Modellierung des Abflusses der Ahr im Tauferer Ahrntal fur¨ verschiedene Klimaszenarien

Eine Diplomarbeit eingereicht am Institut fur¨ Meteorologie und Geophysik Leopold - Franzens - Universitat,¨ Innsbruck

zur Erlangung des akademischen Grades Magister der Naturwissenschaften

von Lukas Rastner

April 2008

Uberblick¨

In dieser Arbeit wurde das hydrometeorologische Modell OEZ (Osterreichische¨ Einzugsgebiete), das am Institut fur¨ Meteorologie und Geophysik der Universit¨at Innsbruck entwickelt wurde, auf das Tauferer Ahrntal in Sudtirol¨ angewendet. Dabei wurde das Tauferer Ahrntal aufgrund der vier vorhandenen Pegelmessstationen in vier verschieden große Einzugsgebiete unterteilt. Das Einzugsgebiet St. Georgen ist mit 607 km2 das gr¨oßte und beinhaltet die drei kleineren Einzugsgebiete Kematen (419 km2), Steinhaus (148 km2) und Rein. Das kleinste, am h¨ochsten gelegene und am st¨arksten vergletscherte Einzugsgebiet ist Rein mit 91 km2. Dieses klimatologische Modell, mit einer zeitlichen Aufl¨osung von einem Monat und einer r¨aumlichen von 100 m H¨ohenintervallen, wurde anfangs mit den klimato- logischen Werten (Zeitraum 1986 - 2006) von Temperatur, Niederschlag, und den davon abgeleiteten Gr¨oßen wie Temperatur- und Niederschlagsgradient kalibriert, bevor dann der Abfluss fur¨ verschiedene Klimaszenarien modelliert wurde. Dabei wurden Szenarien mit reiner Temperaturerh¨ohung (+1◦C, +2◦C, +3◦C) aber auch Szenarien mit reiner Niederschlags¨anderung um + - 20 % modelliert. Da sich eine Klima¨anderung aber sicher nicht in einer reinen Temperatur- bzw. Niederschlags¨anderung ¨außern wird, wurde ein Szenario modelliert, in dem sowohl Temperatur- und Niederschlags¨anderungen gleichzeitig auftreten. Die Werte dafur¨ wurden vom Buch ”Klima¨anderung und die Schweiz - Erwartete Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft”ubernommen.¨ Die Ergebnisse sind je nach Szenario sehr unterschiedlich, zeigen beim interessan- testen und realistischsten Szenario, in dem sowohl Temperatur und Niederschlag ge¨andert wurden, dass der Gesamtabfluss kleiner wird, vor allem im Sommer, und dass in den Monaten April und Mai viel h¨ohere Abflusswerte auftreten werden als zur Zeit. Alle Modellierungen wurden mit den Gletscherfl¨achen der Ausgangsmodellierung gerechnet. Verkleinert man die Gletscherfl¨achen, so sieht man die große Wichtigkeit der Gletscher fur¨ alpine Einzugsgebiete deutlich, da Gletscher in den Monaten Juli, August und September einen großen Teil zum Abfluss beitragen.

i Abstract

In this thesis the hydrometeorological model OEZ (Osterreichische¨ Einzugsgebiete, engl.: austrian basins), developed at the institute of Meteorology and Geophysics, University of Innsbruck, was used for runoff modeling in the South Tyrolean Tau- ” ferer Ahrntal“. With four runoff measurement stations in the valley, four basins were defined. The basin of St. Georgen, with 607 km2 the biggest of the four basins, includes the three smaller basins of Kematen (419 km2), Steinhaus (148 km2) and Rein. The smallest, but highest basin Rein (91 km2) also has the greatest glacier cover. This climatological model, with monthly time steps and 100 m altitude intervals, was initially calibrated using the climatological values (1986 - 2006) of temperature and precipitation and their derived parameters such as temperature and precipitation gradient, before the runoff was modeled for different climatic scenarios. In doing so scenarios with a pure temperature rise (+1◦C, +2◦C, +3◦C) but also with a pure pre- cipitation change (+ - 20 %) were modeled. But since climate change won‘t appear only in a pure change of temperature or precipitation, a scenario was calculated in which changes in temperature as well as precipitation occur. The values were taken from the book ”Klima¨anderung und die Schweiz - Erwartete Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft”, engl.: ”Climate change and Switzerland - Expected impacts on nature, society and economy”. The results, strongly dependent on the scenario, show from the most realistic and most interesting scenario, in which both temperature and precipitation change, that compared to now the total runoff will decrease, primarly during summer, and that during April and May higher runoff will occur. All model runs were calculated with the glacier cover of the initial model. A de- crease of the glacier area shows clearly the great importance of glaciers in alpine catchments, because glaciers make a large contribution to the runoff in the months July, August and September.

ii Riassunto

In questa tesi il modello idrometeorologico OEZ (Osterreichische¨ Einzugsgebiete, ital.: bacini austriaci) sviluppato presso l’Istituto di Meteorologia e Geofisica dell’Universit`adi Innsbruck, viene applicato alla valle Aurina in Alto Adige che ´e stata suddivisa in quattro bacini di diversa grandezza in base alle quattro stazioni idrometriche esistenti. Il bacino di S. Giorgio con 607 km2 ´eil pi`uesteso e comprende i tre bacini minori di Caminata (419 km2), Cadipietra (148 km2) e Riva di Tures. Il bacino pi`ualto e pi`upiccolo, ma con l’area ghiacciata pi`ugrande e’ quello di Riva di Tures (91 km2). Questo modello climatologico, con una risoluzione temporale di un mese e di 100 metri di altezza, inizialmente ´estato calibrato con i valori climatici (periodo 1986 - 2006) della temperatura e della precipitazione e dei relativi parametri dedotti come i gradienti della temperatura e della precipitazione, per poi modellare il deflusso per differenti scenari climatici. Oltre a ci`osono stati modellati scenari con un aumento netto della temperatura (+1◦C, +2◦C, +3◦C) ma anche con una variazione netta delle precipitazioni intorno ai + - 20 %. Dato che una variazione climatica certamente non si manifester`acon una pura variazione di temperatura o precipitazione `estato modellato uno scenario per l’anno 2050 in cui compaiono con- temporaneamente variazioni di temperatura e precipitazione. Scenario per il quale sono stati estratti i valori dal libro ”Klima¨anderung und die Schweiz - Erwartete Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft, ital.: mutamento climatico e la Svizzera - conseguenze per l’ambiente, la societ`ae l’economia”. I risultati variano secondo i diversi scenari dimostrano per`onettamente per lo scenario pi`uinteressante ed realistico, cio`equello dell’anno 2050, una diminuzione complessiva del deflusso, soprattutto durante l’estate, e un deflusso nei mesi di aprile e maggio notevolmente superiore ai valori attuali. Tutte le modellazioni sono state elaborate con le superfici dei ghiacciai delle modellazioni di base. Se si diminuisce l’area dei ghiacciai si nota chiaramente l’importanza di essi per i bacini alpini, perch´econtribuiscono in gran parte al deflusso nei mesi di luglio, agosto e settembre.

iii Inhaltsverzeichnis

Uberblick¨ i

Abstract ii

Riassunto iii

Inhaltsverzeichnis iv

1 Einleitung 1 1.1 MotivationundZielsetzung ...... 1 1.2 AufbauderArbeit ...... 1

2 Das Einzugsgebiet 3 2.1 DasTaufererAhrntal...... 3 2.1.1 Geographie ...... 5 2.1.2 Klimatologie und synoptische Besonderheiten ...... 7

3 Datenarten, Datenverwendung 16 3.1 Datenarten ...... 16 3.1.1 Pegelstationsdaten ...... 16 3.1.2 Wetterstationsdaten ...... 16 3.1.3 Digitale geographische Daten ...... 18 3.1.4 Massenbilanzdaten ...... 19 3.2 Dateninput ...... 22 3.2.1 Abfluss...... 22 3.2.2 Speicherterm ...... 22 3.2.3 Schneebedeckung ...... 22 3.2.4 Niederschlag und Niederschlagsgradient ...... 22 3.2.5 Fl¨achen - H¨ohenverteilung ...... 23 3.2.6 Temperatur und Temperaturgradient ...... 23 3.2.7 Verdunstung...... 23 3.2.8 FlussigerSpeicher...... ¨ 24 3.2.9 Gradtagfaktor...... 24

iv INHALTSVERZEICHNIS v

3.2.10 Umverteilungsfaktor ...... 24

4 Das hydrometeorologische Modell OEZ 26 4.1 ErsteArbeitsschritte ...... 26 4.2 Programmteil ...... 28 4.2.1 1. N¨aherung...... 28 4.2.2 2. N¨aherung...... 28 4.2.3 3. N¨aherung...... 31 4.3 Empfindlichkeit ...... 33 4.3.1 AnderungdesGradtagfaktors¨ ...... 33 4.3.2 AnderungderSchneebedeckung¨ ...... 34 4.3.3 Anderung¨ des Niederschlagsgradienten ...... 34 4.3.4 AnderungdesTemperaturgradienten¨ ...... 34 4.3.5 Anderung¨ des Umverteilungsfaktors ...... 35

5 Modellierung 36 5.1 Vorgehensweise bei der Modellierung ...... 36 5.1.1 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien ...... 37 5.2 Eingabewerte furdievierEinzugsgebiete¨ ...... 37 5.2.1 Einzugsgebiet St. Georgen ...... 37 5.2.2 Einzugsgebiet Kematen ...... 38 5.2.3 EinzugsgebietSteinhaus ...... 39 5.2.4 Einzugsgebiet Rein ...... 40

6 Ergebnisse 41 6.1 ModellierungderAusgangslage ...... 41 6.1.1 Einzugsgebiet St. Georgen ...... 41 6.1.2 Einzugsgebiet Kematen ...... 50 6.1.3 EinzugsgebietSteinhaus ...... 51 6.1.4 Einzugsgebiet Rein ...... 54 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien ...... 56 6.2.1 Temperaturzunahme ...... 56 6.2.2 Niederschlags¨anderung+-20%...... 62 6.2.3 ModellierungohneGletscher ...... 66 6.2.4 Kombination von Temperatur und Niederschlags¨anderung - Klimaszenario 2050“...... 68 ” 6.2.5 Klimaszenario 2050“ mit Reduzierung der Gletscherfl¨achen . 71 ” 7 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 74

Literaturverzeichnis 77 INHALTSVERZEICHNIS vi

Danksagung 79 Kapitel 1

Einleitung

1.1 Motivation und Zielsetzung

Der Wasserkreislauf mag auf den ersten Blick einfach und unkompliziert scheinen und durch Niederschlag, Verdunstung, Abfluss und Speicherung einfach zu beschrei- ben sein. Will man ihn aber in einem Computermodell errechnen, sieht man sofort, dass er komplex ist, und es nur mit viel Aufwand m¨oglich ist, ihn zu berechnen. Meteorologische Messungen liegen nur als Punktmessungen an den Wetterstationen vor, die sich wiederum meist auf die Tallagen beschr¨anken. Diese Messungen sind teilweise mit Fehlern behaftet, welche herausgefiltert bzw. korrigiert werden mussen,¨ damit man auf mehr oder weniger verl¨assliche Ausgangswerte kommt. Mehr oder weniger gut deshalb, da nicht alle Stationen repr¨asentativ fur¨ ihre Umgebung sind und deshalb oft nicht fur¨ ein gr¨oßeres Gebiet verwendet werden k¨onnen. Trotz dieser und anderer Unsicherheiten, die in Kauf genommen werden, soll es un- ser Ziel sein, den Wasserkreislauf fur¨ das Tauferer Ahrntal so gut zu modellieren, dass die berechneten monatlichen Abflusswerte mit den gemessenen auf + - 20 mm ubereinstimmen.¨ Von dieser Modellierung ausgehend soll dann der Abfluss fur¨ ver- schiedene Klimaszenarien berechnet werden. Von besonderem Interesse sind Modellierungen des Abflusses naturlich¨ fur¨ die Ener- giewirtschaft, die fur¨ ihre langfristigen Planungen gute Modellierungen des Abflusses fur¨ m¨ogliche zukunftige¨ Klimaszenarien ben¨otigen. Pers¨onliche Motivation fur¨ mich ist die Tatsache, dass ich im Tauferer Ahrntal aufgewachsen bin und damit eine enge Verbundenheit mit diesem Gebiet und all seinen Einzigartigkeiten habe.

1.2 Aufbau der Arbeit

Im folgenden zweiten Kapitel wird genauer auf das Einzugsgebiet Tauferer Ahrn- tal eingegangen. Die Schwerpunkte liegen dabei in der Geographie, Klimatologie

1 1.2 Aufbau der Arbeit 2 und den synoptischen Besonderheiten. Die Art der Daten, deren Aufarbeitung und Herkunft wird im dritten Kapitel beschrieben. Im vierten Kapitel wird das verwen- dete hydrometeorologische Modell OEZ (Osterreichische¨ Einzugsgebiete) genauer erkl¨art. Es wird auf die einzelnen Rechenschritte genauer eingegangen, sodass man ein Verst¨andnis fur¨ das Modell bekommt. Weiters wird in diesem Kapitel die Emp- findlichkeit des Modells auf Anderungen¨ verschiedener Parameter beschrieben. Wie das Modell verwendet wurde, d.h. wie genau modelliert wurde, und welche Einga- bewerte fur¨ die einzelnen Einzugsgebiete verwendet wurden, wird in Kapitel funf¨ behandelt. In Kapitel sechs werden die Ergebnisse der Modellierungen analysiert und diskutiert. Abschließend werden in Kapitel sieben Schlussfolgerungen gezogen.

Abbildung 1.1: Das Tauferer Tal mit F¨ohnmauer am Alpenhauptkamm. Kapitel 2

Das Einzugsgebiet

In diesem Kapitel wird das Einzugsgebiet beschrieben, auf das das hydrologische Modell angewendet wird. Es wird auf die geographische Lage, synoptische Beson- derheiten und auch auf die Klimatologie eingegangen.

Abbildung 2.1: Lage des Einzugsgebietes

2.1 Das Tauferer Ahrntal

Das Tauferer Ahrntal ist das gr¨oßte Seitental des Pustertales, weiters auch das n¨ordlichste Tal Sudtirols¨ bzw. Italiens. Es wird in einen sudlicheren¨ Teil, das Taufe- rer Tal, und in einen n¨ordlichen Teil, das Ahrntal, unterteilt. Als Grenze zwischen diesen zwei Teilen wird meist der enge Taleinschnitt n¨ordlich von Sand in Taufers (865 m) unterhalb von Schloss Taufers gesehen. Entw¨assert wird das Tal durch die Ahr, die auf der Birnlucke¨ (2665 m) im hintersten Ahrntal entspringt und nach 3 2.1 Das Tauferer Ahrntal 4

50,3 km in Stegen bei Bruneck (830 m) in die Rienz mundet.¨ In dieser Diplom- arbeit wurde das Tauferer Ahrntal in vier Einzugsgebiete unterteilt, die durch die vier Pegelmessstationen im Tal festgelegt sind. Das gr¨oßte Einzugsgebiet, also das vom Pegel in St. Georgen, beinhaltet alle drei kleineren, das sind die Einzugsgebiete Kematen, Steinhaus und Rein (Abbildung 2.2).

Einzugsgebiet Gesamt߬ache Gletscher߬ache in Wald߬ache in Rest߬ache in [km2] [%] bzw. [km2] [%] bzw. [km2] [%] bzw. [km2] St. Georgen 606,8 3,9 23,7 37,7 228,4 58,4 354,7 Kematen 418,9 4,7 19,5 32,5 136,2 62,8 263,2 Rein 91,2 8,6 7,8 18,2 16,6 73,2 66,8 Steinhaus 148,3 3,7 5,5 25,4 37,7 70,9 105,1

Tabelle 2.1: Fl¨achenverteilung in den einzelnen Einzugsgebieten in % bzw. km2

Abbildung 2.2: Das Tauferer Ahrntal mit den vier Einzugsgebieten

Betrachtet man die folgenden Graphiken (Abbildung 2.3 und 2.4) f¨allt auf, dass im Einzugsgebiet St.Georgen die Restfl¨ache in der H¨ohenstufe zwischen 800 und 900 m viel gr¨oßer ist als in der n¨achst h¨oheren. Dies ist darauf zuruckzuf¨ uhren,¨ dass in dieser H¨ohenstufe der breite Talboden des Tauferer Tales liegt, der vor allem durch Wiesen und kleinere Ortschaften gekennzeichnet ist. Der restliche Verlauf der Balken in den Diagrammen ist mehr oder weniger ¨ahnlich. Kurz zu bemerken ist, dass die x-Achsenwerte in allen vier Diagrammen verschiedene Gr¨oßenordnungen haben, damit man die relative Verteilung besser beurteilen kann. 2.1 Das Tauferer Ahrntal 5

Wald Wald 3300−3400 Gletscher 3300−3400 Gletscher Gesamt Gesamt

2800−2900 2800−2900

2300−2400 2300−2400 Höhe [m] Höhe [m] 1800−1900 1800−1900

1300−1400 1300−1400

800−900 800−900

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 35 Fläche [km²] Fläche [km²]

Abbildung 2.3: Links Fl¨achenh¨ohenverteilung des Einzugsgebietes St.Georgen und rechts des Einzugsgebietes Kematen

Wald 3500−3600 Wald Gletscher Gletscher Gesamt Gesamt 3000−3100 3000−3100

2500−2600 2500−2600

Höhe [m] Höhe [m] 2000−2100

2000−2100 1500−1600

1500−1600 1000−1100

0 2 4 6 8 10 0 3 6 9 12 15 Fläche [km²] Fläche [km²]

Abbildung 2.4: Links Fl¨achenh¨ohenverteilung des Einzugsgebietes Rein und rechts des Einzugsgebietes Steinhaus

2.1.1 Geographie

Politisch wird das Tauferer Ahrntal in die Gemeinden Gais, Sand in Taufers, Muhlwald,¨ Ahrntal und Prettau unterteilt. Die Gemeinde Prettau ist die n¨ordlichste Gemeinde Sudtirols,¨ das westliche Zwillingsk¨opfl (2911 m) der n¨ordlichste Punkt Sudtirols.¨ Am Taleingang liegt die Gemeinde Gais, auf 840 m. Das Tauferer Tal verl¨auft von Bruneck aus in n¨ordlicher Richtung, bevor es dann nach Sand in Tau- fers ins Ahrntal ubergeht¨ und parallel zum Alpenhauptkamm (Zillertaler Alpen) Richtung Nordost verl¨auft. Das Tauferer Tal hat eine breite, ziemlich ebene Talsoh- le, die von steil ansteigenden Bergen ums¨aumt ist. Die zwei gr¨oßten Seitent¨aler des Tauferertales sind das Muhlwalder¨ Tal und das Reintal. Das Muhlwaldertal¨ zweigt von Muhlen¨ in Taufers, ca. 2 km sudlich¨ von Sand in Taufers ab und verl¨auft Richtung Westen, dreht in weiterer Folge auf Nordwest. Am 2.1 Das Tauferer Ahrntal 6

Ende findet man den einzigen Stausee des Tauferer Ahrntales, den Nevesstausee. Er wird von den Gletschern der westlichen Zillertaler Alpen gespeist; die gr¨oßten Gletscher hier sind der ¨ostliche (1,9 km2) und westliche (1 km2) Nevesferner. Be- kannte Gipfel sind der Hohe Weißzint (3371 m), der Große M¨oseler (3478 m) und der Turnerkamp (3418 m). Das Reintal geht von Sand in Taufers in nord¨ostlicher Richtung weg. In einem engen, schluchtartigen Tal schießt der Reinerbach ins Tauferertal hinunter. Die Ortschaft Rein in Taufers liegt hingegen auf einer breiten Talebene umgeben von uber¨ 3000 m hohen Bergen. Der Reinerbach wird vor allem von den großen Gletschern der Rie- serfernergruppe gespeist, die allesamt in den Nordh¨angen der Barmer Spitze (3200 m), Hochgall (3436 m), Wildgall (3272 m), Magerstein (3273 m) und Schneebiger Nock (3358 m) liegen. Hier liegt auch der mit 2,2 km2 gr¨oßte Gletscher des Taufe- rer Ahrntals, der westliche Rieserferner, n¨ordlich des Magersteins. Weitere gr¨oßere Gletscher in diesem Gebiet sind der Lenksteinferner (1,4 km2) n¨ordlich der Barmer Spitze, der Hochgallferner (0,7 km2) an der Nordwestwand des Hochgalls und der ¨ostliche Rieserferner (1 km2) westlich des Wildgalls. Das Ahrntal selbst besitzt nur ein gr¨oßeres Seitental, das Weißenbachtal, das von Luttach (970 m) in westlicher Richtung abzweigt. Die Ortschaft Weißenbach liegt am Fuße der funf¨ Hornspitzen (alle uber¨ 3100 m). Von Luttach ausgehend steigt das Ahrntal als V-Tal kontinuierlich an, bis es ganz im hintersten Teil ab der letzten Ortschaft Kasern (1560 m) in der Gemeinde Prettau wieder flacher wird. Hier findet man auch die h¨ochsten Berge des Tauferer Ahrntals, die R¨otspitze (3495 m) und die Dreiherrenspitze (3499 m). Diese geh¨oren aber nicht mehr zu den Zillertaler Alpen sondern zu den Hohen Tauern. Die gr¨oßten Gletscher an der Dreiherrenspitze sind das Prettaukees (0,7 km2) und das Lahnerkees (1,3 km2). An der R¨otspitze ist das R¨otkees (0,8 km2) als gr¨oßerer Gletscher noch nennenswert. Aus der Diplomarbeit von Christoph Knoll, Gletscherinventar Sudtirol,¨ Knoll (2006) wurden Tabelle 2.2 und 2.3 ubernommen.¨

Rieserferner Gruppe Zillertaler Alpen Gesamtfl¨ache 1983 [km2] 18,6 16,0 Gesamtfl¨ache 1997 [km2] 13,3 14,6 Fl¨achen¨anderung seit 1983 [km2] -5,3 -1,4 Mittl. Fl¨achen¨anderung in % seit 1983 -28,6 -8,8

Tabelle 2.2: Gletscher߬achen des Tauferer Ahrntales

Anzufuhren¨ ist noch, dass alle Gletscher, die orographisch rechts der Ahr lie- gen, als Zillertaler Gletscher gelten, die anderen, also orographisch links gelegenen Gletscher, zur Rieserferner Gruppe gez¨ahlt werden; d.h. dass die Gletscher der Dreiherrenspitze und der R¨otspitze zu den Gletschern der Rieserferner Gruppe 2.1 Das Tauferer Ahrntal 7 gez¨ahlt wurden. Im gesamtsudtiroler¨ Vergleich weisen die Zillertaler Alpen von den sechs unter- suchten Gletschergebieten sowohl den geringsten absoluten (-1,4 km2) als auch den geringsten prozentuellen (-8,5 %) Verlust auf. Dies gilt auch fur¨ die Volu- mens¨anderung, in der die Zillertaler Alpen wiederum den geringsten absoluten (-41 Mio. m3) als auch prozentuellen Verlust haben (-10,1 Prozent). Die Rieserferner Gruppe weist mit -5,3 km2 Fl¨achenverlust den drittgr¨oßten absoluten und mit -28,6 Prozent den zweitgr¨oßten prozentuellen Fl¨achenverlust auf. Mit einer absoluten Volums¨anderung von -165 Mio. m3 liegt die Rieserferner Gruppe hier an der vierten Stelle, prozentuell gesehen mit -34,3 Prozent sogar an zweiter Stelle. Da Gletscher eine bedeutende Rolle im Wasserhaushalt alpiner Einzugsgebiete spielen, fuhrt¨ ein m¨oglicher Ruckgang¨ der Gletscher auch zu Ver¨anderungen im Wasserhaushalt. Auf m¨ogliche Ver¨anderungen in der Vergletscherung wird deshalb auch ein Augenmerk in den Modellierungen gelegt.

Rieserferner Gruppe Zillertaler Alpen Volumen 1983 [Mio. m3] 482 405 Volumen 1997 [Mio. m3] 317 365 Volums¨anderung seit 1983 [Mio. m3] -165 -41 Mittl. Volums¨anderung in % seit 1983 -34,3 -10,1

Tabelle 2.3: Gletschervolumen des Tauferer Ahrntales

2.1.2 Klimatologie und synoptische Besonderheiten

Der Zillertaler Alpenhauptkamm wird durch die Nordalpen nicht ann¨ahernd so stark abgeschirmt, wie etwa das Oberinntal und dessen sudlichen¨ Seitent¨aler von den K¨ammen der Allg¨auer und Lechtaler Alpen. Deshalb muss man von vornherein mit st¨arkerem Nordstau und damit h¨oherem Niederschlag am Alpenhauptkamm rechnen. Von Suden¨ her besitzt das Tauferer Ahrntal nicht jene Abschirmung die zum Beispiel den Vinschgau charakterisiert. Insgesamt kann man sagen, dass das Tauferer Ahrntal auf Grund der Lage im westlichen Pustertal mehr inneralpinen, st¨arker von Sudwesten¨ beeinflussten Klimacharakter hat. Bei Luftstr¨omungen aus Norden wird der Alpenhauptkamm als Wetterscheide wirksam, am Hauptkamm gibt es Niederschlag, sudlich¨ davon bei Nordf¨ohn jedoch kaum (1.1). Bei Westanstr¨omung gibt es bereits mehr Niederschlag und der Alpenhauptkamm verliert als Wetterscheide an Bedeutung. Sudwestanstr¨ ¨omungen sind im Allgemeinen schon w¨armer und feuchter als die Str¨omungen aus Nord bzw. West. Sie bringen im Winter in allen H¨ohenlagen maximale W¨armegrade. Weiters 2.1 Das Tauferer Ahrntal 8 ist diese Anstr¨omung vor allem im Sommer niederschlagsaktiv. Str¨omungen aus Sud¨ sind relativ und absolut feuchter als die Sudweststr¨ ¨omungen. Der Sudstau¨ macht sich vor allem im Winter bei tiefer Lage der Kondensationsgrenze sowohl in hoher Niederschlagsbereitschaft als auch Ergiebigkeit bemerkbar. Die gr¨oßte Schlechtwetterwirkung besitzt diese Str¨omung aber am Außenrand der Sudalpen,¨ doch kann auch ungest¨orte Sudluft¨ bis an den Alpenhauptkamm gelangen und vor allem im westlichen Teil der Zillertaler Alpen fur¨ Stau sorgen. Dies geschieht vor allem dadurch, dass der westliche Teil der Zillertaler Alpen nach Suden¨ hin nicht abgeschirmt, sondern durch das Eisack- und in weiterer Folge durch das Etschtal nach Suden¨ hin offen ist. Bei Ostanstr¨omung gibt es vor allem auf der ¨ostlichen Seite des Tauferer Ahrntales mehr Niederschlag, da die hohen Berge der Rieserfer- nergruppe und weiter n¨ordlich R¨otspitze und Dreiherrenspitze die St¨orungen stauen und vor allem im Sommer zum Abregnen zwingen. Weiters wird im Sommer durch die allgemeine Hebung der Kondensationsgrenze der Alpenhauptkamm mehr in den Niederschlagsbereich gebracht als im Winter. Im Herbst nehmen im Vergleich zum Sommer Nordstaulagen und Str¨omungen aus Nord bis West ab und Str¨omungen aus Sud¨ und Sudwest¨ zu (Fliri (1962)), was auch das sekund¨are Niederschlagsmaximum im Oktober und November erkl¨art (siehe Abb.2.7).

Temperatur

Die Temperaturen nehmen mit zunehmender H¨ohe ab und verlaufen im Monats- durchschnitt ziemlich parallel (2.5). Auffallend ist aber, dass an der Station Ne- vesstausee im J¨anner fast die gleichen Temperaturen gemessen werden wie an den Talstationen. Die Station Rein hingegen, die 260 m tiefer liegt als die Station Ne- ves, ist um ca. 3 ◦C k¨alter. Weiters ist klar ersichtlich, dass die Station Rein von Oktober bis Februar k¨alter ist als die h¨ohergelegene Station Neves. Das h¨angt mit den Kaltluftseen und den dazugeh¨origen Temperaturinversionen, die sich im Reintal leicht bilden k¨onnen, zusammen. Die Station Neves liegt hingegen am Westhang und bekommt viel Mittags- und Nachmittagssonne ab. Betrachtet man die Monatsmitteltemperaturen der Stationen seit 1986, so stellt man fest, dass an 4 der 7 Stationen im Tauferer Ahrntal, ein mehr oder weniger starker Temperaturanstieg beobachtet werden kann (Abb.2.6). Auffallend dabei ist, dass an den Stationen, wo die Temperatur abnimmt, der Ruckgang¨ sehr sehr gering ist. Die Temperaturzunahme an den anderen Stationen f¨allt viel gr¨oßer aus. So ist eine Temperaturabnahme an der Station Steinhaus um -0,4 ◦C und eine Tempera- turzunahme um 2,1 ◦C in 21 Jahren an der Station Nevesstausee zu verzeichnen (Abbildung 2.6). Um den Temperaturverlauf besser vergleichen zu k¨onnen, ist es sinnvoll, die Temperaturen fur¨ den gleichen Messzeitraum zu verwenden, in diesem 2.1 Das Tauferer Ahrntal 9

20

15

10

5 Temperatur [°C] 0 Gais ab 86 Muehlen ab 92 Steinhaus ab 86 −5 Prettau ab 86 Rein ab 90 Muehlwald ab 96 Neves ab 86 −10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Monat

Abbildung 2.5: Monatsmitteltemperaturen verschiedener Stationen im Tauferer Ahrntal bis 2006

Fall von 1996-2006. Auch hier ist eindeutig eine Temperaturzunahme zu verzeich- nen. Der gr¨oßte Anstieg ist in diesen 11 Jahren in Gais mit 1,3 ◦C zu verzeichnen. Es folgen die Stationen Neves mit 0,9 ◦C, Muhlwald¨ mit 0,6 ◦C, Muhlen¨ mit 0,5 ◦C und Rein mit 0,1 ◦C. Einzig die zwei Stationen im hintersten Ahrntal zeigen mit einer Temperatur¨anderung von 0,03◦C in Steinhaus und -0,1 ◦C in Prettau fast keine oder eine schwach negative Temperatur¨anderung.

20 15

15

10

10

5

T [°C] 5 T [°C]

0

0

−5

−5 y = −0.0016x + 7 y = 0.0082x + 2.6 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007

Abbildung 2.6: Temperaturverlauf von den Stationen Steinhaus (links) und Neve- sstausee (rechts) von 1986 bis 2006 2.1 Das Tauferer Ahrntal 10

Niederschlag

Der gemittelte Jahresniederschlag liegt bei allen Stationen uber¨ 800 mm im Jahr. Die geringsten Jahresniederschl¨age findet man im Tauferer Tal, an den Stationen Gais (801 mm) und Muhlen¨ (813 mm). Mit zunehmender H¨ohe und N¨ahe zum Alpenhauptkamm nimmt der Niederschlag stark zu, was in Abbildung 2.7 klar er- sichtlich ist. Dieser Trend gilt auch fur¨ die Stationen Sterzing, Brennerbad und Zirogeralm, die in diese Betrachtung mit einbezogen wurden, um einen Vergleich mit einem anderen Gebiet zu bekommen. Auffallend ist, dass die zwei Stationen im Muhlwaldertal¨ den h¨ochsten Niederschlag haben, und die Station Muhlwald¨ die h¨oherliegenden Stationen Prettau und Rein ubertrifft.¨ Der sehr hohe Niederschlag der Station Neves ist dadurch erkl¨arbar, dass diese Station schon direkt an den H¨angen des Alpenhauptkammes ist und nach Norden hin durch mehrere uber¨ 3000 m hohe Berge abgeschirmt ist und deshalb bei Sudstau¨ immer Niederschlag abbe- kommt. Auch bei Nordstau k¨onnen die Niederschl¨age diese Station noch erreichen. Zus¨atzlich liegt diese Station im westlichen Teil der Zillertaler Alpen und ist des- halb wie zuvor beschrieben nach Suden¨ weniger stark abgeschirmt als der ¨ostliche Teil. Vergleicht man die Ergebnisse des Tauferer Ahrntales mit dem Raum Ster- zing - Brenner stellt man fest, dass Sterzing, das h¨oher liegt als Gais und Muhlen,¨ kaum mehr Niederschlag aufweist als diese zwei Stationen. Weiters f¨allt auf, dass alle Stationen, sowohl die des Tauferer Ahrntales als auch die Stationen Brennerbad und Zirogeralm, die zwischen 1000 und 1800m liegen, sich kaum in der Menge des gefallenen durchschnittlichen Jahresniederschlages unterscheiden.

2000 Gais ab 86 Neves 1800 Zirogeralm Muehlen ab 92 Steinhaus ab 86 200 1600 Rein Prettau ab 86 Neves ab 86 Prettau 1400 Rein ab 90 Brennerbad Muehlwald ab 96 150 Sterzing ab 86 1200 Muehlwald Brennerbad ab 86 Steinhaus Zirogeralm ab 86 1000 Sterzing ←

Höhe [m] Muehlen 800 100 ↑Gais Niederschlag [mm] 600

400 50

200

0 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Niederschlag [mm] Monat

Abbildung 2.7: links: Jahresniederschl¨age der Stationen im Tauferer Ahrntal (rot) und im Raum Sterzing (blau); rechts: Mittlerer Monatsniederschlag der Stationen im Tauferer Ahrntal und im Raum Sterzing

Betrachtet man die Niederschlagsverteilung ubers¨ Jahr in Abbildung 2.7, so kann man das Niederschlagsmaximum in den Sommermonaten, das Nieder- 2.1 Das Tauferer Ahrntal 11 schlagsminimum im Februar beobachten. Auffallend ist der starke Ruckgang¨ des Niederschlages von August zu September und der bei einigen Stationen folgende leichte Anstieg des Niederschlages im Oktober. Dieser Jahresgang des Niederschla- ges ist auch fur¨ die Stationen im Raum Sterzing ersichtlich. Grund dafur¨ ist die sich ver¨andernde Str¨omungssituation von den Sommermonaten auf die Herbstmonate, in der Str¨omungen aus Nord bis West ab, und Str¨omungen aus Sud¨ und Sudwest¨ zunehmen Fliri (1962). Die Station Neves sticht auch hier wieder eindeutig als niederschlagsreichste Station hervor. Zu erw¨ahnen ist weiters, dass von der Station Zirogeralm eine relativ kurze Datenreihe zur Verfugung¨ steht. Sie beginnt im J¨anner 1992 und geht bis Dezember 2002, wobei in dieser Messperiode insgesamt 17 Monate fehlen. Wirft man einen Blick auf die langj¨ahrigen Reihen des Niederschlages aller Sta- tionen ab 1986, so zeigen nur die Stationen Gais (1989-06), (siehe Abbildung 2.8) und Neves (1986-99) einen leichten Niederschlagsanstieg von 10 mm in Gais und 9 mm an der Station Neves. Alle anderen zeigen einen Ruckgang¨ des Niederschlages, wenn auch teilweise nur sehr schwach, wie z.B. die Station Steinhaus (1986-06) mit -3 mm. Einen gr¨oßeren Niederschlagsruckgang¨ zeigen die Stationen Rein (1994-06) mit -14 mm, Muhlen¨ (1992-06) mit -12 mm, Prettau (1986-06) mit -14 mm und vor allem Muhlwald,¨ (siehe Abbildung 2.8) (1996-06) mit -42 mm. Vergleicht man nun alle Stationen uber¨ den selben Zeitraum von 1996 - 2006, der von der Station Muhlwald¨ begrenzt wird, so kann man bei allen Stationen eine eindeutige Abnahme des Niederschlages beobachten. Der st¨arksten Abnahme des Niederschlages in Muhlwald¨ folgen Muhlen¨ mit -28 mm, Rein und Prettau mit jeweils -22 mm gefolgt von Steinhaus mit -14 und Gais mit -12 mm. Sehr schwache Anderungen¨ des Niederschlages sollte man jedoch nicht uberbewerten,¨ da die Messung des Niederschlages selbst schon fehlerbehaftet ist. 2.1 Das Tauferer Ahrntal 12

350 350 y = 0.044x + 63 y = −0.32x + 106 300 300

250 250

200 200 NS [mm] NS [mm] 150 150

100 100

50 50

0 0 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 1996 1998 2001 2004 2007

Abbildung 2.8: Niederschlagsverlauf von Gais 1989-2006 (links)undMuhlwald¨ 1996- 2006 (rechts)

Abfluss

Der Abfluss wird im Tauferer Ahrntal an 4 Stationen gemessen, in St. Georgen, Kematen, Steinhaus und Rein. In Abbildung 2.9 sieht man deutlich, dass mit Be- ginn der warmen Jahreszeit, ab April der Abfluss stark ansteigt, bedingt durch die Schneeschmelze, gefolgt von der Gletscherschmelze und dem ungef¨ahr gleichzeiti- gen Auftreten des Niederschlagsmaximums im Sommer. Die Werte in m3 s−1 sind absolute Messwerte, daraus folgt dass ein kleines Einzugsgebiet wie z.B. Rein nied- rigere Werte hat als ein gr¨oßeres, z.B. St. Georgen. Rechnet man diese Abflusswerte aber in mm um, d.h. man bezieht den absolut gemessenen Abfluss auf die Fl¨ache des Einzugsgebietes und die Zeit pro Monat, so ver¨andert sich das Bild grundle- gend. Rein als kleines Einzugsgebiet mit auf die Fl¨ache bezogenem hohen Abfluss im Sommer, bedingt durch die starke Vergletscherung, gibt also viel mehr Wasser ab als ein gr¨oßeres Einzugsgebiet mit geringerer prozentueller Vergletscherung. Im Winter gibt das Einzugsgebiet Rein auf seine Fl¨ache bezogen fast kein Wasser ab, da es hoch liegt und damit tiefe Temperaturen besitzt. Betrachtet man Abbildung 2.10, so f¨allt auf, dass sich im rechten Bild die Kur- ven nicht uberschneiden,¨ im linken aber schon. Das h¨angt damit zusammen, dass die Werte in m3 s−1 absolute Messwerte sind und, dass ein gr¨oßeres Einzugsge- biet auch gr¨oßere Abflusswerte besitzt. Rechnet man diese Werte aber in mm um und bezieht sie auf die Fl¨ache des Einzugsgebietes, so k¨onnen sich die Kurven auf- grund von verschieden großen Ausgangswerten und Abst¨anden zueinander durchaus uberschneiden.¨ Vollst¨andigkeitshalber ist noch zu erw¨ahnen, dass im Einzugsgebiet St. Georgen der Nevesstausee liegt, der die Abflusswerte in St. Georgen sicher beeinflusst. Darauf wird im folgenden Kapitel genauer eingegangen. 2.1 Das Tauferer Ahrntal 13

300 50 St. Georgen ab 86 St. Georgen ab 86 Kematen ab 06.86 45 Kematen ab 06.86 Steinhaus ab ab 83 Steinhaus ab ab 83 250 Rein ab 88 40 Rein ab 88

35 200 30

150 25 Abfluss [mm]

Abfluss [m³/s] 20 100 15

10 50 5

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Monat Monat

Abbildung 2.9: Mittlere Monatsabflusswerte im Tauferer Ahrntal. Links in Milli- metern, rechts in Kubikmetern pro Sekunde

In Einzugsgebieten mit hoher Vergletscherung wie z.B. im Einzugsgebiet Rein, kann man den Effekt beobachten, dass bei heißen trockenen Sommern durch das starke Schmelzen der Gletscher hohe Abflusswerte erzeugt werden, in kalten Som- mermonaten mit viel Niederschlag aber wenig Abfluss generiert wird, da viel Nie- derschlag als Schnee f¨allt.

30 1700 St. Georgen St. Georgen Kematen Kematen Steinhaus Steinhaus 1600 StD = 186 Rein 25 Rein

1500

StD = 126 20 1400 StD = 2.6

1300 15 StD = 1.9

Abfluss [mm] 1200 Abfluss [m³ / s] 10 1100 StD = 0.6 1000 StD = 145 StD = 137 5 900 StD = 0.5

0 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005

Abbildung 2.10: Mittlere Jahresabflusswerte im Tauferer Ahrntal. Links in Milli- metern, rechts in Kubikmetern pro Sekunde 2.1 Das Tauferer Ahrntal 14

Einzugsgebiet Mittl. Monatsabflussh¨ohe Mittl. Jahresabflussh¨ohe Mittl. Monatsabfluss [mm] [mm] [m3 s−1] St. Georgen 89 1058 20 Kematen 97 1154 15 Steinhaus 108 1292 6 Rein 110 1314 4

Tabelle 2.4: Mittlere monatliche und j¨ahrliche Abflusswerte fur¨ die vier Einzugsge- biete

Einfluss von Skigebieten und Stauseen auf den Wasserkreislauf

Am Ende dieses Kapitels wird noch kurz der Einfluss von den Skigebieten Klausberg bei Steinhaus und Speikboden zwischen Sand in Taufers und Luttach auf den Ab- fluss der Ahr betrachtet. Die Notwendigkeit der Skigebiete an Schneesicherheit hat dafur¨ gesorgt, dass seit den 80er Jahren die Verbreitung von Kunstschnee und der Einsatz von Schneekanonen stark zugenommen hat. Anfangs waren es nur Punktbe- schneiungen, dann kam aber immer mehr Fl¨achenbeschneiung hinzu. 1998 wurden in Osterreich¨ 34 % der Pistenfl¨achen beschneit, in Sudtirol¨ sind die Werte ¨ahnlich hoch. Man kann annehmen, dass sich dieser Anteil in den letzten Jahren noch stark erh¨oht hat, Veit (2002). Der Wasserbedarf einer Schneekanone liegt je nach Bedin- gungen zwischen 2 bis 9 l s−1 bzw. 7 bis 32 m3 h−1. Da im Winter in den B¨achen Niedrigwasser ist, mussen¨ Speicherbecken angelegt werden. Das Skigebiet Klausberg hat mittlerweile ein Becken zu 5000 m3 Wasser, das Skigebiet Speikboden drei Be- cken zu je 800 m3. Auf Kunstschneepisten ist die Schneedecke im Durchschnitt um 20 % und die Schneedichte um 33 % h¨oher als außerhalb der Pisten. Durch die h¨ohere Dichte und Schneeh¨ohe ist auf einer Kunstschneepiste mehr Schneemasse als auf den ande- ren schneebedeckten Fl¨achen vergleichbarer H¨ohenstufen. Im Durchschnitt ist durch die Kunstschneeproduktion die Schneemasse auf einer Kunstschneepiste doppelt so hoch wie auf unbehandelten Fl¨achen und deshalb erfolgt die Ausaperung auch 2 bis 3 Wochen sp¨ater, Rixen et al. (2002). Naturlich¨ beeinflusst Kunstschnee auch die Ve- getation. So entspricht zum Beispiel eine 60 cm m¨achtige Kunstschneedecke ca. 200 mm zus¨atzlichen Niederschlages was zur Folge hat, dass sich oft schon nach kurzer Zeit Feuchtigkeitszeiger in der Vegetation bemerkbar machen. Der sp¨ater schmelzen- de Kunstschnee bewirkt dann weiterhin, dass der Wassereintrag im Fruhjahr¨ teils mehr als verdoppelt wird, Veit (2002). Zusammenfassend kann man sagen, dass Kunstschnee lokal gesehen einen bedeu- tenden Einfluss auf den Wasserkreislauf hat, auf ein gr¨oßeres Einzugsgebiet jedoch uberhaupt¨ keinen Einfluss hat. Bezieht man n¨amlich die 159017 m3 Wasser die im Skigebiet Klausberg in der Saison 2006/07 verbraucht wurden, auf das Einzugsge- 2.1 Das Tauferer Ahrntal 15 biet vom Pegel Steinhaus, so macht diese Wassermenge 1 mm aus. Einen Uberblick¨ uber¨ die Beschneiung und den Wasserverbrauch im Tauferer Ahrntal soll uns Ta- belle 2.5 geben. Man sieht deutlich, dass sowohl die Kapazit¨at der Speicherbecken, die beschneite Fl¨ache und die verbrauchte Wassermenge kontinuierlich zugenommen haben. Es wurde auch versucht, hydrologische Daten vom Nevesstausee im hinteren Muhlwaldertal¨ zu bekommen, aber alle Bemuhungen¨ waren umsonst. Alle kontak- tierten Landes¨amter konnten nicht weiterhelfen, auch direkter Kontakt mit dem Betreiber des Stausees war nicht von Erfolg gekr¨ont. Die einzig erhaltenen Daten waren das Baujahr 1972 und der Stauraum, der ohne Verlandung mit 14.460.000 m3 angegeben wurde. Nimmt man nun an, der Stausee w¨are komplett voll, dann wurde¨ diese Wassermenge 24 mm bezogen auf das Einzugsgebiet St. Georgen aus- machen. Daraus ist ein deutlicher Einfluss eines Stausees auf das dazu geh¨orende Einzugsgebiet klar erkennbar.

Speikboden Kapazit¨at der Beschneite Benutzte Speicherbecken [m3] Fl¨ache [ha] Wassermenge [m3] 96/97 820 20 45000 97/98 700 20 24829 98/99 1050 22 48000 99/00 1050 22 42600 00/01 1050 22 33840 2001/02 1850 22.3 49380 2002/03 1850 22.5 49380 2003/04 1850 22.5 56000 2004/05 1850 31 69000 2005/06 1850 25 52000 2006/07 2400 Klausberg 96/97 0 8.4 30000 97/98 20 19 29814 98/99 20 19.4 31554 99/00 20 19.4 30504 00/01 20 19.4 23442 2001/02 20 26.5 88596 2002/03 4980 34.5 157020 2003/04 4980 36.5 131452 2004/05 4980 38 146417 2005/06 4980 43 138750 2006/07 5000 159017

Tabelle 2.5: Beschneiung im Tauferer Ahrntal. Quelle: Amt fur¨ Gew¨assernutzung der Autonomen Provinz Bozen - Sudtirol¨ Kapitel 3

Datenarten, Datenverwendung

In diesem Kapitel wird auf die Datenarten eingegangen, von wo sie bezogen wurden und wie und fur¨ was sie verwendet wurden. Es wurden verschiedene Arten von Daten ben¨otigt. Angefangen von Wetterstationsdaten wie Temperatur und Niederschlag, uber¨ Abflussmessungen der Pegelstationen bis hin zu den digitalen geographischen Daten zur Bestimmung der Fl¨ache und Bodenoberfl¨ache des jeweiligen Einzugsge- bietes. Die Berechnungen wurden mit Matlab und ArcGIS durchgefuhrt.¨

3.1 Datenarten

3.1.1 Pegelstationsdaten

Alle Pegelstationsdaten wurden vom hydrographischen Amt in Bozen zu Verfugung¨ gestellt. In Tabelle 3.1 werden die verwendeten Pegelstationen angefuhrt.¨

Station Stationsh¨ohe [m] Messperiode St. Georgen 816 01.1986 - 12.2006 Kematen 848 06.1986 - 12.2006; keine Werte von 09.1987 - 07.1988 Rein 1520 01.1988 - 12.2006 Steinhaus 1045 01.1986 - 12.2006

Tabelle 3.1: Pegelstationen

Die Abflusswerte liegen als Monatsmittel in der Einheit m3 s−1 vor und wurden in mm umgerechnet werden.

3.1.2 Wetterstationsdaten

Die Wetterstationsdaten wurden auch vom hydrographischen Amt in Bozen bereitge- stellt. Die Tabelle 3.2 listet die in dieser Diplomarbeit verwendeten Wetterstationen 16 3.1 Datenarten 17 auf.

Station gemessene meteorologische Parameter Stationsh¨ohe [m] Bruneck Temperatur, Niederschlag 821 Gais Temperatur, Niederschlag 836 Muhlen¨ in Taufers Temperatur, Niederschlag 870 Sand in Taufers Temperatur, Niederschlag 862 Muhlwald¨ Temperatur, Niederschlag 1141 Nevesstausee Temperatur, Niederschlag 1860 Rein Temperatur, Niederschlag 1600 Rein Eppacherhof Niederschlag 1687 Steinhaus Temperatur, Niederschlag 1080 Prettau Temperatur, Niederschlag 1449 Kasern Temperatur 1590 Merbalm Temperatur 2006 Lengspitze Temperatur 3105

Tabelle 3.2: Wetterstationen im Tauferer Ahrntal

Die Daten der Wetterstationen wurden entweder als Monatsmittel der Tempera- tur oder des Niederschlages direkt verwendet beziehungsweise indirekt, um zwischen den Stationen die Gradienten der Temperatur oder des Niederschlages zu berech- nen. Die Temperaturwerte wurden ohne Korrektur verwendet. Die Niederschlagswerte wurden aber einer Korrektur unterzogen, da Niederschlagsmessungen unter sys- tematischen Fehlern, wie Verlusten durch Verdunstung und schwerer wiegenden aerodynamischen Effekten leiden. Diese aerodynamischen Effekte leiten Teile des Niederschlages an der Offnung¨ des Niederschlagmessger¨ates vorbei und fuhren¨ so zu einem kleineren gemessenen Niederschlag, als dem tats¨achlich gefallenen. Dieser Fehler nimmt mit zunehmender Windgeschwindigkeit deutlich zu und ist fur¨ Schnee oder kleintr¨opfigen Regen gr¨oßer als fur¨ großtr¨opfigen. Das heißt, dass vor allem fur¨ h¨ohere Lagen eine Korrektur des Niederschlages sehr wichtig ist und daraus folgt weiters, dass vertikale Niederschlagsgradienten aus unkorrigierten Messungen nicht gut sein k¨onnen, da der Messfehler bei hochgelegenen Stationen mit viel Schneenie- derschlag und mehr Wind verglichen zu Talstationen zunimmt. In dieser Arbeit ist diese Korrektur nur fur¨ den Jahresgang und fur¨ die Ermittlung des vertikalen Niederschlagsgradienten von Bedeutung, da der Gebietsniederschlag nicht uber¨ die Messungen an den Stationen sondern aus der Wasserhaushaltsglei- chung 4.2 bestimmt wird. Meist basieren Niederschlagskorrekturen auf empirischen Untersuchungen. In die- ser Diplomarbeit wurde der Niederschlag nach dem Verfahren von Sevruk Sevruk (1985b), mit der Formel 3.1 korrigiert. 3.1 Datenarten 18

Nkorr = Ngemessen ∗ k (3.1) Diese Korrektur soll nur fur¨ mittlere Verh¨altnisse gelten und Monatsweise be- rechnet werden. Der Korrekturfaktor k h¨angt von der Windgeschwindigkeit an der Station und dem Anteil des festen Niederschlages am Gesamtniederschlag ab. Da an diesen Stationen aber keine Windmessungen durchgefuhrt¨ wurden, wird immer mit dem Korrekturfaktor fur¨ 1 m s−1 gerechnet. Fur¨ reinen Regen, also flussigen¨ Nie- derschlag wird k gleich 1,05 gesetzt. Bei gemischtem Niederschlag werden je nach Anteil von Festem am Gesamtniederschlag unterschiedliche k - Werte verwendet. Der Anteil des festen Niederschlages wird mit der Formel 4.1 berechnet. Abh¨angig von diesem Anteil des festen Niederschlags wird dann der Korrekturwert bezogen. Der Minimalwert dieses Korrekturfaktors liegt bei 1,05 und geht bis maximal 1,14.

3.1.3 Digitale geographische Daten

Digitales Gel¨andemodell

Zur Bestimmung der Einzugsgebiete der jeweiligen Pegelstationen wurde ein digita- les Gel¨andemodell in 20 * 20 m Aufl¨osung verwendet, das vom Amt fur¨ uber¨ ¨ortliche Raumordnung der Autonomen Provinz Bozen - Sudtirol¨ zur Verfugung¨ gestellt wur- de. Es ist georeferenziert in Koordinaten UTM WGS1984 - ETRS89 Zone32 (West). Mit dem Programm ArcGis von ESRI und unter Verwendung des ArcHydroTools wurden die 4 Einzugsgebiete der Pegelstationen St. Georgen, Kematen, Rein und Steinhaus bestimmt.

Realnutzungskarte

Auch die Realnutzungskarte, Ausgabe 2001, wurde vom Amt fur¨ uber¨ ¨ortliche Raum- ordnung der Autonomen Provinz Bozen - Sudtirol¨ bereitgestellt. Sie liegt im Maßstab 1:10.000 vor und ist georeferenziert in Koordinaten UTM WGS1984 - ETRS89 Zo- ne32 (West). Zur weiteren Bearbeitung dieser Karte wurde wiederum das Programm ArcGis verwendet. Die Realnutzungskarte wurde auf jedes Einzugsgebiet zugeschnit- ten, und die vielen verschiedenen Oberfl¨achenklassifizierungen der Karte wurden in drei Klassen, n¨amlich Gletscher, Wald und den gesamten Rest zusammengefasst. Dies war notwendig, da fur¨ die Verdunstung im Modell nur zwischen diesen Ober- fl¨achen unterschieden wird. In weiterer Folge wurde fur¨ jedes dieser Einzugsgebiete unter Zuhilfenahme des digitalen Gel¨andemodells die Fl¨achen - H¨ohenverteilung in ganzen 100 m Schritten fur¨ die drei Klassen erstellt. 3.1 Datenarten 19

3.1.4 Massenbilanzdaten

Fur¨ die Gletscher des Tauferer Ahrntales liegen keine Massenbilanzdaten vor. Des- halb wurden die spezifischen Massenbilanzdaten jeder 100 m H¨ohenstufe von den Otztaler¨ Gletschern verwendet, um damit die spezifische Massenbilanz der Gletscher im Tauferer Ahrntal zu berechnen. Die Otztaler¨ Massenbilanzdaten wurden vom In- stitut fur¨ Meteorologie und Geophysik der Universit¨at Innsbruck bereitgestellt. Bei den ersten Berechnungen dazu wurden die Massenbilanzdaten des Otztals¨ ohne Berucksichtigung¨ der Topographie der Gletscher im Ahrntal auf die H¨ohenstufe an- gewandt, aus der sie im Otztal¨ berechnet wurden. Da aber die Gletscher im Otztal¨ viel h¨oher liegen als im Ahrntal, ist auch deren mittlere Gleichgewichtslinie h¨oher als die der Gletscher im Ahrntal. Das hat zur Folge, dass bei direkter Ubertragung¨ dieser Massenbilanzdaten aufs Ahrntal diese Gletscher viel zu negative Massenbilan- zen haben wurden.¨ Um also wissenschaftlich verwertbare Massenbilanzwerte fur¨ die Ahrntaler Gletscher zu erhalten, muss man auch deren Fl¨achen - H¨ohenverteilung in Betracht ziehen. Am sinnvollsten w¨are es, die Massenbilanzdaten an der Gleichge- wichtslinie der Gletscher im Ahrntal zu orientieren. Da diese aber nicht bekannt ist, verwendet man die Medianh¨ohe der gesamten Gletscherfl¨ache, da sich diese H¨ohe ¨ahnlich verh¨alt wie die H¨ohe der Gleichgewichtslinie. Ziehen sich n¨amlich Gletscher in h¨ohere H¨ohen zuruck,¨ so steigt sowohl Gleichgewichtslinie als auch Medianh¨ohe an. Berechnet man nun die Medianh¨ohe der drei verwendeten Gletscher im Otztal¨ (Hintereisferner, Kesselwandferner und Vernagtferner), so liegt diese auf 3070 m, w¨ahrend sie fur¨ die Gletscher im Einzugsgebiet St. Georgen auf 2876 m, Kematen 2847 m, Steinhaus 2775 m und Rein auf 2902 m liegt. Um nun vernunftigere¨ Werte der Massenbilanz und des Speicherterms fur¨ ein Einzugsgebiet zu erhalten, werden die Massenbilanzdaten des Otztals,¨ je nach Differenz zwischen den Medianh¨ohen der Gletscher des Otztals¨ und des Ahrntals, um 200 oder 300 m nach unten verschoben. Die genaue Berechnung der Massenbilanz der Gletscher und des Speicherterms ist in Tabelle 3.4 ersichtlich. Wird die Summe aus b(h) * g(h) durch die Gesamtglet- scherfl¨ache im Einzugsgebiet dividiert, erh¨alt man die durchschnittliche Abschmelze der Gletscher pro Jahr in Millimeter, die fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen mit der ursprunglichen¨ Berechnung -1996 mm, mit der verbesserten Berechnung jedoch nur mehr -748 mm betr¨agt. Dividiert man die Summe aus b(h) * g(h) durch die Gesamtfl¨ache des jeweiligen Einzugsgebietes, erh¨alt man den Speicherterm in Milli- meter, der ohne Verschiebung der Massenbilanzdaten nach unten bei -78 mm, mit Verschiebung bei -29 mm liegt. Dieser nach der Verschiebung erhaltene Wert des Speicherterms wird direkt als Modellinput verwendet. Auffallend ist nun, dass sich bei den Berechnungen mit Anpassung der Massenbi- lanzdaten an die Topographie des Gletschers die Ergebnisse der vier Einzugsgebiete 3.1 Datenarten 20 viel ¨ahnlicher sind und deutlich geringere negative Werte aufweisen als zuvor, siehe Tabelle 3.3. Weiters sieht man, dass Rein die am wenigsten negativen Werte von b aufweist, was auf die Exposition der Gletscher nach Norden zuruckzuf¨ uhren¨ ist.

EZ ohne Anpassung mit Anpassung b -1996 -748 St. Georgen S -78 -29 b -2198 -879 Kematen S -103 -41 b -2701 -693 Steinhaus S -101 -26 b -1766 -566 Rein S -149 -48

Tabelle 3.3: Spezifische Massenbilanz der Gletscherfl¨achen (b) und Speicherterm (S) fur¨ die vier Einzugsgebiete (EZ) des Tauferer Ahrntales mit und ohne Anpassung der Massenbilanzdaten des Otztals¨ auf die Topographie der Ahrntaler Gletscher 3.1 Datenarten 21 30 -29 544 463 156 -596 -748 -5464 -5973 -3468 -1178 -2230 -17717 b(h)’ * g(h) St. Georgen ¨ ur die Gletscher des EZ St. 165 231 254 260 -708 -124 b(h)’ -2024 -1422 -6000 -4983 -3928 -2788 b(h) 200m nach unten verschoben 99 23 -78 -248 -1800 -3986 -9917 -6826 -2336 -1996 -10606 -11708 -47305 b(h) * g(h) ¨ Otz. 165 231 254 mm -708 -124 b(h) -6000 -4983 -3928 -2788 -2024 -1422 b [mm] S [mm] ¨ uber den Zeitraum 1985/86 bis 2005/06 dar und wurden aus den andferners gewonnen. Massenbilanz ache¨ EZ 2 2 0.3 0.8 2.7 4.2 4.9 4.8 3.3 0.6 0.1 23.7 km g(h) Gletscherfl ¨ ur das EZ St. Georgen sowie Massenbilanzberechnung (b) f ¨ Otztal stellen ein Mittel 2 ache¨ EZ ... 6.6 3.4 1.3 0.4 0.1 f(h) 43.6 39.4 35.6 29.1 22.3 16.7 10.8 km 606.9 Gesamtfl ... Summe ohenstufe ¨ H 2300 - 2400 2400 - 2500 2500 - 2600 2600 - 2700 2700 - 2800 2800 - 2900 2900 - 3000 3000 - 3100 3100 - 3200 3200 - 3300 3300 - 3400 3400 - 3500 Massenbilanzen des Hintereisferners, Vernagtferners und Kesselw Tabelle 3.4: Speichertermberechnung (S) f Georgen. Die Massenbilanzwerte vom 3.2 Dateninput 22

3.2 Dateninput

Der Dateninput ist bei den zwei Versionen, der Excel und der Matlab Version, sehr verschieden. Beim Matlab mussen¨ die Daten in Form einer Datei vorliegen und eingelesen werden, wohingegen in der Excel Version die Daten in die dafur¨ vorgesehenen Zeilen und Spalten eingetragen werden mussen.¨

3.2.1 Abfluss

Der Abfluss in mm wird in der Reihenfolge des hydrologischen Jahres eingelesen. Er ist die einzige Komponente der hydrologischen Bilanzgleichung 4.2 die direkt eingelesen wird, da die anderen Komponenten uber¨ das Modell bestimmt werden.

3.2.2 Speicherterm

Der Speicherterm in mm wird als einzelner Jahreswert eingelesen und aus den Mas- senbilanzdaten, die auf das jeweilige Einzugsgebiet bezogen werden, gewonnen (siehe Kapitel 3.1.4).

3.2.3 Schneebedeckung

Auch die Schneebedeckung wird wieder in der Reihenfolge des hydrologischen Jah- res verwendet. Sie wird nicht berechnet, sondern gesch¨atzt und kann bei der Model- lierung eines jeden Einzugsgebietes auch leicht ver¨andert werden, wobei der Wert eins fur¨ 100 Prozent Schneebedeckung steht, und der Wert null fur¨ komplett apere Fl¨achen.

3.2.4 Niederschlag und Niederschlagsgradient

Der Niederschlag wird im Excel nicht direkt eingegeben, sondern als Niederschlags- verteilung in Promille. Im Gegensatz dazu wird im Matlab der Niederschlag direkt eingegeben, also in mm. Teils ¨ahneln sich die eingegebenen Werte in Promille und mm sehr stark, da bei der Umrechnung der Niederschlagswerte in Promille die Mo- natswerte des Niederschlages mit dem Faktor 1000/Summe des Niederschlages aller Monate multipliziert werden. Ist nun die Summe des Niederschlages aller Monate nahe bei 1000, dann ist der Faktor mit dem multipliziert wird fast eins, und daraus folgt, dass der Unterschied sehr klein sein kann. Es wurde versucht einen Niederschlagsgradient zwischen verschiedenen Stationen zu berechnen, die Ergebnisse davon waren aber nicht zufriedenstellend. Sie mussten¨ im 3.2 Dateninput 23

Winter mit den advektiven Niederschl¨agen am gr¨oßten und im Sommer mit den kon- vektiven Niederschl¨agen am kleinsten sein und somit auch einen sinusf¨ormigen Jah- resgang enthalten. Man konnte zwar einen Jahresgang erkennen, aber die Ausreiser waren zu groß und zu unregelm¨aßig verteilt, sodass diese berechneten Gradienten nicht verwendet werden konnten. Deshalb wurden diese Werte manuell angepasst und so ver¨andert, dass man einen sinusf¨ormigen Jahresgang mit hohen Werten im Winter und tiefen Werten im Sommer hat. Der Niederschlagsgradient wird in Pro- zent pro 100 m eingelesen. Niederschlag und Niederschlagsgradient werden in der Reihenfolge des hydrologi- schen Jahres verwendet.

3.2.5 Fl¨achen - H¨ohenverteilung

Mit der Fl¨achen - H¨ohenverteilung werden die Fl¨achen in km2 pro 100 m H¨ohenstufe fur¨ Wald, Gletscher und Gesamtfl¨ache pro Einzugsgebiet eingelesen.

3.2.6 Temperatur und Temperaturgradient

Diese beiden Eingabedaten werden als Monatswerte in der Reihenfolge des hydro- graphischen Jahres benutzt. Die Temperatur wird in ◦C, der Gradient in ◦C pro 100 m eingelesen. Wie beim Niederschlagsgradient wurde auch der Temperaturgradient zwischen vie- len Stationen des Einzugsgebietes berechnet. Nach l¨angerem Testen der berechneten Temperaturgradienten im Modell wurden schließlich die Temperaturgradienten zwi- schen der Station Muhlwald¨ und Nevesstausee verwendet, da diese die vernunftigsten¨ Werte aufwiesen und auch annehmbare Ergebnisse in den Modell¨aufen lieferten. Beim Anpassen des Modells an die Einzugsgebiete wurden diese Gradienten teilwei- se noch ein wenig ver¨andert.

3.2.7 Verdunstung

Die Verdunstung muss nur in der Excel Version des OEZ eingegeben werden. In der Matlab Version wird sie aus den Tagen pro Monat, der gesch¨atzten Schneebe- deckung und der parametrisierten Verdunstung von schneebedeckten (0,5 mm d−1) und schneefreien (2 mm d−1 )Fl¨achen fur¨ alle Monate des hydrologischen Jahres berechnet. Fur¨ die Excel Version wurden dann die Werte aus der Matlab Version verwendet. 3.2 Dateninput 24

3.2.8 Flussiger¨ Speicher

Die Werte fur¨ den flussigen¨ Speicher werden nicht berechnet, sondern sie werden bei der Feineinstellung des Modells so eingegeben, dass die Summe uber¨ alle zw¨olf Monate null ist, und die Werte im Winter negativ sind, was bedeutet, dass vom flussigen¨ Speicher Wasser in den Fluss abfließt. Ab dem Fruhjahr¨ wird der Speicher durch flussigen¨ Niederschlag und Schneeschmelze wieder aufgefullt,¨ d.h. es werden dann positive Werte bis in den Herbst verwendet. Die Werte des flussigen¨ Speichers sind also Tuning Werte, die es erlauben, den Abfluss n¨aher an die gemessenen Werte hinzubringen. Ein Beispiel dafur¨ w¨are der Winter, in dem das Modell keinen Abfluss generiert, da kein Schmelzen stattfindet und aller Niederschlag in fester Form f¨allt. Das heißt, dass im Winter der Abfluss nur durch den Flussig¨ Speicher generiert wird. Nach der Anpassung der Modellierung mit dem flussigen¨ Speicher soll die Differenz zwischen gemessenem und modelliertem Abfluss + - 20 mm sein.

3.2.9 Gradtagfaktor

Auch diese monatlichen Werte in der Reihenfolge des hydrologischen Jahres werden gesch¨atzt und k¨onnen je nach Einzugsgebiet angepasst und ver¨andert werden. Im Winter sind die niedrigsten Werte, ca. 4 mm pro Gradtag und im Sommer die h¨ochsten bei ca. 8 mm pro Gradtag. Dieser Wert ist vor allem im Sommer wichtig, da haupts¨achlich durch ihn die Schmelzmenge bestimmt wird.

3.2.10 Umverteilungsfaktor

Gletscher befinden sich aus gutem Grund vor allem in T¨alern und Karen und seltener auf Kuppen oder Graden. Zum einen wer- den Gletscher durch Lawinen gespeist, die von steilen H¨angen Schnee auf den Glet- scher bringen, zum anderen verfrachtet der Wind Schnee von Graden und K¨ammen in Mulden und T¨aler. ¨ Ein dritter Grund ist in Abbildung 3.1 dar- Abbildung 3.1: Uber dem Tal ist der re- sultierende Vektor (rote Pfeile) aus der gestellt. Man stelle sich vor, dass uber¨ ei- Horizontalgeschwindigkeit und der Verti- nem Tal die Atmosph¨are wie mit einem kalgeschwindigkeit steiler nach unten ge- Deckel abgeschlossen ist, und darunter bei richtet als uber¨ den Bergen, was zu mehr Schneefall ein Wind mit einer gewissen Ge- Niederschlag fuhrt.¨ schwindigkeit bl¨ast, so ist uber¨ dem Tal die Fallgeschwindigkeit der Schneeflocke h¨oher 3.2 Dateninput 25 als uber¨ dem Berg, da der Luft uber¨ dem Tal ein gr¨oßerer Querschnitt zur Durch- str¨omung zu Verfugung¨ steht und damit die Windgeschwindigkeit uber¨ dem Tal geringer ist als uber¨ dem Berg oder Kamm. Der Umverteilungsfaktor wird nicht berechnet, er wird durch Probieren ermittelt, indem man die Modellierung bei einem Umverteilungsfaktor von eins komplett durchfuhrt.¨ Dann wird er schrittweise erh¨oht bis zu einem maximalen Wert, der dadurch beschr¨ankt ist, dass bei einem zu hohen Umverteilungsfaktor zu viel Nie- derschlag auf den Gletscher verteilt wird, und daraus folgt, dass bei der Berechnung des festen Niederschlages auf unvergletscherten Gebiet der Niederschlag dort nega- tive Werte bekommen kann. Er wurde in dieser Arbeit so gew¨ahlt, dass er fur¨ alle vier Einzugsgebiete ¨ahnliche Werte aufweist und gerade noch keine negativen Wer- te fur¨ den festen Niederschlag auf unvergletscherten Fl¨achen erzeugt werden. Der Umverteilungsfaktor wird als einzelner Jahreswert eingegeben. Kapitel 4

Das hydrometeorologische Modell OEZ

Den Modellierungen, die in dieser Diplomarbeit gemacht wurden, liegt das hydro- meteorologische Modell OEZ von Prof. Michael Kuhn und Mag. Nikolaus Batlogg zu Grunde, das fur¨ eine Studie der Osterreichischen¨ Elektrizit¨atswirtschafts- Aktiengesellschaft (Verbundgesellschaft) entwickelt wurde, Kuhn und Batlogg (1999), Kuhn und Escher-Vetter (2004), Kuhn (2000). Es wurde in Microsoft Excel programmiert und umfasst ca. 1000 Zeilen. Im Februar 2007 wurde dieses Programm von Mag. Marc Olefs in ein ca. 900 Zeilen langes Matlab Programm umgeschrieben. Außerdem wurde das Programm fur¨ vergletscherte Einzugsgebiete verbessert, indem ein Umverteilungsfaktor eingefuhrt¨ wurde, der die Schneeverfrachtung von H¨angen und K¨ammen auf Gletscherfl¨achen berucksichtigt,¨ Kuhn (2003). In dieser Diplomarbeit wurde sowohl die Excel Version als auch die Matlab Version verwendet. Die Excel Version wurde zur Modellierung verwendet, da es bei der Feineinstellung der Modells leichter und vor allem schneller handzuhaben ist. Die Matlab Version wurde, nachdem das Modell mit Excel eingestellt worden ist, zum Herstellen der verschiedenen Graphen verwendet.

In diesem Kapitel soll nun die Matlab Version des Programmes genauer be- schrieben werden, sodass der Leser die einzelnen Schritte der Modellierung verstehen kann.

4.1 Erste Arbeitsschritte

Vor dem eigentlichen Programmstart werden folgende Parameter festgelegt, die aber zur besseren Anpassung an ein Einzugsgebiet auch ge¨andert werden k¨onnen:

- Verdunstung von schneefreien Fl¨achen: 2 mm d−1 26 4.1 Erste Arbeitsschritte 27

- Verdunstung von schneebedeckten Fl¨achen: 0,5 mm d−1

- Verdunstung von Waldfl¨achen: 1 mm d−1

-H¨ohe, ab der Verdunstung konstant gesetzt wird, z.B. 2600 m

- Monat, ab dem die Verdunstung gr¨oßer wird, z.B. 4 fur¨ April

- Umverteilungsfaktor > 1

- k1 und k2 zur Anteilsbestimmung des flussigen¨ Niederschlages am Gesamtnie- derschlag mit der Formel

Q = k1 − k2 ∗ TMonat (4.1)

wobei k1 = 0,6 und k2 = 0,55 ist, Sevruk (1985a)

- Bestimmung der maximal erlaubten Abweichung zwischen gemessenem und modelliertem NS: 20 mm

Danach werden die Input-Daten eingelesen:

- gemessener Abfluss des Einzugsgebietes

- Speicherterm

- gesch¨atzte Schneebedeckung

- Gebietsniederschlag

- Niederschlagsgradient

- Fl¨achen / H¨ohenverteilung des Einzugsgebietes

- Temperatur der Referenzstation

- Temperaturgradient

- gesch¨atzter flussiger¨ Speicher

- gesch¨atzter Gradtagfaktor

Als letzte vorbereitende Schritte werden noch die Tage eines jeden Monats ermittelt, bevor dann das eigentliche Programm startet. 4.2 Programmteil 28

4.2 Programmteil

Hier sollte noch kurz erw¨ahnt werden, dass die Einteilung des OEZ in der Matlab Version und der Excel Version ein bisschen unterschiedlich ist. So spricht man in Matlab von drei N¨aherungen, in Excel von vier. Da dieser Unterschied v. a. den Anfang betrifft, kann man sagen, dass das Ergebnis der hier beschriebenen dritten N¨aherung dem Ergebnis der vierten N¨aherung in Excel entspricht.

4.2.1 1. N¨aherung

Begonnen wird mit der Berechnung der 1. N¨aherung der monatlichen Verdunstung in mm aus den Tagen pro Monat, der Schneebedeckung und der Verdunstung von schneefreien bzw. schneebedeckten Fl¨achen. Daraus wird die Jahressumme der Ver- dunstung berechnet. Weiters wird aus den Monatswerten des Abflusses der Jahres- abfluss berechnet. Nun wird uber¨ die Formel

N = A + V + S (4.2) der Jahresniederschlag der 1. N¨aherung berechnet, wobei N fur¨ Niederschlag, A fur¨ Abfluss, V fur¨ Verdunstung und S fur¨ Speicherung steht. Die monatliche Verteilung des Niederschlages wird nun in Tausendstel umgerechnet. Danach wird mit dieser Niederschlagsverteilung der oben berechnete Jahresniederschlag der 1. N¨aherung auf die Monate verteilt. Zum Schluss wird die monatliche Speicherung der 1. N¨aherung berechnet.

4.2.2 2. N¨aherung

Am Anfang wird die Niederschlagsmatrix aus der monatlichen Verteilung des Nie- derschlages in Tausendstel der 1. N¨aherung berechnet. Dies geschieht anfangs nur fur¨ die unterste H¨ohenstufe. Mit Hilfe des Niederschlagsgradienten des jeweiligen Monats wird die Niederschlagsverteilung fur¨ alle H¨ohenstufen des Einzugsgebietes bestimmt. Durch Verwendung des Niederschlagsgradienten in Prozent pro 100 m im Gegensatz zu einem Gradienten in mm pro 100 m wird eine schwach exponen- tielle Zunahme des Niederschlages mit der H¨ohe erreicht, was in der Natur v.a. im Ubergang¨ von abgeschirmten T¨alern zu freien Gipfelregionen beobachtet wird, Kuhn und Batlogg (1999). Diese Niederschlagsverteilung in mm fur¨ jede H¨ohenstufe und jeden Monat wird nun in Volumina umgerechnet, indem die Niederschlagsmatrix mit den Fl¨achen der H¨ohenstufen und einem variablen Wert multipliziert wird. Dieser Wert wird solange ver¨andert, bis die Differenz der in mm umgerechneten Jahressumme aus der Nieder- schlagsvolumenmatrix und der Niederschlagsjahressumme der 1. N¨aherung kleiner 4.2 Programmteil 29 dem angegebenen Grenzwert von drei mm ist. Sobald dieses Kriterium erfullt¨ ist, weiß man, dass die Niederschlagsvolumenmatrix repr¨asentativ ist, da die in mm umgerechnete Jahressumme aus der Niederschlags- volumenmatrix ja fast gleich dem Jahresniederschlag aus der 1. N¨aherung ist. Aus den Monatssummen des Volumens wird die neue Niederschlagsverteilung der 2. N¨aherung in Tausendstel berechnet. Diese Verteilung und der Jahresniederschlag der 1. N¨aherung werden nun verwendet, um den Niederschlag wieder auf die Monate zu verteilen. Unter Verwendung der hydrologischen Bilanzgleichung 4.2 wird nun die Speicherung der 2. N¨aherung aus dem gemessenen Abfluss, der Verdunstung der 1. N¨aherung und dem neu verteilten Niederschlag der 2. N¨aherung berechnet. Weiters wird die Volumenmatrix in eine Matrix des absoluten Niederschlages in mm fur¨ alle H¨ohenstufen und Monate umgerechnet. Im n¨achsten Schritt wird mit den eingelesenen Monatsmitteltemperaturen und den Temperaturgradienten fur¨ jeden Monat eine Temperaturmatrix berechnet, die jede H¨ohenstufe beinhaltet. Daraus wiederum und aus der Formel 4.1 zur Berechnung des festen Niederschlagsanteils wird eine Matrix fur¨ den festen Anteil am Gesamt- niederschlag berechnet. Dieser Anteil ist im Sommer und in tiefen Lagen klarerweise am kleinsten, w¨ahrend er in der H¨ohe und im Winter am h¨ochsten ist. Aus dieser Matrix mit dem festen Anteil des Niederschlages und der Matrix des absoluten Nie- derschlages wird die Matrix des festen Niederschlages in mm erstellt. Unter Verwendung der Temperaturmatrix und der Anzahl an Tagen pro Monat wird danach die Gradtagfaktormatrix berechnet. Alle negativen Werte, also dort wo ne- gative Temperaturen sind, werden null gesetzt. Bis hier her war kein Unterschied zwischen der Version mit Umverteilung und ohne Umverteilung. Nun aber wird in der verbesserten Version mit der Umverteilung auf vergletscherte und unvergletscherte Fl¨achen gesondert eingegangen. Im folgenden Schritt wird deshalb uber¨ die Gradtagfaktormatrix und die Werte des Gradtagfak- tors die Schmelzmatrix fur¨ vergletscherte Fl¨achen berechnet. Fur¨ die Schmelzmatrix der unvergletscherten Fl¨achen multipliziert man die Schmelzmatrix der vergletscher- ten Fl¨achen noch zus¨atzlich mit der Schneebedeckung. Daraus folgt, dass fur¨ jene Monate, wo die Schneebedeckung auf 100 % gesetzt wurde, kein Unterschied in den beiden Schmelzmatrizen zu finden ist. Jetzt wird die Schneebedeckungsmatrix produziert. Dazu wird der Matrix des festen Niederschlages die Schmelzmatrix der unvergletscherten Fl¨achen und die Sublimati- on abgezogen, d.h. also nur der Teil des festen Niederschlages kann Schnee sein, der nicht geschmolzen bzw. nicht sublimiert ist. Im Winter ist die Schmelzmatrix z.B. null, d.h. es wird der Matrix des festen Niederschlages nichts abgezogen. Beim Er- stellen dieser Schneematrix muss man berucksichtigen,¨ dass am Ende eines Monats noch Schnee ubrigbleiben¨ kann, der im nachfolgenden Monat nicht fehlen darf und 4.2 Programmteil 30 zu diesem Monat dazugez¨ahlt werden muss. Nun wird die Verdunstungsmatrix mit Rucksicht¨ auf Jahreszeit, H¨ohe und Ober- fl¨ache erstellt. Zur Verdunstungsberechnung gibt es zwei M¨oglichkeiten, eine wurde von Andreas Meingaßner, Meingaßner (2008), neu programmiert, die andere ist jene die im Programm ursprunglich¨ verwendet wird. Hier wird die Programmierung von Andreas Meingaßner verwendet. Hier wird nun noch kurz auf die unterschiedlichen Vorgangsweisen der beiden M¨oglichkeiten eingehen. Bei beiden Berechnungen wird die Verdunstung uber¨ 2600 m gleich berechnet, in- dem jeder dieser H¨ohenstufen eine Verdunstung von 0,5 mm pro Tag uber¨ das ganze Jahr zugewiesen wird. Darunter wird zwischen Sommermonaten und Wintermona- ten unterschieden, wobei in dieser Arbeit die Sommermonate im April beginnen. Im Sommer ist der Unterschied zwischen den beiden Arten der Verdunstungsberechnung klein. Es wird bei beiden Versionen nur zwischen schneebedeckt und nicht schnee- bedeckt unterschieden. Liegt in einer gewissen H¨ohe in den Sommermonaten also Schnee, so wird in der ursprunglichen¨ Version fur¨ diese H¨ohe die Verdunstung aus dem Produkt von den Tagen pro Monat und der Sublimation uber¨ Schnee (0,5 mm) berechnet. In Meingaßners Version wird in diesem Fall das Produkt aus der Verduns- tung uber¨ Wald von 1 mm, den Tagen pro Monat und dem Anteil der Waldfl¨ache dieser H¨ohenstufe an der Gesamtfl¨ache berechnet, zu dem dann noch das Produkt aus der Sublimation uber¨ Schnee von 0,5 mm, den Tagen pro Monat und dem An- teil der nicht waldbedeckten Fl¨ache an der Gesamtfl¨ache dazugez¨ahlt wird. Ist kein Schnee vorhanden, wird die Verdunstung in beiden F¨allen aus dem Produkt aus den Tagen pro Monat und der Verdunstung von 2 mm uber¨ schneefreien Fl¨achen berechnet. Da aber die Sommermonate ohnehin meist schneefrei sind oder h¨ochstens in der H¨ohe schneebedeckt sind, ist der Unterschied in der errechneten Verdunstung im Sommer sehr klein. Im Winter wird bei Meingaßners Berechnung den H¨ohenstufen mit Wald und Schnee eine Verdunstung von 1 mm pro Tag fur¨ den Wald und 0,5 mm fur¨ den Schnee zu- gewiesen. Diese Verdunstungsraten werden dann wieder mit den Tagen pro Monat multipliziert und dann je nach dem, ob es sich um Verdunstung uber¨ Wald oder uber¨ Verdunstung uber¨ der restlichen waldfreien Fl¨ache handelt, mit diesen Fl¨achen ge- wichtet. Allen restlichen H¨ohenstufen, die nicht gleichzeitig wald- und schneebedeckt sind, wird eine Verdunstung von 0,5 mm pro Tag zugeordnet. In der ursprunglichen¨ Verdunstungsberechnung fur¨ den Winter wurde uberhaupt¨ nicht unterschieden, ob Fl¨achen schneebedeckt sind oder nicht. H¨ohenstufen mit Wald wurde eine Verduns- tungsrate von 1 mm pro Tag zugewiesen, allen anderen 0,5 mm pro Tag. Zusam- mengefasst kann man sagen, dass sich die Unterschiede beider Berechnungen auf den Winter beschr¨anken. Genauer wird auf die Ergebnisse der Verdunstungsberechnung aber in Kapitel 6 eingegangen. 4.2 Programmteil 31

Diese Verdunstungsmatrix in mm wird darauf in Volumina (m3) umgerechnet. Dar- aus wird dann die Summe der Verdunstung der einzelnen Monate berechnet. Diese Volumina pro Monat werden zum Schluss in mm umgerechnet.

4.2.3 3. N¨aherung

Zun¨achst wird der Jahresniederschlag der 2. N¨aherung aus den Niederschlagswerten der 2. N¨aherung berechnet. Dann wird aus dem eingelesenem Speicherterm, dem Abfluss und der Verdunstung der 2. N¨aherung der Jahresniederschlag der 3. N¨aherung bestimmt. Dieser Jahresniederschlag wird dann uber¨ die Niederschlags- verteilung aus der 2. N¨aherung neu auf die Monate verteilt. Danach wird die Speicherung der 3. N¨aherung berechnet. Jetzt wird eine neue Niederschlagsmatrix aus der Niederschlagsmatrix der 2. N¨aherung und dem Verh¨altnis aus dem Jahresniederschlag der 3. zur 1. N¨aherung bestimmt. Nun folgt wieder ein Programmteil, der diese Version von der alten unterscheidet und speziell auf vergletscherte Einzugsgebiete Rucksicht¨ nimmt. Es werden nun n¨amlich zwei Matrizen fur¨ festen Niederschlag generiert, eine fur¨ die unverglet- scherten Fl¨achen, die andere fur¨ die vergletscherten Fl¨achen. Dazu wird zuerst eine neue Niederschlagsmatrix fur¨ festen Niederschlag berechnet, indem die Matrix des festen Niederschlages der 2. N¨aherung mit dem Verh¨altnis aus dem Jahresniederschlag der 3. zur 1. N¨aherung multipliziert wird. Diese Matrix wird dann in Volumina umgerechnet. Im n¨achsten Schritt wird der feste Niederschlag in m3 fur¨ vergletscherte Fl¨achen bestimmt. Das geschieht wieder durch Bildung des Produktes von der Matrix des festen Niederschlages der 2. N¨aherung mit dem Verh¨altnis aus dem Jahresniederschlag der 3. zur 1. N¨aherung und durch die weitere Multiplikation mit dem Umverteilungsfaktor und der Gletscherfl¨ache. Fur¨ die unvergletscherten Fl¨achen wird dann einfach dieses Niederschlagsvolumen vom gesamten festen Niederschlag abgezogen. Anschließend werden die Volumina wieder in mm umgerechnet. Zieht man nun diese beiden Matrizen in mm, jeweils nach vergletscherter oder unvergletscherter Fl¨ache gewichtet, von der Matrix des Gesamtniederschlages ab, so erh¨alt man die Regenmatrix. Als n¨achstes wird die Schneematrix in mm fur¨ unvergletschertes Gebiet berechnet. Zur Berechnung der ersten Spalte wird von der Matrix des festen Niederschlages fur¨ unvergletscherte H¨ohen ausgegangen, von der die Schmelzmatrix und Verdunstung abgezogen werden. Zur Fullung¨ der restlichen Spalten wird wieder gleich vorge- gangen wie bei der ersten Schneematrix, d.h. die Schneewerte des vorhergehenden Monats mussen¨ zu dem zu berechnenden Monat dazugez¨ahlt werden, davon wird wieder die Schmelze und die Sublimation abgezogen. Treten negative Werte auf 4.2 Programmteil 32 werden diese null gesetzt, da man keinen negativen Schnee haben kann. Jetzt wird die Gletschermassenbilanz berechnet. Diese wird prinzipiell gleich berechnet wie die Schneematrix, nur werden jeweils die auf den Gletscher bezogenen Matrizen verwendet, d.h. ausgegangen wird von der Matrix des festen Nieder- schlages fur¨ vergletscherte Fl¨achen, von der die Schmelzmatrix fur¨ vergletscherte Fl¨achen und die Verdunstung abgezogen werden. Aus der so gebildeten Schneematrix fur¨ unvergletschertes Gebiet wird die letzte Spalte, also die Spalte des Monats September, verwendet um die Schneerucklage¨ im Haushaltsjahr zu berechnen. Es wird sozusagen eine Massenbilanz fur¨ den Schnee gerechnet, die aber nie negativ sein kann, sondern nur null oder positiv. Im positiven Fall besitzen nur die h¨ochsten Fl¨achen eine Schneerucklage.¨ Auch fur¨ die vergletscherten Gebiete wird die Massenbilanz berechnet, die hier aber sehr wohl negativ sein kann bzw. meist auch ist. Es wird die spezifische Bilanz pro H¨ohenstufe berechnet, aus der dann die Gesamtbilanz sowohl auf die Gletscherfl¨ache als auch auf die Gesamtfl¨ache des Einzugsgebietes berechnet wird. Nun wird die Matrix fur¨ den Schmelzabfluss aus der nichtvergletscherten Fl¨ache bestimmt. Schmelzen kann aber nur der Anteil vom festen Niederschlag der nach der Sublimation noch da ist. Das heißt von der Summe aus dem festen Niederschlag der 2. N¨aherung und der Schneematrix des unvergletscherten Gebietes wird die Sublimation abgezogen, und man erh¨alt die Schmelzabflussmatrix. Naturlich¨ darf der Schmelzwasserabfluss nicht gr¨oßer sein als die potentiell m¨ogliche Schmelze. Deshalb wird, sollte ein Wert in der Schmelzabflussmatrix gr¨oßer sein als jener Wert in der Matrix fur¨ die potentiell m¨ogliche Schmelze, dieser Wert dem Wert der potentiell m¨oglichen Schmelze gleichgesetzt. Negative Werte werden null gesetzt. Daraus wird noch der Abfluss pro H¨ohenstufe und der Gesamtabfluss berechnet. Fur¨ den Schmelzwasserabfluss der vergletscherten Fl¨achen wird eine Matrix erstellt, in der der Schmelzwasserabfluss fur¨ jene H¨ohenstufen, wo Gletscherfl¨achen sind, gleich der Schmelzmatrix gesetzt wird. Daraus wird wieder der Abfluss pro H¨ohenstufe und der Gesamtabfluss, der vom Gletscher produziert wird, berechnet. Weiters wird eine Matrix berechnet, in der nur die vom Gletscher resultierende Schmelze vorkommt, indem von der Schmelzmatrix fur¨ vergletscherte Fl¨achen die allgemeine Schmelzmatrix abgezogen wird. Das Volumen des Gesamtschmelzwasserabfluss wird aus der Summe vom Abfluss aus dem vergletscherten und dem unvergletscherten Gebiet berechnet. Daraus werden Monatssummen ausgerechnet, die dann in mm umgerechnet werden. Die Summe daraus bildet die Jahressumme des Schmelzwasserabflusses in mm. Die Matrix fur¨ den Gesamtschmelzwasserabfluss in m3 wird in weiterer Folge auch in mm umgerechnet. Jetzt wird der Regenabfluss berechnet, indem von der Regenmatrix die Verdunstung 4.3 Empfindlichkeit 33 des gefallenen Regens abgezogen wird. Diese Verdunstung ist das Produkt aus dem Anteil des flussigen¨ Niederschlages am Gesamtniederschlag und der Verduns- tungsmatrix. Danach erfolgt die Umrechnung in m3 und daraus die Berechnung der Monatssummen des Regenabflusses. Die Monatssummen werden wiederum in mm umgerechnet, und daraus wird die Jahressumme des Regenabflusses berechnet. Nun kann aus den Monatssummen des Gesamtschmelzwasserabflusses und des Regenabflusses der Gesamtabfluss berechnet werden. Mit diesen neu berechneten Abflusswerten kann nun die Speicherung der 4. N¨aherung neu berechnet werden. Dazu wird vom Niederschlag der 3.N¨aherung die Verdunstung der 2. N¨aherung und der gerade oben berechnete Gesamtabfluss abgezogen (Formel 4.2). Weiters wird dann noch der Gesamtabfluss aus dem Schmelzwasserabfluss und Regenwasserabfluss gerechnet. Im n¨achsten Schritt wird die Differenz zw. dem modellierten und dem gemessenen Abfluss berechnet. Die Differenz sollte innerhalb der am Anfang definierten Grenzen liegen. Weiters wird jetzt zum modellierten Abfluss ein vom Modellierer selbst zu bestimmender aber realistischer Flussigspeicherwert¨ dazugez¨ahlt und ein neuer Abfluss berechnet. Wichtig ist, dass dieser Flussigspeicherwert¨ in Summe null sein muss. Wieder wird die Differenz zum gemessenen Abfluss berechnet und ein neuer Speicherterm bestimmt.

4.3 Empfindlichkeit

Das OEZ Modell reagiert je nach Monat verschieden stark auf Anderungen¨ irgend- eines Parameters. Wie es auf welche Anderungen¨ reagiert, wird hier behandelt.

4.3.1 Anderung¨ des Gradtagfaktors

Der Gradtagfaktor fließt in die Berechnung der potentiellen Schmelze fur¨ verglet- schertes und unvergletschertes Gebiet ein. Da die potentielle Schmelze aus dem Produkt von Gradtagfaktor, den positiven Gradtagen und der Schneebedeckung be- rechnet wird, kann sich bei Ver¨anderungen des Gradtagfaktors nur dort was ¨andern, wo positive Gradtage sind, d.h. vor allem im Sommer. In allen H¨ohenstufen eines Monats, wo negative Temperaturen und damit auch negative Gradtage sind, verur- sacht eine Anderung¨ des Gradtagfaktors keine Anderungen,¨ da dort die potentielle Schmelze ohnehin null ist. In weiterer Folge wirkt sich eine Anderung¨ des Gradtagfaktors naturlich¨ auf die modellierten Abflusswerte und Massenbilanzwerte aus, da diese zwei Faktoren stark von der Schmelze abh¨angen. 4.3 Empfindlichkeit 34

4.3.2 Anderung¨ der Schneebedeckung

Auch die Schneebedeckung wird zur Berechnung der potentiellen Schmelze verwen- det, aber nicht wie der Gradtagfaktor fur¨ vergletschertes und unvergletschertes Ge- biet, sondern nur fur¨ unvergletschertes Gebiet. Die Schneebedeckung geht als mo- natlicher Faktor in diese Berechnung ein und liegt im Winter bei eins, was fur¨ 100% Schneebedeckung steht, im Sommer unter eins, was dementsprechend fur¨ eine ge- ringere Schneebedeckung spricht. Die Schneebedeckung hat also nur einen Einfluss auf die potentielle Schmelze, wenn sie unter eins liegt, also nur außerhalb der Win- termonate. Dann ist sie ein die potentielle Schmelze reduzierender Faktor. Zus¨atzlich wirkt sie sich noch auf den Schmelzwasserabfluss von Gletscherfl¨achen aus, da man bei dieser Schmelzwasserabflussberechnung die Differenz zw. der po- tentiellen Schmelze von vergletschertem Gebiet und unvergletscherten Gebiet durch die Schneebedeckung dividiert. Der Einfluss der Schneebedeckung auf die Modellie- rung ist also umso kleiner je n¨aher der Wert bei eins liegt.

4.3.3 Anderung¨ des Niederschlagsgradienten

Anderungen¨ des Niederschlagsgradienten haben betr¨achtlichen Einfluss auf die gan- ze Modellierung, da er zur Berechnung des Niederschlages fur¨ alle H¨ohenstufen ver- wendet wird. Erh¨oht man den Niederschlagsgradienten im Winter, so ¨andert sich der Abfluss im Winter naturlich¨ nicht, da dieser zus¨atzliche Niederschlag in fester Form f¨allt, im Sommer jedoch steigt der Abfluss, da mehr Schnee zum Schmelzen zur Verfugung¨ steht. Weiters wird die Massenbilanz in der Modellierung weniger negativ. Andert¨ man den Niederschlagsgradienten im Sommer, so ¨andert sich der Abfluss unmittelbar mit der Anderung¨ des Gradienten, da der zus¨atzlich gefallene Niederschlag fast ausschließlich als Regen f¨allt und sofort abfließt. Der Einfluss auf die Massenbilanz ist im Sommer vernachl¨assigbar klein.

4.3.4 Anderung¨ des Temperaturgradienten

Der Temperaturgradient dient zur Bestimmung der Temperaturen fur¨ alle H¨ohen und hat damit direkten Einfluss auf die Bestimmung des festen Niederschlages und auf die Gradtage. Durch den direkten Einfluss auf den festen Niederschlag bestimmt er auch stark den Abfluss mit. Einerseits erfolgt bei einer Vergr¨oßerung des Tempe- raturgradienten im Herbst eine Verminderung des Abflusses, da es mit zunehmender H¨ohe fruher¨ k¨alter wird und somit der feste Niederschlag zunimmt, andererseits stei- gert es den Abfluss im Sommer, da dann dort mehr Schnee zum Schmelzen vorliegt. Andert¨ man den Gradienten im Sommer, erfolgt die Reaktion des Modells sofort. Erh¨oht man die ohnehin schon hohen Gradienten im Sommer in einem Monat, so 4.3 Empfindlichkeit 35 wird es mit zunehmender H¨ohe schneller k¨alter und der Abfluss ist geringer. Im Monat darauf ist der Abfluss aber viel h¨oher, da der Schnee, der im Monat zuvor nicht geschmolzen ist, noch zum Schmelzen zur Verfugung¨ steht. Verkleinert man den Gradienten, hat man in diesem Monat einen viel gr¨oßeren Abfluss, im darauf- folgenden einen viel kleineren, da dort dann weniger Schnee zum Schmelzen zur Verfugung¨ steht. Ist die Temperatur der untersten Schicht von Anfang an negativ, so verursacht eine Anderung¨ des Temperaturgradienten klarerweise keine Anderung.¨

4.3.5 Anderung¨ des Umverteilungsfaktors

Der Umverteilungsfaktor wirkt direkt auf die Berechnung des festen Niederschlages auf Gletscherfl¨achen, da dort um den Faktor seines Wertes mehr Niederschlag er- zeugt wird. Daraus folgt, dass er sich auch auf die Massenbilanz auswirkt. Auf den Abfluss wirkt er sich indirekt auch aus, da er mehr festen Niederschlag auf dem Gletscher verteilt als uber¨ dem unvergletscherten Fl¨achen. Er beeinflusst aber nur den Schmelzwasserabfluss, der Regenwasserabfluss wird nicht beeinflusst, da dieser aus der Differenz von gesamtem Niederschlag und festem Niederschlag berechnet wird, und sich der feste Niederschlag in Summe nicht ¨andert. Bei der Erh¨ohung der Umverteilungsfaktors ist es wichtig darauf zu achten, dass man ihn nicht zu groß w¨ahlt, da es dann dazu kommen kann, dass bei der Berechnung des festen Niederschlages fur¨ unvergletscherte Gebiete mehr fester Niederschlag fur¨ ver- gletscherte Gebiete vom Gesamtniederschlag abgezogen wird als zur Verfugung¨ steht, was zur Folge hat, dass der feste Niederschlag auf den unvergletscherten Fl¨achen ne- gativ wird. Hier wird dieser Fall als die obere Grenze fur¨ den Umverteilungsfaktor angesehen. Kapitel 5

Modellierung

Dieses Kapitel behandelt die genaue Vorgehensweise bei der Modellierung der einzelnen Einzugsgebiete. Alle vier Einzugsgebiete werden einzeln behandelt, und Ahnlichkeiten¨ bzw. Besonderheiten werden versucht zu erkl¨aren.

5.1 Vorgehensweise bei der Modellierung

Zum Modellieren des Abflusses wurde die Excel Version des OEZ verwendet. An- fangs wurden dabei die Eingabedaten an den dafur¨ vorgesehenen Stellen in der Excel Datei eingefugt.¨ Daten wie etwa der Abfluss, Niederschlag und Temperatur wurden nicht manuell ver¨andert, es wurden nur verschiedene Modellierungsversuche pro Ein- zugsgebiet mit Mitteln aus verschiedenen Stationen durchgefuhrt.¨ Ziel war es einen Abfluss zu modellieren, der im Winter unter dem Gemessenen und im Sommer daruber¨ ist. Zus¨atzlich sollte der modellierte Abfluss noch phasengleich mit dem Gemessenen sein, d.h. das Maximum und Minimum sollte vom Modell in dem Monat generiert werden in dem es auch tats¨achlich auftritt. Im Winter ist der modellierte Abfluss immer kleiner als der Gemessene, da bei negativen Temperaturen in den untersten Schichten durch die negativen Tempera- turgradienten die Temperatur in keiner Schicht uber¨ dem Gefrierpunkt ist, und so kein Schmelzen stattfindet, was einen Abfluss zur Folge h¨atte. Gelingt es mit all den eingegebenen Parametern ohne Eingabe des flussigen¨ Speichers einen solchen Abfluss zu generieren, wird der Flussigspeicher¨ dann so eingegeben, dass die Differenz zwischen modelliertem und eingegebenem Abfluss in allen Mo- naten kleiner + - 20 mm ist. Da der Flussigspeicher¨ im Winter negative und im Sommer positive Werte haben soll, ist es eben wichtig, dass der modellierte Abfluss im Winter unter dem eingegebenen Wert und im Sommer daruber¨ liegt. Wichtig ist auch darauf zu achten, dass der eingegebene und modellierte Speicherterm fast gleich sind.

36 5.2 Eingabewerte fur¨ die vier Einzugsgebiete 37

Ein wichtiger Faktor bei der Modellierung war es auch, dass alle eingegebenen Werte den zu erwartenden qualitativen Jahresgang aufweisen, d.h. Niederschlagsgradient und Schneebedeckung ihre gr¨oßten Werte im Winter haben, der Temperaturgradient und Gradtagfaktor dagegen im Sommer. Dieses Kriterium wurde logischerweise von berechneten Eingabedaten wie Niederschlag und Temperatur erfullt,¨ bei anderen gab es dabei aber Probleme, die gr¨oßten beim Niederschlagsgradient. Nach Fertigstellung der Modellierung in Excel werden die Daten in die Eingabeda- teien fur¨ Matlab ubertragen.¨ Dann wird das Matlab Programm gestartet und nach Uberpr¨ ufung¨ der Ubereinstimmung¨ der Ergebnisse von Matlab und Excel werden im Matlab die Graphen erzeugt.

5.1.1 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien

Bei der Modellierung des Abflusses fur¨ verschiedene Klimaszenarien wurde nur die Temperatur und Niederschlag ver¨andert. Alle anderen Parameter wurden gleich be- lassen. Nur der Flussigspeicher¨ musste teilweise angepasst werden. In Summe musste er aber auch hier null sein.

5.2 Eingabewerte fur¨ die vier Einzugsgebiete

Fur¨ jedes Einzugsgebiet getrennt wird hier eine Tabelle angefuhrt,¨ in der man alle eingegebenen Parameter sehen kann. Die Werte sind in der Reihenfolge des hydro- logischen Jahres angefuhrt,¨ das im Oktober beginnt. Weiters wird angegeben, von welchen Stationen die Daten bezogen wurden und uber¨ welchen Zeitraum. Verdunstung, Niederschlagsgradient, Gradtagfaktor, Schneebedeckung und Tempe- raturgradient ¨ahneln sich fur¨ alle Einzugsgebiete sehr stark, da die Einzugsgebiete ja geographisch eng zusammenh¨angen und deshalb in diesen Parametern ¨ahnliche Werte haben mussen.¨ Weitere Informationen zur Berechnung der Eingabewerte und zum Dateninput fin- det man in Kapitel 3.2.

5.2.1 Einzugsgebiet St. Georgen

Die Abflusswerte wurden vom Pegel St. Georgen verwendet und starten im J¨anner 1986. Auch die Niederschlags- und Temperaturdaten wurden ab 1986 verwendet, wobei der Niederschlag aus dem Mittel aller Stationen im Einzugsgebiet berechnet wurde, die Temperatur jedoch nur aus dem Mittel der tiefen Stationen, die in diesem Fall Gais, Muhlen¨ und Sand in Taufers sind. 5.2 Eingabewerte fur¨ die vier Einzugsgebiete 38

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Abfluss [mm] 76 49 35 30 25 30 38 146 208 199 139 88 Verdunstung [mm] 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 Niederschlag [mm] 97 88 48 38 32 48 69 95 134 131 128 85 N-Jahresgang [h] 97 89 49 38 32 48 69 95 135 132 129 85 Temperatur [◦C] 8,3 2,3 -2,8 -4,1 -1,2 4 7,6 12,8 16 18 17,7 13,4 N-Gradient 0,075 0,079 0,083 0,085 0,083 0,065 0,047 0,04 0,055 0,07 0,074 0,077 [*100 % 100m−1] T-Gradient -0,52 -0,36 -0,17 -0,13 -0,36 -0,59 -0,64 -0,69 -0,68 -0,67 -0,65 -0,5 [◦C 100m−1] Gradtagfaktor 5,1 4,5 4 4 4 5 5,5 5,7 6,5 6,4 6 5,6 [mm Gradtag−1] Schneebedeckung 0,9 1 1 1 1 1 0,8 0,75 0,65 0,65 0,65 0,7 [*100%] Flussigspeicher¨ 12 -33 -30 -25 -19 -13 7 30 22 10 30 9 [mm] Speicherterm [mm] -29 Umverteilungsfaktor 1,65

Tabelle 5.1: Eingabedaten fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen

5.2.2 Einzugsgebiet Kematen

Fur¨ das Einzugsgebiet Kematen wurden die Abflusswerte vom Pegel in Kematen ab dem Jahr 1986 verwendet. Die Niederschlagsverteilung wurde prinzipiell gleich wie fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen berechnet, es wurden aber die Stationen Gais, Muhlwald¨ und Nevesstausee nicht verwendet, da sie ja nicht mehr in Einzugsgebiet von Kematen liegen. Ahnliches¨ gilt auch fur¨ die Temperatur, wo man eigentlich nur mehr die tiefen Stationen des Einzugsgebietes von Kematen verwenden wollte, d.h. Sand in Taufers und Muhlen.¨ Da aber dann die Messzeitreihe Lucken¨ gehabt h¨atte und kurzer¨ gewesen w¨are, wurden die Temperaturwerte unter Einbeziehen der Station von Gais berechnet, sodass fur¨ die Temperaturen bei der Modellierung von Kematen die selben Werte verwendet wurden wie fur¨ St. Georgen. 5.2 Eingabewerte fur¨ die vier Einzugsgebiete 39

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Abfluss [mm] 83 50 32 23 18 24 39 160 239 228 165 101 Verdunstung [mm] 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 Niederschlag [mm] 90 84 49 40 32 48 61 90 124 126 118 82 N-Jahresgang [h] 95 89 52 42 34 51 65 95 132 133 125 86 Temperatur [◦C] 8,3 2,3 -2,8 -4,1 -1,2 4 7,6 12,8 16 18 17,7 13,4 N-Gradient 0,075 0,079 0,083 0,085 0,083 0,065 0,047 0,04 0,055 0,07 0,074 0,077 [*100 % 100m−1] T-Gradient -0,52 -0,36 -0,17 -0,13 -0,36 -0,6 -0,64 -0,69 -0,68 -0,67 -0,65 -0,5 [◦C 100m−1] Gradtagfaktor 5,1 4,5 4 4 4 5 5,5 5,7 6,5 6,4 6 5,6 [mm Gradtag−1] Schneebedeckung 0,9 1 1 1 1 1 0,8 0,75 0,65 0,65 0,65 0,7 [*100%] Flussigspeicher¨ 0 -36 -27 -18 -14 -11 0 35 27 10 20 14 [mm] Speicherterm [mm] -41 Umverteilungsfaktor 1,65

Tabelle 5.2: Eingabedaten fur¨ das Einzugsgebiet Kematen

5.2.3 Einzugsgebiet Steinhaus

Die Abflusswerte wurden von der Pegelstation in Steinhaus ab dem Jahr 1986 ver- wendet. Die nennenswerten Unterschiede zu den Modellierungen von St. Georgen und Kematen liegen vor allem in der Niederschlagsverteilung und der Temperatur, die aus dem Mittel der Stationen Steinhaus und Prettau gewonnen wurden.

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Abfluss [mm] 89 58 42 33 26 31 45 182 269 251 167 106 Verdunstung [mm] 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 Niederschlag [mm] 91 84 57 42 38 52 64 92 127 133 125 85 N-Jahresgang [h] 92 85 58 42 38 53 64 93 128 134 126 86 Temperatur [◦C] 6,9 0,7 -3,2 -3,6 -1,9 1,7 5,1 10,2 13,3 15,6 15,4 11,2 N-Gradient 0,075 0,079 0,083 0,085 0,083 0,065 0,047 0,04 0,055 0,06 0,065 0,077 [*100 % 100m−1] T-Gradient -0,52 -0,36 -0,17 -0,13 -0,36 -0,59 -0,64 -0,73 -0,73 -0,73 -0,68 -0,52 [◦C 100m−1] Gradtagfaktor 5,1 4,5 4 4 4 5 5,5 5,7 6,5 6,4 6 5,6 [mm Gradtag−1] Schneebedeckung 0,9 1 1 1 1 1 0,8 0,75 0,65 0,65 0,65 0,7 [*100%] Flussigspeicher¨ 8 -43 -29 -21 -14 -12 0 28 20 15 28 20 [mm] Speicherterm [mm] -26 Umverteilungsfaktor 1,54

Tabelle 5.3: Eingabedaten fur¨ das Einzugsgebiet Steinhaus 5.2 Eingabewerte fur¨ die vier Einzugsgebiete 40

5.2.4 Einzugsgebiet Rein

Der Abfluss wurde von der Pegelstation in Rein ab dem Jahre 1988 verwendet. Niederschlag und Temperatur wurden nur von der Station Rein verwendet; der Nie- derschlag ab 1986, wobei das Jahr 1987 fehlt, die Temperatur ab 1990 wobei die Jahre 1992 und 1993 fehlen.

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Abfluss [mm] 87 43 26 17 13 19 34 182 294 284 209 114 Verdunstung [mm] 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 Niederschlag [mm] 81 98 49 45 38 52 61 97 143 129 112 81 N-Jahresgang [h] 82 99 49 46 39 52 61 99 145 131 114 82 Temperatur [◦C] 4,8 -1,7 -6 -7,1 -4,7 0 2,7 7,6 11,2 13,4 13 9 N-Gradient 0,075 0,079 0,083 0,085 0,083 0,065 0,047 0,04 0,055 0,07 0,074 0,077 [*100 % 100m−1] T-Gradient -0,52 -0,36 -0,17 -0,13 -0,36 -0,55 -0,64 -0,68 -0,71 -0,67 -0,65 -0,5 [◦C 100m−1] Gradtagfaktor 5,1 4,5 4 4 4 5 5,5 5,7 6,5 6,4 6 5,6 [mm Gradtag−1] Schneebedeckung 0,9 1 1 1 1 1 0,8 0,75 0,65 0,65 0,65 0,7 [*100%] Flussigspeicher¨ -29 -35 -17 -9 -5 -10 -3 5 50 50 0 3 [mm] Speicherterm [mm] -48 Umverteilungsfaktor 1,56

Tabelle 5.4: Eingabedaten fur¨ das Einzugsgebiet Rein Kapitel 6

Ergebnisse

6.1 Modellierung der Ausgangslage

In diesem Kapitel wird im Detail auf die Ergebnisse der Abflussmodellierung fur¨ alle Einzugsgebiete eingegangen. Am genauesten wird dabei die Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet von St. Georgen beschrieben. Bei den anderen dreien werden nur Besonderheiten und Unterschiede hervorgehoben, da aufgrund der r¨aumlichen N¨ahe der vier Einzugsgebiete die Modellierungen sehr ¨ahnlich sind.

6.1.1 Einzugsgebiet St. Georgen

Die 1. N¨aherung besteht im Grunde genommen aus den Eingabewerten und wird hier nur vollst¨andigkeitshalber angegeben. Die 2. N¨aherung unterscheidet sich von der 1. nur im Niederschlag und in der Spei- cherung. Da in der 2. N¨aherung der Niederschlag uber¨ den Niederschlagsgradienten, die Fl¨achen- / H¨ohenverteilung, einen ver¨anderbaren Referenzwert und den Nieder- schlagsverlauf in Promille neu ermittelt wird, ¨andert sich auch die Speicherung, die nach der hydrologischen Bilanzgleichung 4.2 berechnet wird. In Summe bleiben aber auch Speicherung und Niederschlag gleich, da bei der Berechnung des Niederschla- ges der Referenzwert solange angepasst wird, bis der Jahresniederschlag gleich dem anfangs Eingegebenen ist. Betrachtet man Niederschlag und Niederschlagsvolumen in Abbildung 6.1, so sieht man sehr sch¨on die leicht potentielle Zunahme des Niederschlages mit der H¨ohe, die durch Verwendung eines prozentuellen Niederschlagsgradienten erreicht wird. Beim Niederschlagsvolumen f¨allt auf, dass in mittlerer H¨ohe, also in H¨ohen von 2000 - 2500 m H¨ohe die h¨ochsten Werte sind. Der Grund dafur¨ ist, dass dort das Produkt aus Fl¨ache und Niederschlag am gr¨oßten ist. Von der 2. auf die 3. N¨aherung bleibt nur der Abfluss der selbe, alle anderen hydrologischen Gr¨oßen ver¨andern sich. Die Verdunstung, die anfangs als monat-

41 6.1 Modellierung der Ausgangslage 42

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1.N¨aherung Niederschlag 127 116 64 50 41 63 90 124 177 172 169 111 1304 Abfluss 76 49 35 30 25 30 38 146 208 199 139 88 1063 Verdunstung 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 270 Speicherung 31 52 13 4 2 17 28 -49 -62 -59 -2 -5 -29 2.N¨aherung Niederschlag 138 132 77 61 50 60 69 87 149 175 181 124 1303 Abfluss 76 49 35 30 25 30 38 146 208 199 139 88 1063 Verdunstung 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 270 Speicherung 42 68 26 16 11 15 7 -86 -90 -55 10 8 -30 3.N¨aherung Niederschlag 153 147 85 68 55 67 76 96 165 195 201 138 1445 Abfluss 76 49 35 30 25 30 38 146 208 199 139 88 1063 Verdunstung 16 19 21 21 19 20 31 46 53 55 55 53 411 Speicherung 61 78 29 17 11 17 7 -96 -96 -59 7 -3 -29 4.N¨aherung Niederschlag 153 147 85 68 55 67 76 96 165 195 201 138 1445 Abfluss 87 39 25 20 15 19 40 150 218 207 149 97 1064 Verdunstung 16 19 21 21 19 20 31 46 53 55 55 53 411 Speicherung 51 88 39 26 21 29 5 -100 -106 -68 -3 -12 -30 Abfluss berechnet-modelliert 11 -10 -10 -10 -10 -11 2 4 10 8 10 9 1 Weitere Ergebnisse der Modellierung 3 Schneerucklage¨ im September 342000 m Schneerucklage¨ auf EZ 1 mm Massenbilanz auf EZ bezogen -30 mm Massenbilanz Gletscher -766 mm Gletscherspende 106 mm Schmelzabfluss 449 mm Regenabfluss 615 mm Gesamtabfluss 1064 mm H¨ohe der Gleichgewichtslinie 3000 - 3100 m

Tabelle 6.1: Ergebnisse der Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen

800

6 x 10 600

8 400 6 4

Niederschlag (mm) 200 2 9 8 Niederschlag (m³) 7 6 5 3000 4 3000 9 2500 8 2500 3 6 7 2 2000 5 2000 1 3 4 1500 1 2 1500 12 1000 11 12 11 Monat 10 Höhe (m) 1000 10 Höhe (m) Monat

Abbildung 6.1: Niederschlag in mm (links) und Niederschlagsvolumen in m 3 (rechts) der 2. N¨aherung. licher Wert eingegeben wurde, wird jetzt fur¨ alle Monate und H¨ohenstufen in Abh¨angigkeit von der Bodenbedeckung, der Schneedecke, der H¨ohe und den Tagen pro Monat neu berechnet. An dieser Stelle wird nun auf die unterschiedlichen Ergebnisse der Verdunstungs- 6.1 Modellierung der Ausgangslage 43 berechnung zwischen der Version von Andreas Meingaßner und der ursprunglichen¨ im Modell verwendeten Version von Batlogg und Kuhn eingegangen. In den Abbildungen 6.2 und 6.3 kann man leicht die Unterschiede erkennen, und es sticht sofort ins Auge, dass sich eigentlich nur im Winter unterhalb von ca. 2500 m was ¨andert. Bei der Berechnung der Verdunstung in mm nach Kuhn und Batlogg ¨andert sich die Verdunstung mit zunehmender H¨ohe nur einmal, dort wo man in den H¨ohenbereich kommt, fur¨ den die Verdunstung ubers¨ ganze Jahr gleich gesetzt wird. Unterhalb bleibt sie gleich und ¨andert sich von Monat zu Monat nur aufgrund der Anzahl der Tage pro Monat. Bei der Berechnung nach Meingaßner wird aber auf Schneebedeckung, Anteil des Waldes an Ge- samtfl¨ache und Anteil der unbewaldeten Fl¨ache an der Gesamtfl¨ache Rucksicht¨ genommen, wodurch man ein anderes Ergebnis erh¨alt. Nur in den Monaten, in denen man uber¨ alle H¨ohenstufen Schnee hat, also hier Dezember, J¨anner und Februar, hat man auch einen ziemlich konstanten Wert uber¨ alle H¨ohen, bis mit Ruckgang¨ der Waldfl¨ache auch ein deutlicher Ruckgang¨ in der Verdunstung auftritt.

6 x 10

60 2.5 2 40 1.5 20 1 9 9 8 0.5 8

Verdunstung (mm) 0 7 7 3500 6 6 5 Verdunstungsvolumen (m³) 5 3000 4 3000 4 2500 3 2500 3 2 2 2000 1 2000 1 1500 12 1500 12 11 11 1000 Monat Monat Höhe (m) 10 Höhe (m) 1000 10

Abbildung 6.2: Verdunstung in mm (links) und als Volumen in m 3 (rechts) nach der Berechnung von Meingaßner

Da die Verdunstungswerte in mm in weiterer Folge mit den Gesamtfl¨achen der jeweiligen H¨ohenstufe multipliziert werden und so ein Volumen berechnet wird, ver¨andert sich bei anderen Verdunstungswerten in mm auch das Volumen. In den Bereichen, wo sich die beiden berechneten Verdunstungen in mm schon nicht un- terscheiden, findet man verst¨andlicherweise auch bei den Volumensberechnungen keine Unterschiede, d.h. uber¨ 2600 m und im Sommer. Je gr¨oßer die Fl¨ache der H¨ohenstufe, desto gr¨oßer auch das berechnete Volumen. Daraus l¨asst sich auch das Maximum in der untersten H¨ohenstufe erkl¨aren und das darauf folgende Minimum in den H¨ohenstufen daruber.¨ Im Winter sind die Unterschiede wieder leicht ersicht- lich. In der Version von Meingaßner ist das Verdunstungsvolumen im Winter kleiner 6.1 Modellierung der Ausgangslage 44 als bei der Version von Kuhn. Weiters ist in Meingaßners Version das Maximum im Verdunstungsvolumen im Winter in tieferen Lagen als das Maximum im Sommer, wohingegen das Maximum sowohl im Sommer als auch im Winter bei der Version von Kuhn in der selben H¨ohenstufe liegt.

6 x 10

60 2.5 2 40 1.5 20 1 9 9 8 0.5 8

Verdunstung (mm) 0 7 7 3500 6 6 5 Verdunstungsvolumen (m³) 5 3000 4 3000 4 2500 3 2500 3 2 2 2000 1 2000 1 1500 12 1500 12 11 11 1000 Monat Monat Höhe (m) 10 Höhe (m) 1000 10

Abbildung 6.3: Verdunstung in mm (links) und als Volumen in m 3 (rechts) nach der Berechnung von Kuhn

Uber¨ das Verdunstungsvolumen werden dann die monatlichen Verdunstungs- werte in mm berechnet. Aus der Summe der Jahresverdunstung, des Speicherterms und des Abflusses errechnet man den Jahresniederschlag, der verwendet wird, um die neue Niederschlagsverteilung in Promille zu berechnen. Daraus folgt, dass durch Verwendung der Verdunstungsberechnung von Meingaßner weniger Niederschlag resultiert, da ja auch weniger Verdunstung erzeugt wird. Mit dem Jahresniederschlag und der Niederschlagsverteilung erfolgt dann die Berechnung des Niederschlages der 3.N¨aherung. Da sich zwei der drei Glieder, die zur Berechnung der Speicherung notwendig sind, ver¨andert haben, ¨andert sich auch diese wieder. Von der 3. N¨aherung auf die 4. ¨andert sich nun der Abfluss und dadurch auch die Speicherung. Der Abfluss ¨andert sich, da er ja in der 4. N¨aherung berechnet wird. In der 4. N¨aherung wird auch der feste Niederschlag fur¨ vergletscherte und unvergletscherte Fl¨achen ermittelt. Fur¨ die vergletscherten Fl¨achen wird mit dem Umverteilungsfaktor multipliziert, fur¨ St. Georgen 1,65. Aus der Differenz zwischen festem Niederschlag auf Gletscherfl¨achen und dem gesamten festen Niederschlag in diesen H¨ohenstufen ergibt sich dann der feste Niederschlag auf unvergletschertem Gebiet. Daraus folgt, dass der feste Niederschlag in H¨ohen mit Gletschern auf Kosten der unvergletscherten Fl¨achen deutlich anw¨achst. Den unvergletscherten Fl¨achen wird in den H¨ohenstufen, wo die Vergletscherung am h¨ochsten ist, am meisten Niederschlag abgenommen, hier zwischen 3100 und 3200 m, wo die Vergletscherung bei 59 Prozent liegt. In Abbildung 6.4 werden die Ergebnisse des 6.1 Modellierung der Ausgangslage 45 festen Niederschlages fur¨ vergletscherte und unvergletscherte Fl¨achen dargestellt. Die Unterschiede sind klar ersichtlich.

800 800

600 600

400 400

200 200 Niederschlag (mm) Niederschlag (mm) 0 0 10 10 11 11 12 12 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 3000 6 3000 7 2500 7 2500 2000 2000 8 1500 8 1500 Monat 9 1000 Monat 9 1000 Höhe (m) Höhe (m)

Abbildung 6.4: Fester Niederschlag fur¨ unvergletscherte (links) und vergletscherte Fl¨achen (rechts).

Werden diese zwei Matrizen des festen Niederschlages, gewichtet nach Gletscher- fl¨ache bzw. unvergletscherter Fl¨ache, vom Gesamtniederschlag der vierten N¨aherung abgezogen, erh¨alt man die Regenmatrix. Klarerweise ist sie im Winter uber¨ alle H¨ohen null, da bei negativen Temperaturen nur fester Niederschlag auftritt. Ad- diert man die Matrizen der Volumina des festen Niederschlages auf vergletscherter und unvergletscherter Fl¨ache, erh¨alt man das Gesamtvolumen des festen Nieder- schlags. Diese Matrix in mm umgerechnet ist dann das Gegenstuck¨ zur Matrix des flussigen¨ Niederschlages, da der feste Niederschlag dort die h¨ochsten Werte hat, wo der flussige¨ Niederschlag die kleinsten hat (siehe Abbildung 6.5).

500 500

400 400

300 300

200 200 3000 3000

Niederschlag (mm) 100 2500 Niederschlag (mm) 100 2500 2000 2000 0 1500 0 1500 10 11 12 1 1000 10 11 12 1 1000 2 3 4 5 Höhe (m) 2 3 4 5 Höhe (m) 6 7 8 9 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.5: Flussiger¨ Niederschlag (links) und fester Niederschlag (rechts).

Betrachtet man den Aufbau der Schneedecke in Abbildung 6.6 (rechte Abbil- 6.1 Modellierung der Ausgangslage 46

dung), so sieht man, dass die Schneedecke im Oktober in den h¨oher gelegenen Stufen sich anf¨angt auszubilden. Im Laufe des Winters wandert sie weiter nach unten bis im Winter in allen H¨ohenstufen Schnee liegt, wenn auch in den tiefsten Stufen nur sehr wenig. Danach f¨angt mit Zunahme der Temperatur die Schneedecke von unten an zu schmelzen, bis im September bis auf 3000 m H¨ohe kein Schnee mehr vorhanden ist. In allen H¨ohenstufen wird im Laufe des Jahres ein Maximum erreicht, in unte- ren H¨ohenstufen fruher¨ (M¨arz, April) in h¨oheren Stufen sp¨ater (Mai, Juni), dann setzt dort eben die Schmelze ein und die Schneedecke nimmt ab. In der h¨ochsten Stufe jedoch sieht man nur eine minimale Abnahme in der Schneedecke von Juli auf August, und darauf folgend wieder eine leichte Zunahme im September, da dann in dieser H¨ohenstufe der Niederschlag schon anf¨angt in fester Form zu fallen. In der linken Abbildung sieht man wieder den Einfluss des Umverteilungsfak- tors fur¨ die unvergletscherten H¨ohen, wo dann in Abh¨angigkeit von der Fl¨achen -H¨ohenverteilung eine mehr oder weniger große Verlagerung von Schnee auf Glet- scherfl¨achen beobachtet werden kann. Auch hier ist die Umverteilung wieder dort am h¨ochsten, wo die Vergletscherung den h¨ochsten prozentuellen Wert aufweist. Die Schneerucklage¨ außerhalb der Gletscherfl¨ache im September liegt bei 340000 m 3, was aufs gesamte Einzugsgebiet gerechnet, gerade mal einen Millimeter aus- macht. Die spezifische Massenbilanz hat ihre positivsten Werte im Juni in den h¨ochsten H¨ohen, die negativsten im September in den untersten H¨ohen. Der Jahresgang ist, wie zu erwarten, in den untersten H¨ohen am gr¨oßten, siehe Abb. 6.7. Die Gleichge- wichtslinie liegt in der Modellierung zwischen 3000 und 3100 m. Die Massenbilanz aufs Einzugsgebiet bezogen liegt bei -30 mm, auf die Gletscherfl¨ache bezogen liegt sie bei -766 mm.

2000 2000

1500 1500

1000 1000

500 500 Niederschlag (mm) Niederschlag (mm) 0 0 10 10 11 11 12 12 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 3000 6 3000 7 2500 7 2500 2000 2000 8 1500 8 1500 Monat 9 1000 Monat 9 1000 Höhe (m) Höhe (m)

Abbildung 6.6: Schnee auf unvergletscherten Fl¨achen (links) und gesamter Schnee (rechts)

Nun erfolgt die Berechnung des Abflusses. Angefangen wird dabei mit dem Ab- 6.1 Modellierung der Ausgangslage 47

500 4000 400 2000 300 0 200 Abfluss (mm) −2000 100 3400 spez. Bilanz (mm) −4000 3200 0 3000 10 11 3000 12 1 2500 10 2800 2 11 12 3 2000 1 2 4 3 4 2600 5 6 1500 5 6 7 7 8 Höhe (m) 8 1000 9 9 Höhe (m) Monat Monat

Abbildung 6.7: Spezifische Massenbilanz in mm (links) und Abfluss von unverglet- schertem Gebiet (rechts).

fluss von unvergletscherten Fl¨achen. Der allgemeine Verlauf entspricht sonst den Erwartungen, indem die Schmelzwassergenerierung in den untersten H¨ohen zuerst beginnt und sich dann nach oben verlagert, wo aufgrund von mehr Schnee auch mehr Abfluss erzeugt wird. Die zwei Abflussspitzen im Oktober auf ca. 2500 m und November auf 1500 m werden dadurch erreicht, dass dort schon Schnee ist aber noch Schmelze erreicht wird (Abbildung 6.7). In Summe betr¨agt der Jahresabfluss von unvergletscherten Fl¨achen fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen 358 mm. Es wird kein Abfluss von Gletscherfl¨achen in den Monaten November bis April er- zeugt. In allen anderen Monaten tr¨agt auch der Gletscher zum Abfluss bei, wobei die Gletscherspende im Juli in den untersten H¨ohen am gr¨oßten ist (Abbildung 6.8). Auf das gesamte Einzugsgebiet bezogen liegt die Gletscherspende bei 106 mm.

1500 1500

1000 1000

500

500 Abfluss (mm) Abfluss (mm) 3400 3400 3200 3200 3000 3000 0 0 2800 2800 10 11 10 11 12 1 12 1 2 3 2600 2 3 2600 4 5 4 5 6 7 6 7 8 9 Höhe (m) 8 9 Höhe (m) Monat Monat Abbildung 6.8: Abfluss von vergletscherten H¨ohen. Links gesamte Gletscherspende durch Ablation von Schnee und Gletschereis, rechts nur durch Eisablation verur- sachte Gletscherspende.

In den H¨ohen unterhalb des Gletschers setzt sich der Gesamtabfluss nur aus dem Schmelzwasser der unvergletscherten Fl¨achen zusammen, daruber¨ aus der Summe 6.1 Modellierung der Ausgangslage 48 der vergletscherten und unvergletscherten Fl¨achen. Wie zu erwarten ist naturlich¨ auch hier der Abfluss in den Wintermonaten bei null. Insgesamt liegt der Abfluss der durch Schmelzen verursacht wurde bei 449 mm. Ein Teil des Abflusses setzt sich auch aus dem Abfluss zusammen der direkt

7 durch den Regen verursacht wird. Die- x 10 ser Abfluss wird aus der Regenmatrix be- 2 rechnet, indem die Verdunstung abgezogen 1.5 wird. Multipliziert man diese Werte mit 1 Abfluss (m³) den Fl¨achen der H¨ohenstufen, erh¨alt man 0.5 3000 0 2500 das Abflussvolumen. Wie zu erwarten gibt 10 11 12 2000 1 2 3 1500 es im Winter keinen Abfluss der durch Re- 4 5 6 7 1000 8 9 Höhe (m) gen entsteht. Durch die h¨ochsten Nieder- Monat schlagswerte in der H¨ohe findet man die Abbildung 6.9: Schmelzabflussvolumen h¨ochsten Abflusswerte auch in der H¨ohe. Aufs Abflussvolumen bezogen findet man dort den gr¨oßten Abfluss, wo das Produkt aus dem Abfluss in mm mit der Fl¨ache der H¨ohenstufe den h¨ochsten Wert ergibt. Auffallend ist, dass es im M¨arz in den untersten H¨ohenstufen einen vom Regen verursachten Abfluss gibt, im April und Mai jedoch nicht bzw. dieser sehr klein ist. Der Grund dafur¨ ist in der Verdunstung zu suchen, die im M¨arz noch kleiner als der gefallene flussige¨ Niederschlag ist, ab April jedoch ansteigt und in diesen H¨ohenstufen dann h¨oher ist als der Niederschlag. Weiters erkennt man in den Abbildungen 6.10 einen Knick in der H¨ohe von 2600m, der durch die dort kleiner werdende Verdunstung verursacht wird. Verdunstet we- niger, steht wiederum mehr Wasser zum Abfließen zu Verfugung.¨ Die Jahressumme des Regenabflusses liegt bei 615 mm, der Gesamtabfluss bei 1064 mm.

6 x 10

400 6 300

4 200 Abfluss (m³) Abfluss (mm) 100 2

0 0 10 11 3000 10 11 3000 12 2500 12 2500 1 2 1 2 3 4 2000 3 4 2000 5 1500 5 1500 6 7 6 7 8 1000 8 1000 9 Höhe (m) 9 Höhe (m) Monat Monat

Abbildung 6.10: Regenwasserabfluss in mm (links) und m3 (rechts). 6.1 Modellierung der Ausgangslage 49

Addiert man die Abflusswerte in mm vom Regenabfluss und vom Schmelzab- fluss, erh¨alt man den Gesamtabfluss, der dann unter zu Hilfe Nahme des flussigen¨ Speichers nicht mehr als + - 20 mm vom gemessenem Abfluss abweichen sollte. Wei- ters sieht man deutlich, dass im Winter, wo kein Abfluss generiert wird, die Werte des flussigen¨ Speichers negativ sind, da aus dem flussigen¨ Speicher Wasser entnom- men wird. Im Sommer wird der flussige¨ Speicher wieder aufgefullt,¨ und die Werte des flussigen¨ Speichers werden positiv (Abbildung 6.11 links). In der rechten Abbildung sieht man den absoluten Verlauf der Modellierung mit und ohne Flussigspeicher.¨ Weiters kann man erkennen, wann welche Komponente den Abfluss am meisten beeinflusst. So wird der Abfluss im Winter vom Abfluss aus dem Flussigspeicher¨ getragen, im Fruhling¨ mit einsetzender Schneeschmelze kommt der gr¨oßte Teil des Abflusses von der Schmelze aus unvergletschertem Gebiet. Ab M¨arz, April nimmt der Einfluss des Regenabflusses zu, der in den Monaten der Niederschlagsmaxima, im Juli und August, den Hauptteil zum Abfluss beisteuert. Man sieht auch, dass Regen- und Schmelzabfluss ein gleich hohes Maximum haben, da der Regenabfluss aber breiter ist, ist sein Anteil am Gesamtabfluss auch gr¨oßer (Tabelle 6.1). Im Hoch- sommer hat auch die Schmelze von den Gletschern ihren gr¨oßten Einfluss, die jedoch im Vergleich zum Regenabfluss klein ist. Weiters ist zu erkennen, dass im August und September der Schmelzwasserabfluss nur aus dem Gletscherabfluss besteht, da auf den unvergletscherten Fl¨achen kein Schnee mehr zum Schmelzen zur Verfugung¨ steht.

40 250 Modelliert ohne Flüssigspeicher Gemessen Modelliert mit Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 30 Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher 200 Schmelzabfluss 20 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert 10 Schmelzabfluss Eisablation 150

0

Abfluss (mm) 100 −10

−20 50 Differenz gemessen−modelliert (mm) −30

−40 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.11: Differenz zw. gemessenem und modelliertem Abfluss (links) und alle Komponenten des Abflusses in mm (rechts fur¨ das Einzugsgebiet von St. Ge- orgen). 6.1 Modellierung der Ausgangslage 50

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1.N¨aherung Niederschlag 132 124 72 58 47 71 90 133 183 185 174 120 1391 Abfluss 83 50 32 23 18 24 39 160 239 228 165 101 1162 Verdunstung 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 270 Speicherung 29 59 25 20 15 32 27 -55 -86 -75 -22 -9 -41 2.N¨aherung Niederschlag 143 142 87 73 57 68 68 91 153 188 187 134 1390 Abfluss 83 50 32 23 18 24 39 160 239 228 165 101 1162 Verdunstung 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 270 Speicherung 40 77 40 34 25 28 5 -97 -117 -72 -10 5 -41 3.N¨aherung Niederschlag 157 155 95 79 63 74 74 99 167 206 204 147 1519 Abfluss 83 50 32 23 18 24 39 160 239 228 165 101 1162 Verdunstung 16 19 21 21 19 20 29 44 52 54 54 52 398 Speicherung 58 86 43 36 26 30 6 -105 -124 -76 -14 -6 -41 4.N¨aherung Niederschlag 157 155 95 79 63 74 74 99 167 206 204 147 1519 Abfluss 82 39 22 16 9 17 40 160 251 238 177 113 1165 Verdunstung 16 19 21 21 19 20 29 44 52 54 54 52 398 Speicherung 59 96 53 43 34 37 5 -105 -136 -86 -26 -19 -44 Abfluss berechnet-modelliert -1 -11 -10 -7 -9 -7 1 0 12 10 12 12 3 Weitere Ergebnisse der Modellierung 3 Schneerucklage¨ im September 336000 m Schneerucklage¨ auf EZ 1 mm Massenbilanz auf EZ bezogen -44 mm Massenbilanz Gletscher -931 mm Gletscherspende 134 mm Schmelzabfluss 523 mm Regenabfluss 641 mm Gesamtabfluss 1165 mm H¨ohe der Gleichgewichtslinie 3000 - 3100 m

Tabelle 6.2: Ergebnisse der Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet Kematen

6.1.2 Einzugsgebiet Kematen

Da fur¨ das Einzugsgebiet Kematen die selben Gradienten, Gradtagfaktoren, Schnee- bedeckung und Umverteilungsfaktor verwendet wurden, unterscheiden sich die meis- ten Matrizen nur quantitativ und nicht qualitativ. Eine Ausnahme bilden dabei die Matrizen fur¨ den Schnee und den festen Niederschlag auf unvergletscherten Fl¨achen. In diesen beiden Graphen ist die Abnahme in den H¨ohen mit Gletschern viel we- niger markant, dafur¨ aber breiter. Der Grund dafur¨ ist in der anderen Fl¨achen - H¨ohenverteilung zu finden. Im Einzugsgebiet von Kematen ist die Vergletscherung in den H¨ohen von 2900 - 3200 m und von 3400 - 3500 m n¨amlich bei 43 - 54 Prozent. Das Ergebnis der Modellierung gleicht sonst weitestgehend dem Ergebnis vom Einzugsgebiet St. Georgen, nur dass die Werte alle ein wenig h¨oher sind, Abb. 6.13. 6.1 Modellierung der Ausgangslage 51

800 2000 600 1500 400 1000

200 500 Niederschlag (mm) Niederschlag (mm) 0 0 10 10 11 11 12 12 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 3000 6 3000 7 2500 7 2500 2000 2000 8 1500 8 1500 Monat 9 1000 Monat 9 1000 Höhe (m) Höhe (m)

Abbildung 6.12: Fester Niederschlag auf unvergletscherten Fl¨achen (links) und Schnee auf unvergletscherten Fl¨achen (rechts).

300 40 Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher 30 Modelliert mit Flüssigspeicher Flüssigspeicher 250 Schmelzabfluss Regenabfluss 20 Schmelzabfluss unvergletschert 200 Schmelzabfluss vergletschert 10 Schmelzabfluss Eisablation 0 150 −10 Abfluss (mm) 100 −20

−30 50 Differenz gemessen−modelliert (mm) −40

0 −50 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.13: Alle Komponenten des Abflusses in mm (links) und Differenz zw. gemessenem und modelliertem Abfluss (rechts fur¨ das Einzugsgebiet von Kematen).

6.1.3 Einzugsgebiet Steinhaus

Fur¨ das Einzugsgebiet von Steinhaus liegen die Unterschiede auch hier vor allem dort wo sich die Fl¨achen - H¨ohenverteilung bemerkbar macht, n¨amlich in den Ma- trizen fur¨ den Schnee und dem festen Niederschlag fur¨ unvergletscherte Fl¨achen. Steinhaus hat in den zwei obersten H¨ohenstufen die h¨ochste Vergletscherung (57 bzw. 64 %), daraus folgt, dass dort die gr¨oßte Umverteilung ist, siehe Abb. 6.14. Weiters ist zu diesem Einzugsgebiet zu bemerken, dass die Schneerucklage¨ (745000 m3) hier mindestens doppelt so groß ist verglichen mit den anderen drei Einzugs- gebieten. Der Grund liegt auch hier in der Fl¨achen - H¨ohenverteilung. Da in den vergletscherten H¨ohenstufen, dort wo insgesamt eine große Fl¨ache ist, eine geringe prozentuelle Vergletscherung ist, wird weniger Niederschlagsvolumen von den unver- gletscherten Fl¨achen auf die Gletscherfl¨achen umverteilt, es bleibt also mehr fester 6.1 Modellierung der Ausgangslage 52

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1.N¨aherung Niederschlag 142 132 89 65 59 81 99 143 197 207 194 133 1543 Abfluss 89 58 42 33 26 31 45 182 269 251 167 106 1299 Verdunstung 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 270 Speicherung 33 59 31 17 19 35 30 -66 -102 -76 -4 -1 -26 2.N¨aherung Niederschlag 157 153 108 81 72 80 80 106 173 192 192 151 1545 Abfluss 89 58 42 33 26 31 45 182 269 251 167 106 1299 Verdunstung 20 15 16 16 14 16 24 27 31 32 32 29 270 Speicherung 48 80 51 33 31 34 11 -103 -126 -90 -7 16 -24 3.N¨aherung Niederschlag 169 164 116 87 77 86 85 113 186 206 205 162 1655 Abfluss 89 58 42 33 26 31 45 182 269 251 167 106 1299 Verdunstung 16 19 19 19 18 19 25 39 49 54 54 52 382 Speicherung 64 87 54 35 33 36 16 -107 -132 -99 16 3 -26 4.N¨aherung Niederschlag 169 164 116 87 77 86 85 113 186 206 205 162 1655 Abfluss 96 48 30 22 15 21 51 190 277 259 177 114 1297 Verdunstung 16 19 19 19 18 19 25 39 49 54 54 52 382 Speicherung 58 97 66 46 44 46 9 -115 -140 -107 -26 -4 -24 Abfluss berechnet-modelliert 7 -10 -12 -11 -11 -10 6 8 8 8 10 8 -2 Weitere Ergebnisse der Modellierung 3 Schneerucklage¨ im September 750000 m Schneerucklage¨ auf EZ 5 mm Massenbilanz auf EZ bezogen -27 mm Massenbilanz Gletscher -712 mm Gletscherspende 99 mm Schmelzabfluss 589 mm Regenabfluss 709 mm Gesamtabfluss 1297 mm H¨ohe der Gleichgewichtslinie 2900 - 3000 m

Tabelle 6.3: Ergebnisse der Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet Steinhaus

Niederschlag auf dem unvergletscherten Gebiet liegen. Daraus folgt auch, dass die Schneerucklage¨ aufs Einzugsgebiet bezogen mit 5 mm hier den h¨ochsten Wert hat. Die Gletscherspende ist mit 98 mm der tiefste Wert aller Einzugsgebiete, was man gut mit der tiefsten Gleichgewichtslinie (zw. 2900 - 3000 m)in Verbindung bringen kann. Im Einzugsgebiet Steinhaus ist die gr¨oßte Vergletscherung zwischen 2700 und 2800 m und damit tiefer als in den anderen drei Gebieten. Noch zu erw¨ahnen ist, dass Steinhaus das einzige Gebiet ist, bei dem sich der Schmelzabfluss im August und September nicht alleine vom der Gletscherspende zusammensetzt, sondern dass immer, wenn auch im September nur minimal, der Schmelzabfluss von unverglet- schertem Gebiet seinen Teil zum Abfluss beisteuert. Das ist naturlich¨ auf die hohe Schneerucklage¨ zuruckzuf¨ uhren.¨ 6.1 Modellierung der Ausgangslage 53

800 2000 600 1500

400 1000

200 500 Niederschlag (mm) Niederschlag (mm) 0 0 10 10 11 11 12 12 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 3000 6 3000 7 2500 7 2500 8 2000 8 2000 1500 1500 Monat 9 Monat 9 Höhe (m) Höhe (m)

Abbildung 6.14: Fester Niederschlag (links) und Schneematrix (rechts) auf unver- gletscherten Fl¨achen.

400 Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 60 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Flüssigspeicher Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 40 Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 20

200 0

Abfluss (mm) 150 −20 100 Differenz gemessen−modelliert (mm) −40 50

0 −60 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.15: Alle Komponenten des Abflusses in mm (links) und Differenz zw. gemessenem und modelliertem Abfluss (rechts) fur¨ das Einzugsgebiet von Stein- haus. 6.1 Modellierung der Ausgangslage 54

6.1.4 Einzugsgebiet Rein

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1.N¨aherung Niederschlag 126 153 75 70 59 81 95 151 223 201 175 126 1535 Abfluss 91 45 27 18 14 20 33 180 301 273 201 114 1317 Verdunstung 20 15 16 16 14 16 24 27 29 30 30 29 266 Speicherung 15 93 32 36 31 45 38 -56 -107 -102 -56 -17 -48 2.N¨aherung Niederschlag 134 168 86 81 68 78 78 118 198 205 184 136 1536 Abfluss 91 45 27 18 14 20 33 180 301 273 201 114 1317 Verdunstung 20 15 16 16 14 16 24 27 29 30 30 29 266 Speicherung 23 108 43 47 40 42 21 -89 -132 -98 -47 -7 -47 3.N¨aherung Niederschlag 140 176 90 85 71 82 82 124 208 214 193 143 1607 Abfluss 91 45 27 18 14 20 33 180 301 273 201 114 1317 Verdunstung 16 18 18 18 17 18 20 29 45 47 47 45 338 Speicherung 34 113 45 49 40 44 29 -86 -139 -106 -55 -17 -48 4.N¨aherung Niederschlag 140 176 90 85 71 82 83 124 208 214 193 143 1607 Abfluss 83 37 18 10 6 11 25 192 314 284 213 126 1318 Verdunstung 16 18 18 18 17 18 20 29 45 47 47 45 338 Speicherung 42 121 54 57 49 53 37 -98 -152 -117 -67 -28 -49 Abfluss berechnet-modelliert -8 -8 -9 -8 -8 -9 -8 12 13 11 12 12 1 Weitere Ergebnisse der Modellierung 3 Schneerucklage¨ im September 232000 m Schneerucklage¨ auf EZ 3 mm Massenbilanz auf EZ bezogen -50 mm Massenbilanz Gletscher -585 mm Gletscherspende 199 mm Schmelzabfluss 643 mm Regenabfluss 675 mm Gesamtabfluss 1318 mm H¨ohe der Gleichgewichtslinie 3000 - 3100 m

Tabelle 6.4: Ergebnisse der Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet Rein 6.1 Modellierung der Ausgangslage 55

Auch in Rein findet man die Unterschiede wieder in den Matri- zen fur¨ Schnee und festen Niederschlag auf unvergletscherten Fl¨achen, was wieder auf die Fl¨achen - H¨ohenverteilung zuruckzuf¨ uhren¨ ist. Weiters kann man in diesem Einzugsgebiet, das h¨oher liegt als die anderen, beobachten, dass der Regenabfluss fruher¨ aufh¨ort, schon im November, da es dort schon fruher¨ kalt wird und somit der Niederschlag meist 300 schon als Schnee f¨allt. Als das Einzugsge- 200 biet mit der gr¨oßten Vergletscherung hat Abfluss (mm) 100 hier der Schmelzabfluss seinen gr¨oßten Ein- 0 fluss. Sowohl die Gletscherspende als auch 10 11 3000 12 1 2 2500 3 4 der Schmelzabfluss sind hier am gr¨oßten. 5 6 2000 7 8 9 Höhe (m) Weiters ist der Unterschied zwischen Re- Monat genabfluss und Schmelzabfluss mit 27 mm in diesem Gebiet am kleinsten. Rein ist Abbildung 6.16: Regenabfluss auch das einzige Einzugsgebiet, wo das Ma- ximum des Schmelzabflusses deutlich h¨oher ist als das vom Regenabfluss und wo das Maximum des Schmelzabflusses erst im Juni auftritt und nicht wie bei den drei an- deren schon im Mai. Damit f¨allt das Schmelzabflussmaximum hier auch mit dem absoluten Maximum im Abfluss zusammen. Bei den anderen Einzugsgebieten ist das nicht der Fall.

800 2000 600 1500

400 1000

200 500 Niederschlag (mm) Niederschlag (mm) 0 0 10 10 11 11 12 12 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 3000 6 3000 7 7 8 2500 8 2500 2000 2000 Monat 9 Monat 9 Höhe (m) Höhe (m)

Abbildung 6.17: Matrix des festen Niederschlages auf unvergletscherten Fl¨achen (links) und Schneematrix (rechts). 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 56

400 Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 60 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Flüssigspeicher Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 40 Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 20

200 0

Abfluss (mm) 150 −20 100 Differenz gemessen−modelliert (mm) −40 50

0 −60 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.18: Alle Komponenten des Abflusses in mm (links) und Differenz zw. gemessenem und modelliertem Abfluss (rechts) fur¨ das Einzugsgebiet Rein.

6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenari- en

Nachdem die Ausgangslage anhand der klimatologischen Daten modelliert wur- de, soll in diesem Kapitel auf m¨ogliche Anderungen¨ des Abflusses, der durch Kli- ma¨anderung verursacht wird, eingegangen werden. Es werden dabei verschiedene Klimaszenarien behandelt:

- Temperaturzunahme pro Monat von +1◦C, +2◦C und +3◦C

- Niederschlags¨anderung pro Monat von +20 % und -20 %

- Kombination von Temperatur und Niederschlags¨anderung

6.2.1 Temperaturzunahme

Eine Temperatur¨anderung hat großen Einfluss auf fast alle Parameter in der Modellierung. So wirkt sich die Temperatur direkt auf die Berechnung des festen Anteils am Gesamtniederschlag und der Gradtage aus. Uber¨ den Anteil des festen Niederschlages am gesamten wirkt sich eine Temperatur¨anderung in weiterer Folge auf den Aufbau der Schneedecke, den festen Niederschlag, so- wohl auf vergletscherte als auch auf unvergletscherte Fl¨achen, die Massenbilanz, den Schmelzwasserabfluss und den Regenwasserabfluss aus. Uber¨ die Gradtage ver¨andert eine Temperatur¨anderung die Werte der Schmelzmatrix, in weiterer Folge die Verdunstung, Schneedecke, Massenbilanz und Schmelz- und Regenwasserabfluss. 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 57

Einzugsgebiet St. Georgen

400 400 400 Gemessen Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation

200 200 200

Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150

100 100 100

50 50 50

0 0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat Monat

Abbildung 6.19: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet von St. Georgen bei T= +1◦C(links), T= +2◦C (mitte) und T= +3◦C (rechts)

Im Winter ver¨andert eine Temperaturerh¨ohung von bis zu drei Grad Celsius den Abfluss kaum, der modellierte Abfluss wird dort immer vom Flussigspeicher¨ generiert. In den restlichen Monaten sind die Anderungen¨ gr¨oßer und deshalb klar ersichtlich. Bei h¨oherer Temperatur f¨allt weniger Schnee, d.h. dass der Regenab- fluss im Oktober, November und M¨arz, April bei steigenden Temperaturen gr¨oßer wird. In den Sommermonaten, wo ohnehin schon jeder Niederschlag als Regen f¨allt beeinflusst eine Temperaturerh¨ohung den Regenabfluss nicht. Den gr¨oßten Einfluss hat die Temperaturerh¨ohung auf den Schmelzabfluss. Der Schmelzabfluss erreicht in den Monaten M¨arz und April viel h¨ohere Werte, da die Schmelze viel fruher¨ einsetzt. Dadurch, dass in diesen Monaten mehr schmilzt, sinkt das ursprungliche¨ Schmelzabflussmaximum im Mai, da nicht mehr soviel Schnee zum Schmelzen zur Verfugung¨ steht. Dieses Maximum wird klar ersichtlich fast nur vom Abfluss aus den unvergletscherten Fl¨achen getragen. Ab +2◦C ist der Schmelzwasserabfluss von unvergletscherten Fl¨achen im Juli bereits auf null, d.h. dass in den folgenden Mo- naten der Schmelzwasserabfluss nur von der Gletscherspende kommt. Klarerweise nimmt der Abfluss von Gletschern bei Temperaturerh¨ohung immer mehr zu. Auch im Herbst, also dem Beginn des hydrologischen Jahres, nimmt der Abfluss, der haupts¨achlich aus Regenabfluss besteht, zu. Das Ergebnis dieser Modellierung zeigt also, dass der resultierende Abfluss insgesamt zunehmen, und sich das Maximum des Abflusses nach hinten verschieben wurde,¨ da sich der Schmelzwasserabfluss auf eine l¨angere Zeit verteilt, somit verflacht und da- durch die Summe aus dem Schmelzwasserabfluss und dem Regenwasserabfluss im Juni nicht mehr das Maximum des Abflusses bildet. Der Maximalabfluss setzt sich nicht mehr aus der Summe des Regenabflusses und des Schmelzwasserabflusses aus unvergletschertem Gebiet zusammensetzen, sondern aus dem Regen und der Glet- scherspende. Wichtig ist es hier noch zu bemerken, dass alle diese Modellierungen mit der selben Gletscherfl¨ache gemacht wurden. Eine Temperaturerh¨ohung wurde¨ naturlich¨ auch die Gletscherfl¨ache verringern, was naturlich¨ auch wieder einen Ein- 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 58

fluss auf die Modellierung h¨atte. Darauf wird aber in Kapitel 6.2.3 noch eingegangen.

St. Georgen +-0◦C +1◦C +2◦C +3◦C Verdunstung [mm] 411 414 418 422 Speicherterm [mm] -30 -65 -106 -152 Massenbilanz [mm] -766 -1656 -2703 -3882 Gletscherspende [mm] 106 137 172 211 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 344 306 269 228 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 450 443 441 439 Regenabfluss [mm] 615 656 700 748 Gesamtabfluss [mm] 1065 1100 1141 1187 3 Schneerucklage¨ [m ] 342000 170000 0 0 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 1 0 0 0 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 3000 - 3100 3100 - 3200 3200 - 3300 3300 - 3400

Tabelle 6.5: Ergebnisse der Temperaturszenarienmodellierung fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen

Betrachtet man ein paar Ergebnisse der Modellierung in Tabelle 6.5 so erschei- nen eigentlich alle Werte logisch, außer dass der Schmelzwasserabfluss bei steigender Temperatur abnimmt. Der Grund dafur¨ ist in den unvergletscherten Fl¨achen zu su- chen, da dort bei steigender Temperatur mehr Regen f¨allt, damit weniger Schnee liegt und somit weniger schmelzen und abfließen kann. Der Grund fur¨ den steigenden Gesamtabfluss ist in der Gletscherspende zu suchen. Sie h¨angt nur vom Gradtagfaktor und den Gradtagen ab. Der Gradtagfaktor wird nicht ver¨andert, die Anzahl der Gradtage steigt aber bei Temperaturzunahme, und daraus folgt, dass sich die potentielle Schmelze erh¨oht und damit auch der Abfluss von Gletscherfl¨achen.

Einzugsgebiet Kematen

400 400 400 Gemessen Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation

200 200 200

Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150

100 100 100

50 50 50

0 0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat Monat

Abbildung 6.20: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet von Kematen bei T= +1◦C (links), T= +2◦C (mitte) und T= +3◦C (rechts)

Fur¨ das Einzugsgebiet Kematen haben alle drei Temperaturszenarien den glei- chen Verlauf wie die Modellierungen fur¨ St. Georgen, einen Unterschied erkennt man nur quantitativ. In der Tabelle 6.6 folgen alle Werte dem erwarteten Verlauf, nur 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 59

Kematen +-0◦C +1◦C +2◦C +3◦C Verdunstung [mm] 398 402 407 411 Speicherterm [mm] -44 -86 -136 -191 Massenbilanz [mm] -931 -1829 -2899 -4087 Gletscherspende [mm] 134 172 214 261 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 390 350 311 268 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 523 522 525 529 Regenabfluss [mm] 641 685 732 784 Gesamtabfluss [mm] 1165 1207 1258 1313 3 Schneerucklage¨ [m ] 336000 69000 0 0 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 1 0 0 0 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 3000 - 3100 3100 - 3200 3200 - 3300 3300 - 3400

Tabelle 6.6: Ergebnisse der Temperaturszenarienmodellierung fur¨ das Einzugsgebiet Kematen der gesamte Schmelzwasserabfluss nicht. Er sinkt zuerst, wenn auch nur minimal ab, dann steigt er leicht an. Die Ursache fur¨ diesen Verlauf ist in den negativeren Mas- senbilanzen und der damit verbundenen h¨oheren Gletscherspende fur¨ die Szenarien von +2◦C und +3◦C zu finden, die der Abnahme des Abflusses von unvergletscherten Fl¨ache entgegenwirkt und hier mehr als nur ausgleicht.

Einzugsgebiet Steinhaus

400 400 400 Gemessen Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation

200 200 200

Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150

100 100 100

50 50 50

0 0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat Monat

Abbildung 6.21: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet von Steinhaus bei T= +1◦C(links), T= +2◦C (mitte) und T= +3◦C (rechts)

Nachdem die Modellierungen fur¨ die Einzugsgebiete St. Georgen und Kematen zumindest qualitativ sehr ¨ahnlich waren, zeigt die Modellierung fur¨ Steinhaus nun doch gr¨oßere Unterschiede. Auf den ersten Blick f¨allt auf, dass die Spitze des Ab- flusses fur¨ den Schmelzwasserabfluss deutlich h¨oher ist als die des Regenabflusses. Andere Merkmale, wie fruherer¨ Start der Schmelze, mehr Regenabfluss im M¨arz und April findet man auch hier. Ein Unterschied zu den vorhergehenden Temperatursze- narienmodellierungen ist, dass der gesamte Schmelzabfluss nur bei der Modellierung von +3◦C im September ganz vom Gletscherabfluss getragen wird und nicht wie bei den anderen Modellierungen schon fruher.¨ Insgesamt ¨andert sich der Abfluss auch anders als bei den Modellierungen fur¨ St. Georgen und Kematen. Da sich bei einer 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 60

Steinhaus +-0◦C +1◦C +2◦C +3◦C Verdunstung [mm] 382 392 397 404 Speicherterm [mm] -27 -63 -106 -150 Massenbilanz [mm] -715 -1700 -2849 -4018 Gletscherspende [mm] 99 129 165 203 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 489 449 409 366 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 588 578 574 569 Regenabfluss [mm] 707 757 805 854 Gesamtabfluss [mm] 1295 1335 1380 1423 3 Schneerucklage¨ [m ] 748000 195000 4000 0 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 5 1 0 0 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 2900 - 3000 3000 - 3100 3100 - 3200 3200 - 3300

Tabelle 6.7: Ergebnisse der Temperaturszenarienmodellierung fur¨ das Einzugsgebiet Steinhaus reinen Temperaturerh¨ohung am Regenabflussmaximum im Sommer nichts ¨andert, sehr wohl aber beim Schmelzabfluss, der im Mai deutlich ansteigt und schmaler wird, wird das Abflussmaximum insgesamt kleiner, verflacht sich und hat bei der Modellierung fur¨ +3◦C in den Monaten Mai, Juni und Juli die h¨ochsten Werte. Die Werte in Tabelle 6.7 entsprechen den Erwartungen. Auch hier hat man wieder den Fall wie im Einzugsgebiet von St. Georgen, dass die Abnahme des Abflusses von den unvergletscherten Fl¨achen gr¨oßer ist als die Zunahme der Gletscherspende, d.h. der Schmelzwasserabfluss geht insgesamt zuruck.¨

Einzugsgebiet Rein

400 400 400 Gemessen Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation

200 200 200

Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150

100 100 100

50 50 50

0 0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat Monat

Abbildung 6.22: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet von Rein bei T= +1◦C (links), T= +2◦C (mitte) und T= +3◦C (rechts)

Das am h¨ochsten gelegene Einzugsgebiet Rein mit der h¨ochsten prozentuellen Vergletscherung verh¨alt sich anders als die drei anderen Einzugsgebiete. Bei jeder Temperaturerh¨ohung steigt das Maximum des Schmelzabflusses weiter an. Das ist in den anderen Gebieten nicht der Fall. Weiters hat dieses Einzugsgebiet bei der Aus- gangsmodellierung das Maximum des Schmelzabflusses im Juni, bei zunehmender Temperatur verlagert sich dieses Maximum um einen Monat nach vorne, also in den Mai. Dadurch, dass das Maximum des Schmelzabflusses von April auf Mai so stark 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 61

Rein +-0◦C +1◦C +2◦C +3◦C Verdunstung [mm] 338 348 354 359 Speicherterm [mm] -50 -124 -210 -309 Massenbilanz [mm] -585 -1449 -2451 -3612 Gletscherspende [mm] 199 265 339 424 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 443 407 376 349 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 643 673 715 773 Regenabfluss [mm] 675 721 765 807 Gesamtabfluss [mm] 1318 1394 1480 1580 3 Schneerucklage¨ [m ] 232000 84000 25000 3000 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 3 1 0 0 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 3000 - 3100 3100 - 3200 3200 - 3300 3400 - 3500

Tabelle 6.8: Ergebnisse der Temperaturszenarienmodellierung fur¨ das Einzugsgebiet Rein ansteigt und danach im Juni wieder so steil abf¨allt, bilden sich 2 Abflussmaxima im Sommer aus, das erste wird durch den Schmelzabfluss aus dem unvergletscherten Gebiet produziert und ist ein wenig kleiner als das zweite, das im Juli auftritt und gemeinsam von Gletscherspende und dem Regenabfluss gebildet wird. Wie schon in den anderen drei Einzugsgebieten kann man auch in Rein beobachten, dass sich der Abfluss mit hohen Abflusswerten im Sommer auf mehr Monate verteilt. Weiters ist es auch hier der Fall, dass der Schmelzabfluss ab Juli nur mehr aus der Gletscher- spende besteht. Aus der Tabelle 6.8 ist klar ersichtlich, dass in diesem Einzugsgebiet die eindeu- tig h¨ochsten Werte des Abflusses auftreten. Außerdem tritt in keinem Einzugsge- biet eine so große Zunahme des Schmelzwasserabflusses auf. Sie resultiert aus der viel st¨arkeren Zunahme der Gletscherspende gegenuber¨ der Abnahme des Schmelz- wasserabflusses von unvergletscherten Fl¨achen. Weitere zwei Besonderheiten sind, dass nur in Rein bei einer Temperatur¨anderung von +3◦C noch eine minimale Schneerucklage¨ von 3000 m3 vorliegt und dass die H¨ohe der Gleichgewichtslinie von einer Temperatur¨anderung von +2◦C auf +3◦C von 3200 - 3300 m auf die H¨ohenstufe von 3400 - 3500 m steigt. Zusammenfassend kann man sagen, dass alle Gebiete, außer St. Georgen und Kema- ten sehr verschieden auf eine m¨ogliche Temperaturerh¨ohung reagieren. Die Grunde¨ dafur¨ sind vor allem in der unterschiedlichen Fl¨achen - H¨ohenverteilung und Ver- gletscherung zu suchen. Alle Gebiete zeigen aber eindeutig, dass bei einer Tempera- turzunahme der Abfluss fruher¨ beginnt aufgrund der fruher¨ einsetzenden Schmelze und, dass die Spitze des Abflusses kleiner wird und insgesamt breiter, da der Anteil des Niederschlagsmaximums erst sp¨ater auftritt, und so die Summe aus dem Regen- abfluss und dem Schmelzabfluss in keinem Monat mehr so große Werte erreichen kann. 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 62

6.2.2 Niederschlags¨anderung + - 20 %

Bei den Modellierungen fur¨ eine Niederschlags¨anderung von +20 % oder -20 % wird einfach der eingegebene Niederschlag in jedem Monat um 20 % erh¨oht bzw. erniedrigt. Eine solche Anderung¨ wirkt sich damit auf alle Berechnungen des Nie- derschlages aus, egal ob auf unvergletschertem Gebeit oder vergletschertem, egal ob fester oder flussiger¨ Niederschlag.

Einzugsgebiet St. Georgen

400 400 Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation

200 200

Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150

100 100

50 50

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.23: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet von St. Georgen bei einer Nieder- schlags¨anderung um +20% (links), und -20%(rechts)

St. Georgen +-0% +20% -20% Verdunstung [mm] 411 404 416 Speicherterm [mm] -30 -14 -46 Massenbilanz [mm] -766 -367 -1171 Gletscherspende [mm] 106 106 106 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 344 431 255 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 450 537 361 Regenabfluss [mm] 615 798 436 Gesamtabfluss [mm] 1065 1335 797 3 Schneerucklage¨ [m ] 342000 552000 230000 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 1 1 0 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 3000 - 3100 2900 - 3000 3100 - 3200

Tabelle 6.9: Ergebnisse der Niederschlagsszenarienmodellierung fur¨ das Einzugsge- biet St. Georgen

Auf den ersten Blick f¨allt auf, dass sich in den Wintermonaten Dezember, J¨anner und Februar nichts ¨andert, da ja aller Niederschlag in fester Form f¨allt, und damit keinen Abfluss generiert wird. Er muss also wieder mit dem Flussigspeicher¨ erzeugt werden. Bei Niederschlagszunahme tritt im M¨arz mehr Schmelzwasserabfluss als bei 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 63

Niederschlagsabnahme auf, da dort in den untersten H¨ohenstufen schon Schmel- ze erreicht wird und bei Niederschlagszunahme dort naturlich¨ mehr Schnee zum Schmelzen zur Verfugung¨ steht. Bei einer Niederschlagsreduzierung ist im M¨arz und April deutlich weniger Abfluss: im M¨arz, da dort sowohl fast kein Schmelzabfluss aber auch kein Regenwasserabfluss ist. Im April hat man dann durch den eintre- tenden Schmelzabfluss zumindest einen geringen Abfluss, der Regenabfluss bleibt weiter fast bei null. Der Grund dafur¨ ist nicht, dass kein Regen f¨allt, sondern dass ab April die Verdunstung ansteigt und so der ganze Regen, der in den untersten H¨ohenstufen f¨allt, wieder verdunstet und somit nicht abfließt. Auffallend ist, dass bei der Niederschlagszunahme um 20 % das Maximum des Schmelzwasserabflusses kleiner ist als das Maximum des Regenabflusses und bei Nie- derschlagsabnahme um 20 % ist es genau umgekehrt. Die Ursache dafur¨ ist in der prozentuellen Vergr¨oßerung bzw. Verkleinerung der Niederschlagsmenge pro Monat zu suchen. Eine 20 prozentige Erh¨ohung macht im Sommer, wo das Niederschlags- maximum liegt, absolut gesehen naturlich¨ mehr aus, als die Erh¨ohung des Winternie- derschlages um 20 Prozent. Eine Verkleinerung um 20 Prozent bringt den gleichen Effekt mit sich. Das heißt, eine 20 prozentigen Niederschlagserh¨ohung im Winter hat einen deutlich erh¨ohten Schmelzabfluss im Fruhjahr¨ zur Folge, aber da die Nie- derschlagszunahme um 20 Prozent im Sommer mehr ausmacht ist der Regenabfluss deutlich gr¨oßer als der Schmelzwasserabfluss. Die Gletscherspende ¨andert sich kla- rerweise nicht, da sie nicht uber¨ den Niederschlag bestimmt wird, sondern rein uber¨ die Gradtage und den Gradtagfaktor. In beiden Szenarien bleiben sowohl Schmelzab- flussmaximum, Regenabflussmaximum und absolutes Abflussmaximum im gleichen Monat. Betrachtet man die Ergebnisse der Modellierung in Tabelle 6.9 so sind einzig und allein die Werte der Verdunstung auf den ersten Blick unverst¨andlich, da man ja meinen m¨ochte, dass bei mehr Niederschlag mehr verdunstet. Das ist aber nicht der Fall, da bei mehr Niederschlag mehr Schnee liegen bleibt und damit einige H¨ohenstufen unter 2600m in einigen Monaten Schnee haben, die bei der Ausgangs- modellierung schneefrei sind. Von schneebedeckten Fl¨achen verdunstet aber weniger als von schneefreien Fl¨achen und damit wird die Verdunstung fur¨ den Fall der Nie- derschlagszunahme kleiner. Dieser Effekt wirkt sich in den Sommermonaten st¨arker aus als in den Wintermonaten.

Einzugsgebiet Kematen

Das Einzugsgebiet Kematen zeigt das selbe Verhalten wie das Einzugsgebiet St. Ge- orgen. Auffallend ist, dass bei der Niederschlagszunahme das Abflussmaximum um einen Monat nach hinten, auf den Juli verschoben wird. In der Tabelle 6.10 f¨allt auf, dass im Gegensatz zum Einzugsgebiet St. Georgen 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 64

400 400 Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation

200 200

Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150

100 100

50 50

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.24: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet von Kematen bei einer Nieder- schlags¨anderung um +20% (links), und -20%(rechts)

Kematen +-0% +20% -20% Verdunstung [mm] 398 390 398 Speicherterm [mm] -44 -25 -63 Massenbilanz [mm] -931 -535 -1340 Gletscherspende [mm] 134 134 134 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 390 486 291 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 523 619 424 Regenabfluss [mm] 641 827 461 Gesamtabfluss [mm] 1164 1446 885 3 Schneerucklage¨ [m ] 336000 502000 164000 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 1 1 0 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 3000 - 3100 2900 - 3000 3100 - 3200

Tabelle 6.10: Ergebnisse der Niederschlagsszenarienmodellierung fur¨ das Einzugsge- biet Kematen die Verdunstung bei der Niederschlagsabnahme um 20 % nicht abnimmt. Die Be- grundung¨ dafur¨ ist, dass in diesem Fall nur zwei H¨ohenstufen im Winter schneefrei sind, die in der Anfangsmodellierung schneebedeckt sind. Da die Verdunstung im Winter viel kleiner ist als im Sommer, f¨allt diese Abnahme der Verdunstung gar nicht ins Gewicht. In der Ausgangsmodellierung ist das Maximum des Schmelzabflusses im Mai und Juni sogut wie gleich hoch, bei einer Niederschlagszunahme verschiebt es sich, wenn auch nur leicht, in den Juni, bei einer Abnahme liegt es dagegen im Mai. Die Ursache dafur¨ ist, dass im Fall der Niederschlagszunahme auch im Juni noch genug Schnee auf unvergletscherten Fl¨achen zum Schmelzen da ist, sodass dort mit der zunehmenden Gletscherspende das Maximum des Schmelzabflusses erreicht wird. Das Regenabflussmaximum bleibt bei beiden Modellierungen unver¨andert im Juli. 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 65

Einzugsgebiet Steinhaus

400 400 Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher 350 Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss 300 Regenabfluss 300 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 Schmelzabfluss Eisablation 250 Schmelzabfluss Eisablation

200 200

Abfluss (mm) 150 Abfluss (mm) 150

100 100

50 50

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.25: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet von Steinhaus bei einer Nieder- schlags¨anderung um +20% (links), und -20%(rechts)

Steinhaus +-0% +20% -20% Verdunstung [mm] 382 379 388 Speicherterm [mm] -27 -12 -42 Massenbilanz [mm] -715 -309 -1120 Gletscherspende [mm] 99 99 99 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 489 604 373 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 588 703 472 Regenabfluss [mm] 707 904 511 Gesamtabfluss [mm] 1295 1607 983 3 Schneerucklage¨ [m ] 748000 1290000 357000 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 5 9 2 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 2900 - 3000 2800 - 2900 3000 - 3100

Tabelle 6.11: Ergebnisse der Niederschlagsszenarienmodellierung fur¨ das Einzugsge- biet Steinhaus

Bei beiden Modellierungen ubersteigt¨ das Maximum des Schmelzabflusses je- nes des Regenabflusses, wie es auch schon in der Ausgangsmodellierung der Fall ist. Weiters geht das Schmelzabflussmaximum bei einer Niederschlagszunahme um 20 % vom Mai auf den Juni, bei der Abnahme um 20 % bleibt es im Mai. Das Re- genabflussmaximum ist bei beiden Modellierungen sehr breit und liegt im Juli und August, es verschiebt sich also nicht. Das absolute Abflussmaximum bleibt immer im Juni. Einige Werte zu diesen Modellierungen findet man in Tabelle 6.11

Einzugsgebiet Rein

Im Gegensatz zu allen drei anderen Einzugsgebieten zeigt das am st¨arksten verglet- scherte Einzugsgebiet weder in der Ausgangsmodellierung, noch in den zwei Nie- 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 66

450 450 Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 400 400 Modelliert mit Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss 350 Regenabfluss 350 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert 300 Schmelzabfluss vergletschert 300 Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss Eisablation Schmelzabfluss Eisablation 250 250

200 200 Abfluss (mm) Abfluss (mm) 150 150

100 100

50 50

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.26: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet von Rein bei einer Nieder- schlags¨anderung um +20% (links), und -20%(rechts)

Rein +-0% +20% -20% Verdunstung [mm] 338 334 343 Speicherterm [mm] -50 -19 -82 Massenbilanz [mm] -585 -218 -954 Gletscherspende [mm] 199 199 199 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 443 551 335 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 643 750 535 Regenabfluss [mm] 675 856 494 Gesamtabfluss [mm] 1318 1606 1029 3 Schneerucklage¨ [m ] 232000 3120000 151000 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 3 3 2 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 3000 - 3100 2900 - 3000 3100 - 3200

Tabelle 6.12: Ergebnisse der Niederschlagsszenarienmodellierung fur¨ das Einzugsge- biet Rein derschlagsszeniaren ein Maximum des Schmelzwasserabflusses im Mai. Hier tritt es immer erst im Juni auf. Auch hier ist das Schmelzwassermaximum eindeutig h¨oher als das Regenwassermaximum. Die Ergebnisse in Tabelle 6.12 verlaufen qualitativ wie die des Einzugsgebietes von St. Georgen und entsprechen somit den Erwartungen.

6.2.3 Modellierung ohne Gletscher

Je gr¨oßer die Vergletscherung in einem Einzugsgebiet ist, desto gr¨oßer ist dessen Ein- fluss. In den hier behandelten Einzugsgebieten ist die Vergletscherung ziemlich ge- ring, d.h. der Einfluss der Gletscher klein. Trotzdem wird hier kurz auf ein m¨ogliches Verschwinden der Gletscher und den dadurch verursachten Einfluss auf den Abfluss eingegangen. Da es durch die Topographie der Gletscher sehr schwierig ist, die Glet- scherfl¨ache um gewisse Prozents¨atze zu reduzieren, wird die Gletscherfl¨ache in allen 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 67

H¨ohenstufen auf null gesetzt, um die Ver¨anderungen des Abflusses besser hervorhe- ben zu k¨onnen.

600 Gemessen 600 Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher Abflussergebniss mit Gletscher Abflussergebniss mit Gletscher 500 500 Schmelzabfluss Schmelzabfluss Schmelzabfluss mit Gletscher Schmelzabfluss mit Gletscher Regenabfluss Regenabfluss 400 Schmelzabfluss unvergletschert bei Modellierung mit Gletscher 400 Schmelzabfluss unvergletschert bei Modellierung mit Gletscher

300 300 Abfluss (mm) Abfluss (mm)

200 200

100 100

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.27: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen (links) und Rein (rechts) bei einer Modellierung ohne Gletscherfl¨achen

In den zwei Abbildungen von 6.27 sieht man, wie sich der Abfluss ver¨andert, wenn man bei der Ausgangsmodellierung die Gletscherfl¨ache auf null setzt. Es wurden hier nur zwei Einzugsgebiete behandelt, zum einen St. Georgen, als gr¨oßtes Einzugsgebiet, zum anderen Rein als kleinstes, aber am h¨ochsten vergletschertes Einzugsgebiet. Ein Unterschied wird klarerweise nur in den Monaten sichtbar, wo Gletscherspende auftritt, also hier von Juni bis September. Insgesamt bleibt der Unterschied aber sehr klein. Der Grund dafur¨ ist ganz einfach in der zunehmenden unvergletscherten Fl¨ache zu finden. Setzt man die Gletscherfl¨ache auf null, ist dafur¨ die unvergletscherte Fl¨ache in allen H¨ohenstufen bei 100 %, auf der im Winter Schnee ist, der im Sommer schmiltzt. Zus¨atzlich f¨allt die Umverteilung weg, die den Niederschlag auf den unvergletscherten Fl¨achen reduziert. Daraus folgt, dass der Abfluss von der unvergletscherten Fl¨ache klar zunimmt und fast gleich groß ist wie der Schmelzabfluss mit Gletscher. Insgesamt nimmt der Gesamtabfluss genau um den Betrag ab, der vom Fehlen der Gletscherspende verursacht wurde und nicht durch die Zunahme des Schmelzwassers aus unvergletschertem Gebiet gedeckt werden konnte, in 6.27 die Differenz zw. der durchgehenden lila Kurve und der gestrichelten lila Kurve. Der Regenabfluss ¨andert sich nicht. Die Schneerucklage¨ nimmt deutlich zu. Abschließend muss man sagen, dass diese Modellierung insgesamt wenig Sinn macht, da bei den klimatologischen Ausgangswerten, die fur¨ diese Modellierungen verwendet wurden, ja sicher immer Gletscher in diesen Einzugsgebieten sein wurden.¨ Ein Fehlen der Gletscher f¨allt deshalb nicht besonders ins Gewicht. Das heißt man muss eine m¨ogliche Gletscherabnahme in Verbindung mit anderen Ausgangswerten fur¨ Temperatur und Niederschlag bringen, um eine bessere Aussagekraft der 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 68

Ergebnisse zu erreichen. Außerdem sind diese Einzugsgebiete schwach vergletschert, so dass der Einfluss der Gletscher nicht besonders groß sein kann. Trotzdem kann man erkennen, dass das Einzugsgebiet Rein mit der st¨arkeren Vergletscherung st¨arker auf diese Anderung¨ reagiert als St. Georgen. In Rein nimmt der Abfluss um 5 % in St. Georgen nur um 3.4% ab.

EZ St. Georgen EZ Rein mit Gletscher ohne Gletscher mit Gletscher ohne Gletscher Gletscherspende [mm] 106 0 199 0 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 344 413 443 577 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 449 413 643 577 Regenabfluss [mm] 615 615 675 675 Gesamtabfluss [mm] 1064 1028 1318 1252 3 Schneerucklage¨ [m ] 342000 4071000 232000 1687000 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 1 7 3 19

Tabelle 6.13: Ergebnisse der gletscherfreien Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen und Rein

6.2.4 Kombination von Temperatur und Nieder- schlags¨anderung - Klimaszenario 2050“ ” Da eine Klima¨anderung mit reiner Anderung¨ der Temperatur oder des Niederschla- ges unrealistisch ist, befasst sich dieses Kapitel mit einer Klima¨anderung, in der sowohl die Temperatur als auch der Niederschlag ge¨andert wird. Diese Szenarien sollen aber nicht als Blick in die Zukunft gewertet werden, sondern nur als eine theoretische Analyse (Kuhn und Escher-Vetter (2004)). Die Werte fur¨ die Anderungen¨ wurden aus dem Buch Klima¨anderung und die ” Schweiz 2050“, Frei (2007) entnommen, siehe Tabelle 6.14.

Monat 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temperatur [◦C] 2.2 2.2 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 2.8 2.8 2.8 2.2 Niederschlag [%] -4 -4 11 11 11 -4 -4 -4 -19 -19 -19 -4

Tabelle 6.14: Werte fur¨ die Anderung¨ der Temperatur und des Niederschlages fur¨ das Klimaszenario im Jahr 2050

W¨ahrend die Temperatur einheitlich ubers¨ ganze Jahr deutlich zunimmt, ist der Trend beim Niederschlag weniger einheitlich. So ist die Abnahme des Nieder- schlages in den Fruhlings-¨ und Herbstmonaten sehr klein, w¨ahrend im Winter der Niederschlag st¨arker zunimmt und im Sommer deutlich abnimmt. Betrachtet man nun Abbildung 6.28, so ist in den Wintermonaten keine Anderung¨ 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 69 des Abflusses erkennbar, da die Temperatur hier immer noch unter dem Gefrier- punkt liegt und somit kein Schmelzen stattfindet. Ab M¨arz sind in den untersten Schichten aber schon positive Temperaturen die den ersten flussigen¨ Niederschlag generieren, sodass der Abfluss schon gr¨oßer ist als jener der Ausgangsmodellierung. Das Schmelzabflussmaximum im Mai bildet dann auch das absolute Maximum des Abflusses, das sich klar ersichtlich um einen Monat nach vorne verschiebt und klar abnimmt. Insgesamt nimmt der Abfluss im Mai aber zu, da aufgrund des h¨oheren Niederschlages im Winter mehr Schnee schmelzen kann. Dadurch, dass der Sommer- niederschlag deutlich abnimmt, folgt, dass der Abfluss ab Mai immer kleiner wird, obwohl die Gletscherspende deutlich zunimmt. Die absoluten Maxima nehmen in beiden Gebieten ab. Am Anfang und Ende des hydrologischen Jahres jedoch tritt in diesem Szenario ein h¨oherer Abfluss als bei der Anfangsmodellierung auf. Im Okto- ber und November findet man die Ursache im Regenabfluss, da dieser im Vergleich zur Ausgangsmodellierung deutlich zunimmt, da ein gr¨oßerer Teil des Niederschlags als Regen f¨allt und nicht wie anfangs als Schnee. Im September liegt die Ursache in der großen Gletscherspende. Die zwei Einzugsgebiete St. Georgen und Kematen zeigen insgesamt die selben Reaktionen auf die Anderungen¨ der Temperatur und des Niederschlages.

450 450 Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 400 400 Modelliert mit Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss 350 Regenabfluss 350 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert 300 Schmelzabfluss vergletschert 300 Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss Eisablation Schmelzabfluss Eisablation 250 250

200 200 Abfluss (mm) Abfluss (mm) 150 150

100 100

50 50

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.28: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen (links) und Kematen (rechts) fur¨ die Szenarien von 2050

In Tabelle 6.15 sieht man, dass die Verdunstung insgesamt zunimmt. Die Ursache dafur¨ ist, dass in der Modellierung fur¨ das Szenario 2050 im April und Mai die unteren H¨ohenstufen viel weniger schneebedeckt sind als bei der Ausgangsmodellierung. Und da bei der Verdunstungsberechnung fur¨ den Sommer von schneefreien Fl¨achen mehr verdunstet als von schneebedeckten, steigt die Verdunstung an. Speicherterm und Massenbilanz werden wie erwartet deutlich negativer. Da die Zunahme der Gletscherspende gr¨oßer ist als die Abnahme des Schmelzwasserabflusses aus unvergletschertem Gebiet, steigt der Schmelzwasser- 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 70 abfluss an. Betrachtet man den Gesamtabfluss, so f¨allt auf, dass der Ruckgang¨ in St. Georgen gr¨oßer ist als der in Kematen, der sich fast gar nicht ¨andert. Der Grund dafur¨ ist in der h¨oheren Gletscherspende in Kematen zu finden, die das Defizit, das vom Regenabfluss und Schmelzabfluss aus unvergletschertem Gebiet verursacht wird, fast g¨anzlich kompensiert. Die h¨ohere Gletscherspende ist auf die leicht h¨ohere Vergletscherung im Einzugsgebiet Kematen zuruckzuf¨ uhren.¨ Die H¨ohe der Gleichgewichtslinie steigt merklich an.

EZ St. Georgen EZ Kematen original Jahr 2050 original Jahr 2050 Verdunstung [mm] 411 419 398 404 Speicherterm [mm] -30 -125 -44 -159 Massenbilanz [mm] -766 -3194 -931 -3399 Gletscherspende [mm] 106 191 134 237 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 344 276 390 318 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 449 467 523 555 Regenabfluss [mm] 615 576 641 605 Gesamtabfluss [mm] 1064 1043 1164 1160 3 Schneerucklage¨ [m ] 342000 0 336000 0 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 1 0 1 0 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 3000 - 3100 3300 - 3400 3000 - 3100 3300 - 3400

Tabelle 6.15: Ergebnisse der Klimaszenarienmodellierung 2050 fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen und Kematen

Nachdem die zwei Einzugsgebiete St. Georgen und Kematen einen sehr ¨ahnlichen Verlauf ihrer Abflusskurven zeigen, kann man bei den Einzugsgebieten Rein und Steinhaus doch gr¨oßere Unterschiede erkennen, siehe Abbildung 6.29. Aber auch hier gilt, dass sich der Abfluss in den Wintermonaten nicht ¨andert. Ab M¨arz steigt dann der Abfluss an, da die erste Schmelze auftritt und der erste Niederschlag wieder als Regen f¨allt. Das Schmelzabflussmaximum steigt in beiden Gebieten an und besitzt in Steinhaus im Vergleich zur Ausgangsmodellierung, wo das Schmelz- abflussmaximum im Mai und Juni gleich groß war, ein eindeutiges Maximum im Mai. In Rein verschiebt sich das Schmelzabflussmaximum vom Juni auf den Mai. Die absoluten Abflussmaxima bleiben jeweils im selben Monat. Auch in diesen bei- den Einzugsgebieten ist der Abfluss am Anfang und Ende des hydrologischen Jahres h¨oher als in den Ausgangsmodellierungen. Die Grunde¨ sind naturlich¨ die selben wie in den Einzugsgebieten St. Georgen und Kematen. Die absoluten Abflussspitzen werden hier ebenso kleiner. Bemerkenswert fur¨ das Einzugsgebiet Rein ist die Tat- sache, dass in den Monaten Juli und August der von Regen und Gletscher generierte Abfluss gleich groß ist. Das ist in keinem der anderen drei Einzugsgebieten der Fall. In Tabelle 6.16 sieht man nun ein paar Ergebnisse der Modellierung. Die Anderungen¨ hier verhalten sich dabei gleich wie in den Einzugsgebieten von St. 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 71

450 450 Gemessen Gemessen Modelliert ohne Flüssigspeicher Modelliert ohne Flüssigspeicher 400 400 Modelliert mit Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher Schmelzabfluss Schmelzabfluss 350 Regenabfluss 350 Regenabfluss Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert 300 Schmelzabfluss vergletschert 300 Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss Eisablation Schmelzabfluss Eisablation 250 250

200 200 Abfluss (mm) Abfluss (mm) 150 150

100 100

50 50

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.29: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet Steinhaus (links) und Rein (rechts) fur¨ die Szenarien von 2050

Georgen und Kematen. Im Gesamtabfluss zeigt sich im Einzugsgebiet von Rein ein Unterschied zu den anderen dreien. In Rein nimmt der Gesamtabfluss deutlich zu, da die Gletscherspende die Abnahme des Schmelzabflusses von unvergletschertem Gebiet und vom Regenabfluss mehr als nur ausgleicht.

EZ Steinhaus EZ Rein original Jahr 2050 original Jahr 2050 Verdunstung [mm] 382 396 338 349 Speicherterm [mm] -22 -125 -48 -252 Massenbilanz [mm] -715 -3347 -585 -2945 Gletscherspende [mm] 99 183 199 381 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 489 420 443 382 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 588 603 643 764 Regenabfluss [mm] 707 666 675 632 Gesamtabfluss [mm] 1295 1269 1318 1396 3 Schneerucklage¨ [m ] 748000 0 232000 4000 Schneerucklage¨ auf EZ bezogen [mm] 5 0 3 0 H¨ohe der Gleichgewichtslinie [m asl] 2900 - 3000 3200 - 3300 3000 - 3100 3300 - 3400

Tabelle 6.16: Ergebnisse der Klimaszenarienmodellierung 2050 fur¨ das Einzugsgebiet Steinhaus und Rein

6.2.5 Klimaszenario 2050“ mit Reduzierung der Gletscher- ” fl¨achen

Da eine Klima¨anderung, wie hier verwendet, auch einen Gletscherruckgang¨ zur Folge hat, wird in diesen Modellierungen nun die Gletscherfl¨ache unter 2800 m auf null gesetzt, daruber¨ werden die Fl¨achen nicht ver¨andert. Da die Gleichgewichtslinie im Einzugsgebiet von Steinhaus 100 m tiefer liegt als in den anderen drei Gebieten, 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 72 wurden auch die Gletscherfl¨achen in Steinhaus erst unter 2700 m auf null gesetzt. Welche Anderung¨ der Gletscherfl¨achen das zur Folge hat sieht man in Tabelle 6.17.

St. Georgen Kematen Steinhaus Rein 2 Fl¨achenabnahme in km 8 7.7 1.7 2 Fl¨achenabnahme in % 34 39 31 26

Tabelle 6.17: Anderung¨ der Gletscherfl¨achen wenn Gletscherfl¨achen unter 2800 m bzw. 2700 m in Steinhaus auf null gesetzt werden.

450 450 Gemessen Gemessen Modelliert mit Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher 400 400 Abfluss 2050 Abfluss 2050 Schmelzabfluss Schmelzabfluss 350 Schmelzabfluss 2050 350 Schmelzabfluss 2050 Regenabfluss Regenabfluss 300 Schmelzabfluss unvergletschert 300 Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert 2050 Schmelzabfluss unvergletschert 2050 Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 250 Schmelzabfluss vergletschert 2050 Schmelzabfluss vergletschert 2050

200 200 Abfluss (mm) Abfluss (mm) 150 150

100 100

50 50

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.30: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen (links) und Kematen (rechts) fur¨ die Szenarien von 2050 mit geringerer Vergletscherung

Zum besseren Vergleich dieser Modellierung mit der ursprunglichen¨ von 2050 oh- ne Reduzierung der Gletscherfl¨achen wurden in den Graphen dieser Modellierung die Ergebnisse der ursprunglichen¨ Modellierung strichliert dargestellt, siehe Abbildung 6.30 und 6.31. Auf den ersten Blick ersichtlich ist, dass sich nur in den Monaten wo es Gletscherschmelze gibt, was ¨andert. Bei einer Abnahme der Gletscherfl¨ache sinkt die Gletscherspende, damit wird auch der Schmelzabfluss kleiner und da der Regen- abfluss gleich bleibt, sinkt der Gesamtabfluss ebenfalls. Die gr¨oßten Unterschiede findet man in den Monaten Juli, August und September. Der Schmelzabfluss von unvergletscherten Fl¨achen nimmt vor allem im Juni zu, da durch die Reduzierung der Gletscherfl¨achen die unvergletscherte Fl¨ache gr¨oßer geworden ist und somit auf den unvergletscherten Fl¨achen mehr Schnee zum Schmelzen zur Verfugung¨ steht. Betrachtet man die Werte in Tabelle 6.18, so sieht man auch dort den großen Einfluss der Gletscher auf den Abfluss deutlich. Die Reduktion der Gletscherfl¨achen reduziert den Jahresabfluss betr¨achtlich, was die große Wichtigkeit der Gletscher in alpinen Einzugsgebieten als Wasserspeicher unterstreicht. Dass Speicherterm und Massenbilanz weniger negativ sind, ist aufgrund der h¨oheren Lage und geringeren Gesamtfl¨ache der Gletscher in dieser Modellierung auch einleuchtend. 6.2 Modellierung fur¨ verschiedene Klimaszenarien 73

EZ St. Georgen EZ Kematen Jahr 2050 Gletscher¨anderung Jahr 2050 Gletscher¨anderung Speicherterm [mm] -125 -60 -159 -70 Massenbilanz [mm] -3194 -2332 -3399 -2449 Gletscherspende [mm] 191 110 237 125 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 276 292 318 341 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 467 402 555 466 Regenabfluss [mm] 576 576 605 605 Gesamtabfluss [mm] 1043 978 1160 1071

Tabelle 6.18: Ergebnisse der Klimaszenarienmodellierung 2050 mit verkleinerten Gletscherfl¨achen fur¨ das Einzugsgebiet St. Georgen und Kematen

450 450 Gemessen Gemessen Modelliert mit Flüssigspeicher Modelliert mit Flüssigspeicher 400 400 Abfluss 2050 Abfluss 2050 Schmelzabfluss Schmelzabfluss 350 Schmelzabfluss 2050 350 Schmelzabfluss 2050 Regenabfluss Regenabfluss 300 Schmelzabfluss unvergletschert 300 Schmelzabfluss unvergletschert Schmelzabfluss unvergletschert 2050 Schmelzabfluss unvergletschert 2050 Schmelzabfluss vergletschert Schmelzabfluss vergletschert 250 250 Schmelzabfluss vergletschert 2050 Schmelzabfluss vergletschert 2050

200 200 Abfluss (mm) Abfluss (mm) 150 150

100 100

50 50

0 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat Monat

Abbildung 6.31: Abfluss fur¨ das Einzugsgebiet Steinhaus (links) und Rein (rechts) fur¨ die Szenarien von 2050 mit geringerer Vergletscherung

Fur¨ die Einzugsgebiete Steinhaus und Rein gilt das selbe wie fur¨ Kematen und St. Georgen. Der Abfluss sinkt und die Unterschiede im Abfluss findet man nur dort, wo die Gletscherspende einen Teil zum Gesamtabfluss beitr¨agt. Insgesamt ist die Abnahme des Abflusses in allen vier Einzugsgebieten sehr ¨ahnlich. Am geringsten ist die Abnahme in Steinhaus mit 5 %, gefolgt von 6 % in St. Georgen, 7 % in Rein und 8 % in Kematen.

EZ Steinhaus EZ Rein Jahr 2050 Gletscher¨anderung Jahr 2050 Gletscher¨anderung Speicherterm [mm] -125 -65 -252 -152 Massenbilanz [mm] -3347 -2564 -2945 -2399 Gletscherspende [mm] 183 110 381 257 Schmelzwasserabfluss unvergletschert [mm] 420 434 382 406 Schmelzwasserabfluss gesamt [mm] 603 544 764 664 Regenabfluss [mm] 666 666 632 632 Gesamtabfluss [mm] 1269 1210 1396 1296

Tabelle 6.19: Ergebnisse der Klimaszenarienmodellierung 2050 mit verkleinerten Gletscherfl¨achen fur¨ das Einzugsgebiet Steinhaus und Rein Kapitel 7

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Das Ziel dieser Arbeit war die Modellierung des Abflusses der Ahr im Tauferer Ahrn- tal. Uber¨ die im Tal vorhandenen Stationen wurden die klimatologischen Werte der Temperatur, des Niederschlages und des Abflusses fur¨ die Einzugsgebiete errechnet. Auch vertikale Gradienten des Niederschlages und der Temperatur wurden berechnet und als Modellinput verwendet, aber diese mussten oft noch manuell angepasst wer- den. Weiterer wichtiger Modellinput war die Fl¨achen- H¨ohenverteilung fur¨ Gesamt-, Wald- und Gletscherfl¨ache, sowie der Speicherterm der aus den Massenbilanzen der Gletscher berechnet wird. Da es aber fur¨ diese Einzugsgebiete keine Massenbilan- zen gibt, wurden die Daten der Otztaler¨ Gletscher verwendet und auf die Ahrntaler Gletscher unter Berucksichtigung¨ der Fl¨achen- H¨ohenverteilung angewandt. Damit das Modell gestartet werden kann, ben¨otigt man noch monatliche Werte fur¨ den Gradtagfaktor, die Schneebedeckung und die Verdunstung und einen Jahreswert fur¨ den Umverteilungsfaktor. Dann kann man das Modell laufen lassen und zum Schluss wird der Abfluss noch mit dem Flussigspeicher¨ angepasst. Das Modell basiert auf der hydrologischen Bilanzgleichung 4.2. Die Basismodellierungen fur¨ alle vier Einzugsgebiete unterscheiden sich vor allem in den Parametern, die aufgrund der Lage der Einzugsgebiete verschieden sein mussen,¨ z.B. Temperatur und Niederschlagswerte. Alle anderen Parameter wurden aufgrund der gleichen geographischen Lage der Gebiete fast gleich gelassen. Ziel der Basis- modellierung war es, einen Abfluss zu modellieren, der sich vom klimatologischen gemessenen Abfluss um nicht mehr als + - 20 mm unterscheidet. Als dieses Ziel erreicht wurde, wurde von diesen Modellierungen ausgehend der Abfluss fur¨ ver- schiedenen Klimaszenarien modelliert. Fur¨ jedes der vier Einzugsgebiete wurden Abflussmodellierungen fur¨ folgende Sze- narien durchgefuhrt:¨

74 75

- Temperaturerh¨ohung um +1◦C, +2◦C und +3◦C

- Niederschlags¨anderung um + - 20 %

- Ausgangsmodellierung ohne Gletscher (wurde nur fur¨ das Einzugsgebiet Rein und St. Georgen modelliert)

- Kombination von Temperatur- und Niederschlags¨anderung - Klimaszenario 2050

- Klimaszenario 2050 mit reduzierten Gletscher߬achen

Die Ergebnisse der Modellierung sind teils sehr ¨ahnlich, wie z.B. fur¨ die Ein- zugsgebiete von St. Georgen und Kematen. Steinhaus und Rein sind viel kleiner und unterscheiden sich von den zwei großen Gebieten vor allem in der Fl¨achen- H¨ohenverteilung. Steinhaus, weil es im Vergleich zu den anderen drei Gebieten die am tiefsten liegenden Gletscher hat, Rein, da es insgesamt am h¨ochsten liegt und die gr¨oßte Vergletscherung hat. Bei einer reinen Temperaturerh¨ohung verflacht sich in den Einzugsgebieten St. Geor- gen und Kematen der Abflussverlauf im Sommer und das Abflussmaximum wandert vom Juni in den Juli, da sich der Schmelzwasserabfluss uber¨ einen gr¨oßeren Zeitraum aufteilt und das Regenabflussmaximum ja gleich bleibt, sodass das Niederschlagsma- ximum im Sommer der Grund fur¨ das Abflussmaximum ist. Auch in Steinhaus sinkt das Abflussmaximum bei reiner Temperaturerh¨ohung im Juni, in den Monaten davor steigt es aber aufgrund von fruher¨ einsetzender Schmelze an. Als einziges Einzugs- gebiet zeigt Rein bei jeder Temperaturerh¨ohung ein Ansteigen des Schmelzabflusses und eine Verlagerung der Schmelzabflussspitze vom Juni in den Mai. Bei einer Tem- peraturerh¨ohung von +3◦C bilden sich sogar zwei Abflussmaxima im Sommer aus. Das erste im Mai, getragen vom Schmelzabfluss der unvergletscherten Fl¨achen, das zweite im Juli durch den Regenabfluss und die Gletscherspende. Insgesamt nimmt der Abfluss bei Temperaturzunahme uberall¨ zu. Bei der reinen Niederschlags¨anderung steigt bei einer Zunahme des Niederschlages naturlich¨ auch der Abfluss, bei einer Abnahme sinkt er. Die Abflussmaxima werden nicht verschoben. Zu bemerken ist, dass sich die Niederschlags¨anderungen im Som- mer aufgrund des dort sich befindenden Niederschlagsmaximums mehr auswirken als im Winter. Das ist auch der Grund, dass sich das Schmelzabflussmaximum weniger stark ¨andert als das Regenabflussmaximum. Die Modellierung der Ausgangssituation ohne Gletscher ¨andert nicht wesentlich viel am Gesamtabfluss, da nur die reine Gletscherspende, die uber¨ die Gradtagmethode berechnet wird, auf null reduziert wird. Weiters f¨allt durch das Null - Setzen der Gletscherfl¨ache die Umverteilung weg und die unvergletscherte Fl¨ache wird erh¨oht, 76 was einen Mehrabfluss von unvergletscherten Fl¨achen mit sich bringt. Daraus folgt, dass bei dieser Modellierung das Fehlen der Gletscherspende zu einem großen Teil vom zus¨atzlichen Schmelzabfluss aus den unvergletscherten Gebieten kompensiert wird. An diesem Punkt sollte noch erw¨ahnt werden, dass die Berechnung der Glet- scherspende uber¨ die Gradtagmethode das Problem mit sich bringt, dass es keine Grenze fur¨ die Schmelze von Gletscherfl¨achen gibt. Die interessantesten und gleichzeitig realistischsten Ergebnisse der Modellierung sind sicherlich jene fur¨ das Klimaszenario des Jahres 2050. Da dort der Winternieder- schlag zunimmt, der Sommerniederschlag jedoch abnimmt, sind die Abflussmaxima im Mai und Juni. Von da an nimmt der Abfluss Monat fur¨ Monat ab. Nur im Ein- zugsgebiet von Rein schaut das Bild ein wenig anders aus, da die Gletscherspende stark ansteigt und aufgrund der gr¨oßten Vergletscherung in diesem Gebiet auch den gr¨oßten Effekt hat. Hier bleibt der Abfluss von Mai bis August immer hoch. In St. Georgen, Kematen und Steinhaus nimmt der Gesamtabfluss ab, in Rein steigt er aber. Die Ursache ist in der großen Gletscherspende in Rein zu suchen. Da nun eine solche Modellierung wenig Sinn macht, wenn die Gletscherfl¨achen gleich bleiben, werden in der n¨achsten Modellierung die Gletscherfl¨achen redu- ziert, was diese Modellierung am realistischsten macht. Der Effekt dieser Gletscher- fl¨achenreduzierung macht sich v.a. in den Monaten Juli, August und September bemerkbar und bewirkt einen noch gr¨oßeren Ruckgang¨ des Abflusses, nun auch im Einzugsgebiet von Rein. Bei genugender¨ Anpassung des Modells an verschiedene Szenarien kann das OEZ als gutes Werkzeug dienen, um den groben, monatlichen Verlauf des Abflusses zu mo- dellieren und so den Entscheidungstr¨agern in der Politik, Energiewirtschaft, Land- wirtschaft und Tourismus wichtig sein. Literaturverzeichnis

[Fliri 1962] Fliri, F.: Wetterlagenkunde von Tirol. Tiroler Wirtschaftsstudien, 13. Folge, 1962. – 144–211 S

[Frei 2007] Frei, C.: Klima¨anderung und die Schweiz - Erwartete Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft. OcCC/Pro-Clim, 2007. – 14–15 S

[Knoll 2006] Knoll, C.: Gletscherinventar Sudtirol¨ AA 1997. Diplomarbeit, Institut fur¨ Geographie, Universit¨at Innsbruck, 2006. – 35–38 S

[Kuhn 2000] Kuhn, M.: Verification of a hydrometeorological model of glacierized basins. Annals of Glaciology 31, 2000

[Kuhn 2003] Kuhn, M.: Redistribution of snow and glacier mass balance from a hydrometeorological model. Journal of Hydrology 282, 2003. – 95–103 S

[Kuhn und Batlogg 1999] Kuhn,M.; Batlogg, N.: Modellierung der Auswirkung von Klima¨anderung auf verschiedenen Einzugsgebiete in Osterreich¨ . Schriftenreihe der Forschung im Verbund, 1999

[Kuhn und Escher-Vetter 2004] Kuhn, M. ; Escher-Vetter: Die Reaktion der ¨osterreichischen Gletscher und ihres Abflusses auf Anderungen¨ von Temperatur und Niederschlag, Heft 1-2. Osterr.¨ Wasser- und Abfallwirtschaft, 2004

[Meingaßner 2008] Meingaßner, A.: Modellierung des Wasserhaushalts von vier kalkalpinen Einzugsgebieten fur¨ verschiedene Klimaszenarien. Diplomarbeit, In- stitut fur¨ Meteorologie und Geophysik, Universit¨at Innsbruck, 2008

[Rixen et al. 2002] Rixen, C. ; Stockli¨ , V. ; Wipf, S.: Kunstschnee und Schnee- zust¨ande: Eigenschaften und Wirkungen auf Vegetation und Boden in alpinen Ski- gebieten. SLF Davos, Kunstschnee und Schneezust¨ande, 2002

[Sevruk 1985a] Sevruk, B.: Schneeanteil am Monatsniederschlag. Beitr¨age zur Geologie der Schweiz - Hydrologie Nr. 31. 1985. – 127–137 S

77 LITERATURVERZEICHNIS 78

[Sevruk 1985b] Sevruk, B.: Systematischer Niederschlagsmessfehler in der Schweiz. Beitr¨age zur Geologie der Schweiz - Hydrologie Nr. 31. 1985. – 65– 74 S

[Veit 2002] Veit, H.: Die Alpen - Geo¨okologie und Landschaftsentwicklung. Verlag Eugen Ulmer Stuttgart, 2002. – 221–224 S Danksagung

Abschließend m¨ochte ich nun die Gelegenheit ergreifen, um mich bei einigen Perso- nen zu bedanken, die mir in irgendeiner Weise geholfen haben, diese Diplomarbeit fertigzustellen.

Der gr¨oßte Dank gilt meinen Eltern, die es mir erm¨oglicht haben zu studie- ren, mich immer großzugig¨ unterstutzten¨ und mich auch motiviert haben mein Erasmusjahr in Lapland zu verbringen. Auch meinen Geschwistern Philipp und Gabriela m¨ochte ich danken: Philipp, fur¨ die vielen Tipps beim Erstellen der Diplomarbeit, und fur¨ die Motivation, ein Erasmus Jahr zu machen. Gabriela fur¨ die vielen spaßigen Stunden, ob in Graz oder zu Hause. Ein großes Vergeltsgott auch an meinen Betreuer Univ.-Prof.Dr. Michael Kuhn fur¨ die konstruktive Zusammenarbeit und die vielen beantworteten Fragen w¨ahrend meiner Arbeit. Weiters m¨ochte ich mich auch fur¨ die Bereitstellung des Arbeits- platzes bedanken. Ein großer Dank geht auch an Marc (Mag. Marc Olefs), der mir speziell am Anfang bei vielen Matlab Problemen geholfen hat. Danke auch fur¨ die gute Zusammenarbeit bei diversen Anderungen¨ des Modells und fur¨ viele gute Diskussionen. Danke auch an Andi (Mag. Andreas Meingaßner) fur¨ die gemeinsame Zeit sowohl in Rovaniemi aber noch mehr fur¨ die gemeinsame Zeit, die wir zusammen vor unseren Diplomarbeiten in unserem K¨ammerchen gesessen sind und die vielen OEZ betreffenden Diskussionen. Auch bei Astrid (Dr. Astrid Lambrecht) m¨ochte ich mich fur¨ jede GIS betreffende Hilfe bedanken. Ein Dank gilt naturlich¨ auch meinen Freunden im hydrographischen Amt in Bozen, Mag. Dieter Peterlin, Mag. Carmen Oberparleiter und Mag. Gunther¨ Geier fur¨ die rasche Bereitstellung aller notwendigen Daten. Zu weiterm Dank verpflichtet bin ich auch meinen Korrekturlesern, Oliver Wild, meinem Bruder Philipp und meinem Vater. Bei meinem Onkel Josef Rastner m¨ochte ich mich fur¨ die Korrektur des italienischen Teiles dieser Arbeit bedanken.

79 LITERATURVERZEICHNIS 80

Naturlich¨ muss ich mich auch noch bei allen Kollegen, die mich w¨ahrend meines Studiums begleitet haben, fur¨ all die unvergesslichen Momente die wir erlebt haben, bedanken, egal ob hier in Innsbruck, irgendwo in den Bergen, auf Exkursionen, am Gletscher, bei Stumetas oder in Finnland.

VOGELSGOTT¨ - DANKE - THANKS - GRAZIE - KIITOS Curriculum Vitae

Name Lukas Rastner Geburtsort und Datum Bruneck in Sudtirol¨ am 16. Februar 1982 Heimatadresse Neurautweg 14, 39030 Gais, Sudtirol¨ Studienadresse Burgerstraße¨ 11, 6020 Innsbruck Eltern Mutter: Monika Rastner geborene Hofer, Krankenschwester Vater: Walter Rastner, Arzt Telefon Sudtirol:¨ +393297325755 Innsbruck: +436504571987 E-Mail [email protected]

Ausbildung:

1988–1993 Grundschule Gais bei Bruneck 1993–1996 Mittelschule: Dr. Josef R¨od in Bruneck 1996–2001 Oberschule: Realgymnasium in Bruneck 2001–2008 Diplomstudium der Meteorologie, Universit¨at Innsbruck 2005–2006 Zwei Semester Erasmus an der University of Lapland, Rovaniemi, Finnland. 2007–2008 Diplomarbeit bei Prof. Michael Kuhn am Institut fur¨ Meteorolo- gie und Geophysik, Universit¨at Innsbruck: Abflussmodellierung des Tauferer Ahrntales

81 Studienbegleitende Praxiserfahrung:

2004 Praktikum bei der Firma Austro Control am Flughafen Innsbruck 2005 Mitarbeit im Vorhersagedienst bei der Winteruniversiade Innsbruck / Seefeld 2005 2007–2008 Tutor der Lehrveranstaltung Ein hydrometeorologisches Modell fur¨ ” vergletscherte Einzugsgebiete II“ bei Prof. Michael Kuhn an der Universit¨at Innsbruck

Hobbys:

Fußballspielen, Klettern, Bergsteigen, Marathon laufen, Skifahren, Reisen