Niedrigwasser ist ein in Mitteleuropa nahezu jährlich – allerdings in unterschiedlichem Ausmaß – wiederkehrendes Phänomen. Es ist grundsätzlich witterungs- oder jahreszeitlich bedingt. Es gibt kein einheitliches Maß und keine standardisierten zahlenmäßigen Vorgaben für die Definition eines Niedrigwassers im Binnenbereich. Nach DIN 4049-3 ist Niedrigwasser der Zustand in einem oberirdischen Gewässer, bei dem der Wasserstand oder der Durchfluss einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat. Die mehr oder weniger regulären jahreszeitlichen Schwankungen werden an dem mittleren Niedrigwasserdurchfluss (MNQ) einer Zeitperiode bemessen. In der Praxis spricht man daher oft von Niedrigwasser, wenn der MNQ unterschritten wird.

GlW (Gleichwertiger Wasserstand) und RNW (Regulierungsniedrigwasserstand, nur an der Donau verwendet) sind flussspezifische Richtwerte. Sie sind in teils unterschiedlicher Definition für viele Bundeswasserstraßen festgelegt und haben große Bedeutung als Bezugsgrößen für Ausbau und Unterhaltung freifließender Wasserstraßen sowie für die Schifffahrt, insbesondere bei Niedrigwasser. Sinkt der Wasserstand am Pegel unter diese Richtwerte, zeigt dies, dass hier der mögliche Tiefgang und damit die Frachtkapazität der Schiffe deutlich vermindert ist.

Vereinzelt, z. B. an den Pegeln Emmerich am Niederrhein und Intschede an der Weser, traten in der Niedrigwasserperiode 2022 negative Pegelwasserstände auf. Das ist möglich, wenn der Wasserstand unter den Pegelnullpunkt (PNP) sinkt. Der PNP ist die Bezugsgröße für die zu messenden Wasserstände. Bei der Einrichtung des Pegels wird der PNP möglichst so gewählt, dass er über der Sohle des Gewässers, aber unter dem niedrigsten in einem langen Zeitraum gemessenen Wasserstand liegt. Die an den beiden genannten Pegeln aktuell aufgetretenen extrem niedrigen Wasserstände liegen außerhalb des Bereichs, der bei der Einrichtung dieser Pegel einkalkuliert wurde.

Pegelstände geben daher nicht die Wassertiefe im Gewässer bzw. in der Fahrrinne einer Bundeswasserstraße an. Beispielsweise betrug bei dem am 18.08.2022 aufgetretenen Pegelstand von -4 cm am Rheinpegel Emmerich die Wassertiefe der bei Gleichwertigem Wasserstand verkehrsgesicherten Fahrrinne noch 192 cm.

Ein Fahrverbot gibt es bei Niedrigwasser nicht. Anders als bei Hochwasserlagen entscheidet jeder Schiffsführer selbst, wann es sich für ihn nicht mehr lohnt, zu fahren. Binnenschiffe können allerdings bei niedrigen Wasserständen zur Vermeidung von Grundberührungen ihre volle Ladekapazität oft nicht ausschöpfen und nur mit geringer Auslastung fahren. Wird dadurch die Wirtschaftlichkeitsschwelle für den Transport unterschritten, wird der Schiffsführer zumeist auf die nicht mehr lohnende Fahrt verzichten.

Als Basisabfluss wird der Teil des Abflusses bezeichnet, der ein Fließgewässer erst mit erheblicher Zeitverzögerung erreicht. Er steht damit im Gegensatz zum Direktabfluss, der das Fließgewässer oberflächennah und nur mit geringer Zeitverzögerung erreicht. Im Übergang zwischen direktem Abfluss und Basisabfluss wird schließlich der Zwischenabfluss ausgegliedert. Die Herkunft des Basisabflusses ist damit insbesondere bei größeren Fließgewässern, wie dem Rhein, zwar nicht eindeutig definiert, es handelt sich jedoch vorrangig um die grundwasserbürtige Abflusskomponente. Ferner können Anteile eines verzögerten Zwischenabflusses, z. B. aus tieferen Bodenschichten, sowie Abflüsse aus Seen, Talsperren und Gletschern hinzutreten.

Die träge reagierende Basisabflusskomponente fällt in Niedrigwasserphasen nur langsam und stützt somit den Abfluss auch ohne Niederschlag bzw. Schneeschmelze noch über einen relativ langen Zeitraum. Die Kenntnis ihres Verhaltens kann damit zur Interpretation bereits beobachteter bzw. aktueller Niedrigwasserphasen sowie zur Einschätzung möglicher weiterer Verläufe ausgehend von aktuellen oder anderen interessierenden Zeitpunkten während einer Niedrigwasserphase beitragen.

Je nach Standort werden in Hitzesommern neue Rekordniedrigwasserstände an unterschiedlichen Pegeln erreicht und kommuniziert. Tiefere Wasserstände bedeuten jedoch nicht immer niedrigere Wassermengen, da sich die Flusssohle über die Jahre ändern, z.B. eintiefen kann und der Wasserstand diese Entwicklung nachzeichnet. Der objektivere Wert für mengenmäßige Aussagen und Rekorde über Niedrigwasser ist der Abfluss bzw. Durchfluss, d.h. das an einer Messstelle durchströmende Wasservolumen pro Zeiteinheit. In 2018 wurden beispielsweise zwar extrem niedrige Abflüsse gemessen, sie erreichten aber keine Rekordwerte.

Extreme Einzelereignisse, wie das Niedrigwasser 1921 oder das Hochwasser 2013, hat es immer gegeben und wird es immer geben. Diese sind in der Regel eine Folge langanhaltender oder wiederholter großräumiger trockener Witterungsphasen, die durch hohe Lufttemperaturen (mit entsprechend hoher Verdunstung) verschärft werden. Bei der Betrachtung des Klimas werden deutlich längere Zeitperioden verwendet. Von einem systematischen Wandel spricht man erst, wenn Extremereignisse über einen vieljährigen Zeitraum belegbar gehäuft auftreten, länger dauern, intensiver werden oder sich neue Entstehungsmechanismen abzeichnen. In der Klimaforschung bedient man sich dabei statistischer Auswertungen einschlägiger Kennwerte in 30-jährigen Bezugszeiträumen.

Niedrigwasser im Jahresverlauf gehören zum normalen Abflussgeschehen; auch mehrere Monate andauernde oder auch mehrere Jahre in Folge auftretende Niedrigwasserphasen sind Bestandteil des natürlichen Witterungs- und Abflussgeschehens in Mitteleuropa. Modellrechnungen und Analysen der BfG zeigen, dass die gegenwärtige Häufung von Niedrigwassersituationen noch zur natürlichen Variabilität gehört. Allerdings zeigt sich schon eine Intensivierung der Niedrigwasserereignisse durch einen klimawandelbedingten erhöhten atmosphärischen Verdunstungsanspruch und damit einhergehende Wasserverluste in allen Jahreszeiten. Dennoch sind bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts grundsätzlich noch keine substanziellen Änderungen im Niedrigwasser-Abflussverhalten zu erwarten. In der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts ist hingegen an den meisten betrachteten Pegeln mit einer deutlichen Intensivierung von Niedrigwassersituationen zu rechnen. Für den Niedrigwasserabflusskennwert NM7Q werden im vieljährigen Mittel Abnahmen von 10 % bis 20 % projiziert. Diese Abnahmen werden im Süden und Südwesten (Rhein, nicht-alpine Teile des Donaueinzugsgebietes) ausgeprägter sein als im Osten Deutschlands.

Niedrigwasser ist nur eine von den vielfältigen Ausprägungen von Dürre. In den derzeit häufigen Berichten der Medien über anhaltende Trockenwetterphasen und ihre Folgen werden beide Begriffe häufig verwendet. Bedeuten sie im Wesentlichen das Gleiche oder gibt es Unterschiede?

Dürren sind extreme Formen von Trockenheit, die infolge mangelnder Wasserverfügbarkeit messbare Auswirkungen auf Ökosysteme und den Menschen haben und eine gewisse Betroffenheit erzeugen. Sie bauen sich über längere Zeiträume auf und können in verschiedenen Umweltkompartimenten unterschiedliche, nicht immer sofort sichtbare Auswirkungen haben. Daher sind Ort, Zeit sowie Ausmaß oder Auswirkung der Dürre bei ihrer Beschreibung (u.a. durch jeweils geeignete Kenngrößen) zu berücksichtigen.

Bei unterdurchschnittlicher Niederschlagsmenge in einem Zeitraum (ab ein bis zwei Monaten) ergibt sich zunächst eine meteorologische Dürre. Ihr Niederschlagsdefizit kann sich im Zusammenspiel mit Verdunstung und Abflussbildung mehr oder weniger verzögert im Wasserhaushalt weiter ausprägen. Kommt es aufgrund fehlender Wasservorräte im Boden zur Einschränkung der Wasserversorgung und des Wachstums von Pflanzen, kann sich eine landwirtschaftliche Dürre entwickeln. Auch Wälder können bei anhaltend geringer Bodenfeuchte betroffen sein. Bei über mehrere Monate andauernden
Trockenperioden können in einem hydrologischen Einzugsgebiet zudem die Wasservorräte im Grundwasser und in Seen schrumpfen, woraus (auch abhängig von den Einzugsgebietseigenschaften) eine hydrologische Dürre resultieren kann. Eine Ausprägung der hydrologischen Dürre ist Niedrigwasser in den Fließgewässern. Der Begriff einer sozio-ökonomischen Dürre umfasst schließlich auch die Auswirkungen der Wasserknappheit auf die Wirtschaft und die Gesellschaft. Diese abgestufte Betrachtung des Dürrebegriffs verdeutlicht dessen komplex interagierendes Prozessgefüge in verschiedenen Raum- und Zeitskalen.

Niedrigere Abflüsse beeinflussen die Wasserqualität in Bundeswasserstraßen auf unterschiedliche Weise: So werden u. a. Einleitungen aus Abwasserbehandlungsanlagen und der Industrie weniger verdünnt, d.h. die Schadstoffkonzentration kann sich erhöhen. In der warmen Jahreszeit führen intensive Sonneneinstrahlung und hohe Lufttemperaturen zu einem Anstieg der Wassertemperatur. Das Wasser erwärmt sich bei Niedrigwasser schneller und stärker. Im warmen Wasser löst sich weniger Sauerstoff und es kommt zu einer Abnahme der Sauerstoffkonzentration. Vom warmen Wasser und geringeren Wasserstand sowie geringeren Fließgeschwindigkeiten können Algen und Cyanobakterien profitieren. Ein verstärktes Algenwachstum kann zahlreiche, in der Regel negative Rückwirkungen auf die Wasserqualität haben. Zum Beispiel kommt es beim Abbau von Algenbiomasse zu einer starken Sauerstoffzehrung.

Bei Niedrigwasser kommt es an den Bundeswasserstraßen zur Verengung der Fahrrinne. Neben einer zu reduzierenden Fahrtgeschwindigkeit führt dies bei der Binnenschifffahrt insbesondere zu reduzierten Ladekapazitäten der Schiffe. Damit muss für die gleiche Ladungsmenge mehr Schiffsraum in vorhandenen oder auch zusätzlich gecharterten Schiffen zur Verfügung gestellt werden. Gerade bei länger andauernden Niedrigwasserperioden kommt es zu einer Verknappung der verfügbaren freien Kapazitäten an Schiffsraum, was zu einer überproportionalen Steigerung von Transportkosten führt. Um die Mehrkosten zu decken, werden abhängig von den Wasserständen an Bezugspegeln (z. B. Kaub oder Duisburg-Ruhrort für die Rheinabschnitte südlich oder nördlich von Koblenz) vertraglich vereinbarte Kleinwasserzuschläge erhoben, die sich bspw. auf volle Container unterschiedlicher Größe beziehen. Beispiele für diese Zuschläge finden sich unter den unten genannten Quellen.

Bei sehr niedrigem Pegelstand endet die Transportverpflichtung der transportierenden Unternehmen. Nautische Verhältnisse und die Situation am Chartermarkt sind dann jeweils neu zu bewerten. In solchen Fällen werden die Zuschläge aktuell kalkuliert, und eine Transportzusage ist abhängig von vorhandenen Kapazitäten. Eine behördlich angeordnete Schifffahrtssperre wegen Niedrigwasser gibt es nicht. Solange der Schiffsführer es nautisch verantworten kann, ist eine Fahrt möglich. Allerdings wird dies bei sehr geringen Wasserständen ggf. unwirtschaftlich.

Diese Angaben wurden aus folgenden Quellen zusammengefasst, in denen sich auch weitergehende Informationen finden:

Kleinwasserzuschläge erklärt

Unter dem Abflussregime eines Gewässers versteht man den mittleren jahreszeitlichen Verlauf seines Abflusses. Dieser wird v. a. durch die Klima- und Reliefverhältnisse im Einzugsgebiet des Gewässers bestimmt. Mit Klassifizierungen anhand von mittleren monatlichen Abflüssen, insbesondere nach Pardé (1947), können Abflussregime verschiedenen Typen zugeordnet werden, wobei eine Unterteilung in einfache und komplexe Regime grundlegend ist.

Einfache Regime haben nur ein Abflussmaximum im Jahresgang, das durch Regen- oder Schmelzwasser hervorgerufen wird. Es liegen relativ hohe Abflussschwankungen zwischen Hoch- und Niedrigwasser vor. In tiefer gelegenen, von ozeanischem Klima geprägten Bereichen Mitteleuropas ist ein pluviales Regime verbreitet, das sich im Wesentlichen aus den jahreszeitlichen Verläufen von Niederschlag und Verdunstung ergibt. Die höchsten Abflüsse fallen hier gewöhnlich in die Wintermonate, die geringsten und damit Niedrigwasser treten häufig im Spätsommer oder Herbst auf. In höheren und stärker kontinental geprägten Lagen Mitteleuropas treten hingegen nivale Regime auf, bei denen die in fester Form gefallenen Niederschläge während der kalten Jahreszeit im Einzugsgebiet zurückgehalten werden und erst mit der frühjährlichen Schneeschmelze abfließen.

Niedrigwasser kommt hier auch in der kalten Jahreszeit häufiger vor. Eine noch stärkere Prägung durch den Jahresgang der Temperatur ist bei den glaziären Regimes des Hochgebirges gegeben, bei dem besonders in der warmen Jahreszeit durch Gletscherschmelze hohe Abflüsse gebildet werden. Niedrigwasser tritt hier hingegen typischerweise in der kalten Jahreszeit auf.

Komplexe Abflussregime werden durch mehrere Speisungsarten gesteuert, womit die Abflussschwankungen häufig geringer als bei den einfachen Regimes ausfallen.

Bei komplexen Regimen erster Ordnung steuern in einer Region mehrere Ursachen das Abflussregime. Je nach dominierenden Einflüssen werden im mitteleuropäischen Raum pluvio-nivale und (in von schneereichen Mittelgebirgslagen geprägten Einzugsgebieten) nivo-pluviale Regime unterschieden.

Komplexe Regime zweiter Ordnung treten häufig in größeren Flussgebieten auf, deren Gewässer Regionen mit unterschiedlichem Regime durchfließen. Ein Beispiel ist der Rhein, der im alpin geprägten Oberlauf zunächst ein glazial und nival geprägtes Regime hat. Im weiteren Verlauf des Rheins in Deutschland verstärken sich die ozeanisch geprägten pluvialen Regimefaktoren immer mehr, woraus im Jahresverlauf eine zunehmend ausgeglichene Wasserführung resultiert.

Referenz: Pardé, M. (1947): Fleuves et Riviéres. Paris

Höhere Temperaturen bedeuten großen Stress für viele aquatische Organismen. Bei einer Temperaturzunahme um 10 Grad verdoppelt bis verdreifacht sich die Stoffwechselrate wechselwarmer Tiere (z. B. Fische, Muscheln und andere Wirbellose). Fische können das Energiedefizit ihres Stoffwechsels dann häufig nicht mehr durch zusätzliche Nahrung ausgleichen – sie leiden unter Hungerstoffwechsel. Kommen weitere ungünstige Bedingungen hinzu, z. B. Sauerstoffmangel oder durch Niedrigwasser stark eingeengte Wasserkörper (insbesondere in kleinen Bächen, Teichen und Auegewässern), dann kann es zum Massensterben bestimmter Fischarten und kleiner Wasserorganismen kommen.

Langfristig und dauerhaft erhöhte Wassertemperaturen führen zu Verschiebungen im Artenspektrum. An kaltes und sauerstoffreiches Wasser angepasste Arten wie Forellen und Äschen werden seltener bzw. in höhere Lagen der Gebirge zurückgedrängt, während an warmes und relativ sauerstoffarmes Wasser angepasste Arten wie Wels und Schleie häufiger auftreten können. Auch einige gebietsfremde Arten, wie die mittlerweile in großen Flüssen sehr häufige Schwarzmundgrundel, werden durch hohe Wassertemperaturen in ihrer Ausbreitung begünstigt.

Biologisch korrekt sind Blaualgen als Cyanobakterien zu bezeichnen. Diese sind natürlicherweise in vielen Gewässern vorhanden. Unter geeigneten Bedingungen können sich die Cyanobakterien sehr stark vermehren und sogenannte Blüten bilden. Diese stellen für das Ökosystem sowie den Menschen eine potenzielle Gefahr dar, da einige Cyanobakterien-Arten Toxine bilden, wobei Typ und Menge der gebildeten Toxine sich zwischen den Arten unterscheiden. In der Mosel treten seit 2017 Cyanobakterien-Blüten auf. Die BfG versucht mit wissenschaftlichen Methoden, Ursachen, zeitliches Verhalten und Wechselwirkungen dieses Phänomens zu klären (zuständig für Warnungen vor Gefahren durch Cyanobakterien-Blüten sind aber die jeweiligen Landesämter). Bei den Cyanobakterien in der Mosel handelt es sich um Arten der Gattung Microcystis, die potenziell sogenannte Microcystine bilden können, welche giftig auf die Leber wirken („Hepatotoxine“). Microcystis-Arten sind als Algenkolonien im Wasser schwebend sichtbar und rahmen bei ruhiger Wetterlage in blaugrünen Schlieren oder auch dickeren Schichten an der Wasseroberfläche auf.

Als Treidelpfad oder Leinpfad, in Sachsen auch Bomätscherpfad genannt, wird ein historischer Weg unmittelbar am Ufer von Flüssen oder Kanälen bezeichnet, der angelegt wurde, damit Menschen oder Zugtiere mit Hilfe von Tauwerken Frachtschiffe auch flussaufwärts ziehen konnten. Dieser Vorgang wird als treideln bezeichnet. Mit dem Aufkommen von maschinengetriebenen Schiffen und Schleppern ab Mitte des 19. Jahrhunderts fand die Treidelschifffahrt innerhalb weniger Jahre ein Ende. Aus vielen Treidelpfaden sind mittlerweile Uferpromenaden, Rad- und Wanderwege oder Betriebswege der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung geworden.