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 Verdunstungs¨anderung ...... 54

7 Zusammenfassung 57 7.1 Schlussfolgerung...... 57 7.2 Ausblick...... 58 Literaturverzeichnis 59

Danksagung 61

Lebenslauf 63

xiii

Kapitel 1

Einleitung

1.1 Motivation und Zielsetzung

Im Gadertal gibt es bisher noch keine Studie, die den Abfluss der Gader model- liert h¨atte, deshalb k¨onnte es besonders fur¨ die Wasser- und Energiewirtschaft von Interesse sein den genauen Abfluss und m¨ogliche zukunftige¨ Szenarien zu kennen. Mithilfe einer Modellierung ist es m¨oglich Prognosen zu erstellen und langfristig zu planen. Mein Interesse wurde durch die Vorlesung “Ein hydrometeorologisches Modell fur¨ vergletscherte Einzugsgebiete” geweckt und so entschieden Prof. Michael Kuhn und ich das Gadertal als Untersuchungsgebiet zu verwenden. Das Ziel dieser Arbeit ist das Abflussverhalten fur¨ das unvergletscherte Einzugsgebiet des Gader- tales mit dem Modell OEZ zu modellieren. Dieses Modell wurde am Institut fur¨ Meteorologie und Geophysik der Universit¨at Innsbruck entwickelt. Diesem liegt der Wasserhaushalt zugrunde, der mit Abfluss, Niederschlag, Verdunstung und Speiche- rung bestimmt wird. Fur¨ den Modellinput werden hydrologische und klimatologi- sche Daten verwendet. Die meteorologischen Messungen sind aber mit Fehlern und Ungenauigkeiten behaftet, weil es sich um Punktmessungen handelt, die vor allem in Tallagen durchgefuhrt¨ werden. Deshalb sind besonders Niederschlagsmessungen, weil lokal sehr variabel, nicht sehr repr¨asentativ fur¨ ein gr¨oßeres Gebiet. Im OEZ- Modell werden die Monatswerte der nahezu vollst¨andigen Messperiode von 1995 bis 2007 verwendet, mit einer vertikalen Aufl¨osung von 100 m H¨ohenstufen. Das Modell wird dann angepasst bis der simulierte Abfluss von den gemessenen Werten nicht mehr als +/- 20 mm abweicht. Mit diesen Parametern werden Klimaszenarien gene- riert mit Temperatur- oder Niederschlags¨anderungen. Um die Empfindlichkeit des Modells auf Anderungen¨ der Eingabedaten zu prufen¨ wird eine Sensitivit¨atsstudie durchgefuhrt.¨ Vollst¨andigkeitshalber sei noch erw¨ahnt, dass die verwendeten Orte mit dem ladinischen bzw. mit den originalen Namen angefuhrt¨ werden, 1 2 Einleitung

1.2 Aufbau der Arbeit

Zu Beginn der Arbeit wird das Einzugsgebiet beschrieben. Es werden die Geogra- phie des Gadertales, die Klimatologie, die synoptischen Merkmale und der Fluss Gader genauer betrachtet. Anschließend, in Kapitel 3, kommt es zur Beschreibung der Datenquellen, Aufbereitung der Daten und deren Art der Verwendung. Kapi- tel 4 gibt einen Uberblick¨ uber¨ das Modell mit den einzelnen Rechenschritten und N¨aherungen. In einem zweiten Abschnitt wird die Empfindlichkeit des Modells auf Anderungen¨ einzelner Parameter beschrieben. Was konkret im Modell eingelesen wird und wie modelliert wurde ist unter Kapitel 5 zu finden und anschließend, in Ka- pitel 6, werden die Ergebnisse behandelt und diskutiert. Im letzten Kapitel werden Schlussfolgerungen gezogen und die wesentlichen Erkenntnisse zusammengefasst. Kapitel 2

Das Einzugsgebiet

2.1 Das Gadertal - Geographie

Das Gadertal z¨ahlt geographisch zum Unterpustertal, das sich im Osten Sudtirols¨ befindet und vom Eisacktal im Westen bis nach Bruneck im Osten reicht (Abb. 2.1).

Nordtirol

Südtirol

Gadertal

010 20 40 km Trentino

Abbildung 2.1: Lage des Einzugsgebietes in Sudtirol¨

Es ist ein Seitenarm des Pustertales und erstreckt sich ausgehend von St. Lo- renzen (bei Bruneck) nach Suden¨ bis zu den P¨assen Valparola, Campolongo und dem Gr¨odner Joch. Es umfasst weiters das Rautal (ladinisch: Val dai Tamersc, Foto 3 4 Das Einzugsgebiet

2.3), das, von Longega ausgehend, ostseitig ziemlich parallel zum Gadertal verl¨auft und mit dem Naturpark Fanes-Senes-Prags sein Ende findet. Der zweite Natur- park Puez-Geisler und die Lusner¨ Alm grenzen das Tal nach Westen hin ab. Das

Abbildung 2.2: Blick auf das Gadertal in Richtung S

Gadertal, Foto 2.2, ist eines von funf¨ Dolomitent¨alern rund um das Sellamassiv, es hat ca. 10000 Einwohner und wird in die Gemeinden von Mareo (dt. Enneberg), San Martin de Tor (dt. St. Martin in Thurn), La Val (dt. Wengen), Badia (dt. Ab- tei) und Corvara eingeteilt. Neben der Amtssprache ladinisch, wird auch deutsch und italienisch gesprochen, verst¨arkt durch den wachsenden Einfluss des Sommer- und Wintertourismus. Die gr¨oßten Wirtschaftsfaktoren sind die Almwirtschaft und

Abbildung 2.3: Blick auf das Rautal in Richtung S 2.2 Der Bach 5 der ganzj¨ahrige Tourismus. Das Gadertal beginnt orograpisch bei Montal und hat einen sehr engen Talbo- den mit steilen H¨angen. Erst in der Talmitte bei San Martin de Tor ¨offnet es sich allm¨ahlich, nachher wird es wieder schmaler und am Talende bei Pedraces wird es sehr breit. Das Rautal ist am Anfang ebenfalls eher eng, ab der Ortschaft Al Plan (dt. St. Vigil) wird es dann breiter und verengt sich wieder am Talschluss. Das Gadertal setzt sich geologisch fast ausschließlich aus Sedimentgesteinen - wie Kalkstein und Dolomite - zusammen. Dies hat einen Einfluss auf die Zusammensetzung des Abflus- ses (Foto 2.4), da das mitgefuhrte¨ Sediment des ausgeschwemmten Dolomitgesteins den Bach trubt¨ (Munari 2008). Weiters muss erw¨ahnt werden, dass dieses Einzugs- gebiet in einem Karstregion liegt und somit viele unterirdische Entw¨asserungskan¨ale und -seen hat. Dies zeigt sich besonders im Einzugsgebiet von Longega, wo im Rau- tal im Fruhjahr¨ viel Wasser versickert und erst sp¨ater in den Abfluss austritt. Dieses Ph¨anomen fugt¨ der Modellierung einige Unsicherheiten hinzu.

Abbildung 2.4: Zusammenfluss von Ru¨ de San Ciascian´ (dt. St. Kassianer Bach) und Gader (im Bild rechts) bei La Ila (dt. Stern) (links) und Zusammenfluss von Gader (im Bild links) und Rienz bei St. Lorenzen (rechts)

2.2 Der Bach

Entw¨assert wird das Tal von der Gader (lad. la gran ega, dt. “Das große Wasser”). Sie erstreckt sich auf der linken Seite der Rienz (Pustertal) und ist ihr zweitgr¨oßter Zufluss nach der Ahr. Sie hat eine L¨ange von 34,7 km, eine Fl¨ache des Einzugsge- bietes von 389,4 km2 und die h¨ochste Erhebung ist der Piz Bo`e, der auf 3151 m liegt. Sie entspringt am Campolongo Pass auf 1875 m, tr¨agt aber erst ab der Ort- schaft Corvara den Namen Gader, und ihr Mundungsbereich¨ liegt bei St. Lorenzen auf 805 m H¨ohe. Wichtigste Zuflusse¨ der Gader sind der Ru¨ Tort (dt. Brunnen- bach) und Ru¨ de Pisciad`u(Pisciad`ubach) bei Corvara, der Ru¨ de San Ciascian´ (dt. 6 Das Einzugsgebiet

St. Kassianer Bach), der Ru¨ de Ciampl´o(dt. Wengener Bach), der Ru¨ d’Al Plan (dt. Vigilbach), der Ru¨ de Lungiaru¨ (dt. Campiller Bach) und der Ru¨ de Anterm¨eia (dt. Untermoibach). Das Einzugsgebiet liegt fast ausschließlich in der Provinz Bozen, nur ein geringer Teil im Suden,¨ beim Valparola-Pass, befindet sich auf dem Territorium der Provinz Belluno. An der Gader befinden sich drei Pegelmessstationen Abb. 2.5, deren Einzugsgebiete in dieser Arbeit verwendet wurden. Das Einzugsgebiet Montal umfasst das gesam-

Abbildung 2.5: Gadertal mit den Pegel- und Wetterstationen, die 3 Einzugsgebiete und das digitale H¨ohenmodell te Gadertal und beinhaltet das Einzugsgebiet von Pedraces und das von Longega. Letzteres (mit einer Fl¨ache von 102,8 km2, Foto 2.6) hat den Vigilbach als Abfluss, der mit 22,7 km L¨ange den gr¨oßten Zufluss darstellt. Die Quelle des Vigilbaches liegt auf der Fanes Alm auf ca. 2000 m H¨ohe. Von dort fließt der Bach durch das Rautal, abschnittsweise auch unterirdisch, bis nach Longega, wo er in die Gader mundet.¨ Das dritte Einzugsgebiet des Pegels bei Pedraces (124,6 km2 groß) schließt die ersten 9,9 km der Gader ein und ist mit einer mittleren Einzugsgebietsh¨ohe von 2025 m u.¨ M. das h¨ochst gelegene. Die Gader weist einen naturlichen¨ Verlauf des Abflusses auf, weil keine nennenswerten Staubecken vorhanden sind. In der Tabel- le 2.1 sind die gemittelten Monats- und Jahreswerte des Abflusses aufgelistet und Abb. 2.7 zeigt die jeweiligen Monatswerte und zwar fur¨ den Zeitraum Januar 1995 bis Dezember 2007 fur¨ das Einzugsgebiet von Montal und Pedraces und Januar 1995 2.2 Der Bach 7 bis Dezember 2005 fur¨ Longega.

Abbildung 2.6: Pegel von Longega

25 Montal Pedraces Longega 20

15

Abfluss [m³/s] 10

5

0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Jahr Abbildung 2.7: Monatsabfluss der Gader

mittl. Monatsabfluss mittl. Jahresabfluss Station [mm] [m3 s−1] [mm] [m3 s−1] Montal (814 m) 53 8 658 97 Longega (1011 m) 57 2 679 32 Pedraces (1321 m) 53 3 649 25

Tabelle 2.1: Die 3 Pegelstationen mit den mittleren Monats- und Jahreswerten des Ab- flusses in mm und m3 s−1 8 Das Einzugsgebiet

Den uber¨ die Jahre gemittelten Monatsabfluss zeigt Abb. 2.8 sei es in mm als auch in m3 s−1. In der linken Abbildung zeigt sich der Unterschied zwischen den Sta- tionen besonders deutlich, weil dort in diesen Werten auch eine Fl¨acheninformation enthalten ist. Je nach H¨ohe des Einzugsgebietes gibt es unterschiedliche Nieder- schlagsverteilungen, Schneemengen bzw. eine l¨angere oder kurzere¨ Periode mit Schneebedeckung und deshalb auch verschieden hohe Abflusswerte. Der Unterschied kommt insbesondere in den Schmelzmonaten April, Mai und Juni zum Tragen. Des- halb hat das h¨oher gelegene und schneereichere Einzugsgebiet von Pedraces auf die Fl¨ache bezogen gr¨oßere Abflussmengen in diesen Monaten als z.B. das tiefer gelege- ne Einzugsgebiet von Longega. In der rechten Abbildung ist dagegen der absolute Abflussjahresgang dargestellt,

Mittlerer Monatsabfluss (1995−2007) [mm] Mittlerer Monatsabfluss im Gadertal (1995−2007) [m³/s]

16 Montal Montal 120 Pedraces Pedraces 14 Longega Longega

100 12

10 80

8 60 Abfluss [m³/s] Abfluss [mm] 6 40 4

20 2

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 2.8: Mittlerer Monatsabfluss in mm (links) und m3 s−1 (rechts) (1995 – 2007 fur¨ Montal und Pedraces, 1995 – 2005 fur¨ Longega) der die tats¨achlichen Werte in m3 s−1 beinhaltet. In beiden Grafiken ist das Jah- resmaximum im Mai und das sekund¨are Maximum im November, das mit dem Mo- natsniederschlag (Abb. 2.10) verbunden ist, klar ersichtlich. Nur an der Station von Longega gib es Abweichungen. Das Maximum tritt dort im Juli auf, da die Schnee- schmelze auf dem uber¨ 2000 m gelegenen Fanes Hochplateau erst sp¨ater einsetzt. Somit ist der Jahresgang auch viel ged¨ampfter als der der anderen zwei. In Abb. 2.9 sieht man die mittleren Jahresabflusse¨ der Messperiode (1995 – 2007). Auffallend ist hier der markante Abflussruckgang¨ ab dem Jahr 2002, der durch den Niederschlag bedingt ist (Abb. 2.11). Bis zum Jahr 2002 gab es uberdurchschnittlich¨ viel Nie- derschlag und das darauffolgende Jahr 2003 ist dann mit dem Sommer der Rekord- temperaturen wieder trockener ausgefallen. Die Temperatur und der Niederschlag wurde den 7 Stationen (Abb. 2.5) in Corvara, La Ila (dt. Stern), San Ciascian´ (dt. St. Kassian), Lungiaru¨ (dt. Campill), San Martin de Tor (dt. St. Martin in Thurn), Al Plan de Mareo (dt. St. Vigil in Enneberg) und Montal entnommen. Um den 2.3 Klimatologie 9

Mittlerer Jahresabfluss im Gadertal (1995−2007) [m³/s] Mittlerer Jahresabfluss (1995−2007) [mm] 12 1000 Montal Montal Pedraces Pedraces Longega Longega 10 900

8 800

700 6 Abfluss [m³/s] Abfluss [mm]

600 4

500 2

400 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Jahr Jahr Abbildung 2.9: Jahresabfluss in mm (links) und m3 s−1 (rechts) (1995 – 2007)

Temperaturgradienten zu berechnen, wurden zus¨atzlich die Temperaturdaten der H¨ohenstationen von Piz La Ila (2050 m) und Piz Pisciad`u(2985 m) verwendet.

2.3 Klimatologie

Das Pustertal liegt, wie fast das gesamte Sudtiroler¨ Gebiet, im so genannten inneral- pinen Trockenraum. Am trockensten zeigt sich der Vinschgau (unter 600 mm Jah- resniederschlag), die h¨ochsten Werte gibt es am Alpenhauptkamm und sudlich¨ von Sudtirol¨ in den Staugebieten (Fliri 1975). Das Unterpustertal ist mit rund 800 mm Jahresniederschlag trockener als das Hochpustertal im Osten (mit 930 mm). Die- ser Unterschied ist in allen Jahreszeiten sichtbar, besonders im Herbst und Winter. Im Sommer tritt, wie uberall¨ im ostalpinen Raum, das Maximum mit 351 mm auf, gefolgt von Herbst mit 178 mm, Fruhling¨ mit 156 mm und Winter mit 121 mm Niederschlag. Dabei gibt es im Sommer mehr als doppelt so viele Tage mit Nieder- schlag als im Winter (14,3 Tage) (Fliri 1962). Das langj¨ahrige Monatsmittel zeigt, dass im Gadertal das Maximum im Juli und das sekund¨are Maximum im November auftritt (Abb. 2.10b), was typisch fur¨ die Alpensudseite¨ ¨ostlich der Etsch ist. Der trockenste Monat ist der Januar, gefolgt vom September (Fliri 1975). Der westliche Teil des Pustertales zeigt im Großen und Ganzen noch mehr inneralpinen, st¨arker von Sudwesten¨ her begunstigten¨ Klimacharakter, w¨ahrend das Ostpustertal mehr von Suden,¨ Osten und Norden beeinflußt wird (Fliri 1962). Bei den einzelnen Sta- tionen sieht man einen deutliches Sud–¨ Nord Gef¨alle, weil der Suden¨ h¨oher gelegen ist als der Taleingang im Norden. Im Zeitraum von 1987 bis 2007 gibt es in Corvara eine durchschnittliche Jahressumme von 1134 mm Niederschlag, w¨ahrend das weiter n¨ordlich und ca. 700 m tiefer liegende Montal nur 727 mm hat. Interessanterwei- se treten die Jahresmaxima des Niederschlags im NW des Gadertales auf, d.h. in 10 Das Einzugsgebiet

20 200

180 15 160

140 10 Corvara (1558 m) 120 La Ila (1390 m) San Ciascian (1545 m) 5 100 Lungiarü (1396 m) San Martin de Tor (1117 m)

Temperatur [ºC] 80 Al Plan de Mareo (1150 m)

Niederschlag [mm] Montal (820 m) 0 60

40 −5 20

−10 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 (a) Monatstemperatur (b) Monatsniederschlag

Abbildung 2.10: Mittlere Monatstemperatur und mittlerer korrigierter Monatsnieder- schlag (1987-2006)

300

250

y = − 0.012*x + 73 200

150

100 Niederschlag [mm] 50

0

1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Abbildung 2.11: Mittlerer Niederschlagsgang im Zeitraum 1987 – 2007

Corvara und Lungiaru¨ (1025 mm) (Fliri 1975). In der Periode von 1987 bis 2007 wurde das Mittel uber¨ alle Stationen gebildet (Abb. 2.11), es zeigt sich eine leichte Abnahme der Niederschlagsmengen. Die Reihe beginnt erst im Jahr 1990, weil ein paar Stationen erst seit diesem Jahr messen. Gut ersichtlich sind die zwei extremen Niederschlagsereignisse im November 2000 und November 2002, die zu zahlreichen Murenabg¨angen fuhrten¨ und die Pegel ansteigen ließen. Im Jahresdurchschnitt lie- gen die Temperaturen in einem Bereich von 3,8 ◦C in San Ciascian´ bis 7,9 ◦C in Montal (Abb. 2.10a). Wie zu erwarten ist, tritt das Minimum bei allen Stationen im Januar auf und das Maximum im Juli. In der Zeitreihe der letzten 20 Jahre zeigt sich in allen Stationen wie auch fur¨ Montal (Abb. 2.12) ein positiver Trend, also eine 2.3 Klimatologie 11

Temperturzunahme. In Corvara (Abb. 2.13) zeigt sich eine leichte negative Tendenz.

20 y = 0.0056*x + 7.1 15

10

5

0 Temperatur [°C]

−5

−10 19871988 19891990 19911992 19931994 19951996 19971998 1999 20002001 20022003 20042005 2006

Abbildung 2.12: Temperaturgang im Zeitraum 1987 – 2007 fur¨ Montal

20 y = − 0.00048*x + 4.3

15

10

5

Temperatur [°C] 0

−5

−10 19871988 19891990 19911992 19931994 19951996 19971998 1999 20002001 20022003 20042005 2006

Abbildung 2.13: Temperaturgang im Zeitraum 1987 – 2007 fur¨ Corvara 12 Das Einzugsgebiet

2.4 Synotpische Merkmale

Durch die Orographie bedingt erf¨ahrt der Tiroler Alpenraum bei ein und derselben Wetterlage oft unterschiedliche, ja oft gegens¨atzliche Witterungsverh¨altnisse (Fli- ri 1975). Im Pustertal wirken im Winter die niederschlagsaktiven Wetterlagen aus Nordwest-, West-, Sudwestlagen,¨ Tiefdruck uber¨ den Britischen Inseln, Tiefdruck im Sudwesten¨ und kontinentale Tiefdrucklagen uber¨ Mitteleuropa. Im Fruhling¨ bringen dem Westen des Pustertales mehr Sudwest-¨ und Sudlagen,¨ Tiefdrucklagen uber¨ den Britischen Inseln und Tiefdruck im Sudwesten¨ (also vermehrt Warmluftvorst¨oße) den Niederschlag. Im Sommer verringern sich die Gegens¨atze zwischen Unter- und Ober- pustertal. Den gr¨oßten Anteil am Sommerniederschlag fur¨ das Unterpustertal nimmt aber die Tiefdrucklage uber¨ den Britischen Inseln ein. Am meisten Niederschlag gibt es im Herbst wieder bei West-, Sudwestlagen,¨ Tiefdruck uber¨ den Britischen Inseln bzw. im Sudwesten¨ (Fliri 1962). Kapitel 3

Datengrundlage

Dieses Kapitel befasst sich mit den verwendeten Eingangsdaten. Zur Bestimmung der Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung und der Bodenbeschaffenheit werden in Kapitel 3.1.1 und 3.1.2 digitale geographische Daten benutzt.¨ Unter 3.1.3 findet man die Ab- flussdaten der Pegelstationen und in Kapitel 3.1.4 werden die Wetterstationsdaten, mit Temperatur und Niederschlag, besprochen. Im Abschnitt 3.2 wird auf die Art und Weise eingegangen wie die Daten in das Modell implementiert werden. Alle Berechnungen wurden mit Microsoft Excel, Matlab oder ArcGis durchgefuhrt.¨

3.1 Verwendete Daten

3.1.1 Digitales Gel¨andemodell

Um das Einzugsgebiet der jeweiligen Pegelstation zu bestimmen wurde ein digitales Gel¨andemodell verwendet, das vom Amt fur¨ uber¨ ¨ortliche Raumordnung der Auto- nomen Provinz Bozen - Sudtirol¨ zur Verfugung¨ gestellt wurde. Es hat eine Aufl¨osung von 20 m x 20 m, ist georeferenziert mit den Koordinaten UTM WGS84 - ETRS89 Zone32 (West). Mit Hilfe des Programmes ArcGis und dem ArcHydroTool wurden diese Daten eingelesen und weiter verarbeitet. Das ArcHydroTool bestimmt dabei, wo laut Orographie der Niederschlag abfließen muss. So entstanden die 3 Einzugsge- biete fur¨ den Pegel Montal, Longega und Pedraces. Weiters wurde mit dem digitalen Gel¨andemodell die Fl¨achen-H¨ohenverteilung fur¨ jedes Einzugsgebiet bestimmt.

3.1.2 Realnutzungskarte

Die Realnutzungskarte wurde verwendet um eine Oberfl¨achenklassifikation vorzu- nehmen. Da es im Einzugsgebiet des Gadertales keine Gletscher gibt, wurde nur zwi- schen Waldfl¨ache und gesamte Restfl¨ache unterschieden. Unter Waldfl¨ache wurden folgende vegetationsbedeckte Fl¨achen zusammengefasst: Krummholz (Strauchvege- 13 14 Datengrundlage tation im subalpinen Bereich, Kodex 31400), Wald (Nadel- und/oder Laubb¨aumen, auch mit Str¨auchern, Kodex 31500) und Hecken und Flurgeh¨olze (Kodex 31600). Diese Einteilung fließt bei der Bestimmung der Verdunstung ein. Auch diese Kar- te wurde vom Amt fur¨ uber¨ ¨ortliche Raumordnung der Autonomen Provinz Bozen - Sudtirol¨ bereitgestellt. Sie liegt in der Ausgabe 2001 und in einem Maßstab von 1:10.000 vor.

3.1.3 Pegelstationsdaten

Die Daten stammen von den Pegelstationen Montal, Longega und Pedraces. Auch diese wurden vom Hydrographischen Amt Bozen bezogen. Die Messreihen starten in Montal und Longega im Januar 1985, in Pedraces gibt es erst Werte ab dem September 1994. Daher wurde nur der Zeitraum von Januar 1995 bis Dezember 2007 in Betracht gezogen. Die Tab. 3.1 zeigt die verwendeten Pegelstationen.

Stationsnummer Meeresh¨ohe geogr. Breite / L¨ange Messperiode Station (m MSL) (◦) Montal 6455 814 46,78 / 11,88 Jan.1985 - Jul.2008 Longega 6387 1011 46,72 / 11,89 Jan.1985 - Apr.2006 Pedraces 6175 1321 46,61 / 11,89 Sept.1994 - Jul.2008

Tabelle 3.1: Pegelstationen im Gadertal

Die Lage der Stationen wird in Kapitel 2 (Abb. 2.5) angezeigt. Diese Daten waren im Original in der Einheit m3 s−1 angegeben und wurden dann in mm umge- rechnet.

3.1.4 Wetterstationsdaten

Im Gadertal gibt es zurzeit 7 Wetterstationen, die sich im Tal befinden, und 2 weite- re H¨ohenstationen (Die Lage der Stationen wird in Kapitel 2 (Abb. 2.5) angezeigt). Letztere sind aber wesentlich junger¨ als die Talstationen und messen nur die Tem- peratur (Tab. 3.2). Die l¨angste und durchgehendste Niederschlagsmessreihe gibt es an der Station von San Ciascian,´ bei der seit 1924 ununterbrochen gemessen wurde. Die kontinuier- lichste Temperaturreihe gibt es fur¨ Corvara seit 1926. Alle anderen Stationen weisen einige Unterbrechungen auf, in der Gr¨oßenordnung von einem Jahr und mehr. Die Temperaturdaten wurden ohne Korrektur ubernommen¨ und direkt im Modell bzw. zur Bestimmung des Temperaturgradienten verwendet. Um die Niederschlagsdaten verwenden zu k¨onnen, ist es jedoch n¨otig diese zu korrigieren, da die Messung einen systematischen Fehler hat. Der Niederschlag der in den Regenmesser f¨allt, wird 3.1 Verwendete Daten 15

Station Meeresh¨ohe (m) gemessene Parameter Messperiode Piz Pisciadu 2985 Temperatur 1999 - 2007 Piz La Ila 2050 Temperatur 1999 - 2007 Corvara 1558 Temperatur und Niederschlag 1926(T), 1926 (N) - 2007 San Ciascian´ 1545 Temperatur und Niederschlag 1928 (T), 1924 (N) - 2007 La Ila 1390 Temperatur und Niederschlag 1987 (T), 1987 (N) - 2007 Lungiaru¨ 1396 Temperatur und Niederschlag 1978 (T), 1924 (N) - 2007 San Martin de Tor 1117 Temperatur und Niederschlag 1987 (T), 1921 (N) - 2007 Al Plan de Mareo 1150 Temperatur und Niederschlag 1989 (T), 1984 (N) - 2007 Montal 820 Temperatur und Niederschlag 1990 (T), 1990 (N) - 2007

Tabelle 3.2: Wetterstationen im Gadertal

haupts¨achlich von Wind, Temperatur und Verdunstung beeinflusst. Typischerwei- se wird zu wenig Niederschlag gemessen als tats¨achlich gefallen ist, weil durch den Windeinfluss die Niederschlagsteile an der Offnung¨ des Totalisators vorbeigefuhrt¨ werden. Dieser Effekt nimmt deutlich zu bei kleineren Tropfenradien und Schnee bzw. h¨oheren Windgeschwindigkeiten. Dies trifft besonders auf hochgelegenen Sta- tionen zu. So kann es aus unkorrigierten Daten keinen vernunftigen¨ vertikalen Gra- dienten geben. Meistens basiert die Niederschlagskorrektur auf empirische Untersu- chungen. Hier erfolgt die Korrektur des mittleren Monatsniederschlags nach (Sevruk 1985) in der Form

Nkorr = Ngemessen ∗ k (3.1) um so die wirklichen Gegebenheiten zu approximieren. Nkorr wird nun fur¨ mittle- re Verh¨altnisse und fur¨ jedes Monat berechnet. Der Korrekturfaktor k ist von der Windgeschwindigkeit an der Station und dem Schneeanteil am Monatsniederschlag Q abh¨angig. Da es aber fur¨ die verwendeten Stationen keine Windmessungen gibt, wird mit einem k fur¨ 1 m s−1 gerechnet. Fur¨ reinen Regen ist die n¨otige Korrektur gering und es wird k = 1,05 (5%) verwendet. Gibt es Niederschlag in Mischform werden je nach Anteil von Festen- am Gesamtniederschlag unterschiedliche k-Werte verwendet. Letztere liegen zwischen 1,05 und 1,14. Der Schneeanteil Q wird mit der Beziehung

Q = 0, 6 − 0, 055 ∗ TMonat (3.2) ermittelt und ist eine Funktion der Monatsmitteltemperatur. Die Korrektur ist aber nur fur¨ den Jahresgang und fur¨ die Ermittlung der vertikalen Niederschlagsgradi- enten interessant, weil der Gebietsniederschlag nicht uber¨ die Messungen an den Stationen sondern aus der Wasserbilanzgleichung 4.1 bestimmt wird. 16 Datengrundlage

3.2 Dateninput

Der Dateninput wurde fur¨ die zwei Versionen des Modells (Excel und Matlab) un- terschiedlich behandelt. Fur¨ Excel wurden die Daten in die vorgesehenen Felder eingegeben und zwar direkt. Fur¨ Matlab wurden die Daten zuerst in Textdateien ge- speichert. An der erforderlichen Stelle wurden diese Dateien dann in das Programm eingebunden. Die Daten fur¨ Temperatur, Niederschlag, deren Gradienten, Abfluss, Verdunstung, Schneebedeckung und Gradtagfaktor werden alle in der Reihenfol- ge des hydrologischen Jahres verwendet, beginnend mit Oktober. In der Vertikalen werden die Daten in 100 m H¨ohenintervalle dargestellt.

3.2.1 Abfluss

Wie bereits in Kap.3.1.3 erw¨ahnt, wurden die Abflussdaten von m3 s−1 in mm um- gerechnet und zwar nur ab Januar 1995. Folglich wurde uber¨ jedes Monat gemittelt und ausgehend von Oktober, dem Beginn des hydrologischen Jahres, ins Modell ein- gelesen. Der Abfluss wird als einziges direkt eingegeben, alle weiteren Komponenten werden uber¨ das Modell bestimmt.

3.2.2 Verdunstung

In der Matlab Version des OEZ wird die Verdunstung aus den Tagen pro Mo- nat, der gesch¨atzten Schneebedeckung und der parametrisierten Verdunstung von schneebedeckten (0,5 mm/Tag) und schneefreien Fl¨achen (1 mm/Tag) ab einer H¨ohe von 2600 m berechnet. Darunter gibt es fur¨ das Winterhalbjahr uber¨ Waldfl¨achen 2 mm/Tag und außerhalb des Waldes 0,5 mm/Tag, wobei eine durchgehende Schnee- bedeckung angenommen wurde. Im Sommerhalbjahr hat die Verdunstung eine Wert von 2 mm/Tag uber¨ schneefreie Fl¨achen jeglicher Vegetation und 0,5 mm/Tag fur¨ schneebedeckte, waldfreie Fl¨achen. Hingegen in der Excel Version muss die Verduns- tung gesch¨atzt werden. Die Werte wurden von der Matlab Version ubernommen.¨

3.2.3 Speicherterm

Die Jahressumme der Speicherung ist ann¨ahernd bekannt und liegt in unverglet- scherten Gebieten im langfristigen Mittel sehr nahe an Null.

3.2.4 Niederschlag und Niederschlagsgradient

Fur¨ die Excelversion des Modells wird eine Niederschlagsverteilung verwendet und in Promille angegeben, d.h. die Jahressumme betr¨agt 1000 mm. Diese Verteilung stammt von den gemittelten Monatswerten des gemessenen Niederschlages einer 3.2 Dateninput 17 naheliegenden Wetterstation (Es wurde verwendet: fur¨ das Einzugsgebiet Montal die Station Montal, fur¨ das Einzugsgebiet Longega die Station Al Plan de Mareo und fur¨ das Einzugsgebiet Pedraces die Station La Ila). Mit dem Niederschlagsgra- dienten kann so der Niederschlag fur¨ jede H¨ohenstufe und jedes Monat berechnet werden. Auch in Matlab wird die gleiche Niederschlagsverteilung eingelesen. Es wur- de der Versuch unternommen, einen vernunftigen¨ Niederschlagsgradienten zwischen verschiedenen Stationen zu berechnen, die Ergebnisse davon waren aber nicht zufrie- denstellend. Sie mussten¨ im Winter mit den advektiven Niederschl¨agen am gr¨oßten und im Sommer mit den konvektiven Niederschl¨agen am kleinsten sein und somit auch einen sinusf¨ormigen Jahresgang aufweisen. Man konnte zwar einen Jahresgang erkennen, aber die Ausreißer waren zu groß und es gab zu große Schwankungen, so- dass diese berechneten Gradienten so nicht verwendet werden konnten. Deshalb wur- den diese Werte manuell angepasst und so ver¨andert, dass man einen sinusf¨ormigen Jahresgang hat. Der Niederschlagsgradient wird in Prozent pro 100 m eingelesen.

3.2.5 Gradtagfaktor

Unter einem Gradtag versteht man das Tagesmittel der positiven Lufttempera- tur. Der Gradtagfaktor gibt also den t¨aglichen geschmolzenen Wasserwert von Schnee/Eis an. Dieser Faktor ist regional und saisonal sehr verschieden und vari- iert von 3 mm/Gradtag in hohen, schattigen, trockenen Gegenden und im Winter bis zu 8 mm/Gradtag in tiefliegenden, sonnigen Gebieten und im Sommer. Diese Werte werden gesch¨atzt und k¨onnen je nach Einzugsgebiet angepasst und ver¨andert werden. Da das H¨ohenintervall der Einzugsgebiete des Gadertales nicht besonders groß ist, gibt es auch nicht große Spannweiten der verwendeten Gradtagfaktoren. Im Winter sind die niedrigsten Werte, ca. 4 mm pro Gradtag und im Sommer die h¨ochsten bei ca. 5 mm pro Gradtag.

3.2.6 Schneebedeckung

Der Anteil der Fl¨ache eines H¨ohenintervalls, der mit Schnee bedeckt ist, muss gesch¨atzt werden und kann bei der Modellierung eines jeden Einzugsgebietes auch leicht ver¨andert werden, wobei der Wert eins fur¨ 100 Prozent Schneebedeckung steht und der Wert null fur¨ schneefreie Fl¨achen. Dieser Anteil ist aber nicht zu verwech- seln mit dem Wasserwert einer Schneedecke. Fur¨ das Gadertal wird eine geschlossene Schneedecke von Oktober bis April angenommen und im Sommer sinken die Werte auf 0,6. 18 Datengrundlage

3.2.7 Temperatur und Temperaturgradient

Die Temperatur wird in beiden Versionen gleich eingelesen. Ausgehend vom Niveau, wo gemessen wird, kann mit dem Gradienten fur¨ jede H¨ohenstufe ein Tempera- turwert berechnet werden. Im Gegensatz zum Niederschlag ist die Verteilung der Durchschnittstemperatur einheitlicher fur¨ gr¨oßere Gebiete. Der Temperaturgradi- ent wurde zwischen vielen Stationen des Einzugsgebietes berechnet und gemittelt, das bedeutet, dass es sich um einen vertikalen Gradienten der bodennahen Luft- schicht entlang der Oberfl¨ache handelt. Die Ergebnisse waren eindeutiger, es gab ein Minimum im Dezember/Januar und ein Maximum im Mai/Juni. Fur¨ die hier besprochenen Einzugsgebiete wurden die Gradienten manuell angepasst und fur¨ alle gleich belassen. Die Temperatur wird in ◦C, der Gradient in ◦C/100 m eingelesen.

3.2.8 Flussiger¨ Speicher

Der flussige¨ Speicher wird nicht berechnet, sondern er wird manuell, durch probieren, eingesetzt (in mm). Er dient sozusagen als Feineinstellung des Modells, womit der modellierte Abfluss dem realen noch genauer angepasst werden kann. Somit sollte am Ende die Differenz zwischen gemessenem und modelliertem Abfluss das Inter- vall +/- 20 mm pro Monat nicht uberschreiten.¨ Auch soll die Summe des flussigen¨ Speichers uber¨ alle zw¨olf Monate Null sein. Die Werte mussen¨ im Winter negativ sein d.h. es fließt Wasser vom Speicher in den Fluss. Im Modell wurde¨ es sonst keinen Abfluss geben, weil der gesamte Niederschlag in Form von Schnee f¨allt und es keinen Schmelzprozess gibt. 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. In beiden Versionen des Programms wird dieser Input gleich behandelt.

3.2.9 Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung

Die Fl¨achen-H¨ohenverteilung wurde mit dem Programm ArcGis erzeugt. Daraus entstanden die Fl¨achen in km2 pro 100 m H¨ohenstufe und zwar fur¨ die Wald- und Gesamtfl¨ache pro Einzugsgebiet. Folglich kann man ersehen wie die Fl¨achen des Gesamtgebietes pro H¨ohenstufe verteilt sind.

3.2.10 Umverteilungsfaktor

Der Umverteilungsfaktor wird als ein Jahreswert eingegeben. Er hat aber in un- vergletscherten Gebieten keinen Einfluss auf den Wasserhaushalt und wurde nicht weiters beachtet. Kapitel 4

Das hydrometeorologische Modell OEZ 2.2

4.1 Beschreibung des Modells

Das hydrometeorologische Modell OEZ wurde am Institut fur¨ Meteorologie und Geophysik der Universit¨at Innsbruck entwickelt (Kuhn et al. 1982), (Kuhn and Bat- logg 1999), (Kuhn 2000), (Kuhn 2003). Seit den fruhen¨ achtziger Jahren wurde es st¨andig verbessert bzw. ausgebaut. In dieser Arbeit wurde die aktuelle Version 2.2 verwendet. Es ist ursprunglich¨ mit dem Programm Excel erstellt worden, wurde aber von Mag. Marc Olefs am Institut fur¨ Meteorologie und Geophysik der Uni- versit¨at Innsbruck fur¨ das Programm Matlab neu geschrieben. Wesentliche Einga- beparameter sind Temperatur, Niederschlag, Gletschermassenbilanzen, die Fl¨achen- H¨ohen-Verteilung der Gesamt-, Wald- und Gletscherfl¨ache sowie Abflussdaten fur¨ die Verifikation. Grundlage des Modells ist die Wasserbilanzgleichung

N = A + V + S (4.1) mit Monatswerten des hydrologischen Jahres und H¨ohenstufen von 100 m. Als Er- gebnis liefert das Modell den Abfluss (A) (zusammengesetzt aus Schmelz- und Re- genwasser), Niederschlagswerte (N), die Schneedecke, Verdunstung (V), den Spei- cher (S). Das Modell liegt in einer Excel-Version und seit Februar 2007 auch in einer Matlab-Version vor. Es wurden in dieser Arbeit beide verwendet, die Excel-Version, um die Modellierungen durchzufuhren¨ und anschließend die Matlab-Version, um die gewonnenen Werte graphisch darzustellen. Fur¨ die genauere Beschreibung wird hier das Modell in Excel verwendet. 19 20 Das hydrometeorologische Modell OEZ 2.2

4.1.1 Beginn der Modellierung

Wie bereits erw¨ahnt gibt es im Einzugsgebiet des Gadertales keine Gletscher, deswe- gen wird es an dieser Stelle keine Beschreibung der Abschnitte mit den gletscherbe- zogenen Werten geben. Nach dem Aufbereiten der Eingangsdaten, Kapitel 3, werden diese an den entsprechenden Stellen am Anfang des Programms eingegeben. Diese sind:

- Gemessener Abfluss [mm] - Verdunstung [mm] - Niederschlagsverteilung [h] - Niederschlagsgradient [mm/100m] - Gradtagfaktor [mm/Gradtag] - Schneebedeckung [%] - Temperaturgradient [◦C/100m] - Temperatur an der verfugbaren¨ Station [◦C] - Flussiger¨ Speicher [mm] - Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung fur¨ die Wald- bzw. Gesamtfl¨ache [km2] - Umverteilungsfaktor

Um eine gute Ubereinstimmung¨ zwischen gemessenem und modelliertem Abfluss zu erhalten, muss der Referenzniederschlag angepasst werden, d.h. der Jahreswert des Referenzniederschlages muss gleich der Jahressumme des bilanzierten Niederschlags sein. Der Jahresgang sollte so weit wie m¨oglich phasengleich verlaufen. Bevor der flussige¨ Speicher manuell eingegeben wird, gibt es weitgehend große Unterschiede zwischen gemessenem und simuliertem Abfluss, besonders im Winter, weil das Mo- dell in dieser Jahreszeit durchgehend negative Temperaturen generiert und es so kein Schmelzen und nur Niederschlag in Form von Schnee gibt. Somit entsteht kein Abfluss. In Wirklichkeit gibt es aber sehr wohl den winterlichen Basisabfluss, der aus dem Grundwasserspeicher gespeist wird. Wird dann der flussige¨ Speicherterm eingegeben, sollte dieser im Winter negativ sein, d.h. der Speicher wird entleert, w¨ahrend er im Sommer wieder aufgefullt¨ wird. Da die Temperatur- und Nieder- schlagsgradienten von anderen Einzugsgebieten ubernommen¨ wurden, war es n¨otig diese anzupassen.

1. N¨aherung

A ist gemessen, V wird in ersten N¨aherung modelliert und S wird in unverglet- scherten Gebieten = 0 gesetzt. Daraus resultiert der Gebietsniederschlag als Rest. Der Jahresniederschlag wird proportional zu den Referenzstationen auf die Monate 4.1 Beschreibung des Modells 21 verteilt, sodass jetzt A(mo), V(mo) und N(mo) bekannt sind und S(mo) berechnet werden kann.

2. N¨aherung

In einer zweiten N¨aherung wird der Jahresgang des Gebietsniederschlages neu be- rechnet. Es wird der vorhin bestimmte Niederschlag vom Referenzniveau mit dem Niederschlagsgradienten n-grad aus Kapitel 3.2.4 auf alle H¨ohenstufen erweitert und zwar wieder fur¨ alle Monate. Das heißt, dass der Niederschlag in Promille mit (1 + n- grad) multipliziert wird. So erh¨alt man eine Matrix mit den Werten fur¨ jeden Monat und jede H¨ohenstufe N(mo,h) plus der Jahressumme. Nachher werden diese Wer- te mit der Niederschlagsreferenz und der Fl¨ache der H¨ohenstufe multipliziert und erh¨alt so ein Volumen. Die Niederschlagsreferenz ist ein Eichwert, der manuell so angepasst wird, dass die Differenz zwischen der neu errechneten Jahressumme des Niederschlages und dem Jahresniederschlag aus der ersten N¨aherung +/- 3 mm nicht uberschreitet.¨ Abfluss und Verdunstung werden aus der ersten N¨aherung ubernommen¨ und der Speicherterm bildet wieder das Restglied der hydrologischen Bilanzgleichung.

3. N¨aherung

Mit den eingelesenen Temperaturwerten aus Kapitel 3.2.7, die von einer Wettersta- tion mit einer bestimmten H¨ohe stammen, ausgehend, wurde mit dem Temperatur- gradienten monatsweise ein Werte fur¨ die fehlenden H¨ohenstufen gerechnet, sei es nach oben als auch nach unten. Aus dieser Matrix kann nun der Anteil von festem Niederschlag am Gesamtniederschlag bestimmt werden und zwar mit der Formel (3.2). Die Q-Werte sind mit 0,01 und 0,99 begrenzt, das bedeutet, dass im Winter in h¨oheren Lagen die Werte um 0,99 liegen. Multipliziert man nun dieses Q mit der Niederschlagsmatrix so ergibt sich der Schneeanteil in mm. Nun kommt der Gradtagfaktor, Kapitel 3.2.5, ins Spiel, der zu Beginn eingelesen wurde. Dieser gibt den Wasserwert an, der pro Tag bei einer mittleren positiven Lufttemperatur von 1 ◦C effektiv geschmolzen werden kann. Fur¨ die Berechnung der positiven Gradtage werden die Tage pro Monat und die Temperaturmatrix ben¨otigt. Daraus ist es m¨oglich die monatliche potentielle Schmelzrate zu bestimmen und zwar aus dem Produkt von Gradtagfaktor, den positiven Gradtagen und der gesch¨atzten Schneebedeckung (Kapitel 3.2.6). In einem weiteren Schritt wird der Schneedeckenaufbau berechnet. Dieser setzt sich zusammen aus der Schneedecke des Vormonats (nur nicht im Oktober, dieser startet bei Null) plus dem festen Niederschlag des laufenden Monats. Davon wird eine noch konstante Verdunstung von 15 mm und das potentielle Schmelzen abgezogen. 22 Das hydrometeorologische Modell OEZ 2.2

Die eben berechnete Schneedecke geht in die Neuberechnung der Verdunstungsma- trix ein. Zum Unterschied zur ersten N¨aherung werden weiters die H¨ohenstufen und die Jahreszeiten berucksichtigt.¨ Fur¨ das Gadertal wurde im Zuge der Auswertung der Ergebnisse festgestellt, dass die voreingestellten Verdunstungsraten fur¨ dieses unver- gletscherte und relativ trockene Einzugsgebiet zu niedrig waren. Dies zeigte sich bei der Berechnung der Klimaszenarien, weil bei einer Temperaturzunahme im Fruhling¨ zu starke Schwankungen stattfanden, d.h. der Abfluss hatte ungew¨ohnliche Zacken im Verlauf (h¨ohere Werte im M¨arz als im April). So wird nun angenommen, dass die Verdunstungsrate uber¨ 2600 m mit einer Schneedecke 0,5 und ohne 1 mm/Tag be- tr¨agt. Unterhalb von 2600 m uber¨ NN wird zwischen Sommer- (April bis September) und Winterhalbjahr (Oktober bis M¨arz) unterschieden. Im Winter wird eine durch- gehende Schneedecke angenommen mit einer Sublimationsrate von 0,5 mm/Tag fur¨ waldfreie Fl¨achen und bei Waldfl¨achen mit Schneebedeckung 2 mm/Tag. Im Som- merhalbjahr betr¨agt die Sublimationsrate 0,5 mm/Tag uber¨ schneebedeckte, wald- freie Fl¨achen. 2 mm Verdunstung pro Tag gibt es bei schneefreien Fl¨achen jeglicher Vegetation. Mit diesen Vorgaben ergibt sich eine neue Verdunstungsmatrix mit pa- rametrisierten Werten, die jetzt mit den Fl¨achen der jeweiligen H¨ohenstufen multi- pliziert werden und so ein Volumen ergeben. Summiert man dann diese Volumina fur¨ jede H¨ohe monatsweise auf und dividiert sie durch die Gesamtfl¨ache, ergibt sich die Verdunstung in zweiter N¨aherung. Schließlich kann man mit der neu modellierten Verdunstung und den ursprunglichen¨ Werten fur¨ Abfluss und Speicherung, den Jahresniederschlag in dritter N¨aherung be- rechnen. Fur¨ den Niederschlag werden die jeweiligen Monatsanteile aus der zweiter N¨aherung verwendet, um die Jahressumme monatsweise aufzuteilen.

4. N¨aherung

Um dem gemessenen Abfluss noch n¨aher heranzukommen, gilt es in der vierten N¨aherung den flussigen¨ Speicher einzufuhren,¨ der zur manuellen Regelung dient. Vorher wird aber eine neue Niederschlagsmatrix berechnet, indem die Niederschlags- matrix aus zweiter N¨aherung mit dem Verh¨altnis vom Jahresniederschlag aus erster und dritter N¨aherung multipliziert wird. Gleiches gilt auch fur¨ den Anteil von fes- tem Niederschlag am Gesamtniederschlag aus dritter N¨aherung. Die Differenz aus festem Niederschlag und Gesamtniederschlag ergibt die Matrix fur¨ den flussigen¨ Nie- derschlag. Jetzt kann noch der Aufbau der Schneedecke genauer angen¨ahert werden. Dabei wird zur Schneedecke des Vormonats der feste Niederschlag hinzuaddiert und die Verdunstung/Sublimation und das potentielle Schmelzen abgezogen. Der gesuchte modellierte Abfluss ergibt sich aus Schmelz- plus Regenwasser. In unvergletscherten Einzugsgebieten ist das Schmelzwasser maximal der Schneerucklage¨ des Vormonat 4.2 Empfindlichkeit des Modells 23 plus dem festen Niederschlag minus der Sublimation. Der flussige¨ Niederschlag mi- nus der Verdunstung desselben fuhrt¨ zum Regenwasser. Diese beiden Komponen- ten bilden den Gesamtabfluss, der aber noch keine flussige¨ Speicherung beinhaltet, wie sie unter realen Bedingungen vorkommt. Es kommt also zur Einfuhrung¨ des flussigen¨ Speichers, der das flussige¨ Wasser in der Schneedecke und das Grundwasser repr¨asentiert. Im Winter ist dieser negativ weil er entleert wird und in Sommermo- naten positiv, d.h. Auffullung¨ des Speichers. In der Jahressumme muss dieser aber gleich Null sein. So kann die Differenz zwischen gemessenem und modelliertem Ab- fluss im Rahmen von +/- 20 mm gehalten werden. Dieser Parameter, der manuell eingegeben wird, erlaubt es dem Nutzer den modellierten Abfluss noch genauer dem gemessenen anzun¨ahern und gegebenenfalls den Verlauf minimal zu korrigieren. Mit dem endgultigen¨ Abflusswerten wird dann noch einmal der Speicherterm be- rechnet. Das Ergebnis sind die vier Komponenten des Wasserhaushalts.

4.2 Empfindlichkeit des Modells

In den folgenden Zeilen wird auf die Empfindlichkeit des Modells eingegangen, in- dem ideale Eingangsparameter, wie Gradtagfaktor, Schneebedeckung, Temperatur- und Niederschlagsgradient, in einem realistischen Ausmaß ver¨andert werden. Es soll hier nur ein Uberblick¨ gegeben werden, mehr dazu gibt es dann sp¨ater im Kapitel 6.3, wo eine Sensitivit¨atsstudie durchgefuhrt¨ wird, mit Anderungen¨ an den beiden Gradienten.

4.2.1 Anderung¨ des Gradtagfaktors

Wird dieser Faktor ver¨andert wirkt sich das direkt auf das potentielle Schmelzen in vergletscherten und unvergletscherten Gebieten aus. Dieses beeinflusst wiederum den Aufbau der Schneedecke, das Schmelzwasser und somit den modellierten Ab- fluss. Das potentielle Schmelzen ist das Produkt aus positiven Gradtagen, Schneebe- deckung und Gradtagfaktor, d.h. es ist nur dann nicht gleich Null wenn es positive Gradtage gibt, also haupts¨achlich im Sommerhalbjahr. Bei negativen Gradtagen gibt es laut Modell kein Schmelzen und somit auch keinen Abfluss.

4.2.2 Anderung¨ der Schneebedeckung

Die Schneebedeckung, d.h. der Fl¨achenanteil, der mit Schnee bedeckt ist, liegt im Winter bei 100 % also bei 1 und im Sommer unter 1, bei 0,6 bis 0,8. Sie ist auch ein Faktor bei der Bestimmung der potentiellen Schmelze. Ist der Wert also gleich 1 gibt es keine Auswirkungen auf das Modell, nur wenn er darunter liegt: je kleiner desto 24 Das hydrometeorologische Modell OEZ 2.2 st¨arker der Einfluss, sprich in den Sommermonaten. Wenn die Schneebedeckung kleiner als 100 % ist, reduziert sie naturlich¨ das potentielle Schmelzen.

4.2.3 Anderung¨ des Niederschlagsgradienten

Um den Niederschlag in jeder H¨ohenstufe zu definieren wird der Niederschlagsgra- dient verwendet und zwar wird vom Referenzniederschlag ausgegangen und mit dem Gradienten fur¨ die restlichen oberen und unteren H¨ohenstufen der jeweilige Wert berechnet. Eine Anderung¨ dieses Gradienten hat starke Auswirkungen auf die Modellierung und folglich auf den Abfluss, im Sommer mehr als im Winter. Vergr¨oßert/verkleinert man den Niederschlagsgradienten im Sommer, so kommt es auch zu einer Zu- /Abnahme des Abflusses, weil der Niederschlag nicht gespeichert wird und direkt abfließt. Im Winter ist die Auswirkung viel kleiner, wenn uberhaupt¨ vorhanden. Es f¨allt der gesamte Niederschlag in fester Form und fließt so nicht ab. Das Ergebnis zeigt sich dann erst im Fruhling¨ wenn die Schmelze einsetzt und der Abfluss dann dort steigt.

4.2.4 Anderung¨ des Temperaturgradienten

Der Temperaturgradient dient bei der Berechnung der Temperatur in allen H¨ohenstufen und wirkt sich somit unmittelbar auf den festen Anteil des Gesamt- niederschlags, auf die Gradtage und folglich auf den Abfluss aus. Erh¨oht man den Temperaturgradienten kuhlt¨ es in der H¨ohe schneller ab, was dazu fuhrt,¨ dass es im Herbst fruher¨ festen Niederschlag gibt und der Abfluss geringer ausf¨allt. Es ist aber mengenm¨aßig mehr Schnee vorhanden, d.h. in der Schmelzperiode steigt dann der Abfluss. Verringert man den Temperaturgradienten verh¨alt es sich genau umgekehrt. Eine Anderung¨ im Sommer wirkt sich dagegen direkt auf das Abflussverhalten aus. Wird es im Sommer in einem Monat mit der H¨ohe schneller k¨alter, d.h. h¨oherer Temperaturgradient, nimmt der Abfluss ab, weil weniger geschmolzen wird oder weil der Niederschlag in der H¨ohe schon als Schnee f¨allt. Im darauf folgenden Mo- nat steht aber dann noch mehr schmelzbarer Niederschlag zur Verfugung¨ und der Abfluss steigt. Kapitel 5

Modellierung

In diesem Abschnitt wird die Vorgehensweise fur¨ die Modellierung und die Einga- beparameter der einzelnen Einzugsgebiete behandelt. Dabei wird besonders auf die Unterschiede und Ahnlichkeiten¨ eingegangen.

5.1 Vorgehensweise

5.1.1 Ausgangslage

Nach dieser Vorbereitungsphase kann nun mit der eigentlichen Modellierung begon- nen werden. Es wurde dafur¨ das OEZ Modell in der Excel Version verwendet. In den ersten Zeilen des Programms wurden die n¨otigen Inputdaten eingegeben und zwar blieben der Abfluss, Niederschlag und die Temperatur unver¨andert und die restli- chen Daten wurden noch angepasst, d.h. es wurde die fur¨ sie typischen Jahresg¨ange verwendet (Kapitel 3.1), so haben die Verdunstung, der Temperaturgradient und der Gradtagfaktor ihr Maximum im Sommer und die Schneebedeckung im Winter. Beim Niederschlagsgradienten gab es mehr Schwierigkeiten bei der Anpassung, weil es im Gadertal nur repr¨asentative Messungen in Tallagen gibt, deshalb wurde dieser Gradient von umliegenden Gebieten (Einzugsgebiete des Tauferer Ahrntales, (Rast- ner 2008)) ubernommen¨ und anschließend angeglichen. So wurde ein erster Probelauf durchgefuhrt,¨ der einen phasengleichen Abfluss ge- nerieren sollte, der im Winter unter und im Sommer uber¨ dem gemessenen Abfluss liegt. Im Winter gibt es im Modell in allen Schichten negative Temperaturen und somit kein Schmelzen und keinen Abfluss. Dies wird dann im Sommer kompensiert, indem der modellierte Abfluss h¨ohere Werte annimmt. Kommt es zu einem solchen Jahresgang, erfolgt die Eingabe des flussigen¨ Speichers, der die Differenz zwischen gemessenem und modelliertem Abfluss auf +/- 20 mm minimiert. Dabei muss dieser im Winter negativ, im Sommer positiv und in Summe Null sein. Diese Ergebnisse gilt es nun graphisch darzustellen, indem die Eingabedaten fur¨ 25 26 Modellierung das in Matlab relevante Format angepasst werden. Es ist darauf zu achten die Nie- derschlagsverteilung und nicht die absoluten Werte sowie die Temperatur der Sta- tionsh¨ohe einzugeben. Stimmen die Ergebnisse des Matlab und Excel Programms uberein,¨ k¨onnen die Graphen erzeugt werden.

5.1.2 Klimaszenarien

Unter Annahme verschiedener Klimaszenarien wurden weitere Modellierungsversu- che unternommen deren Ergebnisse in Kapitel 6.2 angefuhrt¨ sind. Dabei wurde ein- mal nur die Temperatur um +1 ◦C, +2 ◦C, +3 ◦C und -1 ◦C ver¨andert und ein weiteres Mal der Niederschlag um +/- 20 % ge¨andert. Alle anderen Werte bleiben gleich, außer, dass der flussige¨ Speicher bzw. auch die Niederschlagsreferenz ange- passt werden mussten.

5.2 Eingabewerte der drei Einzugsgebiete

Fur¨ jedes Einzugsgebiet werden nun in tabellarischer Form die Eingabedaten an- gefuhrt.¨ Zus¨atzlich werden auch noch die Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung, Gebietsabfluss, Referenztemperatur und Gebietsniederschlag der 3 Einzugsgebiete graphisch darge- stellt in den Abbildungen 5.1, 5.2 und 5.3. Der Umverteilungsfaktor ist bei allen Einzugsgebieten gleich und betr¨agt fur¨ unvergletscherte Gebiete 1,0 und die Glet- schermassenbilanz ist gleich 0. Der Niederschlag und die Temperatur der einzelnen Einzugsgebiete stammen von der n¨achstgelegensten Wetterstation, d.h. es wurden die Werte fur¨ das Niveau der Pegelstation berechnet anhand der Gradienten. Die Darstellung erfolgt wie ublich¨ im hydrologischen Jahr und bei der Fl¨achen-H¨ohen- Verteilung ist darauf zu achten, dass die Achsenintervalle je nach Einzugsgebiet unterschiedlich groß sind. Die Werte stammen von der Periode Januar 1995 bis De- zember 2007. In Tabelle 5.1 sind die verwendeten Fl¨achen der Einzugsgebiete angefuhrt.¨ Die Ta- bellen 5.2, 5.3, 5.4 beinhalten die Werte fur¨ die 12 Monate und die Jahressumme oder das Jahresmittelwert.

Einzugsgebiet Gesamtfl¨ache Waldfl¨ache Restfl¨ache (H¨ohe der Pegelstation) [km2] [km2] % [km2] % Montal (814 m) 389,4 204,2 52,4 185,2 47,6 Longega(1011 m) 102,8 50,0 48,6 52,8 51,4 Pedraces(1321 m) 124,6 52,2 42,1 72,1 57,9

Tabelle 5.1: Gr¨oße der Einzugsgebiete 5.2 Eingabewerte der drei Einzugsgebiete 27

5.2.1 Einzugsgebiet Montal

Monat 1011121 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr Abfluss [mm] 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung [mm] 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag [mm] 95 81 31 23 16 38 66 89 128 126 114 86 892 N-Verteilung [h] 107 90 35 26 18 42 74 100 143 141 128 97 1000 Temperatur [◦C] 8,3 2,3 -2,2 -3,1 -0,8 4,0 7,9 12,7 16,5 18,3 17,6 13,1 7,9 (auf 814 m) N-Gradient 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,07 [*100 mm 100m−1] T-Gradient -0,3 -0,3 -0,3 -0,3 -0,3 -0,5 -0,7 -0,7 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,5 [◦C 100m−1] Schneebedeckung 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,7 0,6 0,6 0,6 0,86 [*100 %] Gradtagfaktor 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 4,4 [mm Gradtag−1] Flussigspeicher¨ [mm] 5 -30 -40 -28 -27 -30 -35 20 72 45 33 15 0

Tabelle 5.2: Eingabedaten fur¨ das Einzugsgebiet Montal

3500 Gesamtfläche 70 3000 Waldfläche

2500 60

2000 50

Höhe (m) 1500 40 1000 30

500 gemessener Gebietsabfluss (mm) 0 10 20 30 40 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Fläche (km2) Monat (hydrologisches Jahr)

120 15 100

10 80

5 60

40 0 Gebietsniederschlag (mm) 20

Referenztemperatur des Gebiets (ºC) 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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 5.1: Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung (links oben), Gebietsabfluss (rechts oben), Re- ferenztemperatur (links unten) und Gebietsniederschlag (rechts unten) fur¨ das EZ Montal 28 Modellierung

5.2.2 Einzugsgebiet Longega

Monat 1011121 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr Abfluss [mm] 62 59 54 43 33 36 38 44 59 77 69 57 631 Verdunstung [mm] 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag [mm] 81 70 30 21 14 31 62 86 134 146 127 88 892 N-Verteilung [h] 91 78 34 24 16 35 70 97 151 164 142 99 1000 Temperatur [◦C] 6,6 0,6 -3,7 -4,1 -2,1 2,8 6,2 11,2 14,5 16,6 16,0 11,4 6,3 (auf 1150 m) N-Gradient 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,07 [*100 mm 100m−1] T-Gradient -0,3 -0,3 -0,3 -0,3 -0,3 -0,5 -0,7 -0,7 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,5 [◦C 100m−1] Schneebedeckung 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,7 0,6 0,6 0,6 0,86 [*100 %] Gradtagfaktor 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 4,4 [mm Gradtag−1] Flussigspeicher¨ [mm] -15 -48 -56 -47 -35 -37 -29 61 88 65 41 12 0

Tabelle 5.3: Eingabedaten fur¨ das Einzugsgebiet Longega

3500 Gesamtfläche 70 3000 Waldfläche

2500 60

2000 Höhe (m) 50

1500 40

1000 gemessener Gebietsabfluss (mm) 0 2 4 6 8 10 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Fläche (km2) Monat (hydrologisches Jahr)

15 120

10 100 80 5 60

0 40 Gebietsniederschlag (mm) 20

Referenztemperatur des Gebiets (ºC) 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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 5.2: Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung (links oben), Gebietsabfluss (rechts oben), Referenztemperatur (links unten) und Gebietsniederschlag (rechts unten) fur¨ das EZ Lon- gega 5.2 Eingabewerte der drei Einzugsgebiete 29

5.2.3 Einzugsgebiet Pedraces

Monat 1011121 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr Abfluss [mm] 65 63 36 29 24 31 54 102 89 73 61 52 679 Verdunstung [mm] 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 260 Niederschlag [mm] 97 96 43 27 24 35 68 88 114 135 125 87 939 N-Verteilung [h] 103 102 46 29 25 37 73 93 122 144 133 92 1000 Temperatur [◦C] 6,6 0,6 -3,9 -4,5 -2,5 1,2 4,4 9,2 12,5 14,9 14,3 10,6 5,3 (auf 1321 m) N-Gradient 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,07 [*100 mm 100m−1] T-Gradient -0,3 -0,3 -0,3 -0,3 -0,3 -0,5 -0,7 -0,7 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,5 [◦C 100m−1] Schneebedeckung 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,7 0,6 0,6 0,6 0,86 [*100 %] Gradtagfaktor 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 4,4 [mm Gradtag−1] Flussigspeicher¨ [mm] 3 -36 -35 -28 -23 -27 -34 8 49 66 45 12 0

Tabelle 5.4: Eingabedaten fur¨ das Einzugsgebiet Pedraces

3500 100 Gesamtfläche 90 3000 Waldfläche 80 2500 70 60 2000 Höhe (m) 50 1500 40 30

1000 gemessener Gebietsabfluss (mm) 0 5 10 15 20 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Fläche (km2) Monat (hydrologisches Jahr)

120

10 100

80 5 60 0 40 Gebietsniederschlag (mm)

Referenztemperatur des Gebiets (ºC) 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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 5.3: Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung (links oben), Gebietsabfluss (rechts oben), Referenztemperatur (links unten) und Gebietsniederschlag (rechts unten) fur¨ das EZ Pe- draces 30 Kapitel 6

Ergebnisse

Dieses Kapitel enth¨alt die Ergebnisse dieser Arbeit und wurde in drei Abschnitte unterteilt. In Abschnitt 6.1 werden die Resultate der Modellierung der Ausgangslage gezeigt, in 6.2 werden jene fur¨ die sechs Klimaszenarien dargestellt und in 6.3 wird anhand einer Sensitivit¨atsstudie geschildert wie empfindlich das Modell auf geringe Anderungen¨ der Ausgangsparameter reagiert.

6.1 Modellergebnisse der Ausgangslage

Nach der ganzen Vorbereitung werden an dieser Stelle die Ergebnisse der Model- lierung besprochen. Auf alle Einzugsgebiete wird einzeln eingegangen. Auf das Ein- zugsgebiet von Montal wird genauer eingegangen, weil dieses auch die beiden an- deren umfasst. Fur¨ das Einzugsgebiet von Longega und das von Pedraces werden nur die wesentlichen Ergebnisse gezeigt und die Gemeinsamkeiten bzw. Unterschiede hervorgehoben. Fur¨ den Pegel von Pedraces wurde im Abschnitt 6.1.3 (Abb. 6.13) noch zus¨atzlich der monatliche Schneedeckenaufbau dargestellt. Es werden einige dreidimensionale Diagramme gezeigt, die in verschiedenen Farbstufen skaliert sind.

6.1.1 Einzugsgebiet Montal

Fur¨ den Pegel in Montal wird zuerst die Tabelle 6.1 erstellt mit den Monatswerten der vier Komponenten des Wasserhaushaltes fur¨ alle vier N¨aherungen. Dazu kommen noch der Flussigspeicher,¨ der Schneespeicher, die Differenz zwischen gemessenem und modelliertem Abfluss, sowie das Schmelz- und Regenwasser und der Gesamtabfluss. In der letzten Spalte stehen die Jahressummen. Das Gleiche gilt auch fur¨ die Einzugsgebiete von Longega und Pedraces, wird aber dort nicht mehr wiederholt. Wie bereits in Kapitel 4.1.1 erw¨ahnt, kommt das Ergebnis durch mehrere N¨aherungen zustande. Die erste N¨aherung besteht aus den Eingabewerten der 31 32 Ergebnisse hydrologischen Bilanzgleichung aus dem Kapitel 5.2. In der zweiten N¨aherung kommt es zur Neuberechnung des Niederschlags mit dem Niederschlagsgradienten, der Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung, der Niederschlagsverteilung in Promille und dem Referenzwert, der angepasst werden kann. Somit ergeben sich auch neue Werte fur¨ den Speicherterm. Die Jahressummen von Niederschlag und Speicher bleiben aber gleich, weil der Referenzwert so angepasst wird, dass die Jahressumme gleich der Summe aus der ersten N¨aherung ist. In der dritten N¨aherung bleibt nur mehr der Abfluss unver¨andert. In diesem Schritt wird die Verdunstung, die zu Beginn nur gesch¨atzt wurde, neu bestimmt. Es wird nun eine Matrix erstellt fur¨ jedes Monat und jede H¨ohenstufe. Die Verdunstung h¨angt nun von der H¨ohe, Tagen pro Monat, Bodenbedeckung und von der Schnee- decke ab. Es entsteht ein Jahreswert von 611 mm, der um ann¨ahernd 350 mm h¨oher ist als der der ersten beiden N¨aherungen.

Monat 1011121 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag 95 81 31 23 16 38 66 89 128 126 114 86 892 Speicherung 17 13 -22 -22 -23 -11 2 -12 23 16 21 -1 0 2. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag 95 81 31 23 16 38 60 81 128 126 114 96 890 Speicherung 18 13 -22 -22 -23 -11 -4 -21 24 16 21 9 -1 3. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 61 42 41 42 40 45 46 57 59 61 61 59 611 Niederschlag 133 113 43 32 22 53 83 113 179 176 160 134 1242 Speicherung 10 18 -34 -40 -42 -25 -12 -21 44 40 40 22 0 4. N¨aherung Abfluss 67 55 40 28 27 33 51 81 80 82 67 60 671 Verdunstung 61 42 41 42 40 45 46 57 59 61 61 59 611 Niederschlag 133 113 43 32 22 53 83 113 179 176 160 134 1242 Speicherung 5 16 -38 -38 -45 -25 -13 -24 41 33 32 15 -41 Flussigspeicher¨ 5 -30 -40 -28 -27 -30 -35 20 72 45 33 15 0 Schneespeicher 0 46 2 -10 -18 5 22 -44 -31 -12 -1 0 -41 Abfluss modelliert - 5 2 3 -2 2 0 2 4 4 6 8 6 40 gemessen Schmelzwasser 186 Regenwasser 485 Gesamtabfluss 671

Tabelle 6.1: Ergebnisse der Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet Montal [mm]

Die Jahresverdunstung und die Jahressummen fur¨ Abfluss und Speicherung er- geben in Summe den Jahresniederschlag, der mit 1242 mm folglich auch um 350 mm vergr¨oßert wird. Da angenommen wird, dass die Summe der Speicherung gleich Null ist, werden nur die Verdunstung und der Abfluss in Betracht gezogen. Der Jahresnie- 6.1 Modellergebnisse der Ausgangslage 33 derschlag wird dann mit der Niederschlagsverteilung monatlich neu berechnet. Aus diesen neuen monatlichen Niederschlagswerten dritter N¨aherung folgt, dass sich auch die monatliche Speicherung ¨andern muss.

15

10

5

0

−5 Temperatur (ºC)

3000

2500

2000

1500

1000 7 8 9 Höhe (m) 4 5 6 1 2 3 10 11 12 Monat

Abbildung 6.1: Temperaturverteilung in ◦C

Erst in der vierten N¨aherung wird der Abfluss berechnet und zwar aus der Sum- me von Schmelzwasser (201 mm) und Regenwasser (431 mm). Mit dem flussigen¨ Speicher ist es dann m¨oglich die Abweichung des berechneten Abflusses zum ge- messenen im Rahmen von +/- 20 mm zu halten. Die Werte sind durch Probieren eingesetzt worden.

3000

2800

800 2600

600 2400

400 2200 200 2000

0 Höhe (m) 1800

Schneedeckenaufbau (mm) 3000 2500 1600 2000 1400 1500 1000 1200 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 Höhe (m) Monat 1000

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

0 100 200 300 400 Schneedeckenaufbau (mm)

Abbildung 6.2: Schneedeckenaufbau (mm Wasser¨aquivalent), 3D Balkendiagramm (links) und in 2D (rechts) 34 Ergebnisse

Der Unterschied zwischen gemessenem und modelliertem Abfluss erscheint in der vorletzten Zeile der Tabelle. Der Niederschlag und die Verdunstung bleiben gleich und die Speicherung bildet wieder das Restglied der Wasserbilanzgleichung. Zieht man von der Speicherung den Flussigspeicher¨ ab so erh¨alt man den Schneespeicher. All diese Werte der vierten N¨aherung, mit Ausnahme des Speicherterms, werden noch zus¨atzlich in Abb. 6.8 gezeigt. In den Abbildungen 6.1 und 6.2 werden die Temperatur und der Aufbau der Schnee- decke dargestellt. Ende Oktober, Anfang November kommt es, mit den abnehmenden Temperaturen, zur Bildung einer durchgehenden Schneedecke. Diese reicht hinun- ter bis in eine H¨ohe von ungef¨ahr 1500 m. Das absolute Maximum erreicht die Schneedecke im Juni in ca. 3100 m, dem h¨ochsten Bereich des Einzugsgebietes. Der Ruckgang¨ der Schneedecke geht einher mit der Zunahme der Temperatur, in tiefen Lagen fruher¨ als in h¨oheren.

3000

2800

2600

2400 6 x 10 2200

2000 ) 2 3

Höhe (m) 1800 1.5

1600 1

1400 0.5 9 Verdunstung (m 1200 8 7 3000 1000 6 5 2500 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 3 Monat 2000 2 1 1500 20 30 40 50 60 12 11 Monat Verdunstung (mm) Höhe (m) 1000 10

Abbildung 6.3: Verdunstung in mm (links) und in m3 (rechts)

Die Verdunstung ist dort am h¨ochsten wo es ¨ortlich und zeitlich am w¨armsten ist (roter Bereich in der Abbildung 6.3 links), d.h. im Sommerhalbjahr unter 2600 m, im Winter unter 1200 m. In diese Verdunstungsberechnung fließt unter anderem auch die Schneedecke, der Waldanteil an der Gesamtfl¨ache und der unbewaldete Fl¨achenanteil ein. So geht die Verdunstung im Winter mit Erreichen der Waldgrenze auf ca. 2000 m zuruck.¨ 6.1 Modellergebnisse der Ausgangslage 35

6 x 10

400 4 ) 3 300 3

200 2

100 1 Niederschlag (m Niederschlag (mm) 9 9 8 8 3000 7 3000 7 6 6 2500 5 2500 5 4 4 2000 3 2000 3 2 2 1 1 1500 1500 12 12 11 Monat 11 Monat Höhe (m) 1000 Höhe (m) 1000 10 10

Abbildung 6.4: Niederschlag in mm (links) und in m3 (rechts)

250 200 200 150 150

100 100

50 50 fester Niederschlag (mm) flüssiger Niederschlag (mm)

3000 3000

2500 2500

2000 2000

1500 1500

Höhe (m) 7 8 9 Höhe (m) 7 8 9 1000 4 5 6 1000 4 5 6 1 2 3 1 2 3 10 11 12 10 11 12 Monat Monat

Abbildung 6.5: Fester Niederschlag (links) und flussiger¨ Niederschlag in mm (rechts)

Der Niederschlag (Abb. 6.4) hat sein Maximum im Juni und das Minimum im Februar. Der Anstieg mit der H¨ohe wird durch den Niederschlagsgradienten bewirkt, der monatlich unterschiedlich groß ist. Das Niederschlagsvolumen in m3, in der rech- ten Grafik, hat sein Maximum in der Gegend um 2000 m: hier ist das Produkt aus Niederschlag und Fl¨ache am gr¨oßten. In einer weiteren Darstellung des Niederschla- ges wird zwischen festem und flussigem¨ Niederschlag unterschieden, Abb. 6.5. An dieser Stelle wird der Gesamtniederschlag in seinen festen und flussigen¨ Anteil zer- legt und zwar anhand der Temperatur nach der Formel 3.2 in Kapitel 3.1. Die Komponenten, die den Gesamtabfluss bilden, sind das Schmelz- und das Regen- wasser in der Abbildung 6.6. Daraus ist ersichtlich, wie in den untersten H¨ohenstufen bis ca. 2400 m das Regenwasser dominiert und daruber¨ das Schmelzwasser. Das 36 Ergebnisse

500

450 500 400

400 350

300

300 250

200 200 150 Regenwasser (mm) Schmelzwasser (mm) 100 100 50

0 0

3000 3000

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

Abbildung 6.6: Schmelzwasser (links) und Regenwasser vor Berechnung des flussigen¨ Speichers (rechts)

Schmelzen beginnt im M¨arz in den untersten H¨ohestufen und setzt daruber¨ dement- sprechend sp¨ater ein. Am meisten Schmelzwasser wird dort produziert, wo die gr¨oßte Menge an festem Niederschlag liegt und zwar in der Gegend um 3000 m. Das Regen- wasser startet erst wenn mehr flussiger¨ Niederschlag f¨allt als verdunstet. Die relativ starke Zunahme in 2600 m erfolgt durch die Abnahme der Verdunstung in derselben H¨ohe.

heutiger gemess. Abfluss Montal 120 modell. Abfluss

100

80

60 Gebietsabfluss (mm) 40

20

0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.7: gemessener und modellierter Gebietsabfluss 6.1 Modellergebnisse der Ausgangslage 37

Das Maximum liegt je nach H¨ohe zwischen Juni und Juli. In den Monaten Dezember, Januar und Februar gibt es wie erwartet keinen Abfluss. Der winterliche Basisabfluss muss aus dem Grundwasserspeicher gespeist werden, der in Tab. 6.1 als Flussigspeicher¨ bezeichnet wird, weil er in den Monaten Mai bis Juli auch das Wasser in der Schneedecke einschließt (blaue Linie in Abb. 6.8). In Abbildung 6.7 wird das Hauptergebnis der Modellierung dargestellt: der modellierte Abfluss. Der gemessene Abfluss ist in blau und der modellierte in grun¨ dargestellt.

Niederschlag 200 modell. Abfluss Verdunstung flüssiger Speicher Schneespeicher 150

100 (mm) 50

0

−50

10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.8: Niederschlag, Abfluss, Verdunstung, flussiger¨ Speicher und Schneespei- cher in 4. N¨aherung – Montal

Die Elemente der Wasserbilanzgleichung in 4. N¨aherung werden in Abb. 6.8 gezeigt. Statt der Speicherung werden der flussige¨ Speicher in blau und der Schnee- speicher in rot angegeben. Haben diese Speicherterme negative Werte dann wird der Speicher entleert und bei positiven wieder gefullt.¨ Schnee- und Flussigspeicher¨ haben fast immer ein entgegengesetztes Vorzeichen außer im Winter. Im Januar und Februar verdunstet ein Teil des im November gefallenen Schnees. Im M¨arz und April wird der Schneespeicher weiter aufgefullt,¨ in den Monaten Mai bis Juli uberwiegend¨ durch Schneeschmelze und etwas Verdunstung wieder ganz abgebaut. Der Verlauf der Verdunstung ist bei allen drei Einzugsgebieten ann¨ahernd gleich, in der Jahressumme hat aber Montal einen etwas h¨oheren Wert als Pedraces und Longega. 6.1.2 Einzugsgebiet Longega

Weiter taleinw¨arts liegt Longega auf 1011 m Meeresh¨ohe. Das Rautal bildet das Einzugsgebiet und die Pegelstation liegt am Vigilbach. Auch fur¨ diesen Pegel wird zuerst eine Tabelle erstellt mit den Monatswerten der vier Komponenten des Was- serhaushaltes fur¨ alle vier N¨aherungen. Es ist in 100 m H¨ohenstufen und in Mo- natsschritten aufgel¨ost. Die Gradienten, der Gradtagfaktor, die Schneebedeckung und der Umverteilungsfaktor wurden ubernommen,¨ der Abfluss, Niederschlag, Tem- peratur, flussiger¨ Speicher, Schneespeicher und die Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung sind verschieden. Die Unterschiede zu Montal sind nur quantitativ und vor allem durch die Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung gekennzeichnet. Auffallend in Tabelle 6.2 ist, dass das Einzugsgebiet von Longega die h¨ochsten Wer- te im flussigen¨ Speicher hat und zwar wegen der großen Grundwasservorkommen bzw. der unterirdischen Abflusssysteme, die in die Modellierung nicht eingeflossen sind. Da der Gebietsabfluss von Longega in der 4. N¨aherung fast gleich dem von Montal ist, ebenso der Gebietsniederschlag, ist es wahrscheinlich, dass diese Kars- terscheinung auf die Hochfl¨achen von Fanes und Sennes und auf das Schotterbett des Rautales beschr¨ankt sind, dass aber an der Schwelle zum Gadertal kein nen- nenswerter unterirdischer Abfluss vorhanden ist.

Monat 1011121 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1. N¨aherung Abfluss 62 59 54 43 33 36 38 44 59 77 69 57 631 Verdunstung 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag 81 70 30 21 14 31 62 86 134 146 127 88 892 Speicherung 4 -4 -39 -37 -33 -20 9 18 47 35 24 -2 0 2. N¨aherung Abfluss 62 59 54 43 33 36 38 44 59 77 69 57 631 Verdunstung 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag 82 70 30 21 14 31 57 79 135 146 127 97 890 Speicherung 4 -4 -39 -37 -33 -20 4 10 47 35 24 7 -1 3. N¨aherung Abfluss 62 59 54 43 33 36 38 44 59 77 69 57 631 Verdunstung 61 39 39 40 36 43 43 58 59 61 61 59 597 Niederschlag 113 97 42 30 19 43 79 109 186 202 175 133 1228 Speicherung -10 -1 -51 -53 -50 -35 -2 7 69 64 46 17 0 4. N¨aherung Abfluss 67 63 56 47 35 40 42 49 63 82 74 62 679 Verdunstung 61 39 39 40 36 43 43 58 59 61 61 59 597 Niederschlag 113 97 42 30 19 43 79 109 186 202 175 133 1228 Speicherung -15 -5 -53 -57 -52 -39 -6 2 65 59 41 12 -48 Flussigspeicher¨ -15 -48 -56 -47 -35 -37 -29 61 88 65 41 12 0 Schneespeicher 0 43 3 -10 -17 -2 23 -59 -23 -6 0 0 -48 Abfluss modelliert - 5 4 2 4 2 4 4 5 4 5 5 5 49 gemessen Schmelzwasser 184 Regenwasser 495 Gesamtabfluss 679

Tabelle 6.2: Ergebnisse der Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet Longega [mm]

38 6.1 Modellergebnisse der Ausgangslage 39

Die Ergebnisse werden in den Abbildungen 6.9 und 6.10 dargestellt.

heutiger gemess. Abfluss Longega 120 modell. Abfluss

100

80

60 Gebietsabfluss (mm) 40

20

0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.9: gemessener und modellierter Gebietsabfluss

Niederschlag 200 modell. Abfluss Verdunstung flüssiger Speicher Schneespeicher 150

100 (mm) 50

0

−50

10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.10: Niederschlag, Abfluss, Verdunstung, flussiger¨ Speicher und Schneespei- cher in 4. N¨aherung – Longega 6.1.3 Einzugsgebiet Pedraces

Pedraces ist als h¨ochstgelegenes Gebiet auch das niederschlagsreichste. Es sind wie- derum nicht große qualitative Unterschiede festzustellen. Die Art der Eingabewerte ist wieder gleich der von Longega. Der Gesamtabfluss mit 678 mm ist der gr¨oßte im Vergleich zu den anderen Einzugsgebieten, weil etwas mehr Niederschlag und zu- gleich in dieser H¨ohe weniger Verdunstung vorhanden sind. Das auffallendste Merk- mal (in Abb. 6.11) ist die Abflussspitze im Mai, die sich in Longega im Juli befindet und in Montal auf Mai, Juni und Juli gleichm¨aßig verteilt. Sie entsteht in erster Linie durch das Schmelzwasser. Die niedrige Jahresmitteltemperatur des Gebietes von 4,6 ◦C erkl¨art auch die hohen Werte des Schneespeichers (Abb. 6.12), die in Summe beinahe Null ergeben. Das Maximum wird im November, das Minimum im Mai erreicht und im Januar und Februar kommt zum Speicher weder was hinzu noch fließt etwas ab.

Monat 1011121 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1. N¨aherung Abfluss 65 63 36 29 24 31 54 102 89 73 61 52 679 Verdunstung 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag 97 96 43 27 24 35 68 88 114 135 125 87 940 Speicherung 16 18 -8 -17 -14 -11 -1 -39 -3 28 30 2 0 2. N¨aherung Abfluss 65 63 36 29 24 31 54 102 89 73 61 52 679 Verdunstung 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 260 Niederschlag 97 97 43 27 24 35 64 82 115 136 125 93 939 Speicherung 17 19 -8 -17 -14 -11 -5 -45 -3 29 30 8 -1 3. N¨aherung Abfluss 65 63 36 29 24 31 54 102 89 73 61 52 679 Verdunstung 60 35 35 35 32 37 41 53 57 60 60 58 563 Niederschlag 129 128 57 36 32 47 85 109 152 179 165 124 1242 Speicherung 4 29 -14 -28 -24 -21 -10 -47 6 47 45 14 0 4. N¨aherung Abfluss 66 64 36 28 24 29 51 103 92 77 64 54 685 Verdunstung 60 35 35 35 32 37 41 53 57 60 60 58 563 Niederschlag 129 128 57 36 32 47 85 109 152 179 165 124 1242 Speicherung 3 28 -13 -27 -24 -20 -7 -48 3 43 42 12 -8 Flussigspeicher¨ 3 -36 -35 -28 -23 -27 -34 8 49 66 45 12 0 Schneespeicher 0 64 22 1 -1 7 27 -56 -46 -23 -3 0 -8 Abfluss modelliert - 1 1 0 -1 0 -2 -3 1 3 4 3 2 9 gemessen Schmelzwasser 239 Regenwasser 447 Gesamtabfluss 685

Tabelle 6.3: Ergebnisse der Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet Pedraces [mm]

40 6.1 Modellergebnisse der Ausgangslage 41

heutiger gemess. Abfluss Pedraces 120 modell. Abfluss

100

80

60 Gebietsabfluss (mm) 40

20

0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.11: gemessener und modellierter Gebietsabfluss

Niederschlag 200 modell. Abfluss Verdunstung flüssiger Speicher Schneespeicher 150

100 (mm) 50

0

−50

10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.12: Niederschlag, Abfluss, Verdunstung, flussiger¨ Speicher und Schneespei- cher in 4. N¨aherung – Pedraces 42 Ergebnisse

Als Beispiel wird in der Abbildung 6.13 noch zus¨atzlich der monatliche Schnee- deckenaufbau dargestellt. Angefangen bei Oktober wird fur¨ jeden Monat der Auf- bau der Schneedecke mit zunehmender H¨ohe in mm gezeigt. Zur Bestimmung der Schneedecke wird der feste Niederschlag zur Schneedecke des Vormonats hinzu ad- diert und das potentielle Schmelzen und eine konstante Sublimationsrate von 15 mm abgezogen. Nur im Oktober gibt es keine Werte, weil es im Modell keinen Vormo- nat gibt bzw. der September sowieso keine Schneedecke hat. Das Verschwinden der Schneedecke im September zeigt richtig, dass es im Einzugsgebiet von Pedraces keine Gletscher gibt.

1. Oktober 1. November 1. Dezember 1. Januar 3000 3000 3000 3000

2500 2500 2500 2500

2000 2000 2000 2000 Höhe (m) Höhe (m) Höhe (m) Höhe (m)

1500 1500 1500 1500 0 500 0 500 0 500 0 500 mm mm mm mm 1. Februar 1. März 1. April 1. Mai 3000 3000 3000 3000

2500 2500 2500 2500

2000 2000 2000 2000 Höhe (m) Höhe (m) Höhe (m) Höhe (m)

1500 1500 1500 1500 0 500 0 500 0 500 0 500 mm mm mm mm 1. Juni 1. Juli 1. August 1. September 3000 3000 3000 3000

2500 2500 2500 2500

2000 2000 2000 2000 Höhe (m) Höhe (m) Höhe (m) Höhe (m)

1500 1500 1500 1500 0 500 0 500 0 500 0 500 mm mm mm mm

Abbildung 6.13: Schneedeckenaufbau im Einzugsgebiet von Pedraces in mm Was- ser¨aquivalent 6.2 Klimaszenarien

Um die Auswirkungen von m¨oglichen Klimaszenarien auf den Abfluss besser ver- stehen zu k¨onnen, wird in diesem Abschnitt zuerst die Ausgangstemperatur in vier Schritten ver¨andert und im zweiten Unterkapitel wird der Niederschlag variiert.

6.2.1 Temperatur¨anderung

Es wird von der Basismodellierung von Kapitel 5 ausgegangen. Nun werden die Temperaturwerte auf dem Pegelstationsniveau fur¨ jeden Monat mit demselben Wert ver¨andert. Das heißt die Temperatur wird um 1 ◦C verringert und um 1, 2 und 3 ◦C vergr¨oßert. Dies hat mehrere unmittelbare Auswirkungen auf Modellparameter, an- gefangen bei der Bestimmung des festen Anteils am Gesamtniederschlag und auf die Gradtage. Der feste Niederschlag beeinflusst folglich den Aufbau der Schneede- cke, den flussigen¨ Niederschlag, das Regen- und Schmelzwasser. Von den Gradtagen h¨angen das potentielle Schmelzen, die Schneematrix und weiters die Verdunstung, Schneedecke, das Regen- und Schmelzwasser. Daraus ergeben sich die 4 Graphiken fur¨ die 3 Einzugsgebiete. Die Temperaturabnahme wird in den Abbildungen 6.14, 6.16 und 6.18 jeweils links und die Temperaturzunahme um 1 ◦C rechts dargestellt. Die Erw¨armung um +2 und +3 ◦C findet man in den Graphiken 6.15, 6.17 und 6.19. Der blaue Graph stellt den heutigen gemessenen Abfluss dar und der grune¨ den Ab- fluss im Szenario. Anschließend werden die markantesten Ergebnisse in Tabellenform aufgelistet (Tabellen 6.4, 6.5 und 6.6).

Einzugsgebiet Montal

Sinkt die Durchschnittstemperatur um 1 ◦C so setzt der feste Niederschlag im Herbst bereits fruher¨ ein. Im November liegt deswegen der modellierte Abfluss unter dem gemessenen. Nimmt aber die Temperatur um bis zu +3 ◦C zu zeigt sich der Beitrag der Schmelze am Abfluss besonders stark im November, je w¨armer desto st¨arker (+22 mm bei +3 ◦C). In den Monaten Dezember, Januar und Februar bleibt der Verlauf des Abflusses immer konstant, weil er nur durch das Entleeren des flussigen¨ Speichers und nicht durch zus¨atzlichen Niederschlag generiert wird. Der gesamte Niederschlag f¨allt in Form von Schnee. Im M¨arz, April und Mai bei -1 ◦C f¨allt der Abfluss ein wenig kleiner aus als in der Ausgangslage wegen dem verz¨ogerten Einsetzen der Schneeschmelze, die erst im Juni zum Tragen kommt. 43 44 Ergebnisse

160 160 heutiger gemess. Abfluss Montal heutiger gemess. Abfluss Montal 140 Szenario −1 °C 140 Szenario +1 °C

120 120

100 100

80 80

60 60 Gebietsabfluss (mm) Gebietsabfluss (mm) 40 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.14: Gebietsabfluss bei T= -1 ◦C (links) und T= +1 ◦C (rechts)

Bei den w¨armeren Szenarien steigt der simulierte Abfluss im April uber¨ den gemessenen und liegt bei +3 ◦C im Mai wieder darunter, weil die Schneedecke viel st¨arker abnimmt bzw. der gesamte Schnee bereits geschmolzen ist und so die Ver- dunstung einen gr¨oßeren Einfluss hat. Die Verdunstungsrate betr¨agt uber¨ schnee- freien Fl¨achen von April bis September 2 mm/Tag. Ist der Gesamtabfluss bei -1 ◦C im Juni noch am h¨ochsten, so sinkt dieser bei +3 ◦C allm¨ahlich und steigt dafur¨ aber im November an. Das Maximum bleibt aber im Juni bzw. Juli.

160 160 heutiger gemess. Abfluss Montal heutiger gemess. Abfluss Montal 140 Szenario +2 °C 140 Szenario +3 °C

120 120

100 100

80 80

60 60

Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.15: Gebietsabfluss bei T= +2 ◦C (links) und T= +3 ◦C (rechts)

Insgesamt kann man erkennen, dass sich bei einer Temperaturzunahme die Ab- flussspitzen in den Sommermonaten senken und dafur¨ aber im November anwachsen. In Tab. 6.4 f¨allt auf, dass sich alle Parameter ¨andern, die gr¨oßten Schwankungen sind aber im Regen- und Schmelzwasser zu finden, da der Gesamtabfluss umverteilt wird. Bei einer positiven Temperatur¨anderung steigen alle Variablen außer das Schmelz- wasser an. Der Niederschlag variiert mit der Verdunstung. 6.2 Klimaszenarien 45

Temperatur¨anderung +0 ◦C -1 ◦C +1 ◦C +2 ◦C +3 ◦C Verdunstung 611 598 621 637 652 Niederschlag 1242 1229 1252 1268 1283 Schmelzwasser 186 210 167 143 117 Regenwasser 485 450 517 548 576 Gesamtabfluss 671 660 684 691 693

Tabelle 6.4: Modellierung der Temperaturszenarien fur¨ das Einzugsgebiet Montal [mm]

Einzugsgebiet Longega

In Longega zeichnen sich ¨ahnliche Szenarien ab wie in Montal. Der Anteil des flussigen¨ Speichers ist aber h¨oher. Beim markanten sekund¨aren Minimum im Mai oder Juni in allen Szenarien fließt bereits viel Wasser in den flussigen¨ Speicher, d.h. in unterirdische Wasserspeicher und erst nachher steigt der Abfluss wieder an.

160 160 heutiger gemess. Abfluss Longega heutiger gemess. Abfluss Longega 140 Szenario −1 °C 140 Szenario +1 °C

120 120

100 100

80 80

60 60

Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.16: Gebietsabfluss bei T= -1 ◦C (links) und T= +1 ◦C (rechts)

160 160 heutiger gemess. Abfluss Longega heutiger gemess. Abfluss Longega 140 Szenario +2 °C 140 Szenario +3 °C

120 120

100 100

80 80

60 60

Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.17: Gebietsabfluss bei T= +2 ◦C (links) und T= +3 ◦C (rechts) 46 Ergebnisse

Auch bei den Ergebnissen in Tabelle 6.5 sieht man sehr ¨ahnliche Jahreswerte wie fur¨ das Einzugsgebiet von Montal.

Temperatur¨anderung +0 ◦C -1 ◦C +1 ◦C +2 ◦C +3 ◦C Verdunstung 597 587 610 618 633 Niederschlag 1228 1218 1241 1249 1264 Schmelzwasser 184 212 160 140 116 Regenwasser 495 462 529 557 584 Gesamtabfluss 679 674 689 697 700

Tabelle 6.5: Modellierung der Temperaturszenarien fur¨ das Einzugsgebiet Longega [mm]

Einzugsgebiet Pedraces

Im Einzugsgebiet von Pedraces gleicht der grobe Abflussverlauf dem von Montal und Longega. Es sind aber im Detail doch Unterschiede feststellbar.

160 160 heutiger gemess. Abfluss Pedraces heutiger gemess. Abfluss Pedraces 140 Szenario −1 °C 140 Szenario +1 °C

120 120

100 100

80 80

60 60

Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.18: Gebietsabfluss bei T= -1 ◦C (links) und T= +1 ◦C (rechts)

160 160 heutiger gemess. Abfluss Pedraces heutiger gemess. Abfluss Pedraces 140 Szenario +2 °C 140 Szenario +3 °C

120 120

100 100

80 80

60 60

Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.19: Gebietsabfluss bei T= +2 ◦C (links) und T= +3 ◦C (rechts) 6.2 Klimaszenarien 47

Prim¨ar f¨allt auf, dass bei Temperaturzunahmen der Abfluss im Juni und Juli stark abnimmt und im November wieder zunimmt. Die Spitze bleibt konstant im Mai, schrumpft aber auch. Diese befindet sich beim negativen Szenario im Juni. Die Werte in Tabelle 6.6 sind auch nicht sonderlich verschieden von den Vorherigen.

Temperatur¨anderung +0 ◦C -1 ◦C +1 ◦C +2 ◦C +3 ◦C Verdunstung 563 553 577 592 608 Niederschlag 1242 1232 1256 1271 1287 Schmelzwasser 239 270 217 188 159 Regenwasser 447 412 483 516 549 Gesamtabfluss 686 682 700 704 708

Tabelle 6.6: Modellierung der Temperaturszenarien fur¨ das Einzugsgebiet Pedraces [mm]

6.2.2 Niederschlags¨anderung

Ahnlich¨ wie bei der Temperatur¨anderung beginnt man beim Niederschlagsszenario mit der Ausgangsmodellierung. Dabei wird die Niederschlagsverteilung in Promille monatlich um 20 % erh¨oht oder erniedrigt. Somit erh¨alt man eine Jahressumme von 1200 bzw. 800 mm. Diese Anderung¨ wirkt sich auf alle Berechnungen des Nieder- schlags aus, auf festen und flussigen¨ Niederschlag und auf das Regen- und Schmelz- wasser. Gleich wie bereits im vorherigen Kapitel 6.2.1 werden auch hier fur¨ jedes Einzugsgebiet zwei Graphiken (Abbildungen 6.20, 6.21 und 6.22) erstellt und in den Tabellen 6.7, 6.8 und 6.9 die wichtigsten Ergebnisse der Modellierung aufgelistet.

Einzugsgebiet Montal

Die gr¨oßten Anderungen¨ im Abfluss bei einer Niederschlags¨anderung treten von April bis November auf, die Periode wo es Schmelzwasser und flussigen¨ Nieder- schlag gibt. Bei einer Niederschlagsreduzierung um 20 % ist das Abflussmaximum fur¨ Montal schmelzbedingt im Mai zu finden, es ist aber um rund 35 mm kleiner als der heutige Wert. In den Monaten Juli und November gibt es zwei sekund¨are Maxi- ma, die vom Regenwasser erzeugt werden. Alle Monatswerte liegen außer im Winter deutlich unter dem gemessenen Gebietsabfluss. Betr¨agt die Niederschlags¨anderung +20 % ist das Maximum im Juni um uber¨ 40 mm h¨oher als das gemessene. Das Mi- nimum liegt, wie zu erwarten ist, im Februar, dem trockensten Monat. Wegen dem festen Niederschlag ver¨andert sich der Abfluss im Dezember, Januar und Februar nicht. Auch in der Tabelle 6.7 ¨andern sich alle Parameter. Der Gesamtabfluss ist bei -20 % weniger Niederschlag um 31 % geringer und bei +20 % um 34 % h¨oher. Die Ver- dunstung ¨andert sich dabei am wenigsten, weil sie mehr von der Temperatur und 48 Ergebnisse damit von der Schneebedeckung abh¨angt. Erh¨oht sich z.B. der Niederschlag gibt es auch mehr Schnee, wodurch sich die Schmelzperiode verl¨angert. Die Verdunstung uber¨ einer Schneedecke ist aber geringer als uber¨ schneefreien Fl¨achen, im Sommer mehr als im Winter. Somit ¨andert sich die Jahressumme kaum. Der gr¨oßte Teil des Niederschlags f¨allt aber als Regen.

160 160 heutiger gemess. Abfluss Montal heutiger gemess. Abfluss Montal 140 Szenario −20 % 140 Szenario +20 %

120 120

100 100

80 80

60 60 Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.20: Gebietsabfluss bei N= -20 % (links) und N= +20 % (rechts)

Niederschlags¨anderung +0 % -20 % +20 % Verdunstung 611 623 602 Niederschlag 1242 1004 1479 Schmelzwasser 186 83 336 Regenwasser 485 380 579 Gesamtabfluss 671 463 915

Tabelle 6.7: Modellierung der Niederschlagsszenarien fur¨ das Einzugsgebiet Montal [mm] 6.2 Klimaszenarien 49

Einzugsgebiet Longega

Das Einzugsgebiet Longega hat das gemessene Abflussmaximum im Juli. Bei einer 20 prozentigen Niederschlagsabnahme f¨allt das markante Abflussminimum im Mai auf, das einerseits auf den Verdunstungseffekt, weil ein großer Teil des Einzugsge- bietes sich unter 2600 m liegt, wo die Verdunstung st¨arker ist, und andererseits auf den großen flussigen¨ Speicher im Mai, Juni und Juli zuruckzuf¨ uhren¨ ist. Interessant ist auch, dass sich das Maximum auf den November verlagert. M¨ogliche Ursachen k¨onnten das sekund¨are Niederschlagsmaximum in diesem Monat und die geringere Verdunstungsrate sein. Bei 20 % mehr Niederschlag hat der Abfluss im Juli wieder uber¨ 40 mm mehr Wasser als der heutige gemessene. Die Tabelle 6.8 hat ¨ahnliche Jahreswerte wie im Einzugsgebiet von Montal.

160 160 heutiger gemess. Abfluss Longega heutiger gemess. Abfluss Longega 140 Szenario −20 % 140 Szenario +20 %

120 120

100 100

80 80

60 60

Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.21: Gebietsabfluss bei N= -20 % (links) und N= +20 % (rechts)

Niederschlags¨anderung +0 % -20 % +20 % Verdunstung 597 601 592 Niederschlag 1228 986 1468 Schmelzwasser 184 126 247 Regenwasser 495 335 660 Gesamtabfluss 679 461 907

Tabelle 6.8: Modellierung der Niederschlagsszenarien fur¨ das Einzugsgebiet Longega [mm] 50 Ergebnisse

Einzugsgebiet Pedraces

Fur¨ das Einzugsgebiet von Pedraces verh¨alt es sich ¨ahnlich. Das Abflussmaximum findet man stets im Mai und es gibt im Vergleich zum Verlauf von Longega auch we- niger Unregelm¨aßigkeiten, weil die Gebietsfl¨ache gleichm¨aßiger auf die H¨ohenstufen verteilt ist. Durch die h¨ohere Lage gibt es bereits in der Ausgangslage mehr Nie- derschlag in mm und somit auch h¨ohere Abflusswerte in mm. Was in Tabelle 6.9 auff¨allt, ist, dass die Verdunstung ein wenig geringer ist als bei den vorigen Einzugs- gebieten. Das h¨angt wieder mit der h¨oheren Lage zusammen, da der Schnee l¨anger liegen bleibt und die Verdunstung reduziert.

160 160 heutiger gemess. Abfluss Pedraces heutiger gemess. Abfluss Pedraces 140 Szenario +20 % 140 Szenario −20 %

120 120

100 100

80 80

60 60 Gebietsabfluss (mm) Gebietsabfluss (mm) 40 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr)

Abbildung 6.22: Gebietsabfluss bei N= -20 % (links) und N= +20 % (rechts)

Niederschlags¨anderung +0 % -20 % +20 % Verdunstung 563 572 555 Niederschlag 1242 1001 1481 Schmelzwasser 239 105 437 Regenwasser 447 364 521 Gesamtabfluss 686 469 958

Tabelle 6.9: Modellierung der Niederschlagsszenarien fur¨ das Einzugsgebiet Pedraces [mm] 6.3 Sensitivit¨atsstudie

Das Ziel dieser Studie ist das Erkennen von Auswirkungen auf den Ab- fluss bei einer Anderung¨ der Ausgangsparameter. So wird die Empfindlichkeit des Modells ersichtlich. Die Abb. 6.23 zeigt den model- heutiger gemess. Abfluss Pedraces lierten Abfluss fur¨ den Pegel 120 modell. Abfluss von Pedraces, der den Aus- 100 gangszustand bildet, wie er be- reits in Kapitel 6.1 dargestellt 80 wurde. In Kapitel 6.3.1 wird 60 der Niederschlagsgradient um Gebietsabfluss (mm) +/- 1 %/ 100 m ver¨andert 40 und in Kapitel 6.3.2 wird der Temperaturgradient auf +/- 20 0,1 ◦C/ 100 m gesetzt. Die ur- 0 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 sprunglichen¨ Gradienten wur- Monat (hydrologisches Jahr) den von anderen Einzugsge- bieten ubernommen¨ (Tauferer Abbildung 6.23: Ausgangszustand Ahrntal, (Rastner 2008)), weil es im Gadertal, mit Ausnahme von 2 Bergstationen, nur Talstationen gibt, die von vielen Faktoren beeinflusst werden (Inversionen, Hangwindzirkulation, usw.) und deshalb nicht repr¨asentativ sind. Es wurden bewusst diese Gradienten her- genommen, weil sie durchaus im Bereich eines realistischen Szenarios liegen. An dieser Stelle sei noch erw¨ahnt, dass die Gr¨oßenordnung der Abweichung im Rah- men der m¨oglichen Fehler liegt. In Kapitel 6.3.3 wird die Studie mit eine Verduns- tungs¨anderung erweitert und uberpr¨ uft¨ wie das Modell darauf reagiert d.h. ob die anfangs angenommene Verdunstung fur¨ das Einzugsgebiet angewandt werden kann. Die Sensitivit¨atsstudie wurde anhand des Einzugsgebietes von Pedraces durch- gefuhrt,¨ weil dort die idealere Fl¨achenh¨ohenverteilung zu finden ist, im Vergleich zu Longega und Montal. Letztere haben verschieden große Fl¨achen in den einzelnen H¨ohenstufen, die dann nicht gut vergleichbar sind.

51 52 Ergebnisse

6.3.1 Niederschlagsgradient

Wenn der Niederschlagsgradient erh¨oht bzw. verringert wird, kommt es folglich auch zu einer Zu- bzw. Abnahme des Abflusses. Der Gradient wurde zuerst um 1%/100m verringert (Abb. 6.24a), d.h. es gibt weniger Niederschlag pro H¨ohenstufe. Dabei muss aber der Referenzniederschlag angepasst werden und somit steigt das Regen- wasser und das Schmelzwasser sinkt, weil es weniger Schnee in der H¨ohe gibt. Geringe sichtbare Anderungen¨ im Abfluss gibt es nur von April bis August. Ansonsten gibt es keine Anderungen.¨

160 160 heutiger gemess. Abfluss Pedraces heutiger gemess. Abfluss Pedraces 140 Niederschlagsgradient − 1% 140 Niederschlagsgradient + 1%

120 120

100 100

80 80

60 60

Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr) (a) Niederschlagsgradient -1% (b) Niederschlagsgradient +1%

Abbildung 6.24: Gemessener und modellierter Gebietsabfluss

Bei einer Erh¨ohung um 1 %/ 100 m Abb. 6.24b steigt das Schmelzwasser, weil mehr Schnee pro H¨ohenstufe f¨allt und somit sinkt das Regenwasser. Im Juni, Juli und August kommt es zu einer unscheinbaren Erh¨ohung des Abflusses. Der Unterschied zwischen den zwei Varianten betr¨agt in der Jahressumme lediglich 5 mm.

6.3.2 Temperaturgradient

Der Temperaturgradient beschreibt die Abnahme der Temperatur mit der H¨ohe. Ei- ne Anderung¨ desselben zeigt im Vergleich zum Niederschlagsgradienten eine h¨ohere Auswirkung auf die Verteilung des Abflusses. Bei einer Verringerung des Tempe- raturgradienten (Abb. 6.25a) um -0,1 ◦C/ 100 m ist das Gebiet insgesamt k¨alter, im Herbst f¨allt bereits mehr Schnee d.h. weniger Abfluss und im Fruhling¨ setzt das Schmelzen sp¨ater ein, so gibt es mehr Schmelzwasser. Es verschiebt sich das Ab- flussmaximum vom Monat Mai auf Juni. Da der Gesamtabfluss gleich bleiben muss wird im Juni, Juli und August mehr abfließen als gemessen. Wird es um 0,1 ◦C/ 100 m w¨armer Abb. 6.25b, startet die Schmelzperiode fruher¨ und die Verdunstung steigt dementsprechend auch. Im April und Mai bewirkt die 6.3 Sensitivit¨atsstudie 53

160 160 heutiger gemess. Abfluss Pedraces heutiger gemess. Abfluss Pedraces 140 Temperaturgradient −0,1°C 140 Temperaturgradient +0,1°C

120 120

100 100

80 80

60 60

Gebietsabfluss (mm) 40 Gebietsabfluss (mm) 40

20 20

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 (hydrologisches Jahr) Monat (hydrologisches Jahr) (a) Temperaturgradienten - 0,1 ◦C (b) Temperaturgradienten + 0,1 ◦C

Abbildung 6.25: Gemessener und modellierter Gebietsabfluss

Temperaturerh¨ohung einen Anstieg des Abflusses um bis zu 10 mm. Im Juni und Juli f¨allt der Abfluss geringer aus, weil der feste Niederschlag bereits geschmolzen ist. Im Jahresverlauf f¨allt mehr Niederschlag in Form von Regen als Schnee. 54 Ergebnisse

6.3.3 Verdunstungs¨anderung

W¨ahrend der Modellierung fiel auf, dass die Jahresverdunstung aus der dritten N¨aherung um mehr als das Doppelte h¨oher war als der ursprunglich¨ eingesetzte Wert in der ersten N¨aherung. So wird nun fur¨ das Einzugsgebiet von Montal uberpr¨ uft,¨ welchen Einfluss diese Werte der ersten N¨aherung haben. Es werden also die h¨oheren Monatswerte der Verdunstung der dritten N¨aherung in die erste N¨aherung einge- setzt. Betrachtet man anschließend die Ergebnisse in der vierten N¨aherung in den beiden Tabellen 6.10 und 6.11 so gibt es kaum Unterschiede fur¨ die unterschiedlichen Anfangswerte.

Monat 1011121 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag 95 81 31 23 16 38 66 89 128 126 114 86 892 Speicherung 17 13 -22 -22 -23 -11 2 -12 23 16 21 -1 0 2. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 16 15 16 16 14 16 15 25 29 34 34 33 261 Niederschlag 95 81 31 23 16 38 60 81 128 126 114 96 890 Speicherung 18 13 -22 -22 -23 -11 -4 -21 24 16 21 9 -1 3. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 61 42 41 42 40 45 46 57 59 61 61 59 614 Niederschlag 133 113 43 32 22 53 83 113 179 176 160 134 1242 Speicherung 10 18 -34 -40 -42 -25 -12 -21 44 40 40 22 0 4. N¨aherung Abfluss 62 50 35 30 23 31 46 81 90 87 73 63 671 Verdunstung 61 42 41 42 40 45 46 57 59 61 61 59 614 Niederschlag 133 113 43 32 22 53 83 113 179 176 160 134 1242 Speicherung 10 21 -33 -40 41 -23 -8 -24 31 28 25 12 -41 Flussigspeicher¨ 10 -25 -35 -30 -23 -28 -30 20 62 40 27 12 0 Schneespeicher 0 46 2 -10 -18 5 22 -44 -31 -12 -1 0 -41 Abfluss modelliert - 0 -3 -2 0 -2 -2 -3 4 14 11 14 9 40 gemessen Schmelzwasser 186 Regenwasser 485 Gesamtabfluss 671

Tabelle 6.10: Ergebnisse der Modellierung fur¨ das Einzugsgebiet Montal [mm] 6.3 Sensitivit¨atsstudie 55

Monat 1011121 2 3 4 5 6 7 8 9 Jahr 1. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 61 42 41 42 40 45 46 57 59 61 61 59 614 Niederschlag 133 113 43 32 22 53 93 125 178 176 159 120 1245 Speicherung 10 18 -35 -40 -43 -25 -3 -9 43 39 39 7 0 2. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 61 42 41 42 40 45 46 57 59 61 61 59 614 Niederschlag 133 113 43 32 22 53 83 113 179 177 160 134 1243 Speicherung 10 18 -35 -40 -43 -25 -12 -21 44 40 40 21 -2 3. N¨aherung Abfluss 62 53 37 30 25 33 49 77 76 76 59 54 631 Verdunstung 61 42 40 40 37 45 45 54 58 61 61 59 602 Niederschlag 132 112 43 32 22 52 83 112 178 175 159 133 1233 Speicherung 9 17 -34 -38 -40 -25 -11 -19 43 38 39 21 0 4. N¨aherung Abfluss 61 50 35 30 23 31 46 81 89 86 73 62 667 Verdunstung 61 42 40 40 37 45 45 54 58 61 61 59 602 Niederschlag 132 112 43 32 22 52 83 112 178 175 159 133 1233 Speicherung 10 20 -32 -38 -38 -23 -9 -23 30 28 26 12 -37 Flussigspeicher¨ 10 -25 -35 -30 -23 -28 -30 20 62 40 27 12 0 Schneespeicher 0 45 3 -8 -15 5 22 -43 -32 -12 -1 0 -37 Abfluss modelliert - -1 -3 -2 0 -2 -2 -3 4 13 10 12 8 34 gemessen Schmelzwasser 186 Regenwasser 482 Gesamtabfluss 667

Tabelle 6.11: Ergebnisse der Modellierung mit ge¨anderter Verdunstung in der ersten N¨aherung fur¨ das Einzugsgebiet Montal [mm] 56 Kapitel 7

Zusammenfassung

7.1 Schlussfolgerung

Die Absicht dieser Arbeit ist die Modellierung des Abflusses fur¨ das Gadertal. Nach einer l¨angeren Phase der Datenaufbereitung, die sich uber¨ mehrere Monate erstreck- te, resultierten aus den Aufzeichnungen der Wetterstationen und der Abflusspegel die Daten fur¨ Temperatur, Niederschlag und Abfluss, die es galt fur¨ das Einlesen in das hydrometeorologische Modell vorzubereiten. Weitere Inputs sind die vertikalen Gradienten von Temperatur und Niederschlag, die Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung, Schneebedeckung, der Gradtagfaktor und die Verdunstung. Die Gradienten und der Gradtagfaktor wurden noch teilweise h¨andisch angepasst. Mit diesen Parametern konnte eine erste Simulation gestartet werden, die mit dem flussigen¨ Speicher noch feiner an den tats¨achlichen Abfluss angen¨ahert wurde. Dem Modell liegt die hydrologische Bilanzgleichung 4.1 zugrunde. Sobald es fur¨ alle drei Einzugsgebiete vernunftige¨ Ergebnisse gab, die nicht mehr als +/- 20 mm vom mittleren langfristi- gen Abfluss abwichen, konnten diese untereinander verglichen werden. Dabei wurde klar, dass die Abflusswerte aller Gebiete, durch die geographische N¨ahe der Pegel, eine gute Ubereinstimmung¨ aufzeigen. Unterschiede gibt es haupts¨achlich wegen der ungleichen Fl¨achen-H¨ohen-Verteilung bzw. Gr¨oße der Einzugsgebiete und wegen der lageabh¨angigen Temperatur- und Niederschlagwerte. Montal und Pedraces haben dabei die idealsten Fl¨achen-H¨ohen-Verteilungen weswegen die Modellierung recht gut gelungen ist. Die Maxima sind hier im Juni bzw. im Mai zu finden. Das Gebiet von Longega hat eine etwas unregelm¨aßige Verteilung der H¨ohenstufen. Weiters zeigt sich besonders hier, dass sich die Beschaffenheiten des Karstgebietes, also die unterirdischen Entw¨asserungskan¨ale, im Gebietsabfluss bemerkbar machen. Das heißt, dass z.B. das Schmelzwasser im Fruhling¨ nicht sofort abfließt, sondern zuerst zwischengespeichert wird und erst versp¨atet abflusswirksam wird. Deshalb hat Longega auch sein Maximum erst im Juli. 57 58 Zusammenfassung

In einem zweiten Schritt werden verschiedene Klimaszenarien gew¨ahlt, mit denen neue Modellierungen durchgefuhrt¨ werden. Hier zeigt jedes Gebiet seine Abflusscharakteristiken. Bei einer Temperaturzunahme gibt es bei allen Pegeln starke positive Anderungen¨ im November und Ruckg¨ ¨ange der Maxima im Sommer, besonders in Pedraces. Fur¨ den Abfluss in Longega zeigen sich die Auswirkungen der Verdunstung und die des Grundwasserspeichers, weil bei positiven Tem- peratur¨anderungen oder bei Niederschlagsabnahme um -20% sich im Mai ein sekund¨ares Minimum bildet. Durch die gr¨oßere Fl¨ache hat Montal nicht solch mar- kante Anderungen.¨ Die Niederschlags¨anderung bewirkt sonst aber die erwarteten gleichm¨aßigen Abfluss¨anderungen, im Sommer mehr als im Winter.

Der Anderung¨ der Gradienten in der Sensitivit¨atsstudie folgt eine Umverteilung des Abflusses, d.h. wenn in einzelnen Monaten weniger abfließt, muss in anderen Monaten dafur¨ mehr abfließen. Eine Anderung¨ des Temperaturgradienten zeigt im Vergleich zum Niederschlagsgradienten eine h¨ohere Auswirkung auf die Verteilung des Abflusses. Im Winter gibt es keine Anderungen,¨ mehr im Fruhling¨ und Sommer. Bei einer Erh¨ohung der Ausgangsverdunstung zeigen sich keine großen Auswirkun- gen auf den Abfluss, weil durch die Neuberechnung der Verdunstung die zu Beginn eingegebene keine große Rolle mehr spielt.

Bei der Verwendung des OEZ Modells fur¨ das unvergletscherte Gadertal zeigt sich auch, dass dieses inneralpine Gebiet relativ trocken ist und eine hohe Ver- dunstung hat. Dies fuhrte¨ dazu, dass die Verdunstungsrate erh¨oht und auch die Temperatur- und Niederschlagsgradienten angepasst werden mussten.

7.2 Ausblick

In zukunftigen¨ Untersuchungen w¨are es sicher ratsam die geohydrologischen Eigenschaften genauer zu berucksichtigen.¨ Vielleicht k¨onnten auch bessere, vor Ort erhobene Verdunstungsmessungen zu besseren Modellierungen beitragen, was im Rahmen dieser Diplomarbeit nicht durchfuhrbar¨ war. Anpassungen des OEZ Modells an unvergletscherte Gebiete k¨onnten weiter hilfreich sein. Fur¨ die mit dem Abfluss der Gader zusammenh¨angenden Wirtschaftszweige fur¨ Energie und Wasser kann diese Modellierung von Interesse und ein Ausgangspunkt fur¨ weitere Studien sein. Literatur

Fliri, F., 1962: Wetterlagenkunde von Tirol, Volume 13. Tiroler Wirtschaftsstudi- en, 13. Folge, 144–211 pp. Fliri, F., 1975: Das Klima der Alpen im Raume von Tirol, Volume 1. Leidlmair, A. und Huter, F., 1. Folge, 454 pp. Kuhn, M., 2000: Verification of a hydrometeorological model of glacierized basins. Annals of Glaciology, 31, 15–18. Kuhn, M., 2003: Redistribution of snow and glacier mass balance from a hydro- meteorological model. Journal of Hydrology, 282, 95–103. Kuhn, M., and N. Batlogg, 1999: Modellierung der Auswirkung von Kli- ma¨anderungen auf verschiedene Einzugsgebiete in Osterreich.¨ Schriftenreihe Forschung im Verbund, 98. Kuhn, M., U. Nickus, and F. Pellet, 1982: Die Niederschlagsverh¨altnisse im inne- ren Otztal.¨ Internationale Tagung fur¨ Alpine Meteorologie, 235–237. Munari, M., 2008: Hydroreport - Sudtirol.¨ Sonderdruck zum Klimareport Nr. 148, 04–08, 4. Rastner, L., 2008: Modellierung des Abflusses der Ahr im Tauferer Ahrntal fur¨ verschiedene Klimaszenarien. Diplomarbeit, Universit¨at Innsbruck, 82 S. Sevruk, B., 1985: Schneeanteil am Monatsniederschlag. Beitr¨age zur Geologie der Schweiz - Hydrologie, 31, 127–137.

59 60 Danksagung

Diese Arbeit ist durch die Hilfe verschiedener Personen zustande gekommen, die fur¨ mich eine sehr wichtige Rolle gespielt haben. Auf dem Weg durch das gesamte Stu- dium wurde ich von allen Seiten unterstutzt¨ und deswegen m¨ochte ich hier meinen Dank aussprechen. Das gr¨oßte Dankesch¨on gebuhrt¨ meinen Eltern, die dieses Studium erst m¨oglich ge- macht haben. Sie standen immer an meiner Seite und gaben mir Unterstutzung¨ wo immer ich sie ben¨otigte. Bei meinen Brudern¨ Christian und Jaco bedanke ich mich fur¨ die bruderliche¨ Hilfe und den Spaß in dieser spannenden gemeinsamen Zeit. Auch meinen Großeltern Sciandro und Hannele danke ich aufrichtig fur¨ ihre Gebete und den Ruckhalt.¨ Bei der Realisierung der Diplomarbeit stand mir Univ.-Prof. Dr. Michael Kuhn stets mit Rat und Tat zur Seite und so m¨ochte ich mich herzlich fur¨ die Anregungen und die Korrektur bedanken. Einen riesigen Beitrag habe ich Mag. Lukas Rastner zu verdanken, der mir von Beginn an, in jedem Moment beiseite stand und als Tu- ” tor“ eine super Arbeit gemacht hat. Weiters m¨ochte ich mich bei Mag. Marc Olefs bedanken fur¨ seine Hilfe bei vielen Matlab-problemen. Die sch¨one und fruchtbare Zeit beim Schreiben der Diplomarbeit habe ich auch meinen Zimmerkollegen Flori- an Bilgeri, Florian Karner, Wolfgang Gurgiser, Thomas Krismer und den Kollegen Walter Steinkogler, Florian Pfurtscheller und Roman Sandner zu verdanken. Ein großer Dank gilt auch Mag. Dieter Peterlin und allen Mitarbeitern des Hydrografi- schen Amtes in Bozen, die mir die Ausgangsdaten zur Verfugung¨ gestellt haben. Von Dr. Andrea Crepaz vom Lawienenzentrum Arabba erhielt ich klimatologische Daten vom Dolomitenraum, auch ihm danke ich herzlich. Fur¨ das Korrekturlesen bedanke ich mich bei meinen Eltern, meinem Bergkamerad Florian Mussner und Christian Ferdigg, der den ladinischen Abschnitt uberpr¨ uft¨ hat. Einfach allen, die mich in irgendeiner Weise bei der Diplomarbeit unterstutzt¨ ha- ben, ein herzliches Danke, iolan de c¨or, grazie mille, muchisimas gracias, thank you so much. Nicht zuletzt bedanke ich mich bei allen Studienkollegen in Innsbruck, Graz und Madrid, bei meinen Mitbewohnern und allen Freunden fur¨ die unglaub- lich sch¨one Zeit.

61 62 Lebenslauf

Name Georg Trebo Geburtsort Bruneck, Sudtirol¨ am 26. September 1983 und Datum Adresse Str. Cias´e4, I–39030 St. Vigil in Enneberg (BZ) Telefon +393478782033 email [email protected] [email protected]

Ausbildung: 2002 Humanistisches Gymnasium am Vinzentinum in Brixen, Matura. 2002–2003 Diplomstudium der Physik an der Karl-Franzens-Universit¨at Graz. 2003–2009 Diplomstudium der Meteorologie und Geophysik, Universit¨at Innsbruck. 2009 Ein Erasmussemester an der Universidad Complutense de Madrid, Madrid, Spanien. 2008–2009 Diplomarbeit bei Prof. Michael Kuhn, am Institut fur¨ Meteorologie und Geophysik der Universit¨at Innsbruck: ”Modellierung des Abflusses fur¨ das Gadertal unter Verwendung des OEZ Modells”.

Praxiserfahrungen: 2001 Englischkurs in Galway, Irland. 2006 Praktikum am Schnee- und Lawinenzentrum in Arabba, Italien. 2008 Praktikum beim Flugsicherungunternehmen Austro Control, Flughafen Innsbruck.

Sprachkenntnisse: Deutsch, Italienisch, Ladinisch, Englisch und Spanisch

63 64 LITERATUR