Anpassung der Talsperrensteuerung an Klimaänderungen : Bewertung von Leistungsfähigkeit und Robustheit

Kufeld, Matthias; Schüttrumpf, Holger

doi:4974

Anpassung der Talsperrensteuerung an Klimaänderungen : Bewertung von Leistungsfähigkeit und Robustheit = Adaption of reservoir operation to climate change : evaluation of performance and robustness

Kufeld, Matthias (Author)

2014

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Matthias Kufeld

ImpressumAachen 2014

UmfangXIII, 173 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Zsfassung in dt. u. engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Schüttrumpf, Holger (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-12-06

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-49748
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/229467/files/4974.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft (314410)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Wasserwirtschaft (Genormte SW) ; Talsperre (Genormte SW) ; Hydrologie (Genormte SW) ; Anthropogene Klimaänderung (Genormte SW) ; Risikoanalyse (Genormte SW) ; Entscheidung bei Risiko (Genormte SW) ; Entscheidung bei Unsicherheit (Genormte SW) ; Hochwasserschutz (Genormte SW) ; Trockenheit (Genormte SW) ; Wasserhaushalt (Genormte SW) ; Wassernutzung (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; reservoir (frei) ; operation rules (frei) ; climate change (frei) ; hydrology (frei) ; flood risk (frei) ; drought risk (frei) ; water management (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Talsperren dienen dem Ausgleich von natürlich schwankendem Wasserdargebot und sozioökonomisch bestimmter Wassernachfrage. Hierzu werden Hochwasser zurückgehalten und gespeichertes Wasser zur Überbrückung von Niedrigwasserperioden verzögert abgegeben. Die dazu notwendige Speichergröße bei der Planung neuer Anlagen sowie die Betriebsregeln bestehender Anlagen werden auf Basis der beobachteten Zuflüsse am Standort der Talsperre bestimmt. Die Eigenschaften des Zuflusses hängen von der Hydrologie des Einzugsgebietes ab, welche wiederum von den klimatischen Randbedingungen beeinflusst wird. Änderungen der klimatischen Bedingungen wirken sich so direkt auf die Eingangsdaten der Bemessung von Talsperren und ihre Leistungsfähigkeit aus. Für die Zukunft ist aufgrund der zunehmenden Konzentration klimawirksamer Gase in der Erdatmosphäre mit einer signifikanten Änderung des Klimas zu rechnen. Es stellt sich daher die Frage, welche Auswirkungen Klimaänderungen auf die Leistungsfähigkeit von Talsperren haben und wie Anpassungsmaßnahmen an diese Klimaänderungen geplant und ausgewählt werden können. Die Bewertung der Leistungsfähigkeit von Talsperren erfolgt probabilistisch unter Berücksichtigung der Konsequenzen und der Eintrittswahrscheinlichkeit von Versagensereignissen. Hierbei wird zwischen Versagen aufgrund von Hochwasser und Versagen aufgrund von Niedrigwasser unterschieden. Während zur Bewertung der Leistungsfähigkeit bezüglich des Hochwasserschutzes etablierte Verfahren bestehen, wird ein gleichwertiges, probabilistisches Verfahren zur Bewertung der Leistungsfähigkeit bei Niedrigwasser neu entwickelt. Damit ist es möglich, die Leistungsfähigkeit von Talsperren anhand des wasserwirtschaftlichen Gesamtrisikos integrativ für Hochwasser und Niedrigwasser zu bestimmen. Die dabei angewendeten Methoden der stochastischen Generierung von Zuflussrandbedingungen erlauben es, die möglichen Auswirkungen der prognostizierten Klimaänderung quasi-kontinuierlich zu erfassen und in einer Klimaeinwirkungsfunktion abzubilden, welche den Zusammenhang von klimabedingter Änderung statistischer Eigenschaften des Zuflusses und der Änderung der Leistungsfähigkeit der untersuchten Talsperren darstellt. Die Klimaeinwirkungsfunktion ermöglicht eine Bewertung der Robustheit der Talsperren, also eine Aussage dazu, wie empfindlich die Leistungsfähigkeit der Talsperren auf Änderungen des Zuflusses reagiert. So lassen sich verschiedene Betriebsregeln vergleichen und Anpassungsmaßnahmen finden, welche die Leistungsfähigkeit des Talsperrenbetriebs für eine klimabedingte Veränderung der Zuflussrandbedingungen bewahren.

Reservoirs serve to compensate naturally fluctuating water availability and socio-economically driven water demand. To achieve this, flood water is retained and stored water is released to bridge periods of low flow. The required storage capacity when planning new dams and the operating rules of existing dams are determined on the basis of the observed flows at the site of the reservoir. The flow properties depend on the hydrology of the catchment area, which in turn is influenced by the climatic boundary conditions. Changes in climate therefore directly influence the input data used in reservoir design and the subsequent reservoir performance. A significant change in climate conditions is expected in the future due to the increasing concentration of greenhouse gases in the atmosphere. This raises the question of the impact of climate change on the performance of reservoirs and how adaption measures can be planed and chosen. The performance of reservoirs is evaluated probabilistically by considering the consequences and the probability of failure events. A distinction is made between failures due to floods and failures due to low flows. Probabilistic methods for evaluating the performance of flood protection provided by dams are well-established, whilst the corresponding method to evaluate the performance of dams that protectagainst low flows is newly developed. Combining these two methods makes it possible to determine the overall performance of a dam by means of the integrated water management risk for floods and low flows. The applied methods of stochastic generation of inflow boundary conditions allow us to quasi-continuously capture the potential impact of projected climate change and to map it using the climate impact function, which represents the relationship between climate-induced change of statistical properties of the inflow and the change in the performance of the studied reservoirs. The climate impact function assesses of the robustness of the reservoir. Robustness describes how sensitively the performance of the reservoir responds to changes in the inflow. Comparing the climate impact functions derived for different operation rules enables us to find adaption measures which preserve the performance of the reservoir for a climate-induced change in the inflow boundary conditions.

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