Ein Beitrag zur verbesserten Abflußvorhersage
in Buntsandsteingebieten
Dipl-Geoökol. M. Casper
Institut für Wasserwirtschaft und Kulturtechnik
Universität Karlsruhe (TH)
erstellt: 9.9.1999
(Alle im Vortrag verwendeten Daten entstammen der Meßdatenbank
der AG Dürreych , (1999). Die Aussagen stützen sich im wesentlichen
auf den Meßzeitraum 03/97 bis 08/99).
Die heutige Hochwasservorsage wie sie z.B. von der Hochwasservorhersagezentrale
in Baden-Württemberg (HVZ BW) betrieben wird, stützt sich im
wesentlichen auf Wettervorhersagemodelle, die sie mit N-A-Modellen koppelt.
Im Falle eines Hochwassers werden außerdem online Pegel- und Niederschlagsdaten
verarbeitet. Auch kalibrierte Wetterradardaten können einfließen
(Homagk, 1999).
Mit diesem Verfahren lassen sich für größere
Flüsse sehr gute Vorhersagen treffen. In kleineren Gebieten (in etwa
bis zur Größe des Oos-Einzugsgebietes in Baden-Baden) können
sie jedoch nur bedingt eingesetzt werden, da die Modelle vor allem auf
die Ist-Zustände in den Oberläufen der Einzugsgebiete angewiesen
sind. Diese müßten von Pegeln erfaßt werden, die in kleineren
Gebieten nur selten vorhanden sind. Jedoch sind bei diesen Gebieten die
Vorhersagezeiten dann trotzdem zu kurz, um eine echte Vorwarnung praktizieren
zu können.
Einen Beitrag zur Vergrößerung dieser Vorwarnzeit
könnte hier die Erfassung oder Abschätzung der aktuellen "Abflußbereitschaft"
eines Gebietes bringen. Diese Informationen könnte zusammen mit einer
Niederschlagsvorhersage zu einer ersten Schätzung des zu erwartenden
Abflusses führen.
In diesem Vortrag sollen zwei sich ergänzende Verfahren,
diese "Abflußbereitschaft zu ermitteln am Beispiel des Dürreychbachtales
(oberes Einzugsgebiet der Eyach) vorgestellt werden.
1.) Zustandsermittlung aus Kurzzeit-Ganglinienanalyse
Unsere Untersuchungen haben gezeigt, daß extreme
Hochwässer im Buntsandstein vor allem dann entstehen, wenn eine hohe
Niederschlagsmenge auf eine möglichst gesättigte Oberfläche
fällt. Ansonsten weist der Untergrund ein sehr hohes Dämpfungsvermögen
auf.
In vielen N-A-Modellen findet sich daher als eine Variable
für die Bestimmung des Abflußbeiwertes eines Gebietes (=Anteil
des Regens, der direkt zum Abfluß kommt) der sogenannte "Basisabfluß"
(= Abflußhöhe vor Ereignisbeginn). Er soll dazu dienen, die
Füllung des abflußaktiven, oberflächennahen Bodenspeichers
abzuschätzen. Allerdings weisen Buntsandsteingebiete mächtige
Grundwasserspeicher auf, die fast ausschließlich für die Höhe
des Basisabflusses verantwortlich sind, deren Füllung läßt
jedoch fast keinen Rückschluß auf das aktuelle Abflußverhalten
des Gebietes zu. Dies läßt sich viel besser aus dem momentanen
Gefälle (1. Ableitung) der Abflußganglinie bestimmen: Entleert
sich noch der Bodenspeicher, ist die Abflußganglinie steiler als
während der Entleerung des eigentlichen Grundwasserspeichers. Zur
Unterscheidung der Boden- und Grundwasserkomponente muß nur eine
genügende Zahl an Auslaufganglinien vorliegen und ausgewertet werden.
Besser
ist es jedoch, sich auf gemessene Bodenfeuchtedaten zu stützen.
2.) Zustandsermittlung durch Bodenfeuchtemessung
Nennenswerter Abfluß findet erst statt, wenn Flächen
mit Sättigung der obersten Bodenschicht in genügend großer
Ausdehnung vorhanden sind ("Sättigungsflächen"). Plaziert man
einige Bodenfeuchtemeßstationen im Bereich solcher Flächen,
erlauben diese eine permanente Erfassung des aktuellen Gebietszustandes.
Abbildung 1: Zusammenhang zwischen Bodenfeuchte (oben),
Niederschlag und Abfluß (unten); Zeitpunkte für "Speicher leer"
aus Steigunsanalyse (unten)
Für das Dürreycheinzugsgebiet wurde dieser Zusammenhang
exemplarisch herausgearbeitet: Hier existieren 4 Bodenfeuchtemeßstationen,
eine davon befindet sich in einer temporären Sättigungsfläche.
Nur für diesen Meßpunkt findet sich ein direkter Zusammenhang
zwischen Einsetzen von Abfluß und Sättigung des Oberbodens (vgl.
Abbildung 1)
Eine Bodenfeuchtemeßstation mit mehreren Sensoren
(5-6) innerhalb der obersten 50 cm müßte in einer repräsentativen,
temporären Sättigungsfläche des zu überwachenden Einzugsgebiets
installiert werden. Die Elektronik müßte Sättigungszustände
selbständig erkennen und entsprechende (Funk-)Signale senden. Temporäre
Sättigungsflächen lassen sich mit Hilfe Digitaler Reliefanalyse
und anschließende Überprüfung im Gelände relativ einfach
ermitteln (vgl. Waldenmeyer, 1999).
Literatur:
AG Dürreych (1999): http://duerreych.de
Homagk, P. (1999): Die Hochwasser–Vorhersage-Zentrale
Baden-Württemberg - ein präventiver Beitrag zum Hochwasserschutz,
in diesem Band
Waldenmeyer (1999): Ausgliederung von Flächen gleicher
Abflußreaktion: http://duerreych.de
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