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