Alpine Retention von Hochwässern

Transkript

1 Alpine Retention von Hochwässern Günter Blöschl, Jose Luis Salinas, Jürgen Komma, Thomas Nester Rolle der agrartechnischen Fachbereiche im Naturgefahrenmanagement Innsbruck, 20. Oktober 2017

2 Fragestellung des Projektes Kann durch Errichtung von Rückhaltebecken in den alpinen Seitentälern das Hochwasser am Inn vermindert werden?? Foto: WLV Tirol Foto: Stefan Jud

3 Einzugsgebiet nach Seger (2001) Pegel Retentionsbecken Fluss

4 130 Potentielle Rückhaltebecken 10 m Stauhöhe, gesamtes Volumen 21 Mio m³ Rückhaltebecken (RHB)

5 Einzugsgebiete der potentiellen Becken Rückhaltebecken (RHB) Einzugsgebiet RHB

6 Modelle Stochastisches Niederschlagsmodell Raum-zeitliche Simulation von Niederschlag und Lufttemperatur ( Jahre) im Inngebiet Kalibriert an ~300 Stationen, > 30 Jahre Reihenlänge Hydrologisches Modell Umsetzten der Niederschläge in Abfluss ( Jahre) Kalibriert an Abflussdaten (71 Pegel, 300 meteorologische Stationen, 54 Ableitungen), ~ 25 Jahre Reihenlänge

7 Stochastisches Niederschlagsmodell Multivariates auto-regressives Modell W(t) = B W(t 1) + C Ψ(t) W(t) Transformierter Niederschlag (normalverteilt) (nx1 Vektor) B C räumliche und zeitliche Korrelation (nxn Matrix) räumliche Korrelation (nxn Matrix) Ψ(t) Zufallszahl (normalverteilt) (nx1 Vektor) n Anzahl der Stationen (n = 300) Zeitliche Auflösung: 1 Stunde In Anlehnung an Bardossy und Plate (1992)

8 Stochastisches Niederschlagsmodell Simuliert im beschränkten Normalraum Transformation in Gamma-verteilten Raum

9 Stochastisches Niederschlagsmodell Simulation an Stationen: Monatssummen, Jahressummen Beobachtet Simuliert

10 Stochastisches Niederschlagsmodell Jahresmaxima 24h Niederschlag Beobachtet Simuliert Saisonalität Beobachtet Simuliert Simuliert

11 Stochastisches Niederschlagsmodell Simuliert Beobachtet mm/d

12 Hydrologisches Modell Kontinuierliches Wasserbilanzmodell (Blöschl et al., 2007) Schnee, Bodenfeuchte, Verdunstung, Abflussbildung Auflösung: 1 Stunde 1x1 km Raster Wellenablauf (Szolgay, 2004) Speicherkaskade Kalibriert gegen beobachtete Hochwässer u. 2D hydraulisches Modell für extreme Hochwässer

13 Simulationen der Hochwässer Hydrologisches Modell sorgfältig getestet, sodass es Abflussprozess präzise beschreibt Parameter aus Landnutzung

14 Hydrologisches Modell Im Unterinntal (Oberaudorf/Inn) Jahr Max. Durchfluss Volumen m³/s 210 Mio m³ m³/s 115 Mio m³ m³/s 205 Mio m³ Abfluss (m³/s)

15 Hydrologisches Modell Kalibrierung für beobachtet Oberaudorf Hochwasser 2005 Jährlichkeit Abflussscheitel (m³/s) Abfluss (m³/s) Abflussscheitel (m³/s) simuliert

16 Monte Carlo Simulationen Jahre Niederschlags- und Abflusssimulationen Szenarien: Wirkung der Rückhaltebecken auf z.b. 100 jährl. Hochwässer Wirkung einer potentiellen Aufforstung Oberaudorf Abfluss (m³/s) Zeit (h)

17 Wirkung der Rückhaltebecken für Unterinntal beim Hochwasser 2005 Oberaudorf Niederschlag Aug mm Innsbruck Wirkung Innsbruck wirksam

18 Wirkung der Rückhaltebecken für Unterinntal beim Hochwasser 2005 Oberaudorf Niederschlag Aug mm Wirkung Innsbruck Innsbruck wirksam nicht wirksam

19 Ziel Reduktion des HQ 100 am Inn Je nach Niederschlagsverteilung tragen Gebiete unterschiedlich zum Abfluss am Inn bei HQ 100 am Inn z.b. durch HQ 500 an Sanna + HQ 2 im Pitztal Lokaler Schutz Becken sind auf HQ 100 ausgelegt Regionaler Schutz Auslegung auf HQ 100 hat keine Wirkung auf Abfluss am Inn, da das konvektive Ereignisse sind. Daher Auslegung auf z.b. HQ 2 Niederschlag mm

20 Ziel Reduktion des HQ 100 am Inn Je nach Niederschlagsverteilung: Unterschiedliche Gebiete tragen zum Abfluss bei Unterschiedliche Rückhaltebecken tragen zur Scheitelreduktion bei Rückhaltevolumen kann für den Inn nicht effizient eingesetzt werden Niederschlag wirksam nicht wirksam

21 Wirkung Rückhaltebecken Hochwasser 2005 Lokal: 25 km² Regional: 100 km² Inntal: km² Abfluss (m³/s) ohne mit Becken Abfluss (m³/s) Abfluss (m³/s) 22.Aug. 23.Aug. 24.Aug. 22.Aug. 23.Aug. 24.Aug. 22.Aug. 23.Aug. 24.Aug.

22 Lokaler Effekt der Rückhaltebecken 2005 Abfluss (m³/s) Tag 1 Tag 2 Tag 3 Tag 4 Tag 1 Tag 2 Tag 3 Tag 4 Einzugsgebiet RHB 27 km² Volumen 1,10 Mio m³ Einzugsgebiet RHB 28 km² Volumen 0,14 Mio m³

23 Nahe-lokaler Effekt, regionaler Effekt 2005 Pegel Galtür 98 km² Pegel Oberaudorf 9713 km² Abfluss (m³/s) Tag 1 Tag 2 Tag 3 Tag 4 Tag 1 Tag 2 Tag 3 Tag 4 Einzugsgebiet RHB 55 km² Volumen 1,24 Mio m³ Einzugsgebiet RHB 2300 km² Volumen 21,24 Mio m³

24 Fazit Niederschlag ist bei Hochwässern sehr uneinheitlich verteilt Alpiner Rückhalt: Bei Innhochwasser wirken nie alle Becken gleichzeitig Große mögliche lokale Wirkung (bis 100%) Mittlere/geringe Wirkung auf regionaler Ebene Nahezu keine Wirkung am Inn Aufforstung: Fast keine Scheitelreduktion am Inn