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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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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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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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LaakenHKW ElberfeldOberbarmenLufttemp

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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Mittelwert 15.7.-14.8.04, Q,Kluse= 5.9 m³/sMittelwert 15.8.-14.9.04, Q,Kluse= 9.0 m³/sMittelwert 03.9.-06.9.04, Q,Kluse= 5.1 m³/sMittelwert 10.9.-28.9.04, Q,Kluse= 9.2 m³/sMittelwert 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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Gewässermorphologie / Querschnitte

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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 NovMNQ (1988/2003) 5.04 4.79 3.67 4.56Q(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 zurückgegriffen, um den Zeitbedarf der einzelnen Simulationsläufe in einem beherrschbaren Rahmen zu halten. Eingangstemperaturen Für die Eingangstemperatur in das Simulationsmodell wird die in dem gewählten Monat gemessene Wassertemperatur an der Messstation Krebsöge angesetzt. Für die Nebenflüsse der Wupper liegen keine Wassertemperaturmessungen vor. Für den Temperaturverlauf der Nebengewässer wurde daher wie zuvor die Temperaturmessung an der Messstelle Laaken gewählt und um 1°C reduziert. Diese Reduzierung ergibt sich aus dem Vergleich der Temperatur in Laaken und der Temperatur am Eifgenbach als Vergleichsgewässer (Bild 2.1.9-1). Für das Kühlwasser der Firma Membrana wurde abweichend von der Kalibrierung eine konstante Entnahme- und Einleitungsmenge angesetzt. Die berechneten Aufwärmspannen schwanken zwischen 0,1 und 0,5 C. Es wurde eine konstante Temperaturaufwärmspanne von 0,5 C (maximale Aufwärmspanne im Sommer) gewählt, um den ungünstigsten Lastfall zu berücksichtigen. Die Temperaturaufwärmspannen der Heizkraftwerke Barmen und Elberfeld werden aus der möglichen abzugebenden Wärmelast der Heizkraftwerke in Abhängigkeit vom Abfluss am Pegel Kluserbrücke berechnet (Bild 11.2.1-1). In Bild 11.2.1-1 sind die berechneten Temperaturaufwärmspannen für die einzelnen Lastfälle dargestellt. In Barmen liegen die Aufwärmspannen unter 2°C, in Elberfeld im Mittel bei 3,5°C. Für die Wassertemperatur der Kläranlagenabläufe werden Monatsmittelwerte angesetzt (Bild 11.2.1-2).

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Bild 11.2.1-1: Tagesgang des Kühlbedarfs der HKW Barmen und Elberfeld

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Januar (MNQ=5.1 m³/s)März (MNQ=4.8 m³/s)Juni (MNQ=3.6 m³/s)November (MNQ=4.6 m³/s)

Bild 11.2.1-2: Tagesgang der berechneten Aufwärmspannen am HKW Barmen und Elberfeld

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Jan. 03 Feb. 03 Mrz. 03 Apr. 03 Mai. 03 Jun. 03 Jul. 03 Aug. 03 Sep. 03 Okt. 03 Nov. 03

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Bild 11.2.1-3: Gewählter Jahresgang der Wassertemperatur der Kläranlagenabläufe (Ablauf Buchenhofen)

Lastfallvarianten Im Vergleich zum IST–Zustand wird bei den Lastfalluntersuchungen jeweils eine Belastung verändert. Für den Lastfall HKW 3K wird die Temperatur am Heizkraftwerk Barmen und Elberfeld um jeweils 3 C erhöht und für den Lastfall HKW 5K um 5°C. Dies ist eine Maximalfallbetrachtung und kommt aus verschiedenen Gründen in der Realität selten vor. Für die Berechnung der Variante ohne HKW werden die Kühlwassereinleitungen ausgeschaltet. Für den Lastfall ohne KA wird die Wassertemperatur ohne Kläranlagen berechnet.

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Für den Lastfall ohne Industrie/TW werden alle industriellen Einleiter bis auf die Heizkraft-werke sowie auch alle Kläranlagen aus dem Modell entfernt. Weiterhin werden Überleitungen aus fremden Trinkwassereinzugsgebieten nicht berücksichtigt (Trinkwasser aus Benrath, vom Aggerverband und für Schwelm). Das bereitgestellte Trinkwasser aus der Dhünn-, Kerspe-; und Herbringhauser Talsperre wird in diesem Lastfall dem zugehörigen Einzugsgebiet zugeteilt (Zuflusserhöhung Dhünn +0.6 m³/s, Wuppertalsperre +0.34 m³/s Abzug Schwelme 0,1 m³/s) (Tabelle 11.2.1-2).

Tabelle 11.2.1-2: Jahrestrinkwasserverbrauch im Einzugsgebiet der Wupper

WSW [2.1] WVV [2.2] Sonstige GesamtMio. m³/Jahr Mio. m³/Jahr Mio. m³/Jahr Mio. m³/Jahr

Wasserwerk Benrath 7.8 7.8Dhünntalsperre 11.9 7.0 18.9Kerpse / Herbringhauser Talsperre 10.6 10.6Aggerverband 1.8 1.8KA Schwelm 3.0 3.0

Gesamtwassserverbrauch 30.3 8.8 3.0 42.1

TW aus dem Einzugsgebiet der Wupper 22.5 7.0 29.5 Für den Lastfall mit potenziell natürlicher Vegetation wird angenommen, dass die Vegetation an der Wupper zu 90% aus Laubwald und zu 10% aus Niedervegetation besteht. Aufgrund des breiten Profils der Wupper gibt es an der Unteren Wupper keinen Kronenschluss.

11.2.2 Ergebnisse Die Simulationsrechnung wurde vom 1. bis zum 20. des jeweiligen Monats durchgeführt. Zur Beurteilung der Ergebnisse wird der Temperaturverlauf an 4 Temperaturmessstellen in der Wupper (Krebsöge, HKW Barmen, Rutenbeck, Opladen) sowie der Temperaturverlauf in der Wupper entlang der Fließrichtung für den 19. Tag um 16:00 Uhr dargestellt. Eine zusammenfassende Darstellung der Werte ist im Anhang in Tabelle A1-3 und in den Bildern A1-3–A1-8- dargestellt.

11.2.2.1 Ergebnisse für den Monat Januar 2002 In Bild 11.2.2.1-1 ist der Abfluss im Längsverlauf für die einzelnen Lastfälle dargestellt. Im Vergleich zum IST-Zustand fällt der Abfluss im Vergleich zum Lastfall ohne die Einleitungen aus den Kläranlagen im Fließverlauf um bis zu 1,6 m³/s geringer aus. Für den Lastfall ohne Industrie/TW erhöht sich der Abfluss an der Wuppertalsperre und der Dhünn durch den Wegfall der Trinkwassernutzung, verläuft aber insgesamt parallel zu dem Lastfall ohne KA. Der potenziell natürliche Abfluss ohne die Einleitungen aus den Talsperren im Oberlauf ist dem gegenüber deutlich niedriger. Die Wassertiefe für den potenziell natürlichen Zustand liegt im Mittel bei 28 cm und somit 30 cm unter dem IST-Zustand (Bild 11.2.2.1-2 und -3). Der Temperaturverlauf der Wupper ist in Bild 11.2.2.1-4 und 11.2.2.1-5 dargestellt. Die mittleren Temperaturen und die min und max Werte für die verschiedenen Lastfälle sind in Tabelle A1-3 angegeben. Die Eingangstemperatur liegt im Monat Januar konstant bei 4°C, da die Temperatur der Wupper durch die Wuppertalsperre vergleichmäßigt wird. Die mittlere Wassertemperatur wird stark von der Lufttemperatur geprägt, aufgrund der geringen Strahlungsenergie im Winter sind nur geringe Tag-Nachtschwankungen vorhanden. Bis zum HKW Barmen passt sich die Temperaturganglinie dem potenziell natürlichen Temperaturverlauf an, die sehr niedrigen Temperaturen werden aufgrund der Eingangs-temperatur von 4°C nicht erreicht. Die industriellen Einleiter und die Kläranlage Radevom-wald führen zu einer geringen Aufwärmung.

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Eine signifikante Erhöhung erfolgt am HKW Barmen und am HKW Elberfeld. Bei einem MNQ am Pegel Kluserbrücke von 5,1 m³/s liegt die Aufwärmspanne in HKW Barmen im Mittel bei 0,75°C und am HKW Elberfeld bei 2,56°C. Bei Ausnutzung einer Aufwärmspanne von 3 C je HKW würde die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck im Mittel auf 8.8°C ansteigen mit Maximalwerten von 13,2°C und Minimalwerten von 5,25°C. Bei Ausnutzung einer Aufwärmspanne von 5 C je HKW würde die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck im Mittel auf 12,7°C ansteigen mit Maximalwerten von 16,4°C und Minimalwerten von 8,7°C. Aufgrund des hohen Temperaturgradienten im Winter erfolgt eine relativ schnelle Abkühlung, in Opladen liegt die mittlere Temperaturdifferenz zwischen dem Lastfall HKW 5K und dem IST-Zustand nur bei 1°C. In den Wintermonaten führen die Kläranlagen zu einer deutlichen Aufwärmung der Wupper. An der Messstelle Opladen liegt die Temperatur ohne Kläranlagen im Vergleich zum Ist-Zustand im Mittel um 0,7°C niedriger. Beim Lastfall ohne HKW liegt die Temperatur im Vergleich zum IST-Zustand im Mittel um 1°C niedriger. In Opladen ist der Einfluss der Heizkraftwerke und der Kläranlagen in der gleichen Größenordnung. In der vegetationslosen Zeit ist der Einfluss der Beschattung nicht vorhanden, daher ist der Lastfall potenziell natürliche Vegetation mit dem Lastfall IST-Zustand identisch. Die Temperatur beim Lastfall potenziell natürlicher Zustand schwankt zwischen 0 und 8,6°C. Die Temperatur liegt an der Messstelle Rutenbeck um 3,5°C und in Opladen um 2°C unter der mittleren Temperatur des Lastfalls IST-Zustand.

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Bild 11.2.2.1-1: Abfluss (MNQ) der Wupper von der Wuppertalsperre bis zur Mündung im Monat

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Bild 11.2.2.1-3: Simulierte Wasserspiegelhöhe der Wupper bei MNQ im Monat Januar

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Bild 11.2.2.1-4: Simulierter Temperaturverlauf der Wupper bei MNQ im Monat Januar über den Fließweg

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Bild 11.2.2.1-5: Simulierter Temperaturverlauf der Wupper bei MNQ im Monat Januar über 20 Tage

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11.2.2.2 Ergebnisse für den Monat März 2003 In Bild 11.2.2.2-1 ist der Abfluss im Längsverlauf für die einzelnen Lastfälle dargestellt. Analog zu den Lastvarianten für den Monat Januar verringert sich der Abfluss um 1,6 m³/s für den Lastfall ohne KA im Vergleich zum IST-Zustand. Für den Lastfall ohne Industrie/TW erhöht sich im Vergleich zum Lastfall ohne KA der Abfluss an der Wuppertalsperre und der Dhünn durch den Wegfall der Trinkwassernutzung. Der potenziell natürliche Abfluss liegt am Pegel Opladen nur um 1 m³/s niedriger im Vergleich zum IST-Zustand (Bilder 11.2.2.2-2 und -3). Der Temperaturverlauf der Wupper ist in Bild 11.2.2.2-4 und Bild 11.2.2.2-5 dargestellt. Die Eingangstemperatur liegt im Monat März bei 4°C und steigt zum Ende des Monats auf 5°C an. Im Vergleich zum IST-Zustand liegt die Eingangstemperatur für den potenziell natürlichen Zustand im Mittel um 2°C höher und weist starke diurnale Schwankungen auf. Die Eingangstemperatur für den potenziell natürlichen Zustand entspricht den Temperaturdaten des Steinchesbach aus dem Jahr 2002. Die Temperaturamplitude wird bis zur Messstelle HKW Barmen gedämpft. Dies ist auf die niedrigere Lufttemperatur im März 2003 im Vergleich zum März 2002 zurückzuführen (Bild A1-2 im Anhang). Die Temperaturverläufe der verschiedenen Lastfälle weisen vor dem HKW Barmen keine großen Unterschiede auf. Die Schwankungsbreite im Tagesverlauf beträgt vor dem HKW Barmen ca. 2°C. Eine Temperaturerhöhung erfolgt am HKW Barmen und am HKW Elberfeld. Bei einem MNQ am Pegel Kluserbrücke von 4,8 m³/s liegt die Aufwärmspanne am HKW Barmen im Mittel bei 1,08 C und am HKW Elberfeld bei 3,15 C. Die Wärmelast der Heizkraftwerke ist nicht konstant, das HKW Barmen deckt die Stromspitzen morgens, mittags und abends ab, das HKW Elberfeld hat eine höhere Wärmelast in den Nachtstunden als im Tagesverlauf. Die Spitzenlast beträgt 1,5°C für das HKW Barmen und 3,6 C für das HKW Elberfeld. Bei Ausnutzung einer Aufwärmspanne von 3 C je HKW würde die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck im Mittel auf 9,6°C ansteigen mit Maximalwerten von 11,9°C und Minimalwerten von 7,0°C. Bei Ausnutzung einer Aufwärmspanne von 5 C je HKW würde die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck im Mittel auf 13,1°C ansteigen mit Maximalwerten von 15,2°C und Minimalwerten von 10,5°C. Im Vergleich zum Monat Januar ist die Abkühlung bis nach Opladen geringer, die Differenz zwischen der Messung vor dem HKW Barmen (HKB Barmen) und der Messung Opladen beträgt 2,8°C im IST-Zustand. Die Temperaturdifferenz zwischen den einzelnen Lastfällen ist größer als im Januar. Die Abwassertemperatur der Kläranlagen ist deutlich höher als die Wassertemperatur der Wupper und führt im Mittel zu einer Erwärmung der Wupper von 1,6°C in Opladen. Der Einfluss der Beschattung ist auch im Monat März sehr gering und liegt bei 0,1°C. Die Temperatur des "potenziell natürlichen Zustands" schwankt zwischen 0,3 und 6,7°C. Die Temperatur liegt an der Messstelle Rutenbeck und Opladen um ca. 3,6°C unter der mittleren Temperatur des IST-Zustand. Die Temperaturaufwärmung der Wupper hat im Monat März einen größeren Einfluss an der Messstelle Opladen als im Januar, da die Wärmelast der Heizkraftwerke (IST-Zustand) im März größer ist als im Januar.

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Bild 11.2.2.2-1: Abfluss (MNQ) der Wupper von der Wuppertalsperre bis zur Mündung im Monat März

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Bild 11.2.2.2-4: Simulierter Temperaturverlauf der Wupper bei MNQ im Monat März über den

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Bild 11.2.2.2-5: Simulierter Temperaturverlauf der Wupper bei MNQ im Monat März über 20 Tage

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11.2.2.3 Ergebnisse für den Monat Juni 2002 In Bild 11.2.2.3-1 ist der Abfluss im Längsverlauf für die einzelnen Lastfälle dargestellt. Analog zu den Lastvarianten für den Monat Januar verringert sich der Abfluss um 1.6 m³/s für den Lastfall ohne KA im Vergleich zum IST-Zustand. Für den Lastfall ohne Industrie / TW erhöht sich im Vergleich zum Lastfall ohne KA der Abfluss an der Wuppertalsperre und der Dhünn durch den Wegfall der Trinkwassernutzung. Der potenziell natürliche Abfluss liegt am Pegel Opladen um 1,6 m³/s niedriger im Vergleich zum IST-Zustand (Bilder 11.2.2.3-2 und -3). Der Temperaturverlauf der Wupper ist in Bild 11.2.2.3-4 und Bild 11.2.2.3-5 dargestellt. Die Eingangstemperatur liegt im Monat Juni bei 10°C. Im Vergleich zum IST-Zustand liegt die Eingangstemperatur für den potenziell natürlichen Zustand im Mittel um 1,4°C höher und weist diurnale Schwankungen auf. Die Temperatur steigt bis zum HKW Barmen durch die Einstrahlung und die industriellen Einleiter um 3,5°C an. Die Temperaturverläufe der verschiedenen Lastfälle weisen vor dem HKW Barmen keine großen Unterschiede auf. Die Schwankungsbreite im Tagesverlauf liegt vor dem HKW Barmen an einem heißen Sommertag zwischen 2°C und 4°C. Bei einem MNQ am Pegel Kluserbrücke von 3,6 m³/s liegt die Aufwärmspanne am HKW Barmen bei 1,7 C zwischen 7:00 und 21:00 Uhr und am HKW Elberfeld bei 2,85 C. Bei Ausnutzung einer Aufwärmspanne von 3 K je HKW würde die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck im Mittel auf 19,5°C ansteigen mit Maximalwerten von 24,5°C und Minimalwerten von 14,8°C. Bei Ausnutzung einer Aufwärmspanne von 5 K je HKW würde die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck im Mittel auf 22,3°C ansteigen mit Maximalwerten von 28,0°C und Minimalwerten von 18,4°C. Der Maximalwert von 28°C wird an einem heißen Sommertag kurz hinter dem HKW Elberfeld nur für den Lastfall HKW 5 C erreicht. Aufgrund der hohen Lufttemperatur ist die Abkühlung zwischen dem HKW Elberfeld und Opladen gering. Die Abflüsse der Nebenflüsse führen zu einer geringen Temperaturabsenkung. Der Einfluss der Kläranlagen ist gering. Die Aufwärmspanne in Wuppertal (Laaken bis Rutenbeck) ohne Berücksichtigung der HKWs beträgt 1,8 C. Im Vergleich zu den Temperaturmessungen im Juni/August 2004, wo die Heizkraftwerke außer Betrieb waren, liegt die Aufwärmspanne um 0,8 C höher. Dies ist auf den doppelt so hohen Abfluss am Pegel Kluserbrücke im Jahr 2004 zurückzuführen. Die potenziell natürliche Beschattung der Wupper führt zu einer Abkühlung der Wupper um 1.4°C. Hierbei ist zu beachten, dass aufgrund der geringen Flussbreite beim IST-Zustand der Einfluss der Beschattung stärker ist, als bei der Kombination mit den breiten potenziell natürlichen Profilen. Beim Lastfall "potenziell natürlicher Zustand" steigt die Temperatur von im Mittel 11°C in Krebsöge auf 14,8°C in Opladen kontinuierlich an. Im Vergleich zum IST-Zustand liegt die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck um 3,6°C an der Messstelle Opladen um 2,8°C über dem potenziell natürlichen Zustand. Die maximalen Wassertemperaturen werden in Opladen erreicht und liegen bei 21,1°C.

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Bild 11.2.2.3-1: Abfluss (MNQ) der Wupper von der Wuppertalsperre bis zur Mündung im Monat Juni

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Bild 11.2.2.3-2: Simulierte Wassertiefe der Wupper bei MNQ im Monat Juni

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Bild 11.2.2.3-3: Simulierte Wasserspiegelhöhe der Wupper bei MNQ im Monat Juni

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Wuppertalsperre RheinmündungWuppertalsperre Rheinmündung

Bild 11.2.2.3-4: Simulierter Temperaturverlauf der Wupper bei MNQ im Monat Juni über den Fließweg

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Bild 11.2.2.3-5: Simulierter Temperaturverlauf der Wupper bei MNQ im Monat Juni über 20 Tage

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11.2.2.4 Ergebnisse für den Monat November 2003 In Bild 11.2.2.4-1 ist der Abfluss im Längsverlauf für die einzelnen Lastfälle dargestellt. Analog zu den Lastvarianten für den Monat Januar verringert sich der Abfluss um 1,6 m³/s für den Lastfall ohne KA im Vergleich zum IST-Zustand. Für den Lastfall ohne Industrie / TW erhöht sich im Vergleich zum Lastfall ohne KA der Abfluss an der Wuppertalsperre und der Dhünn durch den Wegfall der Trinkwassernutzung. Der potenziell natürliche Abfluss liegt am Pegel Opladen höher im Vergleich zum IST-Zustand. Durch die Begrenzung des Abflusses an der Wuppertalsperre war der Abfluss im IST-Zustand relativ niedrig (Bilder 11.2.2.4-2 und 11.2.2.4-3). Der Temperaturverlauf der Wupper ist in Bild 11.2.2.4-4 und Bild 11.2.2.4-5 dargestellt. Die Eingangstemperatur liegt im Monat November zwischen 8-9°C. Im Vergleich zum IST-Zustand liegt die Eingangstemperatur für den potenziell natürlichen Zustand im Mittel um 2°C niedriger und die Temperatur schwankt zwischen 9 und 3,5°C. Die Temperaturverläufe der verschiedenen Lastfälle weisen vor dem HKW Barmen keine großen Unterschiede auf. Die Temperatur schwankt zwischen 9 und 6°C, die Tagesamplitude ist gering. Der potenziell natürliche Zustand weist stärke Temperaturschwankungen auf und liegt deutlich niedriger, dies ist höchstwahrscheinlich auf die Eingangstemperatur für den potenziell natürlichen Zustand zurückzuführen, die aus dem November 2001 angesetzt wurde, der deutlich kälter war. Bei einem MNQ am Pegel Kluserbrücke von 4,6 m³/s liegt die Aufwärmspanne am HKW Barmen im Mittel bei 1,22 C und am HKW Elberfeld bei 3,24 C. Die Wärmelast der Heizkraftwerke ist nicht konstant, das HKW Barmen deckt die Stromspitzen morgens, mittags und abends ab, das HKW Elberfeld hat eine höhere Wärmelast in den Nachtstunden als im Tagesverlauf. Die Spitzenlast beträgt 1,56°C für das HKW Barmen und 3,5 C für das HKW Elberfeld. Bei Ausnutzung einer Aufwärmspanne von 3 K je HKW würde die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck im Mittel auf 12,6°C ansteigen mit Maximalwerten von 14,3°C und Minimalwerten von 10,8°C. Bei Ausnutzung einer Aufwärmspanne von 5 C je HKW würde die Temperatur an der Messstelle Rutenbeck im Mittel auf 16,1°C ansteigen mit Maximalwerten von 17,8°C und Minimalwerten von 14,1°C. Die Abkühlung zwischen dem HKW Elberfeld und Opladen ist vergleichbar mit den Lastfallrechnungen im März. Die Kläranlagen führen zu einer Temperaturerhöhung von 1,2°C. Die Beschattung der Wupper hat im November keinen Einfluss. Beim potenziell natürlichen Zustand liegt die Temperatur im Mittel bei 6°C in Krebsöge und verändert sich bis nach Opladen kaum (T=6,1°C). Die Temperatur liegt an der Messstelle Rutenbeck um 5,1°C und in Opladen um 3,2°C unter der mittleren Temperatur des Lastfalls IST-Zustand.

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Bild 11.2.2.4-1: Abfluss (MNQ) der Wupper von der Wuppertalsperre bis zur Mündung im Monat November

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Bild 11.2.2.4-3: Simulierte Wasserspiegelhöhe der Wupper bei MNQ im Monat November

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Fließweg [km]

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Bild 11.2.2.4-4: Simulierter Temperaturverlauf der Wupper bei MNQ im Monat November über den Fließweg

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Bild 11.2.2.4-5: Simulierter Temperaturverlauf der Wupper bei MNQ im Monat November über 20 Tage

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11.3 Zusammenfassung Temperaturmodell

Für die Untere Wupper konnte für den Zeitraum Juni 2003 und August 2003 ein Modellabgleich durchgeführt werden, der mit ausreichend guter Genauigkeit die Prozesse in der Unteren Wupper abbildet. Das Modell ist somit geeignet, die der unterschiedlichen anthropogenen Einflüsse zu beurteilen. Weiterhin wurde ein Temperaturmodell für den potenziell natürlichen Zustand für die Untere Wupper aufgebaut. Der simulierte potenziell natürliche Temperaturverlauf der Wupper bestätigt, dass die Wupper ein sommerkaltes Fischgewässer ist. Die maximalen Temperaturen liegen im Sommer bei 23°C, die mittleren Sommertemperaturen liegen zwischen 14 und 20°C. In Bild 11.3-1 ist der Einfluss der Gewässermorphologie, der potenziell natürlichen Vegetation und des potenziell natürlichen Abflusses für den Monat Juni dargestellt. Die Berücksichtigung der potenziell natürlichen Vegetation führt im Vergleich zum Lastfall ohne Heizkraftwerke, Kläranlagen und Industrie zu einer deutlichen Abkühlung des Gewässers. Die zusätzliche Berücksichtigung des niedrigen potenziell natürlichen Abflusses führt insbesondere in den Sommermonaten zu einer Erwärmung der Wupper. Der Ansatz der potenziell natürlichen Gewässermorphologie führt zu einer weiteren Erwärmung der Gewässer, da der Einfluss der Beschattung bei Gerinnebreiten von 50 - 120 m gering ist. Ingesamt zeigt sich, dass durch die anthropogene Nutzung die Temperatur der Wupper im IST-Zustand im Mittel um 3,5 C in Rutenbeck und 3 C in Opladen wärmer ist als im potenziell natürlichen Zustand. Die Aufwärmspanne ist insbesondere in den Übergangsmonaten November und März durch den dann dominierenden Einfluss der Heizkraftwerke hoch. Im relativ warmen Monat November 2003 lagen die Aufwärmspannen bei 5,1 C in Rutenbeck und 3,2 C in Opladen. Mit dem Simulationsmodell konnte der spezifische Einfluss einzelner Einleiter abgeschätzt werden. Die Heizkraftwerke führen zu einer deutlichen Aufwärmung der Wupper. Die Abläufe der Kläranlagen führen in den Winter- und Übergangsmonaten ebenfalls zu einer deutlichen Erwärmung der Wupper. Der Einfluss der restlichen Industrieeinleiter ist gering und liegt bei max. 0,5 C. Der Ansatz einer potenziell natürlichen Vegetation in den Sommermonaten führt zu einer Abkühlung um 1,4 C. Eine Abkühlung der Wupper in den Sommermonaten könnte durch eine verbesserte Beschattung der Wupper erreicht werden. Diese Maßnahme ist jedoch nicht sofort verfügbar.

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Bild 11.3-1: Simulierter Temperaturverlauf in der Wupper bei MNQ im Monat Juni

11.4 Literatur zu Kapitel 11 [ATV, DVWK, 2002] ATV Gewässergütemodell, Version 1.2, Hennef. [Haidekker, 2005] Alexandra Haidekker (in press): The effect of water temperature regime

on benthic macroinvertebrates - a contribution to the ecological assessment of rivers. Inaugural-Dissertation Universität Essen. p. 38.

[WSW, 2004] Die Wasserzahlen der Wuppertaler Stadtwerke

http://www.wsw-online.de/wasser/wasserzahlen, 12.11.04

[WVV, 2004] Wasserversorgungsverband Rhein-Wupper http://www.wvv-rhein-wupper.de, 12.11.04

[Hydrotec, 1999] Niederschlag-Abfluß-Modell Obere Wupper, Hydrotec, Aachen.

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