Klimaänderung und Wasserkraft - Fallstudie Stausee Göscheneralp - Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft
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Klimaänderung und
Wasserkraft
Fallstudie Stausee Göscheneralp
Foto: Jan Magnusson / SLF
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft
Davos und Birmensdorf, August 2011
In Kürze …
Wie wird sich die Klimaänderung auf die Wasserverfügbarkeit und die Zuflüsse zu den
Stauseen auswirken? Diese Frage wurde am Beispiel des Göscheneralpsees (Kanton Uri)
basierend auf den aktuellsten Klima‐ und Gletscherszenarien und mit Hilfe zweier
hydrologischer Modelle untersucht.
Die Modellergebnisse zeigen eine deutliche Veränderung in der Saisonalität des Zuflusses
zum Göscheneralpsee. Die Frühlingsschmelze wird früher einsetzen, so dass sich der
maximale Zufluss im Sommer im Mittel um ca. 3 Wochen bis Mitte des Jahrhunderts, bzw.
um ca. 6 Wochen bis Ende des Jahrhunderts verschieben wird. Dem zukünftig zusätzlichen
Wasserangebot im April bis Juni steht eine deutliche Abnahme des Seezuflusses im Juli bis
September gegenüber. Die Konsequenzen auf den Jahresabfluss werden von den beiden
hydrologischen Modellen unterschiedlich beurteilt. Während das eine Modell keine
Volumenänderungen prognostiziert, berechnet das andere Modell mittelfristige Zunahmen
im Gesamtabfluss von bis zu 20%.
Bereits heute sind die Zuflüsse im Sommer in extremen Jahren mehr als doppelt bzw.
weniger als halb so hoch wie in durchschnittlichen Jahren. Dieses Verhältnis zwischen
extremen und normalen Jahren wird sich im wesentlichen auch in Zukunft wenig verändern.
Im Vergleich zur natürlichen Variabilität zwischen den Jahren sind die prognostizierten
Änderungen im Zufluss relativ klein, so dass die durchschnittlichen Verhältnisse Ende des
Jahrhunderts bereits heute in extremen Jahren beobachtet werden können.
1
2
Einleitung
Über das Projekt Über die Fallstudie Göscheneralpsee
Die prognostizierte Klimaänderung wird einen Die vorliegende Fallstudie profitiert von Synergien mit dem
bedeutenden Einfluss auf Schneedecke und Gletscher, und ETH‐Projekt BigLink (www.cces.ethz.ch/projects/
somit auf die Wasserressourcen in den Einzugsgebieten clench/BigLink), in dessen Rahmen unter anderem die
der Wasserkraftwerke haben. Hydrologie im Einflussbereichs des Dammagletschers in 3‐
jähriger Feldforschung untersucht wurde. Dank BigLink
Wie gross diese Änderung in der Wasserverfügbarkeit für
liegen lokale Messungen zum Abfluss von
die Wasserkraftproduktion sein wird und wie genau sich
Teileinzugsgebieten, zu meteorologischen Randbedin‐
die Zuflüsse zu den Reservoirs zeitlich (saisonal) und
gungen, sowie zur Schneeverteilung im Gebiet vor. Diese
mengenmässig verändern werden, ist bisher nur in
Messungen ermöglichten über den üblichen Rahmen der
Einzelfällen untersucht worden (Beispiel: Mauvoisin).
hydrologischen Modellierung hinaus zu gehen. Und so
Mit dem Ziel, diesbezüglich für die ganze Schweiz konnte parallel zu einem konventionellen Modell auch ein
verbesserte Aussagen machen zu können, hat die Swiss wesentlich komplexeres Modell eingesetzt werden,
Electric Research zusammen mit dem Bundesamt für welches die physikalischen Prozesse rund um den Energie‐
Energie im 2008 die vorliegende Studie in Auftrag gegeben. und Wasserhaushalt in alpinen Einzugsgebieten abbildet.
Dabei sollen die hydrologischen Auswirkungen der Der Vorteil von physikalisch‐basierten Modellen liegt darin,
Klimaänderung für die Wasserkraft in der Schweiz räumlich dass die Übertragbarkeit auf zukünftige klimatische
differenziert unter Einbezug der aktuellsten Randbedingungen prinzipiell gegeben ist. Auf der anderen
Vorhersagemodelle abgeschätzt werden. Seite benötigen diese Modelle exakte räumlich verteilte
Neben einer generellen Analyse der zu erwartenden meteorologische Inputdaten, welche im Anbetracht der
hydrologischen Veränderungen in ca. 20 natürlichen heutigen Messnetze nur mit gewissen Vereinfachungen zur
Einzugsgebieten der Schweiz mit unterschiedlichen Verfügung gestellt werden können. Und so bieten die in
topographischen, geologischen und klimatologischen dieser Fallstudie verwendeten komplementären
Voraussetzungen untersucht diese Studie sechs Modelltypen die Möglichkeit (aber auch den Umstand),
ausgewählte Fallbeispiele im Detail. In diesen zusätzlich zur Unsicherheit der Klimamodelle auch auf die
Fallbeispielen werden für die Zeiträume 2021‐50 (nahe Unsicherheiten durch verschiedene Modellansätze in der
Zukunft), resp. 2070‐99 (ferne Zukunft) die lokalen hydrologischen Modellierung einzugehen.
meteorologischen Veränderungen und die daraus
resultierenden Änderungen in der Vergletscherung, der
Schneedecke und im Abfluss simuliert. Abschliessend wird
von den betroffenen Kraftwerkbetreibern die Bedeutung
dieser hydrologischen Änderungen für ihre
Stromproduktion abgeschätzt.
Der vorliegende Bericht fasst die Ergebnisse der Fallstudie
„Göscheneralpsee“ zusammen. Die folgenden Gruppen
haben hierzu beigetragen: Institut für Atmosphäre und
Klima der ETH Zürich (klimatologisches Downscaling),
Geographisches Institut der Uni Zürich
(Gletschermodellierung), Versuchsanstalt für Wasserbau
der ETH Zürich (Gletschermodellierung), Eidg.
Forschungsanstalt WSL (Schneedecken und
Abflussmodellierung), sowie CKW, Riskmanagement und
Research (betriebliche Analysen). Abb. 1: Installation einer automatische Kamera zur
Überwachung des Flussnetzwerkes welches das
Schmelzwasser des Dammagletschers in den
Göschernalpsee transportiert.
3
Allgemeine Datengrundlagen d) Als Grundlage für die Gletscherentwicklung dient das
World Glacier Inventory: Stand 1973. Dieses wurde als
Initiale Gletscherfläche für die Simulation (1985)
Für die Fallstudie „Göscheneralpsee“ wurden folgende
verwendet und dann kontinuierlich mit dem
Daten verwendet:
Schrumpfmodell von Paul et al. (2007) angepasst (siehe
a) Digitales Geländemodell RIMINI (Arealstatistik, Seite 4). Die Rastergrösse des ursprünglichen
Bundesamt für Statistik) mit einer räumlichen Auflösung Gletscherinventars ist 25 m. Für unsere Modellierung wird
von 100 m. sie auf 200 m aggregiert.
b) Landnutzung – aggregiert in ca. 12 hydrologische e) Schneemessungen des Interkantonalen Mess‐ und
Klassen – mit einer räumlichen Auflösung von 100 m, Informationssystems IMIS, sowie Beobachter‐Schneedaten
basierend auf der Areal‐Statistik des Bundesamts für des SLF Davos
Statistik (GEOSTAT), 1992/97.
f) Zufluss‐Messungen (berechnet aus Änderungen des
c) Meteorologische Messungen (Stundenwerte; Zeitraum: Seewasserstands) der CKW (Centralschweizerische
1980‐2009) der MeteoSchweiz‐Stationen, welche für das Kraftwerk AG, Luzern) für den Zeitraum 1997‐2009.
Einzugsgebiet Göscheneralpsee relevant sind. Wichtige
g) Messungen im Teileinzugsgebiet Damma‐Reuss von
Stationen sind Gütsch‐ob‐Andermatt, Altdorf, Grimsel
2006‐2010: Abfluss, meteorologische Daten,
Hospiz, Titlis und Engelberg. Für die hydrologische
Schneeverteilung, Grundwasserpegel, Wasser‐
Modellierung wurden folgende meteorologische
temperaturen, und anderes.
Messgrössen verwendet: Lufttemperatur, Relative Feuchte,
Globalstrahlung, Niederschlag und Windgeschwindigkeit.
Abb. 2: Karte des Göscheneralpsee‐Einzugsgebiets und Umgebung. Die nächstgelegenen Messstellen der
Meteoschweiz sind markiert.
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Modellierungsansatz Als Grundlage dafür wurden der Ausgangszustand der
Gletscher von 1985 (gemäss World Glacier Inventory) mit
einem Schrumpfmodell von Paul et al. (2007) in 5‐Jahres‐
Die Ergebnisse dieser Fallstudie basieren auf regionalen
Schritten kontinuierlich reduziert. Die glaziologische
Klimamodelldaten des europäischen Projekts ENSEMBLES,
Berechnungen basieren dabei auf der einfachen Annahme,
welche alle vom IPCC‐Emissionsszenario A1B (moderate
dass die Gleichgewichtslinie (GWL) entsprechend der
Erwärmung) ausgehen. Um die Bandbreite bzw.
Lufttemperaturerhöhung ansteigt. Dadurch wird das
Unsicherheit heutiger Klimamodelle widerzuspiegeln,
Akkumulationsgebiet des Gletschers kleiner. Die
wurden Daten von insgesamt zehn verschiedenen Klima‐
resultierenden Gletscherszenarien für Mitte und Ende des
Modellketten als Input für die hydrologische Modellierung
21. Jahrhunderts wurden mit Gletscherszenarien der VAW
verwendet. Die Klimamodellketten beinhalten dabei
verifiziert, welche auf einem Ansatz von Huss, Farinotti und
gekoppelten Berechnungen unterschiedlicher Kombina‐
Bauder basieren.
tionen von Globalen Zirkulationsmodellen (GCM) mit
Regionalen Klimamodellen (RCM).
Um die Klimamodellergebnisse auf die lokalen Verhältnisse Konzeptuelles hydrologisches Modell PREVAH
im Untersuchungsgebiet abzubilden, wurden für alle
Messstationen der MeteoSchweiz Jahreszeit‐abhängige PREVAH ist ein konzeptuelles hydrologisches Modell, das
Temperatur‐ und Niederschlagsänderung für die Zeiträume schweizweit seit über zehn Jahren in zahlreichen
2021‐2050 (nahe Zukunft) und 2070‐2099 (ferne Zukunft) vergletscherten und unvergletscherten Einzugsgebieten
relativ zur Referenzperiode 1980‐2009 berechnet getestet worden ist. Für die vorliegende Fallstudie wurde
(Bosshard et al., 2011). die neue Gitterversion des Modells (Viviroli et al., 2009a.)
Für die hydrologische Modellierung wurden wie bereits für das ganze Einzugsgebiet mit regionalisierten
oben erwähnt zwei verschiedene Modelle verwendet. Parametern von Viviroli et al. (2009b und 2009c)
Beide Modellansätze verwenden die gemessenen und aufgesetzt. Anhand von gemessenen Zuflussdaten der CKW
prognostizierten Temperatur‐ und Niederschlagsdaten der wurden die Modellparameter optimiert. Danach wurden in
Messstationen der MeteoSchweiz als primären Input. täglicher Auflösung folgende hydrologischen Grössen
Dadurch resultieren für jedes Modell Ergebnisse für die berechnet: Niederschlag, Verdunstung, Schneewasserwert,
Referenzperiode (1x) und separate Berechnungen für jede Eis‐ und Schneeschmelze, Bodenwasserspeicher und
Klimamodellkette (10x) für beide Perioden in der Zukunft, Abfluss. Als Modellinput wurden die gemessenen bzw.
dh. maximal 21 Simulationen über jeweils 30 Jahre. prognostizierten meteorologischen Grössen der
Beide verwendeten hydrologischen Modelle sind nicht in nahegelegenen Meteoschweiz‐Stationen auf ein
der Lage Gletscherdynamische Prozesse (d.h. Massen‐ Gittermodell des Einzugsgebiet interpoliert.
bewegungen) zu simulieren. Da derartige Prozesse über
längere Zeitskalen jedoch hydrologisch relevant sind,
wurden externe glaziologische Berechnungen als
zusätzliche Randbedingung in die Modelle integriert.
Abb. 3: Darstellung der Modellierungskette von den globalen Zirkulationsmodellen (GCM) bis hin zum hydrologischen
Modell nach Bosshard und anderen (2010).
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Physikalisch-basiertes hydrologisches Modell Die Landschaft hat alpinen Charakter mit vergletscherten
Alpine3D Gebieten in höheren Lagen (Damma‐, Tiefen‐,
Chelengletscher, Flachstein‐ und Wallenbuchfirn.). Im 1973
2
betrug die vergletscherte Fläche 24.2 km , was einem
Alpine3D ist ein gebirgshydrologisches Modell, welches die
Anteil von 25 % entspricht. Durch den Rückzug der
Energieaustausch‐ und Wassertransportprozesse zwischen
Gletscher wurden in jüngerer Zeit teilweise
Atmosphäre, Vegetation, Schnee/Eis und dem Boden
vegetationsarme Flächen mit Moränenbedeckung
beschreibt. Es benötigt als Input Temperatur,
freigelegt. Der geologische Untergrund wird durch die
Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Niederschlag
Granite und Gneise des Aarmassivs aufgebaut. Unterhalb
für jeden Gitterpunkt, welche durch geeignete
der nivalen Höhenstufe sind vom Gletscher geschliffene
Interpolationsverfahren von den Stationsdaten gewonnen
Felsoberflächen und flachgründige Böden mit einfacher
wurden. Diese Interpolationsverfahren wurden anhand
Vegetation verbreitet, welche zu einer insgesamt geringen
lokaler meteorologischer Messungen optimiert und
Wasserspeicherkapazität führen.
berücksichtigen zB. auch Topographie‐bedingte lokale
Umlagerungen von Schneefall in steilem Gelände (s. Gemittelt über das Gebiet fallen pro Jahr im Durchschnitt
Magnusson et al. 2010). Kurz‐ und langwellige Strahlung 2330 mm Niederschlag. Diese Summe scheint relativ hoch,
werden vom Modell auf das Gelände verteilt, wobei wenn man sie mit den Jahresniederschlägen an den
topographische Abschattung oder zB. Rückstreuung von Stationen Gütsch‐Andermatt (1479 mm) oder
Kurzwellenstrahlung von Schnee an das umliegende Göscheneralp (1555 mm) vergleicht. Der starke
Gelände berücksichtigt werden. Der durch das Modell Niederschlagsgradient mit der Höhe (von ca. 5% pro 100
generierte Abfluss an jeder Gitterzelle wird ähnlich wie in m) ist aber mit verschiedenen ausführlichen Studien von
PREVAH mit konzeptuellem Routing zu einem Kormann (2009), Farinotti u.a. (2011) und Magnusson u.a.
Gesamtabfluss zusammengerechnet. Berechnungen mit (2011) gut gesichert. Somit ergibt sich für das gesamte
Alpine3D benötigen erhebliche Computerressourcen, Einzugsgebiet ein Jahresvolumen von ca. 210 Mio. m3
deshalb war es in dieser Fallstudie nur möglich, die Wasser.
Referenzperiode und für die beiden zukünftigen Perioden Die Wasserfassung Urnerloch bei Andermatt und das
drei ausgewählte Klimamodellketten zu berechnen. dazugehörige Einzugsgebiet mit den Zuflüssen Furka‐,
Mutten‐, Witenwassern‐, Gotthard‐ und Unteralpreuss
werden in dieser Studie nicht berücksichtigt.
Beschreibung des Einzugsgebiets
Das Einzugsgebiet des Stausees Göscheneralp umfasst Beschreibung der Kraftwerkanlage
2
(gemäss Abb. 5) 91.4 km . Aufgrund des digitalen
Geländemodells, das für die hydrologische Simulation Das Kraftwerk Göschenen ist seit 1961 in Betrieb. Im
2 3
verwendet wurde, wurde eine Fläche von 96.2 km Stausee Göscheneralp finden 75 Mio m Nutzwasser Platz.
berechnet. Darin enthalten sind sowohl das natürliche Von dort gelangt das Wasser durch einen 7 km langen
2
Einzugsgebiet der Göscheneralp (42.3km ) als auch die Druckstollen und einen 900 m langen Druckschacht in die
Einzugsgebiete der im Voralpertal und Hinteren Urserental Kavernenzentrale Göschenen (1090m.ü.M.). Die
gefassten und zugeleiteten Fliessgewässer (Furkareuss, Gesamtleistung der Turbinen beträgt 4 x 41.2MW.
Lochbach, Stockbach, Voralperreuss). Der Stausee liegt auf
1’792m.ü.M. Die höchste Erhebung im Gebiet ist der
Dammastock mit 3'630 m ü.M.
Abb. 4: Blick von der Staumauer ins Einzugsgebiet des Abb. 5: Karte mit Reservoiren, Zuleitungen (wie hier im
Göscheneralpsees Beispiel Göscheneralpsee)
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Zukunftsszenarien und Modellvalidierung
Regionale Klimaszenarien Regionale Gletscherszenarien
Wie bereits erwähnt, wurden basierend auf den Unter Annahme prognostizierten Klimaänderungen wird
ENSEMLBES Klimamodellketten für alle relevanten ein weiterer Rückgang der Gletscher in der Region
Messstationen der MeteoSchweiz Jahreszeitabhängige erwartet. Gemäss Berechnungen des glaziologischen
Änderungen für Temperatur und Niederschlag für die Modells soll die vergletscherte Fläche im Einzugsgebiet des
Perioden 2021‐2050 (nahe Zukunft) und 2070‐2099 (ferne Göscheneralpsees von 1985 um 25% auf gut 14 % im Jahr
Zukunft) relativ zur Kontrollperiode 1980‐2009 berechnet. 2040 zurückgehen. Bis 2085 wird gar eine Reduktion auf
Abb. 7 zeigt exemplarisch die erwarteten Veränderungen 6% des Gebiets prognostiziert (siehe Tabelle). Die bis zum
für die Station Gütsch‐ob‐Andermatt. Trotz erheblicher Ende des 21. Jahrhunderts verbleibende Gletschermassen
Unterschiede zwischen den verwendeten Klimamodell‐ werden sich vor allem auf die Gebiete des Damma‐ und des
ketten werden wärmere Temperaturen insbesondere in Tiefengletschers verteilen (siehe Abbildung 6)
den Sommermonaten konsistent vorhergesagt. Für den
Zeitraum 2021‐50 liegt der Temperaturanstieg im Sommer 1985 2040 2085
2
bei ca. 1.8°C [1.0‐3.5°C] und für den Zeitraum 2070‐99 bei Gletscherfläche (km ) 24.1 13.6 5.8
2
knapp 5°C [3‐7.5°C]. Die projizierten Veränderungen liegen Eisfreie Fläche (km ) 72.2 82.6 90.5
Gletscherfläche (%) 25.1 14.1 6.0
dabei deutlich ausserhalb der natürlichen Variabilität
Eisfreie Fläche (%) 74.9 85.9 94.0
(siehe graue Fläche in Abb. 7) und dürfen als signifikant
betrachtet werden.
Die erwarteten Änderungen im Niederschlag liegen
hingegen nicht ausserhalb der beobachteten natürlichen
Variabilität, mit Ausnahme einer längerfristigen Abnahme
in der Grössenordnung von 20% in den Sommermonaten
für 2070‐99. Dafür nehmen die Winterniederschläge im
gleichen Zeitraum tendenziell geringfügig zu.
Ausführliche Angaben zu diesen Klimaszenarien sind
verfügbar unter: www.c2sm.ethz.ch/services/CH2011
Abb. 6: Prognose zum Rückgang des Gletscheranteils
Abb. 7: Prognostizierte Änderungen der Temperatur (ΔT, links) und des Niederschlages (ΔP, rechts) für die Station Gütsch‐Andermatt
7 Kontrollperiode 1980‐2009. Die natürliche Variabilität ist als graues
für den Zeitraum 2021‐50 (oben) und 2070‐99 (unten), relativ zur
Band dargestellt (+/‐ 1 Standardabweichung), Ergebnisse der einzelnen Klimamodellketten sind farbig dargestellt (s. Legende rechts).
Validierung der hydrologischen Modelle Als Untersuchungsgebiet für den kleinräumigen Test wurde
2
das 10km grosse Einzugsgebiet der Dammareuss
verwendet. Abflussmessungen werden dort von der Eidg.
Als Grundlage für die Validierung können wir die
Forschungsanstalt WSL seit 2007 durchgeführt. Ausserdem
Modellsimulation für den Zeitraum 1997‐2009 anhand von
liegen umfangreiche Arbeiten zur Bestimmung der
Seezufluss‐Messungen der CKW, sowie anhand von
Massenbilanz des Dammagletschers vor, welcher eine
Schneeprodukten des SLF überprüfen.
wichtige Komponente in der Abflussdynamik spielt.
Im Allgemeinen weisen die Modelle eine gute
Automatische Überwachungs‐Kameras liefern tägliche
Übereinstimmung mit den Schnee‐ und Abflussmessungen
Daten zur Schneebedeckung. Anhand dieser Daten können
auf. Die saisonalen Schwankungen, aber auch die
wir zeigen, dass Alpine3D trotz interpolierter
Unterschiede zwischen wasserarmen und wasserreichen
meteorologischer Daten in der Lage ist, saisonalen
Jahren werden quantitativ realistisch wiedergegeben
Schneefall und dessen Ausaperungsmuster in guter
(Abbildung 8). Der Nash‐Sutcliffe‐coefficient (ein in der
Genauigkeit wiederzugeben (Abb. 10). Auch die
Hydrologie gebräuchliches Gütemass für die
Abflussmodellierung weist eine hohe Güte auf. Sogar die
Übereinstimmung zwischen modelliertem und
durch Schnee‐ und Eisschmelze verursachten
gemessenem Abfluss) liegt bei 0.91 (PREVAH), resp. bei
tageszeitlichen Schwankungen im Abfluss werden vom
0.85 (Alpine3D), was beiden Modellen eine gute Leistung
Modell gut erfasst (Abb. 9).
attestiert. Die mittlere Abweichung vom gemessenen
Das auch für grössere Einzugsgebiete eingesetzte Modell
Zufluss des Göscheneralpsees beträgt ‐2.5% (PREVAH)
PREVAH zeigt im Vergleich mit einem operationellen
resp. +0.1% (Alpine3D).
Schneeprodukt des SLF, dass es auf grosser Skala die
Auf kleinerer Skala wurde die Genauigkeit des physikalisch‐
saisonalen Schneewasserressourcen gut zu simulieren
basierten Prozessmodells Alpine3D gestestet. Derartige
vermag. Simulation für das Reuss‐Einzugsgebiet
Tests stellen erschwerte Anforderungen an die Modelle, da
veranschaulichen, dass die jährlichen Maxima im
die räumliche Variabilität der meteorologischen
Schneewasserwert von PREVAH gut mit den
Randbedingungen stärker zum Tragen kommt. Ausserdem
Beobachtungsdaten des SLF übereinstimmen (Abb. 11). So
benötigen Studien wie diese langjährige meteorologische
werden beispielsweise besonders schneearme (z.B. 1996,
Datenreihen als Input, welche normalerweise lokal nicht
2007) und schneereiche Winter (z.B. 1982, 1999) vom
zur Verfügung stehen und über grössere Distanzen (im
PREVAH korrekt wiedergegeben.
vorliegenden Fall ca. 20km) interpoliert werden müssen.
Abb. 8: Simulierter (rot) und gemessener (blau) täglicher natürlicher Zufluss zum Göscheneralpsee für die Jahre 1998‐2010.
Simulation mit PREVAH (oben) und Alpine3D (unten).
8
2
Abb. 9: Mit Alpine3D simulierter (Linie) und gemessener (Schattierung) stündlicher Abfluss aus dem nur 10km grossen
Teileinzugsgebiet der Dammareuss für das Jahr 2009. Sogar die durch Schnee‐ und Eisschmelze verursachten tageszeitlichen
Schwankungen im Abfluss werden vom Modell gut erfasst.
Abb. 10: Die mit Überwachungskameras beobachte Schneebedeckung (obere Reihe) und entsprechenden Modellergebnisse
(untere Reihe) für das Teileinzugsgebiet der Dammareuss. Die weissen Flächen sind „schneebedeckt“, die grauen Flächen
„schneefrei“, und die schwarzen Flächen konnten von der Kamera nicht beobachtet werden. Verwendetes Modell: Alpine3D.
Abb. 11: Simulierter (schwarz) und beobachteter (farbig) mittlerer Schneewasserwert des Reuss‐Einzugsgebiets (oberhalb 1‘500 m
ü.M.) für den Zeitraum 1976‐2009 (Grün: Abgeleitet von 110 SLF‐Messstationen, Rot: 133 SLF‐Messstationen, Blau 203 SLF‐
Messstationen).
9Die Messdaten der CKW erlauben für die Periode von Das Modell PREVAH auf der anderen Seite unterschätzt die
1997‐2009 eine detaillierte jahreszeitliche Validierung der Abflüsse in jener Phase in der die Gletscherschmelze am
Modellergebnisse (Abb 13, oben). Auch wenn beide meisten zum Gesamtabfluss beiträgt, dies ab Mitte Juli bis
hydrologischen Modelle gesamthaft ähnlich gute Anfang September. Das Defizit wird durch überhöhte
Ergebnisse aufweisen, gibt es doch kleinere systematische Abflüsse in den Monaten Oktober und November
jahreszeitliche und modellspezifische Abweichungen von ausgeglichen.
den beobachteten Zuflüssen zum Göscheneralpsee (Abb. Die Relative Differenz der beiden Modelle im Vergleich
13, Mitte). Die Saisonalität der Abweichungen zueinander (Abb 13, unten) basiert im wesentlichen auf
unterscheiden sich dabei deutlich zwischen den beiden der Addition der Einzelabweichungen, da die Modell‐
Modellen. spezifischen Abweichungen auf Perioden von 1‐2 Monate
Alpine3D unterschätzt vor allem zu Beginn der beschränkt sind, welche sich zeitlich nicht überschneiden.
Schneeschmelze die Abflüsse (im Mai) und kompensiert In der Validierungsperiode von 1997‐2009 beträgt die
dies durch überhöhte Abflüsse gegen Schluss des Differenz im Gesamtabfluss der beiden Modelle 2.5%, über
saisonalen Anstiegs im Sommer (1. Hälfte Juli). Eine die gesamte Referenzperiode von 1983‐2009 nur 0.6%.
genauere Analyse zeigt, dass diese Abweichung auf das
Timing des Schneeschmelzabflusses zurückzuführen ist, Alpine3D Messung PREVAH
welcher im Durchschnitt im Modell um 5 Tage zu spät Abfluss (mm/Tag) 1997‐2009 5.50 5.51 5.37
einsetzt. Der Effekt hat mutmasslich mit dem Rückhalten Relativer Fehler (%) +0.1 ‐‐‐ ‐2.5
von Schmelzwasser in der Schneedecke zu tun: Durch die Abfluss (mm/Tag) 1983‐2009 5.33 ‐‐‐ 5.30
begrenzte räumlich Auflösung des Modellgitters ist die Relative Differenz (%) +0.6 ‐‐‐ ‐0.6
lokale Variabilität der Schneeverteilung im Modell Abb. 12:. Über das Jahr gemittelter Gesamtabfluss, Messungen
unterrepräsentiert, was zu einer Verspätung des ersten und Berechnungen im Vergleich.
Schneeschmelzabflusses führt. Abgesehen von diesen
Phasen (Mai und Anfang Juli) stimmen die Ergebnisse von
Alpine3D mit den Messungen gut (Sommer) bis sehr gut
(September bis April) überein.
‐‐‐ Modell Alpine3D
‐‐‐ Messungen CKW
‐‐‐ Modell PREVAH
‐‐‐ Differenz Alpine3D ‐ Messung
‐‐‐ Differenz PREVAH ‐ Messung
‐‐‐ Differenz Alpine3D ‐ PREVAH
Abb. 13: Abweichungen des simulierten gegen den gemessenen 10Gesamtzufluss zum Göschernalpsee im Jahresverlauf. Die Pfeile
bezeichnen den Mittelwert (Kreise) sowie 25% und 75% Percentilen (Pfeilspitzen) der Variabilität zwischen den einzelnen Jahren.Ergebnisse der hydrologischen Modelle
Erwartete Veränderung der Schneedecke Ebenso bedeutend ist der Rückgang des Schneevorrats im
Sommer und Herbst. Heute überdauern selbst in
Schneearmen Jahren bedeutende Mengen Schnee in den
Wie bei den Gletschern, wird die erwartete Erwärmung des höheren Lagen die wärmeren Jahreszeiten. Dies ist vor
Klimas im Einzugsgebiet des Göscheneralpsees auch zu allem für die Akkumulationszonen der Gletscher von
einer bedeutenden Veränderung der Schneespeicher Bedeutung. Diese Mengen gehen gemäss PREVAH aber
führen. bereits gegen Mitte des Jahrhunderts deutlich zurück und
Gemäss PREVAH geht der maximale Schneewasserwert versiegen gegen Ende des Jahrhunderts im Normalfall
Mitte Winter um 20‐50% für den Zeitraum 2021‐50, bzw. vollends.
um 50‐60% für den Zeitraum 2070‐99 zurück (Abb. 14). Qualitativ ähnliche Ergebnisse ergeben Berechnungen des
Damit liegen die mittleren Werte gegen Ende des 21. Modells Alpine3D für das Teileinzugsgebiet Dammareuss
Jahrhunderts am unteren Ende der natürlichen Variabilität (Abb. 15). Der Winter verkürzt sich in allen Höhenstufen
von heute, oder sind anders gesagt extrem Schneearme um 5‐8 Wochen und selbst auf 3500 müM schmilzt der
Winter von heute der Normalfall in Zukunft. Schnee für kurze Zeit im Sommer vollständig weg.
Abb. 14: Mit PREVAH berechnete Veränderung in der Klimatologie des Schneewasserwerts (mm) für den Zeitraum 2021‐50 (links)
und den Zeitraum 2070‐99 (rechts), dargestellt für den Median, das 97.5%‐Quantil und das 2.5%‐Quantil (oben) und den
Mittelwert (unten) des gesamten Göscheneralpsee‐Einzugsgebiets. Die schwarze Linie entspricht der Referenz‐Simulation für den
Zeitraum 1980‐2009.
Abb. 15: Mit Alpine3D berechnete Veränderung der Schneedecke für das Teileinzugsgebiet Dammareuss; Verhältnisse heute
(durchgezogene Linie), für den Zeitraum 2071‐2100 gemäss IPCC Szenario A2 (gestrichelte Linie), für den Zeitraum 2071‐2100
gemäss IPCC Szenario B2 (gepunktete Linie); von links nach rechts: Von Schnee bedeckter Flächenanteil im Jahresverlauf (%),
saisonaler Schneespeicher [mm], maximaler Schneewasserwert mit der Höhe (mm), Schneevolumen mit der Höhe (mm).
11Erwartete Veränderung der Verdunstung und Auch bezüglich der im Boden gespeicherten Wassermenge
Bodenfeuchte gibt es eine grosse Unsicherheit. Doch angesichts der
wenig entwickelten Böden in diesem alpinen Einzugsgebiet
kann von einer allgemein geringen Bodenwasser‐
Eine Änderung des Klimas wird auch Auswirkungen auf die
speicherung ausgegangen werden. Grundlage für die
Verdunstung und die Wasserspeicherung im Boden haben.
Berechnung der temporären Bodenwasserspeicherung im
Jährlich verdunsten im Göscheneralpsee‐Einzugsgebiet ca.
Göscheneralpsee‐Gebiet ist eine angenommene Beziehung
13% des gesamten Jahresniederschlags. Die Berechnungen
zwischen Landnutzung und Bodenkennwerten.
des Modells PREVAH sind zwar mit grosser Unsicherheit
Gemäss den Ergebnissen des Modells PREVAH dürfte die
behaftet, weil man immer noch relativ wenig weiss über
Bodenwasserspeicherung in Zukunft nur unwesentlich
die Verdunstung in alpinen Einzugsgebieten. Die
zunehmen. Diese Zunahme ist eine Folge des
Grössenordnung stimmt aber recht gut mit Angaben des
Gletscherrückgangs und der damit verbundenen Freilegung
hydrologischen Atlas der Schweiz (Tafel 4.1).
des Gletschervorfelds. Sobald eine vergletscherte Fläche
Im Vergleich zur Unsicherheit im Modell und zum Anteil an
verschwindet, wird diese durch vegetationslose Schotter
der jährlichen Wasserbilanz sind die erwarteten
im Modell ersetzt. Solche Böden sind nach wie vor sehr
Veränderungen in der Verdunstung gering. Für den
speicherarm. Diese vorerst fels‐dominierten Flächen
Zeitraum 2021‐50 berechnet das Modell eine Zunahme der
entwickeln sich nur über sehr lange Zeit zu feinkörnigen,
jährlichen Verdunstung um ca. 15 mm bzw. um 0.6% des
speicherfähigen Böden.
aktuellen Jahresniederschlags; für den Zeitraum 2070‐99
um ca. 27 mm bzw. um 1.2%.
Abb. 16: Mit PREVAH berechnete Veränderung in der Klimatologie der durchschnittlichen Verdunstung (mm/Tag; oben) und
Bodenwasserspeicherung (mm; unten) für den Zeitraum 2021‐50 (links) und den Zeitraum 2070‐99 (rechts) gemittelt über das
gesamte Einzugsgebiet des Göscheneralpsees. Die schwarze Linie entspricht der Referenz‐Simulation für den Zeitraum 1980‐2009.
12Auswirkungen auf den Zufluss zum Der Wert des maximalen Abflusses hingegen scheint sich
Göscheneralpsee weder in näherer noch in ferner Zukunft stark zu
verändern, auch wenn die Unterschiede zwischen den 10
Modelläufen mit zunehmenden Prognosehorizont grösser
Als integrales Ergebnis der sich verändernden
werden, bzw. die Aussage mit einer grösseren
Teilkomponenten der Wasserbilanz wird sich das
Ungenauigkeit behaftet ist. Auch die gesamte jährliche
Zuflussregime des Göschernalpsees anpassen. Diese
Zuflussmenge wird sich gemäss PREVAH in einem
Änderungen sind komplex und betreffen Abflussvolumina,
Normaljahr gegenüber der Referenzperiode nur
Saisonalität, sowie die jährliche Variabilität. Die
unwesentlich verändern, und zwar im Mittel um ‐0.6%
Modellprognosen unterscheiden sich je nach
(±1.8%, 2021‐50), resp. um ‐1.9% (±4.7%, 2070‐99). Die
Klimamodellkette, aber teilweise auch zwischen den
mittleren Abnahmen sind dabei aber kleiner als die durch
beiden verwendeten hydrologischen Modellen. Im
die verschiedenen Klimamodelle bedingte Unsicherheit.
folgenden werden zunächst die Abflussprognosen der
Dem zukünftig zusätzlichen Wasserangebot im April bis
beiden hydrologischen Modellen separat vorgestellt, eine
Juni steht eine ebenso deutliche Abnahme des
Synthese findet sich im abschliessenden Diskussionsteil.
Seezuflusses im Juli bis September gegenüber. Das kann in
hoher Übereinstimmung unter den einzelnen Simulationen
PREVAH bis Ende des Jahrhunderts mehr als 50% des heutigen
mittleren Abflusses im August ausmachen.
Am offensichtlichsten ist eine Veränderung der Saisonalität Qualitativ übereinstimmend sind auch die einzelnen
im Gesamtabfluss (Abb. 17). Das Timing des maximalen Simulationen zur Erhöhung des Abflusses in den
Abflusses im Sommer verschiebt sich im Mittel um ca. 3 Wintermonaten (Nov.‐Feb.). Die Zunahme variiert jedoch
Wochen bis Mitte, bzw. um ca. 6 Wochen bis Ende des zwischen 0 – 2 mm/Tag je nach Klimamodellkette, Monat
Jahrhunderts. Diesbezüglich stimmen Simulationen von der und Prognosehorizont, was bis zu einer Verfünffachung der
Hälfte der Klimamodellketten bestens überein, während aktuellen Winterabflüsse bedeuten kann.
die anderen Simulationen um ca. 1 – 2 Wochen abweichen.
Abb. 17: Mit PREVAH berechnete Veränderung in der Klimatologie des natürlichen Zuflusses (mm/Tag) für den Zeitraum 2021‐50
(links) und den Zeitraum 2070‐99 (rechts), dargestellt für den Median, das 97.5%‐Quantil und das 2.5%‐Quantil (unten) und den
Mittelwert (oben) des gesamten Einzugsgebiets. Die schwarze Linie entspricht der Referenz‐Simulation für den Zeitraum 1980‐
2009.
13Die Percentil‐Darstellung (Abb. 17, unten) zeigt die grosse Auch die Alpine3D Simulationen zeigen eine deutliche
Variabilität im Abfluss zwischen den einzelnen Jahren der Vorverschiebung der Schneeschmelze, dies je nach
30‐jährigen Simulationsperioden. So sind die mittleren Klimamodellkette um 1.5 bis 3.5 Wochen für 2021‐2050,
Abflüsse im Sommer in extremen Jahren mehr als doppelt bzw. 4 bis 7 Wochen für 2071‐2100 (Abb. 18). Ähnlich wie
bzw. weniger als halb so hoch wie in durchschnittlichen bei der PREVAH Simulationen, ist die Veränderung des
Jahren. Dieses Verhältnis zwischen extremen und maximalen Abflusses im Sommer unklar und variiert um ca.
normalen Jahren wird sich im wesentlichen auch in Zukunft +/‐ 15% je nach Klimaszenario. Dafür prognostiziert
wenig verändern. Die augenfälligste qualitative Alpine3D im Gegensatz zu PREVAH eine klare Zunahme der
Veränderung im Bezug auf die Variabilität zwischen mittleren jährliche Zuflussmengen, dies um 6 bis 23% Mitte
einzelnen Jahren betrifft die Abflüsse im September und Jahrhundert bzw. um 6 bis 22% Ende Jahrhundert. Bis 2050
Oktober. Hier prognostiziert PREVAH für extrem nehmen in durchschnittlichen Jahren die Abflüsse ab April
Abflussreiche Jahren ein 4 bis 5‐fach überhöhten Abfluss bis Mitte Juli stark zu, während in den darauffolgenden
relativ zu durchschnittlichen Jahren. Diese Monaten der Abfluss fast unverändert bleibt oder allenfalls
Regimeänderung von einem zu zwei saisonalen Abfluss‐ sogar leicht zunimmt. Bis 2100 prognostiziert auch
schwerpunkten in Wasserreichen Jahren zeichnet sich Alpine3D gegenüber heute einen Rückgang im Abfluss für
bereits in der Periode von 2021‐2050 ab. die Monate Juli und August, dies um ca. 1/3 der heutigen
Werte. Die Wintermonate Dezember bis März verbleiben
Alpine3D in allen Simulationen mit Alpine3D im Wesentlichen
unverändert.
Das Verhältnis zwischen extremen und normalen Jahren
Wie bereits erwähnt, war es aus Kapazitätsgründen nicht
bleibt sehr ähnlich. Wie bei den PREVAH Simulationen
möglich, Alpine3D Simulationen für alle 10 Klimamodell‐
zeichnen sich in Wasserreichen Jahren allerdings zwei
ketten bereitzustellen. Statt dessen wurden insgesamt 7
saisonale Abflussschwerpunkte statt einem ab, was unter
Simulationen für 3 unterschiedliche Klimamodellketten
anderem mit dem prognostizierten Rückgang der
berechnet, welche gemäss PREVAH Simulationen einem
Niederschläge im Juli und August zusammenhängt.
mittleren, einem stärkeren und einem moderateren
Szenario entspricht.
Abb. 18: Mit Alpine3D berechnete Veränderung in der Klimatologie des natürlichen Zuflusses (mm/Tag) für den Zeitraum 2021‐50
(links) und den Zeitraum 2071‐2100 (rechts), dargestellt für den Median, das 97.5%‐Quantil und das 2.5%‐Quantil (oben) und den
Mittelwert (unten) des gesamten Einzugsgebiets. Die schwarze Linie entspricht der Referenz‐Simulation für den Zeitraum 1981‐
2010. 14Vergleich und Diskussion der Modellergebnisse
Vergleich der beiden hydrologischen Modelle Dass die grössten Unterschiede zwischen den Modellen
gerade jene Monate betreffen, die von Gletscherschmelze
dominiert werden, entspricht den Erwartungen. Das
In den Aussagen der beiden hydrologischen Modelle finden
physikalisch basierte Modell Alpine3D reagiert wesentlich
sich viele Gemeinsamkeiten (Abb. 17 und 18). Dies betrifft
stärker auf Veränderungen der Gletscheroberflächen,
beispielsweise die um zunächst 3 später 6 Wochen früher
welche durch die frühere Ausaperung von saisonalem
einsetzende Frühlingsschmelze, während sich gleichzeitig
Schnee deutlich länger und intensiver der Sonnenstrahlung
der maximale mittlere Abfluss im Sommer kaum verändert.
ausgesetzt sein werden. Deshalb zeigt dieses Modell auch
Auch sind sich die Modelle im Bezug auf die Variabilität
mittelfristig zunächst erhöhten Abfluss im August und
zwischen den einzelnen Jahren einig. Doch gibt es auch
September, der erst dann zurückgeht, wenn das
Unterschiede in den Aussagen der beiden hydrologischen
Schrumpfen der Gletscheroberfläche den oben
Modelle, ein detaillierter Vergleich ist für jene drei
beschriebenen Effekt kompensiert.
Klimamodellketten möglich, für welche Simulationen mit
Auch allgemein zeigt Alpine3D eine etwas höhere
beiden Modellen zur Verfügung stehen (Abb. 19).
Sensitivität gegenüber den meteorologischen Einfluss‐
Für die Periode 2071‐2100 stimmt zwar die Saisonalität der
faktoren im Vergleich zu PREVAH. Die unterschiede
Abflussänderungen gut überein, jedoch zeigen die
zwischen den Simulationen mit den 3 Klimamodellketten,
Simulationen mit Alpine3D in der Abflussreichen Zeit (April
aber auch zwischen den extremen Jahren (2.5 und 97.5
– Oktober) durchwegs höhere Werte als die Berechnungen
Percentilen) sind leicht höher in den Alpine3D
mit PREVAH. Dies trifft in ähnlicher Weise auch auf die
Simulationen.
Periode 2021‐2050 zu, beschränkt sich dann aber auf die
Zusammengefasst sind die Aussagen der beiden
Monate Juli – September. Für diese Monate zeigen die
hydrologischen Modelle eindeutig im Bezug auf die
Ergebnisse von PREVAH eine Abnahme im Abfluss,
jahreszeitlichen Veränderungen, vor allem im Frühling /
während Alpine3D keine oder sogar zunehmende Abflüsse
Sommer und längerfristig auch im Sommer / Herbst.
prognostiziert. Die genannten Unterschiede führen dann
Ausserdem wird die Situation im Bezug auf die Variabilität
auch dazu, dass der jährliche Abfluss nur gemäss Alpine3D
zwischen extreme Jahren übereinstimmend beurteilt.
bis zu 20% zunimmt, während PREVAH keine Änderungen
Unsicher hingegen ist, ob bzw. um wieviel sich die
vorhersieht.
mittleren Jahresabflüsse im Verlaufe des aktuellen
Jahrhunderts verändern.
Abb. 19: Spezifische Änderung des Abflusses im jahreszeitlichen Verlauf bis Mitte Jahrhundert (2021‐50, links), bzw. bis Ende
Jahrhundert (2071‐2100, rechts). Mit Alpine3D berechnete Auswirkungen (grün), Ergebnisse mit PREVAH (blau). Die Pfeile
bezeichnen den Mittelwert (Kreise) sowie 25% und 75% Percentilen (Pfeilspitzen) der Variabilität zwischen den einzelnen Jahren.
15 für welche Simulationen mit beiden Modellen zur Verfügung
Die Auswertung wurde für jene drei Klimamodellketten gemacht,
stehen: CRNM‐ARPEGE‐ALADIN (oben), SMHI‐BCM‐RCA (Mitte), ETHZ‐HadCM3Q0‐CLM (unten).Natürliche Variabilität zwischen den Jahren. denkbar, dass der relativ einfache Ansatz, der für die
Berechnung der Gletscherszenarien verwendet wurde,
weniger gut mit dem Energie‐Bilanzansatz von Alpine3d
Die zu erwartenden Änderungen im Zufluss des
kompatibel ist, als das für PREVAH der Fall ist. Ob dieser
Göschernalpsees müssen auch im Zusammenhang mit der
Effekt zu Unterschieden in den mittleren Jahresabflüssen
natürlichen Variabilität zwischen den Jahren gesehen
zwischen den beiden hydrologischen Modellen geführt hat,
werden. Wie berichtet sind die mittleren Abflüsse im
konnte im Rahmen dieser Studie nicht evaluiert werden,
Sommer in extremen Jahren mehr als doppelt bzw.
wäre aber ein sinnvoller Anknüpfungspunkt für allfällige
weniger als halb so hoch wie in durchschnittlichen Jahren.
Folgestudien.
Im Vergleich dazu sind die prognostizierten Änderungen
Trotz all der oben diskutierten Unsicherheiten ergeben sich
relativ klein, so dass alle simulierten Jahresganglinien für
doch einer Reihe qualitativer und teils auch quantitativer
den Abfluss in einem zukünftig durchschnittlichen Jahr
Aussagen, die man gemäss aktuellem Stand des Wissens
innerhalb der Grenzen der aktuellen Variabilität liegen. Das
treffen kann. Das sind insbesondere jene Simulations‐
heisst nicht, dass die Änderungen nicht signifikant oder
ergebnisse, die eine hohe Konsistenz zwischen den
unbedeutend wären. Aber es bedeutet, dass die
Klimamodellketten und den beiden hydrologischen
durchschnittlichen Verhältnisse Ende des Jahrhunderts
Modellen aufweisen.
bereits heute in extremen Jahren beobachtet werden
können.
Auswirkungen auf den Betrieb
Unsicherheitsfaktoren bei der Modellierung.
Die CKW AG als Teilhaber der Kraftwerke Göschenen AG ist
bisher von einem mittleren Rückgang der Zuflüsse in den
Aussagen zur Auswirkungen des Klimawandels sind
Göschernalpsee um 7% bis 2035, bzw. um 10% bis 2050
generell mit grösseren Unsicherheiten behaftet. Dies liegt
ausgegangen. Diese Werte stammen aus einer Studie des
daran, dass gleich eine ganze Kaskade von Modellen mit
Bundesamts für Energie BFE aus dem Jahre 2005 (Horton,
ihren spezifischen Annahmen und Unsicherheiten
2005), sind allerdings nicht spezifisch für das Einzugsgebiet
gekoppelt werden müssen. Das fängt an bei den
des Göschernalpsees gerechnet. Die spezifischen
Emissionsszenarien, die die Entwicklung der Weltwirtschaft
Berechnungen für den Göschernalpsee im Rahmen der
und den damit verbundenen Konzentrationen
vorliegenden Studie gehen jedoch von keinem Rückgang
klimarelevanter Gase abschätzen müssen. Damit
(PREVAH) oder gar von einem mittelfristigen Anstieg der
verbundene Unsicherheiten können kaum quantifiziert
Zuflüsse (Alpine3D) aus. Aufgrund der Unsicherheit
werden. Die Emissionsszenarien werden dann von globalen
bezüglich der genauen Quantifizierung zukünftiger Zuflüsse
Zirkulationsmodellen (GCM) auf deren Auswirkungen auf
hat die CKW entschieden, keine detailierten Berechnungen
grösserskalige Wetterlagen untersucht. Diese Ergebnisse
zur Mehr‐ oder Minderproduktion des Kraftwerks im
werden dann mit Hilfe von regionalen Klimamodellen
Vergleich zu heutigen Randbedingungen durchzuführen.
(RCM) auf konkrete Klimasimulationen für die Zukunft in
Änderungen der Produktion sind bei der Art, wie der
einer Auflösung von ca. 25 km gerechnet. Mit Hilfe von
Stausee heute betrieben wird, jedoch gemäss CKW direkt
Downscaling‐Verfahren werden diese Simulationen dann
proportional zu Änderungen im Jahreszufluss.
auf konkrete Datenserien für einzelne Messstationen
Die erwarteten saisonalen Veränderungen im Zufluss des
projiziert, welche schlussendlich als Input für die
Göschernalpsees wurden mit dem Betriebsmodell der CKW
hydrologische Modellierung verwendet werden. Um die
detaillierter analysiert. Dazu wurden alle betrachteten
mit der Klimamodellierung verbundenen Unsicherheiten
Zuflussszenarien auf den aktuellen Jahreszufluss skaliert,
mit einzubeziehen, wurden separate hydrologische
um nur die Veränderungen in der Saisonalität zu
Simulationen auf der Basis von Klimadatenreihen von
berücksichtigen. Wenn man den heutigen Energiebedarf
unterschiedlichen GCM und RCM gerechnet (Klimamodell‐
und das aktuelle Preisgefüge zu Grunde legt, würden die
ketten). Die Streuung zwischen diesen Simulationen ist
jahreszeitlichen Änderungen im Zufluss gemäss allen
zumindest ein Hinweis auf die mit der Klimamodellierung
Modellketten in Fig. 19 bis Mitte Jahrhundert eine deutlich
verbundenen Unsicherheiten.
Steigerung des Ertrags mit sich bringen. Da aber
Speziell an der vorliegenden Fallstudie und
mittelfristige Änderungen im Zufluss die Einsatzplanung
wissenschaftlich interessant ist, dass zusätzlich zur obigen
der Kraftwerke und die Preisdynamik beeinflussen würden,
Diskussion auch erstmals die Unsicherheiten durch
sind obige Berechnungen nicht besonders aussagekräftig.
verschiedenartige Ansätze in der hydrologischen
Dies gilt insbesondere, wenn auch andere Stauseen
Modellierung beurteilt werden können. Zumindest
ähnliche Veränderungen im Zufluss erfahren würden. Für
teilweise sind die Unterschiede zwischen den Ergebnissen
verbesserte Ertragsprognosen müsste ein neues
der beiden verwendeten hydrologischen Modelle
Preisszenario entwickelt werden, was aufgrund der
mindestens so gross, wie die Bandbreite der Ergebnisse aus
komplexen Zusammenhänge zwischen zukünftigem
den verschiedenen Klimamodellketten. Dabei ist zu
Zufluss, Energiebedarf, Kraftwerksbetrieb und Preis‐
bemerken, dass beide hydrologischen Modelle auf die
dynamik schwierig zu ermitteln wäre.
extern berechneten Gletscherszenarien abstützen, welche
die Entwicklung der Gletscherflächenanteile in den
hydrologischen Simulationen steuern. Es ist jedoch
16Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Diese Fallstudie beinhaltet Berechnungen zukünftiger mittelfristig zunächst erhöhten Zufluss im August und
Zuflussszenarien für den Göschernalpsee, welcher der September, der erst dann zurückgeht, wenn das
Kraftwerke Göschenen AG als Stausee dient. Die Schrumpfen der Gletscheroberfläche den oben
Berechnungen basieren auf der Kopplung einer ganze beschriebenen Effekt kompensiert. Dieser Umkehrpunkt
Kaskade von Modellen: a) IPCC Emissionsszenarien; b) trifft in den vorliegenden Berechnungen erst gegen ca.
Berechnungen von globalen Zirkulationsmodellen (GCM) 2090 ein, was aber stark abhängig ist von den
zur Auswirkung der Emissionsszenarien auf grösserskalige vorgegebenen externen glaziologische Berechnungen zur
Wetterlagen; c) konkrete Klimasimulationen durch zukünftigen Entwicklung der Gletscherflächen. Es ist
regionale Klimamodellen (RCM) auf Skala Europa in einer denkbar, dass der relativ einfache Ansatz, der für die
Auflösung von ca. 25 km; d) Projektion dieser Ergebnisse Berechnung der Gletscherflächen verwendet wurde, nicht
auf Datenserien einzelner Messstationen in der Region geeignet ist zur Kopplung mit dem Energie‐Bilanzansatz
Göschenen / Andermatt durch statistisches downscaling; e) von Alpine3d. Daher sind entsprechende Ergebnisse vom
glaziologische Berechnungen zur zukünftigen Entwicklung Modell Alpine3D zum Gesamtjahreszufluss ggf. nur bedingt
der Gletscherflächen im Einzugsgebiet des Göschernalp‐ aussagekräftig. Hier wäre für zukünftige Studien sicher
sees; f) hydrologische Modellierung für den Stausee unter wünschenswert, volumetrische Gletscherszenarien auf der
Verwendung der Ergebnisse von d) und e) mit zwei Basis komplexerer glaziologischer Modelle zur Kopplung
unterschiedlichen Modellansätzen. Die Kopplung einer zur Verfügung zu haben.
solchen Anzahl von Einzelmodellen mit ihren spezifischen Die zu erwartenden Änderungen im Zufluss des
Unsicherheiten verursacht zwangsläufig eine grössere Göschernalpsees müssen auch im Zusammenhang mit der
Bandbreite möglicher Ergebnisse. Dennoch konnte für natürlichen Variabilität zwischen den Jahren gesehen
einen Teil der Aussagen eine hohe Konsistenz zwischen werden. Bereits heute sind die mittleren Abflüsse im
den Berechnungen mit verschiedenen Modellketten Sommer in extremen Jahren mehr als doppelt bzw.
(unterschiedliche Kopplungen der Einzelmodelle) erzielt weniger als halb so hoch wie in durchschnittlichen Jahren.
werden. Dieses Verhältnis zwischen extremen und normalen Jahren
Die offensichtlichste Veränderung betrifft die Saisonalität wird sich im wesentlichen auch in Zukunft wenig
des Gesamtzuflusses (Abb. 19). Das Timing des maximalen verändern. Im Vergleich zur natürlichen Variabilität
Zuflusses im Sommer verschiebt sich im Mittel um ca. 3 zwischen den Jahren sind die prognostizierten Änderungen
Wochen bis Mitte, bzw. um ca. 6 Wochen bis Ende des im Zufluss relativ klein, so dass alle simulierten
Jahrhunderts. Gleichzeitig stimmen die hydrologischen Jahresganglinien in einem zukünftig durchschnittlichen Jahr
Modelle darin überein, dass sich der maximale mittlere innerhalb der Grenzen der aktuellen Variabilität liegen. Das
Abfluss im Sommer kaum verändern wird (Abb. 17 und 18). heisst nicht, dass die Änderungen nicht signifikant oder
Dem zukünftig zusätzlichen Wasserangebot im April bis unbedeutend wären. Aber es bedeutet, dass die
Juni steht eine deutliche Abnahme des Seezuflusses im Juli durchschnittlichen Verhältnisse Ende des Jahrhunderts
bis September gegenüber, dies gemäss PREVAH bereits ab bereits heute in extremen Jahren beobachtet werden
2021‐2050, bzw. gemäss Alpine3D erst ab 2071‐2100 (Abb. können.
19). Die Kraftwerksbetreiber sind bisher von einem mittleren
Auch wenn die Saisonalität der Veränderungen im Zufluss Rückgang der Zuflüsse in den Göschernalpsee um 7% bis
in den verschiedenen Modelläufen gut übereinstimmt, 2035, bzw. um 10% bis 2050 ausgegangen, basierend auf
zeigen die Simulationen mit Alpine3D in der Zuflussreichen einer früheren Studie im Auftrag des BFE, die allerdings
Zeit (Mai – September) durchwegs höhere Werte als die nicht spezifisch für das Einzugsgebiet des Göschernalpsees
Berechnungen mit PREVAH. Dabei betreffen die grössten gerechnet wurde. Die hier erarbeiteten Zuflussszenarien
Unterschiede zwischen den Modellen jene Monate, die von für den Göschernalpsee zeigen jedoch keinen Rückgang
Gletscherschmelzwasser dominiert werden. Diese Unter‐ (PREVAH) bzw. sogar einem mittelfristigen Anstieg der
schiede führen dann auch dazu, dass der jährliche Zufluss Zuflüsse (Alpine3D). Die erwarteten saisonalen
nur gemäss Alpine3D bis zu 20% zunimmt, während Veränderungen im Zufluss des Göschernalpsees wurden
PREVAH keine wesentlichen Änderungen prognostiziert. mit dem Betriebsmodell der CKW analysiert. Wenn man
Diese Differenzen in den Ergebnissen der beiden den heutigen Energiebedarf und das aktuelle Preisgefüge
hydrologischen Modelle sind nicht unerwartet. Das zu Grunde legt, würden die jahreszeitlichen Änderungen
physikalisch basierte Modell Alpine3D reagiert wesentlich bis Mitte Jahrhundert eine deutlich Steigerung des Ertrags
stärker auf Veränderungen der Gletscheroberflächen, mit sich bringen. Da aber mittelfristige Änderungen im
welche durch die frühere Ausaperung von saisonalem Zufluss die Einsatzplanung der Kraftwerke und die
Schnee deutlich länger und intensiver der Sonnenstrahlung Preisdynamik beeinflussen würden, sind derartige
ausgesetzt sein werden. Deshalb zeigt dieses Modell auch Berechnungen nicht besonders aussagekräftig.
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