Wasserwirtschaftliche Aspekte der Hydrologie

Aufgabe der Wasserwirtschaft ist es, den Wasserbedarf und das Wasserdargebot in einer Region in Einklang zu bringen. Der Wasserbedarf richtet sich sowohl nach Menge als auch nach Güte (z.B. Kühlwasser, Brauwasser). Wasserbedarf besteht in den Bereichen:

• Trink- und Brauchwasser
• Bewässerung
• Wasserkrafterzeugung
• Niedrigwasseraufhöhung, z.B. für die Schiffahrt

Die Wasserwirtschaft besteht aus zwei Aspekten:

• die Wassermengenwirtschaft
• die Wassergütewirtschaft

Da die beiden Größen Wasserbedarf und Wasserdargebot von Natur aus selten in Einklang sind und sich vor allem der Wasserbedarf durch verändernde menschliche Bedürfnisse einem ständigen Wandel unterworfen ist, bedeutet eine Bewirtschaftung der Ressource Wasser in aller Regel einen Eingriff in die natürlichen hydrologischen Verhältnisse. Ziel muß es sein, diese Eingriffe so klein wie möglich zu halten und damit den Rohstoff Wasser so intensiv wie möglich zu nutzen. Dies ist nur durch eine Optimierung unterschiedlicher Faktoren möglich. Diese sind:

• Sicherstellung der Versorgung von Bevölkerung und Industrie mit Wasser
• Sicherstellung der jeweils geforderten Qualität
• Minimierung des Eingriffes in die Natur
• Wahrung der Sicherheit der Bevölkerung und der Transportwege, z.B. Hochwasser
• Minimierung von Wasser- und Abwasserpreis

Dies ist eine nicht-triviale Aufgabe im Schnittbereich zwischen Naturwissenschaften - Ingenieurwissenschaften - Ökonomischen Wissenschaften und der Politik. Zwei einfache Beispiele sollen im Rahmen der Einführung in die Hydrologie einen Einblick in die Wasserwirtschaft geben. Sie sind aus MANIAK, U.: Hydrologie und Wasserwirtschaft, Springer Verlag (1992) entnommen. Ich empfehle dieses Buch auch für weitere Studien.

Wasserwirtschaft im Ruhrgebiet

Rund 10% des Wasserbedarfs in der "alten" Bundesrepublik wird durch das Einzugsgebiet der Ruhr (A = 4488km²) gedeckt. Dieser Wasserbedarf entsteht im Ruhrgebiet und wie in der folgenden Karte zu sehen ist, ist er nur durch massiven Export von Wasser über die Einzugsgebietsgrenzen der Ruhr hinaus möglich. Dazu wurde der Ruhrtalsperrenverein gegründet, der eine Serie von Talsperren betreibt. In Trockenzeiten kann damit Wassermangel ausgeglichen werden.

HG8-1: Wasserlieferung über die Flußgebietsgrenzen der Ruhr. Betriebsanlagen des Ruhrtalsperrenvereins und des Ruhrverbandes.

Trinkwassernutzung findet durch Uferfiltrat statt. Dazu wird Wasser aus der Ruhr entnommen und in Sickerbecken ins Grundwasser versickert. Das desinfiziert das Wasser und filtriert es gleichzeitig. Der Ausgleich zwischen Wasserbedarf und natürlichem Wasserdargebot findet über Talsperren statt, die Wasser aus Hochwasserwellen aufnehmen und dieses zu Bedarfszeiten wieder abgeben. Dies ist in der folgenden Abbildung gezeigt: bei Hochwasser wird aufgestaut, bei Niedrigwasser abgegeben. Dies ist eigentlich ziemlich trivial! Wie macht man aber eine optimale Steuerung, wenn man a) den Zeitpunkt des Eintritts des Hoch- bzw. Niedrigwassers sowie den Abfluß nicht kennt, b) den dann herrschenden Verbrauch nicht kennt, c) nur endlich viel Geld zur Verfügung hat, d) nur endlich große Speicher bauen kann?

HG8-2: Wasserführung der Ruhr am Pegel Hattingen von Mai bis Oktober 1971 (MANIAK 1992, Bild 1.3)

Überleitung von Wasser in Verbindung mit dem Schiffahrtskanal Rhein - Main - Donau

Der dichtbesiedelte und hochindustrialisierte Regnitz-Einzugsgebiet (Nürnberg) und der Mainbereich (Frankfurt) leidet unter Wassermangel. Dies liegt unter anderem an den geringen Niederschlägen in der Frankfurter Bucht. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Situation liegt in der Zuleitung von Wasser aus dem wasserreichen Vogelberg. Mit dem Bau des Rhein-Main-Donau Kanals ergab sich die Möglichkeit, Wasser aus dem Donau-Einzugsgebiet in das Rhein-Main-Einzugsgebiet überzuleiten. Dazu wurde als Versorgungsziel festgelegt, daß der Regnitzabfluß unterhalb Nürnberg von 3m³/s auf 27m³/s angehoben wird. Um das Wasser überzuleiten wurde ein Kanalsystem geschaffen, das im folgenden Schaubild dargestellt ist. Oben fließt schematisch der Main, unten die Donau. Dazwischen ist eine Reihe von Speicher und Schleusen dargestellt.

HG8-3: Struktur des Überleitungssystems Donau - Main

Wasserkraftnutzung am Inn 

Der Inn wurde auf der 200km langen Strecke zwischen Kufstein und Passau wasserkraftmäßig ausgebaut. Die Gesamtfallhöhe liegt bei etwa 170m und wird von 17 Laufkraftwerken überbrückt. Die Einzelfallhöhe liegt zwischen 6m und 11m. Der Abfluß oberhalb der Salzach-Mündung liegt bei ca. 500m³/s, unterhalb der Salzachmündung steigt der Abfluß auf ca.1000 m³/s. Die Kette der Kraftwerke ist in der folgenden Karte dargestellt:

HG8-4: Übersichtsplan über den Ausbau der Innstrecke zwischen Kufstein und Passau