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Modellierung des Wasserhaushaltsvon vier kalkalpinen
Einzugsgebieten fur verschiedeneKlimaszenarien
Diplomarbeit
eingereicht am
Institut fur Meteorologie und Geophysik,
Leopold–Franzens–Universitat Innsbruck
zur Erlangung des akademischen Grades
Magister der Naturwissenschaften
von
Andreas Meingaßner
Februar 2008
i
Uberblick
In der vorliegenden Arbeit wird die Sensibilitat des Abflussverhaltens verschiede-
ner Flusse in Kalksteingebieten fur unterschiedliche Klimaszenarien untersucht. Mit
Hilfe des von M. Kuhn am Institut fur Meteorologie und Geophysik Innsbruck entwi-
ckelten Abflussmodells OEZ (Osterreichische Einzugsgebiete) werden verschiedene
Szenarien fur Temperatur- und Niederschlagsanderungen berechnet.
Das Modell OEZ arbeitet mit klimatologischen Mittelwerten von Abfluss, Tempera-
tur und Niederschlag. Es verfugt uber eine zeitliche Auflosung in Monatsschritte und
eine raumliche Unterteilung in 100-m-Hohenintervalle. Die in dieser Arbeit unter-
suchten Einzugsgebiete beschranken sich auf den ostlichen Teil Vorarlbergs und den
Nordtiroler Raum. Im Detail handelt es sich um die Flusse Lech, Isar und den Obern-
berger Seebach mit den dazugehorigen Pegelstationen Steeg beziehungsweise Lech
(Tannbergbrucke), Scharnitz (Weidach) und Gries am Brenner. Zur Bestimmung der
klimatologischen Mittelwerte der monatlichen Abflussmengen dienen Messzeitreihen
zwischen 1961 und 2005, zur Verfugung gestellt vom Hydrographischen Dienst Tirol
beziehungsweise Vorarlberg.
Zunachst liegt das Ziel darin, das Modell mit monatlichen Klimadurchschnittswerten
von Temperatur, Temperaturgradient, Niederschlag, Niederschlagsgradient, Schnee-
bedeckung, Gradtagfaktoren, Gletscher-Massenbilanzwerten, Flussigspeicherwerten
und einer Flachen-Hohen-Verteilung des Einzugsgebietes so einzustellen, dass der
mit dem OEZ berechnete Abfluss an der jeweiligen Pegelstation um maximal
plus/minus 20 Millimeter vom gemessenen klimatologischen monatlichen Abfluss-
mittelwert der Messperiode abweicht. Nach erfolgreicher Kalibrierung fur das jewei-
lige Gebiet werden Szenarien fur eine monatliche Temperaturzunahme bis maximal
drei Grad Celsius und eine Niederschlagsvariabilitat von plus/minus 20 Prozent der
derzeitigen Werte durchlaufen. Ein jahreszeitlich unterschiedliches Klimaszenario
aus einer Kombination zwischen Niederschlags- und Temperaturanderung rundet
diese Arbeit ab.
ii
Abstract
This thesis deals with the sensibility of runoff habits of various rivers corresponding
to different climate scenarios. All the rivers investigated are located in regions with
limestone. Based on the runoff model OEZ (Osterreichische Einzugsgebiete), deve-
loped by M. Kuhn, professor at the Institute of Meteorology and Geophysics at the
University of Innsbruck (Austria), various scenarios of change in temperature and
precipitation will be investigated.
Climatologically mean values of runoff, temperature and precipitation are three im-
portant input parameters for the model OEZ. Calculations are made for a time step
of months. The spatial resolution constitutes vertical height intervals of 100 meters.
The catchment areas, which are investigated in this thesis, are situated in the east
part of Vorarlberg and the northern part of Tirol, Austria. In detail the rivers Lech,
Isar and Obernberger Seebach with the corresponding gauging stations Steeg and
Lech (Tannbergbrucke), Scharnitz (Weidach), Gries am Brenner are concerned. To
determine the climatologically mean values of the monthly runoff amount we use
long-time measurements of the period between 1961 and 2005. These datasets are
provided by Hydrographischer Dienst Tirol and Vorarlberg.
In the beginning it is the goal to simulate the measured runoff by calibrating the
mean climate values of temperature, temperature gradient, precipitation, precipi-
tation gradient, snow cover, degree day factor, glacier mass balance, liquid storage
values and altitude-area distribution of the catchment area. The criteria of this cal-
culation is, that the calculated runoff may not differ more than +/-20 mm from the
measured, climatologically, monthly runoff of the long-time measurements. Being
successful in this task, we can start to simulate climate scenarios of warming up to
plus three degree Celsius and scenarios with a precipitation variability of plus or
minus 20 percent of actual mean values. A combination of precipitation and tempe-
rature scenario for summer and winter season closes this work.
Inhaltsverzeichnis
Uberblick i
Abstract ii
Inhaltsverzeichnis iv
1 Einleitung 1
1.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Die Einzugsgebiete 3
2.1 Obernberger Tal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Gebiet Scharnitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3 Gebiet Steeg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.4 Gebiet Tannberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 Daten 10
3.1 Datenbeschaffung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.1 Temperaturdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.2 Niederschlagsdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1.3 Winddaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1.4 Abflussdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1.5 Pegelstationsdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.6 Gelandedaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Aufarbeitung der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2.1 Temperaturdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.2 Niederschlagsdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.3 Abflussdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.4 Gelandedaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3 Dateninput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3.1 Obernberger Tal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.3.2 Gebiet Scharnitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3.3 Gebiet Steeg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
iv
INHALTSVERZEICHNIS v
3.3.4 Gebiet Tannberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4 Aufbau des hydrologischen Modells 26
4.1 Erste Naherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.1 Verdunstung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.2 Niederschlag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.3 Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2 Zweite Naherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.2.1 Niederschlag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.2.2 Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.2.3 Verdunstung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3 Dritte Naherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.3.1 Niederschlag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.3.2 Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.3.3 Schneebedeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.3.4 Abfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5 Sensitivitat des Modells 32
5.1 Auswirkungen bei Anderungen der Eingabewerte . . . . . . . 32
5.1.1 Gradtagfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1.2 Schneebedeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1.3 Referenzniederschlag und Niederschlagsgradient . . . . . . . . 33
5.1.4 Referenztemperatur und Temperaturgradient . . . . . . . . . . 33
6 Modellergebnisse und Verifikation des Klimaszenarienmodells 35
6.1 Ergebnisse der Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.2 Verifikation des Modells fur Klimaszenarien . . . . . . . . . . . 39
7 Modellierung der Klimaszenarien 43
7.1 Ganzjahrige Klimaszenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.1.1 Niederschlagsszenario ohne Temperaturanderung . . . . . . . . 43
7.1.2 Temperaturszenario ohne Niederschlagsanderung . . . . . . . . 46
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien . . . . . . . . . . . 48
7.2.1 Niederschlagsszenario ohne Temperaturanderung . . . . . . . . 49
7.2.2 Temperaturszenario ohne Niederschlagsanderung . . . . . . . . 51
7.2.3 Temperatur- und Niederschlagsszenario kombiniert . . . . . . 54
7.3 Anderung der Schneedecke und Verdunstung beim Eintreten
des kombinierten Niederschlag- und Temperaturszenarios . . 56
8 Schlussfolgerungen 60
INHALTSVERZEICHNIS vi
A Stammdaten der Pegelstationen 62
B Flachen-Hohen-Verteilungen der Gebiete 66
C Parameter und berechnete Wasserhaushaltskomponenten der
verschiedenen Szenarien 67
Literatur 76
Danksagung 77
Lebenslauf 78
1
Kapitel 1
Einleitung
1.1 Aufgabenstellung
Der großte Teil (knapp unter 60 Prozent) elektrischer Energie in Osterreich wird
aus Wasserkraft gewonnen. Flusskraftwerke haben einen wesentlichen Anteil an der
Gewinnung von Strom durch Wasser. Gerade deswegen ist es in Zeiten der globalen
Erwarmung von allgemeinem Interesse der Energiewirtschaft, wie sich das Abfluss-
verhalten von Flussen bei geanderten klimatischen Bedingungen entwickelt. Diese
Faktoren geben einen wesentlichen Anstoß fur die Fortsetzung der vom Institut fur
Meteorologie und Geophysik in Innsbruck unter der Leitung von Prof. Michael Kuhn
durchgefuhrten Untersuchungen.
Ziel dieser Diplomarbeit ist es, mit Hilfe des hydrologischen Modells OEZ
(Osterreichische Einzugsgebiete) das Abflussverhalten vier nicht vergletscherter Ein-
zugsgebiete zu untersuchen. Das OEZ-Modell ist ursprunglich mit dem Programm
Excel erstellt worden, wurde aber von Mag. Marc Olefs am Institut fur Meteorologie
und Geophysik der Universitat Innsbruck in eine Matlabversion umgeschrieben. Die
Berechnungen fur die in dieser Arbeit untersuchten Gebiete wurden allesamt mit
dem Matlabprogramm durchgefuhrt. Die Richtigkeit der Matlabversion wurde in ei-
nem Vergleich der Ergebnisse von Matlab- und Excelversion mit den Daten aus dem
Obernberger Tal uberpruft. Bei den Berechnungen wird eine vertikale Auflosung des
Gelandemodells von 100 Metern verwendet.
Im ersten Schritt auf dem Weg zu den Modellergebnissen ist es notig, die rich-
tigen klimatologischen Eingabevariablen zu bestimmen. Ein Mittelwert mehrerer
Stationen uber den Zeitraum zwischen 1961 und 2005 soll den Anhaltspunkt fur
Niederschlag und Temperatur geben. Nach der Annaherung des modellierten an den
gemessenen Abfluss mit einer erlaubten Differenz von plus/minus 20 mm in jedem
Monat kann begonnen werden, einzelne Klimaszenarien zu modellieren.
Zunachst wird angenommen, dass die Temperatur in jedem Monat um bis zu drei
1.2 Aufbau der Arbeit 2
Grad zu- beziehungsweise abnimmt. Ein ahnliches Szenario wird fur eine Zu- und
Abnahme des Niederschlags von bis zu 20 Prozent des Monatsniederschlages durch-
laufen. Eine Kombination dieser Klimavariabilitaten rundet die Untersuchung uber
die ganzjahrlich einheitliche Veranderung von Temperatur und Niederschlag ab.
Eine jahreszeitliche Anderung von Niederschlag und Temperatur aufgrund von Kli-
mavariabilitat soll den Abschluss der Abflussstudien bilden. Als Richtwerte fur die
angenommenen Veranderungen dienen wahrscheinliche Szenarien fur den Alpen-
raum, die aus Klimastudien gewonnen wurden. So wird im jahreszeitlichen Klima-
modell eine Veranderung des Winterniederschlags (Oktober bis inklusive Marz) von
bis zu plus 15 Prozent angenommen, wahrend der Sommerniederschlag (April bis
September) eine negative Auslenkung von maximal 20 Prozent erfahrt . Hinsichtlich
der Temperaturen wirkt sich die Klimaanderung mit einer Erwarmung von einem
Grad Celsius im Winter und bis zu plus zwei Grad im Sommer aus (Frei, 2007).
Auch bei den jahreszeitlichen Anderungen soll auf das veranderte Abflussverhalten
bei einer Kombination von Niederschlags- und Temperaturanomalie grundlegend
eingegangen werden. Da die gesamten Untersuchungen auf klimatologisch gemit-
telten Monatswerten basieren, ist es allerdings nicht moglich, die Folgen einzelner
Extremereignisse zu erkennen.
1.2 Aufbau der Arbeit
In Kapitel zwei werden die vier Einzugsgebiete, die im Rahmen dieser Diplomar-
beit behandelt werden, vorgestellt. Einen Einblick in die Beschaffung der Daten,
deren Aufarbeitung und die Festlegung der Inputdaten fur das Modell gibt das drit-
te Kapitel. Den Aufbau des hydrologischen Modells OEZ mit den verschiedenen
Naherungen in Form der Matlabversion soll Kapitel vier ubermitteln. Auf die Sensi-
tivitat des Modells bei der Anderung von verschiedenen Variablen wird im Anschluss
daran im Kapitel funf naher eingegangen. Kapitel sechs widmet sich im ersten Teil
den Modellergebnissen von Verdunstung, Niederschlag und Abfluss. Im zweiten Teil
wird das Klimaszenarienmodell durch Vergleich mit bereits gemessenen Daten auf
seine Richtigkeit uberpruft. Kapitel sieben beschaftigt sich dann ausfuhrlich mit den
verschieden Klimaszenarien. Dabei werden sowohl Szenarien durchlaufen, in denen
die Anderung von Temperatur und Niederschlag das ganze Jahr uber konstant ist,
als auch solche, in denen Sommer- und Winterhalbjahr verschiedene Anderungen
erfahren.
3
Kapitel 2
Die Einzugsgebiete
Die Lage der Einzugsgebiete ist auf verschiedene Teile Tirols und Vorarlbergs auf-
geteilt. Zwei der vier Gebiete sind miteinander verbunden. Die genaue Lage der
Einzugsgebiete wird in der Abbildung 2.1 dargestellt. Eine geographisch detaillier-
tere Ansicht ist in den einzelnen Unterkapiteln fur jedes Gebiet extra enthalten.
Außerdem soll die Abbildung 2.1 eine Ubersicht uber die Lage der verwendeten
Messstationen, die auch in Tabelle 2.1 aufgelistet sind, geben. Generell ist zu sagen,
Abbildung 2.1: Lage der Einzugsgbiete und Messstationen: EZ Scharnitz (blau), EZObernberger Tal (schwarz), EZ Tannberg (grun), EZ Steeg (grun + rosa)
dass die Gebiete hinsichtlich der Abflusssimulierung deshalb besonders interessant
sind, da ihre geologische Zusammensetzung uberwiegend aus Kalkstein besteht und
sie deswegen anfalliger fur Verwitterung sind. In Kalkstein eindringendes Regenwas-
2.1 Obernberger Tal 4
ser kann verschiedene Salze aus dem Gestein losen, wodurch Hohlraume entstehen
konnen. Ob in diesen so genannten Karsthohlen so viel Wasser zwischengespeichert
wird beziehungsweise vor allem die Frage, ob unterirdisch abfließendes Wasser das
Abflussverhalten der Flusse so stark beeinflusst, dass sich die Abflussbilanz nicht
mehr gut schließen lasst, ist ein kritischer Punkt in der Untersuchung dieser Gebie-
te.
Messstation Lech Warth Zurs Holzgau Gramais Hinterhornb. NamlosHohe [m] 1480 1508 1720 1100 1320 1100 1260Messdaten NS NS NS NS, T NS NS NS
Messstation Reutte Hofen Boden Hinterriß Scharnitz SeefeldHohe [m] 870 870 1355 930 970 1200Messdaten NS, T NS, T NS NS, T NS, T NS, T
Messstation Trins Matrei Brenner ObernbergHohe [m] 1235 970 1445 1360Messdaten NS, T NS, T NS, T NS, T
Tabelle 2.1: Daten zu den verwendeten Messstationen
2.1 Obernberger Tal
Das Obernberger Tal, in dessen Talboden der Obernberger Seebach verlauft, ist
ein westlicher Seitenarm des Wipptals an der Grenze zu Sudtirol. Abgesehen vom
Taleingang ist das Obernberger Tal durch Gebirgsketten abgeschirmt. Das Tal ist
am Eingang etwas breiter, zum Ende hin wird es schmaler. Die Flanken des Ta-
les nehmen vor allem an der Nordseite relativ rasch an Hohe zu. Am Ausgang des
Obernberger Tales liegt vor der Mundung des Obernberger Seebaches in die Sill
auf einer Seehohe von 1175 m die Pegelmessstelle Gries am Brenner. Den meisten
Niederschlag erhalt das Tal bei westlicher Hohenstromung beziehungsweise bei Tief-
drucklagen uber Mitteleuropa (Fliri, 1962).
Insgesamt umfasst das Einzugsgebiet des Obernberger Seebaches eine Flache von
58.3 km2. Mit 20.1 km2 ist knapp ein Drittel der Flache waldbedeckt. Einem Glet-
scheranteil von 0.05 km2 ist keine Bedeutung fur die Abflussmodellierung beizu-
messen. Die vertikale Erstreckung des Gebietes reicht von 1175 m bis in eine Hohe
von 2874 m. Der flachenmaßig großte Anteil liegt dabei zwischen 1800 und 1900 m.
Das hintere Gebiet des Obernberger Tales umfasst das gesamte Gemeindegebiet von
Obernberg am Brenner. Im vorderen Tal nimmt das Einzugsgebiet des Obernberger
Seebachs auch noch einen Großteil der Flache von Gries am Brenner in Anspruch.
Einen Uberblick uber das Gebiet soll die Abbildung 2.2 geben. Die rote dunne Li-
2.2 Gebiet Scharnitz 5
nie gibt dabei den ungefahren Verlauf der Grenzen des Einzugsgebietes wieder. Die
Pegelmessstation ist mit einem roten Quadrat gekennzeichnet.
Abbildung 2.2: Topographische Karte der Umgebung des Einzugsgebietes des Obern-berger Seebaches (Quelle: Austrian Map Fly)
Abbildung 2.3: Blick vom Sandjochl Richtung Norden ins Obernberger Tal (Foto:Meingaßner)
2.2 Gebiet Scharnitz
Im Karwendelgebirge liegt das Einzugsgebiet der Isar. Nach Suden hin ist das Gebiet
durch die Nordkette begrenzt. Im Norden ist die Staatsgrenze zwischen Osterreich
und Deutschland der Rand des Einzugsgebietes und im Osten die Gemeindegrenze
zwischen Scharnitz und Vomp. Das Gebiet hat eine Ausdehnung von 203.6 km2 und
bewegt sich zwischen einer Hohe von knapp 960 m bis etwa 2730 m. Zwischen 1700
2.3 Gebiet Steeg 6
und 1800 m ist zwar das flachenmaßig großte Gebiet, der großte Waldanteil wird
allerdings zwischen 1600 und 1700 m verzeichnet. Der Pegel Scharnitz (Weidach)
liegt auf 957 m. Vor diesem Pegel munden der Gleirschbach aus Richtung Suden
und der Karwendelbach aus Richtung Norden in die Isar. Gunstige Wetterlagen fur
Niederschlag sind in allen Jahreszeiten besonders West-/Nordwestlagen. Vor allem
im Herbst bringen aber auch Tiefdruckgebiete uber Mitteleuropa, den Britischen
Inseln und in der meridionalen Rinne großere Niederschlagsmengen. (meridionale
Rinne: Weit in den Suden reichende polare Kaltluftausbruche erzeugen meridional
verlaufende, sich langsam von Westen nach Osten verschiebende Hohentroge, die oft
auch in den Bodenwetterkarten als Tiefdruckgebiete ausgebildet sind. (Fliri, 1962, S.
128)) Die Gemeinden Scharnitz, Absam und Innsbruck haben Anteil an der Flache
des Einzugsgebietes, das wieder grob mit roter Umrandung in Abbildung 2.4 darge-
stellt ist.
Abbildung 2.4: Topographische Karte der Umgebung des Einzugsgebietes der Isar(Quelle: Austrian Map Fly)
2.3 Gebiet Steeg
Das Einzugsgebiet Steeg ist mit 241.7 km2 wirksamer Einzugsflache das großte Ge-
biet, das im Rahmen dieser Arbeit untersucht wird. Die Waldflache nimmt mit rund
57 km2 etwa ein Viertel davon ein. Ein kleiner Teil des Gebietes, namlich 0.4 km2, ist
auch vergletschert. Diese Flache ist aber vernachlassigbar gering und wird bei den
2.4 Gebiet Tannberg 7
Berechnungen nicht berucksichtigt. Das Gelande erstreckt sich von 1118 m bis in ei-
ne Seehohe von 2874 m. Dabei hat die Stufe zwischen 1900 und 2000 m flachenmaßig
den großten Anteil. Begrenzt wird das Gebiet, welches der Lech durchfließt, von den
Lechtaler Alpen im Suden und den Allgauer Alpen im Norden. Das Gebiet reicht vom
Ursprung des Lech in Vorarlberg bis zur Pegelstation Lech, die sich in einer Hohe
von 1109 m befindet. Das Einzugsgebiet gehort zum Staugebiet der Nordalpen, wo-
bei die vorgelagerten Allgauer Alpen die Stauwirkung bereits etwas verringern. Den
meisten Niederschlag erhalt das Lechtal bei nordlicher Anstromung. Dreht jedoch
die Stromung uber Nord und West auf Sud, so bleibt das Lechtal im Vergleich zum
Alpenrand aufgrund von fohnigen Effekten deutlich trockener. Dieses Phanomen ist
vor allem im Fruhling, Herbst und Winter starker ausgepragt (Fliri, 1962). Das Ein-
zugsgebiet wird in Abbildung 2.5 durch die gesamte Flache der roten und blauen
Umrandung dargestellt. Innerhalb dieses Bereiches liegen die Gemeinden Dalaas,
Lech, Warth, Steeg und Kaisers.
2.4 Gebiet Tannberg
Dieses Gebiet ist Teil des Gebietes Steeg und liegt im oberen Flussverlauf des
Lech, vom Ursprung des Lech bis hin zur Pegelstation. Die Pegelstation Lech
(Tannbergbrucke) misst dabei den Abfluss aus einem Gebiet mit einer Gesamtflache
von 84.3 km2. Die Flache erstreckt sich dabei uber die Gemeindegebiete von Dalaas
und Lech. Insgesamt gesehen ist das Gebiet Tannberg relativ hoch gelegen. So liegt
schon die Pegelstation selbst auf einer Hohe von 1437 m. Ausgehend von dieser
Hohe reicht das Gebiet bis auf 2739 m. Aufgrund der Seehohe beschrankt sich die
Waldbedeckung dabei auf eine relativ geringe Flache von 17.6 km2, wovon sich
der großte Anteil zwischen 1600 und 1700 m befindet. Zwischen 1900 und 2000
m ist jedoch die großte Flache zu verzeichnen. Die Niederschlagsklimatologie ist
der im Gebiet Steeg gleich. In der Abbildung 2.5 wird das Gebiet durch die rote
Umrandung markiert.
Der prozentuelle Anteil der Waldflache an den Gesamtgebieten ist in Tabelle 2.2
dargestellt.
Gesamtflache [km2] Waldanteil [%]Obernberger Tal 58.2 34.5Gebiet Scharnitz 202.6 44.8Gebiet Steeg 248.2 22.9Gebiet Tannberg 84.4 20.9
Tabelle 2.2: Gesamtflache und Waldanteil der Gebiete
Ein Vergleich der Gebiete untereinander hinsichtlich Niederschlag und Temperatur
2.4 Gebiet Tannberg 8
Abbildung 2.5: Topographische Karte der Umgebung des Einzugsgebietes Lech(Tannbergbrucke und Steeg) (Quelle: Austrian Map Fly)
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
Holzgau
Matrei
Trins
Obernberg
Brenner
Hinterriss
Seefeld
ScharnitzReutte
HöfenNamlosHinterhornbach
Boden¯Gramais
Lech¯
Warth
Zürs
Korrkoeff.: Geb. Lech: 0.63 Obernberger Tal: 0.81 Scharnitz: −0.82
Stationshöhe [m]
mitt
lere
r ko
rr. J
ahre
snie
ders
chla
g [m
m]
Abbildung 2.6: Verteilung der korrigiertenJahresniederschlage mit der Hohe
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 18000
0.51
1.52
2.53
3.54
4.55
5.56
6.57
7.58
8.59
9.510
Holzgau
Matrei
Trins
Boden ® Obernberg -
Brenner
HinterrissSeefeld
ScharnitzReutte
Höfen
¯ NamlosHinterhornbach
Gramais
Lech Warth
Zürs
Korrkoeff.: −0.9
Stationshöhe [m]
mitt
lere
re J
ahre
stem
pera
tur
[°C
]
Abbildung 2.7: Verteilung der Jahresmit-teltemperatur mit der Hohe
sieht folgendermaßen aus: Werden die in Hinsicht auf Wind und Winterniederschlag
nach der Methode von Sevruk (Kapitel 3.2.2) korrigierten Niederschlagsdaten
der einzelnen Stationen in einem Diagramm als Niederschlags-Hohen-Verteilung
eingezeichnet, sieht man wie erwartet eine deutliche Zunahme mit der Hohe.
Die Messstationen des Lechtals sind dabei in der Abbildung 2.6 in roter Farbe
aufgetragen, die des Obernberger Tales in blau und die Stationen im Gebiet
Scharnitz in grun.
Es ist dabei zu erkennen, dass der Anstieg des Niederschlags mit der Hohe im
2.4 Gebiet Tannberg 9
Gebiet Steeg etwas starker als im Obernberger Tal ist. Fur das Gebiet Scharnitz
ergabe die Auswertung der Niederschlagsstationen eine Abnahme mit der Hohe. Da
allerdings in diesem Gebiet Daten von nur drei Stationen verfugbar sind und die
Messstellen auch nur einen geringen Hohenunterschied aufweisen, ist die Bildung
einer Regression zwischen diesen Stationen nicht sinnvoll.
Ein Vergleich der Verteilung der Jahresmitteltemperaturen aller Stationen mit
der Hohe zeigt die deutliche Abnahme mit der Hohe. Die gute Korrelation unter
allen Stationen zeigt dabei, dass die raumliche Verteilung der Temperatur weitaus
homogener ist als die des Niederschlags.
10
Kapitel 3
Daten
Dieses Kapitel liefert einen Uberblick uber die Datenbeschaffung. In weiterer Folge
wird die Aufarbeitung der Daten genauer unter die Lupe genommen, bevor noch
uber die letztendlichen Inputdaten fur das Modell gesprochen wird.
3.1 Datenbeschaffung
Da die Abflussstudien gemittelte Monatswerte uber einen langjahrigen Zeitraum
behandeln, wurden fur die Auswertung der Ergebnisse auch großtenteils bereits vor-
handene Monatswerte der einzelnen Jahre verwendet. Teilweise mussten aber auch
noch Tageswerte gemittelt werden, um das jeweilige Monatsmittel zu erhalten. Der
Zeitraum der zur Verfugung stehenden Daten erstreckt sich von 1961 bis 2005. Al-
lerdings sind nicht alle Zeitreihen komplett vollstandig. Detaillierte Informationen
uber die einzelnen Datenbestande und Stationen finden sich in den einzelnen Unter-
kapiteln.
3.1.1 Temperaturdaten
Insgesamt werden fur alle Einzugsgebiete Zwei-Meter-Lufttemperaturwerte von
neun Stationen verwendet. Ziel ist es, in jedem Einzugsgebiet Temperaturdaten von
mindestens drei Messstationen zu haben.
Die meisten Stationen mit Temperaturdaten innerhalb der hier behandelten Ein-
zugsgebiete stehen im Gebiet Steeg zur Verfugung, das auch flachenmaßig mit einer
wirksamen Einzugsflache von 241.7 km2 das großte ist. Aus diesem Gebiet werden
die Daten der Stationen Reutte, Hofen und Holzgau herangezogen. Zusatzliche
Temperaturdaten fur das Einzugsgebiet Steeg werden fur die Stationen Namlos,
Hinterhornbach, Boden, Gramais, Lech, Warth und Zurs uber Referenzstationen
und einem vertikalen Gradienten von -0.5◦C/100 m berechnet. Als Referenzstation
dient dabei immer die nachstgelegene Station, von der tatsachliche Messwerte
3.1 Datenbeschaffung 11
zur Verfugung stehen. Diese berechneten Werte werden allerdings großteils nur
zur Bestimmung des mittleren Temperaturgradienten verwendet. Fur das Gebiet
Tannberg, das ein Teilgebiet des Gebietes Steeg ist, verfugt man uber Informationen
der Stationen Reutte, Hofen und Holzgau sowie uber die oben genannten, zusatzlich
berechneten Temperaturdaten. Innerhalb beziehungsweise knapp außerhalb des
Einzugsgebietes des Obernberger Seebaches, dem Obernberger Tal, liegen die
Stationen Matrei, Trins, Obernberg und Brenner. Im Gebiet Scharnitz liefern die
Stationen Hinterriß, Seefeld und Scharnitz die notigen Messdaten. Eine genaue
Auflistung uber die Messzeitraume der Stationen findet sich in der Tabelle 3.1.
Als Referenztemperatur des jeweiligen Gebietes werden immer die uber den
gesamten Messzeitraum gemittelten Monatsmitteltemperaturen einer Station
angenommen, die innerhalb der niedrigsten Hohenstufe des Gebietes liegt.
Die Temperaturdaten aller Stationen wurden vom Hydrographischen Dienst Tirol
zur Verfugung gestellt.
Station von bis Station von bisReutte Jan. 1961 Dez. 2005 Seefeld Jan. 1961 Dez. 2005Hofen Jan. 1961 Dez. 2005 Hinterriß Jan. 1961 Dez. 2005Holzgau Jan. 1961 Aug. 2002 Brenner Jan. 1961 Dez. 2005
Okt. 2002 Nov. 2002 Trins Jan. 1961 Dez. 2005Jan. 2003 Dez. 2005 Obernberg Jan. 1971 Dez. 2005
Scharnitz Jan. 1963 Dez. 2005
Tabelle 3.1: Messzeitraum der Temperaturdaten
3.1.2 Niederschlagsdaten
Ein ahnliches Muster wie bei den Temperaturwerten zeigt sich auch bei den Nieder-
schlagsdaten. Allerdings sind hier etwas mehr Stationen notwendig, da der Nieder-
schlag in seiner Verteilung eine wesentlich hohere Komplexitat aufweist. Als Refe-
renzniederschlag fur die unterste Hohenstufe des Gebietes wird immer das Mittel aus
allen nach der Methode von Sevruk (Kapitel 3.2.2) korrigierten Niederschlagsdaten
der Gebietsstationen im jeweiligen Einzugsgebiet berechnet. Die genaue Vorgehens-
weise bei der Korrektur der Daten wird im Kapitel 3.2.2 erklart. Der Niederschlags-
gradient ergibt sich aus einem Mittel der Gradienten zwischen den Stationen eines
Gebietes.
Im Einzugsgebiet des Lech stehen insgesamt zehn Messstationen (Reutte, Hofen,
Holzgau, Namlos, Hinterhornbach, Boden, Gramais, Lech, Warth, Zurs) zur
Verfugung. Im Gebiet Scharnitz gibt es Niederschlagsdaten von den Stationen Hin-
3.1 Datenbeschaffung 12
terriß, Seefeld und Scharnitz, im Obernberger Tal von Matrei, Trins, Obernberg und
Brenner.
Die Daten der Stationen Holzgau, Gramais, Boden, Hinterhornbach, Namlos, Hofen,
Reutte, Seefeld, Scharnitz, Hinterriß, Brenner, Obernberg, Trins und Matrei am
Brenner wurden ebenfalls wieder vom Hydrographischen Dienst Tirol bereitgestellt.
Die Daten der Stationen Zurs, Lech und Warth stammen vom Hydrographischen
Dienst Vorarlberg.
Die Tabelle 3.2 gibt einen Uberblick uber den Messzeitraum der einzelnen Stationen.
Station von bis Station von bisReutte Jan. 1961 Dez. 2005 Holzgau Jan. 1961 Nov. 2002Hofen Jan. 1961 Dez. 2005 Jan. 2003 Nov. 2003Namlos Jan. 1961 Dez. 2005 Jan. 2004 Jan. 2004Hinterhornbach Jan. 1961 Dez. 2005 Marz 2004 Marz 2004Boden Jan. 1961 Dez. 2005 Mai 2004 Apr. 2005Gramais Jan. 1961 Dez. 2005 Scharnitz Jan. 1961 Dez. 2005Lech Jan. 1961 Dez. 2005 Seefeld Jan. 1961 Dez. 2005Warth Jan. 1961 Dez. 1999 Hinterriß Jan. 1961 Dez. 2005
Marz 2000 Marz 2000 Brenner Jan. 1961 Dez. 2005Mai 2000 Mai 2000 Trins Jan. 1961 Dez. 2005
Zurs Jan. 1961 Sept. 2005 Obernberg Jan. 1961 Dez. 2005Matrei Jan. 1961 Dez. 2005
Tabelle 3.2: Messzeitraum der Niederschlagsdaten
3.1.3 Winddaten
Zur Korrektur der Niederschlagsdaten ist es notig, die mittleren Windstarken in der
Nahe der Messstationen zu kennen. Hierfur werden funf Stationen verwendet, de-
ren mittlere monatliche Windgeschwindigkeit als charakteristisch fur die einzelnen
Niederschlagsmessstationen angenommen wird. Fur die Einzugsgebiete Steeg und
Tannberg sind dies die Stationen Sankt Anton am Arlberg, Holzgau und Reutte,
fur das Obernberger Tal die Station Brenner und fur das Gebiet der Isar oberhalb
der Pegelstation Scharnitz die Station Seefeld. Das Mittel der verwendeten Daten
spiegelt den Zeitraum zwischen 1971 und 2000 wider. Als Quelle dient der Online-
datensatz der Zentralanstalt fur Meteorologie und Geophysik.
3.1.4 Abflussdaten
Als Grundlage fur die durchschnittlichen, monatlichen Abflusswerte der einzelnen
Pegelstationen dienen Tageswerte. Nur vom Pegel Scharnitz (Weidach) stehen Mo-
3.2 Aufarbeitung der Daten 13
natsmittelwerte zur Verfugung. Allerdings erstreckt sich der Messzeitraum fur die
Station Scharnitz nur von Janner 1979 bis Dezember 2005 und nicht wie bei den
Stationen Gries am Brenner und Steeg von Janner 1961 bis Dezember 2005 bezie-
hungsweise wie bei der Station Lech (Tannbergbrucke) von Janner 1961 bis Dezem-
ber 2004. Die Rohdaten mussen außerdem zuerst noch von m3/s in mm umgerechnet
werden. Als Datenquelle fur Steeg, Scharnitz und Gries am Brenner/Obernberger
Seebach dient der Hydrographische Dienst Tirol. Die Abflussdaten des Pegels Lech
(Tannbergbrucke) werden vom Hydrographischen Dienst Vorarlberg bereitgestellt.
3.1.5 Pegelstationsdaten
Auch die genauen Informationen zu den Pegelstationen gehen auf Daten des Hy-
drographischen Dienstes Tirol zuruck. Diese beinhalten genaue Auskunfte uber die
politgeographische Zuordnung der Stationen und auch uber die Einordnung des
Gewassergebietes im Hydrographischen Jahrbuch. Detailliertere Informationen uber
die einzelnen Pegel konnen aus den Stammdatenblattern im Anhang gewonnen wer-
den und finden sich teilweise auch im Kapitel 2.
3.1.6 Gelandedaten
Bei der Bestimmung der Flachen-Hohen-Verteilung liegt den Gebieten im Tiroler
Raum ein Grid-Rasterdatensatz mit einer Maschenweite von 50 Metern zugrun-
de. Fur die Teile der Einzugsgebiete Tannberg beziehungsweise Steeg, die in den
Vorarlberger Raum reichen, sind Rasterdaten mit einer Maschenweite von 25 Me-
tern die Grundlage der Berechnungen. Um den Waldanteil der jeweiligen Gebiete
bestimmen zu konnen, ist ein Waldlayer (im Vektorformat) des jeweiligen Gebietes
notwendig. Als Basis dieses Layers dienen fur den Raum Tirol die OK-50-Karten, fur
den Vorarlberger Raum steht ein Raster-Datensatz, erzeugt aus Luftbilderhebungen
in den Jahren 2001/2002, zur Verfugung. Die Begrenzungen der Einzugsgebiete in
Tirol wurden auf Erfassungsbasis 1:50.000 (OK 50) erhoben, in Vorarlberg sind sie
anhand eines Prazisonshohenmodells (bis ein Meter Auflosung) berechnet. Als Da-
tenquellen dient fur die Gebiete in Tirol das Land Tirol (Tiris) und fur die Gebiete
in Vorarlberg das Landesvermessungsamt Vorarlberg (Vogis).
3.2 Aufarbeitung der Daten
Nicht alle Daten konnen direkt als Input in das Modell ubernommen werden. An den
Rohdaten mussen zuvor mehr oder weniger aufwandige Korrekturen durchgefuhrt
werden. Die beiden Parameter Niederschlags- und Temperaturgradient werden oh-
nenhin erst aus weiteren Berechnungen gewonnen.
3.2 Aufarbeitung der Daten 14
3.2.1 Temperaturdaten
Wie schon zu Beginn dieses Kapitels erwahnt, gibt es pro Einzugsgebiet mindestens
drei Stationen mit Temperaturdaten. Bei der Bestimmung der Referenztempera-
tur eines Einzugsgebietes ermittelt man eine klimatologische Durchschnittstempe-
ratur fur jedes Monat. Als klimatologischen Zeitraum nimmt man den gesamten,
verfugbaren Messzeitraum der jeweiligen Station an. Bei der Auswahl der Tempe-
raturstation ist zu beachten, dass sie sich immer auf der niedrigsten Hohenstufe des
Einzugsgebietes befindet, damit sie auch tatsachlich einen reprasentativen Wert fur
die niedrigste Einzugshohe wiedergibt.
Bei der Auswertung der Temperaturgradienten wird so vorgegangen, dass zunachst
die Gradienten zwischen jeweils zwei verschiedenen Stationen fur jedes Monat uber
den gesamten klimatologischen Zeitraum berechnet werden, und diese in weiterer
Folge auf einen Gradienten pro 100 Meter umgerechnet werden. Diese werden mo-
natlich gemittelt, und so erhalt man am Ende fur jedes Gebiet mehrere Gradienten.
Aus diesen einzelnen Gradienten ergibt sich nach einer abermaligen Mittelung der
endgultige monatliche Temperaturgradient des Gebietes fur den ersten Modelldurch-
lauf.
Im Gebiet Steeg setzt sich dieser Gradient aus dem Mittel der Gradienten zwi-
schen den Stationen Holzgau - Reutte, Holzgau - Hofen, Namlos - Reutte, Warth
- Hinterhornbach und Lech - Hinterhornbach zusammen. Dabei werden die Tempe-
raturdaten fur die Stationen Namlos, Hinterhornbach, Boden und Gramais aus den
gemessenen Daten der Referenzstation Hofen und dem Gradienten von −0.5◦C/100
m hergeleitet, die der Stationen Lech, Warth und Zurs aus den Messdaten der Refe-
renzstation Holzgau und dem zuvor genannten Gradienten. Eine genaue Auflistung
der Stationen mit gemessenen Temperaturdaten findet sich in der Tabelle 2.1.
3.2.2 Niederschlagsdaten
Als etwas komplizierter erweist sich die Aufarbeitung der Niederschlagsdaten. Da
die Niederschlagsmessung vor allem bei Niederschlag in fester Form teilweise beacht-
liche Messfehler aufweist, ist zunachst einmal eine Korrektur der Niederschlagswerte
vorzunehmen. Am Beginn der Korrektur steht die Bestimmung des festen Nieder-
schlagsanteils am Gesamtniederschlag. Anfangs wird mittels der Monatsmitteltem-
peratur uber die Formel 3.1 der feste Anteil Q am Niederschlag fur jedes einzelne
Monat der Aufzeichnungsdauer bestimmt.
Q = k1 − k2 ∗ TMonat (3.1)
3.2 Aufarbeitung der Daten 15
Dabei wird der Anteil des Schnees am Niederschlag als Funktion der bodennahen
Temperatur dargestellt. Die Formel geht zuruck auf Lauscher (1954), der bei der
Suche nach aussagekraftigen Werten fur die beiden Variablen k1 und k2 durch
Auswertung osterreichischer Daten auf k1 = 0.5 und k2 = 0.5 gestoßen ist. Dieser
Formel zufolge fallt bei einer Mitteltemperatur von null Grad Celsius 50 Prozent
des gefallenen Niederschlags in Form von Schnee. Bei minus zehn Grad Celsius
handelt es sich zu 100 Prozent um Schnee und bei einer Temperatur von plus
zehn Grad Celsius zu 100 Prozent um Regen. Nach weiteren Untersuchungen von
Sevruk (1985a) mit Daten aus der Schweiz und Untersuchungen von Kuhn und
Batlogg (1999), hat sich fur k1 ein Wert von 0.6 und fur k2 ein Wert von 0.55 als
zuverlassig erwiesen. Der Wert Q liegt zwischen null und eins und spiegelt den festen
Niederschlagsanteil in Prozent wider. Alle Werte, die unter null beziehungsweise
uber eins liegen werden demnach auf null oder eins gesetzt. Nach der Berechnung
des Mittels von Q uber alle Jahre fur jedes Monat wird der korrigierte Niederschlag
fur alle Monate mit Hilfe eines Korrekturfaktors nach der Formel 3.2 berechnet.
Nkorr = Ngemessen ∗ kSevruk (3.2)
Der Korrekturfaktor hangt ursprunglich von drei Variablen ab. Zum einen sind dies
der Schneeanteil am Monatsniederschlag Q und die mittlere monatliche Windge-
schwindigkeit in der Aufstellungshohe des Niederschlagsmessgerates, zum anderen
der Parameter der Regenstruktur (Sevruk, 1985b). Im Rahmen dieser Arbeit wird
allerdings der Parameter der Regenstruktur nicht in die Korrektur miteinbezogen.
Stattdessen verwendet man bei Regen (Q=0) einen konstanten Korrekturfaktor von
1.05, ohne dabei auf die Windgeschwindigkeit zu achten.
Sobald ein Teil des Niederschlags als Schnee fallt, variiert auch der Korrekturfaktor.
Dieser ist dann eine Funktion des Schneeanteils Q am Gesamtniederschlag und der
Windstarke. Die Stationen, die als charakteristisch fur die Windgeschwindigkeit in
der Nahe der Aufstellungshohe der Niederschlagsmessgerate angenommen werden,
sind bereits im Kapitel 3.1.3 aufgelistet. Eine genaue Auflistung der verwendeten
mittleren Windgeschwindigkeiten fur die jeweilige Station findet sich in Tabelle 3.3.
Fur Matrei, Trins, Obernberg und Brenner dient der Mittelwind der Station Bren-
ner als Referenz, fur Hinterriß, Scharnitz und Seefeld jener der Station Seefeld, fur
Reutte jener der Station Reutte, fur Hofen, Holzgau, Namlos, Hinterhornbach, Bo-
den und Gramais jener der Station Holzgau und fur Lech, Warth und Zurs das
Windmittel der Station St. Anton am Arlberg.
Mit zunehmender Windgeschwindigkeit und zunehmendem Schneeanteil gewinnt
auch der Korrekturfaktor an Große. Beim Auslesen der Korrekturfaktoren muss die
Windgeschwindigkeit auf 0.5 m/s gemittelt werden. Dafur werden die Windwerte,
die zwischen .3 und .7 liegen, auf .5 gerundet, Windgeschwindigkeiten zwischen .8
3.2 Aufarbeitung der Daten 16
Brenner Holzgau Reutte Seefeld St. Anton/ArlbergJanner 2.5 1.3 1.6 1.4 2.2Februar 2.6 1.4 1.7 1.6 2.1Marz 2.8 1.7 1.9 1.9 2.5April 2.9 1.8 1.9 2 2.7Mai 2.9 1.7 2 2.3 2.3Juni 2.7 1.5 2 2.5 2.3Juli 2.5 1.3 2 2.5 2.2August 2.4 1.3 1.8 2 1.8September 2.4 1.3 1.8 1.9 1.8Oktober 2.7 1.2 1.7 1.6 1.6November 2.5 1.2 1.6 1.3 1.7Dezember 2.5 1.2 1.5 1.3 1.9Jahr 2.6 1.4 1.8 1.9 2.1
Tabelle 3.3: Monatsmittel der Windgeschwindigkeiten [m/s]: 1971 - 2000
und .2 werden auf ganze Zahlen gerundet. Die Korrekturfaktoren wurden bei Un-
tersuchungen von Sevruk bestimmt und sind der Tabelle 4.2 von Kuhn und Batlogg
(1999) entnommen. Bei der Korrektur des Niederschlags an der Station Matrei wird
ein Korrekturfaktor verwendet, der um funf Prozent kleiner als jener an der Station
Brenner ist. Grund dafur ist, dass die Windgeschwindigkeit an der Station Bren-
ner etwas hoher ist als an der Station Matrei. Basierend auf demselben Argument,
nimmt man auch an den Stationen Trins und Obernberg einen Korrekturfaktor an,
der um zehn Prozent geringer als jener an der Station Brenner ist. Die letztendlich
verwendeten Korrekturfaktoren fur die einzelnen Stationen sind in der Tabelle 3.4
aufgelistet.
Der Niederschlagsgradient berechnet sich in jedem Gebiet aus dem Mittel der einzel-
nen Gradienten eines Gebietes. Schlussendlich wird der Gradient als relativer Wert
fur die vertikale Niederschlagszunahme pro 100 m eingegeben. Die Umrechnung er-
folgt dabei ausgehend von einem Gradienten der Form [mm/100 m].
3.2.3 Abflussdaten
Außer der Umrechnung der Abflussdaten von m3/s auf mm uber die Zeit pro Monat
in Sekunden und die Gesamtflache des Einzugsgebietes ist an den Abflussdaten
nichts zu andern. Es muss lediglich das Mittel fur jedes Monat berechnet werden,
um die Enddaten zur Einlesung ins Abflussmodell zu erhalten.
3.2.4 Gelandedaten
Die fur das Modell notwendigen Flachen-Hohen-Verteilungen werden mit Hilfe des
Geoinformationssystems ArcGIS berechnet, ebenso die Waldflache pro Hohenstufe.
3.2 Aufarbeitung der Daten 17
Station Matrei Trins Obernberg Brenner Hinterriß SeefeldHohe 970 1235 1360 1445 930 1200Jan 1.349 1.278 1.278 1.420 1.230 1.230Feb 1.259 1.278 1.278 1.420 1.230 1.230Marz 1.050 1.050 1.261 1.445 1.090 1.195April 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Mai 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Juni 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Juli 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Aug 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Sept 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Okt 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Nov 1.050 1.050 1.232 1.330 1.120 1.110Dez 1.349 1.278 1.278 1.420 1.230 1.230
Station Holzgau Namlos Hinterhornbach Boden Gramais LechHohe 1100 1260 1100 1355 1320 1480Jan 1.230 1.230 1.230 1.230 1.230 1.320Feb 1.230 1.230 1.230 1.230 1.230 1.320Marz 1.065 1.110 1.110 1.160 1.140 1.420April 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Mai 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Juni 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Juli 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Aug 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Sept 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Okt 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Nov 1.070 1.070 1.050 1.090 1.075 1.230Dez 1.140 1.140 1.140 1.140 1.140 1.230
Station Scharnitz Reutte Hofen Warth ZursHohe 970 870 870 1508 1720Jan 1.230 1.230 1.230 1.320 1.320Feb 1.230 1.230 1.230 1.320 1.320Marz 1.105 1.105 1.105 1.420 1.420April 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Mai 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Juni 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Juli 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Aug 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Sept 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Okt 1.050 1.050 1.050 1.050 1.050Nov 1.105 1.105 1.105 1.230 1.230Dez 1.230 1.230 1.140 1.230 1.230
Tabelle 3.4: Mittlerer monatlicher Korrekturfaktor nach Sevruk (1985)
3.3 Dateninput 18
Die Unterteilung der Hohenstufen erfolgt in 100-Meter-Stufen. Um die Grenzen der
Einzugsgebiete festzulegen, werden die vom Hydrographischen Dienst bestimmten
Teileinzugsgebiete fur das jeweilige Gebiet zusammengefasst und verwendet.
3.3 Dateninput
Insgesamt sind zehn Parameter notig, um einen ersten Lauf des Modells durchfuhren
zu konnen. Einige davon wurden in den vorangehenden Unterkapiteln bereits an-
gesprochen. Hier soll nun ein etwas genauerer Uberblick gegeben werden. Dabei
handelt es sich zunachst bei allen Werten um einen klimatologischen Mittelwert.
Die Reihenfolge der Eingabe entspricht dem hydrologischen Jahr, das heißt: Der
erste Eingabewert reprasentiert den klimatologischen Durchschnittswert des Monats
Oktober und der letzte jenen von September.
Abflusswerte
In das Modell wird fur jedes Monat ein Durchschnittswert des Abflusses in mm
eingegeben. Die Abflusswerte sind die einzigen Daten der vier Komponenten des
Wasserhaushalts (Niederschlag, Abfluss, Verdunstung, Speicherung), die direkt
gemessen und wahrend der Modellierung auch nie geandert werden. Alle anderen
werden durch die ubrigen notwendigen Inputdaten berechnet.
Gletscher-Massenbilanzwert
Dieser einzelne Wert gibt den Durchschnitt der Massenbilanz aller Gletscher
innerhalb des Einzugsgebietes uber den gesamten klimatologischen Zeitraum an.
Im Falle der hier untersuchten Gebiete wird diesem Wert allerdings immer eine
Null zugewiesen, da es entweder keine Gletscherflachen innerhalb des Gebietes gibt
beziehungsweise diese vernachlassigbar klein sind.
Schneebedeckung
Diese dimensionslose Große ist ein Naherungswert fur die Schneebedeckung je-
den Monats. Der Wert liegt zwischen null und eins, wobei der Wert Eins einer
geschlossenen Schneedecke uber das gesamte Gebiet, der Wert Null einer ganzlich
aperen Einzugsflache entspricht. Es handelt sich dabei um Naherungswerte in
Anlehnung an die bei Kuhn und Batlogg (1999) verwendeten Daten. Der Abbau
der Schneedecke beginnt im April und erreicht im Juli und August den Hohepunkt.
Der Grad der Ausaperung wird je nach Hohenlage des Einzugsgebietes festgelegt.
Niederschlag und Niederschlagsgradient
Als Niederschlag wird fur jedes Monat der gemittelte Gebietsniederschlag in
3.3 Dateninput 19
Millimeter angegeben. Dazu dienen die korrigierten Werte des Niederschlags. Fur
den Niederschlagsgradienten wird der berechnete monatliche vertikale Gradient in
%/100 m des Gebietes eingegeben. Die Angabe der Gradienten in %/100 m anstatt
in mm/100 m soll dabei die schwach exponentielle Zunahme des Niederschlags mit
der Hohe simulieren, wie sie in der Natur vor allem im Ubergang von abgeschirmten
Talern zu freien Gipfelregionen beobachtet wird (Kuhn und Batlogg, 1999).
Temperatur und Temperaturgradient
Bei der Temperatur handelt es sich um monatliche Referenzwerte einer Station
in der niedrigsten Hohenstufe eines Gebietes. Die Werte werden in ◦C angegeben.
Die monatlichen Temperaturgradienten setzen sich aus dem Mittel verschiedener
Gradienten im Gebiet zusammen und werden in ◦C/100 m in das Modell eingelesen.
Gradtagfaktor
Der Gradtagfaktor in der Einheit mm/(◦C*Tag) gibt die Schmelzmenge eines
Tages an, an dem es eine positive Tagesmitteltemperatur gibt. Im Modell wird
fur jedes Monat ein Gradtagfaktor eingegeben. Der Gradtagfaktor unterscheidet
sich zwischen den einzelnen Einzugsgebieten nicht. Mit vier mm/(◦C*Tag) ist er
zwischen September und Februar am niedrigsten. Den maximalen Wert findet man
mit sechs mm/(◦C*Tag) im Juni und im Juli.
Flussigspeicher
Der Flussigspeicher gibt die Menge an Wasser an, die in einem Monat entweder
wahrend des Schmelzvorganges in der Schneedecke zwischengespeichert wird oder
im Grundwasser zuruckgehalten wird. Grundsatzlich gehoren auch oberflachennahe
Wasserlaufe auf dem Weg zum Fluss dem Flussigspeicher an. Ein negativer Wert ist
als Abfluss aus dem Flussigspeicher zum Fluss hin zu verstehen, was hauptsachlich
in den Wintermonaten auftritt, aber auch in den Monaten, in denen verstarktes
Tauen vorherrscht, auftreten kann, indem das in der Schneedecke zwischenge-
speicherte Wasser dem Fluss zugefuhrt wird. Jedem Monat ist ein individueller
Flussigspeicherterm zugewiesen, wobei darauf zu achten ist, dass die Summe
aller Monate gleich null ist. Der Flussigspeicher ist im Winter etwa dem Abfluss
gleichgesetzt und kann in den Monaten des Tauens Werte bis an die 200 Millimeter
erreichen. Der Flussigspeicher wird erst beim Vergleich der gemessenen Abflusse
mit den berechneten Abflussen der letzten Naherung eingestellt. Die Einheit dieses
Parameters ist mm.
Flachen-Hohen-Verteilung
Mit diesem Eingabefile wird die Gesamtflache, die Waldflache und die Gletscher-
3.3 Dateninput 20
flache jeder einzelnen Hohenstufe in km2 eingelesen. Diese Daten stammen aus den
Berechnungen des Gelandemodells.
Grundsatzlich sind die aus den Daten berechneten Werte fur Referenzniederschlag,
Referenztemperatur, Niederschlags- und Temperaturgradient nur Richtlinien. Diese
Daten mussen fur die endgultigen Modelleinstellungen teilweise noch verandert
werden, um mit dem Modell moglichst nahe an die gemessenen Abflusswerte
heranzukommen. Fur Schneebedeckung und Gradtagfaktoren werden Werte, die
haufig in der Natur zu beobachten sind, eingesetzt. Im Folgenden werden die
Hintergrunde beim Vorgehen zur Anpassung der Modellinputdaten erklart.
3.3.1 Obernberger Tal
Niederschlag: Die geringste Niederschlagsmenge aller vier Einzugsgebiete aufgrund
der eher inneralpinen Lage findet sich in diesem Gebiet. Der Referenzniederschlag
ist geringfugig niedriger (18 mm Unterschied in der Jahressumme) angesetzt als das
Mittel aller Stationen im Gebiet (Matrei, Trins, Obernberg, Brenner), da die mitt-
lere Hohe dieser Stationen (1252 m) etwas hoher liegt als die unterste Hohenstufe
(1100 - 1200 m).
Niederschlagsgradient: Das Obernberger Tal weist den schwachsten Gradienten
aller Gebiete auf, da in inneralpinen Talern der Niederschlag zunachst nur langsam
mit der Hohe zunimmt und erst in den Hohen, in denen gleichhohe, abschirmende
Berge in der naheren Umgebung fehlen, eine starke Zunahme mit der Hohe erkenn-
bar ist (Kuhn und Batlogg, 1999). Der berechnete Gradient (Mittel der Gradienten
zwischen Brenner - Matrei, Obernberg - Matrei und Trins - Matrei) ist vor allem in
den Wintermonaten zu niedrig, weshalb eine Anpassung der Werte von Oktober bis
Mai (ausgenommen Februar und April) notig ist.
Temperatur: Als Referenztemperatur der untersten Hohenstufe des Obernber-
ger Tales wird die berechnete, mittlere monatliche Temperatur der Station Trins
(1235m) verwendet.
Temperaturgradient: Hier findet das Mittel der berechneten Gradienten zwischen
den Stationen Brenner - Matrei und Trins - Matrei Verwendung. Generell ist der
errechnete Gradient etwas zu hoch, um gemeinsam mit den anderen Parametern
an den tatsachlichen Abfluss heranzukommen. Deshalb wird der Gradient in allen
Monaten (ausgenommen Oktober und Mai) um 0.1◦C/100 m nach unten korrigiert.
Flussigspeicher: Der Flussigspeicher wird in den Monaten April und Mai sowie im
Oktober gefullt.
3.3 Dateninput 21
3.3.2 Gebiet Scharnitz
Niederschlag: Auch hier ist der Referenzniederschlag wieder etwas niedriger (46
mm Unterschied in der Jahressumme) angesetzt als das Mittel aller Stationen im
Gebiet (Hinterriß, Seefeld, Scharnitz), da die mittlere Hohe dieser Stationen (1033
m) etwas hoher liegt als die unterste Hohenstufe (900 - 1000 m).
Niederschlagsgradient: Die Berechnung des Gradienten aus den Stationen inner-
halb des Gebietes bringt keine realistischen Werte hervor. Deshalb wird ein dem
Gebiet Steeg sehr ahnlicher Gradient verwendet.
Temperatur: Die berechnete, mittlere monatliche Temperatur der Station Schar-
nitz (970 m) dient als Referenz fur die unterste Hohenstufe.
Temperaturgradient: Aufgrund der Lage der Temperaturstationen im Einzugsge-
biet der Isar, ist es nicht moglich, vernunftige Temperaturgradienten aus Stationen
innerhalb dieses Gebietes zu berechnen. Haufige Inversionen lassen es in diesem Fall
nicht zu, denn die Stationen Hinterriß, Seefeld und Scharnitz liegen nur zwischen
40 und 270 Hohenmeter voneinander getrennt. Deshalb wird auch fur dieses Gebiet
der Temperaturgradient aus dem Gebiet Steeg herangezogen. Dies ist moglich, da
die Abnahme der Temperatur mit der Hohe uber weite Strecken relativ gleichmaßig
verlauft. Die Lage der Gebiete Scharnitz, Steeg und Tannberg am Nordrand der
Alpen spricht außerdem zusatzlich dafur, dass in all diesen Gebieten ein relativ
ahnlicher Temperaturgradient vorherrscht.
Flussigspeicher: Ein Zufluss zum Flussigspeicher (positiver Flussigspeicher) findet
in den Monaten Mai, Juni und Juli statt.
3.3.3 Gebiet Steeg
Niederschlag: Wieder wird ein niedrigerer Referenzwert des Niederschlags (105
mm Unterschied in der Jahressumme) verwendet als das Gebietsmittel aller Statio-
nen im Gebiet (Reutte, Hofen, Holzgau, Namlos, Hinterhornbach, Boden, Gramais,
Lech, Warth, Zurs) ergibt, da die mittlere Hohe dieser Stationen (1258 m) etwas
hoher liegt als die unterste Hohenstufe (1100 - 1200 m), und mit einer ursprunglich
berechneten Jahresniederschlagssumme von 1704 mm in der Hohenstufe von 1100
m - trotz Staulage - der Niederschlag generell etwas zu hoch bemessen ist.
Niederschlagsgradient: Da der Mittelwert aller berechneten Gradienten im Ge-
biet (Namlos - Reutte, Warth - Hinterhornbach, Warth - Holzgau, Lech - Holzgau
und Hinterhornbach - Reutte) zu hoch ist, um ausgehend vom Referenzwert des
Niederschlags auch in den obersten Hohenstufen des Gebietes realistische Werte zu
erhalten, wird fur alle Monate (ausgenommen April und Mai) ein abgeschwachter
Gradient verwendet.
Temperatur: Im Gebiet Steeg liefert die berechnete, mittlere, monatliche Tempe-
3.3 Dateninput 22
ratur der Station Holzgau (1100 m) die Referenz fur die unterste Hohenstufe.
Temperaturgradient: Dieser wird aus dem Mittel der Gradienten zwischen Holz-
gau - Reutte, Holzgau - Hofen, Namlos - Reutte, Warth - Hinterhornbach und Lech -
Hinterhornbach berechnet. Da er aber im Oktober, November, Dezember und Janner
zu stark und von April bis September zu schwach ist, wird noch eine Korrektur be-
ziehungsweise eine Angassung vorgenommen.
Flussigspeicher: Positive Werte des Flussigspeichers findet man in den Monaten
Mai, Juni und Oktober vor.
3.3.4 Gebiet Tannberg
Niederschlag: Als Referenzniederschlag (Jahresumme: 1868 mm) fur die tiefste
Hohenstufe in diesem Gebiet (1400 - 1500 m) wird das Mittel aller Stationen im
Gebiet (Holzgau, Lech, Warth, Zurs - mittlere Hohe dieser Stationen: 1452 m)
verwendet.
Niederschlagsgradient: Der Niederschlagsgradient kann auch hier aufgrund der
Nahe der Gebiete zueinanander aus dem Gebiet Steeg ubernommen werden.
Temperatur: Die Mitteltemperatur der Station Lech (1480 m), deren Temperatur
uber den Gradienten von −0.5◦C/100 m von der um 380 m tiefer liegenden Station
Holzgau berechnet wird, dient als Referenz fur die Stufe zwischen 1400 und 1500 m
im Gebiet Tannberg.
Temperaturgradient: Aus Mangel an Moglichkeiten fur die Bildung von Gradi-
enten innerhalb des Einzugsgebietes Tannberg wird der Gradient aus dem Gebiet
Steeg herangezogen.
Flussigspeicher: Ein Zufluss zum Flussigspeicher ereignet sich in den Monaten
Mai, Juni und Oktober.
3.3 Dateninput 23
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9−10
−5
0
5
10
15
20
MonatT
[°C
]
SteegTannbergScharnitzObernberger Tal
Abbildung 3.1: Temperaturverlauf an den Refe-renzstationen der Einzugsgebiete
Betrachtet man die Referenz-
temperaturen der einzelnen
Gebiete, dargestellt in der
Abbildung 3.1, so gibt es einige
Auffalligkeiten zu erwahnen.
Die von allen Gebieten am
hochsten gelegene Referenz-
station im Gebiet Tannberg
weist, wie erwartet, auch die
niedrigsten Mitteltemperatu-
ren in den einzelnen Monaten
auf. Im Obernberger Tal, wo
die Temperatur der Station
Trins (1235 m) als Referenz
verwendet wird, liegt allerdings besonders in den Wintermonaten die Mitteltempe-
ratur um teilweise bis zu zwei Grad Celsius hoher als in den niedriger gelegenen
Gebieten Steeg und Scharnitz. Der Unterschied kann zum einen darin liegen, dass
die Wintertemperaturen an der im Vergleich zu Trins niedriger gelegenen Station
des Gebietes Scharnitz (Stationshohe: 970 m) beziehungsweise des Gebietes Steeg
(Stationshohe: 1100 m) von Inversionen gekennzeichnet sind. Dies durfte vor
allem auf das Gebiet Scharnitz zutreffen, da im Winter in dieser Region haufig
Inversionen auftreten. Zum anderen ist die relative Sonnenscheindauer im Winter
in den Regionen um den Lech und die Isar geringer als im Bereich des Obernberger
Seebachs (Fliri, 1975), wodurch im Obernberger Tal eine starkere Erwarmung durch
Sonneneinstrahlung gegeben ist. Die Differenz zwischen den Referenztemperaturen
von Steeg und Obernberg kann unter anderem auf die Tatsache zuruckgefuhrt
werden, dass die Referenztemperatur des Gebietes Steeg uber einen uber das
ganze Jahr hinweg konstanten Gradienten, ausgehend von der um 380 Meter tiefer
gelegenen Station Holzgau, berechnet ist, was eine eventuelle Fehlerquelle darstellen
kann. Der Standort der Station Trins in verbautem Gebiet und am Hang kann
ebenfalls ein Grund fur die etwas hoheren Mitteltemperaturen sein.
Einen Uberblick uber die Verteilung des Niederschlags im Vergleich zum mittleren,
jahrlichen Monatsniederschlag eines Gebietes geben die Abbildungen 3.2, 3.3, 3.4
und 3.5. Zu erkennen ist dabei, dass das Niederschlagsmaximum in allen Gebieten
im Juli auftritt. Im Lechtal (3.2, 3.3) fallt vor allem im Vergleich zu den ubrigen
Monaten zwischen Juni und August uberdurchschnittlich viel Niederschlag. Uber
die anderen Monate hinweg entspricht im hinteren Lechtal (Gebiet Tannberg)
der Monatsniederschlag in etwa dem Jahresdurchschnitt, im unteren und oberen
Lechtal gemeinsam (Gebiet Steeg) liegt der Monatsniederschlag die meiste Zeit
3.3 Dateninput 24
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100
120
140
160
180N
S [%
]
Monat
Abbildung 3.2: Gebiet Steeg
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100
120
140
160
180
NS
[%]
Monat
Abbildung 3.3: Gebiet Tannberg
(ausgenommen Juni bis August) leicht unter dem Durchschnitt. Auffallend sind die
Niederschlagsminima im Oktober und im April. Die etwas unterdurchschnittlichen
Niederschlage im Fruhling, Herbst und Winter entstehen durch deutlich geringere
Niederschlagsmengen bei Sudanstromung aufgrund von Fohneffekten. Ganz im
Gegenteil dazu treten hingegen im Sommer die meisten Niederschlage uberwiegend
bei sudlicher Anstromung auf, wobei keine Abschwachung der Niederschlage
durch Fohneffekte erkennbar ist, da sich in dieser Zeit auf Grund der sommerlich
hohen Kondensationsgrenze der feuchtwarmen Sudwest- und Sudstromungen das
Niederschlagsfeld in die Zentralalpen und im Zuge warmfrontartigen Aufgleitens
daruber hinaus nordwarts verlegt (Fliri, 1962).
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100
120
140
160
180
NS
[%]
Monat
Abbildung 3.4: Gebiet Scharnitz
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100
120
140
160
180
NS
[%]
Monat
Abbildung 3.5: Obernberger Tal
Die Niederschlagsverteilung im Einzugsgebiet der Isar (3.4) zeigt eine relativ
starke Ahnlichkeit zu der im Lechtal. Zwischen Mai und September liegt der
Monatsniederschlag uber dem langjahrigen Monatsmittel, in der ubrigen Zeit
ist er etwas niedriger, wobei das absolute Minimum mit etwa 60 Prozent des
3.3 Dateninput 25
Durchschnittswertes im Oktober auftritt.
Im Obernberger Tal, das gegen Norden hin besser geschutzt ist, zeigt sich ein
starkerer Unterschied zwischen Winter- und Sommerniederschlag. In diesem Bereich
der Alpen liegt das Niederschlagsverhaltnis zwischen Winter- und Sommerhalbjahr
nur bei etwa 35:65 (Fliri, 1975).
Abschließend sind noch die Temperaturgradienten jedes einzelnen Monats in Tabelle
3.5 zusammengefasst. Im Fruhjahr sind die Gradienten aufgrund der jahreszeitlich
bedingten, besten Durchmischung am starksten.
Jan Feb Marz Apr Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov DezGeb. Steeg -0.4 -0.5 -0.5 -0.7 -0.7 -0.6 -0.5 -0.5 -0.5 -0.4 -0.4 -0.3Geb. Tannberg -0.4 -0.5 -0.5 -0.7 -0.7 -0.6 -0.5 -0.5 -0.5 -0.4 -0.4 -0.3Geb. Scharnitz -0.4 -0.5 -0.5 -0.7 -0.7 -0.6 -0.5 -0.5 -0.5 -0.4 -0.4 -0.3Obernb. Tal -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.3 -0.4 -0.4 -0.3
Tabelle 3.5: Verwendete Temperaturgradienten [◦C/100 m] im Modell
26
Kapitel 4
Aufbau des hydrologischen
Modells
Einen Uberblick uber die Berechnungsschritte des Abflussmodells soll dieses
Kapitel vermitteln, um die einzelnen Ablaufe und Zusammenhange zwischen den
Modellparametern besser verstehen zu konnen. Ziel dabei ist es, am Ende der
Modellierung fur jeden Monat einen modellierten Abflusswert zu erhalten, der
maximal 20 mm vom gemessenen Abfluss abweicht.
Einige grundlegende Definitionen sind am Beginn der Berechnungen festzulegen. So
werden konstante Werte fur Verdunstung bei unterschiedlichen Bodenbedeckungen
bestimmt. Die Sublimation von einer Schneedecke wird uber das ganze Jahr
hinweg mit 0.5 mm/Tag angenommen, eine schneebedeckte Waldflache hat im
Modell ganzjahrig einen Sublimationswert von einem mm/Tag. Wald und sonstiger
Vegetation wird von April bis September ein Verdunstungswert von zwei mm/Tag
zugewiesen, sonstiger Vegetation von Oktober bis Marz ein Wert von 0.5 mm/Tag.
Außerdem wird in Hohen uber 2600 m ganzjahrig eine Verdunstungsrate von 0.5
mm/Tag angenommen. Vor dem Beginn der ersten Naherung werden noch folgende
Input - Daten eingelesen:
• gemessene, monatliche Abflussdaten
• Jahreswert der Gletscher-Massenbilanz
• monatliche Schneebedeckung
• monatlicher Referenzniederschlag
• Flachen-Hohen-Verteilung
• monatliche Referenztemperatur
4.1 Erste Naherung 27
• monatlicher Temperaturgradient
• monatlicher Niederschlagsgradient
• monatlicher Gradtagfaktor.
Alle Berechnungen erfolgen fur ein Hohenintervall von 100 Metern.
4.1 Erste Naherung
4.1.1 Verdunstung
Die erste Naherung der Verdunstung berechnet sich aus der Summe des Verduns-
tungsanteils uber schneebedeckter und schneefreier Flache, jeweils multipliziert mit
der Anzahl der Tage pro Monat. Die mittlere Schneedeckendauer fur die erste
Naherung der Verdunstung wird beim Modellinput vorgegeben.
4.1.2 Niederschlag
Der Jahresniederschlag N berechnet sich in der ersten Naherung aus der Jahres-
summe der zuvor angenaherten Verdunstung V, der Jahressumme der gemessenen
Abflusswerte A, und dem Eingabewert der gemessenen Gletscher-Massenbilanz S
uber die hydrologische Bilanzgleichung
N = A + V + S. (4.1)
Die Jahressumme des Speicherterms S wird fur die vier Einzugsgebiete gleich null
gesetzt, da sie nur vernachlassigbare Vergletscherung aufweisen. Die Berechnung
der Verteilung des gemessenen Jahresniederschlages auf die einzelnen Monate in
Tausendstel erfolgt aus den monatlichen Eingabewerten fur Niederschlag und de-
ren Summe. Mit dieser Verteilung und dem genaherten Jahresniederschlag werden
anschließend auch die Monatsniederschlage der ersten Naherung hergeleitet.
4.1.3 Speicher
Durch die Umformung der hydrologischen Bilanzgleichung 4.1 wird aus den
genaherten, monatlichen Niederschlagswerten und den Verdunstungswerten der ers-
ten Naherung, sowie den Eingabewerten der Abflussdaten die erste Naherung des
monatlichen Speichers bestimmt.
4.2 Zweite Naherung 28
4.2 Zweite Naherung
4.2.1 Niederschlag
Die zweite Naherung des Niederschlags beginnt damit, dass zunachst die Monatsan-
teile des Niederschlags in Tausendstel der untersten Hohenstufe des Einzugsgebietes
zugewiesen werden. Der Niederschlag der daruberliegenden Hohenstufen wird dann
mit dem Niederschlagsgradienten aus dem Eingabefile berechnet. Als nachstes folgt
die Berechnung des Niederschlagsvolumens jeden Monats und jeder Hohenstufe. Dies
geschieht, indem ein Niederschlagsreferenzwert so lange angepasst wird, bis die ab-
solute Differenz zwischen dem in mm umgerechneten Jahresniederschlag aus der
Niederschlagsvolumenmatrix und dem Jahresniederschlag aus der ersten Naherung
nicht großer als drei Millimeter ist. Dieses Kriterium muss erfullt werden, um zu
zeigen, dass die Niederschlagsvolumenmatrix auch reprasentativ fur das jeweilige
Gebiet ist. Im nachsten Schritt wird das Niederschlagsvolumen aller Hohenstufen
summiert, um das gesamte Niederschlagsvolumen jedes Monats zu erhalten. Aus die-
sen Monatswerten des Niederschlagsvolumens und dem Jahresniederschlagsvolumen
kann nun erneut eine Verteilung des Niederschlags in Tausendstel auf die einzelnen
Monate berechnet werden. Uber diese neue Verteilung und die erste Naherung des
Gesamtjahresniederschlages ergibt sich die zweite Naherung des Niederschlages. Der
absolute, monatliche und jahrliche Niederschlag pro Hohenstufe in Millimeter lasst
sich mittels der Division des monatlichen beziehungsweise jahrlichen Niederschlags-
volumens jeder Hohenstufe durch die Flache jeder Hohenstufe berechnen.
4.2.2 Speicher
Die zweite Naherung des monatlichen Speicherterms ergibt sich nun aus den gemes-
senen Abflusswerten, der Verdunstung aus der ersten Naherung und dem Nieder-
schlag aus der zweiten Naherung.
Zwischenschritte
Zunachst wird ausgehend von der Referenztemperatur des Eingabefiles, die der un-
tersten Hohenstufe des Gebietes zugewiesen wird, und dem eingegebenen Tempera-
turgradienten die mittlere monatliche Temperatur jeder Hohenstufe bestimmt.
Anschließend ermittelt man aus diesen Werten die durchschnittliche Jahrestempe-
ratur jeder Hohenstufe.
Unter Zuhilfenahme dieser Temperaturen und der zu Beginn festgelegten Variablen
k1 und k2 (vgl. Kapitel 3.2.2) kann nun der Anteil des festen Niederschlags am
Gesamtniederschlag berechnet werden. Der genaue Vorgang dabei wird unter
3.2.2 erklart. Aus der Multiplikation der dabei entstehenden Anteilsmatrix und dem
4.2 Zweite Naherung 29
absoluten, monatlichen Niederschlag jeder Hohenstufe aus der zweiten Naherung
ergibt sich die absolute Menge des monatlich gefallenen, festen Niederschlags jeder
Hohenstufe.
Als nachstes werden mit Hilfe der jeweiligen Temperatur und der Anzahl der Tage
pro Monat die monatlichen Gradtage jeder Hohenstufe bestimmt. Negative Grad-
tage werden dabei auf null gesetzt. Wird diese Gradtagmatrix mit dem fur jedes
Gebiet bestimmten Gradtagfaktor und der ebenfalls am Anfang festgelegten Schnee-
bedeckung multipliziert, so ergibt sich die erste Approximation der potentiellen
Schmelze.
Die erste Naherung der monatlichen Schneebedeckung in Millimeter, unterteilt
in die einzelnen Hohenstufen, ergibt sich nach Abzug des potentiell moglichen
Schmelzanteils und der Sublimation vom absoluten, gefallenen, festen Niederschlag.
Der Ubertrag der restlichen Schneedecke am Ende eines Monats ins nachste Mo-
nat vervollstandigt die Modellierung der Schneedecke. Negative Schneehohenwerte
werden auf null gesetzt.
4.2.3 Verdunstung
Die zweite Naherung der Verdunstung erfolgt unter Berucksichtigung der Hohe,
der Jahreszeit und der Bodenbedeckung. Außerdem wird anstatt der bei der ersten
Naherung verwendeten, vorgegebenen Schneedeckendauer nun die vom Modell be-
rechnete Schneedecke verwendet. Als erstes wird die Verdunstung uber einer Hohe
von 2600 m bestimmt. Diese wird mit 0.5 mm/Tag das ganze Jahr uber als konstant
angenommen. Als nachstes erfolgt die Berechnung der Verdunstung im Winterhalb-
jahr, das von Oktober bis Marz definiert ist. Innerhalb dieser Zeit gelten die bereits
am Beginn des Programms festgelegten Verdunstungsraten:
• Sublimation uber schneebedecktem Wald: 1 mm/Tag
• Verdunstung uber allen ubrigen Flachen (egal ob schneebedeckt oder aper):
0.5 mm/Tag
Das Sommerhalbjahr erstreckt sich von April bis September. In diesem Zeitraum
gelten teilweise erhohte Verdunstungswerte:
• Sublimation uber schneebedecktem Wald: 1 mm/Tag
• Sublimation uber schneebedeckter Flache: 0.5 mm/Tag
• Verdunstung uber Wald und sonstiger Vegetation (schneefrei): 2 mm/Tag
Die Verdunstungsraten werden anteilsmaßig auf die einzelnen Flachen angewandt
und so ergibt sich die monatliche Verdunstung jeder Hohenstufe. Um die Verduns-
tungsanteile jeder Hohenstufe auch flachenmaßig richtig aufzuteilen, wird zuerst
4.3 Dritte Naherung 30
noch das Verdunstungsvolumen berechnet. Davon ausgehend wird uber die Gesamt-
flache des Einzugsgebietes auf die durchschnittliche Verdunstung eines Monats (in
Millimeter) zuruckgerechnet, um so ein flachengewichtetes Mittel zu erhalten.
4.3 Dritte Naherung
4.3.1 Niederschlag
Der Jahresniederschlag wird in der dritten Naherung aus den Eingabewerten der
gemessenen Gletscher-Massenbilanz und dem gemessenen Abfluss sowie der Jahres-
summe der Verdunstung aus der zweiten Naherung gewonnen. Der monatliche Nie-
derschlag wiederum ergibt sich durch die Multiplikation des Jahresniederschlags aus
der dritten Naherung mit dem Jahresgang des Gebietsniederschlags aus der zweiten
Approximation. Die neue, absolute Niederschlagsmatrix, unterteilt in Hohenstufen
und Monate, ergibt sich nun aus der absoluten Niederschlagsmatrix der zweiten
Naherung und dem Verhaltnis zwischen dem Jahresniederschlag der dritten und der
ersten Naherung. Das selbe erfolgt fur die Matrix mit festem Niederschlag. Aus der
Differenz dieser beiden ergibt sich die Matrix fur flussigen Niederschlag.
4.3.2 Speicher
Die monatliche Speicherung wird aus der dritten Naherung des Niederschlags, der
zweiten Naherung der Verdunstung und dem gemessenen Abfluss nach der gleichen
Methode wie unter 4.1.3 berechnet.
4.3.3 Schneebedeckung
Bei der zweiten Naherung der Schneebedeckung wird genauso vorgegangen wie bei
der ersten Naherung. Die letzte Naherung des absoluten, festen Niederschlags lie-
fert den positiven Beitrag zum Schneedeckenaufbau, ebenso wie der Ubertrag der
Schneedecke aus dem Vormonat ins Folgemonat. Allerdings wird jetzt, im Gegen-
satz zur ersten Naherung der Schneebedeckung, die Sublimation aus dem Produkt
der Matrix mit dem Anteilswert fur festen Niederschlag und der Matrix mit den
Verdunstungswerten bestimmt. Die Verdunstungswerte werden der Verdunstungs-
matrix mit den monatlichen Werten jeder Hohenstufe aus der zweiten Naherung
entnommen.
4.3 Dritte Naherung 31
4.3.4 Abfluss
Schmelzwasserabfluss
Die Naherung des Schmelzwasserabflusses der nichtvergletscherten Flache ergibt
sich durch Abziehen der Sublimation, bestimmt mit der Anteilsmatrix fur festen
Niederschlag und der Verdunstungsmatrix der zweiten Naherung, von der in der
dritten Naherung des Niederschlags bestimmten, absoluten Niederschlagsverteilung.
Als mogliche, positive Terme des Schmelzwasserabflusses gelten der gefallene, fes-
te Niederschlag eines Monats und die ubrigen Schneereserven des Vormonats. Als
Senke ist lediglich die Sublimation aufzuweisen. Dabei ist die aktuelle, mit Hil-
fe der Gradtagfaktoren berechnete Schmelzmenge kleiner beziehungsweise maximal
gleich groß wie die potentiell mogliche Schmelzmenge, weil sie mit dem Bruchteil der
Schneebedeckung, der kleiner als eins ist, multipliziert wird. Eine Umwandlung der
Schmelzwassermenge von mm auf m3 uber die Flachen-Hohen-Verteilung soll wieder
die Gewichtung der Flache des Einzugsgebietes mit sich bringen. Die monatlichen
Werte des Schmelzwasserabflusses in mm und in m3 sind somit reprasentativ fur
die Flache des jeweiligen Einzugsgebietes. Ahnlich ist die Vorgehensweise bei der
Berechnung der Schmelze von vergletschertem Gebiet. Da aber innerhalb dieser Di-
plomarbeit nur unvergletscherte Gebiete behandelt werden, wird nicht naher darauf
eingegangen.
Regenabfluss
Der Regenabfluss berechnet sich ebenfalls durch Abzug der Verdunstung von der
absoluten Niederschlagsverteilung der dritten Naherung. Die Verdunstung berechnet
sich dabei durch Multiplikation der Anteilsmatrix fur flussigen Niederschlag mit der
Verdunstungsmatrix der zweiten Naherung. Um auch hier die Flachengewichtung zu
berucksichtigen, muss dieser Wert zuerst wieder in ein Volumen und anschließend
uber die Gesamtflache auf den Millimeterwert umgerechnet werden.
Der gesamte monatliche Abfluss ergibt sich letztendlich aus der Summe des
Schmelzwasserabflusses und dem Regenabfluss. Vom endgultigen, modellierten
Abfluss muss nur noch der Flussigwasserspeicher abgezogen werden. Ist dann die
Differenz zwischen dem modellierten und dem gemessenen Abfluss maximal 20 mm,
so kann die Modellierung als erfolgreich angesehen werden. Dabei ist es wichtig,
dass die Jahressumme des Flussigwasserspeichers null ergibt.
Nun lasst sich nur noch die dritte Approximation des Speicherterms durch
Austausch des gemessenen Abflusses mit dem modellierten Abfluss und zu guter
Letzt durch Ersetzen mit dem gesamten, monatlichen Modellabfluss inklusive
Flussigspeicher neu berechnen.
32
Kapitel 5
Sensitivitat des Modells
5.1 Auswirkungen bei Anderungen der Eingabe-
werte
Gezielte Anderungen der einzelnen Parameter wie Gradtagfaktor, Niederschlagsgra-
dient,... lassen auf mogliche Auswirkungen beim Durchlaufen verschiedener Klimas-
zenarien schließen. Zum besseren Verstandnis der Folgen solcher Anderungen fur
Parameter wie Verdunstung, Schneedecke, Abfluss, ... soll dieses Kapitel dienen.
5.1.1 Gradtagfaktor
Bei der Anpassung des Gradtagfaktors muss berucksichtigt werden, dass sich dies vor
allem auf das Schmelzen und den Flussigspeicher auswirken kann. Verringert man
den Gradtagfaktor am Beginn des Fruhjahrs (z.B. im Mai von sechs mm/Gradtag
auf funf mm/Gradtag) und lasst ihn im Folgemonat Juni gleich, so wird im Juni
mehr Schmelzwasser abfließen. Denn so schmilzt der Schnee, der bei einem hoheren
Gradtagfaktor schon im Mai geschmolzen ware, erst im Juni, was einen Anstieg des
Schmelzwasserabflusses im Juni verursacht. Der flussige Wasserspeicher ist in Folge
dieser Anderung in dem Monat, in dem der Gradtagfaktor gesenkt wird, weniger
stark gefullt, weil auch weniger Schmelzwasser in der Schneedecke zwischengespei-
chert wird beziehungsweise weniger Wasser in den Grundwasserspeicher fließt. Dafur
steigt er im nachfolgenden Monat etwas an, da dann dem Flussigspeicher noch mehr
Wasser uber den Schmelzprozess zugefuhrt werden kann.
5.1.2 Schneebedeckung
Eine Anderung der Schneebedeckung zu Beginn des Programms wirkt sich auf die
erste Naherung der Verdunstung aus. Wird die Schneebedeckung erhoht, so nimmt
die Verdunstung ab. Die Ursache dafur ist, dass die Verdunstung uber Schnee ge-
5.1 Auswirkungen bei Anderungen der Eingabewerte 33
ringer ist als uber aperem Boden.
5.1.3 Referenzniederschlag und Niederschlagsgradient
Eine Anpassung der monatlichen Niederschlagsmenge, von der man zu Beginn aus-
geht, bringt folgende Anderungen mit sich: Der Abfluss nimmt zum Beispiel ab,
wenn man von einem geringeren Referenzniederschlag ausgeht. Korrigiert man den
Referenzniederschlag nur in den Wintermonaten nach oben, so nimmt der Abfluss
in den Monaten des Schmelzens zu. Eine Abnahme des Abflusses in den Sommer-
monaten hingegen kann sowohl aus einer Verringerung des Winterniederschlags als
auch aus einer Verringerung des Sommerniederschlags, oder auch aus einer Kom-
bination der beiden, hervorgehen. Diese Anderungen gehen mit der hydrologischen
Bilanzgleichung 4.1 einher.
Allgemein ist zu sagen, dass mit einer Erhohung oder Verringerung des Nieder-
schlagsgradienten auch der Abfluss zu- beziehungsweise abnimmt. Erhoht man den
Niederschlagsgradienten im Sommer, so erhoht sich relativ gleichmaßig zum Anstieg
des Gradienten auch der Abfluss, da ja in den Sommermonaten nur ein geringer bis
kein Anteil als Schnee fallt, somit keine Speicherung stattfindet und der gefallene
Niederschlag direkt in den Abfluss ubergeht.
Erhoht man hingegen den Niederschlagsgradienten in den letzten Herbst- bezie-
hungsweise in den Wintermonaten und behalt man bei allen ubrigen Parametern
die Anfangswerte bei, so kann sich der Abfluss zusatzlich zu den Monaten, in denen
der Gradient geandert wird, auch in den Fruhjahrsmonaten andern. Denn durch
die Zunahme des Winterniederschlags baut sich eine hohere Schneedecke auf, wo-
durch im Fruhjahr mehr Schmelzwasser zur Verfugung steht und so ein großerer
Schmelzanteil in den Abfluss mit einfließt.
5.1.4 Referenztemperatur und Temperaturgradient
Das gleiche Phanomen tritt auch auf, wenn man den Niederschlagsgradienten gleich
lasst, dafur aber den Temperaturgradienten im Winter erhoht oder in den Herbst
und Wintermonaten mit einer niedrigeren Referenztemperatur startet. In diesen bei-
den Fallen beginnt der Aufbau der Schneedecke namlich fruher und so entwickelt
sich uber den gesamten Winter hinweg ebenfalls eine machtigere Schneedecke, was
wiederum bei deren Schmelzen in den Fruhjahrsmonaten eine positive Auslenkung
im Abfluss verursacht. Außerdem nimmt der Regenanteil und somit auch der Regen-
abfluss bei abnehmender Referenztemperatur oder zunehmendem Temperaturgradi-
enten ab, der Schneeanteil am Gesamtniederschlag und der Schmelzwasserabfluss
nehmen jedoch zu. Umgekehrt verlauft es bei einer Zunahme der Referenztempera-
tur oder einem weniger starken Temperaturgradienten.
5.1 Auswirkungen bei Anderungen der Eingabewerte 34
Eine Abnahme der Referenztemperatur oder des Temperaturgradienten kann auch
zur Folge haben, dass die Verdunstung abnimmt. Diese indirekte Beziehung der
Verdunstung zur Temperatur kommt im Modell erst in der zweiten Naherung der
Verdunstung zum Ausdruck, da dann als Schneebedeckung die vom Modell berech-
nete Schneematrix, welche eine Funktion der Temperatur ist, verwendet wird. So
ergibt sich uber die Abhangigkeit der Schneedecke von der Temperatur auch indi-
rekt eine Verbindung der Verdunstung zur Temperatur.
Erhoht man die Referenztemperatur in den Wintermonaten, so fallt mehr Nieder-
schlag in Form von Regen. Als Folge ist im Fruhjahr weniger Schnee zum Schmelzen
vorhanden und dadurch flacht die Abflussspitze etwas ab. Die gesamte Abflusskurve
verlauft etwas gleichmaßiger, da auch uber die Wintermonate mehr Wasser in den
Abfluss gelangt. Gleiches passiert bei einem weniger stark ausgepragten Tempera-
turgradienten in den Wintermonaten. In beiden Fallen nimmt auch die Anzahl der
Gradtage zu, was wiederum mehr Schmelzen zur Folge hat.
35
Kapitel 6
Modellergebnisse und Verifikation
des Klimaszenarienmodells
6.1 Ergebnisse der Modellierung
Nach erfolgreicher Bestimmung aller Inputvariablen fur das Modell konnen die
monatlichen Modellwerte wie Gebietsniederschlag, Verdunstung, Abfluss und
Speicherung der vier Einzugsgebiete berechnet werden. Die Jahreswerte von
Niederschlag, Abfluss und Speicher sowie die mittlere, jahrliche Gebietstemperatur
sind fur alle vier Gebiete in Tabelle 6.1 zusammengefasst. Die mittlere, jahrliche
Gebietstemperatur ist der Mittelwert aller jahrlichen Mitteltemperaturen der ein-
zelnen 100-Meter-Hohenstufen eines Gebietes. Die mittlere Gebietshohe ergibt sich
aus dem arithmetischen Mittel aller Rasterpunkte des verwendeten Hohenmodells.
Gebiet mittlere mittlere N A V S A/NHohe [m] Temp. [◦C] [mm] [mm] [mm] [mm]
Tannberg 1991 0.1 2353 1965 386 1 0.84Steeg 1940 1.0 2097 1703 393 0 0.81Scharnitz 1767 0.95 1596 1174 420 2 0.74Obernberger Tal 1857 2.8 1479 1033 445 1 0.70
Tabelle 6.1: Komponenten der Wasserbilanz aus Modellberechnungen
Der Abflusskoeffizient (A/N) gibt an, welcher Anteil der Niederschlage zum
Abfluss gelangt. Insbesondere ist er von der Menge der Niederschlage und der
Beschaffenheit des Gebietes abhangig. So ist der Abflusskoeffizient umso niedriger,
je mehr Waldanteil an der Gesamtflache vorhanden ist, da Waldboden auch mehr
Niederschlag speichert und verdunstet als unbewaldetes Gebiet (Hegg et al., 2004).
Dies ist auch an Tabelle 6.1 gut zu erkennen, denn das Gebiet Scharnitz und
das Obernberger Tal haben aufgrund der großeren Waldflachen einen kleineren
Abflusskoeffizienten.
6.1 Ergebnisse der Modellierung 36
In den Grafiken 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4, sind die einzelnen Werte (V, N, A) jedes
Gebietes nach der jeweils letzten Naherung im Modell gegen die mittlere Hohe
des Einzugsbereichs, beziehungsweise die Verdunstung noch zusatzlich gegen die
mittlere Gebietstemperatur aufgetragen.
Die Verdunstung, die in der letzten Naherung eine Funktion der vom Modell
unter anderem uber die Mitteltemperatur berechneten Schneedecke ist, nimmt
nach den Regeln der Natur mit der Hohe ab. Allgemein ist die Verdunstung an
die Lufttemperatur und den mittleren Wasserdampfgehalt der Luft gebunden.
Aber auch die Niederschlagsmenge wirkt sich auf die Verdunstung aus. Je mehr
Niederschlag fallt, umso hoher ist auch die Verdunstung (Baumgartner et al., 1983).
1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400300
325
350
375
400
425
450
475
500
Mittlere Gebietshöhe [m]
Jahr
esve
rdun
stun
g [m
m]
Steeg
Tannberg-
Obernberger Tal
Scharnitz
Korrkoeff.: −0.7
Abbildung 6.1: Verhaltnis zwischen mitt-lerer Gebietshohe und Verdunstung
−1 −0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4300
325
350
375
400
425
450
475
500
Mittlere Gebietstemp. [°C]
Jahr
esve
rdun
stun
g [m
m]
Steeg
- Tannberg
Obernberger Tal
Scharnitz
Korrkoeff.: 0.9
Abbildung 6.2: Verhaltnis zwischen mitt-lerer Gebietstemperatur und Verduns-tung
Im Modell kommt der Temperatureffekt nur uber die Verbindung zur Schnee-
decke (Funktion der Mitteltemperatur) zum Ausdruck, da uber Schnee andere
Verdunstungswerte gelten als uber aperen Flachen. Wie die Abbildungen 6.1 und
6.2 zeigen, tritt beim Abflussmodell OEZ im Falle dieser vier Einzugsgebiete eine
gute Korrelation der Verdunstung sowohl mit der mittleren Gebietshohe als auch
mit der mittleren Jahrestemperatur des Gebietes auf. Der starkere Ruckgang
der Verdunstung mit der mittleren Gebietshohe im Vergleich zum Ruckgang mit
der Gebietsmitteltemperatur durfte in diesem Fall nur darauf zuruckzufuhren
sein, dass im Obernberger Tal, das im Mittel hoher als das Gebiet Scharnitz
liegt, eine deutlich hohere Verdunstung aufgrund der hohen Mitteltemperatur
in diesem Gebiet vorherrscht. Ware die Mitteltemperatur im Obernberger Tal
nicht so hoch, so ware auch die Verdunstung niedriger und die Abnahme mit
der Hohe wurde etwas langsamer verlaufen. Messungen in den Alpen haben im
Mittel eine Hohenabnahme der Jahresverdunstung von 18 mm pro 100 m ergeben
6.1 Ergebnisse der Modellierung 37
(Baumgartner et al., 1983). Diese Werte werden auch mit Hilfe des OEZ Modells
im Fall dieser vier Einzugsgebiete in etwa erreicht.
Betrachtet man Abbildung 6.3, so kann man sehen, dass auch die Zunahme des
Niederschlags mit der Hohe im angewandten Modell sehr gut zum Ausdruck
kommt. Schließt man das Obernberger Tal aus der Korrelation der verschiedenen
Gebiete aufgrund seiner zentralalpinen Lage aus, so ist der exponentielle Anstieg
des Niederschlags mit der Hohe sehr schon zu erkennen. Die gute Korrelation liegt
auch daran, dass die Niederschlagsgradienten in den Gebieten Steeg, Tannberg und
Scharnitz relativ ahnlich sind. Fur die am nordlichen Alpenrand gelegenen Gebiete
Steeg, Scharnitz und Tannberg ergibt die Regressionsgerade aus den Berechnungen
des Modells fur die unteren 100 Hohenmeter (zwischen zirka 1750 und 1850 m) in
etwa einen jahrlichen vertikalen Gradienten von 90 mm/100 m. Dieser nimmt mit
der Hohe noch deutlich zu. Etwas weniger gut verlauft die Korrelation zwischen
allen vier Gebieten, da das Obernberger Tal wegen seiner Lage deutlich weniger
Niederschlag erhalt.
1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 24000
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
Steeg
Tannberg
Obernberger TalScharnitz
Korrkoeff.: 0.99
Mittlere Gebietshöhe [m]
jähr
liche
r G
ebie
tsni
eder
schl
ag [m
m]
Abbildung 6.3: Verhaltnis zwischenjahrlichem Gebietsniederschlag undmittlerer Gebietshohe
1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 24000
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Steeg
Tannberg
Obernberger Tal
Scharnitz
Korrkoeff.: 0.99
Mittlere Gebietshöhe [m]
Jahr
esab
fluss
[mm
]
Abbildung 6.4: Verhaltnis zwischen Jah-resabfluss und mittlerer Gebietshohe
Die Regressionsgeraden werden nur fur die drei randalpinen Gebiete Scharnitz,
Steeg und Tannberg berechnet.
Genauso wie der Niederschlag nimmt auch der Abfluss (Abb. 6.4) mit der Hohe zu.
Er berechnet sich aus der Summe des Schmelzwasserabflusses und des Regenabflus-
ses. Als Kombination von einem Anstieg des Niederschlags mit der Hohe und einer
Abnahme der Verdunstung scheint es logisch, dass auch der Abfluss umso mehr
zunimmt, je hoher das Gebiet liegt. Auch orographische Hebungsgebiete, also ins-
besondere Staulagen wie die Gebiete Scharnitz, Lech und Tannberg, weisen hohere
Abflusse auf (Baumgartner et al., 1983). Deshalb wurde auch bei der Korrelation in
Abbildung 6.4 das zentralalpin gelegene Obernberger Tal vernachlassigt.
6.1 Ergebnisse der Modellierung 38
Zur Veranschaulichung der Verdunstungsberechnung im Modell wird die Verduns-
tung des Obernberger Tales anhand der Ergebnisse detaillierter beschrieben. In den
Abbildungen 6.5, 6.6, 6.7 werden die vom Modell berechneten Daten zu Schneebe-
deckung und Verdunstung sowie der Waldanteil jeder Hohenstufe dargestellt. Wie
bereits unter 4.2 erklart wird, berechnet sich die Verdunstung sowohl durch die
Unterscheidung zwischen Waldflache und sonstiger Vegetation als auch zwischen
schneebedeckten und aperen Flachen.
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 91100−1200
1300−14001500−1600
1700−18001900−2000
2100−22002300−2400
2500−26002700−2800
0
200
400
600
800
1000
Höhe [m]
Sch
neeh
öhe
[mm
we]
Abbildung 6.5: Schneeverteilung imObernberger Tal
1011
121
23
45
67
89
1100−12001300−1400
1500−16001700−1800
1900−20002100−2200
2300−24002500−2600
2700−2800
0
10
20
30
40
50
60
MonatHöhe [m]
Ver
duns
tung
[mm
]
Abbildung 6.6: Verdunstungsverteilungim Obernberger Tal
1 2 3 4 5 6 71100−1200
1300−1400
1500−1600
1700−1800
1900−2000
2100−2200
2300−2400
2500−2600
2700−2800
Fläche [km²]
Höh
e [m
]
GesamtflächeWaldfläche
Abbildung 6.7: Flachen-Hohen-Verteilungim Obernberger Tal
Am Beispiel des Obernberger Tales
ist vor allem auffallig, dass die Ver-
dunstung in Hohenlagen von etwa
1200 m bis 2000 m uber die Zeit von
November bis Marz im Vergleich zu
niedrigeren Hohenstufen in dieser Zeit
oder aber auch im Vergleich zum Ok-
tober hoher ist. Dies ist vor allem eine
Auswirkung der Schneebedeckung und
des Waldflachenanteils der einzelnen
Hohenstufen. In Abbildung 6.5 sieht
man, dass zwischen Dezember und
Februar in allen Hohen Schnee liegt. Die Verdunstung ist aber dennoch bis in eine
Hohe von 1800 m großer als in der untersten Hohenstufe, da zwischen 1200 und 1800
m anteilsmaßig mehr Waldflache vorhanden ist als in der niedrigsten Stufe und uber
einer schneebedeckten Waldflache (1 mm/Tag) mehr verdunstet als uber sonstiger,
schneebedeckter Vegetation (0.5 mm/Tag). Erst in den hohergelegenen Bereichen, in
denen der Waldanteil bereits wieder gegen null geht, nimmt dann die Verdunstung
6.2 Verifikation des Modells fur Klimaszenarien 39
wieder ab. Im Oktober ist die Verdunstung in allen Hohen gleich, da noch nirgend-
wo Schnee liegt und somit die Verdunstung uberall mit 0.5 mm/Tag berechnet wird.
Vergleicht man die Gebiete untereinander, so sind eigentlich keine besonderen
Auffalligkeiten zu beobachten.
6.2 Verifikation des Modells fur Klimaszenarien
In weiterer Folge werden ausgehend von den eingestellten Parametern fur das je-
weilige Gebiet (Gradtagfaktor, Schneebedeckung, Niederschlags- und Temperatur-
gradient, Temperatur, Niederschlag, Flussigspeicher) Klimaszenarien mit Zu- bezie-
hungsweise Abnahme von Niederschlag und Temperatur durchlaufen. Dabei wird
keiner der Eingabeparameter gegenuber der Modelleinstellung verandert. Die Va-
riation von Niederschlag und Temperatur - je nach Klimaszenario - wird direkt im
Matlabprogramm selbst vorgenommen.
Beim Niederschlagsszenario wird die erste Naherung des Jahresniederschlags mit
dem Prozentsatz der Zu- oder Abnahme multipliziert. Bei jahreszeitlich verschiede-
nen Anderungsraten bestimmt das Mittel davon die Anpassung des Jahresnieder-
schlags in der ersten Naherung. Bei der dritten Naherung werden die Gesamtnieder-
schlagsmatrix und die Matrix mit festem Niederschlag mit dem Anderungsfaktor
multipliziert. Variiert der Anderungsfaktor mit den Jahreszeiten, so wird die
Anderung in der dritten Naherung fur die einzelnen Perioden in zwei aufeinander-
folgenden Schritten fur Sommer- und Winterhalbjahr durchgefuhrt. Beim Tempera-
turszenario wird gleich am Beginn des Szenarios die Klimaanderung berucksichtigt,
indem die Referenztemperatur der untersten Hohenstufe geandert wird. Von der Re-
ferenztemperatur ausgehend, wird die Erwarmung oder Abkuhlung uber den Tem-
peraturgradienten in die ubrigen Hohenstufen ubernommen.
Um einen Vergleich zur Realitat zu erhalten, wurde der Messzeitraum zwischen 1961
und 2005 fur das Gebiet Steeg in zwei Perioden unterteilt. Die erste Periode erstreckt
sich uber den Zeitraum zwischen 1961 und 1985, die Zweite reicht von 1986 bis 2005.
Zuerst wird fur jede Periode in der gleichen Art wie in Kapitel 3.2 beschrieben das
Monatsmittel von Niederschlag, Temperatur und Abfluss, gemittelt uber den jewei-
ligen Zeitraum, berechnet. Im Verlauf der Abflussmodellierungen fur diese beiden
Perioden muss der Flussigspeicher wieder neu angepasst werden, um das Kriterium
von 20 mm Abweichung zwischen gemessenem und modelliertem Abfluss zu erfullen.
Die gemessene Temperatur- und Niederschlagsdifferenz zwischen den beiden Peri-
oden werden beim Szenario als treibende Klimafaktoren auf die erste Periode an-
gewandt, um im Anschluss die Szenarioergebnisse mit dem in der zweiten Periode
tatsachlich aufgetretenem Abfluss vergleichen zu konnen. Ausgangspunkt fur das
6.2 Verifikation des Modells fur Klimaszenarien 40
Klimaszenario sind die Berechnungen zur ersten Periode. Nach Durchlauf des Sze-
narios sollen zur Bestatigung der Richtigkeit des Szenarios in etwa der gleiche Ab-
flussverlauf und die gleiche monatliche Abfluss- und Niederschlagsmenge, wie fur
die zweite Periode gemessen wurde, erhalten werden. Die monatlichen Differenzen
von Niederschlag und Temperatur zwischen der zweiten und der ersten Periode, die
als Klimafaktoren verwendet werden, sind in Tabelle 6.2 aufgelistet. Es handelt sich
dabei um Absolutwerte und nicht wie bei den folgenden Klimaszenarien um Re-
lativwerte. Diese Analyse entspricht den Berechnungen, die Kuhn (2000) fur zwei
Perioden im Paznaun durchgefuhrt hat.
Okt Nov Dez Jan Feb Marz Apr Mai Jun Jul Aug Sept Jahr
∆ NS [mm] 12 -8 6 -19 11 35 -4 0 -2 18 6 12 68∆ T [◦C] 0.5 -0.1 0.6 0.2 0.5 1.2 0.8 1.6 1.1 1.0 1.4 -0.1 0.7
Tabelle 6.2: Klimafaktoren aus der Differenz zwischen zweiter (1986 - 2005) underster (1961 - 1985) Periode
Beim Niederschlag ist eine Zunahme von der ersten zur zweiten Periode zu erkennen.
Am deutlichsten ist die positive Abweichung in den Monaten Marz und Juli, aber
auch im Februar, September und Oktober ist die Zunahme deutlich erkennbar. Eine
Abnahme ist hingegen in den Monaten November, Janner, April und Juni zu beob-
achten, wobei die starkste Abnahme im Janner stattfand. Uber den ganzen Zeitraum
hinweg gesehen fiel im Gebiet Steeg in der zweiten Periode in einer mittleren Hohe
aller verwendeten Stationen von 1258 m jahrlich um 68 mm Niederschlag mehr als in
der ersten Periode. Diese Niederschlagszunahme in den vergangenen Jahrzehnten ist
auch an mehreren Stationen (Otz, Langenfeld, Solden) im Otztal, ein weiter west-
lich gelegenes Paralleltal des Wipptales, aber auch an Stationen im Lechtal (Warth,
Gramais, Boden) anhand von Daten aus den hydrographischen Jahrbuchern der
Jahre 1971-1980, 1987 und 2002 zu erkennen.
Betrachtet man die Temperaturunterschiede, so ist zwischen Februar und August
und im Oktober und Dezember eine Erwarmung von mindestens 0.5 ◦C im Monats-
mittel erkennbar. Die maximale positive Anomalie erreicht im Mai mit 1.6 ◦C den
Hohepunkt. Nur in den Monaten November, Janner und September ist keine wesent-
liche Anderung zu sehen. Die Abweichung zur ersten Periode lag in diesen Monaten
zwischen minus 0.1 und plus 0.2 ◦C. Die Jahresmitteltemperatur im Gebiet Steeg
war zwischen 1986 und 2005 gegenuber dem Vergleichszeitraum zwischen 1961 und
1985 durchschnittlich um 0.7 ◦C erhoht.
Betrachtet man nun die in Tabelle 6.3 zusammengefassten Ergebnisse zum Ver-
gleich von Realitat, Modell und Klimaszenario, so kann man erkennen, dass das
Modell die Wirklichkeit relativ gut wiedergibt. Der Unterschied zwischen den ge-
messenen Werten und den nach der Einstellung des Flussigspeichers mit Hilfe des
6.2 Verifikation des Modells fur Klimaszenarien 41
Modells berechneten Werten liegt fur beide Perioden innerhalb der geforderten 20
mm Spannweite.
In den Abbildungen 6.8a und 6.8b ist der Verlauf der gemessenen und berechneten
Abflussdaten fur die erste Periode (6.8a) sowie der Abflussgang nach Anwendung
des Klimaszenarios auf die erste Periode (6.8b) dargestellt. Bei genauer Betrach-
tung der Abbildung 6.8a sind keine groben Abweichungen zwischen gemessenem
und modelliertem Abfluss zu erkennen. Die Abweichungen liegen alle innerhalb des
erlaubten Bereiches von 20 mm. In der zweiten Periode kommt die Berechnung des
Abflusses ebenfalls ziemlich genau an das tatsachlich vorherrschende Abflussbild
zwischen 1986 und 2005 heran. Das auf die Eingabewerte und Modelleinstellungen
der ersten Periode angewandte Klimaszenario (Abb. 6.8b) rekonstruiert mit den be-
rechneten Klimafaktoren von Tabelle 6.2 sowie mit neu angepasstem Flussigspeicher
den Abfluss der zweiten Periode ebenfalls realitatsnah. Das Abflussminimum wird
vom Modell ebenso naturgetreu wiedergegeben wie die Verlagerung des Abflussma-
ximums vom Juni in den Mai.
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
200
250
300
350
400
Monate
Abf
luss
[mm
]
(a) Periode 1: 1961 - 1985
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
200
250
300
350
400
Monate
Abf
luss
[mm
]
(b) Szenario fur Periode 2: 1986 - 2005
Abbildung 6.8: Verlauf der Abflusse: gemessen (grun), Szenario ausgehend von Peri-ode eins mit den angewandten Klimafaktoren aus Tabelle 6.2 und neu angepasstemFlussigspeicher (schwarz), modelliert mit Flussigspeichereinstellungen der ersten Pe-riode (rot)
Der in Tabelle 6.3 angestellte Vergleich zeigt weiters, dass die Abweichung zwischen
dem unter Anwendung des Klimaszenarios berechnetem Abfluss und dem gemesse-
nem Abfluss der zweiten Periode maximal 19 mm pro Monat betragt. Beim Vergleich
des fur die zweite Periode berechneten Abflusses und dem Abfluss des Klimasze-
narios sind die Abweichungen zwischen Mai und Juli etwas großer (zwischen -22
und +39 mm). Diese Abweichungen sind durch die individuellen Anpassungen des
Flussigspeichers fur das Szenario und fur die zweite Periode zu erklaren. Daraus kann
man schließen, dass die Anpassung des Flussigspeichers die großte Unsicherheit in
den einzelnen Modellierungen ist.
6.2 Verifikation des Modells fur Klimaszenarien 42
Okt
Nov
Dez
Jan
Feb
Marz
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sept
Jahr
Natu
rA
gem
Peri
ode
1[m
m]
8660
4532
2846
113
287
362
275
192
122
1649
Aber
Peri
ode
1[m
m]
7763
4742
3237
110
280
379
293
177
112
1646
Agem
Peri
ode
2[m
m]
9876
5236
3172
130
375
335
265
167
139
1776
Aber
Peri
ode
2[m
m]
9562
4752
3256
148
392
328
245
185
133
1775
ASzen
Peri
ode
2[m
m]
9066
4742
3259
137
370
354
284
186
124
1790
Modell
Liq
uid
Sto
rage
Ein
stellungen
Peri
ode
120
-60
-45
-40
-30
-35
-45
135
145
-20
-7-1
80
Peri
ode
220
-60
-45
-50
-30
-45
-45
165
140
-20
-10
-20
0Sze
nari
o15
-60
-45
-40
-30
-35
-45
9519
5-1
0-2
-18
0
Verg
leic
hN
atu
r:M
odell
AgemPer2
-A
ber
Per
23
145
-16
-116
-18
-17
720
-18
61
Verg
leic
hN
atu
r:K
lim
asz
enari
oA
Klim
asz
.-A
gem
Per.
2-8
-10
-56
1-1
37
-519
1919
-15
14
Verg
leic
hK
lim
asz
enari
o:M
odell
AK
lim
asz
.-A
ber
Per.
2-5
40
-10
33
-11
-22
2639
1-9
15
Tab
elle
6.3:
Erg
ebnis
sezu
mV
ergl
eich
von
Klim
asze
nar
iound
Rea
lita
t(a
lle
Anga
ben
in[m
m])
43
Kapitel 7
Modellierung der Klimaszenarien
Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Klimaszenarien simuliert. Bei den
ganzjahrigen Szenarien wird zwischen einem Niederschlags- und einem Tempera-
turszenario unterschieden. Dabei wird der Monatsniederschlag uber das ganze Jahr
hinweg um den gleichen Prozentanteil erhoht beziehungsweise erniedrigt. Auch beim
Temperaturszenario ist die Anderung das ganze Jahr uber konstant.
Unterschiedliche Klimavariabilitat zwischen Sommer- und Winterhalbjahr wird in
den jahreszeitlich verschiedenen Szenarien simuliert. Naher eingegangen wird dabei
ebenfalls auf das Temperaturszenario, das Niederschlagsszenario, aber auch auf eine
Kombination der beiden.
Bei den einzelnen Modellierungen der Szenarien wird so vorgegangen, dass der
Flussigspeicher je nach Gefuhl des Modellierers so verandert wird, dass der mo-
dellierte Abfluss am ehesten dem subjektiv erwarteten Abfluss entspricht. Wichtig
ist auch hier wieder, dass die Jahressumme des Flussigspeichers null ergibt. Die
genauen Beweggrunde zu den einzelnen Anpassungen werden in den Unterkapiteln
erlautert.
7.1 Ganzjahrige Klimaszenarien
7.1.1 Niederschlagsszenario ohne Temperaturanderung
Im Falle des ganzjahrigen Niederschlagsszenarios wird fur alle vier Einzugsgebiete
eine monatliche Abnahme und Zunahme des Niederschlags von jeweils 20 Prozent
angenommen. In den Abbildungen 7.1a, 7.1b, 7.2a und 7.2b sind diese im Vergleich
zum modellierten Abfluss der verwendeten Messzeitreihe dargestellt. Der Verlauf des
fur die Messzeitreihe simulierten Abflusses zeigt in allen Gebieten die jahrliche Ab-
flussspitze im Juni. Allgemein ist in diesen vier Fallen der maximale Abfluss relativ
gleichmaßig auf die Monate Mai, Juni und Juli aufgeteilt. Nur im Gebiet Steeg ist
der Abfluss im Juli gegenuber Mai und Juni bereits wieder deutlich reduziert. Der
7.1 Ganzjahrige Klimaszenarien 44
Winterabfluss verlauft in allen Gebieten von Dezember bis Marz relativ gleichmaßig,
wobei das Minimum in jedem Gebiet auf den Februar fallt. Ab Marz beginnt der
Abfluss uberall wieder langsam zu steigen.
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Sim
ulie
rter
Geb
iets
abflu
ss [m
m]
Monat
(a) Obernberger Tal
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Sim
ulie
rter
Geb
iets
abflu
ss [m
m]
Monat
(b) EZ Scharnitz
Abbildung 7.1: grun: Modell-Ist-Zustand, blau: +20% NS , rot: -20% NS
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Sim
ulie
rter
Geb
iets
abflu
ss [m
m]
Monat
(a) EZ Steeg
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Sim
ulie
rter
Geb
iets
abflu
ss [m
m]
Monat
(b) EZ Tannberg
Abbildung 7.2: grun: Modell-Ist-Zustand, blau: +20% NS , rot: -20% NS
Ausgehend von einer Zunahme des Niederschlags um 20 Prozent findet in den Ge-
bieten Tannberg, Steeg und Scharnitz keine Verschiebung der Abflussspitzen statt.
Im Obernberger Tal verlagert sich das Abflussmaximum vom Juni in den Mai. Diese
Verschiebung ist vor allem durch das starker auftretende Schmelzen im Mai zu er-
klaren. In den anderen Gebieten ist die Verschiebung deshalb nicht zu beobachten,
da die Temperatur im Mai noch etwas niedriger ist und somit der Schmelzvorgang
noch nicht so kraftig in Schwung kommt. Im Winter wirkt sich die Niederschlags-
zunahme nicht auf den Abfluss aus, da die großeren Niederschlagsmengen in Form
von Schnee gespeichert werden. Die Zunahme des Winterniederschlags ist erst im
7.1 Ganzjahrige Klimaszenarien 45
Fruhjahr am Anstieg des Schmelzwasserabflusses erkennbar.
Bei einer Abnahme des Niederschlags um 20 Prozent ist generell im Oktober mit
niedrigerem Abfluss zu rechnen. Uber den Winter hinweg ist der Abflussverlauf
wieder stark von der Abgabe aus dem Flussigwasserspeicher gepragt. Im Marz be-
ginnt der Abflusspegel wieder in allen vier Einzugsgebieten zu steigen. Auffallig
dabei ist, dass im Obernberger Tal der Abfluss im April gegenuber Marz noch ein-
mal etwas zuruckgeht. Dies kann damit erklart werden, dass hier die Fullung des
Flussigspeichers wegen der geringfugig hoheren Mitteltemperatur schon einen Monat
fruher als in den anderen Gebieten beginnt. In der Berechnung des Modellabflus-
ses kommt dies dadurch zum Ausdruck, dass dem Term des Flussigspeichers, der
wahrend der Wintermonate positiv auf den Modellabfluss wirkt, eine negative Aus-
wirkung auf den Modellabfluss zuteil kommt. Im Allgemeinen ist zu beobachten, dass
der Modellabfluss im Sommer vor allem in den Monaten besonders stark zuruckgeht,
in denen bei der Grundeinstellung der Flussigspeicher gefullt wird. Zusatzlich dazu
kann mit Fortdauer des hydrologischen Jahres der Ruckgang durch den aufgrund
der abnehmenden Winterniederschlage ebenfalls geringeren Schmelzwasserabfluss
verstarkt werden.
Im Vergleich der Gebiete Steeg (Abb 7.2a) und Tannberg (Abb. 7.2b) kann dieser
verstarkte Ruckgang des Modellabflusses besonders gut beobachtet werden. Wegen
der im Gegensatz zum Gebiet Tannberg geringeren mittleren Gebietshohe und somit
einer hoheren Mitteltemperatur (→ weniger Schnee) des Gebietes Steeg, gelangt hier
weniger Schmelzwasser in den Abfluss. Somit beginnt im Gebiet Steeg die Abnahme
des Abflusses bereits wieder im Juni. Diesen Tatsachen zur Folge verlagert sich im
Gebiet Steeg das Abflussmaximum um einen Monat nach vorne. Im Gebiet Tannberg
hingegen bleibt der Abfluss zwischen Mai und Juli relativ konstant hoch. Hier ist eine
deutliche Abnahme erst im August erkennbar. Obwohl auch im Gebiet Tannberg im
Juli das Schmelzwasser bereits deutlich reduziert ist, bleibt hier im Juli der Abfluss
dennoch in etwa gleich hoch wie im Mai und im Juni, da noch relativ viel Wasser,
das in der Schneedecke zwischengespeichert war (Flussigspeicherwasser), abfließt.
Interessant zu beobachten ist auch die Veranderung des Abflussregimes im Ge-
biet Scharnitz, wenn der Niederschlag um 20 Prozent abnimmt. Der Abfluss zwi-
schen April und September ist gleichmaßiger verteilt als beim Ausgangszustand.
Die Annaherung der Abflusswerte zwischen Mai und Juli an die April- und August-
werte ist hauptsachlich auf den Ruckgang des Schmelz- und Regenwasserabflusses
in dieser Zeit zuruckzufuhren. Im August wirkt sich dieser Ruckgang schon nicht
mehr so stark aus, da bereits wieder Wasser aus dem Flussigspeicher einen Beitrag
zum Gesamtabfluss leistet. Im April ist der Unterschied zwischen Szenario und Aus-
gangszustand bei Regen- und Schmelzwasserabfluss ebenfalls noch geringer. Somit
ergibt sich fur das Gebiet Scharnitz ein ziemlich gleichmaßiger Verlauf uber die Zeit
7.1 Ganzjahrige Klimaszenarien 46
von April bis August.
7.1.2 Temperaturszenario ohne Niederschlagsanderung
In den Graphiken 7.3, 7.4 und 7.5 werden die Auswirkungen auf den Abflussverlauf
gezeigt, wenn uber das ganze Jahr hinweg eine Erwarmung zwischen einem und drei
Grad Celsius im monatlichen Durchschnitt auftritt. Die blaue Linie verkorpert dabei
den Modellabfluss wahrend der Messperiode. Mit den Farben grun, rot und turkis
wird der Verlauf des Abflusses bei einer Erwarmung um ein, zwei und drei Grad dar-
gestellt. Die Rander der grauen Flachen zeigen den Verlauf der einzelnen Szenarien,
wenn der Flussigspeicher gegenuber der ursprunglichen Einstellung nicht verandert
werden wurde. Der hellste Grauton reprasentiert dabei die Veranderung bei einer
Zunahme der Temperatur um ein Grad Celsius und der dunkelste die Veranderung
bei einer Erwarmung um drei Grad Celsius.
Anhand des Obernberger Tales (Abb. 7.3) ist zu erkennen, wie der Abfluss mit zu-
nehmender Temperatur in den Monaten Oktober und November zunimmt. Diese
Zunahmen resultieren aus hoheren Regenabflussraten bei steigenden Temperaturen.
Bei einer positiven Anomalie von drei Grad Celsius ist dieser Effekt sogar wahrend
des Winters von Dezember bis Marz erkennbar. Je starker die Erwarmung voran-
schreitet, umso deutlicher ist die Aufspaltung der Abflussspitzen in ein durch die
Schneeschmelze verursachtes Maximum und ein zweites Maximum durch die som-
merlichen Niederschlage zu erkennen. Zudem tritt das durch Schmelzen verursachte
Maximum deutlich fruher ein, je warmer es wird. Deutlich erkennbar ist die Tren-
nung von Schmelz- und Niederschlagsmaximum erst ab einem Temperaturanstieg
von zwei Grad Celsius. Bei einer positiven Abweichung um ein Grad verlauft der
Abfluss im Sommer noch ziemlich gleichmaßig hoch, da Schmelz- und Niederschlags-
maxima knapp hintereinander auftreten.
Im Gebiet Scharnitz (Abb. 7.4) entwickelt sich der Abflussverlauf ahnlich wie im
Obernberger Tal. Allerdings findet im Einzugsgebiet der Isar die deutliche Trennung
zwischen den beiden durch Schmelzen und ergiebige Sommerniederschlage hervor-
gehenden Abflussspitzen erst bei einer Erwarmung um drei Grad Celsius statt. Bei
einer weniger starken Erwarmung stellt sich ein verfruhtes Abflussmaximum ein,
das sich aus der Kombination der Niederschlagszunahme im Fruhjahr und dem star-
ken Schmelzvorgang ergibt. Warum sich im Vergleich zum Obernberger Tal bei der
Erwarmung um zwei Grad keine so starke Trennung in Schmelz- und Niederschlags-
abflussmaxima ergibt, lasst sich daraus ableiten, dass im Obernberger Tal, das von
Grund aus etwas warmer ist, im Fruhjahr die Niederschlage hoher reichend als Re-
gen fallen und somit der Schneedeckenaufbau in den hochgelegenen Bereichen des
Gebietes weniger lange und intensiv ist wie im Gebiet Scharnitz. So reicht im Ge-
7.1 Ganzjahrige Klimaszenarien 47
biet Scharnitz der Schmelzwasserabfluss langer in den Sommer hinein und die beiden
Maxima liegen naher beisammen und lassen sich in der Betrachtung des Gesamtab-
flusses weniger leicht voneinander unterschieden.
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(a) mit ursprunglichem Flussigspeicher
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(b) mit angepasstem Flussigspeicher
Abbildung 7.3: Ganzjahriges Temperaturszenario fur das Obernberger Tal: Modell-abfluss wahrend des Messzeitraumes (blau), T+1◦C (grun), T+2◦C (rot), T+3◦C(turkis)
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(a) mit ursprunglichem Flussigspeicher
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(b) mit angepasstem Flussigspeicher
Abbildung 7.4: Ganzjahriges Temperaturszenario fur das Gebiet Scharnitz: Modell-abfluss wahrend des Messzeitraumes (blau), T+1◦C (grun), T+2◦C (rot), T+3◦C(turkis)
Der Vergleich der Gebiete Steeg (Abb. 7.5a) und Tannberg (Abb. 7.5b) lasst erken-
nen, dass wegen der hoheren mittleren Gebietshohe und der tieferen Referenztem-
peratur im Gebiet Tannberg die Zunahme des Abflusses im Vergleich zum Modell-
abfluss des Messzeitraumes im Herbst (von September bis November) nicht so stark
ist wie im Gebiet Steeg. Zuruckzufuhren ist dies auf den geringeren Regenanteil
am Gesamtniederschlag im Gebiet Tannberg in diesen Monaten. Des weiteren baut
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien 48
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(b) EZ Tannberg
Abbildung 7.5: Ganzjahriges Temperaturszenario: Modellabfluss wahrend des Mess-zeitraumes (blau), T+1◦C (grun), T+2◦C (rot), T+3◦C (turkis) mit den Anpassun-gen gegenuber den ursprunglichen Flussigspeichereinstellungen in den unterschied-lichen Grautonen
sich im Gebiet Tannberg auch eine hohere Schneedecke auf. Somit ist mehr und
auch etwas langer Schmelzwasser verfugbar und die sommerlichen Abflussmaxima
der einzelnen Szenarien erreichen großere Hohen. Auch in diesen beiden Gebieten
fuhrt die Erwarmung zu einer Verlagerung des Abflussmaximums beziehungsweise
zu einer Aufspaltung in ein Maximum verursacht durch Schmelzen und ein weite-
res durch die sommerlichen Niederschlage. Zu erwahnen ist auch, dass im Gebiet
Steeg die Abflussspitzen etwas pragnanter ausfallen, da der Schmelzvorgang fruher
als im Gebiet Tannberg abgeschlossen ist und somit im Sommer keine ahnlich hohen
Abflussmengen erreicht werden konnen.
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien
Bei den jahreszeitlichen Klimaszenarien werden im Hinblick auf die unterschiedliche
Anderung von Niederschlag beziehungsweise Temperatur im Sommer- und Winter-
halbjahr folgende Anderungsraten angenommen:
+ Winterniederschlag: +15 %+ Wintertemperatur: +1 ◦C- Sommerniederschlag: -20 %
+ Sommertemperatur: +2 ◦C.
Tabelle 7.1: Anderungsraten fur jahreszeitliches Szenario
Dabei reicht das Sommerhalbjahr von April bis September und das Winterhalbjahr
von Oktober bis Marz.
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien 49
7.2.1 Niederschlagsszenario ohne Temperaturanderung
Ausgehend von den Abbildungen 7.6a, 7.6b, 7.7a und 7.7b lasst sich ein Vergleich
aller Gebiete untereinander, aber besonders der Gebiete Steeg und Tannberg, hin-
sichtlich der Anderungen im Abflussverlauf erstellen.
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(a) Obernberger Tal
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(b) EZ Scharnitz
Abbildung 7.6: blau: Modellergebnis fur Messperiode, grun: Niederschlagsszenario(Winter: +15 %, Sommer: -20 %)
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(a) EZ Steeg
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(b) EZ Tannberg
Abbildung 7.7: blau: Modellergebnis fur Messperiode, grun: Niederschlagsszenario(Winter: +15 %, Sommer: -20 %)
Dieser Vergleich zeigt, dass die großten Unterschiede zwischen dem modellierten
Abfluss fur den Messzeitraum und dem modellierten Abfluss fur das Niederschlags-
szenario in allen Gebieten ausgenommen dem Obernberger Tal (maximale Differenz
im Juni und Juli) in den Monaten von Juli bis September auftreten. Außerdem ist
die Differenz zwischen dem fur das Szenario von veranderten Niederschlagsmengen
modellierten Abfluss und dem aktuellen, modellierten Abfluss in jedem Gebiet im
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien 50
Oktober positiv. Die fur das Klimaszenario berechnete, deutliche Abflusszunahme
im Oktober lasst sich dadurch erklaren, dass im Winterhalbjahr mehr Niederschlag
zur Verfugung steht. Weil es im Oktober in den meisten Hohenstufen noch nicht kalt
genug ist, dass der Niederschlag als Schnee fallen kann, erhoht sich in diesem Monat
der Regenwasserabfluss. Uber die weiteren Wintermonate hinweg ist das Abfluss-
verhalten deutlich von den eingestellten Werten des Flussigspeichers gepragt. Von
November bis Marz ist es großteils kalt genug, dass das Mehr an Niederschlag in
Form von Schnee gespeichert werden kann und erst im Fruhjahr als Schmelzwasser
einen Beitrag zum Abfluss leistet. Ab Juni stellt sich fur das Szenario letztendlich in
allen Gebieten ein deutlich niedrigerer Abfluss ein. Ursache dafur ist dabei einerseits
besonders die Abnahme des Niederschlags um 20 Prozent ab April. Andererseits ist
der Flussigspeicher des Modells so eingerichtet, dass dieser im Mai mit dem immer
starker werdenden Einsetzen der Schneeschmelze gefullt wird. Bei geringeren Nieder-
schlagsmengen wirkt sich das schnelle Auffullen des Flussigspeichers noch verstarkt
auf die Abnahme des Abflusses aus. In weiterer Folge nimmt im Laufe des Som-
merhalbjahres der fur das Niederschlagsszenario modellierte Abfluss im Vergleich
zum modellierten Abfluss fur die Messperiode immer mehr ab, da der geringfugig
hohere Anteil an verfugbarem Schmelzwasser den deutlich reduzierten Niederschlag
nicht mehr kompensieren kann. Deshalb ist in allen Gebieten die maximale negative
Differenz zwischen dem modellierten Abfluss des Messzeitraums und dem Modell-
abfluss des Niederschlagsszenarios zwischen Juli und September, da gegen Ende des
hydrologischen Jahres auch der Schmelzwasserbeitrag zum Abfluss nur mehr von
geringem Ausmaß ist. Das hohere Schmelzwasservolumen resultiert aus der Zunah-
me der Winterniederschlage und der damit verbundenen, hoheren Schneedecke. Im
Obernberger Tal und im Einzugsgebiet der Isar verschiebt sich die Abflussspitze
außerdem vom Juni in den Mai. In allen ubrigen Gebieten bleiben sowohl die mini-
malen als auch die maximalen Abflusse unverandert im selben Monat.
Vergleicht man das Gebiet Steeg mit dem Gebiet Tannberg, das wie erwahnt ein
Teil des Gebietes Steeg ist, so sind keine wesentlichen Unterschiede in den Ab-
flussanderungen bei einer Zunahme des Winter- beziehungsweise einer Abnahme
des Sommerniederschlags zu erkennen. Das Abflussmaximum ist in beiden Gebieten
jeweils im Juni. Außerdem ist in beiden Gebieten eine Zunahme des Abflusses im
Oktober sichtbar, ebenso wie eine Abnahme von Juni bis September. Der einzige
großere Unterschied zwischen den beiden Gebieten liegt darin, dass im Gebiet Tann-
berg im Falle dieses Szenarios der Abfluss im Mai etwas hoher als ursprunglich liegt.
Dies ist die Folge des zunehmenden Winterniederschlags und dem damit verbun-
denen, starkeren Schmelzwasserabfluss. Dieser Effekt zeigt in dem im Durchschnitt
aller vier Gebiete hochst gelegenen Gebiet die starkste Wirkung.
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien 51
7.2.2 Temperaturszenario ohne Niederschlagsanderung
In den Abbildungen 7.8a, 7.8b, 7.9a und 7.9b ist in blauer Farbe jeweils der Ver-
lauf des Modellabflusses des gemessenen Zeitraumes dargestellt. In gruner Farbe
ist der fur das Temperaturszenario (zwischen Oktober und Marz: plus ein ◦C, zwi-
schen April und September: plus zwei ◦C) berechnete und im weiteren Verlauf an-
gepasste Abfluss dargestellt. Die grauen Flachen zeigen die Abweichung des mit den
Flussigspeichereinstellungen des jeweiligen Temperaturszenarios berechneten Ab-
flusses im Vergleich zu dem Abfluss, der sich ergibt, wenn das Temperaturszenario
mit den ursprunglichen Werten des Flussigspeichers durchgefuhrt wird. Die Abfluss-
werte der Monate, in denen es eine graue Hinterlegung gibt, sind somit die großten
Unsicherheiten in der Modellierung. Der außere Rand der grauen Flache entspricht
dabei den Berechnungen mit den ursprunglichen Flussigspeichereinstellungen und
die grune Linie dem Modellabfluss mit den fur das jeweilige Szenario angepassten
Flussigspeichereinstellungen.
Im Obernberger Tal (Abb. 7.8a) muss der Flussigspeicher fur das Temperatur-
szenario in den Monaten Oktober, November, Marz, April, Mai und Juni an-
gepasst werden. Im Modelllauf fur das Klimaszenario mit den ursprunglichen
Flussigspeichereinstellungen ist der Abfluss im November hoher als im Oktober.
Aufgrund der Tatsache, dass im Oktober kein Unterschied zwischen dem Abfluss
des Temperaturszenarios und dem Modellabfluss des gemessenen Zeitraums besteht,
wird der Oktoberabfluss beim Szenario leicht erhoht. Diese Anpassung kann damit
begrundet werden, dass es im Falle einer Erwarmung mehr Regenabfluss gibt und
weniger Niederschlag als Schnee gespeichert wird. Gleichzeitig verringert man den
Abfluss im November, da es nicht logisch erscheint, bei einem niedrigeren Tempe-
raturwert als im Oktober und nahezu gleicher Niederschlagsmenge und gleichem
Niederschlagsgradienten einen hoheren Abfluss zu simulieren. Ab April ist laut Sze-
nario eine noch starkere Erwarmung gegeben als wahrend des Winterhalbjahres. Dies
bedeutet, dass schon im April mehr Schmelzwasserabfluss produziert wird und mit
einem deutlich hoheren Abfluss zu rechnen ist. Wurde man den Flussigspeicher im
Mai nicht abandern, so lage beim Temperaturszenario der Maiabfluss nahe dem ab-
soluten Abflussminimum des gesamten hydrologischen Jahres. Allerdings entspricht
dies aufgrund der starken Schneeschmelze zu diesem Zeitpunkt und der Nieder-
schlagszunahme zum Sommer hin nicht der Realitat. Somit muss auch im Mai der
Flussigspeicher so korrigiert werden, dass die Abflusshohe in etwa zwischen dem
durch Schmelzen verursachten Abflussmaximum im April und den maximalen Ab-
flusshohen infolge der sommerlichen Niederschlagsspitze im Juni und Juli liegt. Bei
der weiteren Anpassung im Juni berucksichtigt man den Effekt, dass im Zuge der
uber das ganze Jahr hinweg hoheren Temperaturen im Juni bereits weniger Schmelz-
wasser verfugbar ist und die maximalen Schmelzwasserabflusse fruher eintreten. Die
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien 52
starkere Verdunstung bei hoheren Temperaturen und der etwas niedrigere Schmelz-
wasserabfluss sind die maßgebenden Argumente fur die Korrektur nach unten. Letzt-
endlich ergibt sich beim Temperaturszenario fur das Obernberger Tal im Vergleich
zum berechneten Modellabfluss des Messzeitraums die Spaltung des Abflussmaxi-
mus in eine Spitze im Mai, verursacht durch fruher einsetzendes Schmelzen, und
eine zweite Spitze im Juli infolge des sommerlichen Niederschlagsmaximums.
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(b) EZ Scharnitz
Abbildung 7.8: blau: Modellergebnis fur Messperiode, grun: Temperaturszenario mitden Temperatur-Anderungsraten aus Tab. 7.1, Grauschattierung: Abweichung zuTemperaturszenarioberechnung mit ursprunglichen Flussigspeichereinstellungen
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(a) EZ Steeg
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(b) EZ Tannberg
Abbildung 7.9: blau: Modellergebnis fur Messperiode, grun: Temperaturszenario mitden Temperatur-Anderungsraten aus Tab. 7.1, Grauschattierung: Abweichung zuTemperaturszenarioberechnung mit ursprunglichen Flussigspeichereinstellungen
Im Einzugsgebiet der Isar (Abb. 7.8b) muss die Anpassung des Flussigspeichers
im Zeitraum zwischen Marz und August sowie im November vorgenommen
werden. In den ubrigen Herbstmonaten wird auch mit den ursprunglichen
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien 53
Flussigspeichereinstellungen eine vernunftige Anderung modelliert. So ist bei einer
Erhohung der Temperatur im Oktober der Abfluss nur geringfugig hoher, da nur
ein wenig mehr Niederschlag als Regen fallt, denn auch mit den Ausgangswerten
beginnt der Aufbau der Schneedecke im Oktober erst ab einer Seehohe von 2500
Metern. Im November wird der mit den ursprunglichen Flussigspeichereinstellungen
modellierte Abfluss etwas nach unten korrigiert, da sonst der Unterschied zum Ab-
fluss der Messzeitreihe etwas zu stark ausfallt. Beim Temperaturszenario fließen in
diesem Monat um zirka acht Millimeter mehr ab, aufgrund der Tatsache, dass in den
unteren Schichten des Gebietes erst ganz geringe Mengen in Form von Schnee gespei-
chert werden. Auch im Marz ist die Zunahme des Regenabflusses gut zu erkennen.
Die Fullung des Flussigspeichers beginnt aufgrund der klimabedingten Erwarmung
dann bereits ein Monat fruher als es fur den Messzeitraum durchschnittlich war.
Wahrend die Berechnung des Modellabflusses fur den Messzeitraum im April noch
eine leichte Zufuhr aus dem Flussigspeicher in die Isar vorsieht, tritt beim Eintreten
der Erwarmung um zwei Grad im April bereits eine Fullung des Flussigspeichers
ein. Aus der Kombination des zunehmenden Niederschlags im Sommer und dem
starken Schmelzen verlagert sich der maximale Jahresabfluss vom Juni in den Mai.
Mit abnehmendem Schmelzwasseranteil am Gesamtabfluss wird der Flussigspeicher
so eingestellt, dass die Abflussmenge gegen Ende des hydrologischen Jahres wieder
langsam abnimmt. Dabei zeigen die aus dem sommerlichen Niederschlagsmaximum
resultierenden, hoheren Regenabflusse insofern ihre Wirkung, dass die Abnahme ab
Juli etwas starker ist als in den Monaten zuvor.
Vergleicht man die Gebiete Steeg und Tannberg miteinander, so ist gut sichtbar, dass
das Gebiet Steeg den großeren Anteil an tiefer gelegenen Gebieten hat. So ist zum
Beispiel der Abfluss im Gebiet Steeg bei einer um ein Grad Celsius erhohten Win-
tertemperatur im Vergleich zum Modellabfluss des Messzeitraumes im November
noch hoher, wahrend es im Gebiet Tannberg trotz der warmeren Temperatur noch
immer kalt genug ist, dass der gefallene Niederschlag den selben Bedingungen unter-
liegt, wie sie wahrend der Messperiode herrschten, und großteils in Form von Schnee
konserviert wird. Außerdem ist im Gebiet Steeg im Marz bereits eine Zunahme des
Regenabflusses feststellbar, im Gebiet Tannberg hingegen nicht. Grundsatzlich ist
in beiden Gebieten ab April die Zunahme des Abflusses durch mehr Regenanteil
am Niederschlag und den starkeren Schmelzvorgang ersichtlich. Abermals spiegeln
sich aber auch hier die tiefer gelegenen Regionen im Gebiet Steeg durch den mas-
siveren Abflussanstieg wider. Ein gleichmaßigerer Abflussverlauf wahrend der Som-
mermonate im Gebiet Tannberg lasst erkennen, dass hier die Auswirkungen des
Schmelzwasserabflusses langer andauern. Da im Gebiet Steeg relativ zur Gesamt-
flache gesehen aufgrund der geringeren Mittelhohe weniger Schnee zum Schmelzen
zur Verfugung steht, beginnt hier der Abfluss bereits wieder etwas fruher abzuneh-
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien 54
men. In diesem Gebiet machen ab Juni/Juli die sommerlichen Niederschlage den
Großteil des Gesamtabflusses aus. Aber auch in diesen Gebieten bestehen vor allem
zwischen April und September die großten Unsicherheiten in der Modellierung, da es
hier wieder an der Feinfuhligkeit des Modellierers liegt, den Flussigspeicher richtig
anzupassen.
7.2.3 Temperatur- und Niederschlagsszenario kombiniert
Bei der Durchfuhrung dieses Klimaszenarios andern sich die beiden Parameter
Niederschlag und Temperatur. Zum einem findet wahrend des Winterhalbjahres
eine Erwarmung um ein Grad Celsius und eine Niederschlagszunahme von 15
Prozent statt, zum anderen ist im Sommerhalbjahr eine Erwarmung um zwei
Grad Celsius und eine Abnahme des monatlichen Niederschlags um 20 Prozent zu
verzeichnen.
Im Obernberger Tal (Abb. 7.10a) ergibt sich im Falle eines solchen Szenarios
eine Verlagerung der absoluten Abflussspitze vom Juni in den Mai. Der Schmelzvor-
gang setzt im Vergleich zum Messzeitraum aufgrund der warmeren Temperaturen
mit hoherer Intensitat ein. Ein weiterer Grund fur die großeren Abflussmengen im
Marz ist die Zunahme des Niederschlags, die von Oktober bis Marz modelliert wird.
Somit kann im Marz auch eine Zunahme des Regenabflusses registriert werden,
da ein Teil des Niederschlagsplus auch in Form von Regen den Boden erreicht.
Der April ist vorwiegend vom starken Schmelzvorgang gepragt. Im Mai gibt es
auch bei einer modellierten Erwarmung noch genugend Schmelzwasser, sodass
im Vergleich zum jetzigen Abfluss noch kein Ruckgang infolge des niedrigeren
Sommerniederschlags eintritt. Mit abnehmendem Schmelzwasserabfluss und dem
im Szenario verringerten Niederschlag wahrend des Sommers nimmt in den letzten
Monaten des hydrologischen Jahres (ab Juni) auch der Gesamtabfluss deutlich
ab. Erwahnenswert ist auch, dass beim Eintreten dieses Szenarios der Oktober-
und Novemberabfluss hoher als die August- und Septemberwerte sind, was sich
aus einer Kombination der Zunahme des Winterniederschlags, der Abnahme des
Sommerniederschlags und dem fehlenden Schmelzwasserabfluss gegen Ende des
hydrologischen Jahres ergibt.
Bei der Anwendung dieses Szenarios auf das Einzugsgebiet der Isar (Abb. 7.10b)
deutet sich eine Verschiebung des jahrlichen Abflussmaximums in den Mai an.
Die Ursache dafur ist auch hier wieder in der besonders im Sommerhalbjahr
starken Erwarmung und dem damit verknupften fruheren Einsetzen des Tauwet-
ters zu finden. Ein deutlicher Anstieg des Schmelzwasserabflusses ist im Gebiet
Scharnitz ab April erkennbar. Im Mai erreicht er den Hohepunkt und ab Juli
7.2 Jahreszeitlich verschiedene Klimaszenarien 55
ist die Schneeschmelze großtenteils abgeschlossen. Nur relativ geringe Mengen
an Schmelzwasser tragen somit ab Juli zum Gesamtabfluss bei. Da auch der
Niederschlag zu dieser Zeit im simulierten Szenario um 20 Prozent niedriger ist,
fallt auch der Gesamtabfluss deutlich minimiert aus. Ahnlich wie im Obernberger
Tal ist auch im Gebiet Scharnitz eine Angleichung des Abflusses im Oktober und
November an den Abfluss im September zu erkennen. Dafur zeigen sich abermals
die Zunahme des Regenabflusses in den Anfangsmonaten des hydrologischen Jahres
und der schwachere Niederschlag im September verantwortlich.
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(b) EZ Scharnitz
Abbildung 7.10: blau: Modellergebnis fur Messperiode, grun: Klimaszenario mit denAnderungsraten aus Tab. 7.1, Grauschattierung: Abweichung zu Klimaszenariobe-rechnung mit ursprunglichen Flussigspeichereinstellungen
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
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(a) EZ Steeg
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(b) EZ Tannberg
Abbildung 7.11: blau: Modellergebnis fur Messperiode, grun: Klimaszenario mit denAnderungsraten aus Tab. 7.1, Grauschattierung: Abweichung zu Klimaszenariobe-rechnung mit ursprunglichen Flussigspeichereinstellungen
Vergleicht man auch im Falle dieses Szenarios wieder die Gebiete Steeg und
7.3 Anderung der Schneedecke und Verdunstung beim Eintreten deskombinierten Niederschlag- und Temperaturszenarios 56
Tannberg, so gibt es einige interessante Punkte zu erwahnen. In beiden Regionen
ist die Zunahme des Abflusses im Oktober erkennbar. Grund dafur ist, wie auch
schon zuvor fur die anderen Gebiete beschrieben wurde, der mit der Erwarmung
verbundene, starkere Regenabfluss. Im etwas niedriger gelegenen Gebiet Steeg
zeigt dieser Effekt bis in den November hinein Wirkung, wahrend hingegen im
Gebiet Tannberg im November, im Vergleich zum Modellabfluss des Messzeit-
raumes, keine erhohten Regenabflussmengen mehr simuliert werden. Außerdem
ist im Gebiet Steeg im Marz bereits wieder eine Zunahme des Gesamtabflusses
ersichtlich - verursacht ebenfalls durch den zunehmenden Regenabfluss. Eine
deutlich erkennbare Zunahme der Gesamtabflussmengen zeigt sich dann in beiden
Gebieten ab April. Ausschlaggebend hierfur sind der Anstieg der Regen- und
Schmelzwasserabflusse. Es ist interessant, dass der Regenabfluss trotz der mit
April beginnenden Abnahme der Niederschlagsmengen zunimmt. Dies erklart
sich durch die Zunahme des Regenanteils am Gesamtniederschlag in Folge der
Erwarmung. Der maximale Schmelzwasserabfluss findet in beiden Gebieten im
Mai statt. Da aber im Gebiet Steeg im April bereits etwas mehr Schnee schmilzt
als im Gebiet Tannberg, ist die Gesamtabflussspitze im Gebiet Tannberg etwas
markanter, da hier der Schmelzwasserbeitrag im Mai noch hoher ausfallt. Im
weiteren Jahresverlauf nimmt schlussendlich uberall der Gesamtabfluss ab und liegt
deutlich unter dem Modellabfluss der Messperiode. Sowohl im Gebiet Tannberg als
auch im Gebiet Steeg ist eine Verschiebung des maximalen Abflusses vom Juni in
den Mai zu beobachten. Erwahnenswert ist aber auch, dass durch die Zunahme des
Winterniederschlags um 15 Prozent und die Abnahme des Sommerniederschlags
um 20 Prozent die hochsten Niederschlagsmengen im Gebiet Tannberg nicht mehr
im Sommer sondern im Winter fallen. Im Gebiet Steeg liegen das Sommer- und
Wintermaximum in etwa gleich hoch.
7.3 Anderung der Schneedecke und Verduns-
tung beim Eintreten des kombinierten
Niederschlag- und Temperaturszenarios
Am Beispiel des Gebietes Scharnitz wird in diesem Kapitel noch auf das Verhal-
tensmuster der Anderungen von Verdunstung und Schneebedeckung eingegangen,
wenn ein jahreszeitlich unterschiedliches Klimaszenario, dem die unter Kapitel 7.2.3
angefuhrten Anderungsraten zugrunde liegen, eintritt.
Die Anderungen von Temperatur und Niederschlag sind in den Graphiken 7.12a und
7.12b bildlich dargestellt. Man kann deutlich die Zunahme der Temperatur, sowohl
im Winter- als auch im Sommerhalbjahr, erkennen. Ebenso leicht ist daraus die
7.3 Anderung der Schneedecke und Verdunstung beim Eintreten deskombinierten Niederschlag- und Temperaturszenarios 57
Niederschlagszunahme im Winter beziehungsweise -abnahme im Sommer abzulesen.
Diese beiden Faktoren sind es auch, die in weiterer Folge die Schneebedeckung, die
Verdunstung sowie den Regen- und Schmelzwasserabfluss und weiters den Gesamt-
abfluss beeinflussen.
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9
−5
0
5
10
15
Sim
ulie
rter
Geb
iets
abflu
ss [m
m]
Monat
(a) Referenztemperatur
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Ref
eren
znie
ders
chla
g [m
m]
Monat
(b) Referenzniederschlag
Abbildung 7.12: Gebiet Scharnitz: blau - Messzeitraum, grun - Szenario
Beim Vergleich der Schneedecken-Hohen-Verteilung zwischen Messperiode (Abb.
7.13a) und Szenario (Abb. 7.13b) sieht man, dass beim Eintreten des Szenarios
im November und Marz in den tiefer gelegenen Gebieten aufgrund der Erwarmung
weniger Schnee liegen bleibt. Im Oktober und im Spatwinter (Marz, April) ist dieser
Effekt auch noch in den hoheren Schichten merkbar. Wahrend der Zeit zwischen
Dezember und Februar ist es allerdings auch in den unteren Bereichen des Gebie-
tes kalt genug, dass trotz der Temperaturzunahme der Niederschlag, der ja wahrend
dieser Zeit ebenfalls zunimmt, in Form von Schnee gespeichert werden kann. So kann
sich eine machtigere Schneedecke aufbauen. Mit einem noch großeren Temperatur-
anstieg ab April und ab diesem Monat auch um 20 Prozent schwacher ausfallenden
Niederschlag, verliert die Schneedecke beim Klimaszenario schnell an Hohe. Es geht
sogar soweit, dass selbst in großen Hohen in den Sommermonaten nur noch wenig
bis kein Schnee mehr ubrig ist.
Diese Anderungen bestimmen im weiteren Verlauf auch die Verdunstung in den
unterschiedlichen Hohen, da die Verdunstungsraten, je nachdem ob die Oberflache
schneebedeckt oder aper ist, variieren. Vor allem in den Monaten November und
Marz kann man gut erkennen, wie beim Klimaszenario (Abb. 7.14b) in den unteren
Schichten die Verdunstung abnimmt. Die Ursache dafur ist, dass im Winterhalbjahr
uber Schnee eine hohere Vedunstungsrate verwendet wird als uber aperen Flachen
und im Falle des Szenarios die unteren Schichten im November und Marz nicht mehr
schneebedeckt sind. Ab April kehrt sich das Verhaltnis der Verdunstungsraten aber
um und die Verdunstungsrate uber aperen Flachen wird im Modell starker gewertet
7.3 Anderung der Schneedecke und Verdunstung beim Eintreten deskombinierten Niederschlag- und Temperaturszenarios 58
als uber schneebedeckten Flachen. So kommt es auch, dass beim Klimaszenario im
April in einer Hohe von 1500 bis 1700 Metern die Verdunstungsmenge hoher ist als
im Vergleich zum Messzeitraum (Abb. 7.14a), da beim Klimaszenario diese Flachen
schon großteils ausgeapert sind. Hinsichtlich der Jahressumme uber alle Hohen glei-
chen sich die Verdunstungsabnahme aufgrund fehlender schneebedeckter Flachen im
Winter und die Verdunstungszunahme im Sommer infolge des Vorhandenseins von
großeren schneefreien Flachen aber wieder in etwa aus.
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9900−10001100−1200
1300−14001500−1600
1700−18001900−2000
2100−22002300−2400
2500−26002700−2800
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Monat
Höhe [m]
Sch
neeh
öhe
[mm
we]
(a) Modellberechnung fur Messperiode
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9900−10001100−1200
1300−14001500−1600
1700−18001900−2000
2100−22002300−2400
2500−26002700−2800
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Monat
Höhe [m]
Sch
neeh
öhe
[mm
we]
(b) Modellberechnung fur Szenario
Abbildung 7.13: monatliche Schneeverteilung im Gebiet Scharnitz
10111212 3 4 5 6 7 8 9
900−10001100−1200
1300−14001500−1600
1700−18001900−2000
2100−22002300−2400
2500−26002700−2800
0
10
20
30
40
50
60
MonatHöhe [m]
Ver
duns
tung
[mm
]
(a) Modellberechnung fur Messperiode
10111212 3 4 5 6 7 8 9
900−10001100−1200
1300−14001500−1600
1700−18001900−2000
2100−22002300−2400
2500−26002700−2800
0
10
20
30
40
50
60
MonatHöhe [m]
Ver
duns
tung
[mm
]
(b) Modellberechnung fur Szenario
Abbildung 7.14: Verdunstungsverteilung im Gebiet Scharnitz
Man beachte dabei aber die unterschiedlichen Darstellungen der z-Achsen in den Ab-
bildungen 7.13 und 7.14. Das Großenverhaltnis der z-Achsen ist so zu interpretieren,
7.3 Anderung der Schneedecke und Verdunstung beim Eintreten deskombinierten Niederschlag- und Temperaturszenarios 59
dass sich Anderungen in der Schneedecke etwa 28 Mal starker auf den Gesamtabfluss
auswirken als Anderungen in der Verdunstung.
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100
120
sim
. Reg
enab
fluss
[mm
]
Monat
(a) Regenabfluss
10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
200
250
300
sim
. Sch
mel
zwas
sera
bflu
ss [m
m]
Monat
(b) Schmelzwasserabfluss
Abbildung 7.15: Modellberechnung zu Regen- und Schmelzwasserabfluss im GebietScharnitz: blau - Messzeitraum, grun - Szenario
Die direkten Auswirkungen von Temperatur- und Niederschlagsanderungen auf den
Regen- (Abb. 7.15a) beziehungsweise Schmelzwasserabfluss (Abb. 7.15b) und in wei-
terer Folge auf den Gesamtabfluss sind bereits unter Kapitel 7.2.3 fur das Gebiet
Scharnitz naher ausgefuhrt.
60
Kapitel 8
Schlussfolgerungen
Das Modell OEZ schafft es, die Wasserhaushaltskomponenten wie Niederschlag, Ver-
dunstung und Speicherung fur unterschiedlichste Gebiete realitatsgetreu zu berech-
nen.
Als von Beginn an endgultiger Eingabewert steht dabei nur der gemessene mo-
natliche Abflusswert der jeweiligen Pegelstation zur Verfugung. Bei Temperatur-
und Niederschlagseingabewerten sowie deren Hohengradienten bilden zwar eben-
falls Messwerte verschiedener Wetterstationen aus den Gebieten die Basis, allerdings
mussen diese Variablen teilweise noch zusatzlich je nach Gebietslage angepasst wer-
den. Gleiches gilt fur die Gradtagfaktoren und den Grad der Schneebedeckung. Die
richtige Einstellung des Flussigspeichers vervollstandigt die erfolgreiche Modellie-
rung. Ausgehend von diesen individuellen Einstellungen fur jedes Gebiet kann mit
der Modellierung der einzelnen Klimaszenarien begonnen werden. Bei den einzelnen
Szenarien ergeben sich durch die Anderungen der Eingabewerte von Niederschlag
beziehungsweise Temperatur oder einer Kombination der beiden Verschiebungen
der Abflussspitzen. Bei einer Zunahme der Temperatur ergeben sich fur die Ab-
flusse in den Herbst- und Wintermonaten nur geringe bis keine Veranderungen. Im
Fruhjahr und Sommer zeigen sich allerdings starkere Veranderungen, die vor allem
durch fruheres Einsetzen des Schmelzens verursacht werden. Bei einer Kombinati-
on von Temperatur- und Niederschlagsszenario mit unterschiedlichen Klimafaktoren
fur Sommer- und Winterhalbjahr sind ahnliche Veranderungen zu beobachten. Das
Niederschlagsszenario liefert je nach Abnahme oder Zunahme deutlich verringerte
oder erhohte Abflussverlaufe im Fruhjahr, Sommer und Herbst und relativ konstant
bleibende Verlaufe wahrend des Winters.
Der kritische Punkt, ob die Anwendung des OEZ auch fur Gebiete aus Kalkstein
vernunftige Ergebnisse bringt, konnte mit der Modellierung der Wasserhaushalts-
komponenten der hier behandelten Einzugsgebiete geklart werden. Im Verlauf der
Auswertungen gibt es keine Besonderheiten, die darauf hindeuten, dass ein in Kalk-
steingebieten des Ofteren beobachteter unterirdischer Abfluss, keine naturgetreuen
61
Simulationen von Abfussszenarien zulasst. Fur zukunftige Modellierungen unter Zu-
hilfenahme des OEZ ware es interessant, noch in anderen Kalksteingebieten Model-
lierungen durchzufuhren, um endgultige Gewissheit uber die Auswirkung unterirdi-
scher Abflusse auf das Gesamtabflussverhalten zu bekommen.
Im Bezug auf die Modellierung vergletscherter Einzugsgebiete ware es sinnvoll, je
nach Szenario wahrscheinliche Veranderungen von Gletschern in das Modell mit ein-
fließen zu lassen. Dabei wurde sich die Variante anbieten, das Abflussverhalten bei
einem vollstandigen Verschwinden der Gletscher zu simulieren.
62
Anhang A
Stammdaten der Pegelstationen
Auszug aus den Stammdatenblattern des Hydrographischen Dienstes (Quelle: Hy-
drographischer Dienst)
Obernberger Tal
Messstelle Gries am BrennerGewasser Obernberger Seebach
Einzugsgeb. orogr.: 58.3 km2
wirksam 58.3 km2
Flussgebiet lt. HG: 03 - Inn bis zur SalzachJahrbuchgebiet 03 - Inngebiet oberhalb der Salzach
Bundesland: TirolPol. Bezirk: Innsbruck LandGemeinde: Gries am BrennerKastralgemeinde: Gries am Brenner
gultig seit: Pegelnullpunkt01.01.1979 1174.66 m uber der Adria [m u. A.]
geogr. Lange: 11◦28’45”geogr. Breite: 47◦02’13”
errichtet: 01.10.1946
gultig seit Pegelnullpunkt [m u. A]01.10.1946 1177.6501.10.1979 1174.66
gultig seit Flusskilometer [km]01.10.1946 0.06
Notizen: Schachtpegel bei der Backerei Eigner. Der Pegel wurde im November
63
2005 aufgrund eines Kraftwerkbaus abgerissen. Im Oktober 2006 wurde beim Kraft-
haus ein neuer Pegel mit Lattenpegel (LP), Wasserstandsradar (W-Radar) und
Datensammler (DS) installiert. In dieser Zeit wurde ca. 50 Meter oberhalb der alten
Messstelle ein Ersatzpegel betrieben. Der Pegel befindet sich seit Inbetriebnahme
des KW-Gries a. Br. in der Restwasserstrecke.
Gebiet Scharnitz
Messstelle Scharnitz (Weidach)Gewasser Isar
Einzugsgeb. orogr.: 203.6 km2
wirksam 203.6 km2
Flussgebiet lt. HG: 02 - Donau oberhalb des InnJahrbuchgebiet 02 - Donaugebiet oberhalb des Inn
Bundesland: TirolPol. Bezirk: Innsbruck LandGemeinde: ScharnitzKastralgemeinde: Scharnitz
gultig seit: Pegelnullpunkt18.10.2006 956.95 m u. A.
geogr. Lange: 11◦15’52”geogr. Breite: 47◦23’25”
errichtet: 02.05.1978
gultig seit Pegelnullpunkt [m u. A]02.05.1978 956.9718.10.2006 956.95
gultig seit Flusskilometer [km]05.02.1978 266.62
Notizen: Schachtpegel mit Pegelhaus am linken Ufer mit Schwimmer-Standrohr,
Schreiber und LP wurde am 02.05.1978 in Betrieb genommen. Im Jahr 2006
wurde ca. funf Meter flussaufwarts ein neues Pegelhaus mit Seilkrananlage, LP,
Druckluftpegel, W-Radar und Fließgeschwindigkeitsradar (V-Radar) errichtet und
am 18.10.2006 in Betrieb genommen.
64
Gebiet Steeg
Messstelle SteegGewasser Lech
Einzugsgeb. orogr.: 247.9 km2
wirksam 241.7 km2
Flussgebiet lt. HG: 02 - Donau oberhalb des InnJahrbuchgebiet 02 - Donaugebiet oberhalb des Inn
Bundesland: TirolPol. Bezirk: ReutteGemeinde: SteegKastralgemeinde: Steeg
gultig seit: Pegelnullpunkt01.01.1988 1109.29 m u. A.
geogr. Lange: 10◦17’38”geogr. Breite: 47◦14’33”
errichtet: 01.01.1897
gultig seit Pegelnullpunkt [m u. A]06.08.1910 1112.8411.03.1940 1111.8419.09.1951 1111.8101.01.1988 1109.29
gultig seit Flusskilometer [km]01.01.1897 224.1101.09.1988 224.04
Notizen: Wahrend des Baus des neuen Pegels vom 06.03.1986 bis zum 18.12.1989
wurde ein Ersatzpegel (Pneumatikpegel) in einem Kunststoffkasten am fluss-
abwartigen Widerlager der Brucke bei der Kirche betrieben. Am 01.09.1988 wurde
der neue Schachtpegel mit Seilkrananlage in Betrieb genommen.
65
Gebiet Tannberg
Messstelle Lech (Tannbergbrucke)Gewasser Lech
Einzugsgeb. orogr.: 84.3 km2
wirksam 84.3 km2
Flussgebiet lt. HG: 02 - Donau oberhalb des InnJahrbuchgebiet 02 - Donaugebiet oberhalb des Inn
Bundesland: VorarlbergPol. Bezirk: BludenzGemeinde: Lech
gultig seit: Pegelnullpunkt01.01.1996 1437.49 m u. A.
geogr. Lange: 10◦08’28”geogr. Breite: 47◦12’30”
errichtet: 01.11.1942
gultig seit Pegelnullpunkt [m u. A]01.01.1976 1437.4801.01.1996 1437.49
gultig seit Flusskilometer [km]01.01.1976 239.96
66
Anhang B
Flachen-Hohen-Verteilungen der
Gebiete
blau: Gesamtflache, grun: Waldflache der jeweiligen Hohenstufe
0 1 2 3 4 5 6 7 80−100
200−300
400−500
600−700
800−900
1000−1100
1200−1300
1400−1500
1600−1700
1800−1900
2000−2100
2200−2300
2400−2500
2600−2700
2800−2900
3000−3100
Höh
enst
ufe
[m]
Fläche [km²]
Abbildung B.1: Obernberger Tal
0 2 4 6 8 10 12 14 160−100
200−300
400−500
600−700
800−900
1000−1100
1200−1300
1400−1500
1600−1700
1800−1900
2000−2100
2200−2300
2400−2500
2600−2700
2800−2900
3000−3100
Höh
enst
ufe
[m]
Fläche [km²]
Abbildung B.2: EZ Scharnitz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 280−100
200−300
400−500
600−700
800−900
1000−1100
1200−1300
1400−1500
1600−1700
1800−1900
2000−2100
2200−2300
2400−2500
2600−2700
2800−2900
3000−3100
Höh
enst
ufe
[m]
Fläche [km²]
Abbildung B.3: EZ Steeg
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 260−100
200−300
400−500
600−700
800−900
1000−1100
1200−1300
1400−1500
1600−1700
1800−1900
2000−2100
2200−2300
2400−2500
2600−2700
2800−2900
3000−3100
Höh
enst
ufe
[m]
Fläche [km²]
Abbildung B.4: EZ Tannberg
67
Anhang C
Parameter und berechnete
Wasserhaushaltskomponenten der
verschiedenen Szenarien
Der Anstieg des Niederschlags fur die Temperaturszenarien ergibt sich dadurch,
dass am Beginn der dritten Naherung der Jahresniederschlag uber die hydrologische
Bilanzgleichung 4.1 mit der in der zweiten Naherung berechneten Jahresverduns-
tung neu berechnet wird. Die Verdunstung nimmt bei einem Temperaturanstieg zu.
Da am Beginn der dritten Naherung noch der gemessene Abfluss zur Schließung
des Wasserhaushalts verwendet wird, besteht im OEZ die einzige Moglichkeit, die
starkere Verdunstung zu berucksichtigen, nur darin, den Niederschlag zu erhohen.
68O
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816
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-66
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01
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-50
-50
-40
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5-2
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00
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117
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9685
7693
112
147
161
172
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132
1486
A80
6951
4131
3866
158
168
142
107
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1616
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5141
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173
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1495
A80
6951
4131
3866
158
168
142
107
8210
33V
1615
1921
1816
5561
5961
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1331
1720
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121
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158
1771
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5141
3141
9624
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617
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813
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1619
2121
1921
3153
5961
6159
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Literaturverzeichnis
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Schweiz. In: Beitrage zur Geologie der Schweiz - Hydrologie 31 (1985), S. 65–
74
76
Danksagung
Am Ende dieser Arbeit mochte ich allen danken, die zum Gelingen dieser Arbeit
beigetragen haben.
Ein besonderer Dank gebuhrt meinem Betreuer Prof. Michael Kuhn, der sich im-
mer Zeit genommen hat, meine Fragen zu beantworten, und mir mit seinem großen
Wissen immer wieder neue Anregungen zur Fertigstellung der Arbeit gegeben hat.
Ein herzliches Dankeschon auch an Mag. Marc Olefs, der mir sowohl bei Problemstel-
lungen mit Matlab als auch bei fachspezifischen Fragestellungen immer eine große
Hilfe war. Fur die Hilfe bei Problemen mit GIS mochte ich auch Frau Dr. Astrid
Lambrecht sehr herzlich danken.
Beim Amt der Tiroler Landesregierung, Sachgebiet Hydrographie bedanke ich mich
vor allem bei Daniel Pfurtscheller und Ing. Martin Neuner fur die Bereitstellung
von Abfluss- und Klimadaten zu den verwendeten Stationen und den hilfreichen
Antworten bei detaillierteren Fragen zu den Einzugsgebieten. Herzlichen Dank auch
an Mag. Johann Niedertscheider, Abteilung Raumordnung, fur das zur Verfugung
gestellte Gelandemodell von Tirol und den Daten zur Wald- und Gletscherverteilung
in Tirol.
Beim Amt der Vorarlberger Landesregierung bedanke ich mich bei Ing. Ralf Grabher
fur die Bereitstellung der verwendeten Klimadaten von Niederschlag und Abfluss im
Vorarlberger Raum und bei Mag. Nikolaus Batlogg fur das Gelandemodell Vorarl-
bergs und die Daten zu Wald- und Gletscherbedeckung auf Vorarlberger Seite.
Ein weiterer Dank richtet sich vor allem auch an meine Studienkollegen und Freunde
fur die unzahligen Stunden bei Festen, Radtouren, Skiausflugen, im Urlaub, ... und
auch auf der Uni.
Danken mochte ich auch meiner Freundin Jutta, fur ihre Unterstutzung und den
Ruckhalt, den sie mir gibt.
Meinen Eltern August und Maria, meinen Geschwistern Edith, Irene, Martina und
Stephan und meiner Oma danke ich ebenfalls fur die ungemeine Unterstutzung in
den vergangenen 25 Jahren und dafur, dass sie immer an mich glauben!
DANKE!
77
Lebenslauf
Name: Andreas Meingaßner
Geburt: 15. November 1982 in Ried im Innkreis, Oberosterreich
Bildungsweg:
2008 Diplomarbeit bei Univ–Prof. Dr. Michael Kuhn, Institut fur Meteoro-
logie und Geophysik, Universitat Innsbruck: ”Modellierung der Was-
serhaushaltskomponenten von vier kalkalpinen Einzugsgebieten fur
verschiedene Klimaszenarien”.
2002–2008 Diplomstudium der Meteorologie, Universitat Innsbruck, Magister der
Naturwissenschaften in Meteorologie.
1993–2001 Gymnasium, Ried im Innkreis, Matura.
1989–1993 Volksschule, Mehrnbach.
Auslandsaufenthalt:
SS 2006 Auslandssemester an der University of Lapland in Rovaniemi, Finn-
land.
Studienbegleitende Praxiserfahrung:
2006 Praktikum bei der Firma Austro Control in Innsbruck.
Teilnahme an Sommer - Schulen:
2007 Convective and Orographically induced Precipitation Study (COPS),
Deutschland.
78
