Stefan Liersch, Fred F. Hattermann & Tobias Vetter

Potsdam Institute for Climate Impact Research

Integration of tropical and sub-tropical wetlands in regional catchment modelling

OutlineIntroduction

Data and Methods The model systemData

Preliminary Results

Outlook

The Project WeTwin

“Enhancing the role of wetlands in integrated water resources management for twinned river basins in EU, Africa and South-America in support of EU Water Initiatives”

Three wetlands in Europe, five in South-America and Africa:

Location of the Study Sites

Example: Niger Delta, gauge KoulikoroAnnual flow gauge Koulikoro

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2002

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[m3

s-1]

Flow regime under monsoon conditions

Flow regime is driven by precipitation / evapotranspiration!

Discharge Niger River

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[m3

s-1]

Why is it important to consider wetland processes in hydrological modelling?

Entire change in hydrological conditions,retention of water, nutrients etc. important

OutlineIntroduction

Data and MethodsThe model systemData

Preliminary Results

Outlook

BrandenburgElbe River Basin

Land use pattern & land management

Climate: solar radiation, temperature, & precipitation

Biomass

Roots

LAI

Crop/vegetation growth

Nitrogen cycle

Phosphorus cycle

N-NO3 No-ac No-st Nres

Plab Pm-ac Pm-st

Porg Pres

Hydrological cycle

Shallow groundwater

Deepgroundwater

BCS

oil p

rofil

e

A

for application in river basins and at the regional scale

Landbedeckung Landnutzung

Klima: Strahlung, Temperatur & Niederschlag

Biomasse

Wurzeln

LAI

Pflanzen-wachsum

Stickstoffkreilauf

Phosphorkreislauf

N-NO3 No-acNo-st Nres

Plab Pm-ac Pm-st

Porg Pres

Wasserkreislauf

Flaches Grundwasser

TiefesGrundwasser

BCB

oden

prof

il

A

Landbedeckung Landnutzung

Klima: Strahlung, Temperatur & Niederschlag

Biomasse

Wurzeln

LAI

Pflanzen-wachsum

Stickstoffkreilauf

Phosphorkreislauf

N-NO3 No-acNo-st Nres

Plab Pm-ac Pm-st

Porg Pres

Wasserkreislauf

Flaches Grundwasser

TiefesGrundwasser

BCB

oden

prof

il

A

Wasserkreislauf

Flaches Grundwasser

TiefesGrundwasser

BCB

oden

prof

il

A

Das Modell SWIM (Soil and Water Integrated Model)

The wetland module - old

Nitrate concentration in river(river Nuthe)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

01/01/199301/07/199301/01/199401/07/199401/01/199501/07/199501/01/199601/07/199601/01/199701/07/199701/01/1998

[mg/

l]

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Differenz [m

g/l]

The old module did not consider flooding!

The new flooding process - scheme

)()()( _*__ ttsimt velflowareacsQflowflood −=

)()()()()1()( _____ tttttt PCPPERCETflowfloodactvolindactvolind +−−+= −

The new release process - scheme

[ ]

86400__ )(

)(tn

tstorage

actvolindQ α=

Idea:Inundation zones are calculated using GIS, overlay with other layers

afterwards;

New hydrotope delineation accounting for the inundation zones;

Inundation zones are flooded step by step (according to the water volume).

Data, data, data …

The quality of the DEM determines the quality of simulating the inundation zones.

Two global sources are available:• SRTM GDEM (~100 m resolution)• ASTER GDEM (~30 m resulution)

Remote sensing?

OutlineIntroduction

Data and Methods The model systemData

Preliminary Results

Outlook

First results: inundation areas

First results: impacts of flooding

Effects of flooding

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Dis

char

ge [m

3 s-

1]

Qsim no inudationQsim inundation starts with 10m³/sQsim inundation starts with 20m³/s

Summary and ConclusionsFirst simulations not perfect but encouraging;

Much has still to be done:

• Variety of inundation zones;

• Numerical implementation of flow processes;

• Application to different real world conditions;

Important is still that the methodology should be applicable using regionally available data.

Thank you very much!

Naturräume in der Elbe

GliederungEinführung

Daten und MethodenDas ModellsystemDatengrundlage

Erste ErgebnisseModellkalibrierung und -analyseWasserhaushalt unter Szenariobedingungen

Ausblick

Kombination von Wasserdargebot und Wassermanagement

(Koch et al. 2009)(Conradt et al. 2006)

WBalMo: WassermanagementSWIM: Wasserdargebot

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ModuleMuldeSaaleBodeDroemlingWeisse ElsterElbeschlauchSchwarze ElsterHavelUntere Elbe

FeuchtgebieteBundeslaenderSeenFluesse

#Y Bilanzprofile

Änderungen im Abfluss der Boode im Szenario A1b

Periode 2011-40

Periode 2071-00

Räumliche disaggregation in SWIM

Einzugsgebiet Teileinzugs-gebiete

Hydrotope

Wasser-, N-, P-Kreisläufe, Pflan-wachstum

Flusslauf(Wasser, N, P,Sedimente)

Zusammen-Führung der lateralen Flüsse

Lokale Wasserbilanz in Potsdam:

Niederschlag in Potsdam ~600mmVerdunstung in Potsdam ~500mmDer Rest (~100 mm) fließt über die Flüsse zum Meer

Daraus folgt: eine Niederschlagsänderung von 10%des Niederschlags oder der Verdunstung entsprichtca. 50% des Abflusses.

(25mm/a Niederschlag / Verdunstung entsprechen~110m3/s Abfluss am Elbepegel Neu Darchau)

Häufigkeit (11-Jahre gleitendes Mittel) der Großwetterlagen vom Typ West-Zonal und Nord, Ost, Nordost, Südost für Dez. & Jan., 1881-2002 --------- “Westerly-zonal” (normalerweise feucht)- - - - - “North”, “East”, “Northeast”, “Southeast” (normalerweise trocken)(Bárdossy, personal communication, s. Bronstert & Kundzewicz 2007)

Häu

figke

it

Beobachtete Klimatrends in den letzten Jahrzehnten:Großwetterlagen in Europa