Schwall in Österreich Hydrologie Charakterisierung von Schwallwellen

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Gerrit Schulz
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Schmutz Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement

1 Schwall in Österreich Hydrologie Charakterisierung von Schwallwellen F. Greimel, B. Zeiringer, S. Schmutz Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement (IHG) Department Wasser-Atmosphäre-Umwelt (WAU) Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) 1

2 Inhalt Ziele und Fragestellung: Hydrologische Analysen Auslesealgorithmus Unterscheidung Schwallwellen Hochwasserwellen Klassifizierung Wellenintensität Schwallpegel Vergleich Wellenintensität Schwallpegel Vergleich Wellenanzahl Schwallpegel Vorschlag Risikoausweisung: hydrologische Schwallbelastung Ausblick 2

3 Ziele und Fragestellung: Hydrologische Analysen Welcher Schwall tritt wann und wie oft auf? Hydrologische Schwallklassifizierung Schwallbelastungen vergleichen Randbedingungen für hydraulisch/morphologische Auswertungen ermitteln 3

4 Auslesealgorithmus (für jede zusammenhängende Abflussschwankung) Q (m³/s) Sunk (S) Schwall (P) Kennzahlen: für Anstiege IC und Abfälle DC - Dauer dt (min) duration_event - Schwall-Sunk-Verhältnis (1:x) flow_ratio - Mittl. IC/DC (m³/s/15min) dq_ts_mean - Maximal IC/DC (m³/s/15min) dq_ts_max - Summe Q-Änderung IC/DC dq_ic/dc (m³/s/event) dq_tot Anstieg (IC) Abfall (DC) t (min) 4

5 Unterscheidung Schwallwellen - HQ Wellenintensität Natürliche Abflussschwankungen 5

6 Unterscheidung Schwallwellen - HQ Wellenintensität Schwallwellen 6

7 Unterscheidung Schwallwellen - HQ Wellenintensität Natürliche Abflussschwankungen konvektive Niederschläge schneller als Schnee- und Gletscherschmelzen Schwall Verschiedenste Betriebsweisen Aber schneller als natürliche Ereignisse (mit steigender Entfernung zur Turbine wird der Unterschied geringer) Um Schwall von natürlichen Ereignissen unterscheiden zu können muss also die Geschwindigkeit von Hochwässern abhängig von der Einzugsgebietsgröße untersucht werden. 7

8 Geschwindigkeit der Ereignisse in Abhängigkeit der Gewässergröße Unterscheidung Schwallwellen - HQ Wellengeschwindigkeit Einzugsgebietsgröße (km²) Jedes Ereignis mit darüber hinausgehender Geschwindigkeit ist definitiv als Schwall zu bezeichnen, da in der Natur solch hohen Geschwindigkeiten nicht vorkommen. 8

9 Unterscheidung Schwallwellen - HQ Wellengeschwindigkeit Die Ereignisse welche die rote Linie überschreiten sind anthropogen verursacht. Zwischen roter und blauer Linie sind pro Jahr 5-20 natürliche Ereignisse zu erwarten. Ereignisse unterhalb der blauen Linie sind nicht eindeutig zuweisbar. Die als Schwall gekennzeichneten natürlichen Abflussschwankungen sind durch Ausreißer vor allem der Kennzahl Dauer und dq_tot einfach erkennbar und werden nicht bewertet 10

10 Klassifizierung potentieller Schwallwellen - Intensität 14

11 Intensität Zeitreihen Zeitintervall Jahr (Betrachtung 1 Pegel) Bsp. Pegel Wald / Salzach KW Fertigstellung 1989 Änderung der Betriebsweise ab

12 Intensität Zeitreihen Zeitintervall Tag (Betrachtung 1 Pegel) Woche 16 18

13 Intensität Zeitreihen Zeitintervall Tag (Betrachtung 1 Pegel) Woche 28 19

14 Klassifizierung Zusammenfassung Perzentilberechnung Datengrundlage: sämtliche potentielle Schwallereignisse in gesamter Pegelzeitreihe Definition der berechneten Perzentilgrenzen als Klassengrenzen für die Schwallintensität (5 Klassen) Events, welche nicht als potentielle Schwallereignisse eingestuft werden können, werden in der Klasse SUB zuzammengefasst. Definition der Ausreißergrenzen für sämtliche Kennzahlen Validierung der Klassifizierung durch Analyse unterschiedlicher zeitlicher Auflösungen und Vergleich bzw. manuellem Zählen der klassifizierten Ereignisse anhand der Pegelganglinie Validierung durch Vergleich der Klassifizierung von Turbinendaten und Unterliegerpegel 23

15 Vergleich Wellenanzahl Schwallabschnitte Österreich (Jahr 2008) 24

16 Vorschlag Risikoauswertung: hydrologische Schwallbelastung Risiko (RHY) = Anzahl x Intensität 25

17 Zusammenfassung/Ausblick Erfassung und Darstellung der hydrologischen Schwallbelastung abgeschlossen. Interpolation der Schwallbelastung zwischen Pegeln innerhalb eines Schwallabschnittes zur Darstellung mit maximaler Auflösung läuft im Testbetrieb. Installation von zeitweiligen Pegelstationen zur Beschreibung der Schwallbelastung in Schwallabschnitten ohne vorhandene Pegel sowie zur Datenverdichtung wäre sinnvoll. 26

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