Einzugsgebietsgliederung Schweiz, EZGG-CH

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1 Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK Bundesamt für Umwelt BAFU Einzugsgebietsgliederung Schweiz, EZGG-CH Topographische Einzugsgebiete der Schweizer Gewässer Produktdokumentation, Ausgabe

2 Die Einzugsgebietsgliederung Schweiz in Kürze Das Einzugsgebiet ist der Bezugsraum für hydrologische und wasserwirtschaftliche Fragestellungen. Mit der Einzugsgebietsgliederung Schweiz EZGG-CH steht eine fein aufgelöste und schweizweite Datengrundlage zur Verfügung, die sich besonders für die Anwendung in geographischen Informationssystemen (GIS) eignet. Das Produkt Einzugsgebietsgliederung Schweiz umfasst den Geodatensatz Basisgeometrie und die geometrielosen Tabellen Physiogeographie, Bodenbedeckung, Abfluesse und Outlets. Die Basisgeometrie ist ein flächendeckendes, lückenloses Mosaik von Teileinzugsgebiets-Polygonen mit einer durchschnittlichen Fläche von knapp 2km 2. Sie ist so aufgebaut, dass für sämtliche Fliessgewässer in der Schweiz mit einer Einzugsgebietsfläche grösser 1-1.5km 2 und für sämtliche Fliessgewässer im benachbarten Ausland mit einer Einzugsgebietsfläche > 10km 2 ein topographisch definiertes Gesamteinzugsgebiet erzeugt werden kann. Die Einzugsgebietsgliederung Schweiz, mitsamt der vorliegenden Produktdokumentation kann, unter Berücksichtigung der BAFU Lizenz- und Nutzungsbedingungen [2] von folgender Seite herunter geladen werden: Sie ist in den Formaten SpatiaLite und ESRI file geodatabase (10.1) verfübar. Zitiervorschlag: Bundesamt für Umwelt BAFU, Einzugsgebietsgliederung Schweiz EZGG-CH Die Einzugsgebietsgliederung Schweiz ist eine Erhebung von gesamtschweizerischem Interesse über die hydrologischen Verhältnisse. Von ihr geht keinerlei Rechtswirkung aus und sie stellt in keiner Art und Weise eine verbindliche Vorgabe dar bei der Definition von Einzugsgebieten Titelbild: Teileinzugsgebiete im Raume Innertkirchen; Abflussregimetypen auf den Vorfluterabschnitten, mittlere Meereshöhe des Einzugsgebietes auf dem Gebietsauslass und modellierte mittlere jährliche und monatliche Abflüsse als Säulendiagramm. 2/28

3 Einzugsgebietsgliederung Schweiz - Anwendungsmöglichkeiten in einem GIS Mit den Attributen TEZGNR40, TEZGNR150 und TEZGNR1000 lassen sich die Polygone der Basisgeometrie zu grösseren Teileinzugsgebieten mit einer durchschnittlichen Fläche von 40, 150 und 1000km2 aggregieren. Mit den Attributen GWLNR, MEASURE und ENDMEASURE der Tabelle Outlets können auf dem digitalen Gewässernetz gwn (VECTOR25, Stand 2007) Linienereignisse erzeugt werden, die die Vorfluter der jeweiligen Teileinzugsgebiete darstellen und Punktereignisse, die den jeweiligen Gebietsauslässen entsprechen. Mit den konkreten Zahlenwerten *Zahl1* bzw. *Zahl2* der Attribute H1 bzw. H2 eines Teileinzugsgebietes lässt sich eine einfache Abfrage nach folgendem Schema formulieren: SELECT * FROM basisgeometrie WHERE [H1] >= *Zahl1* AND [H1] < *Zahl2* Diese liefert für jedes Polygon der Basisgeometrie das zugehörige Gesamteinzugsgebiet zurück. Über die TEILEZGNR lassen sich die Sachdatentabellen an die Basisgeometrie, an die Vorfluterabschnitte oder an die Gebietsauslasspunkte knüpfen, um so die mitgelieferten Kennzahlen darstellen und auswerten zu können. Bsp. Abflussdaten an Vorfluterabschnitten Bsp. Bodenbedeckung auf Basisgeometrie Bsp. Abflussregimetypen auf Vorflutern und mittl. Meereshöhe an den Gebietsauslässen 3/28

4 Inhalt 1 Einleitung Abgrenzung Definitionen und Modellvorstellungen Das Produkt Einzugsgebietsgliederung Schweiz, EZGG-CH Basisgeometrie Unterschiede zwischen EZGG-CH und der hydrographischen Gliederung der Schweiz Attribute der Basisgeometrie Ergänzungen und Erläuterungen zu den Attributen Anwendung Einschränkungen Hilfscodes H1 / H Umgang mit internen Senken Sonderfälle Bildung der Derivate Die Aggregationsebene 40km Die Aggregationsebene 150km Die Aggregationsebene 1000km Zusätzliche geometrielose Sachdatentabellen Rückmeldungen Anhang Aufbau der EZGG-CH Datenbasis Vorgehensweise Präprozessierung des Geländemodells Definition der Gebietsauslässe und Einzugsgebiete Glättung der Einzugsgebietspolygone Aufbau der Hierarchie auf den Einzugsgebieten Pfafstetter-Codierung Geometrielose Sachdatentabellen Gebietsauslässe Physiogeographie Bodenbedeckung Modellierte mittlere monatliche und jährliche Abflüsse Für die Sachdatentabellen verwendete Datengrundlagen Vorfluterabschnitte der Einzugsgebiete Referenzierte Dokumente und Literatur Kontakt Quellen der in den Illustrationen verwendeten Geodaten /28

5 1 Einleitung 1.1 Abgrenzung Die Einzugsgebietsgliederung Schweiz ist eine Erhebung von gesamtschweizerischem Interesse über die hydrologischen Verhältnisse. Von ihr geht keinerlei Rechtswirkung aus und sie stellt in keiner Art und Weise eine Vorgabe dar bei der Definition von Einzugsgebieten, wie sie beispielsweise für die Planung der Massnahmen zur Sanierung bei Schwall und Sunk sowie des Geschiebehaushalts zu auszuscheiden sind. 1.2 Definitionen und Modellvorstellungen Die im Folgenden definierten Begriffe gelten nur im Kontext der Einzugsgebietsgliederung Schweiz. Sie sind nicht notwendigerweise allgemeingültig. Als Einzugsgebiet eines Punktes gilt dasjenige Gebiet, das bei kompletter Versiegelung der Geländeoberfläche nach dem Auffüllen aller bestehenden Senken durch diesen Punkt entwässert. So gehören zum Einzugsgebiet des betrachteten Punktes insbesondere auch all jene Gebiete, die in der Realität aufgrund von unterirdischen Fliessprozessen oder aufgrund von technischen Einrichtungen aus dem Einzugsgebiet heraus entwässern würden. Mit anderen Worten handelt es sich hierbei um rein topographisch definierte Einzugsgebiete. Abb. 1: Wichtigste in der Dokumentation verwendete Begriffe und Illustration der Beziehungen zwischen Teil- und Gesamteinzugsgebieten. In der Einzugsgebietsgliederung Schweiz existieren Teileinzugsgebiete und Gesamteinzugsgebiete. Zu jedem Teileinzugsgebiet existiert genau ein Gesamteinzugsgebiet, welches durch den gemeinsamen Gebietsauslass entwässert. Derjenige Punkt, durch welchen ein Einzugsgebiet entwässert, ist der Gebietsauslass. Das Gewässer, welches das Einzugsgebiet durch den Gebietsauslass verlässt, ist der Vorfluter des Einzugsgebietes. 5/28

6 Ein Teileinzugsgebiet reicht vom eigenen Gebietsauslass bis zum Gebietsauslass des nächsten flussaufwärts gelegenen Teileinzugsgebietes. See-Resteinzugsgebiete grenzen direkt an ein stehendes Gewässer, indem sie sich einen Abschnitt der Uferlinie mit dem stehenden Gewässer teilen. Es wird dabei angenommen, dass See- Resteinzugsgebiete diffus über die Uferlinie in den See entwässern. Interne Senken sind in sich geschlossene Vertiefungen im Gelände mitsamt ihrem Einzugsgebiet. Es ist davon auszugehen, dass interne Senken unterirdisch entwässern. Der Überlaufpunkt ('spill point') ist derjenige Ort, an welchem eine interne Senke in ein Nachbargebiet überlaufen würde, wäre sie komplett mit Wasser gefüllt. Ein Gesamteinzugsgebiet kann eine oder mehrere interne Senken umfassen. Massgebend für die Zugehörigkeit der Senken zu einem Gesamteinzugsgebiet ist dasjenige benachbarte Teileinzugsgebiet, in welches die interne Senke gemäss Definition (via Überlaufpunkt) entwässern würde. Jede interne Senke kann genau zu einem benachbarten Einzugsgebiet hin entwässern. Die Einpassung interner Senken in die Hierarchie der Einzugsgebiete ist somit provisorisch und basiert ausschliesslich auf topographischen Kriterien. Sie darf deshalb nicht hydrogeologisch interpretiert werden. Ein Fliessgewässer, welches in Fliessrichtung gesehen von einem anderen abzweigt, ist dessen Nebenlauf. Grosse Nebenläufe (meist Fabriks- und Kraftwerkskanäle) stellen eigenständige Gewässer mit eigenen Einzugsgebieten dar. Das Gesamteinzugsgebiet umfasst nicht nur die direkt am Nebenlauf gehörenden Teileinzugsgebiete, sondern auch das ganze Einzugsgebiet oberhalb der Abzweigung des Nebenlaufs vom Hauptgewässer. Bei Gewässern mit wechselnder Fliessrichtung ist die Hauptfliessrichtung massgebend. 2 Das Produkt Einzugsgebietsgliederung Schweiz, EZGG-CH 2.1 Basisgeometrie Die 'Einzugsgebietsgliederung Schweiz' besteht aus dem Geodatensatz Basisgeometrie, den daraus ableitbaren Aggregationsebenen 40km 2, 150km 2 und 1000km 2 und den geometrielosen Tabellen Physiogeographie, Bodenbedeckung, Abfluesse und Outlets. Die Basisgeometrie ist ein flächendeckendes, lückenloses Mosaik von Teileinzugsgebietspolygonen mit einer durchschnittlichen Fläche von 1.8km 2. Sie deckt die Schweizer Landesfläche und das benachbarte Ausland ab. Im Ausland sind jene Gebiete berücksichtigt, die in die Schweiz hinein oder in eines der Grenzgewässer (Rhein, Doubs, Bodensee etc.) entwässern. Jedes Teileinzugsgebiet der Basisgeometrie ist im Normalfall durch ein Polygon repräsentiert. Dieses trägt nebst der eindeutigen Identifikation des Teileinzugsgebietes auch die Kennung des zugehörigen Gesamteinzugsgebietes. Die Gesamteinzugsgebiete existieren nicht physisch als Polygone in der Basisgeometrie, lassen sich aber mit einfachen Mitteln erzeugen. Die Basisgeometrie ist so aufgebaut, dass für sämtliche Fliessgewässer in der Schweiz mit einer Einzugsgebietsfläche grösser ca km 2, und für sämtliche Fliessgewässer im benachbarten Ausland mit einer Einzugsgebietsfläche grösser ca. 10km 2 ein Gesamteinzugsgebiet erzeugt werden kann. Dieses kann aus einem oder mehreren Teileinzugsgebietspolygonen bestehen. Da die Basisgeometrie strikt entlang der Landesgrenzen geteilt ist, können Teileinzugsgebiete der Grenzgewässer auch aus mehreren Polygonen bestehen. Die einzelnen Polygone unterscheiden sich aber in der eindeutigen und stabilen Polygon-ID. 6/28

7 Im Quellgebiet, auf dem obersten Abschnitt jedes Gewässers sind Teil- und Gesamteinzugsgebiet durch ein und dasselbe Polygon repräsentiert. Auch in solchen Fällen werden Teil- und Gesamteinzugsgebiet als zwei unabhängige Entitäten betrachtet und besitzen unterschiedliche Kennungen. Dies garantiert unter anderem eine grössere Flexibilität bei einem nachträglichen Ausbau der Gliederung. Interne Senken sind ab einer Fläche von ca. 0.5km 2 eine eigene Entität und haben ihre eigene Geometrie. 2.2 Unterschiede zwischen EZGG-CH und der hydrographischen Gliederung der Schweiz Steht bei der hydrographischen Gliederung eine Gebietseinteilung der Schweiz in möglichst homogene Einheiten zur Gewinnung räumlich repräsentativer Kenngrössen im Vordergrund [1], so liegt der Fokus der EZGG-CH auf der Abstimmung und Verknüpfung mit dem Gewässernetz: Für sämtliche Gewässer der Schweiz mit einer Einzugsgebietsfläche grösser 1 bis 1.5km 2 kann in der EZGG-CH das Gesamteinzugsgebiet eruiert werden. Jedes Teil- bzw. Gesamteinzugsgebiet ist genau einem Gewässer zugeordnet. Zudem sind die Hierarchie und die gegenseitigen Beziehungen der Einzugsgebiete integraler Bestandteil der EZGG-CH. Abb. 2: Napfgebiet; Hohe Übereinstimmung zwischen den Basisgebieten aus dem hydrologischen Atlas der Schweiz und den Einzugsgebieten der Basisgeometrie (Blaue Umrandung: HADES Basisgebiete mit Nummer; Weisse Umrandung: Basisgeometrie der EZGG-CH). Gut erkennbar ist die höhere Auflösung der Basisgeometrie des EZGG-CH. Abb. 3: Val de Ruz. Die unterschiedlichen Geometrien von hydrograpischer Gliederung und EZGG-CH machen die verschiedenen zu Grunde liegenden Ansätze deutlich. (Blaue Umrandung: HADES Basisgebiete; Weisse Umrandung: Basisgeometrie der EZGG-CH). 2.3 Attribute der Basisgeometrie Nebst dem Geometrieattribut besteht die Basisgeometrie praktisch ausschliesslich aus Hilfs- und Fremdschlüsselattributen mithilfe welcher sich Gesamteinzugsgebiete, aggregierte Gliederungen und der Bezug zum Gewässernetz herstellen lassen. Attribut Typ Beschreibung SHAPE Geometrie Geometrie der Teileinzugsgebiete; Polygone. EZGNR Long (Integer) Eindeutige Identifikationsnummer des Gesamteinzugsgebietes gemäss Definition in /28

8 TEILEZGNR Long (Integer) Die eindeutige Identifikationsnummer des Teileinzugsgebietes gemäss Definition in 1.2. GWLNR Text(20) Gewässerlaufnummer. Eindeutige Kennung des Vorfluters eines Einzugsgebietes. MEASURE Long (Integer) Adresse des Gebietsauslasses auf dem Vorfluter eines Teileinzugsgebietes. CH Short (Integer) Das Attribut CH gibt an, ob sich ein Einzugsgebietspolygon vollständig in der Schweiz oder vollständig im Ausland befindet. SEE Short (Integer) Attribut zur Bezeichnung von Seeflächen und See- Resteinzugsgebieten HIERARCHIE Text(50) Beschreibt die hierarchische Stellung eines Teileinzugsgebietes in Form eines Zahlencodes. H1 Double Hilfscodes zur Erzeugung von Gesamteinzugsgebieten. H2 Double KANAL Short (Integer) Besagt, ob es sich um ein Teileinzugsgebiet eines Seitenkanals handelt. INTERNS Double Attribut zur Bezeichnung von internen Senken. RELEASE Long (Integer) Jahr der Herausgabe der jeweiligen Version des Datensatzes. MUTATION Long (Integer) Datum der letzten Mutation an der Geometrie des Teil- Einzugsgebietes. TEZGNR40 Long (Integer) Teileinzugsgebietsnummer der Aggregationsebene 40km 2, TEZGNR150 Long (Integer) 150km 2 und 1000km 2. TEZGNR1000 Long (Integer) FLUSSGB Short (Integer) Nummer des Flussgebietes (nach HADES) zu welchem das Teileinzugsgebiet gehört Ergänzungen und Erläuterungen zu den Attributen Die Einzugsgebietsgliederung ist eng verknüpft mit dem digitalen Gewässernetz VECTOR25 gwn - Version 2007, und dessen Struktur. Die Gewässerstruktur manifestiert sich in den Attributen GWLNR und MEASURE. Erläuterungen dazu finden sich in [5] und [6]. EZGNR Die EZGNR ist die eindeutige und stabile Identifikationsnummer des Gesamteinzugsgebietes gemäss Definition in 1.2. Die Nummer ist willkürlich gewählt und darf nur als ID interpretiert werden. TEILEZGNR Die TEILEZGNR ist die eindeutige und stabile Identifikationsnummer des Teileinzugsgebietes gemäss der Definition in 1.2. Die Nummer ist willkürlich gewählt und darf nur als ID interpretiert werden. GWLNR Die Gewässerlaufnummer des zum Teileinzugsgebiet gehörenden Vorfluters. Bei Einzugsgebieten, die diffus über das Ufer in einen See entwässern, wird die GWLNR der zentralen Seeachse verwendet. Bei internen Senken ohne Vorfluter oder bei Fliessgewässern im Ausland, die keine Strukturinformation tragen, bleibt die GWLNR leer. 8/28

9 MEASURE Adresse ('Kilometrierung') des Gebietsauslasses auf dem Vorfluter. Bei Einzugsgebieten, die über die Uferlinie in einen See entwässern, wird die Adresse der zentralen Seeachse an dem Ort, wo diese den See verlässt, verwendet. Bei zentralen Seeachsen, die erst im See beginnen, wird die Adresse 0 verwendet. Der Adresswert bei Mündungssituationen entspricht nicht dem exakten Schnittpunkt des Einzugsgebietspolygons mit dem Vorfluter, sondern dem Schnittpunkt der an der Mündung beteiligten Gewässerabschnitte. Die Adresse beschreibt also die an der Mündung beteiligten Gewässernetzknoten gwk (siehe [5]). CH Das Attribut CH gibt an, ob sich ein Teileinzugsgebietspolygon vollständig in der Schweiz oder vollständig im Ausland befindet. SEE Attributwert Bedeutung 1 Teileinzugsgebiet befindet sich vollständig in der Schweiz -1 Teileinzugsgebiet befindet vollständig sich im Ausland Seen und ausgewählte stehende Gewässer erhalten in der Basisgeometrie ihre eigenes Teileinzugsgebiet. Sie sind im Attribut SEE mit der Ziffer 1 gekennzeichnet. SEE Bedeutung 0 Einzugsgebiet, Normalfall 1 Stehendes Gewässer oder See als eigenes Teileinzugsgebiet 2 See-Resteinzugsgebiet, welches über das Ufer in den See entwässert. Als stehende Gewässer oder Seen gelten jene Flächen, die im Datensatz VECTOR25 Primärflächen als See deklariert sind. Kleine stehende Gewässer wurden nach den spezifischen Bedürfnissen des BAFU ausgewählt. Die Berücksichtigung der stehenden Gewässer sagt nichts über deren generelle Wichtigkeit aus. HIERARCHIE Das Attribut Hierarchie beinhaltet eine numerische Abbildung der Einzugsgebietshierarchie, die mit einigen unwesentlichen Modifikationen entsprechend der Pfafstetter-Methodik aufgebaut wurde. Eine gute Einführung in die Codierung von Einzugsgebieten nach Pfafstetter geben [3] und [4], eine kurze Erläuterung findet sich ausserdem im Anhang in Kapitel 7. Die hierarchische Codierung nach Pfafstetter widerspiegelt indirekt: Die Gewässerstruktur, wie sie von Bund und Kantonen vordefiniert wurde [5], und 9/28

10 Die Topologie und Hierarchie des digitalen Gewässernetzes und damit letztlich auch den Kenntnisstand über die realen Verhältnisse Diese Sachlagen können ändern, weshalb das Attribut Hierarchie nicht als stabile Kennung verwendet werden darf. Für die Codierung nach Pfafstetter wurden unten stehende Gewässer und Startwerte verwendet. Die aufgeführten Gewässer queren Landesgrenze und verlassen die Schweiz. Gewässerlauf Startwert CH (GR) 12 Schergenbach GR 14 Rhein 2 Doubs JU 32 Largue JU 342 Vendline JU 344 Coeuvatte 346 Allaine 348 JU 'Dorfbach' (JU) 364 Rhone 4 Lago Maggiore (Seeachse) 6 Rio Ranza 72 Breggia 74 Inn 8 Mera 92 Poschiavino 94 Rom 96 Die Startwerte sind willkürlich. Sie wurden aber so gewählt, dass der Pfafstettercode insgesamt möglichst kurz bleibt und sich die Wertebereiche der zu den obigen Gewässern gehörenden Einzugsgebiete nicht überlappen. Der Codewert 0 (mit dem nach Pfafstetter interne Senken bezeichnet werden sollten) wird in der Einzugsgebietsgliederung nicht als solcher benutzt, da sämtliche internen Senken provisorisch an das Fliessgewässernetz angebunden sind. Entsprechende Kenntnisse und Werkzeuge vorausgesetzt, kann die Hierarchie verwendet werden, um in der Einzugsgebietsgliederung zu navigieren. Da die Auswertung einer Pfafstetter-basierten Codierung recht komplex ist, verfügt die Basisgeometrie über zwei Hilfsattribute H1/H2, mit denen mindestens die Selektion von Gesamteinzugsgebieten sehr viel einfacher durchzuführen ist. Attribute H1 / H2 Bei den Attributen H1 und H2 handelt es sich um zwei Hilfscodierungen, die am BAFU entwickelt wurden und nach dem Prinzip der 'nested sets' aufgebaut sind. Das 'nested sets'-modell erlaubt die Abbildung hierarchischer Strukturen auf verschachtelte Mengen. H1 und H2 stellen nach diesem Modell den sogenannten Links- und Rechtswert einer Menge dar. Mithilfe dieser Attribute kann mit einfachen Abfragen für jedes Teileinzugsgebiets-Polygon das Gesamteinzugsgebiet selektiert werden ( s. Kapitel 3). Die zwei Attribute sind nicht stabil und ändern mit jedem Release der Einzugsgebietsgliederung vollständig. Sie dürfen nicht als Identifikatoren oder Schlüssel verwendet werden. 10/28

11 KANAL Das Attribut bezeichnet Teileinzugsgebiete der relevanten Nebenläufe von Gewässern. Diese haben einen Attributwert grösser 0. INTERNS Das Attribut INTERNS bezeichnet interne Senken in der Einzugsgebietsgliederung. Diese haben einen Attributwert grösser 0. TEZGNR40, TEZGNR150, TEZGNR1000 Die drei Attribute beinhalten die Kennungen der Teileinzugsgebiete auf den Aggregationsebenen 40km 2, 150km 2 und 1000km 2. Jede Aggregationsebene der Einzugsgebietsgliederung hat ihren eigenen Nummernbereich. Die Basisgeometrie selbst stellt die Aggregationsebene ' 2km 2 ' dar. Ebene Nummernbereich 2km 2 (Basisgeometrie) 1-99'999 40km 2 100' ' km 2 120' ' km 2 130' '000 FLUSSGB Nummer des Flussgebietes nach der HADES hydrographischen Gliederung der Schweiz. RELEASE Nummer <ohne> 10 Rhein 20 Aare 30 Reuss 40 Limmat 50 Rhône 60 Ticino 70 Adda 80 Inn 90 Adige Flussgebiet Einzugsgebiet welches nicht in der hydrographischen Gliederung der Schweiz berücksichtigt ist Es ist vorgesehen, in unregelmässigen Abständen eine aktualisierte Version der EZGG-CH zu veröffentlichen. Die Versionen lassen sich über das Attribut Release voneinander unterscheiden. Dieses enthält das Jahr der Herausgabe der jeweiligen Version. MUTATION Enthält das Datum der letzten geometrischen Anpassung der Teileinzugsgebietspolygons. POLY_ID Eindeutige Identifikation jedes einzelnen Einzugsgebietspolygons der Basisgeometrie. 11/28

12 3 Anwendung 3.1 Einschränkungen Rein topographisch definierte Einzugsgebiete widerspiegeln nicht alle in der Realität angetroffenen Phänomene. So ist die Geländeoberfläche beispielsweise in Karstgebieten eben oft nicht 'versiegelt'. Dadurch können gerade in Karstgebieten massive Abweichungen zwischen topographisch und hydrogeologisch definierten Einzugsgebieten entstehen. Es ist vor der Anwendung der EZGG-CH zu prüfen, ob für die jeweilige Fragestellung des Nutzers die rein topographische Definition der Einzugsgebiete zweckmässig ist. 3.2 Hilfscodes H1 / H2 Die Hilfscodes H1 und H2 bilden nach dem Prinzip der verschachtelten Mengen die hierarchische (Baum-)Struktur der Einzugsgebietsgliederung ab. Die Codes dürfen nicht als Schlüssel oder Identifikator von gewässerbezogenen Objekten verwendet werden, da sie nicht stabil sind. Die Codes ändern mit jedem Release der Einzugsgebietsgliederung. In erster Linie ermöglichen sie die rasche Selektion von Gesamteinzugsgebieten mittels einfachster Abfragen und sind somit besonders geeignet für die interaktive Nutzung in Desktop-GIS oder für die Programmierung von Geoverarbeitungsskripten. Die Hilfscodierungen sind so berechnet, dass folgende Bedingung zutrifft: Für alle Teileinzugsgebiete Tn, die durch den Gebietsauslass des Teileinzugsgebiet Ti entwässern und zusammen das Gesamteinzugsgebiet von Ti bilden, gilt: wobei: H1 Ti < H1 Tn < H2 Ti H1Ti : H2Ti : H1Tn: Attributwert H1 des Teileinzugsgebietes Ti Attributwert H2 des Teileinzugsgebietes Ti Attributwert H1 aller Teileinzugsgebiete Tn,. Aufgrund dieser Beziehung lassen sich in allen üblichen GIS mithilfe folgender Standardabfrage sehr einfach Gesamteinzugsgebiete selektieren: H1 >= P 1 AND H1 < P 2 P1 und P2 sind zwei Parameter, die durch die Attributwerte von H1 resp. H2 des betrachteten Teileinzugsgebietes ersetzt werden müssen. 12/28

13 Die EZGNR, d.h. die Identifikationsnummer des Gesamteinzugsgebietes, gilt für jenes Gebiet, welches mit der einfachen Standardabfrage: selektiert werden kann. H1 >= P1 AND H1 < P2 Einzige Ausnahme sind diejenigen Teileinzugsgebiete, welche einem Attributwert KANAL grösser Null besitzen. Hier liefert die Standardabfrage kein vollständiges Gesamteinzugsgebiet zurück. Beispiel 1 : Teileinzugsgebiet des Neckers mit H1 = und H2 = 29687: Die Abfrage H1 >= AND H1 < liefert sämtliche Gebiete, die durch den Gebietsauslass des Teileinzugsgebietes entwässern. Die Selektion stellt gleichzeitig das Gesamteinzugsgebiet dar. Abb. 4: Illustration des Beispiels 1. Die im rot markierten Polygon vorgefundenen Attributwerte H1 (29503) und H2 (29687) definieren eindeutig, welche weiteren Teileinzugsgebiete durch den Gebietsauslass entwässern. Sie können mit einer einfachen Abfrage selektiert werden. Die so entstandene Auswahl (hellblau) ergibt das Gesamteinzugsgebiet Beispiel 2: Das Polygon in der Basisgeometrie, welches den Sihlsee darstellt, trägt die Attribute H1 = 2685 und H2 = /28

14 Die Abfrage H1 >= 2685 AND H1 < 2975 liefert das zum Sihlsee gehörige Gesamteinzugsgebiet. Abb. 5: Illustration des Beispiels 2. Mit der Abfrage H1 >= 2685 AND H1 < 2975 kann das Gesamteinzugsgebiet des Sihlsees selektiert werden. Die Parameter der Abfrage sind als Attribute H1/H2 im Polygon, welches den Sihlsee darstellt, hinterlegt. Flussabwärts gelegene Einzugsgebiete Mit der folgenden Abfrage H1 <= P1 AND H2 >= P2 ist es zudem möglich, alle Teileinzugsgebiete, die unterhalb eines betrachteten Einzugsgebietes und direkt an den beteiligten Vorflutern liegen, zu selektieren. P1 und P2 sind dabei wieder zwei Parameter, die durch die H1 und H2 Werte des betrachteten Einzugsgebietes ersetzt werden müssen. Abb. 6 : Die zum rot markierten Polygon (Silvaplanersee) gehörenden Attribute H1 und H2 definieren eindeutig, welche weiteren Polygone / Teileinzugsgebiete flussabwärts liegen. In den meisten Fällen sind wahrscheinlich eher Gewässer und Gewässerabschnitte unterhalb eines Punktes gefragt, weniger die Teileinzugsgebiete. Vorerst müssen hierfür die Strukturattribute GWLNR, MEASURE der selektierten Teileinzugsgebiete herangezogen werden um Gewässerläufe identifizieren zu können. 14/28

15 Die Hierarchie-Information (H1, H2) direkt auf dem Gewässernetz (VECTOR25 gwn) ist als Testversion beim BAFU verfügbar und kann bei weiter unten stehender Kontaktadresse bestellt werden Umgang mit internen Senken Wird mit oben geschilderter Vorgehensweise ein Gesamteinzugsgebiet selektiert, so sind automatisch auch die Einzugsgebiete interner Senken ausgewählt, die durch 'Überlaufen' (oder in späteren Releases der Einzugsgebietsgliederung: durch unterirdische Fliesswege) zum jeweiligen Gebietsauslass hin entwässern. Je nach Betrachtungsmassstab und Fragestellung ist die Berücksichtigung interner Senken aber nicht erwünscht. Alle Teileinzugsgebiete einer internen Senke besitzen einen Attributwert INTERNS, der grösser als Null ist. Darin eingetragen ist der H1-Wert der 'untersten' Teileinzugsgebietes einer Senke. So gelten für jedes Teileinzugsgebiet Tn welches oberirdisch durch den Auslass des Teileinzugsgebiet Ti entwässert, beide der folgenden Bedingungen: 1. H1 Ti < H1 Tn < H2 Ti, 2. H1 Ti < INTERNS Tn wobei: H1Ti : H2Ti : H1Tn: INTERNSTn: Attributwert H1 des Teileinzugsgebietes Ti Attributwert H2 des Teileinzugsgebietes Ti Attributwerte H1 aller Teileinzugsgebiete Tn, die oberirdisch durch den Gebietsauslass des Teileinzugsgebiets Ti entwässern. Attributwert INTERNS aller Teileinzugsgebiete Tn Damit lassen sich einfache Abfragen definieren, mit denen interne Senken ausgeklammert werden können. Beispiel: Das Teileinzugsgebiet des 'Sucre' im Val de Travers (Kanton NE) besitzt die Attribute H1 = und H2 = Die Standardabfrage H1 >= AND H1 < liefert das Gesamteinzugsgebiet mitsamt allen internen Senken, die durch 'Überlaufen' zum Gebietsauslass hin entwässern. Die Abfrage "H1" >= AND "H1" < AND "INTERNS" < liefert ein Einzugsgebiet ohne interne Senken. Die Selektion hat keine eigene EZGNR. 15/28

16 Abb. 7: Ergebnis der Abfrage: H1 >= 8860 AND H1 < Der rote Punkt markiert den theoretischen Überlaufpunkt der internen Senke, wenn diese komplett mit Wasser gefüllt wäre. Die EZGNR gilt für dieses Gesamteinzugsgebiet. Abb. 8: Ergebnis der Abfrage H1 >= 8860 AND H1 < 8986 AND INTERNS < 8860 Das selektierte Gebiet hat keine eigene EZGNR. Zu beachten ist, dass die provisorische Anbindung interner Senken an die Vorfluter auf rein topographischen Kriterien beruht und nicht hydrogeologisch interpretiert werden darf! Sonderfälle See-Resteinzugsgebiete Obwohl alle Resteinzugsgebiete eines bestimmten Sees oder stehenden Gewässers im Prinzip die selbe hierarchische Stellung haben, wurden die Pfafstettercodierung und die Hilfsattribute H1/H2 so aufgebaut, dass sich jedes Resteinzugsgebiet mit der Standardabfrage einzeln selektieren lässt. Jedes See-Resteinzugsgebiet besitzt zudem eine eigene und eindeutige EZGNR. Nebenläufe, Kraftwerks- und Fabrikkanäle Die Standardabfrage über die Attribute H1 und H2 liefert bei Nebenläufen nicht das vollständige Gesamteinzugebiet. Ausgewählt werden nur die Teileinzugsgebiete am Seitengewässer, nicht aber die Summe der Teileinzugsgebiete am Hauptgewässer oberhalb der Abzweigung. Die EZGNR bezeichnet aber auch in solchen Fällen das Gesamteinzugsgebiet. Dieses ist vorerst durch den Nutzer selbst (z.b. mit mehreren Abfragen nacheinander) zu erzeugen. Eine Hilfestellung bietet das Attribut KANAL. Dieses ist bei all jenen Teileinzugsgebieten grösser Null, bei welchen die Standardabfrage kein Gesamteinzugsgebiet zurückliefert. 16/28

17 Abb. 9: Die Abfrage H1 >= AND H1 < liefert am Gewässer CH (Kraftwerkskanal parallel zur Aare nahe Aarau) nur ein unvollständiges Gesamteinzugsgebiet. Es fehlt der ganze Teil oberhalb der rot markierten Abzweigung von der Aare. Das selektierte Gebiet hat keine eigene EZGNR. 3.3 Bildung der Derivate Mithilfe der unten aufgeführten Attribute lassen sich in allen gängigen GIS Derivate für die Aggregationsebenen 40km 2, 150km 2 und 1000km 2 bilden Die Aggregationsebene 40km 2 Das Attribut tezgnr40 ist die Teileinzugsgebietsnummer von Einzugsgebieten mit einer mittleren Fläche von 40km 2. Wo dies möglich war, wurde die Gliederung auf die sogenannten Basisgebiete der hydrographischen Gliederung der Schweiz abgestimmt. Im Unterschied zu den Basisgebieten ist der Bezug zu den Gewässern jedoch immer eindeutig: Jedes Einzugsgebiet der Aggregationsebene 40km 2 hat genau einen Gebietsauslass Die Aggregationsebene 150km 2 Das Attribut tezgnr150 ist die Teileinzugsgebietsnummer von Einzugsgebieten mit einer mittleren Fläche von 150km 2. Wo dies möglich war, wurde die Gliederung auf die sogenannten Bilanzgebiete der hydrographischen Gliederung der Schweiz abgestimmt. Im Unterschied zu den Basisgebieten ist der Bezug zu den Gewässern jedoch immer eindeutig. Jedes Einzugsgebiet der Aggregationsebene 150km 2 hat genau einen Gebietsauslass. Die Teileinzugsgebiete der Ebene 150km 2 sind nicht exakt deckungsgleich mit den Umrissen der Ebene 40km 2, da die Einzugsgebiete teilweise etwas vereinfacht wurden: Durch Kanalisierung bedingte, lange Fortsätze am flussabwärts gerichteten Ende der Einzugsgebiete wurden jeweils dem Einzugsgebiet des nächstunteren Vorfluters zugeteilt. 17/28

18 3.3.3 Die Aggregationsebene 1000km2 Mithilfe des Attributes tezgnr1000 können die Einzugsgebiete der Basisgeometrie zur Einheiten mit einer mittleren Fläche von 1000km 2 aggregiert werden. Die Umrisse der Ebene 1000km 2 sind nicht exakt deckungsgleich mit den Ebenen 40km 2 bzw. 150km 2, da die Einzugsgebiete teilweise etwas vereinfacht wurden: Durch Kanalisierung bedingte, lange Fortsätze am flussabwärts gerichteten Ende der Einzugsgebiete wurden jeweils dem Einzugsgebiet des nächstunteren Vorfluters zugeteilt. Diese Ebene eignet sich somit vor allem für kleinmassstäbliche Übersichtsdarstellungen. 4 Zusätzliche geometrielose Sachdatentabellen Die geometrielosen Tabellen beinhalten einige grundlegende Merkmale der Einzugsgebiete. Zu beachten ist, dass sich die Eigenschaften ausnahmslos auf Gesamteinzugsgebiete gemäss Definition in 1.2 beziehen. Die Tabellen können über die Gesamteinzugsgebietsnummer(!) an die Basisgeometrie geknüpft werden. Ein Verknüpfen der Zusatztabellen mit den Teileinzugsgebieten der höheren Aggregationsebenen ist derzeit noch nicht möglich. Es ist aber vorgesehen, in den Zusatztabellen auch Schlüssel anzubieten, mit denen die Merkmalsdaten an die Ebenen 40km 2, 150km 2 und 1000km 2 geknüpft werden können. 5 Rückmeldungen Obwohl beim Aufbau der Einzugsgebiete und ihrer Hierarchie mit grösster Sorgfalt gearbeitet wurde und mehrere Schritte der Qualitätssicherung eingeschaltet wurden, sind Fehler nicht komplett auszuschliessen. Es besteht deshalb die Möglichkeit, Beobachtungen und Korrekturvorschläge jederzeit dem BAFU zu melden. Explizit erwünscht sind Vorschläge zur definitiven Einbindung der internen Senken in die Hierarchie. Zu beachten ist allerdings Folgendes: Die EZGG-CH ist primär geschaffen für gesamtschweizerische und kleinmassstäbliche Betrachtungen. Sie erhebt nicht den Anspruch, als grossmassstäbliche Projektierungs- oder Planungsgrundlage dienen zu können. Grundlage der EZGG-CH ist das Bundesgewässernetz VECTOR25 gwn, Version Kantonale Gewässer, die nicht auch im Bundesgewässernetz vorkommen, können nur bedingt berücksichtigt werden. Zweckmässig ist die Meldung von Anpassungswünschen in Form von Geodaten, z.b. als shapefile, welches die modifizierten Geometrien eines Teileinzugsgebietes beinhaltet. Notwendig ist ausserdem eine Beschreibung der verwendeten Datengrundlagen, und eine Begründung, weshalb die Geometrie angepasst werden muss. Bei internen Senken ist die Angabe der internen Senke und desjenigen Teileinzugsgebietes notwendig, an welches die Senke in der Hierarchie angeknüpft werden soll. Zwingend ist die Angabe der Quelle, aufgrund welcher die Zuordnung der internen Senke gemacht werden kann. Es kann sich dabei um (hydro-) geologisches Kartenmaterial oder um (hydro-)geologische Berichte handeln. 18/28

19 Anhang 6 Aufbau der EZGG-CH 6.1 Datenbasis Als Grundlage für die Bestimmung der Einzugsgebiete kamen folgende Geodaten zum Einsatz: Beschreibung Inputdaten Gewässernetz Digitale Höhenmodelle Orientierend Primärflächen Hydrographische Gliederungen Hydrogeologische Karten Datenherr / Quelle Bundesamt für Landestopographie swisstopo; VECTOR25 Gewässernetz, Version 2007; Derivate gwl und gwk Inland: Bundesamt für Landestopographie swisstopo; DTM-AV, Das digitale Terrainmodell der Amtlichen Vermessung. (Neu: Höhenmodell swissalti 3D ) Ausland: ASTER GDEM, Global Digital Elevation Model, The original data of ASTER GDEM is the property of METI and NASA. Neither NASA nor METI/ERSDAC will be responsible for any damages resulting from use of the data Bundesamt für Landestopographie swisstopo; VECTOR25 Primärflächen, Version 2010; Hydrographische Gliederung der Schweiz, Bundesamt für Umwelt, Geographisches Institut der Universität Bern (GIUB) Schweizerische Geotechnische Kommission SGTK, Hydrogeologische Karten 1:100'000 der Schweiz, Kartenblätter: Bözberg/Beromünster (1972), Bodensee (1980), Panixerpass (1985), Biel (1991/92), Toggenburg (1993/94), Saane/Sarine (1999), Vallorbe Léman nord (2006) 6.2 Vorgehensweise Die verschiedenen Arbeitsschritte zum Aufbau der Einzugsgebietsgliederung wurden grösstenteils mit GIS-Werkzeugen bewältigt und lassen sich wie folgt zusammenfassen. 1. Präprozessierung des digitalen Geländemodells o Eingravieren des digitalen Gewässernetzes in das Höhenmodell o Setzen von inneren Rändern (siehe 6.3) o Auffüllen von Senken / Glätten der Topographie o Erzeugen des Fliessrichtungsrasters o Berechnung des Tiefenlinien-Netzes ('Fliessakkumulation', 'Talweg') 2. Setzen von Gebietsauslässen an ausgewählten / geeigneten Punkten auf der Tiefenlinie 3. Berechnen der Einzugsgebiete der Gebietsauslässe 6.3 Präprozessierung des Geländemodells Eingravieren der Gewässerläufe in das Höhenmodell Da mit dem Gewässernetz gwn25 und den Derivaten gwl und gwk ein sehr detailliertes, vollständiges und praktisch geschlossenes Netzwerk vorliegt, drängt sich der Ansatz des 'stream burning' zur Präprozessierung des Geländes auf. Mit dem stream burning, dem Eingravieren des digitalen 19/28

20 Gewässernetzes in das Höhenmodell, wird sichergestellt, dass das Tiefenlinien-Netz mit dem digitalen Gewässernetz zusammenfällt. Der Ansatz wurde um folgende Elemente erweitert: Abgestuftes 'stream burning': Die digitalen Fliessgewässer wurden um so mehr in das digitale Höhenmodell eingetieft, je wichtiger sie in der Hierarchie sind. So wurden Rhein, Rhône, Inn, Ticino und Doubs und ein paar kleinere Gewässer, die die Schweiz verlassen, am meisten eingetieft. Bei jeder Mündung eines Gewässers in seinen Vorfluter entsteht so ein Absatz in im eingetieften Höhenmodell, durch welchen die Fliessrichtung an den Tiefenlinien eindeutig festgelegt wird. Seitenarme (Kraftwerks- und Fabrikkanäle) wurden ebenfalls in das Höhenmodell eingebrannt, allerdings weniger tief als das Hauptgewässer, von welchem sie abzweigen. So ist gewährleistet, dass die Tiefenlinie des Hauptgewässers dem Hauptlauf folgt, während auch auf dem Nebenlauf die Tiefenlinie deckungsgleich mit dem digitalen Gewässernetz ist. Seeflächen wurden um einen konstanten Betrag eingetieft. Dies führt insbesondere bei flachen Seeufern zu eindeutigeren Fliessrichtungsmustern. Fliessgewässer, die zu mehr als 90% unterirdisch verlaufen und solche die mehrheitlich im Siedlungsgebiet und dort grösstenteils unterirdisch verlaufen, wurden beim 'stream burning' ignoriert. Identifikation grosser Senken und Setzen inneren Ränder Alle real existierenden Senken mit einer Übertiefung von mehr als 5m und einer minimalen Fläche von 0.5 km 2 wurden identifiziert. Für diese Senken wurde an ihrem tiefsten Punkt ein innerer Rand (ein 'Loch' im digitalen Höhenmodell) gesetzt, zu welchem hin sich die Tiefenlinie bewegen kann. Vielenorts fallen diese inneren Ränder zusammen mit bekannten Versickerungsstellen oder mit kleineren stehenden Gewässern. Abb. 10: Gegenüberstellung interne Senken im Jura (Freiberge; Kantone BE, JU). Links: Ursprüngliche Situation mit Senke in hellgrün und innerem Rand jeder Senke in Rot. Rechts: Verbleibende interne Senken nach dem Setzen der inneren Ränder. Hellgrün eingefärbt ist derjenige Bereich, wo die Topographie um mehr als 5m gegenüber dem Überlaufpunkt der jeweiligen Senke übertieft ist. 20/28

21 Glättung der Topographie in den grossen Talebenen Abb. 11: In den grossen Talebenen macht sich die anthropogene Überprägung der Topographie bei der Bestimmung von Einzugsgebieten störend bemerkbar. Es entstehen zahlreiche kleinräumige Artefakte. In Gebieten mit ausgeprägter Topographie stellen der rein aus dem Gelände abgeleitete Fliessrichtungsraster und die Tiefenlinien eine gute Näherung für die tatsächlichen hydrologischen (Fliess-)Verhältnisse dar. In den ausgedehnten, flachen Talebenen gilt dies nur noch bedingt. Hier ist das Netz der Tiefenlinien und der Fliessrichtungsraster grösstenteils entkoppelt von den realen (Fliess-)Verhältnissen: Einzugsgebiete, die in Talebenen ausschliesslich nach topographischen Kriterien ausgeschieden werden, wiederspiegeln primär die anthropogene Überprägung der Landschaft durch Bahn- und Strassendämme, durch Kiesgruben und Unterführungen. Sie enthalten zahlreiche kleinräumige Artefakte. Um die vorherrschenden grossräumigen Trends der Topographie zu erhalten, wurden die Talgebiete deshalb mit einem 'Tiefpassfilter' geglättet, der kleinräumige, irrelevante Unebenheiten entfernt. Dass bei diesem Arbeitsschritt auch Hochwasserdämme an Gewässern eliminiert wurden, ist in diesem Zusammenhang nicht weiter störend, da sowieso sämtliche Gewässer um ein Mehrfaches einer typischen Dammhöhe in das Höhenmodell eingetieft wurden. 6.4 Definition der Gebietsauslässe und Einzugsgebiete Die Definition der Teileinzugsgebiete geschah in erster Linie durch das halbautomatische Setzen von Gebietsauslässen an gewünschten / geeigneten Stellen. Im Normalfall wurden Gebietsauslässe dort platziert, wo eine Mündungssituation vorliegt und die Tiefenlinie einen bestimmten Schwellenwert der Flächenakkumulation überschreitet. Für Inlandgewässer wurde ein Schwellenwert gewählt, der einer Einzugsgebietsgrösse von ca km 2 entspricht. Für Gewässer, die aus dem Ausland in die Schweiz fliessen oder in ein Schweizer Grenzgewässer einmünden, wurde der Schwellenwert auf 10km 2 festgesetzt. Bei folgenden Fällen wurde von dieser Regel abgewichen: Städtische Siedlungsgebiete Der unterirdische Verlauf der Gewässer im Stadtgebiet ist in den verwendeten Grundlagendaten oft nur annähernd lagerichtig eigetragen. Ausserdem erscheint eine Abgrenzung eines Einzugsgebietes in dicht bebautem Stadtgebiet nicht zweckmässig. Die Gebietsauslässe rund um die grössten Stadtgebiete der Schweiz wurden deshalb so gelegt, dass die topographisch definierten Einzugsgebietsgrenzen möglichst nicht quer durch dicht besiedeltes Gebiet verlaufen. Abb. 12: Einzugsgebietsgliederung in dicht überbauten städtischen Gebieten, Beispiel Bern. Die Gebietsauslässe sind so gelegt, dass die Einzugsgebietsgrenzen möglichst an den Rand der Siedlungsgebiete zu liegen kommen. Grün: Einzugsgebiete. Schwarz: Siedlungsfläche aus den VECTOR25 Primärflächen. 21/28

22 Dies bedeutet umgekehrt, dass in der EZGG-CH für gewisse Fliessgewässer nur ein unvollständiges Einzugsgebiet verfügbar ist. Ausserdem war es stellenweise notwendig, die Gebietsauslässe mitten auf Gewässerabschnitten, weitab von Mündungssituationen zu platzieren. Gletscher Die Geländeoberfläche von Gletschern wie auch der Verlauf der Gewässer auf den Gletschern ist stark veränderlich. Die Gebietsauslässe wurden in diesen soweit flussabwärts gewählt, dass ein Gletscher jeweils in ein Einzugsgebiet zu liegen kommt. 6.5 Glättung der Einzugsgebietspolygone Als primäres Produkt aus den Berechnungen der Einzugsgebiete entstanden Polygone mit einer extrem hohen Anzahl von irrelevanten Stützpunkten und treppenförmigen Umrisslinien, die die zu Grunde liegenden Rasterdaten widerspiegeln. Die Einzugsgebietsgliederung wurde deshalb mittels automatischer Glättungs-Algorithmen vereinfacht. Es wurde darauf geachtet -soweit dies automatisch überhaupt möglich war- ein Kartenbild zu erzeugen, welche in etwa einem Massstab 1:25'000 und somit den Produkten aus VECTOR25 entspricht. 6.6 Aufbau der Hierarchie auf den Einzugsgebieten Grundlage für die Bestimmung der hierarchischen Beziehungen der Teileinzugsgebiete war das swisstopo Gewässernetz VECTOR25 gwn in der Version 2007 mit den Derivaten gwl und gwk. Vor allem das Produkt gwk (Gewässernetzknoten) und die topologischen Rollenbeschreibung im Attribut TOPORT wurden verwendet, da diese auch bei komplexen Mündungssituationen (Wegflüsse in Nebenläufe und gleichzeitige Einmündungen etc.) immer korrekte Seitengewässer-Vorfluter Beziehungen lieferten. Die für die Pfafstetter-Codierung wichtige Definition des Hauptlaufs innerhalb eines betrachteten Einzugsgebietes konnte der Gewässerlaufnummer entnommen werden. Für die Repräsentation der hierarchischen Beziehungen des Gewässernetzes bzw. der Einzugsgebiete wurde das Verfahren von Pfafstetter, so wie es in Kapitel 7 beschrieben ist, implementiert. Folgende Modifikationen gegenüber der ursprünglichen Vorgehensweise nach Pfafstetter mussten gemacht werden. Anpassungen und Erweiterungen der Pfafstetter-Systematik Der Schritt der Suche nach dem Hauptlauf innerhalb eines Einzugsgebietes entfällt, da das verwendete Gewässernetz bereits vollständig in Gewässerläufe strukturiert ist. Nicht immer ist der Vorfluter eines Einzugsgebietes auch der längste Lauf im Gebiet. Seen Seeflächen als eigene Einzugsgebietsflächen können mit der Pfafstetter-Systematik nicht direkt codiert werden. In der EZGG-CH sind Seeflächen deshalb jeweils als Zwischeneinzugsgebiet so in die Hierarchie eingepasst, dass alle in den See mündenden Seitengewässer oberhalb dieses künstlichen Einzugsgebietes liegen. Resteinzugsgebiete, die diffus über die Uferlinie in den See entwässern, sind ebenfalls als Seitengewässer der Seefläche codiert. Alle Resteinzugsgebiete eines Sees erhalten -obwohl sie alle die selbe hierarchische Stellung haben- eine unterschiedliche Pfafstettercodierung, wobei die letzten drei Ziffern der Codierung aus einer Laufnummer bestehen. 22/28

23 Nebenläufe, Kraftwerkskanäle, Seitenarme Die Systematik nach Pfafstetter kann nicht angewendet werden, wenn sich ein Gewässer in Fliessrichtung verzweigt. Für die Codierung wurden deshalb alle Arten von Nebenläufen an dem Punkt, wo sie vom Hauptgewässer abzweigen, gedanklich von diesem getrennt. In der EZGG-CH stellen Nebenarme somit eigenständige Seitengewässer dar. Dies bedeutet umgekehrt, dass an einem Nebenarm die Abfrage über die Attribute H1,H2 oder auch direkt über die Interpretation des Pfafstettercodes kein vollständiges Einzugsgebiet liefert. Es fehlt der Teil des Hauptgewässers oberhalb der Abzweigung. 7 Pfafstetter-Codierung Die Systematik nach Pfafstetter eignet sich gleichermassen für Gewässernetze und für Einzugsgebietsgliederungen. Grundlage für die Codierung bilden zwei wesentliche Eigenschaften eines hydrologischen Systems: Die Topologie des Gewässer-Netzwerks und die Einzugsgebietsgrösse. Damit die Elemente eines Gesamteinzugsgebietes nach Pfafstetter codiert werden können, muss zuerst der Hauptlauf innerhalb eines Einzugsgebietes identifiziert werden. Dies geschieht häufig aufgrund der Fliessgewässerlänge: Der längste durchgehende Pfad eines Fliessgewässerbaumes wird als ein Gewässerlauf betrachtet und erhält einen Codewert. Der Codewert kann entweder ein bestimmter Startwert sein, oder der resultierende Wert aus der vorhergehenden Iteration. Abb. 13: Das Prinzip der Pfafstettercodierung an einem einfachen Beispiel. Aus [3], modifiziert. Nun werden die vier wichtigsten Seitenzuflüsse entlang des Hauptgewässers identifiziert, von der Mündung des Hauptgewässers aus flussaufwärts mit geraden Zahlen 2,4,6,8 durchnumeriert und der bestehende Code um diese Ziffern ergänzt. In obigem Beispiel erhalten die vier wichtigsten Zuflüsse somit die Codes 42, 44, 46 und 48. Auch alle Seitengewässer der vier Zuflüsse tragen die jeweiligen Codes. Abb. 14: Das Prinzip der Pfafstettercodierung an einem einfachen Beispiel. Aus [3], modifiziert. Die Zwischeneinzugsgebiete zwischen den Einmündungen der vier wichtigsten Seitengewässer werden ebenfalls flussaufwärts durchnumeriert, jedoch mit ungeraden Zahlen 1,3,5,7,9. Zwischeneinzugsgebiet 1 liegt zwischen der Mündung des Vorfluters und der Einmündung des Seitengewässers 2; Zwischengebiet 3 liegt zwischen den Einmündung der Seitengewässer 2 und 4 usw. Das oberste Einzugsgebiet am Vorfluter, oberhalb der Einmündung von Seitengewässer 8 erhält die Ziffer 9. In obigem Beispiel erhalten Zwischeneinzugsgebiete und alle darin befindlichen Seitengewässer und Teileinzugsgebiete somit die Codes 41,43,45,47 und /28

24 Das ganze betrachtete Einzugsgebiet ist nun grob codiert. Nun können mit der selben Vorgehensweise die Einzugsgebiete der Seitengewässer und die Zwischeneinzugsgebiete codiert werden: Die vier wichtigsten Seitengewässer des Vorfluters 46 werden durchnumeriert und erhalten die Codes 462, 464, 466 und 468. Die Vorgehensweise nach Pfafstetter erlaubt mit einem absoluten Minimum an Ziffern die Hierarche eines Fliessgewässerbaumes korrekt und eindeutig abzubilden. Mit geeigneten Werkzeugen ist es möglich, auf dieser Codierung zu 'navigieren', ohne die Geometrie im Detail zu kennen. 8 Geometrielose Sachdatentabellen Die geometrielosen Sachdatenabellen beinhalten die wichtigsten Charakteristika der Einzugsgebiete der EZGG-CH und deren Gebietsauslässe. Zu beachten ist, dass sich die Kennzahlen der Tabellen ausnahmslos auf Gesamteinzugsgebiete gemäss Definition (siehe Kapitel 1.2) beziehen. Da einige der Grundlagendaten nur innerhalb der Schweiz verfügbar sind, wurde ausserdem die Unterscheidung in Gesamteinzugsgebiet versus schweizer Teilfläche des Gesamteinzugsgebietes gemacht. Aus untenstehender Beschreibung geht klar hervor, für welchen Teil des Einzugsgebietes die Kennzahl gilt. Diejenigen Merkmale, die auf dem Höhenmodell ASTER GDEM bzw. auf Corine Land Cover basieren, sind mit einer gewissen Vorsicht zu verwenden. Vor allem wegen der geringen Auflösung, aber auch wegen der jeweiligen Erfassungsmethode erheben die daraus berechneten Kennzahlen keinen Anspruch auf absolute Präzision. Diese Daten sollen nur dann verwendet werden, wenn es darum geht, auf einer einheitlichen Datenbasis schweizweit und über die Landesgrenzen hinaus Vergleiche anstellen zu können. Einzugsgebiete an Nebenläufen (mit Attributwert "KANAL" > 0) wurden in der Charakterisierung nicht berücksichtigt. 8.1 Gebietsauslässe Attribut ezgnr gwlnr measure h1 h2 endmeasure x y Description Gesamteinzugsgebietsnummer Gewässerlaufnummer Adresse des Gebietsauslass auf dem Vorfluter Hilfscodes zur Bildung von Gesamteinzugsgebieten Adresse des Gebietsauslass des nächsthöheren Teileinzugsgebietes, oder der Quelle des Gewässerlaufs x- und y-koordinaten des Gebietsauslass Mit dem digitalen Gewässernetz "VECTOR25" (Ausgabe 2007) von swisstopo ist es möglich, direkt aus den Attributen GWLNR, MEASURE und ENDMEASURE mithilfe von linearer Referenzierung die Vorfluterabschnitte der EZGG-CH zu erzeugen. 8.2 Physiogeographie Attribut Beschreibung ezgnr Gesamteinzugsgebietsnummer gesamtflaeche Gesamte Fläche des Einzugsgebietes in km 2 flaeche_ch Teilfläche des Gesamteinzugsgebietes innerhalb der Schweiz, in km 2 anteil_ch Teilfläche des Gesamteinzugsgebietes innerhalb der Schweiz in Prozent der Gesamtfläche ch_min_z Minimale Meereshöhe im CH-Teil 24/28

25 ch_max_z ch_mean_z ch_mean_s max_z mean_z mean_s x_300, x300_600, x600_900,... Einzugsgebiet Maximale Meereshöhe im schweizer Teil des Einzugsgebietes Mittlere Meereshöhe im schweizer Teil des Einzugsgebietes Mittlere Hangneigung im schweizer Teil des Einzugsgebietes Maximale Meereshöhe im ganzen Einzugsgebiet Mittlere Meereshöhe im ganzen Einzugsgebiet Mittlere Hangneigung im ganzen Einzugsgebiet Prozentualer Flächenanteil der jeweiligen nebenstehenden Höhenstufe am Gesamteinzugsgebiet (x_300 = Höhenintervall 0-300m.ü.M, x300_600 = Höhenintervall m.ü.M. etc.) Grundlage: DTM-AV, Digitales Höhenmodell der Amtlichen Vermessung, aggregiert auf 10m Rasterzellenweite Grundlage: Globales Höhenmodell ASTER GDEM 8.3 Bodenbedeckung Attribut ezgnr Beschreibung Gesamteinzugsgebietsnummer gesamtflaeche Gesamte Fläche des Einzugsgebietes in km 2 flaeche_ch Teilfläche des Gesamteinzugsgebietes innerhalb der Schweiz, in km 2 anteil_ch v25baums,v25fels, v25fluss, v25gebue, v25geroell, v25gergebirge, v25gergletsch, 25GerWald, v25gerwaldoff, v25gletsch, v25graspist, v25hartpist, v25kiesgru, v25lehmgru, v25obstanl, v25reben, v25seefl, v25siedlung, v25stauda, v25stauma, v25steinbr, v25wald, v25waldoffen, v25sumpfgeb, v25sumpfwald, v25sumpfoffwa, v25sumpf, v25uebriggeb Teilfläche innerhalb der Schweiz in Prozent der Gesamtfläche Prozentualer Flächenanteil der jeweiligen nebenstehenden Bodenbedeckungskategorie an der schweizer Teilfläche des Gesamteinzugsgebietes. Prozentualer Anteil der unten stehenden Corine Land Cover Kategorien am Gesamteinzugsgebiet: Grundlage: swisstopo VECTOR25 Primärflächen, Stand Klasse 11, Urban geprägte Flächen UrbaneFl IndustrGewVerk AbbauDeponien Stadtgruen Ackerfl Klasse 12, Industrie-, Gewerbe- und Verkehrsflächen Klasse 13, Abbauflächen, Deponien und grossfläche Baustellen Klasse 14, Künstlich angelegte, nicht landwirtschaftlich genutzte Flächen Klasse 21, Ackerflächen Grundlage: Kombination aus 25/28