hier kein beschattungsrelevanter Uferbewuchs vorhanden. Im Jahr 2004 ergab sich durch den Umbau und die damit verbundene zeitweise Abschaltung der Heizkraftwerke die Möglichkeit, die Aufheizung der Wupper im Stadtgebiet zu ermitteln.

    Bild 11.1-1: Besonnte Wupper in Oberbarmen In dem Zeitraum Juli bis September 2004 waren die Heizkraftwerke außer Betrieb, so dass die Aufwärmspanne in der Stadt bestimmt werden kann. Die Messstellen an den HKW Elberfeld und Barmen waren überwiegend außer Betrieb. Die Daten an der Messstelle Kluserbrücke wurden nicht verwendet, da der Temperaturverlauf um ca. 1°C über der Temperatur in Rutenbeck liegt. In Bild 11.1-2 und Bild 11.1-3 ist der Temperaturverlauf in Laaken, Rutenbeck und Opladen und die Lufttemperatur dargestellt. Die Temperatur nimmt von Laaken kontinuierlich zu und die Temperaturamplitude steigt an. Die Aufwärmspanne ist neben der Lufttemperatur stark abhängig vom Wasservolumenstrom. Bei höheren Abflüssen (Zeitraum 15.8.04 -14.9.04) liegt die mittlere Aufwärmspanne zwischen Laaken und Rutenbeck nur bei 0.2°C (Bild 11.1-3). Die Auswertung der zusätzlichen Temperaturdaten zeigt seit September 04 an der Messstelle in Oberbarmen eine Aufwärmspanne zwischen Laaken und Oberbarmen von ca. 0,2°C. Die Aufwärmung ist hauptsächlich auf die Kühlwassereinleitung der Firma Membrana (∆T=0,15°C im Sept. 04 an der Einleitungsstelle) zurückzuführen (Bild 11.1-4).

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    Die Aufwärmspanne in der Stadt Wuppertal liegt im September zwischen 0 und 0,3°C. Die geringe Aufwärmspanne ist auf den hohen Abfluss und die niedrige Lufttemperatur von im Mittel 14°C zurückzuführen.

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    Laaken HKW Elberfeld Rutenbeck Opladen Lufttemp

    Bild 11.1-2: Temperaturverlauf an den Messstellen Laaken, Rutenbeck und Opladen bei einem

    mittleren Abfluss von 5,9 m³/s am Pegel Kluserbrücke

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    15.8.04 20.8.04 25.8.04 30.8.04 4.9.04 9.9.04 14.9.04

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    Laaken HKW Elberfeld Rutenbeck Opladen Lufttemp

    Bild 11.1-3: Temperaturverlauf an den Messstellen Laaken, Rutenbeck, HKW Elberfeld und Opladen

    bei einem mittleren Abfluss von 9,0 m³/s am Pegel Kluserbrücke

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    Laaken HKW Elberfeld Oberbarmen Lufttemp

    Bild 11.1-4: Temperaturverlauf an den Messstellen Laaken, Oberbarmen bei einem mittleren Abfluss

    von 9,2 m³/s am Pegel Kluserbrücke In Bild 11.1-5 sind die mittleren Wassertemperaturen im Längsverlauf dargestellt. Aufgrund der kühlen Wassertemperatur der Wuppertalsperre erfolgt bei niedrigen mittleren Abflüssen eine starke Aufwärmung bis Laaken. Der Gradient schwächt sich dann bis nach Opladen ab. Die Temperaturaufwärmung zwischen Laaken und Rutenbeck (ca. 15 km Stadtgebiet) beträgt im Juli bei einem mittleren Abfluss am Pegel Kluserbrücke von 5,9 m³/s 1°C. Bis zum Pegel Opladen (ca. 40 km, vorwiegend Wald und Wiesen) steigt die Temperatur noch einmal um 1°C an, wobei die Aufwärmspanne durch die zufließenden Nebenflüsse reduziert wird.

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    Fließweg [km]

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    Mittelwert 15.7.-14.8.04, Q,Kluse= 5.9 m³/s Mittelwert 15.8.-14.9.04, Q,Kluse= 9.0 m³/s Mittelwert 03.9.-06.9.04, Q,Kluse= 5.1 m³/s Mittelwert 10.9.-28.9.04, Q,Kluse= 9.2 m³/s Mittelwert 08.9.-11.9.04, Q,Kluse= 7.0 m³/s

    Wuppertalsperre Rheinmündung

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    Bild 11.1-5: Temperaturverlauf entlang dem Fließweg (Mittelwerte)

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    Die Auswertung der Temperaturmessungen zeigt, dass auch ohne die HKWs im Stadtgebiet zwischen Laaken und Rutenbeck eine leichte Aufwärmung erfolgt. Im weiteren Verlauf bis Opladen schwächt sich der Gradient der Aufwärmung ab. Aufgrund des sehr hohen Abflusses und der niedrigen Lufttemperaturen während der Außerbetriebnahme der Heizkraftwerke konnten jedoch keine maximalen Aufwärmspannen ohne den Einfluss der HKWs im Stadtgebiet ermittelt werden.

    11.2 Einfluss verschiedener anderer Nutzungen auf die Temperatur (Gütemodellierung)

    Durch die anthropogenen Einflüsse wird der Wärmehaushalt der Wupper im Vergleich zu ihrem potenziell natürlichen Temperaturverlauf verändert. Mit dem kalibrierten Temperaturmodell soll der spezifische Einfluss eines Nutzers auf die Aufwärmung der Wupper beurteilt werden. Für die Beurteilung der Temperaturbelastung der Wupper wurden die Monate Januar, März, Juni und November betrachtet, die für die Entwicklung der Fischpopulation von Bedeutung sind. Für die folgenden Lastvarianten (Tabelle 11.2-1) wird der Temperaturverlauf in der Wupper entlang der Fließrichtung simuliert und mit dem IST- Zustand verglichen:

    Tabelle 11.2-1: Lastfallvarianten

    Lastfallbezeichnung ����

    Anthropogene Belastung ↓↓↓↓

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    HKW Barmen + HKW Elberfeld

    ≤≤≤≤5 K ≤≤≤≤3 K ohne IST IST IST ohne

    Wuppertalsperre

    IST IST IST IST IST IST ohne

    pot. nat. Vegetation

    IST IST IST IST IST mit mit

    Kläranlagen

    IST IST IST ohne ohne IST ohne

    Einleitungen (große) (Kühlwasser, Wasser)

    IST IST IST IST ohne IST ohne

    Gewässermorphologie / Querschnitte

    IS T

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    IST IST IST IST IST IST pot nat

    11.2.1 Grundlagen der Lastfallbetrachtung Gewählte Jahre Für die Jahre 2002 (relativ kühl) und 2003 (relativ warm) lagen alle für das Temperaturmodell erforderliche Klimadaten vor, daher wurden die Niedrigwasserabflüsse für die Lastfälle aus diesem Zeitraum gewählt. Es wurden keine mittleren klimatischen Verhältnisse gewählt, um eine Vergleichmäßigung der Klimadaten zu vermeiden. Im Anhang in Bild A1-2 sind die Lufttemperaturen für das Jahr 2002 und 2003 dargestellt, die Lufttemperaturen im Jahr 2003 weisen eine größere Tagesamplitude auf, die Schwankungsbreite der Temperaturen ist vergleichbar.

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    Gewählte Monate Für den Abfluss wurden aus den Jahren 2002 und 2003 für die einzelnen Monate Abschnitte mit niedrigem Abfluss am Pegel Kluserbrücke ausgewählt. Es wurden der Abfluss und die Wetterdaten der Monate Januar 2002, März 2003, Juni 2002 und November 2003 gewählt. Die Abflüsse liegen in der Größenordnung des Monats-MNQ am Pegel Kluserbrücke für den Zeitraum 1988-2003 (Tabelle 11.2.1-1). Die Zuflüsse der Nebenflüsse wurden analog zum Modellabgleich aus der Differenz der Abflüsse zwischen den Pegeln Krebsöge, Kluserbrücke und Opladen berechnet und proportional zu den Einzugsgebietsgrößen der Nebenflüsse aufgeteilt.

    Tabelle 11.2.1-1: Monats-MNQ am staatlichen Pegel Kluserbrücke im Vergleich zum gewählten Abfluss für die Lastvarianten

    Pegel Kluserbrücke Jan Mrz Jun Nov MNQ (1988/2003) 5.04 4.79 3.67 4.56 Q(Lastfall) 5.1 4.8 3.6 4.8 Abschnittsbildung Für die Berechnung der Lastfallvarianten wird das kalibrierte Modell mit 8 Abschnitten verwendet. Aufgrund der geringen Abweichung zwischen dem Modell mit 8 bzw. mit 120 Abschnitten wurde auf das Modell mit der geringeren Auflösung zurückgegrif