Gemeinsame Wasserstandsvorhersage der Bodensee-Anlieger

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1 erschienen in: BfG-Schriftenreihe 6/2004: Wasserstands- und Abflussvorhersage in grenzüberschreitenden Flussgebieten, Kolloquium am , S Gemeinsame Wasserstandsvorhersage der Bodensee-Anlieger Manfred Bremicker, Therese Bürgi, Clemens Mathis Bei der Wasserstandsvorhersage für den Bodensee ist eine intensive grenzüberschreitende Zusammenarbeit der zuständigen Hochwasserzentralen in der Schweiz, im österreichischen Bundesland Vorarlberg und in Baden-Württemberg erforderlich. Die Ausgangsvoraussetzungen dieser Wasserstandsvorhersage für den Bodensee sowie deren organisatorischer und fachlicher Aufbau werden im Folgenden vorgestellt. Das Bodenseegebiet und das Seehochwasser 1999 Das Einzugsgebiet des Bodensees umfasst rund km 2 und erstreckt sich in seinem südlichsten Bereich von einem kleinen Anteil Italiens über die Schweiz, Lichtenstein, Österreich und Bayern bis zu den nördlichen Bodensee-Zuflüssen aus Baden-Württemberg (Bild 1). Den größten Seezufluss bildet der Alpenrhein, jedoch können bei Hochwasser auch nennenswerte Zuflussanteile von der Bregenzerach sowie der Argen gebildet werden. Seite 1

2 Der Bodensee selbst weist eine Fläche von 536 km 2 auf und besteht aus den unterschiedlich hoch gelegenen Teilbecken Obersee und Untersee, die auf der Höhe der Stadt Konstanz durch den Seerhein miteinander verbunden sind. Die gesamte Uferlänge beträgt rund 273 Kilometer. Trotz der großen Seefläche kann der Wasserstand des Bodensees rasch ansteigen, wie es zuletzt das Seehochwasser im Mai/Juni 1999 gezeigt hat: Aufgrund intensiver Niederschläge in Kombination mit Schneeschmelze in den höheren Lagen des Einzugsgebietes stieg hier der Seewasserstand innerhalb von 14 Tagen um rund 1,80 Meter auf einen Wert von 5.65 m am Pegel Konstanz an (Bild 2). Dies stellte den höchsten Wasserstand des Bodensees seit dem Jahr 1890 dar. Wasserstand am Pegel Konstanz / Bodensee [cm über PNP] Als Folge des hohen Seewasserstandes im Mai/Juni 1999 waren ufernahe Städte in einzelnen Bereichen wochenlang überflutet (Bild 3: Innenstadt von Bregenz) und es kam teilweise zu erheblichen Beeinträchtigungen von Landwirtschaft, Tourismus und Schifffahrt. Seite 2

3 Erstellung einer gemeinsamen Wasserstandsvorhersage für den Bodensee Da im Jahr 1999 noch keine operationellen Hochwasservorhersagemodelle für die Bodensee-Zuflüsse aus dem Alpenrhein sowie für die übrigen Seezuflüssen zur Verfügung stand, musste die zu erwartende Wasserstandsentwicklung während dieses Hochwassers über vereinfachte Verfahren abgeschätzt werden. Eine Arbeitsgruppe mit Vertretern der Länder Baden-Württemberg, Schweiz und Vorarlberg erarbeitete daher im Anschluss an das Hochwasser ein Konzept für eine modellbasierte Wasserstandsvorhersage für den Bodensee. Auf dieser Basis wurde im Jahr 2000 eine Verwaltungsvereinbarung über die Zusammenarbeit bei der Wasserstandsvorhersage für den Bodensee abgeschlossen. Kernpunkte dieser Dreiländer-Vereinbarung sind: weitere Verbesserung der technischen Vernetzung zwischen den jeweiligen Hochwasserzentralen gemeinsame Verbreitung von Hochwasser-Informationen für den Bodensee länderspezifische Erstellung von Hochwasservorhersagemodellen für die zugehörigen Flussgebiete gemeinsame Erstellung eines Seemodells für den Bodensee Die Projektdurchführung für das österreichische Bundesland Vorarlberg liegt beim Landeswasserbauamt (LWBA), für die Schweiz beim Bundesamt für Wasser und Geologie (BWG) und für Baden-Württemberg bei der Hochwasser-Vorhersage- Zentrale der Landesanstalt für Umweltschutz (HVZ). Darüber hinaus erfolgen Abstimmungen mit dem Wasserwirtschaftsamt in Kempten, welches für den bayerischen Uferabschnitt bei Lindau zuständig ist. Die Federführung für die gemeinsame Bodenseevorhersage wechselt im jährlichen Turnus zwischen den drei Dienststellen. Die Kernziele der Verwaltungsvereinbarung wurden in folgender Weise umgesetzt: Technische Vernetzung zwischen den Bodensee-Zentralen Für die weitere Verbesserung des bereits vorhandenen Datentransfers wurde ein gemeinsamer FTP-Server eingerichtet, auf dem die drei beteiligten Hochwasserzentralen jeweils über volle Lese- und Schreibrechte verfügen ( Bodensee- Server"). Über diesen Server erfolgt u.a. die automatisierte gegenseitige Bereitstellung von gemessenen und vorhergesagten Wasserstands- und Abflussdaten sowie von Niederschlagsmessungen. Seite 3

4 Gemeinsame Verbreitung von Hochwasser-Informationen für den Bodensee Da dem Internet eine zentrale Rolle bei der Verbreitung von Hochwasser- Informationen zukommt, wurde unter der Adresse ein länderübergreifendes Internetangebot eingerichtet (Bild 4). Über diese Internetseite wird im Hochwasserbetrieb neben den aktuellen Mess- und Vorhersagedaten ein gemeinsamer Hochwasser-Lagebericht der drei Hochwasserzentralen veröffentlicht, der auch Informationen zur Wetterlage sowie zur Schneeschmelze beinhaltet. Neben dem gemeinsamen Internetangebot gibt es länderspezifisch weitere Informationswege wie Videotext, Telefonansagedienste, Rundfunkdurchsagen, Pressemitteilungen und Mobilfunk- WAP. Erstellung von Hochwasservorhersagemodellen für die Bodensee- Zuflüsse Den entscheidenden Baustein für die Bodensee-Vorhersage stellen die Hochwasservorhersagemodelle für die maßgeblichen Zuflüsse dar. Die beteiligten Hochwasser- Zentralen erstellten hierzu folgende Vorhersagesysteme für die maßgeblichen Bodensee-Zuflüsse: Alpenrhein (6.119 km 2 ): Vorhersagemodell der BWG auf Basis des Modells HBV, im operationellen Testbetrieb seit 2003 Bregenzerach (832 km 2 ): Vorhersagemodell des LWBA auf Basis des Modells LARSIM, im operationellen Betrieb seit 2002 baden-württembergische Bodensee-Zuflüsse (2.380 km 2 ): Vorhersagemodell auf Basis des Modells LARSIM, im operationellen Betrieb seit 2001 Diese Modelle werden von der jeweils zuständigen Hochwasserzentrale lokal vorgehalten und operationell eingesetzt. Die entsprechende Vorgehensweise hat sich bereits am Rheinstrom zwischen Basel und der Nordsee bewährt und soll auf Basis der jeweils sehr guten Kenntnis der regionalen Besonderheiten und deren modelltechnischen Erfassung die bestmögliche Vorhersage gewährleisten (vgl. IKSR, 2002). Alle drei Zuflussmodelle werden auf Basis von gemessenen Niederschlags- und Abflussdaten sowie den Niederschlagsvorhersagen der Wetterdienste betrieben und ermöglichen 48-stündige Abflussvorhersagen. Aufgrund der kurzen Fließzeiten in den Einzugsgebieten sowie den Ungenauigkeiten in der Niederschlagsvorhersage Seite 4

5 können die hydrologischen Vorhersagen bereits nach der 12. Vorhersagestunde nur noch als Abschätzung interpretiert werden. Das baden-württembergische Zuflussmodell weist eine räumliche Flächenauflösung von 1*1 Kilometer auf (Bild 5) und erfasst die Niederschlags-Abflussprozesse sowie den Hochwasserablauf im Gerinne in einer stündlichen Auflösung. Weitere Informationen zum hydrologischen Vorhersagemodellen geben [Homagk & Ludwig, 1998] sowie [Bremicker, 2000]. Die Schneeschmelze im Einzugsgebiet wird durch das im Winterhalbjahr vorgeschaltete Schneeschmelzmodell SNOW3 des Deutschen Wetterdienstes rechnerisch erfasst. Die mit den Zuflussmodellen von BWG, LWBA und HVZ jeweils berechneten Vorhersagen werden anschließend auf den Bodensee-Server übertragen und bilden dort die Grundlage für die Vorhersage des Seewasserstandes. Gemeinsames Seemodell für den Bodensee Das Modell zur Berechnung des Seewasserstandes stellt ein iteratives Verfahren zur Berechnung der Seeretention im Bodensee-Obersee dar. Eingangsdaten in das Modell sind die gemessenen bzw. vorhergesagten Ganglinien der Bodensee- Zuflüsse sowie der Niederschlag auf die Seeoberfläche, der aus den umliegenden Ombrometern sowie den Niederschlagsvorhersagen berechnet wird. Eine schematische Darstellung des Datenfluss für das Bodenseemodell enthält Bild 6. Abflussvorhersage CH-Zuflüsse Abflussvorhersage V-Zuflüsse Abflussvorhersage BW-Zuflüsse Niederschlag auf Seefläche Bodensee-Modell aktuelle Seewasserstände Wasserstandsvorhersage Ober- und Untersee Mo Di Mi Do Seite 5

6 Als hydraulische Kennwerte des Obersees dienen die Volumen-Inhaltskennlinie sowie die Wasserstands-Abflussbeziehung des Seerheins. Das Vorhersageergebnis aus dem Seemodell ist eine 48-stündige Ganglinie des Seevolumens für den Obersee. Die entsprechende Zeitreihe für den Untersee wird hieraus über eine Korrelationsbeziehung zwischen Ober- und Untersee berechnet. Eine Umstellung auf ein eigenes Retentionsmodul für den Untersee ist beabsichtigt. Anschließend werden die Berechnungsergebnisse auf die jeweiligen Bezugshorizonte der Anliegerländer umgerechnet: Für die schweizerischen Pegel erfolgt die Wasserstandsangabe in Meter über Marseille, für die in Vorarlberg gelegenen Pegel in Meter über Triest, während sich die Angaben der deutschen Bodenseepegel auf den Meeresspiegel bei Amsterdam beziehen (die Differenz zwischen deutschen und schweizerischen Landeshorizont beträgt rund 32 Zentimeter). Die Hochwasservorhersagen für den Bodensee werden im Bedarfsfall mindestens einmal täglich aktualisiert und über die Informationswege der Hochwasserzentralen (z.b. veröffentlicht. Die internationale Zusammenarbeit für die Hochwasservorhersage im Rheingebiet setzt sich flussabwärts des Bodensees bis zur Rheinmündung fort [Bürgi et al., 2004]. Eine Übersicht der internationalen Vorhersagekette am Rhein gibt die Internetseite der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins ( Menüpunkt Hochwasser) sowie die Übersichtseite der Hochwasserzentralen in Deutschland und den Nachbarländern ( Literatur Bremicker M. (2000): Das Wasserhaushaltsmodell LARSIM - Modellgrundlagen und Anwendungsbeispiele. Freiburger Schriften zur Hydrologie, Band 11. Institut für Hydrologie der Universität Freiburg. Bürgi, Th., Homagk, P., Prellberg, D., Sprokkereef, E., Wilke, K. (2004): Das internationale Hochwasservorhersagesystem am Rhein. Erscheint in: Wasserwirtschaft, Heft 12/2004. Homagk, P., Ludwig, K. (1998): Operationeller Einsatz von Flussgebietsmodellen bei der Hochwasser-Vorhersage-Zentrale Baden-Württemberg. Wasserwirtschaft (88), Seiten 160 bis 167. IKSR (2001): Umsetzung des Aktionsplans Hochwasser bis Internationale Kommission zum Schutz des Rheins. Anschrift der Autoren: Manfred Bremicker, Hochwasser-Vorhersage-Zentrale der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, Postfach , D Karlsruhe, manfred.bremicker@lubw.bwl.de Therese Bürgi, Bundesamt für Wasser und Geologie, CH-3003 Bern-Ittigen, therese.buergi@bafu.admin.ch Clemens Mathis, Landeswasserbauamt, Jahnstr , A-6901 Bregenz, clemens.mathis@vorarlberg.at Seite 6