Rechtzeitige Hochwasserwarnung und Verlängerung der Vorhersage als Mittel zur Schadensverminderung

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1 Rechtzeitige Hochwasserwarnung und Verlängerung der Vorhersage als Mittel zur Schadensverminderung Bruno Schädler Bundesamt für Wasser und Geologie Landeshydrologie und -geologie CH-3003 Bern 1. Einleitung Eine rechtzeitige "\Varnung vor sich entwickelnden Hochwasser ist für die Personen, welche entlang der Fliessgewässer und Seen und in den potentiellen Überflutungsflächen wohnen oder arbeiten, von grosser, zum Teil sogar überlebenswichtiger Bedeutung. Die für die Warnung und allfällige Evakuierung, für die Abwehr der Hochwasser und für die Bekämpfung und Behebung von im Ereignisfall eintretenden Schäden verantwortlichen Stellen sind darauf angewiesen, die Hochwasserwarnung möglichst frühzeitig zu erhalten. Sie müssen genügend Zeit haben für die eigene Mobilisierung (nachts, während Feiertagen etc.), sie müssen Geräte und Material vor Ort bringen und damit die notwendigen Vorbereitungen treffen können. Die Warnungen können einerseits auf Messungen der Wasserstände in den Fliessgewässern basieren, anderseits aber auch auf Vorhersagen der Wasserstände an den kritischen Punkten entlang der Flüsse. Der rasche Austausch der gemessenen Daten von den oben im Flusseinzugsgebiet gelegenen Regionen zu den untenliegenden Gebieten ist dabei unerlässlich. Dies bedeutet, dass die Kommunikation zwischen den Diensten, den Behörden und - im Falle eines internationalen Flusseinzugsgebietes - zwischen den Staaten gut organisiert sein muss. 2. Die Forderungen im Aktionsplan Hochwasser der IKSR Vor diesen Hintergründen und unter dem Eindruck der Hochwasser der Jahre 1993 und 1995 in weiten Teilen des Rheins wurden im Aktionsplan Hochwasser der IKSR verschiedene Zielvorgaben zur weiteren Verbesserung des Hochwassermelde- und -vorhersagesystems im Rhein formuliert: a) Aufbau eines Kommunikationsnetzes für hydrologische und meteorologische Daten b) Ausbau der real-time Niederschlagsmessnetze einschliesslich Verbesserung der quantitativen Erfassung der Gebietsniederschläge mittels Radar und Zugang zu den entsprechenden aktuellen Daten c) Weiterentwicklung und Einsatz der notwendigen hydrologischen Vorhersagemodelle für den Rhein und die Zuflüsse d) Intensivierung der operationellen Zusammenarbeit zwischen den Vorhersagezentren und Erarbeitung einer vereinheitlichten Terminologie für das Abfassen von Hochwasserberichten e) Erarbeitung einer internationalen Festlegung über Grundsätze zum freien Daten- und Informationsaustausch und über die Zusammenarbeit und Abstimmung zwischen den Hochwassermelde- und vorhersagezentralen. Diese Ziele mussten selbstverständlich nicht von Null her angegangen werden. Das Hochwassermelde- und vorhersagesystem hatte bereits in den Jahren 1993 und 1995 dank der bereits

2 _langjährigen Anstrengungen sehr zufriedenstellend funktioniert. Natürlich waren in den verschiedenen Staaten und Bundesländern die Startvoraussetzungen unterschiedlich. Wichtige Projekte waren bereits in deri Jahren nach den Hochwassern initiiert worden und standen 1998 schon in der Realisietungsphase. Dank der frühzeitigen Initiative aller Beteiligten konnten bis heute bereits spürbare Fortschritte erzielt werden und wichtige weitere Projekte sind im Gang oder in Vorbereitung. Einen genauen Stand der Dinge wird der Statusbericht 2000 der IKSR vermitteln können. Im Folgenden soll jedoch ein erster Überblick gegeben werden. 3. Hochwasserwarnung und -vorhersage Die beste Hochwasserwarnung ist eine möglichst langfristige und möglichst präzise Hochwasservorhersage. Für Vorhersagen, die nur auf Wasserständen und Abflüssen basieren, hängt die Vorhersagedauer hauptsächlich von der Verfügbarkeit der Pegelmessungen an den Oberläufen des Flusses und von der Grösse des Einzugsgebiets und damit von der Laufzeit einer Hochwasserwelle ab. Normalerweise sind es statistische und/oder hydraulische Modelle, welche aufgrund der gemessenen Pegel und der Gestalt der Flussläufe den Wasserstand vorausberechnen. Diese Verfahren erlauben jedoch nur eine beschränkte Vorhersagedauer. Sie beträgt - bei akzeptabler Vorhersagegüte - für den Hochrhein etwa 12, für den Mittelrhein etwa 24 Stunden und für den Rhein ab der niederländischen Grenze etwa 48 Stunden. Diese Verfahren waren bereits bei den Hochwassern von 1993 und 1995 im Einsatz. Eine Verlängerung der Vorhersagezeit kann dadurch erreicht werden, dass sogenannte Niederschlag-Abfluss-Modelle eingesetzt werden. In diesen Modellen wird ausgehend vom gemessenen Niederschlag - zusammen mit den gemessenen Pegeln an den Oberläufen - der Abfluss vorausberechnet. In den Höhenlagen werden zusätzlich noch der Schneefall und die Schneeschmelze mitberücksichtigt. Die Vorhersagedauer kann dadurch noch um 6 bis 12 Stunden verlängert werden. Wenn nun anstelle des gemessenen Niederschlages der von den Wettervorhersagemodellen vorhergesagte Niederschlag in die Niederschlag-Abfluss Berechnung miteinbezogen wird, kann dadurch die Vorhersagedauer um bis zu 48 Stunden verlängert werden. Allerdings lässt es sich nicht vermeiden, dass die Fehler der Wettervorhersage direkt die Genauigkeit der Wasserstands- oder Abflussvorhersage negativ beeinflussen. Im Rheineinzugsgebiet wurde und wird auch heute und in Zukunft nicht mit einem einzigen Vorhersageverfahren der Wasserstand an allen Punkten vorhergesagt. Es ist notwendig, die unterschiedlichen Eigenheiten der Teilgebiete (Hochgebirge, Seen, Mittelgebirge, Niederrhein, Grundwasser, Einfluss der Kraftwerke und der Rückhaltemassnahmen am Oberrhein, etc.) mit spezifischen Modellen zu berücksichtigen. Auch sind sehr viele Eingabedaten notwendig, die regional einfacher und schneller verfügbar gemacht werden können. Deshalb wird am System der dezentralen regionalen Erarbeitung der Vorhersagen vorläufig festgehalten. Die Ergebnisse eines Teilgebietes fliessen normalerweise als Eingabegrösse in das nächste Teilgebiet ein. So übergibt die Landeshydrologie und -geologie (LHG) die Vorhersage für Rhein-Rheinfelden an die Hochwasservorhersagezentrale (HVZ) in Karlsruhe. Diese verwendet die schweize1dschen Vorhersagedaten zusammen mit Modellberechnungen für die verschiedenen Zuflüsse und des zusätzlichen Rheinabschnittes zur Berechnung der Vorhersage für die Rheinstrecke von Maxau bis Worms. Diese Ergebnisse werden dann von der Hochwassermeldezentrale RHEIN (HMZ) in Mainz übernommen, welche in ähnlicher Weise die Vorhersagen bis zur deutsch-niederländischen Grenze berechnet. In den Niederlanden, bei RIZA, wird' die von der HMZ für Andernach berechnete Vorhersage als Eingangsgrösse übernommen, um unter Berücksichtigung des Geschehens in den Zwischeneinzugsgebieten die heute 3-tägige Vorhersage für Lobith zu berechnen.

3 In allen Teilgebieten wurden die notwendigen Schritte unternommen, die Modelle zu erweitern und zu verbessern sowie zusätzliche meteorologische Mess- und/oder Vorhersagedaten mit einzubeziehen. Dadurch konnte das Zwischenziel des Aktionsplanes Hochwasser, nämlich eine SO-prozentige Verlängerung der Vorhersagedauer im Jahre 2000 zu erreichen, weitgehend erreicht werden. Weitere Modellentwicklungen sind für die Etappe bis 2005 geplant: Hier geht es insbesondere um die Entwicklung und die Verbesserung der Vorhersagemodelle für dießinzugsgebiete im Rhein bis Basel, der Bruche und Ill, des Main, von Moder und Sauer, der Saar und Mosel, der Nahe, Lahn, Sieg und Lippe sowie der Ruhr. Zwei Voraussetzungen zum Erreichen der ehrgeizigen Ziele des Aktionsplanes sind entscheidend: die Verfügbarkeit und der Austausch der meteorologischen und hydrologischen Daten und die internationale und nationale Zusammenarbeit 4. Nationale und Internationale Zusammenarbeit Der Aktionsplan Hochwasser hat die schon seit vielen Jahren zwischen den Hochwassermelde- und vorhersagezentralen bestandene Zusammenarbeit gefördert und intensiviert. Die besondere hydrologische und verwaltungstechnische Gliederung des Rheineinzugsgebietes mit seinen Nebenflüssen hat dazu geführt, dass verschiedene regionale Vereinbarungen getroffen worden sind. Dies scheint auf den ersten Blick eigenartig, ist aber zweifellos sehr effizient, da mit diesem pragmatischen Vorgehen schnell, flexibel und trotzdem wirksam die notwendigen Vereinbarungen getroffen werden können. Würde man eine alles umfassende übergeordnete Regelung anstreben, müsste zweifellos viel mehr Zeit aufgewendet werden und die Flexibilität wäre kaum mehr derart gewährleistet. Im Folgenden sind eine Reihe von im Rahmen des Aktionsplanes Hochwasser neu erstellten Vereinbarunge-o. genannt: Zwischen der Schweiz und Baden-Württemberg wurden Verwaltungsvereinbarungen abgeschlossen über: (1) die enge Zusammenarbeit zwischen den Vorhersagezentralen in Bern (LHG) und in Karlsruhe (HVZ); (2) den Austausch von Daten und Vorhersagen via Rechnerkommunikation; (3) die regelmässige, häufige und in besonderen Fällen rund um die Uhr zu erstellenden Vorhersagen für den Oberrhein sowie (4) die zusammen mit Vorarlberg zu erstellenden Vorhersagen für den Bodensee. Die Schweiz (LHG) und Frankreich (EDF) haben eine Vereinbarung zum Austausch der hydrologischen Daten direkt ab den automatischen Pegeln abgeschlossen. Die bereits seit 1986 bestehende Vereinbarung zwischen der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes und des Landes Rheinland-Pfalz wurde derart erweitert, dass nun zusätzlich zusammen mit Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen der Hochwassermeldedienst für die gesamte deutsche Rheinstrecke von Rheinfelden bis Emmerich vom Hochwassermeldezentrum RHEIN (HMZ' in Mainz durchgeführt wird. Dies hat zur Folge, dass neben dem Austausch und dem gemeinsamen Publizieren der Daten auch die Vorhersagen aufeinander abgestimmt und voneinander übernommen werden. Eine entsprechende Vereinbarung über die Zusammenarbeit an Saar und Mosel wurde zwischen dem Saarland, dem Land Rheinland-Pfalz und der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bunde's getroffen. Zur Zusammenarbeit mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) auf dem Gebiet der Hydrometeorologie haben die Länder Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz Rahmenvereinbarungen für den Aufbau eines gemeinsamen Ombrometermessnetzes sowie für den Austausch von Echtzeitdaten für den Hochwassermeldedienst getroffen. Ebenso werden gemeinsame Projekte für die Beobachtung und Modellierung der Schneedecke durchgeführt.

4 Die Zusammenarbeit zwischen den Niederlanden (RIZA) und Deutschland (BfG und HMZ) wurde mit verschiedenen Vereinbarungen zu grösseren Einzelprojekten, in die teilweise auch die Schweiz (LHG) miteinbezogen ist, festgelegt. Eine für die internationale Zusammenarbeit und den Datenaustausch äusserst wichtige Vereinbarung wurde ausserhalb der Arbeiten der IKSR in Kraft gesetzt: Der 13. Kongress der Weltorganisation für Wetter (WMO) hat im Mai 1999 in Genf die Resolution 25 (Cg-XIII) über den Austausch von hydrologischen Daten und Produkten beschlossen. Analog zur schon früher beschlossenen Resolution 40 (Cg-XII) über den Austausch meteorologischer Daten legt diese Resolution 25 unter anderem fest, dass diese hydrologischen Daten und Produkte international kostenlos und uneingeschränkt ausgetauscht werden, welche notwendig sind für die Massnahmen der Hilfsdienste zum Schutze von Leben und Güter sowie für das Wohlergehen aller Menschen". 5. Erfassung und Austausch der meteorologischen und hydrologischen Daten Die rechtzeitige Warnung vor Hochwasser erfordert nicht nur ein gut ausgebautes und automatisiertes Messnetz von Pegeln entlang des Rheins und seiner Nebenflüsse, sondern auch einen einfachen Zugang zu diesen Daten. Die Vorwarnzeiten können, wie oben beschrieben, zusätzlich durch zuverlässige Abfluss- und W asserstandsvorhersagen verlängert werden. Deshalb ist es auch notwendig, die meteorologischen Daten (Niederschlagsdaten, Daten von Klimastationen) automatisch zu messen, zugänglich zu machen und international auszutauschen. Die raschen Fortschritte in der Internet-Technologie fördern die Möglichkeiten des Datenaustausches, ohne dass es notwendig wäre, aufwändige zentrale Datenbanken bereitzustellen. Entsprechend werden heute vielfältige Daten direkt zwischen den Dienststellen ausgetauscht und teilweise auch öffentlich am Internet zugänglich gemacht. Tabelle 1 gibt einen Überblick über Web-Adressen, auf denen für das Rheingebiet relevante hydrometeorologische Daten und Vorhersagen eingesehen werden können. Die Öffentlichkeit wird nicht nur über das Internet informiert. In Deutschland sorgt das HMZ Rhein in Mainz zusätzlich für die Verbreitung über Videotext des Fernsehens und über T Online (Btx). Auch bestehen Vereinbarungen mit den Rundfunkanstalten. In den Niederlanden werden die Pegelstände über ein besonderes Nachrichtensystem übermittelt. Die zuständigen Dienste in den verschiedenen Staaten und Bundesländern waren und sind daran, ihre Messnetze zu automatisieren. In der Schweiz sind weit über 150 Pegel automatisiert und fernübertragen, der Ausbau auf über 200 Stationen ist beschlossen. Das elsässische Pegelnetz wird in einer ersten Phase mit 34 automatischen Stationen ergänzt. In Deutschland wurde durch den Deutschen Wetterdienst (DWD) zusammen mit den jeweiligen Ländern das Messnetz 2000, welches eine wesentliche Verdichtung des Ombrometermessnetzes zum Ziel hat, initiiert. In Baden-Württemberg und in Rheinland-Pfalz ist die Realisierung bereits fortgeschritten. Zusätzlich. wurden auch Messnetze zur Beobachtung der Schneedecke in Baden-Württemberg installiert. Ebenfalls sind auf dem Gebiet der Niederschlagsmessung mittels Radar Fortschritte erzielt worden: In der Schweiz steht ein Radarverbundnetz von MeteoSchweiz zur Verfügung, wo mit dem heutigen Stand des Wissens korrigierte Niederschlagsdaten als 30-minütige gleitende Mittelwerte alle 5 Minuten verfügbar gemacht werden. In Frankreich können mit dem System METEOTEL-PC die Radarinformationen des Programmes ARAMIS in der Hochwassermel-

5 dezentrale CARING in Gambsheim genutzt werden. In Deutschland ist man daran, im Projekt RADOLAN im Stundenrhythmus on-line angeeichte Radarmesswerte verfügbar zu machen. Für die Verlängerung der Abflussvorhersagen sind die meteorologischen numerischen Vorhersagen zentral. In allen Rheinanliegerstaaten sind in den Meteorologischen Diensten Projekte im Gang, die räumliche Auflösung der Vorhersagen und gleichzeitig deren Güte zu verbessern. Webadresse Institution/Inhalt Landeswasserbauamt Bregenz Pegel an Zuflüssen zum Bodensee und am Bodensee Bundesamt für Wasser und Geologie Pegel in der Schweiz Hochwasservorhersagezentrale Karlsruhe Pegel, Vorhersagen und Niederschlagsstationen in Baden-Württemberg, Hochwassernachrichtendienst Bayern Wasserstände, Abflüsse, Vorhersagen Hoch wassermeldedienst Rheinland-Pfalz Hochwassermeldezentrum Rhein in Mainz Wasserstände, Vorhersagen am Rhein und Nebenflüssen Elektronisches Wasserstrassen-Informationssystem ELWIS Pegel an Wasserstrassen, Vorhersagen Berichtencentrum RIZA Pegel am Rhein, Vorhersagen Lobith Schweizerischer Wetterdienst Deutscher Wetterdienst Französischer Wetterdienst Niederländischer Wetterdienst Tabelle 1: Für den Hochwassermeldedienst wichtige Web-sites 5. Fazit Die bereits traditionelle gute Zusammenarbeit zwischen den Hochwassermelde- und -vorhersagediensten im Rheineinzugsgebiet hat sich nicht zuletzt dank des Aktionsplanes Hochwasser weiter intensiviert. Die rasanten technischen Fortschritte der Informationsgesellschaft sind für die beschriebenen Vorhaben im internationalen Flusseinzugsgebiet des Rheins eindeutig ein grosser Vorteil. Gleichzeitig ist aber auch der politische Wille, alle Daten nicht nur international, sondern auch national frei und unbürokratisch zur Verfügung zu stellen von grösster Wichtigkeit. Auch werden weitere bedeutende Investitionen notwendig sein. Nur so kann damit gerechnet werden, dass die meistens Ziele des Aktionsplanes fristgerecht erreicht werden können.