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Water and biogeochemical fluxes in the river Rhine catchment

DOI: 10.3112/erdkunde.2005.03.04
Year: 2005
Vol: 59
Issue: 3
Pages: 216- 250
Summary:

By combining measured precipitation and climatic data as well as observed discharge data with a conceptual hydrological model the water balance components for the time period 1961–1990 are calculated for selected sub-basins of the River Rhine. Based on this the water volumes and the various hydrological regimes, which are occurring in the River Rhine basin are discussed. An analysis of 100-year hydro-meteorological and hydrological time series have shown that changes arose in the past decades. Even if these regional changes cannot be assigned to anthropogenic induced climate changes with the highest statistical security in the mathematical sense, the assumption of stationarity of hydro-meteorological and hydrological time series is no longer valid. For the quantification of the effects of possible climate change on the discharge of the River Rhine and its tributaries extensive computations using regional climate scenarios for the entire River Rhine basin are necessary using water balance and/or river basin models. For these investigations three regional climate scenarios were available, which were provided in the context of project “Klimaveränderung und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft” (KLIWA) for southern Germany. The climate scenario provided by the Max-Planck-Institute (MPI) for Meteorology in Hamburg, based on the regional climate model REMO, takes the entire River Rhine basin into account. This climate scenario is converted with the help of the hydrological models LARSIM and HBV-SMHI into discharges and the model results of selected gauges are analysed in view to the impact of possible climate change. The results are presented and their maximum stress is discussed. A short review of the biogeochemical fluxes estimated at selected measuring stations along the River Rhine is given. The described knowledge available on the biogeochemistry of the River Rhine illustrates the importance of understanding sources and processes of the biogeochemical important parameters in the River Rhine system.

Zusammenfassung:

Aus gemessenen Niederschlags-, Klima- und Abflussdaten werden in einem konzeptionellen Modell die Komponenten des Wasserhaushaltes in ausgewählten Teileinzugsgebieten des Rheins für den Zeitraum 1961–1990 berechnet. Hierauf basierend werden die Wasservolumina und unterschiedlichen hydrologischen Regime im Rheineinzugsgebiet diskutiert. Eine Analyse hundertjähriger Zeitreihen hydrologischer Parameter zeigt, dass in den letzten Jahrzehnten Änderungen eingetreten sind. Selbst wenn diese regionalen Veränderungen nicht anthropogenen Klimaänderungen zugeschrieben werden können, zeigen statistische Analysen, dass die Annahme stationärer Verhältnisse in den Zeitreihen nicht länger gegeben ist. Zur Quantifizierung der Auswirkungen möglicher Klimaschwankungen auf den Abfluss im Rhein und seiner Zuflüsse sind umfangreiche Berechnungen regionaler Klimaszenarios für das gesamte Einzugsgebiet des Rheins auf der Basis von Wasserhaushaltsmodellen und Abflussmodellierungen notwendig. Für diese Untersuchungen stehen drei regionale Klimaszenarien aus dem Projekt „Klimaveränderungen und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft“ (KLIWA) für Süddeutschland zu Verfügung. Ein Klimaszenario, entwickelt vom Max-Planck-Institut (MPI) für Meteorologie in Hamburg, basiert auf dem regionalen Klimamodell REMO und berücksichtigt das Gesamteinzugsgebiet. Dieses Szenario ist unter Anwendung der hydrologischen Modelle LARSIM und HBV-SMHI in Abflusswerte überführt worden, wobei für ausgewählte Pegel der Einfluss möglicher Klimaänderungen analysiert wurde. Die Ergebnisse werden vorgestellt und diskutiert. Eine kurze Übersicht biogeochemischer Stoffflüsse an ausgewählten Messstationen entlang des Rheins wird präsentiert. Die vorgestellten Kenntnisse zur Biogeochemie des Rheins veranschaulichen die Bedeutung des Wissens um Stoffquellen und ablaufende Prozesse im Rheinsystem.

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