Alpine Retention von Hochwässern Günter Blöschl, Jose Luis Salinas, Jürgen Komma, Thomas Nester Rolle der agrartechnischen Fachbereiche im Naturgefahrenmanagement Innsbruck, 20. Oktober 2017
Fragestellung des Projektes Kann durch Errichtung von Rückhaltebecken in den alpinen Seitentälern das Hochwasser am Inn vermindert werden?? Foto: WLV Tirol Foto: Stefan Jud
Einzugsgebiet nach Seger (2001) Pegel Retentionsbecken Fluss
130 Potentielle Rückhaltebecken 10 m Stauhöhe, gesamtes Volumen 21 Mio m³ Rückhaltebecken (RHB)
Einzugsgebiete der potentiellen Becken Rückhaltebecken (RHB) Einzugsgebiet RHB
Modelle Stochastisches Niederschlagsmodell Raum-zeitliche Simulation von Niederschlag und Lufttemperatur (10.000 Jahre) im Inngebiet Kalibriert an ~300 Stationen, > 30 Jahre Reihenlänge Hydrologisches Modell Umsetzten der Niederschläge in Abfluss (10.000 Jahre) Kalibriert an Abflussdaten (71 Pegel, 300 meteorologische Stationen, 54 Ableitungen), ~ 25 Jahre Reihenlänge
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)
Stochastisches Niederschlagsmodell Simuliert im beschränkten Normalraum Transformation in Gamma-verteilten Raum
Stochastisches Niederschlagsmodell Simulation an Stationen: Monatssummen, Jahressummen Beobachtet Simuliert
Stochastisches Niederschlagsmodell Jahresmaxima 24h Niederschlag Beobachtet Simuliert Saisonalität Beobachtet Simuliert Simuliert
Stochastisches Niederschlagsmodell Simuliert Beobachtet 0 40 80 120 160 mm/d
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
Simulationen der Hochwässer Hydrologisches Modell sorgfältig getestet, sodass es Abflussprozess präzise beschreibt Parameter aus Landnutzung
Hydrologisches Modell Im Unterinntal (Oberaudorf/Inn) Jahr Max. Durchfluss Volumen 1985 2030 m³/s 210 Mio m³ 1987 1650 m³/s 115 Mio m³ 2005 2275 m³/s 205 Mio m³ Abfluss (m³/s)
Hydrologisches Modell Kalibrierung für 1980-2015 beobachtet Oberaudorf Hochwasser 2005 Jährlichkeit Abflussscheitel (m³/s) Abfluss (m³/s) Abflussscheitel (m³/s) simuliert
Monte Carlo Simulationen 10.000 Jahre Niederschlags- und Abflusssimulationen Szenarien: Wirkung der Rückhaltebecken auf z.b. 100 jährl. Hochwässer Wirkung einer potentiellen Aufforstung Oberaudorf Abfluss (m³/s) Zeit (h)
Wirkung der Rückhaltebecken für Unterinntal beim Hochwasser 2005 Oberaudorf Niederschlag 21.-27. Aug.2005 0 100 200mm Innsbruck Wirkung Innsbruck wirksam
Wirkung der Rückhaltebecken für Unterinntal beim Hochwasser 2005 Oberaudorf Niederschlag 21.-27. Aug.2005 0 100 200mm Wirkung Innsbruck Innsbruck wirksam nicht wirksam
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 1985 1987 2005 0 100 200mm
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 1985 1987 2005 wirksam nicht wirksam
Wirkung Rückhaltebecken Hochwasser 2005 Lokal: 25 km² Regional: 100 km² Inntal: 10000 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.
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
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
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