Hydrologie, die Grundlage für den nachhaltigen Schutz und Nutzung der Wasserressourcen Heute und in Zukunft - SwissCham
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Eidgenössisches Departement für
Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK
Bundesamt für Umwelt BAFU
Abteilung
Hydrologie, die Grundlage
für den nachhaltigen
Schutz und Nutzung der
Wasserressourcen
Heute und in Zukunft
Bereitstellung hydrologischer Grundlagen
Phase 1 Phase 2 Phase 3
Beobachtung Bearbeitung Analysen
Verfügbarmachung
Phase 4 Phase 5
Studien Warnung/Vorhersagen
2
1
Internationale Tätigkeiten
Vertretung der Schweiz in Technische
int. Organisationen und Entwicklungsaufträge
Zusammenarbeit
Kommissionen
• Weltorganisation für • Wissens- und Erfahrungs- • Aufträge vom BAFU
Meteorologie austausch z.B. Vorhersage FEWS
• UNESCO – Int. Hydrolo- • Koordinierte Entwicklungen • Aufträge an BAFU
gisches Programm (ISI, ...) z.B. China DEZA
• Gemeinsame Entwicklun-
UNESCO-IHP/ISI
• Normenvereinigungen gen
Fachhochschulen Bern
CEN, ISO z:B. Freistaat Sachsen
Freistaat Thüringen
• Int Kommission für die
Bundesanstalt für
Hydrologie des Rheinge-
Gewässerkunde
bietes
• Int. Kommission zum
Schutz des Rheins
• EU-Gremien
3
Was wird gemessen ?
Wasserstand in Flüssen, Seen und Grundwasser
Hochwassergrenzwertpegel
Pegellatte
4
2
Kontinuierlich registrierende
Wasserstands-Messgeräte
Pulsradar
Ausperlanlage
Suhre-Oberkirch Gürbe-Belp
Alp-Einsiedeln
Schwimmer und Winkelcodierer
Drucksonde
Chamuerabach-La Punt Chamues-ch
Inn-St. Moritz
Biberen-Kerzers
5
6
3
Abflussmessgeräte
Hydrometrischer Flügel
Magnetisch induktives Messgerät
7
Acoustic Doppler Current Profiler
Abflussmessung mit Tracertechnologie
8
4
Abflussmessung mit Überfall
9
Fliessgeschwindigkeit
10
5
Schwebstoffmessung
Schwebstoffentnahmegeräte
Gerät für Integrationsmessung
11
Trübungsmesser Automatische
Schwebstoffsammler
12
6
Geschiebemessung in Sammlern
Kummetbach - Attinghausen Maggia - inflow
Chessibach - Lachen Rütibach - Reichenburg
13
Sedimentmessung in Seen
Deltavermessung
Echosounding
Sediment input:
1926-32 1.0 x 106 m3 167’000 m3 /y
1933-52 4.9 x 106 m3 243’000 m3 /y
1953-84 10.4 x 106 m3 324’000 m3 /y
Maggia-delta
14
7
Wasserqualitätsmessung
Wassertemperatur
pH
Sauerstoffgehalt
Elektrische Leitfähigkeit
Chemische Parameter
15
Variabilität der Grundwasserleitertypen
Karst-Grundwasserleiter Lockergesteins-
Grundwasserleiter
Kluft-Grundwasserleiter
16
8
Variabilität der Quellschüttungen und GW-Stände
17
Nationale Grundwasserbeobachtung NAQUA
QUANT ISOT
NAQUA
TREND SPEZ
18
9
Für was braucht man diese Daten?
Fallbeispiel Hochwasserschutz
Wasserbaugesetz
− Umfassende Analyse und Management des Risikos
− Differenzierung der Hochwasserschutzmassnahmen
− Sorgfältige Planung der Schutzmassnahmen
− Begrenzung des Restrisikos
19
Risikoanalyse
Messung
Acoustic Doppler Current Profiler
Abflussmessung mit Tracertechnologie
20
10Prozessverständnis Hochwasserbildung
und -konzentration
Highest observed flood
Slow and moderate reaction
21
Risikoanalyse
Historische Hochwasser
Qualitative frequency of Emme river floods from 1500 - 1995
22
11Auswirkungen von Klimaänderungen
auf den Abfluss
Änderungen in den Winter- und Sommerabflussspitzen der Thur unter der
Annahme von verschiedenen Klimaänderungs-Szenarien
Thur
Winter Hochwasserspitzen-Statistik Sommer Hochwasserspitzen-Statistik
23
Abschätzung der Abflüsse an Stellen
ohne Messung
Comparison of different simple hydrological models
[%] Single models Combination of models
90
80
70
Proportion of exact and
60 satisfactory estimates
50
Proportion of exact
40 estimates
30 Proportion of poor
results
20
10
0
GIUB-HQ100(Fn), GIUB-HQ100(MQ)
GIUB-HQ100(MQ), GIUB-HQ100(Fn), Fuzzy
GIUB-HQ100(MQ), GIUB-HQ100(Fn), Fuzzy,
GIUB-HQ100(Fn), Fuzzy, Regression
GIUB-HQ100(MQ)
GIUB-HQ100(Fn)
GIUB-HQ100(MQ), Fuzzy
GIUB-HQ100(FN), Fuzzy
Köllamod
Regression
Momente
Fuzzy
Regression, Momente
24
12Gefahrenkarten
25
Differenziertes Sicherheitskonzept
26
13Beispiel Hochwasserschutz Reuss
Differenzierter
Hochwasserschutz
Reuss
Reuss - Uri
27
Seitliche Hochwasserentlastung
28
14Entlastung auf Autobahn
Flood Highway Flood Reuss dam
protection evacuation
wall
Water on highway Water level by overflow
29
Kombination mit ökologischer Auswertung
30
15Begrenzung des Restrisikos
Hochwasservorhersage, Warnung und Alarmierung
Übersicht über Hochwasserwarnsysteme der Schweiz
5500
5000
Forecast 12.5.1999 at 11.00 h
3
Peak at 4473 m /s at 23.00 h
4500
4000
Runoff [m /s]
3500
3 3000
2500
2000 Hochwasservorhersage
1500
1000
10.05.99 12.05.99 14.05.99 16.05.99 18.05.99 20.05.99
Automatische Alarmstationen
Alarmsysteme bei Stauseen 31
Hochwasserwarnung basierend auf
automatischen Messstationen
Rhone - Chancy Vers Vaux
Bubble gauge with FL-2
32
16Datenlogger und selbständig auslösende
Alarmeinrichtungen
33
Hochwasser- Mess- Alarm-
alarm station Zentrum
Voralarm
Abflussmessstation Beim Erreichen der Übermittlung des Alarms an ein
ausgerüstet mit automa- Alarmkoten wird auto- regionales Alarmzentrum
tischen Hochwasser- matisch der Alarm
warngeräten ausgelöst
Lagebeurteilung
Kantone Gemeinden Weitere Notfallplanung
Massnahmen
Beschaffung aktueller Daten
von den Messstationen
Überlagerung mit Abflussvorhersagen
34
17Alarmsystem für die Sitter und Thur
Messstationen
Prioritärer Alarm
Sekundärer Alarm
35
Internationale Zusammenarbeit
Messunterstützung und Wiederaufbauhilfe im Freistaat Sachsen
36
18Hochwassermessungen
Elbe - Dresden, Blaues Wunder
Auswertung einer ADCP-Messung mit AGILA 4 Datei: C:\TEMP\ASCII_out\Blaues_Wunder_17_08_2002000t.000
15. August Meßstelle
Gewässer
:
:
Blaues_Wunder
Elbe
W
Q
=
=
1 cm
4306.71 m³/s
h,m
h,max
=
=
7.44 m
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
3
Vm(proj.) [m/s]
2
1
0
Tiefe unter Wsp [m]
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
Abstand vom Nullpunkt [m]
Bundesanstalt für Gewässerkunde
Auswertung einer ADCP-Messung mit AGILA 4 Datei: C:\TEMP\ASCII_out\Blaues_Wunder_19_08_2002011t.000
17. August 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
2
Vm(proj.) [m/s]
1
0
1
Tiefe unter Wsp [m]
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Abstand vom Nullpunkt [m]
Bundesanstalt für Gewässerkunde
20. August 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
2
Vm(proj.) [m/s]
1
0
Tiefe unter Wsp [m]
1
2
3
4
5
6
7
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Abstand vom Nullpunkt [m]
Bundesanstalt für Gewässerkunde
37
Stationsbau und Einweihung
38
19Technische Zusammenarbeit
39
Hochwasserabflussvorhersage für den Rhein
2800
2800
Rheinfelden
2600
2600
2400
2400
2200
2200
Abflussininmm3/s/s
3
2000
2000
1800
Abfluss
1800
1600
1600
1400
1400
1200
1200
1000
1000
03.08.00
03.08.00 04.08.00
04.08.00 05.08.00
05.08.00 06.08.00
06.08.00 07.08.00
07.08.00 08.08.00
08.08.00 09.08.00
09.08.00
40
20Messstationen
Abflussstationen
Meteo Stationen
Wetterradar
41
Niederschlagsradar-Bilder des Ereignisses
vom 14.10. 13h bis 15.10. 09h
42
21Numerische Wetter-Vorhersagemodelle
Global
GlobalModel
Model alMo
alMo(Local
(LocalModel)
Model)
European Model
43
44
22Fliesszeiten bezogen auf Rhein - Rheinfelden
Rekingen 2.3 h
Andelfingen 4 h
Rheinfelden
Halden 10 h
Brugg 4.8 h Baden 5.2 h
Neftenbach 12 h
Mellingen 6 h
Murgenthal 7.4 h
Brügg
45
Modell HBV - ETHZ
Interpolation von Meteo-Daten
Schnee - Routine
Bodenfeuchte - Routine
Abfluss - Bildung
Lineare Transformation
46
23Ablauf der Vorhersage
Datensammlung Aufbereitung der Modell - Inputdaten
Daten der numerischen
Vorhersagemodelle
MCH
BAFU
Berechnung Abfluss Versand des
Modell HBV-ETHZ Bulletins
Vorhersagezentrum
Datenkontrolle
480 70
460
60
440
50
420
400 40
380
30
360
20
340
320 10
300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
47
Service - www.bafu.admin.ch/hydrologie/01833/02021/02023/index.html?lang=de
- by FAX
48
24Kunden der Abflussvorhersage
User Information in case Information-
of low water (LW), interval
floods (F)
• navigation LW, F 3 – 4 days
• hydroelectric power LW, F 1 – 2 days
stations
• hydrological surveys F 2 – 3 days
(downstream)
• civil defence services F 2 – 24 hours
Special users
• building sites fast variation, F 1 – 3 days
• boat accidents LW, MW, F 1 – 3 days
• river pollution LW, MW, F 1 – 3 days
• newspaper, radio, TV F 2 days
49
Internationale
Zusammenarbeit
im Rahmen
IKSR/KHR
Hauptalarm- und
Vorhersagezentren
im Rheingebiet
50
25Zusammenarbeit der Alarm- und
Vorhersagezentren im Rheingebiet
51
Bodensee – Hochwasserinformationen
52
26Alarmsystem bei einem Störfall
in einem Speichersee
53
Evakuierungsplan
Zürich
54
27Internationale Zusammenarbeit
Alarmmodell Rhein
Ein Hilfsmittel für die Beschreibung
und Management des Schadstoff-
transportes
55
Entdeckung des Schadstoffes
Kontrollstation Basel
56
28Alarmmodel
57
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
58
29Resultate
59
Berechnete maximale Konzentrationen
60
30Tracerversuche
1) Bestimmung der Transportparameter
• Dispersion
• Fliessgeschwindigkeit
2) Kalibrierung des Modelles
3) Verifizierung des Modelles
Confluence of the rivers Aare and Rhine during the
tracer experiment in the Rhine (tracer input Rheinau) 61
Internationale Zusammenarbeit
Transfer von schweizerischer Technologie und Know How nach
Nepal, Equador, Usbekistan, Kirgisistan, Tajikistan, Kasachstan
und Bhutan
Initial solution
sample
Injection profile
Solution quantity injection
Sampling profile
Samples
Dilution method with salt
62
31Grundwasserquantität
Information über Grundwasser-Zustand
Æ Aktuelles Grundwasserbulletin (Quantität)
2004
(MeteoSchweiz) 2003
2005
63
Information über Grundwasser-Zustand
Æ Statusbericht NAQUA (Qualität)
64
32Grundlagen für den GW-Schutz
Fachberatung bei zone industrielle
S3
limite hydrogéologique
Vollzugshilfen captage route
distance: au moins 100 m distance: comme S2
S2 S1
temps de séjour:
au moins 10 jours
zone forêt
d'habitation
point de
stagnation
aval
limite
effective
captage par
forêt
puits filtrant
niveau piézométrique au repos
rabattu
étrique
iézom
au p aquifère
nive
aquiclude
65
Grundlagen für den GW-Schutz
Æ Zentrale Meldestelle INFO-TRACER
BAFU
66
33Hydrogeologische Synthesen
Hydrogeologische Übersichts-Karten
67
Internationale Zusammenarbeit
Klimaänderung und deren Auswirkung auf den Wasserhaushalt
Untersuchung der langen
Messreihen im Rheingebiet
signifikante Zunahme
keine signifikante Zunahme
keine signifikante Abnahme
signifikante Abnahme
68
34Berechnung der Auswirkung von
Klimaänderungen
69
Auswirkung der Klimaänderung
im Rheingebiet
Mehr Abfluss im
Winterhalbjahr und weniger
Abfluss im Sommerhalbjahr.
Zunahme des Wasserbedarfs
für Bewässerung
70
35Oberlauf des Rheins
Thur
Winter peak flows statistics
Frequency and height of peak flow will increase
71
Oberlauf des Rheins
Thur
Summer peak flows statistics
72
36Gletscher Auswirkungen
Hydrologisches Einzugsgebiet des Pegels Ilanz / Vorderrhein
F = 776 km2
Hm = 2020 m ü.m.
73
Gletscher Auswirkungen
Anzahl Gletscher pro Gletschergrössenklasse im
Untersuchungsgebiet um 1850 (links) und 2000 (rechts)
Grössenklasse
1: < 0,2 km²
2: 0,2 bis < 0,5 km²
3: 0,5 bis < 1,0 km²
4: 1,0 bis < 2,0 km²
5: 2,0 bis < 4,0 km²
74
37Gletscher Auswirkungen
Gesamtgletscherflächen 1850, 1973 und 2000 sowie Flächenänderungen 1850 -
1973, 1973 – 2000 und 1850 - 2000 im Einzugsgebiet des Pegels Ilanz
Gesamtgletscherflächen
Prozentuale Flächenänderungen: nicht kursiv bezüglich 1850
Schwund bezüglich 1850
kursiv in Bezug auf 1973
Schwund bezüglich 1973
75
Gletscher Auswirkungen
Gletscherflächen im Untersuchungsgebiet um 1850 (rosa), 1973
(hellgrün) und 2000 (hellblau)
76
38Gletscher Auswirkungen
Geschätztes Gesamtgletschervolumen 1850, 1973 und 2000 und
Volumenänderungen 1850 - 1973, 1973 - 2000 und 1850 - 2000 im
Einzugsgebiet des Pegels Ilanz
Gesamtgletschervolumen
Prozentuale Volumenänderungen : nicht kursiv bezüglich 1850
Schwund bezüglich 1850
kursiv in Bezug auf 1973
Schwund bezüglich 1973 77
Auswirkungen in der Schweiz
Höhere Stromerzeugung im Winter
durch Wasserkraftnutzung
78
39Auswirkungen
Weniger Schnee im Winter
Wirtschaftliche Verluste
79
Auswirkungen
80
40Mosel-Saar area
Changes in monthly average discharge UKHI 2050 scenario
– Runoff decrease between July and November
– Increase in mean monthly flow
81
Lowland area
Changes in monthly average discharge UKHI 2050 scenario
– 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
82
41Zunahme der Transportkosten auf dem Rhein.
Erhöhte Unterhaltskosten der Wasserwege
83
Policies
Immediate response strategy
Wait and verify strategy
Not regret strategy
84
4285
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