Modellierung Des Abflusses Für Das Gadertal
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Modellierung des Abflusses fur¨ das Gadertal Unter Verwendung des OEZ Modells Eine Diplomarbeit eingereicht am Institut fur¨ Meteorologie und Geophysik, Leopold Franzens Universitat¨ Innsbruck zur Erlangung des akademischen Grades Magister der Naturwissenschaften eingereicht von Georg Trebo September.2009 ”Wasser ist nicht alles - aber alles ist nichts ohne Wasser.” (Unbekannt) i ii Uberblick¨ In der vorliegenden Diplomarbeit wurde das Abflussverhalten mit der Wasserbilanz fur¨ das Gadertaler Einzugsgebiet untersucht. Mit dem hydrometeorologischen Mo- dell OEZ (Osterreichische¨ Einzugsgebiete), das am Institut fur¨ Meteorologie und Geophysik der Universit¨at Innsbruck entwickelt wurde, werden eine Ausgangslage und verschiedene Temperatur- und Niederschlagsszenarien modelliert. Das Gadertal liegt in Osten von Sudtirol¨ in der Gebirgsgruppe der Dolomiten. An der Gader, dem Bach des Gadertales, sind drei Pegelstationen installiert wonach drei Einzugsgebiete bestimmt wurden: Das Einzugsgebiet von Longega (102,8 km2) befindet sich vor dem Zusammenfluss des Vigilbaches mit der Gader, das von Pedraces (124,6 km2) umfasst das obere Gadertal und das von Montal (389,4 km2), das die ersten beiden umfasst und fl¨achenm¨aßig das gr¨oßte ist. Das OEZ Modell hat eine temporale Aufl¨osung von einem Monat und eine vertikale von 100 m H¨ohenintervallen. Es wurde anfangs mit den Abflussdaten, der Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung, der Schneedecke, dem flussigen¨ Speicher, mit den klimatologischen Werten von Temperatur und Niederschlag und mit deren Gradienten kalibriert. Ein Hauptziel ist sicherlich die Modellierung des Abflusses fur¨ die sechs verschiedenen Klimaszenarien mit einer Temperatur¨anderung (-1 ◦C, +1 ◦C, +2 ◦C, +3 ◦C) und einer reinen Niederschlags¨anderung (+/- 20 %). Zum Schluss wird noch eine Sensitivit¨atsstudie durchgefuhrt,¨ die die Empfindlich- keit des Modells auf Anderungen¨ dreier Ausgangsparametern, der Niederschlags- und Temperaturgradienten und der Verdunstung, pruft.¨ iii iv Abstract In the present thesis the runoff of the Gadera river for the Val Badia catchment area is investigated with a hydrometeorological model based on the water balance. This model is called OEZ (Osterreichische¨ Einzugsgebiete, austrian catchment areas) and has been developed at the Institute of Meteorology and Geophysics of the University of Innsbruck. The Val Badia valley is located in the eastern part of South Tyrol, in a glacier free area of the Dolomites. The Gadera river is generating the runoff which is measured in three hydrometric stations. The biggest of the tree basins is in Mantena with 389,4 km2, including the whole Val Badia and the other two basins. Before the Rudo river flows into the Gadera river there is the station of Longega with a basin of 102,8 km2 including the Marebbe valley. The third basin lies in the upper part of the Val Badia and is detected from the station in Pedraces with a dimension of 124,6 km2. The OEZ model has a time resolution of one month and a spatial one of 100 meters of each elevation range. The first step in the modelling process is the preparation of input data of the runoff, snow cover, altitude-area distribution, the liquid storage and the climate data of temperature and precipitation. The latter are used to determine the vertical gradients of temperature and precipitation. The model is tuned to the runoff observed in the period 1995 – 2007 so that the calculated runoff varies not more then +/- 20 mm from the original measured runoff. The model is then applied to different climatic scenario with changes in temperature (-1 ◦C, +1 ◦C, +2 ◦C, +3 ◦C) and precipitation (+/- 20 %). Finally a sensitivity study is made to see influences on the model in changing the two vertical gradients of temperature and precipitation and the evaporation. v vi Riassunto In questa tesi si esamina il deflusso del rio Gadera per il bacino idrologico della Val Badia con il bilancio idrico. Con un modello idrometeorologico si simula il deflusso iniziale e di seguito vengono creati dei scenari per cambiamenti di temperatura e di precipitazione. Il modello usato ´eil OEZ (Osterreichische¨ Einzugsgebiete, bacini idrologici austriaci) che venne sviluppato presso l’Istituto di Meteorologia e Geofi- sica dell’ Univerist`adi Innsbruck. La Val Badia si trova nell’ Alto Adige orientale, in una zona montuosa senza copertura di ghiacciai nelle Dolomiti. Sul rio Gadera troviamo tre stazioni idrometriche in base alle quali vengono stabiliti i tre bacini qui presenti. Il pi´ugrande ´equello di Mantena, che con 389,4 km2 include tutta la Val Badia e gli altri due bacini di Longega e Pedraces. Alla foce del rio Rudo nel Gadera si trova la stazione di Longega con un bacino di 102,8 km2 che include tutta la valle di Marebbe. La parte superiore della Gadera viene misurata dalla stazione di Pedraces il cui bacino si allunga su 124,6 km2. Il modello OEZ ha una risoluzione temporale di un mese e verticale di 100 metri per gli intervalli di quota. All’ inizio del lavoro si trova la preparazione dei dati di ingresso del deflusso, coper- tura del manto nevoso, distribuzione della superficie-altezza, lo stoccaggio liquido e i dati climatici di temperatura e precipitazioni. Da questi valori derivano poi i gradienti verticali della temperatura e della precipitazione. In conseguenza si inizia con la modellazione del deflusso per varie situazioni climatiche con cambiamenti di temperatura (-1 ◦C, +1 ◦C, +2 ◦C, +3 ◦C) e di precipitazione (+/- 20 %). Cosi vie- ne generato un deflusso la cui differenza dal deflusso mensile misurato, non supera il limite di +/- 20 mm. Per fine si esamina la sensibilit`adel modello cambiando i gradienti verticali della temperatura e della precipitazione e l’evaporazione. vii viii Ressumˆe¨ Te ch¨esc laˆur da diplom v¨egnel studi´ele deflus dla Gran Ega tla Val Badia cun le bilanz dl’ega. Cun le model idrometeorologich OEZ (Osterreichische¨ Einzugsgebiete, por ladin: raiuns idrografics dl’ Austria), che ´egnu¨ svilup´etres l’ Istitut de Meteo- rologia y Geofisica dla Universit´eda Desproch, v¨egnel model´e na situaziun iniziala y dedˆoszenars pur cambiam¨en´cde temperat¨ora y de prezipitaziun. S¨on la Gran Ega ´el 3 staziuns idrologiches olache al v¨egn mosor´ele livel dl’ega, ¨ona ´ea Pedraces, ¨ona a Longega y ¨ona a Mant¨ena Tod¨escia. Aladˆode ch¨estes ´el spo gnu¨ defin`ıtr¨ei raiuns idrografics. Le raiun plu¨ gran ´ech¨el da Mant¨ena Tod¨escia (389,4 km2), dedˆo v¨egnel ch¨el da Pedraces (124,6 km2) y spo Longega (102,8 km2). Le model OEZ ´a na resoluziun temporala mensila y ¨ona verticala de 100 metri por vigni interval de alt¨eza. Tl m¨eteman ´el gnu¨ arjign´eca les dates de ingr`es dl deflus, dla cutra de n¨ei, dla distri- buziun alt¨eza-area, dl’ acumulaziun licuida, de temperat¨ora y de prezipitaziun por la calibraziun dl model. Spo pon cheri´ei gradi¨en´cde temperat¨ora y de precipitaziun y impurm`odedˆopon spo f´ala modelaziun por desvalis mudam¨en´ctlimatics. Le fin prinzipal ´edessigu¨ la modelaziun de n deflus por la situaziun iniziala y di mudam¨en´c de temperat¨ora (-1 ◦C, +1 ◦C, +2 ◦C, +3 ◦C) y de prezipitaziun (+/- 20 %). La desfar¨enzia danter ch¨esc deflus calcol`ey le deflus mosor´edess spo ala fin nia super`e i +/- 20 mm al m¨eis. Por rov´ev¨egnel fat en stude¨ de sensibilit´epor ud¨ei l’ influs s¨on le model cun mudam¨en´cdi gradi¨en´cde temperat¨ora y de precipitaziun y la tanfada tla pert iniziala. ix x Inhaltsverzeichnis Uberblick¨ iii Abstract v Riassunto vii Ressumˆe¨ ix Inhaltsverzeichnis x 1 Einleitung 1 1.1 MotivationundZielsetzung . 1 1.2 AufbauderArbeit ............................ 2 2 Das Einzugsgebiet 3 2.1 DasGadertal-Geographie. 3 2.2 DerBach ................................. 5 2.3 Klimatologie................................ 9 2.4 SynotpischeMerkmale . 12 3 Datengrundlage 13 3.1 VerwendeteDaten............................. 13 3.1.1 Digitales Gel¨andemodell ..................... 13 3.1.2 Realnutzungskarte . 13 3.1.3 Pegelstationsdaten . 14 3.1.4 Wetterstationsdaten . 14 3.2 Dateninput ................................ 16 3.2.1 Abfluss............................... 16 3.2.2 Verdunstung............................ 16 3.2.3 Speicherterm ........................... 16 3.2.4 Niederschlag und Niederschlagsgradient . 16 3.2.5 Gradtagfaktor........................... 17 xi xii INHALTSVERZEICHNIS 3.2.6 Schneebedeckung . 17 3.2.7 Temperatur und Temperaturgradient . 18 3.2.8 FlussigerSpeicher.........................¨ 18 3.2.9 Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung . 18 3.2.10 Umverteilungsfaktor . 18 4 Das hydrometeorologische Modell OEZ 2.2 19 4.1 BeschreibungdesModells . 19 4.1.1 BeginnderModellierung . 20 4.2 EmpfindlichkeitdesModells . 23 4.2.1 AnderungdesGradtagfaktors¨ . 23 4.2.2 AnderungderSchneebedeckung¨ . 23 4.2.3 Anderung¨ des Niederschlagsgradienten . 24 4.2.4 AnderungdesTemperaturgradienten¨ . 24 5 Modellierung 25 5.1 Vorgehensweise .............................. 25 5.1.1 Ausgangslage ........................... 25 5.1.2 Klimaszenarien .......................... 26 5.2 Eingabewerte der drei Einzugsgebiete . 26 5.2.1 Einzugsgebiet Montal . 27 5.2.2 Einzugsgebiet Longega . 28 5.2.3 Einzugsgebiet Pedraces . 29 6 Ergebnisse 31 6.1 Modellergebnisse der Ausgangslage . 31 6.1.1 Einzugsgebiet Montal . 31 6.1.2 Einzugsgebiet Longega . 38 6.1.3 Einzugsgebiet Pedraces . 40 6.2 Klimaszenarien .............................. 43 6.2.1 Temperatur¨anderung ....................... 43 6.2.2 Niederschlags¨anderung ...................... 47 6.3 Sensitivit¨atsstudie............................. 51 6.3.1 Niederschlagsgradient . 52 6.3.2 Temperaturgradient. 52 6.3.3