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1

Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK

Bundesamt für Umwelt BAFU

Hydrologie, die Grundlage für den nachhaltigen

Schutz und Nutzung der Wasserressourcen

Heute und in Zukunft

Abteilung

2

Bereitstellung hydrologischer Grundlagen

Beobachtung

Phase 1

BearbeitungVerfügbarmachung

Phase 2

Analysen

Phase 3

Studien

Phase 4

Warnung/Vorhersagen

Phase 5

2

3

Internationale Tätigkeiten

• Weltorganisation fürMeteorologie

• UNESCO – Int. Hydrolo-gisches Programm (ISI, ...)

• Normenvereinigungen CEN, ISO

• Int Kommission für die Hydrologie des Rheinge-bietes

• Int. Kommission zum Schutz des Rheins

• EU-Gremien

Vertretung der Schweiz in int. Organisationen und Kommissionen

• Wissens- und Erfahrungs-austausch

• Koordinierte Entwicklungen

• Gemeinsame Entwicklun-genz:B. Freistaat Sachsen

Freistaat ThüringenBundesanstalt für Gewässerkunde

Technische Zusammenarbeit

• Aufträge vom BAFUz.B. Vorhersage FEWS

• Aufträge an BAFUz.B. China DEZAUNESCO-IHP/ISIFachhochschulen Bern

Entwicklungsaufträge

4

Was wird gemessen ?

PegellatteHochwassergrenzwertpegel

Wasserstand in Flüssen, Seen und Grundwasser

3

5

Pulsradar

Suhre-Oberkirch

Alp-Einsiedeln

Inn-St. Moritz

Chamuerabach-La Punt Chamues-ch

Schwimmer und Winkelcodierer

Drucksonde

Biberen-Kerzers

Gürbe-Belp

Ausperlanlage

Kontinuierlich registrierende Wasserstands-Messgeräte

6

4

7

Abflussmessgeräte

Hydrometrischer Flügel

Magnetisch induktives Messgerät

8

Abflussmessung mit Tracertechnologie

Acoustic Doppler Current Profiler

5

9

Abflussmessung mit Überfall

10

Fliessgeschwindigkeit

6

11

Schwebstoffmessung

Schwebstoffentnahmegeräte

Gerät für Integrationsmessung

12

Trübungsmesser Automatische Schwebstoffsammler

7

13

Geschiebemessung in SammlernMaggia - inflow

Rütibach - ReichenburgChessibach - Lachen

Kummetbach - Attinghausen

14

Sedimentmessung in SeenDeltavermessung

Echosounding

Maggia-delta

Sediment input:1926-32 1.0 x 106 m3 167’000 m3 /y1933-52 4.9 x 106 m3 243’000 m3 /y1953-84 10.4 x 106 m3 324’000 m3 /y

8

15

Wasserqualitätsmessung

WassertemperaturpHSauerstoffgehaltElektrische LeitfähigkeitChemische Parameter

16

Variabilität der Grundwasserleitertypen

Karst-Grundwasserleiter Lockergesteins-Grundwasserleiter

Kluft-Grundwasserleiter

9

17

Variabilität der Quellschüttungen und GW-Stände

18

ISOT

TREND SPEZNAQUA

Nationale Grundwasserbeobachtung NAQUA

QUANT

10

19

Für was braucht man diese Daten?

− Umfassende Analyse und Management des Risikos

− Differenzierung der Hochwasserschutzmassnahmen

− Sorgfältige Planung der Schutzmassnahmen

− Begrenzung des Restrisikos

Fallbeispiel Hochwasserschutz

Wasserbaugesetz

20

Risikoanalyse

Abflussmessung mit Tracertechnologie

Acoustic Doppler Current Profiler

Messung

11

21

Prozessverständnis Hochwasserbildung und -konzentration

Slow and moderate reactionHighest observed flood

22

RisikoanalyseHistorische Hochwasser

Qualitative frequency of Emme river floods from 1500 - 1995

12

23

Auswirkungen von Klimaänderungen auf den Abfluss

Winter Hochwasserspitzen-Statistik Sommer Hochwasserspitzen-StatistikThur

Änderungen in den Winter- und Sommerabflussspitzen der Thur unter der Annahme von verschiedenen Klimaänderungs-Szenarien

24

Abschätzung der Abflüsse an Stellen ohne Messung

Comparison of different simple hydrological models

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Köl

lam

od

Reg

ress

ion

Mom

ente

Fuzz

y

GIU

B-H

Q10

0(M

Q)

GIU

B-H

Q10

0(Fn

)

GIU

B-H

Q10

0(Fn

), G

IUB

-HQ

100(

MQ

)

GIU

B-H

Q10

0(M

Q),

GIU

B-H

Q10

0(Fn

), Fu

zzy,

Reg

ress

ion,

Mom

ente

GIU

B-H

Q10

0(Fn

), Fu

zzy,

Reg

ress

ion

GIU

B-H

Q10

0(M

Q),

Fuzz

y

GIU

B-H

Q10

0(M

Q),

GIU

B-H

Q10

0(Fn

), Fu

zzy

GIU

B-H

Q10

0(FN

), Fu

zzy

Proportion of exact andsatisfactory estimates

Proportion of exactestimates

Proportion of poorresults

Single models Combination of models[%]

13

25

Gefahrenkarten

26

Differenziertes Sicherheitskonzept

14

27

Beispiel Hochwasserschutz Reuss

Differenzierter Hochwasserschutz

Reuss

Reuss - Uri

28

Seitliche Hochwasserentlastung

15

29

Entlastung auf Autobahn

Flood protection wall

Highway Flood evacuation

Reuss dam

Water on highway Water level by overflow

30

Kombination mit ökologischer Auswertung

16

31

Begrenzung des RestrisikosHochwasservorhersage, Warnung und Alarmierung

Automatische AlarmstationenAlarmsysteme bei Stauseen

Übersicht über Hochwasserwarnsysteme der Schweiz

Hochwasservorhersage

Run

off [

m3 /s

]

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

10.05.99 12.05.99 14.05.99 16.05.99 18.05.99 20.05.99

Forecast 12.5.1999 at 11.00 hPeak at 4473 m3/s at 23.00 h

32

Hochwasserwarnung basierend auf automatischen Messstationen

Rhone - Chancy Vers VauxBubble gauge with FL-2

17

33

Datenlogger und selbständig auslösende Alarmeinrichtungen

34

Abflussmessstation ausgerüstet mit automa-tischen Hochwasser-warngeräten

Beim Erreichen der Alarmkoten wird auto-matisch der Alarm ausgelöst

Hochwasser-alarm

Voralarm

Übermittlung des Alarms an ein regionales Alarmzentrum

Mess-station

Alarm-Zentrum

LagebeurteilungNotfallplanungMassnahmen

Beschaffung aktueller Daten von den Messstationen

Überlagerung mit Abflussvorhersagen

Kantone Gemeinden Weitere

18

35

Alarmsystem für die Sitter und Thur

Messstationen

Prioritärer Alarm

Sekundärer Alarm

36

Internationale ZusammenarbeitMessunterstützung und Wiederaufbauhilfe im Freistaat Sachsen

19

37

HochwassermessungenElbe - Dresden, Blaues Wunder

17. August

20. August

Auswertung einer ADCP-Messung mit AGILA 4 Datei: C:\TEMP\ASCII_out\Blaues_Wunder_17_08_2002000t.000 Meßstelle : Blaues_Wunder W = 1 cm h,m = 7.44 m Gewässer : Elbe Q = 4306.71 m³/s h,max = 10.80 m Fluß-km : 0.000 A = 1744.98 m² r,hy = 6.90 m Datum der Messung : 17.08.02 b = 234.49 m P = 5116.69 m^2½ Uhrzeit : 11:13:04 Vm = 2.47 m/s C*Wurzel(I) = 0.84 m^½/s

Bundesanstalt für Gewässerkunde

Abstand vom Nullpunkt [m]220200180160140120100806040200

Tief

e un

ter W

sp [m

]

10

8

6

4

2

Vm(p

roj.)

[m/s

] 3

2

1

0

Auswertung einer ADCP-Messung mit AGILA 4 Datei: C:\TEMP\ASCII_out\Blaues_Wunder_19_08_2002011t.000 Meßstelle : Blaues_Wunder W = 1 cm h,m = 5.40 m Gewässer : Elbe Q = 2074.64 m³/s h,max = 8.05 m Fluß-km : 0.000 A = 1108.01 m² r,hy = 5.33 m Datum der Messung : 19.08.02 b = 205.01 m P = 2855.33 m^2½ Uhrzeit : 22:31:32 Vm = 1.87 m/s C*Wurzel(I) = 0.73 m^½/s

Bundesanstalt für Gewässerkunde

Abstand vom Nullpunkt [m]2001901801701601501401301201101009080706050403020100

Tief

e un

ter W

sp [m

]

87654321

Vm(p

roj.)

[m/s

] 2

1

0

Auswertung einer ADCP-Messung mit AGILA 4 Datei: C:\TEMP\ASCII_out\Blaues_Wunder_20_08_2002008t.000 Meßstelle : Blaues_Wunder W = 1 cm h,m = 4.78 m Gewässer : Elbe Q = 1489.29 m³/s h,max = 7.14 m Fluß-km : 0.000 A = 908.47 m² r,hy = 4.72 m Datum der Messung : 20.08.02 b = 189.97 m P = 2205.69 m^2½ Uhrzeit : 16:55:54 Vm = 1.64 m/s C*Wurzel(I) = 0.68 m^½/s

Bundesanstalt für Gewässerkunde

Abstand vom Nullpunkt [m]180160140120100806040200

Tief

e un

ter W

sp [m

]

7654321

Vm(p

roj.)

[m/s

]

2

1

0

15. August

38

Stationsbau und Einweihung

20

39

Technische Zusammenarbeit

40

Hochwasserabflussvorhersage für den Rhein

Abf

luss

in m

3 /s

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

03.08.00 04.08.00 05.08.00 06.08.00 07.08.00 08.08.00 09.08.00

Abf

luss

in m

3 /s

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

03.08.00 04.08.00 05.08.00 06.08.00 07.08.00 08.08.00 09.08.00

Rheinfelden

21

41

MessstationenAbflussstationenMeteo StationenWetterradar

42

Niederschlagsradar-Bilder des Ereignisses vom 14.10. 13h bis 15.10. 09h

22

43

Numerische Wetter-Vorhersagemodelle

European Model

alMo (Local Model)alMo (Local Model)Global ModelGlobal Model

44

23

45

Fliesszeiten bezogen auf Rhein - Rheinfelden

Rheinfelden

Murgenthal 7.4 h

Brügg

Brugg 4.8 h Baden 5.2 h

Mellingen 6 h

Rekingen 2.3 hAndelfingen 4 h

Halden 10 h

Neftenbach 12 h

46

Modell HBV - ETHZ

Schnee - Routine

Bodenfeuchte - Routine

Abfluss - Bildung

Lineare Transformation

Interpolation von Meteo-Daten

24

47

Ablauf der Vorhersage

Vorhersagezentrum

MCH

BAFU

Daten der numerischenVorhersagemodelle

Datensammlung

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Datenkontrolle

Aufbereitung der Modell - Inputdaten

Berechnung AbflussModell HBV-ETHZ

Versand desBulletins

48

Service - www.bafu.admin.ch/hydrologie/01833/02021/02023/index.html?lang=de- by FAX

25

49

Kunden der AbflussvorhersageUser Information in case

of low water (LW),floods (F)

Information-interval

• navigation• hydroelectric power

stations• hydrological surveys

(downstream)• civil defence services

LW, FLW, F

F

F

3 – 4 days1 – 2 days

2 – 3 days

2 – 24 hours

Special users• building sites• boat accidents• river pollution

• newspaper, radio, TV

fast variation, FLW, MW, FLW, MW, F

F

1 – 3 days1 – 3 days1 – 3 days

2 days

50

Internationale Zusammenarbeit im RahmenIKSR/KHR

Hauptalarm- und Vorhersagezentrenim Rheingebiet

26

51

Zusammenarbeit der Alarm- und Vorhersagezentren im Rheingebiet

52

Bodensee – Hochwasserinformationen

27

53

Alarmsystem bei einem Störfall in einem Speichersee

54

Evakuierungsplan Zürich

28

55

Internationale Zusammenarbeit

Alarmmodell RheinEin Hilfsmittel für die Beschreibung und Management des Schadstoff-transportes

56

Entdeckung des SchadstoffesKontrollstation Basel

29

57

Alarmmodel

58

Notwendige Eingabedaten

1. Ort der Schadstoffeingabe

2. Art der Eingabe und Menge

3. Dispersionskoeffizient

4. Halbwertszeit

5. Schwimmstoffe

6. Vorhersageort

7. Aktuelle Wasserstände an Referenzstationen

30

59

Resultate

60

Berechnete maximale Konzentrationen

31

61

Tracerversuche1) Bestimmung der Transportparameter

• Dispersion• Fliessgeschwindigkeit

2) Kalibrierung des Modelles3) Verifizierung des Modelles

Confluence of the rivers Aare and Rhine during the tracer experiment in the Rhine (tracer input Rheinau)

62

Internationale ZusammenarbeitTransfer von schweizerischer Technologie und Know How nach Nepal, Equador, Usbekistan, Kirgisistan, Tajikistan, Kasachstan

und Bhutan

Injection profile

Sampling profile

Solution quantity injection

Samples

Initial solution sample

Dilution method with salt

32

63

GrundwasserquantitätInformation über Grundwasser-ZustandAktuelles Grundwasserbulletin (Quantität)

2003

2004

2005(MeteoSchweiz)

64

Information über Grundwasser-Zustand

Statusbericht NAQUA (Qualität)

33

65

Grundlagen für den GW-Schutz

route

forêt

zone industrielle

zoned'habitation

forêt

niveau piézométrique au repos

distance: au moins 100 m

temps de séjour:au moins 10 jours

limite hydrogéologique

limiteeffective

S1S2 distance: comme S2

S3

captage

point destagnationaval

aquiclude

captage parpuits filtrant

niveau piézométrique rabattu

aquifère

Fachberatung beiVollzugshilfen

66

Zentrale Meldestelle INFO-TRACER

BAFU

Grundlagen für den GW-Schutz

34

67

Hydrogeologische Synthesen

Hydrogeologische Übersichts-Karten

68

Internationale Zusammenarbeit

signifikante Zunahme

keine signifikante Zunahme

keine signifikante Abnahme

signifikante Abnahme

Untersuchung der langen Messreihen im Rheingebiet

Klimaänderung und deren Auswirkung auf den Wasserhaushalt

35

69

Berechnung der Auswirkung von Klimaänderungen

70

Auswirkung der Klimaänderung im Rheingebiet

Mehr Abfluss im Winterhalbjahr und weniger Abfluss im Sommerhalbjahr.

Zunahme des Wasserbedarfs für Bewässerung

36

71

Oberlauf des RheinsThur

Winter peak flows statistics

Frequency and height of peak flow will increase

72

Oberlauf des Rheins

Summer peak flows statistics

Thur

37

73

Gletscher AuswirkungenHydrologisches Einzugsgebiet des Pegels Ilanz / Vorderrhein

F = 776 km2

Hm = 2020 m ü.m.

74

Gletscher AuswirkungenAnzahl Gletscher pro Gletschergrössenklasse im

Untersuchungsgebiet um 1850 (links) und 2000 (rechts)

Grössenklasse1: < 0,2 km² 2: 0,2 bis < 0,5 km² 3: 0,5 bis < 1,0 km²4: 1,0 bis < 2,0 km² 5: 2,0 bis < 4,0 km²

38

75

Gletscher AuswirkungenGesamtgletscherflächen 1850, 1973 und 2000 sowie Flächenänderungen 1850 -

1973, 1973 – 2000 und 1850 - 2000 im Einzugsgebiet des Pegels Ilanz

Gesamtgletscherflächen Schwund bezüglich 1850Schwund bezüglich 1973

Prozentuale Flächenänderungen: nicht kursiv bezüglich 1850 kursiv in Bezug auf 1973

76

Gletscher AuswirkungenGletscherflächen im Untersuchungsgebiet um 1850 (rosa), 1973

(hellgrün) und 2000 (hellblau)

39

77

Gletscher AuswirkungenGeschätztes Gesamtgletschervolumen 1850, 1973 und 2000 und

Volumenänderungen 1850 - 1973, 1973 - 2000 und 1850 - 2000 im Einzugsgebiet des Pegels Ilanz

Prozentuale Volumenänderungen : nicht kursiv bezüglich 1850 kursiv in Bezug auf 1973

Gesamtgletschervolumen Schwund bezüglich 1850Schwund bezüglich 1973

78

Auswirkungen in der Schweiz

Höhere Stromerzeugung im Winter durch Wasserkraftnutzung

40

79

Auswirkungen

Weniger Schnee im WinterWirtschaftliche Verluste

80

Auswirkungen

41

81

Mosel-Saar area

– Runoff decrease between July and November– Increase in mean monthly flow

Changes in monthly average discharge UKHI 2050 scenario

82

Lowland area

– Maximum discharge reduction in September– Increase of high and maximum daily discharge in January-March– Strong increase in maximum daily flows– Increase in frequency of high discharges and days with low discharges

Changes in monthly average discharge UKHI 2050 scenario

42

83

Zunahme der Transportkosten auf dem Rhein.

Erhöhte Unterhaltskosten der Wasserwege

84

Policies

Immediate response strategy

Wait and verify strategy

Not regret strategy

43

85