Modeling the effects of climate change and urbanization on the Panke catchment in Berlin/Brandenburg

September 27, 2022

As alterações climáticas afetam o ciclo da água, principalmente pela sua influência na precipitação e na evapotranspiração potencial. A expansão de grandes cidades como Berlim faz com que a cobertura natural do solo seja substituída por superfícies impermeáveis. Isso leva a um maior escoamento superficial e menor infiltração, o que também pode afetar o caudal do rio, bem como a recarga das águas subterrâneas. Esta tese investiga os efeitos das alterações climáticas e da alteração da impermeabilização da superfície na recarga das águas subterrâneas e no caudal na bacia do rio Panke, em Berlim/Brandenburg. Usando o modelo de precipitação-escoamento STORM.XXL, os resultados de vários cenários climáticos e de impermeabilização são comparados com um cenário de referência. A análise das projeções climáticas indica um aumento na frequência e intensidade de eventos extremos de precipitação. Consequentemente, as simulações mostram picos de caudal mais frequentes e maiores no rio Panke durante eventos extremos que podem ser intensificados significativamente pela impermeabilização da parte montante da bacia. Além disso, sem uma tendência definida para a precipitação anual projetada, não foi observado um grande impacto na taxa de recarga do aquífero do Vale do Panke, a longo prazo. No entanto, o impacto negativo da impermeabilização pode diminuir significativamente a taxa de recarga das águas subterrâneas com o aumento da urbanização. Portanto, num cenário de aumento da área residencial na bacia do Panke, é aconselhável ter em conta a infiltração descentralizada para garantir uma recarga sustentável das águas subterrâneas do aquífero no vale do referido rio. Climate change affects the water cycle mainly by influencing precipitation and potential evapotranspiration. Further, the expansion of major cities like Berlin causes the natural land cover to be replaced by impermeable surfaces. This leads to higher surface runoff and lower infiltration which can also affect the river discharge as well as groundwater recharge. This thesis investigates the effects of both climate change and surface sealing on the groundwater recharge of the Panke catchment as well as their impacts on the river discharge of the river Panke in Berlin/Brandenburg. Using the rainfall-runoff model STORM.XXL, the simulation results from several climate and urbanization scenarios are compared with a reference scenario representing the current state of the Panke catchment. The analysis of climate projections indicates an increase in frequency and intensity of extreme precipitation events with climate change. Consecutively, the simulations show more frequent and higher peak discharges in the Panke river during extreme events which can be intensified significantly by the impermeabilization of the upstream part of the catchment. Furthermore, with hardly any trend in the projected annual precipitation, no major impact on the recharge rate of the Panke Valley aquifer is found in the long-term. However, the negative impact from impermeabilization can significantly decrease the recharge rates of the groundwater with progressing urbanization. Therefore, it is advisable to rely on decentralized infiltration to ensure a sustainable groundwater recharge of the Panke Valley aquifer, when increasing the residential area in the Panke catchment.

Authors in the community:

• 

  M

  Milan Jean Vincent Ried

  ist197930

Supervisors of this institution:

• 

  R

  Ramiro Joaquim De Jesus Neves

  ist11787

Mestrado em Engenharia do Ambiente

environmental-engineering - Environmental engineering

Keywords

• Panke
• modelo precipitação-excoamento
• água subterrânea
• caudal
• alterações climáticas
• impermeabilização
• rainfall/runoff model
• urban groundwater
• river discharge
• climate-change
• impermeability

eng - English

Instituto Superior Técnico