Ableitung von Szenarien und Monetarisierung der Auswirkungen des Klimawandels und anthropogener Nutzungen auf Niedrigwasserereignisse und die Wirtschaft am Rhein

Braun, Mark; Wintgens, Thomas Josef; Wittowsky, Dirk

doi:45039

Ableitung von Szenarien und Monetarisierung der Auswirkungen des Klimawandels und anthropogener Nutzungen auf Niedrigwasserereignisse und die Wirtschaft am Rhein

Braun, Mark^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mark Braun

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Wintgens, Thomas Josef (Thesis advisor)^RWTH* ; Wittowsky, Dirk (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-12-17

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-01451
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1028100/files/1028100.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft und Institut für Siedlungswasserwirtschaft (314110)

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Binnenschifffahrt (frei) ; Klimaanpassung (frei) ; Niedrigwasser (frei) ; Rhein (frei) ; Rhine (frei) ; Wirtschaft (frei) ; climate adaptation (frei) ; economy (frei) ; inland navigation (frei) ; low water (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Der Rhein mit all seinen Nutzungsformen ist ein Gewässer mit überragender wasserwirtschaftlicher Bedeutung. Im Zuge des voranschreitenden Klimawandels werden klimatische Veränderungen im Laufe des 21. Jahrhunderts zu einer Verlagerung von Niederschlägen vom Sommer in den Winter und einer generellen Zunahme von hydrologischen Extremereignissen führen. Durch langanhaltende Trockenperioden auftretende Niedrigwasserereignisse sind ein natürliches Phänomen, werden in Zukunft aber in Häufigkeit und Intensität zunehmen. Sie führen neben ökologischen Auswirkungen auch zu erheblichen Beeinträchtigungen der Binnenschifffahrt und der von ihr abhängigen Wirtschaft am Rhein. Für die Wirtschaft im Rheineinzugsgebiet ist eine verlässliche Schiffbarkeit der Wasserstraße ein wichtiger Standortfaktor. Während Niedrigwasserperioden kann die Schifffahrt und insbesondere der Gütertransport auf dem Rhein nur mit reduzierten Kapazitäten stattfinden, wie das Niedrigwasserereignis 2018 eindrücklich gezeigt hat. Verlagerungen auf andere Verkehrsträger wie Schiene und Straße sind nur eingeschränkt möglich, viele Güter können dementsprechend nicht transportiert werden. Von den ausbleibenden Lieferungen sind ganze Wirtschaftssektoren entlang des Rheins betroffen, es kommt zu Kaskadeneffekten und hohen Wertschöpfungsverlusten. Daher erlangt neben dem Klimaschutz auch die Klimaanpassung zunehmend an Bedeutung, um die unvermeidlichen Folgen des Klimawandels zu bewältigen. Die möglichen Anpassungsmaßnahmen an Niedrigwasserereignisse sind bekannt, erfordern aber vor dem Ziel eines integrierten Niedrigwassermanagements die Mitwirkung verschiedener Akteure und Stakeholder. Aufgrund des häufig kostenintensiven Investitionsbedarfs bedarf es einer Gegenüberstellung mit dem Nutzen dieser Maßnahmen, um Entscheidungsträger von Investitionen zu überzeugen. Für eine möglichst nachvollziehbare und transparente Vergleichbarkeit eignen sich insbesondere monetäre Werte. Die vorliegende Arbeit liefert einen Baustein zu einer solchen monetarisierten Bewertung klimatischer und hydrologischer Entwicklungen sowie ausgewählter Anpassungsmaßnahmen am Rhein. Um dies zu erreichen, wird eine (modelltechnische) Verknüpfung der Themen Klimawandel, Hydrologie, Transport/Logistik und Wirtschaft vorgenommen. Zunächst erfolgt eine Auswahl geeigneter klimatischer Szenarien für eine zukunftsorientierte Betrachtung von Niedrigwasserereignissen. Hierfür werden aktuelle SSP-Klimaprojektionen ausgewertet. Über das Wasserhaushaltsmodell LARSIM-ME sowie Wasserstands-Abfluss-Beziehungen der Bundesanstalt für Gewässerkunde können dann Wasserstände an für die Binnenschifffahrt relevanten Pegeln im Rheineinzugsgebiet ermittelt werden. Diese gehen anschließend in zwei ökonomische Modelle der Prognos AG ein, die die Beziehung zwischen Wasserstand und Verkehrsträgernutzungen sowie die Wirtschaftsverflechtungen im Rheineinzugsgebiet abbilden. Auf diese Weise liefert diese Arbeit die Verknüpfung von klimatischen und hydrologischen mit ökonomischen Daten über eine geschlossene Modellkette. Den Kern der Arbeit bildet anschließend die Ableitung weiterer hydrologischer Szenarien zur Analyse des Abflusssystems Rhein und ausgewählter anthropogener Nutzungen. Die Wirkung von verschiedenen Treibern, Nutzungsformen und Anpassungsoptionen auf Niedrigwasser und die Wirtschaft am Rhein wird anhand von vier ökonomischen Parametern ausgegeben. Hierbei stellt die Ermittlung monetarisierter Folgen des Klimawandels und von Niedrigwasserereignissen auf die Wirtschaft am Rhein ein zentrales Ziel der Arbeit dar. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt anhand insgesamt vier mittels statistischer Auswertung identifizierter Niedrigwasserszenarien für zwei Global Warming Level im aktuellen Jahrhundert. Eine kontrafaktische Betrachtung ermöglicht die Isolation der Wirkungen des Klimawandels und anthropogener Nutzungen unter Annahme eines ansonsten statischen Systems mit den heute existierenden Wirtschaftsverflechtungen. Die ökonomischen Effekte werden anhand von Veränderungen der Parameter Produktionswert, Bruttowertschöpfung, Erwerbstätigenzahl und Transportkosten dargestellt. Die verschiedenen Wirtschaftsregionen und Wirtschaftssektoren entlang des Rheins weisen dabei spezifische Charakteristiken und Betroffenheiten auf. Ein Schwerpunkt der Betrachtung liegt auf dem Bundesland Nordrhein-Westfalen, in dem das Forschungsprojekt R2K-Klim+ (FKZ 01LR2008) durchgeführt wird und in dem für verschiedene Fragestellungen eine homogene Datengrundlage zur Verfügung steht. Weitere Ergebnisse werden für die Anpassungsoptionen einer veränderten Flottenzusammensetzung und des im Bundesverkehrswegeplan 2030 vorgesehenen Projektes „Abladeoptimierung Mittelrhein“ dargestellt. Diese realen Maßnahmen werden für die Integration in die Modelle vereinfachend parametrisiert.

The Rhine, with all its uses, is a waterway of outstanding importance for water management. As climate change progresses, climatic changes over the course of the 21st century will lead to a shift in precipitation from summer to winter and a general increase in extreme hydrological events. Low water events caused by prolonged periods of drought are a natural phenomenon, but their frequency and intensity will increase in the future. In addition to their ecological impact, they also cause considerable disruption to inland navigation and the economy that depends on it along the Rhine. Reliable navigability of the waterway is an important location factor for the economy in the Rhine catchment area. During low water periods, shipping and, in particular, carriage on the Rhine can only take place at reduced capacity, as the low water event in 2018 clearly demonstrated. Shifting to other modes of transport such as rail and road is only possible to a limited extent, meaning that many goods cannot be transported. Entire economic sectors along the Rhine are affected by the lack of deliveries, leading to cascade effects and high losses in added value. Therefore, in addition to climate protection, climate adaptation is also becoming increasingly important in order to cope with the inevitable consequences of climate change. The possible adaptation measures for low water events are known but require the participation of various actors and stakeholders in order to achieve an integrated low water management. Due to the often cost-intensive investment requirements, a comparison with the benefits of these measures is necessary in order to convince decision-makers to invest. Monetary values are particularly suitable for ensuring a comprehensible and transparent comparison. This work provides a module for such a monetized assessment of climatic and hydrological developments and selected adaptation measures on the Rhine. To achieve this, a (model-based) link between the topics of climate change, hydrology, transport/logistics, and economics is implemented. First, suitable climate scenarios are selected for a forward-looking analysis of low water events. Current SSP climate projections are evaluated for this purpose. The LARSIM-ME water balance model and water level-discharge relationships from the Federal Institute of Hydrology can then be used to determine water levels at gauges relevant to inland navigation in the Rhine catchment area. These are then given into two economic models developed by Prognos AG, which map the relationship between water levels and transport modes as well as the economic interdependencies in the Rhine catchment area. In this way, this work provides a link between climatic, hydrological and economic data via a closed model chain. The core of the work then consists of deriving further hydrological scenarios for analyzing the Rhine discharge system and selected anthropogenic uses. The impact of various drivers, forms of use, and adaptation options on low water levels and the economy along the Rhine is presented using four economic parameters. A central objective of the work is to determine the monetized consequences of climate change and low water events on the economy along the Rhine. The results are presented on the basis of four low water scenarios identified by statistical analysis for two global warming levels in the current century. A counterfactual analysis allows the effects of climate change and anthropogenic uses to be isolated, assuming an otherwise static system with the economic interdependencies that exist today. The economic effects are presented on the basis of changes in the parameters of production value, gross value added, number of employees, and transport costs. The various economic regions and sectors along the Rhine have specific characteristics and are affected in different ways. One focus of the analysis is on the federal state of North Rhine-Westphalia, where the R2K-Klim+ research project (FKZ 01LR2008) is realized and where a homogeneous data basis is available for several questions. Further results are presented for the adaptation options of a changed fleet composition and the project “Abladeoptimierung Mittelrhein” planned in the 2030 Federal Transport Infrastructure Plan. These real measures are simplified and parameterized for integration into the models.

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