Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie

> Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer Hydrologie – Abflussregime Stufe F (flächendeckend)

Avec résumé en français – Con riassunto in italiano – With summary in English

Herausgegeben vom Bundesamt für Umwelt BAFU Bern, 2011

Rechtlicher Stellenwert dieser Publikation Erprobung der Methode anhand von Fallbeispielen Diese Publikation ist eine Vollzugshilfe des BAFU als Aufsichtsbehörde Peter Baumann, Limnex und richtet sich primär an die Vollzugsbehörden. Sie konkretisiert (Fallbeispiel Linth-Limmern) unbestimmte Rechtsbegriffe von Gesetzen und Verordnungen und soll Barbara Imhof, Fredy Elber, AquaPlus eine einheitliche Vollzugspraxis fördern. Berücksichtigen die (Fallbeispiel Muotatal) Vollzugsbehörden diese Vollzugshilfen, so können sie davon Beat Müller, Amt für Umwelt und Energie des Kantons St.Gallen ausgehen, dass sie das Bundesrecht rechtskonform vollziehen, andere (Fallbeispiel Sitter) Lösungen sind aber auch zulässig, sofern sie rechtskonform sind. Andrea Salvetti, Ufficio dei corsi d’acqua, Kanton Tessin Das BAFU veröffentlicht solche Vollzugshilfen (oft auch als Richtlinien, (Fallbeispiel Blenio) Wegleitungen, Empfehlungen, Handbücher, Praxishilfen u.ä. Steffen Schweizer, Nick Heuberger, Kraftwerke Oberhasli AG bezeichnet) in seiner Reihe «Umwelt-Vollzug». (Fallbeispiel Hasliaare)

Zitierung Pfaundler M. et al. 2011: Methoden zur Untersuchung und Beurteilung Impressum der Fliessgewässer. Hydrologie – Abflussregime Stufe F (flächendeckend). Bundesamt für Umwelt, Bern. Umwelt-Vollzug Nr. 1107: Herausgeber 113 S. Bundesamt für Umwelt (BAFU) Das BAFU ist ein Amt des Eidg. Departements für Umwelt, Verkehr, Gestaltung Energie und Kommunikation (UVEK). Christina Dübendorfer, Ernst Basler + Partner AG; Ursula Nöthiger

Autoren Titelfoto Martin Pfaundler, Abteilung Wasser, BAFU Steffen Schweizer, Kraftwerke Oberhasli AG Christina Dübendorfer, Ernst Basler + Partner AG Andreas Zysset, Ernst Basler + Partner AG PDF-Download www.umwelt-schweiz.ch/uv-1107-d Begleitung (eine gedruckte Fassung liegt nicht vor) Daniel Devanthéry, Dienststelle für Strassen- und Flussbau, Kanton Wallis Diese Publikation ist auch in französischer Sprache verfügbar. Werner Göggel, BAFU Ion Iorgulescu, Service cantonal de l’écologie de l’eau, Kanton Genf © BAFU 2011 Manfred Kummer, BAFU Peter Molnar, Institut für Umweltingenieurwissenschaften ETH Zürich Beat Müller, Amt für Umwelt und Energie des Kantons St.Gallen Armin Peter, Eawag: das Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereiches Roger Pfammatter, Schweiz. Wasserwirtschaftsverband SWV (vor 1.9.2010: Ernst Basler + Partner AG) Christopher Robinson, Eawag Andrea Salvetti, Ufficio dei corsi d’acqua, Kanton Tessin Markus Zeh, Amt für Wasser und Abfall, Kanton Bern

Weitere Beiträge Hugo Aschwanden, Daniel Devanthéry, Melanie Flubacher, Andreas Helbling, Christoph Joerin, Caroline Kan, Mario Keusen, Markus Knellwolf, Thomas Scheuner, Kathrin Schneider, Sandro Webersberger, Thomas Wüthrich (alle BAFU)

> Inhalt 3

> Inhalt Abstracts 4 5 Berechnung und Klassierung Vorwort 5 der Bewertungsindikatoren 55 Zusammenfassung 7 5.1 Zu berücksichtigende Bewertungsindikatoren 56

Berechnungsmöglichkeiten 25 A3 Auswertungen weitere hydrologische Kenngrössen 98

3.3 Allgemeine Kenngrössen 28

3.4 Kenngrössen Mittelwasserregime 33

3.5 Kenngrössen Hochwasserregime 36 Anhang Inter- und Extrapolation 106

3.6 Kenngrössen Niedrigwasserregime 40 A4 Berechnungsanleitungen für Inter- und Extrapolation 106

3.7 Kenngrössen Kurzzeiteffekte 43

Verzeichnisse 108

4 Untersuchungsraum und Eingriffsinventar 49 Literatur 113

4.1 Untersuchungsraum 50

4.2 Identifizieren der Eingriffe 50

4.3 Feststellen der Erheblichkeit der Eingriffe 52

4.4 Feststellen der Signifikanz der Eingriffe 52

4.5 Tabelle und Darstellung Eingriffsinventar 53

> Abstracts 4

> Abstracts The Modular Stepwise Procedure to investigate and assess watercourses includes Keywords: assessment procedures in three intensity steps (=spatial scales) for the areas hydromor- Modular Stepwise Procedure, phology, biology and chemical and toxic effects. This hydrology-flow regime module Watercourse assessment, for the so-called spatial step R (regional scale), HYDMOD-R for short, is in this re- Measures, Hydrology, spect the method for describing hydrological conditions of a region by logging the Flow regime water resources management measures and assessing their effects on the flow regime. The natural state of the flow regime is assessed and classified using nine assessment indicators, which cover a number of characteristics from the areas of low flow, medium flow and high flow regime.

Das Modul-Stufen-Konzept zur Untersuchung und Beurteilung der Fliesgewässer Stichwörter: umfasst Erhebungsverfahren in drei Intensitätsstufen für die Bereiche Hydromorpholo- Modul-Stufen-Konzept, gie, Biologie sowie chemische und toxische Effekte. Das vorliegende Modul Hydrolo- Gewässerbewertung, gie – Abflussregime für die Stufe F (flächendeckend), kurz HYDMOD-F, ist in diesem Eingriffe, Hydrologie, Rahmen die Methode zur Beschreibung der hydrologischen Verhältnisse einer Region Abflussregime mit der Erfassung der wasserwirtschaftlichen Eingriffe und der Beurteilung deren Auswirkungen auf das Abflussregime. Beurteilt und klassiert wird der Natürlichkeitsgrad des Abflussregimes anhand von neun Bewertungsindikatoren, welche verschiedene Charakteristika aus den Bereichen Niedrigwasser-, Mittelwasser- und Hochwasserregime abdecken.

Le système modulaire gradué d’analyse et d’appréciation des cours d’eau comprend Mots-clés : des méthodes subdivisées en trois niveaux d’analyse et concernant les domaines de Système modulaire gradué, l’hydromorphologie, de la biologie ainsi que des effets chimiques et toxiques. Le évaluation des cours d’eau, présent module «Hydrologie – régime d’écoulement» conçu pour le niveau R (région), atteintes, hydrologie, régime ou HYDMOD-R, représente la méthode mise au point pour décrire les conditions d’écoulement hydrologiques d’une région en y relevant les atteintes liées à la gestion des eaux et en évaluant leurs effets sur le régime d’écoulement. Le degré de naturalité du régime d’écoulement est apprécié et classé à l’aide de neuf indicateurs d’évaluation tenant compte de diverses caractéristiques du régime d’étiage, du régime des débits moyens et du régime de crue.

Il concetto basato su moduli e livelli per l’analisi e la valutazione dei corsi d’acqua Parole chiave: prevede delle procedure di rilevamento suddivise in tre livelli di intensità per i settori Concetto basato su moduli e idromorfologia, biologia ed effetti chimici e tossici. In tale ambito, il presente modulo livelli, valutazione dei corsi idrologia – portata di deflusso per il livello R («regione»), abbreviato in HYDMOD-R, d’acqua, interventi, idrologia, è il metodo utilizzato per la descrizione delle condizioni idrologiche di una regione portata di deflusso mediante il rilevamento degli interventi idraulici e la valutazione delle loro ripercussioni sulla portata di deflusso. Il grado di naturalità della portata di deflusso viene valutato e classificato in base a nove indicatori di valutazione che coprono diverse caratteristiche relative alla portata di magra, media e massima (o di piena).

> Vorwort 5

> Vorwort Der umfassende Schutz der Gewässer und ihrer vielfältigen Funktionen als Lebensräume für Pflanzen und Tiere sowie die nachhaltige Nutzung der Gewässer durch den Menschen sind zentrale Ziele des Gewässerschutzrechts des Bundes. Ein umfassender Schutz der Gewässer bedingt genaue Kenntnisse über deren Zustand. Im Rahmen des Modul-Stufen-Konzeptes werden von Fachleuten aus BAFU, Eawag und kantonalen Fachstellen Untersuchungsmethoden, sogenannte Module, für die Beurteilung der Fliessgewässer erarbeitet. Die Methoden decken die Bereiche Hydrologie und Morphologie, Biologie, Wasserchemie und Ökotoxikologie auf drei Stufen unterschiedlicher Bearbeitungsintensität ab.

Der ökologische Zustand der Fliessgewässer wird von vielfältigen menschlichen Nutzungen beeinflusst. Ganz allgemein können diese den Einflussfaktoren Qualität des Wassers, Struktur- und Raumverhältnisse der Gewässer sowie Wasserführung zugeordnet werden. Entsprechend wurden im Leitbild Fliessgewässer Schweiz (BUWAL & BWG 2003) auf der Basis der geltenden Gesetzgebung die Entwicklungsziele «ausreichende Wasserqualität», «ausreichender Gewässerraum» und «ausreichende Wasserführung» formuliert. Während die stoffliche Belastung durch Abwasser und diffuse Einträge in den letzten Jahrzehnten durch grosse Anstrengungen im Gewässerschutz deutlich reduziert werden konnte, ist die Hydromorphologie vieler Schweizer Fliessgewässer nach wie vor stark beeinträchtigt. Insbesondere die Wasserführung wird zukünftig durch die aus der Klima- und Energiepolitik resultierenden Förderung der Wasserkraft weiter zunehmendem Druck ausgesetzt.

Die vorliegende Methode ist eine Vollzugshilfe für die notwendigen Untersuchungen im Rahmen der in der Gewässerschutzgesetzgebung festgelegten Zielsetzung nach naturnahen Verhältnissen des Abflussregimes und dient auch zur Beurteilung des Entwicklungszieles «ausreichende Wasserführung». Darunter wird nicht nur eine angemessene Restwassermenge verstanden, sondern weit allgemeiner ein naturnahes Abflussregime (einschliesslich der indirekten Auswirkungen auf die Dynamik des Geschiebehaushaltes). Demzufolge geht die vorliegende Methode über den klassischen Parameter «Restwassermenge» hinaus, beinhaltet auch die in letzter Zeit stark thematisierte – und in der Revision des Gewässerschutzgesetzes vom 11. Dezember 2009 explizit berücksichtigte – Problematik von Schwall und Sunk und basiert die Beurteilung des hydrologischen Defizits auf einer ganzen Reihe weiterer, ökologisch relevanter Parameter des Abflussregimes.

Untersuchungsgegenstand der Methode sind also die Auswirkungen menschlicher Eingriffe auf den Natürlichkeitsgrad des Abflussregimes. In der Schweiz sind dies vorwiegend anthropogene Massnahmen aus den Bereichen Siedlungswasserwirtschaft und Wasserkraftnutzung. Aus letzterer ist in den nächsten Jahren mit gesteigerten Aktivitäten zu rechnen. Dementsprechend wichtig ist es, dass Methoden vorhanden sind, welche die dadurch hervorgerufenen Veränderungen beurteilen, damit den Ent-

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 6

scheidungsträgern eine Grundlage für eine nachhaltige Gewässerbewirtschaftung zur Verfügung steht.

Mit der vorliegenden Methode liegt ein wesentlicher Baustein zur Schliessung der Lücke für eine umfassende Beurteilung des Gewässerzustandes vor. Zusammen mit den hydrologischen Grundlagen, die parallel mit der Methodenentwicklung erarbeitet und zur Verfügung gestellt werden, soll diese Methode breite Anwendung finden und Nutzen stiften.

Stephan Müller Chef der Abteilung Wasser Bundesamt für Umwelt (BAFU)

> Zusammenfassung 7

> Zusammenfassung Das Modul Hydrologie – Abflussregime auf Stufe F (flächendeckend), kurz HYD- MOD-F, stellt im Rahmen des Modul-Stufen-Konzepts die Methode zur Beschreibung der hydrologischen Verhältnisse einer Region mit der Erfassung der wasserwirtschaftlichen Eingriffe und der Beurteilung deren Auswirkungen auf das Abflussregime dar. Es liefert als Ergebnis eine Aussage über den hydrologischen Zustand des Gewässersystems eines Einzugsgebietes mit den einzelnen Gewässerabschnitten als Bezugsobjekte. Um sich ein umfassendes Bild des Gewässerzustandes zu machen, fehlte dieser Aspekt bislang neben den bestehenden Modulen, welche die Bereiche Biologie, Morphologie und Chemie abdecken. Die vorliegende Methode ist eine Vollzugshilfe für die notwendigen Untersuchungen im Rahmen der in der Gewässerschutzgesetzgebung festgelegten Zielsetzung nach naturnahen Verhältnissen des Abflussregimes und dient auch zur Beurteilung des im Leitbild Fliessgewässer formulierten Entwicklungszieles «ausreichende Wasserführung».

Beurteilt und klassiert wird der Natürlichkeitsgrad des Abflussregimes anhand von neun Bewertungsindikatoren, welche verschiedene Charakteristika aus den Bereichen Niedrigwasser-, Mittelwasser- und Hochwasserregime abdecken. HYDMOD-F geht deutlich weiter als bloss eine Beschreibung des Abflussregimetyps oder die Behandlung des «klassischen» Problems angemessener Restwassermengen oder der in letzter Zeit an Aktualität gewonnenen Problematik von Schwall und Sunk.

HYDMOD-F ist als Eingriffs-bezogener Ansatz konzipiert. Die Ursachen erheblicher hydrologischer Beeinträchtigungen sind meist punktuelle und direkte wasserwirtschaftliche Eingriffe. Dies hat den Vorteil, dass die Erhebungen gezielt auf die Eingriffe und die davon betroffenen Gewässerabschnitte fokussieren können. Grossteils stammen die Eingriffe aus den Bereichen Siedlungswasserwirtschaft und Wasserkraftnutzung.

Die Methode ist auf Stufe F angesiedelt. Dementsprechend ist die Zielsetzung, für eine Region, für ein ganzes Einzugsgebiet einen Überblick über die Abflussregimerelevanten Eingriffe zu erhalten, deren Auswirkungen zu quantifizieren und die daraus resultierenden Defizite des Gewässerzustandes aus hydrologischer Perspektive zu beurteilen und darzustellen. HYDMOD-F beinhaltet aber keine Massnahmenplanung.

Die Anwendung der Methode ist mit einem gewissen Aufwand verbunden, insbesondere bei der Erfassung und Informationsbeschaffung zu den Eingriffen. Die Methode selber verlangt Fachkenntnisse in den Bereichen Hydrologie, Wasserwirtschaft und Gewässerökologie.

Die Anwendung von HYDMOD-F benötigt verschiedene hydrologische Kenngrössen. In vielen Fällen ist aber davon auszugehen, dass die verfügbare Datenlage spärlich ist. Deswegen wurden parallel zur Methodenentwicklung auch eine Reihe hydrologischer Grundlagen und Abschätzverfahren erarbeitet, welche Bestandteil von HYDMOD-F

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 8

sind. Schliesslich wurde auch ein EDV-Programm als elektronisches Hilfsmittel entwickelt, welches für einzelne Schritte im Methodenablauf eine Erleichterung für den Anwender bringen soll.

HYDMOD-F ist demzufolge als Paket zu verstehen: Im Zentrum steht die eigentliche Bewertungsmethodik. Daneben werden auch diverse Abschätzverfahren bereitgestellt. Beides ist in dieser Publikation beschrieben. Schliesslich wird das Paket durch das zur Verfügung gestellte elektronische Hilfsmittel (HYDMOD-FIT) zur IT-gestützten Anwendung, Standardisierung und Verringerung des Anwendungsaufwands komplettiert. Letzteres wird über die Internetseiten www.modul-stufen-konzept.ch > Hydrologie vertrieben.

1 > Einleitung 9

1 > Einleitung Dieses Kapitel beschreibt Ausgangslage, Anforderungen und die gesetzlichen Grundlagen der Beurteilungsmethodik und gibt einen Überblick über den Aufbau der Publikation.

1.1 Ausgangslage

Eine ausreichende Wasserführung und ein Abflussregime, das naturnahen Verhältnis- Von verbalen Zielen sen entspricht, sind wichtige ökologische Ziele für Gewässer. In der Gesetzgebung zum zu messbaren Grössen Gewässerschutz sind die ökologischen Ziele verbal formuliert. Für die praktische Umsetzung bedarf es einer Interpretation und Konkretisierung, die so weit als möglich zu messbaren, numerisch formulierten, nachvollziehbaren Einschätzungen und einheitlichen Anforderungen führt.

Die vorliegende Vollzugshilfe ist Teil der «Methoden zur Untersuchung und Beurtei- Teil des Modul-Stufen-Konzepts lung der Fliessgewässer» (Modul-Stufen-Konzept). Ziel des Modul-Stufen-Konzepts (BUWAL 1998) ist die Entwicklung standardisierter Methoden für die Untersuchung und Bewertung des Zustandes der Fliessgewässer in der Schweiz. Die Methoden erfassen strukturelle und hydrologische, biologische, chemische sowie ökotoxikologische Aspekte der Gewässerqualität. Die entwickelten Methoden richten sich als Vollzugshilfen an die kantonalen Fachstellen. Das Modul-Stufen-Konzept unterscheidet drei Stufen des Bearbeitungsaufwandes. Die drei Stufen F (flächendeckend), S (systemhaft) und A (abschnittsweise) beziehen sich auf unterschiedliche räumliche Massstäbe des Untersuchungsraums.

Das vorliegende Modul Hydrologie – Abflussregime (HYDMOD-F) ist für die Stufe F Vollzugshilfe zur Beurteilung ausgelegt. Es zeigt eine Methode zur flächendeckenden Beurteilung der hydrologi- der hydrologischen Verhältnisse schen Verhältnisse einer Region auf, unter Berücksichtigung der Eingriffe und ihrer einer Region Wirkungen auf das Abflussregime. Die Methode stützt sich für die Bewertung der Natürlichkeit des Abflussregimes auf ökologischen Erwägungen ab.

Als Methode der Stufe F gelten für HYDMOD-F folgende Anforderungen: Anforderungen Stufe F

> Flächendeckende Untersuchung aller Fliessgewässer eines grösseren Gebietes (Kanton, Region) möglich > Untersuchungstiefe und Aufwand pro untersuchtem Gewässerabschnitt relativ gering > Überblick über wichtige Aspekte des Zustandes der Gewässer bzw. deren Beeinträchtigungen, abschnittsweise Beurteilung, kartografische Darstellung

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 10

Die Anwendung der Methode HYDMOD-F erfordert entgegen der Zielsetzung einen relativ grossen Aufwand, insbesondere für die Datenbeschaffung und -aufbereitung (siehe auch Kapitel 1.6). Eine Reduktion oder Vereinfachung ist aber ohne grösseren Verlust an der Aussagekraft nicht möglich.

1.2 Bedeutung des Abflussregimes

Die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Ökologie eines Fliesgewässers sind die Ökologische Relevanz des Wasserqualität, der morphologische Zustand und die hydrologischen Bedingungen. Die Abflussregimes Relevanz des Abflussregimes für die aquatische Ökologie umfasst:

> die Erhaltung der aquatischen Lebensräume und > die Förderung eines naturnahen Geschiebehaushaltes.

Direkte Wirkungen sind die Begrenzung der aquatischen Habitatgrösse über die Gewässerbreite und die Wassertiefe sowie die Wirkung der Fliessgeschwindigkeit als hydraulischer Stressfaktor. Indirekt wirkt das Abflussgeschehen auch auf den Feststoffhaushalt (Geschiebe wie Schwebstoffe) und damit auf die morphologische Ausgestaltung des Habitats sowie auf das Temperaturregime.

Schematisch skizziert die folgende Abbildung grundlegende Zusammenhänge zwischen Abflussregime und ökologischer Funktionsfähigkeit der Gewässer.

Abb. 1 > Abflussregime und ökologische Funktionsfähigkeit der Gewässer Das Abflussregime stellt eine entscheidende abiotische Steuergrösse für aquatische Habitatbedingungen dar und beeinflusst massgebend die ökologische Funktionsfähigkeit der Gewässer.

Eigene Darstellung gemäss Petts, 1995

1 > Einleitung 11

1.3 Rechtliche Grundlagen

Das Bundesgesetz über den Schutz der Gewässer vom 24. Januar 1991 (GSchG, SR GSchG / GSchV: 814.20) beauftragt in Artikel 57 den Bund und in Artikel 58 die Kantone, Abklärungen Gewässerökologie und über Gewässer vorzunehmen. Darunter fallen unter anderem Erhebungen darüber, ob Lebensräume die in Anhang 1 Ziffer 1 der Gewässerschutzverordnung vom 28. Oktober 1998 (GSchV, SR 814.201) definierten ökologischen Ziele für oberirdische Gewässer, welche gemäss Artikel 1 Absatz 2 GSchV beim Vollzug der Gewässerschutzvorschriften zu berücksichtigen sind, erreicht werden.

Gemäss Anhang 1 Ziffer 1 Absatz 2 GSchV sollen die Hydrodynamik (Geschiebetrieb, GSchV: Ökologische Ziele für Wasserstands- und Abflussregime) und die Morphologie naturnahen Verhältnissen oberirdische Gewässer entsprechen. Sie sollen insbesondere die Selbstreinigungsprozesse, den natürlichen Stoffaustausch zwischen Wasser und Gewässersohle sowie die Wechselwirkung mit der Umgebung uneingeschränkt gewährleisten.

Die Anforderungen an die Wasserqualität oberirdischer Gewässer werden in Anhang 2 GSchV: Anforderungen an die Ziffer 1 der Gewässerschutzverordnung genannt. In Ziffer 12 Absatz 3 wird festgehal- Wasserqualität ten, dass durch Wasserentnahmen, Wassereinleitungen und bauliche Eingriffe unter anderem die Hydrodynamik des Gewässers nicht derart verändert werden darf, dass dessen Selbstreinigungsvermögen vermindert wird oder die Wasserqualität für das Gedeihen der für das Gewässer typischen Lebensgemeinschaften nicht mehr genügt. Stellt eine Behörde fest, dass ein Gewässer die Anforderungen nach Anhang 2 GSchV nicht einhält, muss sie gemäss Artikel 47 GSchV die Art, das Ausmass und die Ursachen der Verletzung der Anforderungen ermitteln, die Wirksamkeit der möglichen Massnahmen beurteilen und dafür sorgen, dass diese gestützt auf die entsprechenden Vorschriften getroffen werden.

Abklärungen über die Gewässer sind sodann wichtig für den Vollzug der Bestimmun- GSchG / GSchV: gen der Gewässerschutzgesetzgebung bezüglich Sicherung angemessener Restwasser- Wasserentnahmen und mengen. Die Artikel 29–36 und 80–83 GSchG und die Artikel 33–41 GSchV enthalten Restwasser Vorschriften über die Sicherung angemessener Restwassermengen im Rahmen der Erteilung von Wasserentnahmebewilligungen sowie zur Sanierung von durch Wasserentnahmen wesentlich beeinflussten Fliessgewässern.

Auch für den Vollzug der Bestimmungen des GSchG bezüglich Verhinderung und GSchG: Behebung von kurzfristigen künstlichen Änderungen des Wasserabflusses (Schwall Schwall und Sunk und Sunk), welche die einheimischen Tiere und Pflanzen sowie deren Lebensräume wesentlich beeinflussen (Artikel 39a und 83a GSchG) sind Abklärungen zur Hydrodynamik, insbesondere über den Grad der Beeinträchtigung des Gewässers durch Schwall und Sunk, nötig.

Gemäss Artikel 50 GSchG und Artikel 49 GSchV informieren Kantone über den Zu- GSchG / GSchV: stand der Gewässer. Die vorliegende Publikation zeigt Methoden auf, nach welchen Information über Zustand der Abklärungen und Erhebungen der Kantone bezüglich der hydrologischen Verhältnisse Gewässer von Fliessgewässern vorgenommen werden können.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 12

Neben den gesetzlichen Grundlagen existiert mit dem Leitbild Fliessgewässer Schweiz Leitbild Fliessgewässer Schweiz (BUWAL & BWG 2003) ein übergeordnetes Konzept für einen nachhaltigen Umgang mit den Gewässern. Es stellt neben den Forderungen nach ausreichender Wasserqualität und ausreichendem Gewässerraum als drittes Entwicklungsziel eine ausreichende Wasserführung und naturnahe Abflussverhältnisse. Der Ausdruck «ausreichende Wasserführung» bezieht sich dabei nicht nur auf eine angemessene Restwassermenge, sondern umfasst ganz generell die Dynamik des Abflussgeschehens und beinhaltet die Forderung, ein möglichst natürliches Abflussregime mit all seinen Merkmalen zu erhalten oder wieder herzustellen. Die vorliegende Methode kann für die Beurteilung des Zustands der Gewässer im Hinblick auf dieses Entwicklungsziel ebenfalls benutzt werden.

1.4 Adressaten

Die Methode HYDMOD-F wendet sich in erster Linie an die betroffenen kantonalen Fachstellen, insbesondere an jene der Hydrologie, des Gewässerschutzes und der Wassernutzung. Als Anwender der Methode kommen jedoch auch spezialisierte Ingenieur-, Umwelt- und Gutachterbüros sowie Anlagebetreiber in Frage.

1.5 Aufbau der Publikation

Kapitel 2 beschreibt die Ziele der Methode HYDMOD-F und nimmt verschiedene Kapitel 2: Konzept Abgrenzungen vor. Weiter werden wichtige Grundsätze der Bewertungsmethodik beschrieben.

Für die Anwendung der Bewertungsmethodik werden verschiedene hydrologische Kapitel 3: Kenngrössen benötigt. Eine Anleitung zu deren Berechnung oder Abschätzung sowie Abschätzverfahren und Hilfsmittel eine Übersicht über mögliche Datenquellen sind in Kapitel 3 gegeben. Zudem wird dort auf das EDV-Programm HYDMOD-FIT sowie auf die GIS-Hilfsdateien verwiesen, die auf der Website des Modul-Stufen-Konzepts (www.modul-stufen-konzept.ch > Hydrologie) zur Verfügung stehen.

Im Anhang stehen verschiedene Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen zu den in Anhang: Abflussregimetyp- Kapitel 3 beschriebenen hydrologischen Kenngrössen zur Verfügung. spezifische Auswertungen

Kernstück der Methode HYDMOD-F ist die eigentliche Bewertungsmethodik. Die Kapitel 4–6: Bewertungsmethodik Durchführung der Bewertung erfolgt in vier Hauptarbeitsschritten, aus denen unter- mit vier Hauptarbeitsschritten schiedliche Produkte entstehen. Diese Arbeitsschritte sind in den Kapiteln 4–6 dieser Publikation beschrieben.

Die folgende Abbildung zeigt im Zentrum die vier Hauptarbeitsschritte der Bewer- Leitgrafik tungsmethodik sowie die ebenfalls zur Verfügung gestellten Berechnungsanleitungen, Abschätzverfahren und Hilfsmittel. Zu Beginn der Kapitel 3–6 wird diese Leitgrafik wiederholt, wobei die Inhalte des Kapitels farblich hervorgehoben sind. Zudem werden die Produkte des jeweiligen Arbeitsschritts sowie die Anforderungen an den Anwender beschrieben.

1 > Einleitung 13

Abb. 2 > Ablauf der Bewertungsmethodik und Hilfsmittel Leitgrafik zur Orientierung im Bericht.

1.6 Anwendung der Methode

Die Anwendung der Methode HYDMOD-F erfordert einen Anfangsaufwand, um sich Bearbeitungsaufwand mit der Methode, dem Vorgehen und den Hilfsmitteln vertraut zu machen. Anschliessend hängt der Aufwand stark von der Anzahl und Komplexität der Eingriffe im Einzugsgebiet und der Datenverfügbarkeit ab.

Der Aufwand für die Hauptarbeitsschritte der Methode kann grob wie folgt beschrieben werden:

> Arbeitsschritt Untersuchungsraum, Eingriffsinventar: Der Aufwand für die Identifikation und Erfassung der Eingriffe und deren Betriebsweise sowie für die Daten- und Informationsbeschaffung ist gross. > Arbeitsschritt Berechnung und Klassierung Bewertungsindikatoren: Der Aufwand für das Bereitstellen der notwendigen hydrologischen Kenngrössen und weiterer Hilfsgrössen ist abhängig von der Datenverfügbarkeit, erfordert jedoch erfahrungsgemäss einen grossen Aufwand. Als eher gering wird der Aufwand für die Bewertung selber eingeschätzt. > Arbeitsschritt Abschnittsbewertung: Der Aufwand für die Abschnittsbildung und -bewertung sowie die Darstellung der Ergebnisse wird im Vergleich zu den oberen Arbeitsschritten als eher gering erachtet. > Arbeitsschritt Gesamtbewertung: Der Aufwand für die Gesamtbewertung ist klein.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 14

Je nach Arbeitsschritt sind vertiefte Fachkenntnisse der Hydrologie, der Wasserwirt- Anforderungen an die Anwender schaft und der Gewässerökologie vorteilhaft oder erforderlich. In den Einleitungen zu den Kapiteln 3 bis 6 sind die jeweils erforderlichen Fachkenntnisse bezeichnet.

Über alle Arbeitsschritte hinweg ist der Einsatz eines geografischen Informationssystems (GIS) hilfreich, u.a. zur Bestimmung von Einzugsgebietsflächen und für die kartografische Darstellung der Ergebnisse.

2 > Konzept HYDMOD-F 15

2 > Konzept HYDMOD-F Dieses Kapitel beschreibt die Grundsätze der Bewertungsmethodik und führt basierend auf der Definition des Abflussregimes die Bewertungsindikatoren ein.

2.1 Ziele und Grundsätze

HYDMOD-F stellt im Rahmen des Modul-Stufen-Konzepts die Methode zur Beurtei- Bewertung des hydrologischen lung der hydrologischen Verhältnisse einer Region mit der Erfassung der wasserwirt- Zustands schaftlichen Eingriffe und deren Auswirkungen auf das Abflussregime dar. Es liefert als Ergebnis eine Aussage über den hydrologischen Zustands des Gewässersystems eines Einzugsgebietes.

Mit dem Modul HYDMOD-F alleine kann nicht der ökologische Zustand eines Gewäs- Beeinflussung des ökologischen sers als solcher bewertet werden. Die ökologische Funktionsfähigkeit wird bestimmt Zustands durch weitere Faktoren durch die Einflussfaktoren Wasserqualität, Morphologie und Hydrologie. Der gesamtökologische Zustand ergibt sich aus deren Zusammenspiel, was sich dann seinerseits im biologischen Zustand manifestiert (und entsprechend mittels Bioindikatoren beurteilt werden kann, vgl. biologische Module des Modul-Stufen-Konzepts).

Das Ergebnis von HYDMOD-F kann daher mit der Bewertung des Natürlichkeitsgrads Keine abschliessende Aussage des Abflussregimes nur eine Aussage liefern, wie stark ein Fliessgewässer aus rein zur ökologischen hydrologischer Sicht in seiner ökologischen Funktionsfähigkeit gefährdet ist. Dies gilt Funktionsfähigkeit trotz dem Umstand, dass bei der Auswahl der Bewertungsindikatoren ökologische Erwägungen berücksichtigt wurden und die Klassierungsregeln sich ebenfalls stark an ökologischen Kriterien anlehnen.

Der hydrologische Zustand im Sinne des Natürlichkeitsgrades des Abflussregimes wird Bewertungsinhalt anhand einer Auswahl von Bewertungsindikatoren ausgewiesen. Bewertungsinhalt ist und -gegenstand also die Naturnähe des Abflussregimes, Bewertungsgegenstand ist das Fliessgewässernetz mit den einzelnen Gewässerabschnitten als Bezugsobjekte.

HYDMOD-F ist als Eingriffs-bezogener Ansatz ausgelegt. Die Ursachen von hydrolo- Eingriffs-bezogener Ansatz gischen Beeinträchtigungen sind meistens punktuelle und direkte, wasserwirtschaftliche Eingriffe, die klar identifiziert werden können. Dies hat den Vorteil, dass die Erhebungen gezielt auf die Eingriffe und die davon betroffenen Gewässerabschnitte fokussieren können.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 16

2.2 Abgrenzungen

Bei der Anwendung von HYDMOD-F sind folgende Abgrenzungen zu beachten:

> Die im Zuge der HYDMOD-F Anwendung berechneten hydrologischen Kenngrös- Genauigkeit sen und Indikatoren sind Schätzwerte, welche Übersichten über die regionalen Verhältnisse liefern, deren Genauigkeit aber nicht den Anforderungen von Bemessungswerten oder einer Projektierungsgrundlage entsprechen. Insbesondere die zur Verfügung gestellten Schätzwerte aus Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen geben nur Grössenordnungen an.

> Die durch die Anwendung von HYDMOD-F gewonnenen Ergebnisse sind nicht als Anwendungsgebiet Ersatz konzipiert für andere hydrologische Analysen, wie etwa Abklärungen im Zustandsbericht im Rahmen der Generellen Entwässerungsplanung (GEP), bei Restwasserfestlegungen oder für Hochwasserbemessungsgrössen. Vielmehr können die im Zuge solcher hydrologischer Analysen gewonnenen Ergebnisse für HYDMOD-F verwertet werden oder durch HYDMOD-F ergänzt werden.

> Diffuse, indirekte Eingriffe (z. B. Landnutzungsänderungen, Drainagen) werden Keine Berücksichtigung von nicht berücksichtigt, da sie schwierig zu identifizieren sind. Zudem können Kollek- diffusen und kleinen Eingriffen tivwirkungen (Überlagerungen in komplexen Systemen) und unscharfe und z. T. verzögerte Ursache-Wirkungsbeziehungen auftreten. Ebenso werden kleine Eingriffe nicht berücksichtigt, da ihre Wirkung häufig nicht oder nur schwierig quantifizierbar ist. Aus diesen Gründen wird der Aufwand für die Berücksichtigung diffuser sowie kleiner, direkter Eingriffe für eine Methode der Stufe F als unverhältnismässig erachtet. Dies kann bei kleineren Gewässern dazu führen, dass negative Auswirkungen nicht erkannt werden. Es ist jedoch davon auszugehen, dass solche Auswirkungen durch das proportional rasch zunehmende Einzugsgebiet nur kurze Gewässerabschnitte betreffen und damit dem regionalen Fokus einer Stufe-F-Methodik nicht gerecht werden.

> Flussverbauungen werden im Rahmen von HYDMOD-F ebenfalls nicht beachtet, da Keine Berücksichtigung von diese zwar die hydraulischen Bedingungen verändern mögen, aber kaum hydrologi- Flussverbauungen sche Veränderungen bewirken, abgesehen von einer möglichen Erhöhung der Hochwasserspitzen. Die Grösse der Hochwasserspitzen ist jedoch ökologisch weniger relevant als z. B. deren Häufigkeit (vgl. Kap. 2.5).

> Wegen dem Verzicht auf die Berücksichtigung kleiner sowie diffuser Eingriffe, wird Einzugsgebietsfläche die Anwendung für Einzugsgebiete «meso- (1–1000 km²) und makroskaliger (>1000 km²) Grössenordnung empfohlen. Bei mikroskaligen (<1 km²) Einzugsgebieten gewinnen die kleinen und diffusen Eingriffe zunehmend an Bedeutung. Die Anwendungsgrenze der Methode wird daher bei Gewässern im unteren Mesoskalenbereich gesehen (ca. 2–5 km² Einzugsgebietsfläche).

2 > Konzept HYDMOD-F 17

2.3 Klassierungsschema und Bewertungsmethodik

2.3.1 Klassierungsschema

Die Ergebnisse der Untersuchungen auf Stufe F sollen einen schnellen Überblick über Klassierungsschema mit wichtige Aspekte des Zustandes der Gewässer bzw. deren Beeinträchtigungen geben. Sonderklasse Um dies zu erleichtern, wird in den verschiedenen Modulen soweit als möglich ein einheitliches Klassierungssystem zur Einstufung des Natürlichkeitsgrades eingesetzt.

Für das Modul HYDMOD-F wird das Klassierungsschema ergänzt mit einer Sonderklasse «ohne Bewertung», welche dann zur Anwendung kommt, wenn eine Veränderung des Abflussregimes vorliegt, aber eine Einstufung in eine der fünf Klassen aufgrund ungenügender Datengrundlage nicht möglich ist.

Abb. 3 > Klassierungsschema: Bezeichnung und Farbcodierung der Klassen Das Klassierungsschema zur Einstufung des Natürlichkeitsgrades des Abflussregimes basiert auf dem allgemeinen Klassierungsschema des Modul-Stufen-Konzeptes mit der ergänzten Sonderklasse «ohne Bewertung».

2.3.2 Bewertungsindikatoren

Die Bewertung des Abflussregimes erfolgt anhand einer Auswahl von Bewertungsin- Definition Bewertungsindikatoren dikatoren (vgl. Kap. 2.5). Diese werden in Kap. 5 definiert und beschrieben, wobei und Klassierungsregeln immer folgende Schritte unterschieden werden:

> Herleitung und Definition des Bewertungsindikators und seiner Bewertungsgrössen. > Anleitung zur Berechnung der Indikatorwerte und weiterer Bewertungsgrössen (Hilfsgrössen für die Klassierung). > Klassierungsregel zur Zuordnung der Indikatorwerte in die Zustandsklassen.

Soweit als möglich basieren die Definitionen der Bewertungsindikatoren und die Überlegungen zu den Definitionen Klassierungsregeln auf folgenden, einheitlichen Überlegungen:

> Der Eingriffs-bezogene Ansatz von HYDMOD-F fokussiert auf die durch Eingriffe verursachten Veränderungen. Um das Ausmass der Veränderung feststellen zu können, braucht es eine Vergleichsbasis, also einen Referenzzustand.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 18

> Für die Definition der Grenzen zwischen den Bewertungsklassen sollen möglichst ökologische Erwägungen herangezogen werden. > Es kann nicht von einer linearen Beziehung zwischen prozentualer Abweichung vom Referenzzustand und ökologischer Bedeutung ausgegangen werden. > Wenn sich der veränderte Zustand einer hydrologischen Kenngrösse im Rahmen der natürlichen Variabilität derselben bewegt, kann nicht von einer starken Veränderung ausgegangen werden.

Wichtige Grundlagen für die Bewertung bilden also der Referenzzustand und die natürliche Variabilität.

2.3.3 Referenzzustand bezüglich Abflussregime

Die Methode HYDMOD-F stützt die Bewertung auf einem Referenzzustand ab, wel- Referenzzustand als Basis cher bei den meisten Bewertungsindikatoren in die Klassierungsregel einfliesst. für die Bewertung

Eine solche Bewertung wird in verschiedenen Methoden der Stufe S des Modul- Referenzzustand als naturnaher Stufen-Konzepts angewendet. Dabei wird als Referenzzustand ein Zustand angenom- Gewässerzustand in der men, der sich unter den heutigen landschaftlichen Bedingungen einstellen würde, wenn vorgegebenen Kulturlandschaft sämtliche menschlichen Nutzungen im unmittelbaren Umfeld des Gewässers aufgegeben würden: der naturnahe Gewässerzustand in der vorgegebenen, land- und forstwirtschaftlich geprägten Kulturlandschaft.

Abb. 4 > Einordnung Referenzzustand Referenzzustand als naturnaher Gewässerzustand in der vorgegebenen Kulturlandschaft.

Der Referenzzustand entspricht also nicht einem Gewässer der ursprünglichen Naturlandschaft, die in Mitteleuropa praktisch nirgendwo mehr existiert. Vielmehr schliesst der Referenzzustand grossräumige und irreversible Einflüsse des Menschen ein, wie z. B. die Veränderung der grossflächigen Landnutzung im Einzugsgebiet (z. B. grossflächige Waldrodungen, Trockenlegung von Sümpfen, Siedlungstätigkeit). Es wird davon ausgegangen, dass das derart veränderte Abflussregime die charakteristischen Grundzüge des natürlichen Zustandes im Wesentlichen enthält und damit dem Referenzzustand weiterhin entspricht.

2 > Konzept HYDMOD-F 19

Wenn jedoch massive Siedlungstätigkeit ein kleines Einzugsgebiet überwiegend prägt, Abweichungen vom kann nicht mehr von einem naturnahen Gewässerzustand ausgegangen werden. Weiter Referenzzustand können Abweichungen vom Referenzzustand durch direkte, punktuelle und signifikante Eingriffe in das Fliessgewässer entstehen.

Einen besonderen Fall stellen Seeregulierungen und Flussumleitungen in Seen dar. Die Historische Seeregulierungen und Seeregulierungen reichen z. T. einige Jahrhunderte zurück und weisen unterschiedliche Flussumleitungen als Referernz- Veränderungsausmasse auf. Dasselbe gilt für die historischen Flussumleitungen in zustand Seen (wie z. B. bei der Kander, der Linth und bei der Juragewässerkorrektion). Im Rahmen von HYDMOD-F sind diese Fälle als Referenzzustand anzusehen.

2.3.4 Natürliche Variabilität des Abflussregimes

Wie in Kap. 2.3.2 festgestellt wurde, spielt es eine Rolle, ob sich der veränderte Zu- Rolle der natürlichen Variabilität stand einer hydrologischen Kenngrösse im Bereich des natürlichen Erwartungswertes (= Mittelwert), innerhalb der natürlich vorkommenden Streuung (natürliche Variabilität) oder ausserhalb davon bewegt. Diese relative Lage des veränderten Abflussregimes im Verhältnis zu Lage und Streubereich des Referenzzustandes bildet die Basis für die Einteilung in die Zustandsklassen.

Abb. 5 > Natürliche Variabilität und relative Lage des beeinflussten Zustands Trotz der gleichen absoluten Lage des Erwartungswerts im beeinflussten Zustand fällt die Bewertung von Bsp. 1 besser aus als von Bsp. 2. Ausschlaggebend ist dessen Abweichung vom Erwartungswert des Referenzzustands im Vergleich zum Bereich der natürlichen Variabilität. Auch beim beeinflussten Zustand ist eine Streuung zu erwarten. Diese wird jedoch im Rahmen von HYDMOD-F nicht berücksichtigt.

Die natürliche Variabilität der hydrologischen Kenngrössen wird je nach Charakteristik Berücksichtigung des Bewertungsindikators und in Abhängigkeit des Vorliegens etablierter ökologischer der natürlichen Variabilität Kriterien direkt in der Definition des Indikators oder in der Klassierungsregel berücksichtigt. In den meisten Fällen wird das Variabilitätsmass durch den statistisch definierten Variationskoeffizienten ausgedrückt, in einigen Fällen auch durch Quantile (siehe Definitionen in Kap. 5).

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 20

In Anbetracht des Klimawandels stellt sich auch die Frage nach der Stationarität (zeit- Umgang mit klimatisch bedingten liche Veränderungen von Erwartungswerten und Variabilitäten) des Referenzzustan- Trends des. Gemäss einer systematischen Untersuchung schweizerischer Abflussdatenserien (Birsan et al. 2005a/b) lassen sich in den alpin geprägten Einzugsgebieten in statistischem Sinne signifikante klimatisch bedingte Veränderungen feststellen. Gemäss dem aktuellen Klimabericht zur Schweiz (OcCC/ProClim 2007) sind weitere Veränderungen zu erwarten. Deren Ausmass bewegt sich aber im Bereich der Ungenauigkeit der in HYDMOD-F verwendeten Schätzmethoden und wird daher vernachlässigt.

2.4 Definition Abflussregime

Unter dem Begriff Abflussregime wird das Abflussverhalten eines Fliessgewässers Abflussverhalten eines verstanden. Es wird hauptsächlich durch die Milieufaktoren Klima, Relief, Vegetation Fliessgewässers und durch den hydrogeologischen Aufbau eines Gebietes gesteuert. Das Klima ist hierbei der wichtigste Einflussfaktor.

Das Abflussregime zeigt sich im Verlauf und der Ausprägung der Abflussganglinien. Hydrologische Merkmale Dabei hat das Jahr als bestimmende Periode für die Abflussvorgänge eine herausragende Bedeutung. Aus der Ganglinie lassen sich verschiedene Kenngrössen ableiten, welche die hydrologischen Merkmale eines Gewässers charakterisieren. Folgende Grössen stehen dabei im Vordergrund: > Grösse > Häufigkeit > Dauer > Zeitpunkt (Saisonalität) > Variabilität (Streuung der Merkmale von Jahr zu Jahr) > Veränderungsrate

Das Abflussgeschehen kann in die drei Teilregime Mittelwasserregime, Hochwasserre- HYDMOD unterscheidet vier gime und Niedrigwasserregime gegliedert werden. Die sie charakterisierenden Merk- Teilbereiche des Abflussregimes male weisen eine unterschiedliche ökologische Bedeutung auf und können durch Eingriffe verändert werden. Zusätzlich werden anthropogen verursachte Kurzzeiteffekte betrachtet. HYDMOD-F unterscheidet deshalb folgende vier Teilbereiche des Abflussregimes: > Mittelwasserregime > Hochwasserregime > Niedrigwasserregime > Kurzzeiteffekte

Die in HYDMOD-F verwendete Definition des Abflussregimes ist deutlich weiter Die Abflussregimetypen gefasst als die Definition der Abflussregimetypen, welche für die Schweiz von der Schweiz Aschwanden und Weingartner (1985) aufgestellt wurden und Auskunft über den durchschnittlichen Jahresgang der mittleren monatlichen Abflüsse geben. Diese Abflussregimetypen sind jedoch eine wichtige Grundlage für HYDMOD-F, indem sie bei fehlenden Daten für die Abschätzung des Referenzwertes beigezogen werden (siehe Kap. 3.3.1).

2 > Konzept HYDMOD-F 21

2.5 Auswahl der Bewertungsindikatoren

HYDMOD-F definiert neun Bewertungsindikatoren, welche die in Kapitel 2.4 definier- Bewertungsindikatoren ten Teilbereiche des Abflussregimes abdecken. Diese Bewertungsindikatoren berücksichtigen den beeinflussten Zustand sowie den Referenzzustand und seine natürliche Variabilität. Oft handelt es sich beim Indikatorwert deshalb um eine relative Grösse, deren numerischer Wert alleine, abgesehen davon, dass er die Zuordnung in eine Zustandsklasse erlaubt, wenig aussagekräftig ist.

In die Berechnung dieser Bewertungsindikatoren fliessen diverse hydrologische Kenn- Hydrologische Kenngrössen grössen sowie einige Hilfsgrössen ein. Die hydrologischen Kenngrössen erlauben eine Charakterisierung des Abflussregimes.

Die Auswahl der Bewertungsindikatoren orientiert sich an verschiedenen Faktoren wie Auswahl der Bewertungsindikatoren > der ökologischen Aussagekraft des Indikators, > einer breiten Erfassung der Charakteristika des Abflussregimes, > dem Erfassen der Auswirkungen von in der Schweiz verbreiteten wasserwirtschaftlichen Eingriffen, > der Machbarkeit und der Aufwandbegrenzung der Auswertung.

Diese Erwägungen führten zu der in Tab. 1 aufgelisteten Auswahl an Bewertungsindikatoren und den dazu benötigten hydrologischen Kenngrössen.

Tab. 1 > Bewertungsindikatoren und benötigte hydrologische Kenngrössen Die vier Teilbereiche des Abflussregimes und die zugehörigen Bewertungsindikatoren und hydrologischen Kenngrössen.

Bereich Bewertungsindikatoren Benötigte Hydrologische Kenngrössen

Mittelwasserregime 1 Mittelwasser-Abflussverlauf Mittlere monatliche Abflüsse, Mittlerer jährlicher Abfluss, Pardékoeffizienten Hochwasserregime 2 Hochwasserhäufigkeit Mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss (Tagesabfluss), Hochwasserschwellenwert,

3 Hochwasser-Saisonalität Mittlere Hochwasserhäufigkeit (Momentanabflüsse)

Hochwasser-Saisonalität (Mittleres Auftretensdatum und zeitliche Variabilität) Niedrigwasser- 4 Niedrigwasserabfluss Niedrigwasserabfluss, Variationskoeffizient Niedrigwasserabfluss regime 5 Niedrigwasser-Saisonalität Niedrigwasser-Saisonalität (Mittleres Auftretensdatum und zeitliche Variabilität)

6 Dauer Niedrigwasserperioden Mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode

Kurzzeiteffekte 7 Schwall/Sunk-Phänomen Schwallabfluss, Sunkabfluss, Schwall/Sunk-Verhältnis, Pegelanstiegsrate Schwall/Sunk,

8 Spülung und Entleerung Pegelrückgangsrate Schwall/Sunk

9 Regenwassereinleitungen Spülabfluss, Häufigkeit der Spülungen und Entleerungen, Pegelanstiegsrate Spülungen und Entleerungen

Mittlere Hochwasserhäufigkeit durch Regenwassereinleitungen (Momentanabflüsse)

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 22

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen Dieses Kapitel definiert alle in den Bewertungsindikatoren verwendeten hydrologischen Kenn- und Hilfsgrössen und zeigt abhängig von der verfügbaren Datengrundlage alternative Berechnungsmöglichkeiten für die verschiedenen Grössen auf. Daneben werden mögliche Daten- und Informationsquellen aufgelistet, die verfügbaren elektronischen Hilfsmittel kurz vorgestellt sowie die Möglichkeiten zur Inter- und Extrapolation von Kenngrössen bei knapper Datengrundlage beschrieben. Die Lektüre dieses Kapitels ist nicht zwingend erforderlich, falls durchgehend die elektronischen Hilfsmittel verwendet werden und vertiefte hydrologische Kenntnisse bereits vorliegen. Das Kapitel kann als Nachschlagewerk bei der Bearbeitung der Methodikschritte verwendet werden.

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 23

3.1 Daten- und Informationsquellen

Für die Anwendung der Methode HYDMOD-F werden viele verschiedene Daten zu Grosser Datenbedarf, den Eingriffen, zum Einzugsgebiet und zu den Abflussverhältnissen im Gewässer GIS als Hilfsmittel benötigt. Es wird empfohlen, mit einem geografischen Informationssystem (GIS) zu arbeiten, einerseits zur vereinfachten Bereitstellung einiger Eingangsdaten (z. B. Einzugsgebietsflächen), andererseits zur kartografischen Aufbereitung der Ergebnisse. Entsprechend ist bei der Datenbeschaffung darauf zu achten, dass möglichst viele Daten als Geodatensätze oder mit einer Georeferenzierung beschafft werden können.

Auf der Website des Modul-Stufen-Konzepts (www.modul-stufen-konzept.ch > Hydro- Übergeordnete logie) steht ein Verzeichnis wichtiger Datenquellen mit Links zu deren aktuellen Informationsquellen Websites zur Verfügung. Das Gewässerinformationssystem Schweiz (GEWISS) beinhaltet verschiedene der im Folgenden aufgeführten Grundlagen und gewässerbezogene Daten. Es steht zur Verfügung unter http://gewiss.admin.ch.

Für die geografischen und gewässerbezogenen Basisdaten stehen folgende Datenquel- Geografische Basisdaten len im Vordergrund:

> Topografische Karte in geeignetem Massstab, z. B. 1:25 000, 1:50 000 oder 1:100 000 (swisstopo) > Digitales Gewässernetz, z. B. Ebene Gewässernetz des Vector25 (swisstopo) oder ein detaillierteres Gewässernetz des Kantons > Geodatensatz zur Einzugsgebietsgliederung Schweiz (BAFU, verfügbar unter www.bafu.admin.ch > Themen > Wasser > Hydrologische Grundlagen und Daten > Informationssysteme und Methoden > Einzugsgebietsgliederung Schweiz) > Digitales Höhenmodell für die Bestimmung der Einzugsgebiete, z. B. digitales Höhenmodell 1:25 000 (DHM25, swisstopo) oder digitales Terrainmodell der amtlichen Vermessung (DTM-AV, swisstopo)

Einen Überblick über Eingriffe geben folgende Datenbanken oder Karten des Bundes: Eingriffs-bezogene Daten, Überblick > Wasserentnahmen und -rückgaben: Restwasserkarte Schweiz (Kummer et al. 2007, verfügbar unter www.bafu.admin.ch > Themen > Gewässerschutz > Restwasser > Restwasserkarte) > Wasserkraftwerke: Statistik der Wasserkraftanlagen der Schweiz (BFE, verfügbar unter www.bfe.admin.ch > Themen > Wasserkraft) > Kläranlagen: Karte Abwasserreinigungsanlagen der Schweiz (Stand 2005, verfügbar unter www.bafu.admin.ch > Themen > Gewässerschutz > Abwasser > Kommunale Abwasserreinigung) und Datenbank Abwasserreinigungsanlagen der Schweiz (BAFU) > Grosse Stausseen: HADES Blatt 5.3

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 24

Detailliertere Daten zu den Eingriffen sind in folgenden Datenquellen enthalten: Eingriffs-bezogene Daten, detaillierte Daten > Dossiers, behördliche Bewilligungen und Konzessionen oder allfällige kantonale Datenbanken zu Wassernutzung und -einleitung: z. B. Bezeichnung, Koordinaten, Höhe ü. M., Einzugsgebietsfläche, konzessionierte Entnahmemenge, Dotationsmenge, etc. > Allfällige kantonale Datenbank über Kläranlagen: z. B. Standort, Einleitstelle, hydraulische Dimensionierung, Q 347 an der Einleitstelle > Generelle Entwässerungspläne (GEP) der Gemeinden oder Abwasserverbände: z. B. entwässerte Flächen, entsprechende Wassermengen, Einleitstellen ins Gewässer > Konzessionsdaten der Betreiber: z. B. Informationen zum Betrieb von Speichern, Kraftwerken und Entsandern.

Ein Überblick über die Abflussmessstationen ist in HADES Blatt 5.1 enthalten. Weiter Abflussdaten können folgende Quellen und Dokumente Abflussdaten enthalten:

> Abflussdaten der Messstationen des eidgenössischen hydrometrischen Messnetzes (BAFU) > Abflussdaten der kantonalen Messstationen > Abflussdaten von Privaten, z. B. von Kraftwerkbetreibern oder anderen Konzessionären > Abflussdaten von Messkampagnen > Bereits existierende Studien und Berichte über den Untersuchungsperimeter: z. B. hydrologische Studien, wasserbauliche Projekte, Sanierungsbericht gemäss Gewässerschutzgesetz, GEP-Zustandsbericht Gewässer, Q 347 -Abschätzungen für die Festlegung von Restwasserbestimmungen > Rasterdatensätze «Mittlere monatliche und jährliche Abflusshöhen» (Pfaundler und Zappa, 2006; verfügbar unter www.bafu.admin.ch > Themen > Hydrologische Daten > Mittlere monatliche und jährliche Abflusshöhen) > HADES Blatt 5.4 (Natürliche Abflüsse) und 5.8 (Niedrigwasser)

Momentanwerte geben im Gegensatz zu gemittelten Werten (z. B. Stundenwerte, Ta- Momentanabflüsse geswerte, Monatswerte) den aktuellen Abflusswert zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder. Werden sie in regelmässigen Zeitabständen mit hoher zeitlicher Auflösung (z. B. 10 min Werte) gemessen und aufgezeichnet oder wenn die Registrierung immer dann erfolgt, wenn sich der Abfluss merklich verändert, dann wird damit sichergestellt, dass durch eine solche Datenreihe der tatsächliche Abflussverlauf kontinuierlich abgebildet wird.

In der Praxis des Bundesamtes für Umwelt messen die Logger an den Stationen i.d. Regel 10 min lang mit hoher Frequenz und zeichnen dann den über dieses Zeitintervall gemittelten Wert auf. Aufgrund des kurzen Zeitintervalles können diese Werte als Momentanwerte verwendet werden.

Ergänzend oder bei lückenhafter Datengrundlage empfiehlt es sich, orts- und fachkun- Befragung von orts- und dige Personen nach Angaben zur Lage und Art der Eingriffe sowie nach ihren Kennt- fachkundigen Personen nissen und Beobachtungen bezüglich der Betriebsweise oder der Wasserführung der Gewässer zu befragen.

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 25

Ergänzend zur vorliegenden Publikation werden zur Vereinfachung der Anwendung HYDMOD-Hilfsmittel von HYDMOD ein EDV-Programm (HYDMOD-FIT) und GIS-Hilfsdateien zur Verfügung gestellt. Diese Hilfsmittel sind auf die Kenngrössen, Bewertungsindikatoren und Methodik der Publikation abgestimmt und können über die Website des Modul- Stufen-Konzepts (www.modul-stufen-konzept.ch > Hydrologie) bezogen werden.

Das EDV-Programm HYDMOD-FIT bietet folgende Funktionalitäten:

> Erfassung von Messstationen und Berechnung der hydrologischen Kenngrössen aus Rohdaten (Tagesabflüsse und Momentanabflüsse). > Erfassung von Eingriffen und Berechnung sowie Klassierung der Bewertungsindikatoren unter Verwendung der Daten der Messstationen (direkte Übernahme, Interpolation, Extrapolation oder Abschätzung). > Erfassung von Gewässerabschnitten und deren Bewertung pro Bewertungsindikator, Aggregation zur Gesamtbewertung. > Reports zu allen Dateninhalten in tabellarischer und grafischer Form. > Exporte der für die kartographische Aufbereitung in einem GIS nötigen Daten und Resultate.

Die GIS-Hilfsdateien umfassen einen Symbolbaukasten (Layer-Dateien für ESRI-Software) und vorgefertigte Legenden für die kartografische Umsetzung der Eingriffs- und Staustreckeninventare sowie der Bewertungsresultate.

3.2 Datenverfügbarkeit und Berechnungsmöglichkeiten

3.2.1 Grundsätzliches

Abhängig von der Datenverfügbarkeit werden in den folgenden Kapiteln für die Be- Priorisierung der rechnung oder Abschätzung der hydrologischen Kenngrössen verschiedene Möglich- Berechnungsmöglichkeiten keiten aufgezeigt. Die Reihenfolge dieser Berechnungsmöglichkeiten ist auch als Priorisierung zu verstehen. > In der Regel beruht die «Berechnungsmöglichkeit 1» auf der Auswertung von Messdaten, während die weiteren Möglichkeiten Grobabschätzungen sind. > Optimal ist, wenn für die Berechnung Messdaten an der Eingriffsstelle zur Verfügung stehen. Für die Berechnung des Referenzzustandes kommen Messdaten direkt oberhalb des Eingriffs oder Messdaten aus der Zeit vor dem Eingriff in Frage. > Die «Berechnungsmöglichkeit 1» ist wenn immer möglich vorzuziehen, auch wenn nur eine kurze Datenreihe vorliegt oder ein Datensatz mittels Inter- und Extrapolation oder Bildung einer virtuellen Datenreihe konstruiert werden muss. > Die Grobabschätzungen und anderen alternativen Berechnungsmöglichkeiten kommen zum Einsatz, wenn keine Daten-basierte Berechnung möglich ist oder – insbesondere bei unsicherer Datengrundlage – zur Plausibilisierung berechneter Kenngrössen. > Die Grobabschätzungen liefern meistens nur für den Referenzzustand Werte. Einige davon basieren auf dem Abflussregimetyp, andere benötigen den Einsatz eines GIS.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 26

Für die meisten Kenngrössen werden Abfluss-Tagesmittelwerte (Tagesabflüsse) als Benötigte Rohdaten und Rohdaten benötigt. Die Kenngrösse Hochwasserhäufigkeit sowie die meisten Kenn- Beobachtungsperiode grössen der Kurzzeiteffekte benötigen jedoch Momentanabflüsse als Rohdaten. Für die Berechnung wird folgender Datenumfang als ausreichend erachtet: > Beobachtungsperiode mindestens 5 Jahre für Kenngrössen des Mittelwasserregimes > Beobachtungsperiode mindestens 8–10 Jahre für Kenngrössen des Hochwasser- und Niedrigwasserregimes sowie der Kurzzeiteffekte (aufgrund höherer Variabilität).

Erfahrungsgemäss ist die Datenverfügbarkeit oft ungenügend. Die folgenden Unterkapitel enthalten deshalb Erläuterungen zu Bestimmungsansätzen für die benötigten Kenngrössen, wenn keine Messdaten am Ort des Eingriffs vorhanden sind. Einerseits ist einige Kreativität bezüglich der Datenbeschaffung und -aufbereitung von Nöten (siehe Kap. 3.2.3 und 3.2.4). Andererseits wird die Durchführung einer Sensitivitätsanalyse zur Plausibilisierung der Ergebnisse empfohlen (siehe Kap. 3.2.5).

3.2.2 Inter- und Extrapolation

Stehen Messdaten an einer für die Eingriffsstelle repräsentativen Messstelle zur Verfü- Inter-/Extrapolation von gung, können die Kenngrössen anhand dieser Daten berechnet und anschliessend inter- Kenngrössen und/oder extrapoliert werden. Konkrete Berechnungsmöglichkeiten sind in Anhang A4 vorgeschlagen.

3.2.3 Generieren von virtuellen Datenreihen

Eine spezielle Form der Inter- oder Extrapolation ist das Generieren von virtuellen Datenreihen basierend auf Messdaten oberhalb oder unterhalb der Eingriffsstelle.

Je nach Situation kann es von Interesse sein, anstelle von bereits berechneten Kenn- Inter- oder Extrapolation von grössen die originale Datenreihe einer Messstelle zu inter- oder extrapolieren. Da diese Datenreihen Methode stark von der spezifischen Ausgangslage abhängig ist, wird das Vorgehen anhand eines Beispiels aufgezeigt.

Steht oberhalb einer Eingriffsstelle eine unbeeinflusste Messstation zur Verfügung, so Beispielhaftes Vorgehen kann deren Datenreihe auf der Basis der einzelnen Tageswerte mit einer der in Anhang A4 beschriebenen Methoden extrapoliert werden. Somit stehen nun virtuelle Messdaten für den Referenzzustand zur Verfügung.

Basierend auf dieser virtuellen Datenreihe des Referenzzustands können in einem zweiten Schritt die Auswirkungen des Eingriffs simuliert werden. Falls Betriebsdaten, z. B. entnommene tägliche Wassermengen, zur Verfügung stehen, können diese Werte direkt mit der Datenreihe des Referenzzustands kombiniert werden. Wenn nur Konzessionsdaten vorhanden sind, z. B. eine maximale Entnahmemenge und die Dotierwassermenge, so wird der Betrieb anhand dieser Vorgaben simuliert. An denjenigen Tagen, wo genügend Wasser vorhanden war, wird unter Beachtung der Dotierwasser-

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 27

menge die maximal mögliche Wassermenge entnommen. Dadurch wird eine zweite Datenreihe mit virtuellen Messdaten für den beeinflussten Zustand gewonnen.

Die beiden virtuellen Datenreihen für den Referenzzustand und den beeinflussten Zustand können nun für die Berechnung der benötigten hydrologischen Kenngrössen eingesetzt werden.

3.2.4 Umgang mit Situationen ohne Abflussdaten

Wenn keine Messdaten zur Verfügung stehen, die eine Inter- oder Extrapolation erlau- Quantifizierungsmöglichkeiten ben, so sollen andere Wege für die Quantifizierung der hydrologischen Kenngrössen ohne Abflussdaten geprüft werden. Mögliche Wege, allenfalls auch in Kombination, sind:

> Für die Berechnung von Kenngrössen, welche die Kurzzeiteffekte beschreiben, können auch Eingriffs-bezogene Daten (Betriebsdaten, Konzessionsdaten, GEP- Daten) als Datengrundlage beigezogen werden. > Daten von befristeten Messkampagnen oder Studien und Projekte können Angaben zu verschiedenen Kenngrössen liefern. > Verwendung der Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen in Anhang A3. > Einbezug der Kenntnisse von Anlagebetreibern, Gemeindebehörden oder Anwohnern. > Eigene Erfahrung resp. Überlegungen basierend auf dem Systemverständnis (Zusammenwirken von natürlichen Gegebenheiten und den anthropogenen Eingriffen im Einzugsgebiet).

Je nach Eingriffstyp kommen andere Überlegungen und Abschätzungen anhand Be- Vorgehensbeispiel triebsdaten und Erfahrung in Frage. Falls beispielsweise keine Momentanabflüsse für die Berechnung der Hochwasserhäufigkeit vorliegen, kann wie folgt für eine grobe Quantifizierung vorgegangen werden:

> Für den Eingriffstyp Speicherseen (C1) kann die Hochwasserhäufigkeit direkt über die empirische Kenntnis der Anzahl von Ereignissen mit Hochwasserentlastungen und typische Entlastungsmengen abgeschätzt werden. > Bei Wasserentnahmen (Eingriffstypen A1-A6) kann der Einfluss der Entnahme auf die Anzahl Hochwasserereignisse grob eingegrenzt werden, in dem das Schluckvermögen und damit die maximal mögliche Entnahmemenge mit dem Hochwasserschwellenwert Q* verglichen wird. Ist das Schluckvermögen im Verhältnis zu Q* klein, so kann davon ausgegangen werden, dass der Einfluss des Eingriffs auf die Hochwasserhäufigkeit gering ist.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 28

3.2.5 Sensitivitätsanalyse

Unterschreitet der Stichprobenumfang der Abflussdatenreihen die oben empfohlenen Plausibilisierung mit alternativen Richtwerte für deren Dauer, wird mindestens eine Plausibilisierung mit aus anderen Berechnungsmöglichkeiten Berechnungsmöglichkeiten gewonnenen Schätzwerten empfohlen. Eine Plausibilisierung ist auch grundsätzlich bei der Verwendung aller Ansätze für Grobabschätzungen empfehlenswert. Die gilt besonders bei der Verwendung der Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen in Anhang A3. Diese Werte wurden anhand von Messdaten mittelgrosser Gewässer ermittelt und können daher für sehr kleine und sehr grosse oder für Grundwasser-gespiesene Gewässer unpassend sein.

Im Sinne einer Sensitivitätsanalyse sind die Eingangsdaten im Bereich ihrer Unsicher- Variierung der Eingangsgrössen heit zu variieren und die Auswirkung auf die Klassierung der einzelnen Bewertungsindikatoren zu prüfen. Die Gesamtbewertung ist anschliessend mit der wahrscheinlichsten Klassierung der einzelnen Bewertungsindikatoren zu rechnen. Der mögliche Schwankungsbereich der Gesamtbewertung kann wiederum anhand einer Variation der unsicheren Einzel-Klassierungen ermittelt werden.

3.3 Allgemeine Kenngrössen

3.3.1 Abflussregimetyp

Aschwanden und Weingartner (1985) hatten anhand von Auswertungen von Referenz- 16 Abflussregimetypen basierend stationen 16 Abflussregimetypen definiert. Diese basieren auf dem saisonalen Verlauf auf Pardékoeffizienten des Mittelwasserabflusses, welcher durch die sogenannten Pardékoeffizienten (siehe Kap. 3.4.3) beschrieben wird.

Diese Auswertungen wurden durch das BAFU im Jahr 2004 aktualisiert und durch Abflussregimetyp-spezifische verschiedene Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen hydrologischer Kenngrös- Auswertungen sen ergänzt (siehe Anhang A1). Die Ergebnisse dieser Auswertungen stehen in den Anhängen A2 und A3 sowie auf der Website des BAFU (www.bafu.admin.ch > Themen > Hydrologische Grundlagen und Daten > Informationssysteme und Methoden > Grobe Abschätzung hydrologischer Kenngrössen über den Abflussregimetyp) zur Verfügung. Sie liefern grobe Schätzwerte für den Referenzzustand. Damit sie genutzt werden können, muss der Abflussregimetyp bekannt sein.

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 29

Abb. 6 > Die Abflussregimetypen der Schweiz Die Abflussregimetypen der Schweiz sind anhand der Bilanzgebiete der Schweiz (HADES, Tafel 1.2) dargestellt. Die Reihenfolge der Regimetypen und der entsprechenden Regime-Codes für die Typen 11 und 12 richtet sich nach der Originalarbeit von Aschwanden und Weingartner (1985) und weicht von der Reihenfolge im HADES, Tafel 5.2 ab.

Für die Bestimmung des Abflussregimetyps stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung.

Für Einzugsgebiete in der Grössenordnung von 1–500 km² kann der Abflussregimetyp Bestimmung auf der Basis basierend auf geografischen Kriterien eindeutig bestimmt werden. Eine Ausnahme geografischer Kriterien bilden Einzugsgebiete, deren Abflussregime durch einen See wesentlich beeinflusst werden.

Für die Bestimmung mittels geografischer Daten kommt das Ablaufdiagramm in Abb. 9 zur Anwendung. Folgende Eingangsdaten sind notwendig:

> Zugehörigkeit des Einzugsgebiets zu Region I, II oder III gemäss Abb. 10 > Zugehörigkeit des Einzugsgebiets zum Einzugsgebiet von Rhein, Rhone oder Inn (falls Region I) > Mittlere Einzugsgebietshöhe > Vergletscherungsgrad des Einzugsgebiets

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 30

Abb. 7 > Ablaufdiagramm zur Bestimmung des Abflussregimetyps Abflussregimetyp als Funktion von geografischen Kriterien.

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 31

Abb. 8 > Regionen I, II und III für die Bestimmung des Abflussregimetyps Karte zur Bestimmung der Regionszugehörigkeit eines Einzugsgebiets.

Aus den erwähnten Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen stehen für jeden Bestimmung Abflussregimetyp Abflussregimetyp in Anhang A2 der Erwartungs- und der Schwankungsbereich der aus Pk i (nicht eindeutig) Pardékoeffizienten Pk i (siehe Kap. 3.4.3) zur Verfügung. Falls Abflussmesswerte vorhanden sind, kann der am besten zutreffende Abflussregimetyp durch einen Vergleich der gemessenen Werte am Ort des Eingriffs mit diesen Referenzwerten bestimmt werden.

Abb. 9 zeigt beispielhaft den Erwartungs- und Schwankungsbereich der Pk i -Werte eines Abflussregimetyps, wobei diese wie folgt definiert sind (für detailliertere Angaben siehe Anhang A2):

> Erwartungsbereich: Der obere und untere Wert des Erwartungsbereiches entspricht dem minimalen resp. maximalen Pk i -Wert (langjähriger Mittelwert) der Referenzstationen eines Regimetyps. > Schwankungsbereich: Aus den jährlichen Schwankungen der Pk i -Werte werden das mittlere 25 %- und 75 %-Quantil eines Regimetyps bestimmt und der Erwartungsbereich um die Differenz dieser Werte zum langjährigen Mittelwert erweitert.

Für die Ermittlung des Regimetyps aus gemessenen Pk i -Werten werden die Anzahl Treffer in den Abflussregimetyp-spezifischen Erwartungs- und Schwankungsbereichen über alle Monate gezählt. Dazu stehen in Anhang A2 die notwendigen Werte zur Verfügung. Eine eindeutige Bestimmung des Abflussregimetyps ist möglich, wenn für einen Abflussregimetyp sowohl die Anzahl Treffer im Erwartungsbereich als auch die Gesamttreffer im Erwartungs- und Schwankungsbereich um mindestens 2 grösser sind als bei allen anderen Abflussregimetypen (siehe Beispiel in Abb. 10).

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 32

Abb. 9 > Erwartungs- und Schwankungsbereich Pk i -Werte Abb. 10 > Ermittlung Abflussregimetyp aus gemessenen Pk i -Werten Beispiel für den Verlauf der Erwartungs- und Das Beispiel zeigt eine nicht eindeutige Auswertung des Schwankungsbereiche der Pk i -Werte eines Abflussregimetyps Regimetyps. Typ 3 ist am wahrscheinlichsten, aber zu wenig sowie der Werte einer Einzelstation. abgegrenzt von Typ 4 und 5.

3.3.2 Niedrigwasser-, Mittelwasser-, Hochwasserbereich

Gemäss Kap. 2.4 unterscheidet HYDMOD-F zwischen den drei Teilregimen Mittel- Abgrenzung von Niedrigwasser-, wasser-, Hochwasser- und Niedrigwasserregime. Bei einigen hydrologischen Kenn- Mittelwasser- und grössen und Bewertungsindikatoren wird entsprechend auf Mittelwasser-, Hochwasser- Hochwasserbereich oder Niedrigwasserverhältnisse verwiesen.

Im Rahmen der Anwendung von HYDMOD-F wird vorgeschlagen, die entsprechenden Bereiche basierend auf dem mittleren jährlichen Abfluss MQ abzugrenzen. Zur Orientierung sind in Abb. 11 die folgenden Grössen eingeordnet:

> NNQ: kleinster je gemessener Abfluss > HHQ: grösster je gemessener Abfluss > Q 347 : Niedrigwasserabfluss

Abb. 11 > Abgrenzung von Nieder-, Mittel- und Hochwasserbereich Abgrenzung des Nieder-, Mittel- und Hochwasserbereichs in Abhängigkeit von MQ.

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 33

3.3.3 Einzugsgebietsfläche

Die Einzugsgebietsfläche A EZG entspricht der Grösse des natürlichen topografischen Bestimmung mit Hilfe eines Einzugsgebiets einer Stelle des Gewässernetzes. Für die Anwendung von HYDMOD-F digitalen Höhenmodells (GISist die Kenntnis der Einzugsgebietsfläche an diversen Stellen des Gewässernetzes Einsatz) notwendig (im Wesentlichen bei den Eingriffsstellen, Messstellen sowie den Einmündungen von Seitenbächen). Eine automatisierte Ermittlung der Einzugsgebietsflächen mit Hilfe eines digitalen Höhenmodells (siehe auch Kap. 3.1) und einem GIS wird deshalb empfohlen.

Die Bestimmung des Einzugsgebiets kann auch manuell aus topografischen Karten Bestimmung aus topografischen anhand des Verlaufs der Höhenkurven erfolgen. Anschliessend muss die Fläche be- Karten rechnet werden.

In HADES sind auf verschiedenen Blättern Einzugsgebietsflächen angegeben, z. B. Bestimmung anhand vorhandener Blatt 1.2 (Basiseinzugsgebiete), Blatt 5.1(Messstationen) und Blatt 5.8 (Niedrigwas- Unterlagen (z. B. HADES) ser). Siehe auch den im Kapitel 3.1 aufgeführten Geodatensatz zur Einzugsgebietsgliederung Schweiz. Weiter können Projekte und Studien Angaben zu Einzugsgebietsflächen enthalten.

3.4 Kenngrössen Mittelwasserregime

3.4.1 Mittlere monatliche Abflüsse

Die mittleren monatlichen Abflüsse MMQ i entsprechen den langjährigen Mittelwerten der Definition Abfluss-Tagesmittelwerte jeweils eines Kalendermonats.

1 n Berechnungsmöglichkeit 1: ⋅ Q d ,i ,k des Monats i n k =1 aus Messdaten

Q d,i Abfluss-Tagesmittelwerte des Monats i n Anzahl Messwerte Hinweis: Es dürfen nur vollständige Monatsdatensätze verwendet werden.

Es stehen Rasterdatensätze (500 m x 500 m) mit den monatlichen Abflusshöhen MMQ i Berechnungsmöglichkeit 2: für die ganze Schweiz zur Verfügung (Pfaundler & Zappa 2006). Mit Hilfe eines GIS mit Schätzmethode (GIS-Einsatz) kann der Mittelwert eines Einzugsgebiets bestimmt werden und durch Multiplikation mit der Fläche in monatliche Abflüsse umgerechnet werden.

MMQ i = MMQ i ,EZG ,Raster ⋅ AEZG

MMQ i,EZG,Raster Mittlere monatliche Abflusshöhe des Einzugsgebiets aus Rasterdaten des Monats i A EZG Einzugsgebietsfläche

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 34

MMQ i = Pk i ⋅ MQ Berechnungsmöglichkeit 3: aus anderen Kenngrössen MQ Mittlerer jährlicher Abfluss Pk i Pardékoeffizient des Monats i

3.4.2 Mittlerer jährlicher Abfluss

Der mittlere jährliche Abfluss MQ ist der langjährige Mittelwert der Tagesmittelwerte des Definition Abflusses vollständiger Kalenderjahre.

1 n Berechnungsmöglichkeit 1: ⋅ Qd ,k n k =1 aus Messdaten

Qd Abfluss-Tagesmittelwerte n Anzahl Messwerte Hinweis: Es dürfen nur vollständige Jahresdatensätze verwendet werden.

Es steht ein Rasterdatensatz (500 m x 500 m) mit den Jahresabflusshöhen MQ für die Berechnungsmöglichkeit 2: ganze Schweiz zur Verfügung (Pfaundler & Zappa 2006). Mit Hilfe eines GIS kann der mit Schätzmethode (GIS-Einsatz) Mittelwert eines Einzugsgebiets bestimmt und durch Multiplikation mit der Fläche in den Jahresabfluss umgerechnet werden.

MQ = MQEZG ,Raster ⋅ AEZG

MQ EZG,Raster Mittlere Jahresabflusshöhe des Einzugsgebiets aus Rasterdaten A EZG Einzugsgebietsfläche

MQ = Mq Regimetyp ⋅ AEZG Berechnungsmöglichkeit 3: Grobabschätzung Mq Regimetyp Spezifischer mittlerer jährlicher Abfluss eines Regimetyps (Median) (über Abflussregimetyp) A EZG Einzugsgebietsfläche

Mq Regimetyp kann in Abhängigkeit des Abflussregimetyps bestimmt werden. Dazu stehen die entsprechenden Medianwerte pro Abflussregimetyp zur Verfügung.

Tab. 2 > Spezifischer mittlerer jährlicher Abfluss Mq [l/s·km²] pro Abflussregimetyp Die folgenden Werte wurden im Rahmen von Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen ermittelt (Anhang A1). Zusätzliche Angaben sind aus einer räumlichen sowie einer Box-Plot- Darstellung ersichtlich (Anhang A3, Abb. 38).

Regimetyp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Median 51 61 54 48 43 42 49 36 27 16 21 16 52 51 35 31

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 35

3.4.3 Pardékoeffizienten

Die Pardékoeffizienten Pk i beschreiben die relative monatliche Abflussverteilung. Sie Definition widerspiegeln damit das saisonale Abflussmuster. Der mittlere Pardékoeffizient des Monats i entspricht dem Verhältnis des mittleren monatlichen Abflusses des Monats i zum mittleren jährlichen Abfluss MQ.

Pk i = MMQ i / MQ Berechnungsmöglichkeit 1: aus anderen Kenngrössen MMQ i Mittlerer monatlicher Abfluss für den Monat i MQ Mittlerer jährlicher Abfluss

Die Pk i können in Abhängigkeit des Abflussregimetyps bestimmt werden. Dazu stehen Berechnungsmöglichkeit 2: die entsprechenden monatlichen Mittelwerte pro Abflussregimetyp zur Verfügung. Grobabschätzung (über Abflussregimetyp) Tab. 3 > Pk i -Mittelwerte pro Abflussregimetyp Die folgenden Werte wurden im Rahmen von Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen ermittelt (Anhang A1). Neben den Mittelwerten wurden auch Erwartungs- und Schwankungsbereiche ermittelt (Anhang A2).

Regimetyp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Jan 0.07 0.13 0.18 0.24 0.21 0.33 0.44 0.59 0.96 1.14 1.07 1.39 0.29 0.33 0.52 0.91 Feb 0.06 0.12 0.17 0.2 0.2 0.34 0.52 0.71 1.11 1.33 1.21 1.52 0.25 0.31 0.46 0.9 Mar 0.07 0.17 0.21 0.2 0.26 0.49 0.81 1.06 1.27 1.3 1.45 1.54 0.29 0.56 0.72 0.99 Apr 0.17 0.37 0.46 0.4 0.62 0.99 1.44 1.65 1.25 1.16 1.61 1.28 0.59 1.26 1.48 1.14 Mai 0.76 1.08 1.35 1.41 1.69 2.16 1.9 1.59 1.03 1.05 1.07 0.95 1.79 2.18 1.8 1.33 Jun 2 2.19 2.44 2.68 2.64 2.29 1.73 1.34 1.12 1.02 0.85 0.84 2.49 1.73 1.42 1.09 Jul 3.21 2.86 2.58 2.34 2.15 1.61 1.34 1.12 0.94 0.77 0.64 0.55 1.79 0.99 0.86 0.81 Aug 3.09 2.52 2.04 1.58 1.6 1.15 1.08 0.97 0.79 0.67 0.51 0.35 1.22 0.73 0.55 0.74 Sep 1.61 1.46 1.25 1.2 1.1 0.89 0.85 0.79 0.84 0.69 0.64 0.48 1.13 1.18 1 0.92 Okt 0.57 0.57 0.67 0.85 0.71 0.7 0.66 0.7 0.7 0.75 0.77 0.75 1.04 1.36 1.45 1.21 Nov 0.19 0.29 0.37 0.51 0.48 0.58 0.66 0.8 0.89 0.96 1.02 0.97 0.7 0.91 1.13 1.15 Dez 0.11 0.19 0.23 0.33 0.29 0.43 0.56 0.66 1.11 1.17 1.19 1.42 0.39 0.44 0.59 0.82

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 36

3.5 Kenngrössen Hochwasserregime

3.5.1 Mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss (Tagesabfluss)

Der mittlere jährliche Hochwasserabfluss MHQ (Tagesabfluss) ist der langjährige Mittel- Definition wert der Jahreshochwasserabflüsse, also des jeweils maximalen Abfluss-Tagesmittelwertes, der während eines Kalenderjahres auftritt.

1 n Berechnungsmöglichkeit 1: ⋅ Qd ,max, j n j =1 aus Messdaten

Q d,max Jahreshochwasserabfluss (maximaler Abfluss-Tagesmittelwert eines Jahres) n Anzahl Jahre Hinweis: Es dürfen nur vollständige Jahresdatensätze verwendet werden.

MHQ kann als Mehrfaches von MQ abgeschätzt werden. Dazu stehen die Medianwerte Berechnungsmöglichkeit 2: der Faktoren k MHQ:MQ (Verhältnis MHQ zu MQ, ausgewertet aus Tagesabflüssen) pro Grobabschätzung (über Abflussregimetyp zur Verfügung. Abflussregimetyp)

MQ Mittlerer jährlicher Abfluss k MHQ:MQ Verhältnis MHQ zu MQ

Tab. 4 > Faktoren k MHQ:MQ [-] pro Abflussregimetyp (MHQ aus Tagesabflüssen) Die folgenden Werte wurden im Rahmen von Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen ermittelt (Anhang A1). Zusätzliche Angaben sind aus einer räumlichen sowie einer Box-Plot- Darstellung ersichtlich (Anhang A3, Abb. 42).

Regimetyp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Median 5.5 5.2 4.7 5.4 5.6 5.1 8.7 9.9 10.2 9.2 7.3 9.7 7.3 14.9 11.4 8.7

MHQ = MHq Regimetyp ⋅ AEZG Berechnungsmöglichkeit 3: Grobabschätzung (über MHq Regimetyp Spezifischer mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss eines Regimetyps (Median) Abflussregimetyp) A EZG Einzugsgebietsfläche

MHq Regimetyp kann in Abhängigkeit des Abflussregimetyps bestimmt werden. Dazu stehen die entsprechenden Medianwerte pro Abflussregimetyp zur Verfügung.

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 37

Tab. 5 > Spezifischer mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss MHq [l/s·km²] pro Abflussregimetyp (Tagesabflüsse) Die folgenden Werte wurden im Rahmen von Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen ermittelt (Anhang A1). Zusätzliche Angaben sind aus einer räumlichen sowie einer Box-Plot- Darstellung ersichtlich (Anhang A3, Abb. 40).

Regimetyp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Median 291 297 259 257 253 225 456 411 272 139 161 145 348 706 418 257

3.5.2 Hilfsgrösse Hochwasserschwellenwert

Die Hilfsgrösse Hochwasserschwellenwert Q* bezeichnet die Abfluss-Grössenordnung des Definition Referenzzustands, bei der angenommen wird, dass Geschiebetrieb und Sohlenumlagerungen auftreten und damit die ökologisch wichtigen Aspekte eines Hochwassers gegeben sind.

Q* = 0.6 ⋅ MHQr Berechnungsmöglichkeit 1: aus anderen Kenngrössen MHQ r Mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss (Tagesabflüsse) des Referenzzustands Hinweis: Für die direkte Berechnung aus Messdaten sind die Berechnungsmöglichkeiten MHQ anzuwenden.

3.5.3 Mittlere Hochwasserhäufigkeit (Momentanabflüsse)

Die mittlere Hochwasserhäufigkeit f HQ (Momentanabflüsse) ist der langjährige Mittel- Definition wert der jährlichen Anzahl unabhängiger Hochwasserereignisse oberhalb des Hochwasserschwellenwertes.

1 n Berechnungsmöglichkeit 1: ⋅ (Anzahl unabhängige Q > Q * ) j n j =1 aus Messdaten

Q Momentanabflüsse des Jahres j Q* Hochwasserschwellenwert n Anzahl Jahre Hinweis 1: Es dürfen nur vollständige Jahresdatensätze verwendet werden. Hinweis 2: Es dürfen nur unabhängige Ereignisse gezählt werden. Zwei Ereignisse gelten als unabhängig, wenn nach einem Ereignis der Hochwasserschwellenwert um mindestens die Hälfte unterschritten und frühestens 5 Tage danach der Hochwasserschwellenwert wieder überschritten wird. Hinweis 3: Spülereignisse sollen nicht berücksichtigt werden, ausser es handelt sich um aus ökologischen Gründen verursachte künstliche Hochwasserereignisse (vgl. Beispiel Spöl in Aquatic Sciences (2003)).

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 38

3.5.4 Hochwasser-Saisonalität (mittleres Auftretensdatum und zeitliche Variabilität)

Die Hochwasser-Saisonalität bringt das zeitliche Verhalten des Jahreshochwassers zum Definition Ausdruck und entspricht der Lage eines Punktes (Spitze eines Vektors) im sogenannten Saisonalitätskreis (Einheitskreis). Die Lage wird bestimmt durch das mittlere Auftretensdatum‾θ HQ des Jahreshochwasserabflusses als Winkel sowie durch dessen zeitliche Variabilität r HQ als Länge des Vektors. Die Koordinatenachsen des Saisonalitätskreises sind analog einer Uhr so gedreht, dass der 1. Januar (x-Achse) auf der Ordinate liegt (12 Uhr) und die übrigen Kalendertage im Uhrzeigersinn angeordnet sind (siehe Abb. 12).

Abb. 12 > Beispiel des Saisonalitätskreises Das Auftretensdatum eines Einzelereignisses wird durch die Lage auf dem Einheitskreis resp. durch den entsprechenden Winkel θ des Einheitsvektors ausgedrückt. Durch die Addition der Einheitsvektoren resultiert die Saisonalität einer Stichprobe, welche einem Punkt (Spitze des resultierenden Vektors r) innerhalb des sogenannten Saisonalitätskreises entspricht. Der Winkel θ des Vektors r drückt das mittlere Auftretensdatum aus, die Länge des Vektors r ist ein Mass für die Variabilität des Auftretensdatums.

θ HQ = arctan(y x ) für ‾x > 0 θ HQ = arctan(y x ) + π für ‾x < 0 Berechnungsmöglichkeit 1: aus Messdaten

und

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 39

Mit‾x und‾y als arithmetische Mittel der kartesischen Koordinaten der Einzelereignisse j, wie folgt:

1 n 1 n ⋅ cos( θHQ , j )

JD HQ Julianisches Datum (Tag im Jahr) des Auftretens des Jahreshochwasserabflusses Q d,max im Jahr j θ HQ Winkelmass des Auftretensdatums des Jahreshochwasserabflusses Q d,max im Jahr j n Anzahl Jahre Hinweis: Ausführlichere Angaben zu den Berechnungen sind in Pfaundler und Wüthrich, 2006 enthalten.

Die Hochwasser-Saisonalität als Lage eines Punktes im Saisonalitätskreis kann in Berechnungsmöglichkeit 2: Abhängigkeit des Abflussregimetyps bestimmt werden. Dazu stehen entsprechende Grobabschätzung (über Auswertungen pro Abflussregimetyp zur Verfügung. Um die bestehenden Variationen Abflussregimetyp) zu berücksichtigen, wurde nicht ein Mittelwert ermittelt, sondern eine Zone im Saisonalitätskreis, definiert als kleinst mögliche Ellipse, welche 75 % der Werte der repräsentativen Abflussmessstationen eines Regimetyps umfasst. Abb. 13 zeigt diese 75 %- Quantilsellipsen pro Abflussregimetyp.

Abb. 13 > Hochwasser-Saisonalität pro Abflussregimetyp Links sind die 75 %-Quantilsellipsen der nordalpinen Regimetypen, rechts diejenigen der südalpinen Regimetypen dargestellt.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 40

3.6 Kenngrössen Niedrigwasserregime

3.6.1 Niedrigwasserabfluss

Der Niedrigwasserabfluss Q 347 entspricht dem Abfluss-Tagesmittelwert, der im zehnjähri- Definition gen Mittel an 95 % der Tage, d. h. im Durchschnitt an 347 Tagen pro Jahr, erreicht oder überschritten wird.

Q347 = 5% −Quantil von Qd Berechnungsmöglichkeit 1: aus Messdaten Qd Abfluss-Tagesmittelwerte Hinweis 1: Es dürfen nur vollständige Jahresdatensätze verwendet werden. Gemäss Definition in BUWAL (2000) soll eine 10-jährige Datenperiode ausgewertet werden. Hinweis 2: Spülereignisse sollen nicht berücksichtigt werden. Bei den Abfluss-Tagesmittelwerten von Tagen mit Spülereignissen soll der Anteil des Spülabflusses abgezogen werden.

Der Hydrologische Atlas der Schweiz (HADES) stellt auf Blatt 5.8 für den Ausfluss Berechnungsmöglichkeit 2: fast aller hydrologischen Bilanzgebiete der Schweiz sowie einiger Zwischenpunkte mit Schätzmethode (HADES 5.8) eine Abschätzung für Q 347 zur Verfügung. Anhand der Karte in HADES-Blatt 5.8 kann eruiert werden, in welchem Bilanzgebiet das untersuchte Einzugsgebiet liegt. Anschliessend kann der Q 347 -Wert (sowie die zugehörige Einzugsgebietsfläche, falls eine Inter- oder Extrapolation nötig ist) aus der Tabelle in HADES-Blatt 5.8 abgelesen werden.

Q347 = q 347 ,Re gimetyp ⋅ AEZG Berechnungsmöglichkeit 3: Grobabschätzung (über q 347,Regimetyp Spezifischer Niedrigwasserabfluss eines Regimetyps (Median) Abflussregimetyp) A EZG Einzugsgebietsfläche

Das q 347 kann in Abhängigkeit des Abflussregimetyps bestimmt werden. Dazu stehen die entsprechenden Medianwerte pro Abflussregimetyp zur Verfügung.

Tab. 6 > Spezifischer Niedrigwasserabfluss q 347 [l/s·km²] pro Abflussregimetyp Die folgenden Werte wurden im Rahmen von Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen ermittelt (Anhang A1). Zusätzliche Angaben sind aus einer räumlichen sowie einer Box-Plot- Darstellung ersichtlich (Anhang A3, Abb. 46).

Regimetyp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Median 3.2 5.1 6.5 6.4 7 7.5 6.8 4.8 4.1 4.4 4.4 2.7 8.4 5.5 5.2 9.2

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 41

3.6.2 Variationskoeffizient Niedrigwasserabfluss

Der Variationskoeffizient des Niedrigwasserabflusses CV-Q 347 ist eine Masszahl für die Definition natürliche Variabilität von Q 347 . Sie berechnet sich aus der Standardabweichung und dem Mittelwert der Q 347 -Werte von Einzeljahren.

s( Q347 , j ) ⋅100 Berechnungsmöglichkeit 1: aus Messdaten 347 , j /n

s Standardabweichung Q 347,j Niedrigwasserabfluss eines Einzeljahres j, d. h. der Tagesabfluss Q d , der an 95 % der Tage erreicht oder überschritten wird n Anzahl Jahre Hinweis: Es dürfen nur vollständige Jahresdatensätze verwendet werden.

Der CV-Q 347 kann in Abhängigkeit des Abflussregimetyps bestimmt werden. Dazu Berechnungsmöglichkeit 2: stehen die entsprechenden Medianwerte pro Abflussregimetyp zur Verfügung. Grobabschätzung (über Abflussregimetyp) Tab. 7 > Variationskoeffizient Niedrigwasserabfluss CV-Q 347 [%] pro Abflussregimetyp Die folgenden Werte wurden im Rahmen von Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen ermittelt (Anhang A1). Zusätzliche Angaben sind aus einer räumlichen sowie einer Box-Plot- Darstellung ersichtlich (Anhang A3, Abb. 47).

Regimetyp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Median 22 19 19 13 18 22 30 35 38 30 37 38 19 38 34 21

3.6.3 Mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode

Die mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode d Q347 entspricht dem langjährigen Mittelwert Definition der jährlich längsten zusammenhängenden Niedrigwasserperiode, während der Q 347 des Referenzzustands unterschritten wird.

n Berechnungsmöglichkeit 1: max,Q 347 , j /n aus Messdaten

d max,Q347 Jährlich längste zusammenhängende Periode mit Q d < Q 347,r in Anzahl Tagen n Anzahl Jahre Qd Abfluss-Tagesmittelwerte Q 347,r Niedrigwasserabfluss im Referenzzustand Hinweis: Überschreitet eine Niedrigwasserperiode einen Jahreswechsel, so wird diese Periode nicht geteilt. Handelt es sich um die längste Periode, so wird sie dem Jahr, in dem sie begann, zugewiesen.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 42

3.6.4 Niedrigwasser-Saisonalität (mittleres Auftretensdatum und zeitliche Variabilität)

Die Definition und Berechnungsmöglichkeiten der Niedrigwasser-Saisonalität erfolgen analog der Hochwasser-Saisonalität (Kap. 3.5.4). Anstelle des Zeitpunkts (Auftretensdatum) des Jahreshochwassers wird der Zeitpunkt des Jahresniedrigwasserabflusses eingesetzt.

Abb. 14 enthält die 75 %-Quantilsellipsen pro Abflussregimetyp für die Niedrigwasser- Saisonalität.

Abb. 14 > Niedrigwasser-Saisonalität pro Abflussregimetyp Links sind die 75 %-Quantilsellipsen der nordalpinen Regimetypen, rechts diejenigen der südalpinen Regimetypen dargestellt.

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 43

3.7 Kenngrössen Kurzzeiteffekte

3.7.1 Schwallabfluss

Der Schwallabfluss Q Schwall entspricht einem repräsentativen Abfluss während der Definition Schwallphasen. Dieser repräsentative Abfluss wird als 80 %-Quantil der Abfluss-Tagesmaxima einer repräsentativen Stichprobe bestimmt.

QSchwall = 80% −Quantil von Qmax Berechnungsmöglichkeit 1: aus Messdaten Q max Abfluss-Tagesmaxima (aus Momentanabflüssen) Hinweis 1: Die Abfluss-Tagesmaxima sollen aus einer Stichprobe von Momentanabflüssen von jeweils 10 Kalenderwochen bei Niedrigwasserverhältnissen in den dem aktuellen Betriebsregime am Besten entsprechenden fünf Jahren (i.d.R. den aktuellsten fünf Jahren) ermittelt werden. Hinweis 2: Mit der Anwendung des 80 %-Quantils wird erreicht, dass sich der Wert am oberen Rand der Verteilung der täglichen Schwallspitzen (Abfluss-Tagesmaxima) orientiert, ohne durch extreme Einzelereignisse dominiert zu werden. Zudem wird auch der Einfluss von Tagen ohne ausgeprägte Schwall/Sunk-Ereignisse (z. B. Wochenenden) gering gehalten.

QSchwall = QTurbine + QRest Berechnungsmöglichkeit 2: aus Betriebsdaten Q Turbine Schluckvermögen der Turbine(n) einer Kraftwerkszentrale Q Rest Restwassermenge oberhalb der Wasserrückgabe (Summe aller Dotierwassermengen gemäss Konzessionen im Einzugsgebiet und Niedrigwasserabfluss Q 347 des Zwischeneinzugsgebiets im Referenzzustand)

3.7.2 Sunkabfluss

Der Sunkabfluss Q Sunk entspricht einem repräsentativen Abfluss während der Sunkphasen. Definition Dieser repräsentative Abfluss wird als 20 %-Quantil der Abfluss-Tagesminima einer repräsentativen Stichprobe bestimmt.

QSunk = 20% −Quantil von Qmin Berechnungsmöglichkeit 1: aus Messdaten Qmin Abfluss-Tagesminima (aus Momentanabflüssen) Hinweis 1: Die Abfluss-Tagesminima sollen aus einer Stichprobe von Momentanabflüssen von jeweils 10 Kalenderwochen bei Niedrigwasserverhältnissen in den dem aktuellen Betriebsregime am Besten entsprechenden fünf Jahren (i.d.R. den aktuellsten fünf Jahren) ermittelt werden. Hinweis 2: Mit der Anwendung des 20 %-Quantils wird erreicht, dass sich der Wert am unteren Rand der Verteilung der täglichen Sunkabflüsse (Abfluss-Tagesminima) orientiert, ohne durch extreme Einzelereignisse dominiert zu werden. Zudem wird auch der Einfluss von Tagen ohne ausgeprägte Schwall/Sunk-Ereignisse (z. B. Wochenenden) gering gehalten.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 44

QSunk = QRest Berechnungsmöglichkeit 2: aus Betriebsdaten Q Rest Restwassermenge oberhalb der Wasserrückgabe (Summe aller Dotierwassermengen gemäss Konzessionen im Einzugsgebiet und Niedrigwasserabfluss Q 347 des Zwischeneinzugsgebiets im Referenzzustand)

Das Schwall/Sunk-Verhältnis V S/S entspricht einem repräsentativen Verhältnis der Abflüs- Definition se während der Schwall- resp. der Sunkphasen. Dieses repräsentative Verhältnis wird als 80 %-Quantil der Verhältnisse von Abfluss- Tagesmaximum zu Abfluss-Tagesminimum einer repräsentativen Stichprobe bestimmt.

⎛Q ⎞ Berechnungsmöglichkeit 1: VS / S = 80% −Quantil von ⎜⎜ max ⎟⎟ aus Messdaten ⎝ Qmin ⎠

Q max Abfluss-Tagesmaxima (aus Momentanabflüssen) Q min Abfluss-Tagesminima (aus Momentanabflüssen) Hinweis 1: Die Abfluss-Tagesmaxima und -Tagesminima sollen aus einer Stichprobe von Momentanabflüssen von jeweils 10 Kalenderwochen bei Niedrigwasserverhältnissen in den dem aktuellen Betriebsregime am Besten entsprechenden fünf Jahren (i.d.R. den aktuellsten fünf Jahren) ermittelt werden. Hinweis 2: Pro Tag wird das Verhältnis Abfluss-Tagesmaximum zu -Tagesminimum gebildet und anschliessend das 80 %-Quantil der Verhältnisse bestimmt. Hinweis 3: Mit der Anwendung des 80 %-Quantils wird erreicht, dass sich der Wert am oberen Rand der Verteilung der täglichen Verhältniswerte (Abfluss-Tagesmaximum zu Tagesminimum) orientiert, ohne durch extreme Einzelereignisse dominiert zu werden. Zudem wird auch der Einfluss von Tagen ohne ausgeprägte Schwall/Sunk- Ereignisse (z. B. Wochenenden) gering gehalten.

VS / S = (QTurbine + Q Re st ) / Q Rest Berechnungsmöglichkeit 2: aus Betriebsdaten Q Turbine Schluckvermögen der Turbine(n) einer Kraftwerkszentrale Q Rest Restwassermenge oberhalb der Wasserrückgabe (Summe aller Dotierwassermengen gemäss Konzessionen im Einzugsgebiet und Niedrigwasserabfluss Q 347 des Zwischeneinzugsgebiets im Referenzzustand)

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 45

3.7.4 Pegelanstiegsrate Schwall/Sunk

Die Pegelanstiegsrate Schwall/Sunk PR Schwall entspricht einer repräsentativen Maximal- Definition Pegeländerungsrate im Übergang der Sunk- zur Schwallphase. Die Pegelanstiegsrate Schwall/Sunk wird als Median der täglichen Maximal-Pegeländerungsraten einer repräsentativen Stichprobe bestimmt.

Pt − Pt −1 Berechnungsmöglichkeit 1: ∆t aus Messdaten

Pt Pegel zum Zeitpunkt t (Momentanwerte) PR t Pegeländerungsrate zum Zeitpunkt t PR max Tagesmaxima der Pegeländerungsrate PR t Hinweis 1: Die Pegeländerungsraten sollen aus einer Stichprobe von Momentanwerten von jeweils 10 Kalenderwochen bei Niedrigwasserverhältnissen in den dem aktuellen Betriebsregime am Besten entsprechenden fünf Jahren (i.d.R. den aktuellsten fünf Jahren) ermittelt werden. Hinweis 2: Mit der Anwendung des Medians wird erreicht, dass extreme Einzelereignisse nicht dominieren und der Einfluss von Tagen ohne ausgeprägte Schwall/Sunk-Ereignisse (z. B. Wochenenden) gering gehalten wird. Hinweis 3: Die Bestimmung der täglichen Maximal-Pegeländerungsraten PR max ist in Pfaundler & Keusen (2007) illustriert.

3.7.5 Pegelrückgangsrate Schwall/Sunk

Die Pegelrückgangsrate Schwall/Sunk PR Sunk entspricht einer repräsentativen Minimal- Definition Pegeländerungsrate im Übergang der Schwall- zur Sunkphase. Die Pegelrückgangsrate Schwall/Sunk wird als Median der Absolutwerte der täglichen Minimal-Pegeländerungsraten einer repräsentativen Stichprobe bestimmt.

Pt − Pt −1 Berechnungsmöglichkeit 1: PRSunk = Median von PR min mit PR t = ∆t aus Messdaten

Pt Pegel zum Zeitpunkt t (Momentanwerte) PR t Pegeländerungsrate zum Zeitpunkt t PR min Tagesminima der Pegeländerungsrate PR t Hinweis 1: Die Pegeländerungsraten sollen aus einer Stichprobe von Momentanwerten von jeweils 10 Kalenderwochen bei Niedrigwasserverhältnissen in den dem aktuellen Betriebsregime am Besten entsprechenden fünf Jahren (i.d.R. den aktuellsten fünf Jahren) ermittelt werden. Hinweis 2: Mit der Anwendung des Medians wird erreicht, dass extreme Einzelereignisse nicht dominieren und der Einfluss von Tagen ohne ausgeprägte Schwall/Sunk-Ereignisse (z. B. Wochenenden) gering gehalten wird. Hinweis 3: Die Bestimmung der täglichen Minimal-Pegeländerungsraten PR min ist in Pfaundler & Keusen (2007) illustriert.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 46

3.7.6 Spülabfluss

Der Spülabfluss Q Spül ist der durch eine Spülung oder Entleerung typischerweise verur- Definition sachte Mehrabfluss, also die Differenz zwischen Abflussspitze und Grundabfluss. Als typisch werden dabei die derzeitigen und zukünftig zu erwartenden Spülereignisse herangezogen.

Q Spül = Q Spül ,max − Q Grund Berechnungsmöglichkeit 1: aus Messdaten Q Spül,max Abflussspitze während den Spülungen Q Grund Grundabfluss vor Beginn der Spülung Hinweis 1: Die Grössen Spülabfluss und Grundabfluss sind in Abb. 26 (in Kap. 5.9) illustriert. Hinweis 2: Die Abflüsse müssen aus Abflussganglinien (Momentanwerte) ermittelt werden; Tagesmittelwerte genügen nicht.

Abschätzung von Q Spül aus Betriebsdaten resp. aus Angaben der Konzessionsunterla- Berechnungsmöglichkeit 2: gen. aus Betriebsdaten

3.7.7 Häufigkeit der Spülungen und Entleerungen

Die Häufigkeit der Spülungen und Entleerungen f Spül entspricht der mittleren jährlichen Definition Anzahl Spülereignisse oder Entleerungen mit einem Abfluss, der gleich gross oder grösser ist als der Spülabfluss Q Spül gemäss Definition in Kap. 3.7.6.

Abschätzung von f Spül aus Betriebsdaten resp. aus Angaben der Konzessionsunterla- Berechnungsmöglichkeit 1: gen. aus Betriebsdaten

3.7.8 Pegelanstiegsrate Spülungen und Entleerungen

Die Pegelanstiegsrate Spülung und Entleerung PR Spül entspricht einer typischen Maxi- Definition mal-Pegelanstiegsrate, die durch eine Spülung oder Entleerung verursacht wird. Als typisch werden dabei die derzeitigen und zukünftig zu erwartenden Spülereignisse herangezogen.

3 > Berechnung hydrologische Kenngrössen 47

Pt − Pt −1 Berechnungsmöglichkeit 1: ∆t aus Messdaten

Pt Pegel zum Zeitpunkt t (Momentanwerte) PR t Pegeländerungsrate zum Zeitpunkt t

Abschätzung von PR Spül aus Betriebsdaten anhand der mittleren Steigung des Pegels Berechnungsmöglichkeit 2: vom Grundabfluss zur Abflussspitze. Grobabschätzung aus Betriebsdaten PSpül ,max − PGrund t Spül ,max − t 0

P Spül,max Pegelspitze während den Spülungen P Grund Durchschnittlicher Pegel vor Beginn der Spülung, siehe Abb. 26 (in Kap. 5.9) t Spül,max Zeitpunkt der Pegelspitze während der Spülung t0 Zeitpunkt des Beginns der Spülung

3.7.9 Mittlere Hochwasserhäufigkeit durch Regenwassereinleitungen (Momentanabflüsse)

Es ist hierbei zu beachten, dass diese Regenwassereinleitungen während Regenereignissen auftreten. Deshalb treten sie mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zeitgleich mit erhöhten Abflüssen im Vorfluter auf, wobei die Einleitung akzentuiert ist und damit zeitlich vor dem natürlichen Abflussanstieg erfolgen kann.

Die mittlere Hochwasserhäufigkeit durch Regenwassereinleitungen f E (Momentanabflüs- Definition se) drückt aus, wie oft es durchschnittlich pro Jahr durch Regenwassereinleitungen im Vorfluter zu Spitzenabflüssen oberhalb des Hochwasserschwellenwertes kommt. Für die Bestimmung der Spitzenabflüsse im Vorfluter wird der Spitzenabfluss der Regenwassereinleitung zum mittleren jährlichen Abfluss des Vorfluters addiert.

1 n Berechnungsmöglichkeit 1: ∑ fE = ⋅ (Anzahl Einleitungen mit (MQVorfluter + QE ) > Q * )j n j =1 aus Messdaten

MQ Vorfluter Mittlerer jährlicher Abfluss des Vorfluters QE Spitzenabflüsse von Regenwassereinleitungen des Jahres j Q* Hochwasserschwellenwert (siehe Kap. 3.5.2) n Anzahl Jahre

Abschätzung von f E anhand Informationen zur Grösse und Häufigkeiten der Einleitun- Berechnungsmöglichkeit 2: gen aus den Entwässerungsanlagen aus den GEP. aus Betriebsdaten

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 48

Abschätzung von f E anhand entsprechender Berechnungen gemäss GEP-Methodik in Berechnungsmöglichkeit 3: VSA (2002) oder mit dem Programm REBEKA gemäss Rauch et al. (2000). Dabei gemäss GEP-Methodik kann die Formel zur Berechnung der Regenwassereinleitung rückwärts aufgelöst werden nach der Jährlichkeit der Regenintensität r D,T für die geschätzte Konzentrationszeit (Dauer D).

fE = 1 / T mit T von r D,T bei D = Konzentrationszeit und r D ,T = (Q * − MQ Vorfluter ) / (AEntw ⋅ψ )

T Jährlichkeit r D,T Regenintensität für die geschätzte Konzentrationszeit D und die Jährlichkeit T; Ermittlung anhand Regenintensitätsanalysen, z. B. Regenintensitätskurven SN 640 350; HADES Tafel 2.4) Q* Hochwasserschwellenwert (siehe Kap. 3.5.2) MQ Vorfluter Mittlerer jährlicher Abfluss des Vorfluters A Entw Entwässerte Fläche Ψ Spitzenabflusskoeffizient

4 > Untersuchungsraum und Eingriffsinventar 49

4 > Untersuchungsraum und Eingriffsinventar Dieses Kapitel erläutert den Methodikschritt zur Abgrenzung des Untersuchungsraumes und zur Erstellung des Eingriffsinventars. Als Resultat dieses Schrittes liegt ein Eingriffsinventar als Tabelle und Karte vor, worin alle Eingriffe enthalten sind. Diese werden unterschieden nach erheblichen Eingriffen, welche bestimmte Schwellenwerte überschreiten, und weiter nach signifikanten Eingriffen, deren Auswirkungen auf das Abflussregime der betrachteten Fliessgewässer als signifikant beurteilt werden. Dieser Methodikschritt sollte mit Hilfe des Kapitels ohne weitere vertiefte wasserwirtschaftliche und hydrologische Kenntnisse durchführbar sein.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 50

4.1 Untersuchungsraum

In einem ersten Schritt wird der Untersuchungsraum festgelegt. Der Untersuchungs- Hydrologisches Einzugsgebiet raum sollte sich idealerweise auf ein hydrologisch definiertes Einzugsgebiet (EZG) als Untersuchungsraum beziehen, welches sich auch über kantonale oder andere politisch-administrative Grenzen hinweg ziehen kann. Grund dafür ist, dass das Einzugsgebiet den Wirkungsraum von Eingriffen auf das Abflussregime darstellt.

Bei der Festlegung des Untersuchungsraumes ist darauf zu achten, dass durch die wasserwirtschaftlichen Eingriffe eine Verschiebung von Wasser über die natürlichen topografischen Einzugsgebietsgrenzen hinaus möglich ist.

Die eigentliche räumliche Bezugseinheit für die Bewertung ist das Gewässernetz, Gewässernetz als räumliche aufgeteilt in einzelne Abschnitte. Im Untersuchungsraum ist daher ein Gewässernetz Bezugseinheit als Grundlage festzulegen, auf das sich die Bewertung bezieht. Um die Bearbeitung zu erleichtern, wird die Verwendung eines digitalen Gewässernetzes empfohlen.

4.2 Identifizieren der Eingriffe

Für das Erstellen des Eingriffsinventars müssen in einem ersten Schritt alle Eingriffe mit potenziellen Auswirkungen auf das Abflussregime identifiziert und erfasst werden. Dazu sind die Angaben zu den im Rahmen von HYDMOD-F nicht berücksichtigten Eingriffen in Kapitel 2.2 zu beachten. In zwei weiteren Schritten werden die Erheblichkeit und die Signifikanz des Eingriffs geprüft (Kap. 4.3 resp. Kap. 4.4).

Im Rahmen von HYDMOD-F werden unter Eingriffen anthropogene Massnahmen Eingriffe = wasserwirtschaftliche baulicher oder betrieblicher Natur verstanden, welche Auswirkungen auf das Abfluss- Massnahmen regime haben. Die Mehrheit der Eingriffe sind Massnahmen aus dem Bereich der Wasserkraftnutzung und aus der Siedlungswasserwirtschaft. Aus diesen beiden Sektoren der Wasserwirtschaft resultieren in der Schweiz die grössten Veränderungen des Abflussregimes.

HYDMOD-F schlägt gemäss Tab. 8 eine Typisierung der Eingriffe vor, welche sich an Typisierung der Eingriffe der Art und dem primären Zweck des Eingriffs orientiert. Die später folgenden Arbeitsschritte gehen von dieser Kategorisierung aus. Kann ein Eingriff keinem Eingriffstyp zugeordnet werden, so ist es der Einschätzung des Anwenders überlassen, das Inventar entsprechend zu erweitern und eine Bewertung in Analogie zu den übrigen Eingriffen vorzunehmen.

Es wird empfohlen, im Rahmen von HYDMOD-F auch Staustrecken mitzuerfassen. Inventarisierung von Diese verändern zwar nicht das Abflussregime an sich, jedoch den Fliesscharakter und Staustrecken sollen deshalb inventarisiert aber nicht bewertet werden.

4 > Untersuchungsraum und Eingriffsinventar 51

Tab. 8 > Eingriffstypen und -arten mit Erheblichkeits-Schwellenwert und Signifikanzkriterium Das Signifikanzkriterium bezieht sich immer auf Q 347 oder MQ des Referenzzustandes.

Code Bezeichnung Charakteristische Grösse Erheblichkeits- Signifikanzkriterium Schwellenwert

A Wasserentnahme (aus Oberflächengewässer) A1 Ab-/Über-/Umleitung zur Wasserkraftnutzung Q A = max. bewilligte Entnahmemenge Q A ≥ 20 l/s Q A : Q 347 > 20 % A2 Trinkwasser-/Brauchwasserentnahme Q A = max. bewilligte Entnahmemenge Q A ≥ 20 l/s Q A : Q 347 > 20 % (kommunale, industrielle Nutzung) A3 Kühlwasserausleitung Q A = max. bewilligte Entnahmemenge Q A ≥ 20 l/s Q A : Q 347 > 20 % A4 Beschneiungsanlage Q A = max. bewilligte Entnahmemenge Q A ≥ 20 l/s Q A : Q 347 > 20 % A5 landwirtschaftliche Bewässerung Q A = max. bewilligte Entnahmemenge Q A ≥ 20 l/s Q A : Q 347 > 20 % A6 für fischereiwirtschaftliche Zwecke Q A = max. bewilligte Entnahmemenge Q A ≥ 20 l/s Q A : Q 347 > 20 %

B Wasserzufuhr / -einleitung (direkt in Oberflächengewässer) B1 Strassenentwässerung A Entw = entwässerte Fläche, Q S = max. Abfluss A Entw ≥ 5 ha Q s : MQ > 25 % B2 ARA-Auslauf EW = Einwohnerwerte hydraulisch, ≥ 500 EW Q s : MQ > 25 % B3 Regenwasserkanalisation A Entw = entwässerte Fläche, Q S = max. Abfluss A Entw ≥ 15 ha Q s : MQ > 25 % (Trennsystem ohne Regenrückhaltebecken) B4 Regenüberlaufbecken (Misch-/Trennsystem) A Entw = entwässerte Fläche, Q S = max. Abfluss A Entw ≥ 25 ha Q s : MQ > 25 % B5 Kühlwassereinleitung Q T = max. bewilligte Kühlwasserabflussmenge Q T ≥ 20 l/s Keines. B6 Überleitung aus anderen Einzugsgebieten Q Ü = max. bewilligte Abflussmenge Überleitung Q ü ≥ 20 l/s Q ü : MQ > 10 % B7 Rückgabe turbiniertes Wasser (Triebwasser) L installiert = installierte Leistung, L installiert ≥ 50 kW Q Schwall : MQ > 25 % aus Wasserkraftwerken mit Schwallbetrieb Q Schwall = Schwallabfluss B8 Rückgabe turbiniertes Wasser (Triebwasser) Q s = max. Abfluss aus Wasserkraftwerk Q s ≥ 20 l/s Q s : MQ > 25 % aus Wasserkraftwerken (aber nicht Typ B7)

C Wasserspeicherung und -regulierung (Änderung des zeitlichen Ablaufes) C1 Speicherseen für die Wasserkraft (Tages- Vol Speicher = Speichervolumen bei Stauziel Vol Speicher ≥ 15 000 m³ Vol Speicher > 12h· MQ Speicherzuflüsse /Wochen-/Jahresspeicher) C2 Mehrzweck- und andere Speicherseen Vol Speicher = Speichervolumen bei Stauziel Vol Speicher ≥ 15 000 m³ Vol Speicher > 12h· MQ Speicherzuflüsse (Bewässerung, Erholung, Beschneiung,…) C3 Ausflussregelungen von natürlichen Seen Vol See = Seevolumen, A See = Seefläche, A See ≥ 10 ha oder Vol Regulierung > 12h· MQ Seezuflüsse (Seeausflussregulierungen) Vol Regulierung = regulierbares Seevolumen bis HQ 1 Vol See ≥ 25 000 m³ C4 Hochwasser-Rückhaltebecken Vol Retention = Retentionsvolumen Vol Ret. ≥ 10 000 m³ Vol Retention > 1.5h· MQ

D Grundwasserbezogene Massnahmen D1 Entnahmen aus Quellen Q A = max. bewilligte Entnahmemenge Q A ≥ 15 l/s Q A : Q 347 > 20 % D2 Entnahmen von gepumptem GW Q A = max. bewilligte Entnahmemenge Q A ≥ 40 l/s Keines D3 GW-Anreicherung Q s = max. bewilligte Einspeisemenge Q S ≥ 50 l/s Keines

E Spülungen und Entleerungen (Sedimentbewirtschaftung) E1 Stauraumspülungen Q Spül = Spülabfluss, f Spül = Spülungen/Jahr Q Spül > 150 l/s f Spül <10 <20 <40 >40 E2 Entsanderspülungen Q Spül = Spülabfluss, f Spül = Spülungen/Jahr Q Spül > 150 l/s f Spül <10 <20 <40 >40 (Wasserfassungen, ARA etc.) Q Sp. :MQ >85 % >65 % >50 % >25 %

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 52

4.3 Feststellen der Erheblichkeit der Eingriffe

Für HYDMOD-F ist ein Eingriff erheblich, wenn er eine bestimmte Mindestgrösse Beschränkung überschreitet. Damit wird verhindert, dass für kleine, oft schlecht dokumentierte Ein- auf erhebliche Eingriffe griffe in den folgenden Arbeitsschritten grosser Aufwand betrieben werden muss. Mit dieser Vorausscheidung wird der Aufwand der Methodenanwendung reduziert. Dieses Vorgehen ist eine Konzession an die Anwendbarkeit der Methode. Dabei ist folgendes zu beachten:

> Diese Vorausscheidung kann zur Vernachlässigung von lokal signifikanten Beein- Vernachlässigung trächtigungen (vgl. Kap. 4.4) führen, wenn kleine, als nicht erheblich eingestufte kleiner Gewässer Eingriffe kleine Gewässer betreffen. Entsprechend ist die Anwendung der Methode für mikroskalige Gewässer nicht vorgesehen (vgl. Kap. 2.2).

> Liegen mehrere gleichartige, für sich alleine nicht erhebliche Eingriffe räumlich Bündelung nahe beieinander, so ist zu prüfen, ob sie zusammengefasst den Erheblichkeits- mehrerer kleiner Eingriffe Schwellenwert überschreiten. Falls dies so ist, wird eine summarische Beurteilung der Eingriffe empfohlen. Die räumliche Nähe ist gegeben, wenn zwei Eingriffe am gleichen Gewässer liegen und das grössere Einzugsgebiet höchstens 15 % grösser ist als das kleinere.

Für jede Eingriffsart ist deshalb in Tab. 8 für eine charakteristische Grösse, z. B. die Entnahmemenge, ein entsprechender Schwellenwert festgelegt.

4.4 Feststellen der Signifikanz der Eingriffe

In diesem Arbeitsschritt wird im Sinne einer Immissionsbetrachtung festgestellt, ob das Signifikanz gemäss Ausmass des Eingriffs im relativen Bezug zu den natürlichen hydrologischen Bedin- Immissionsbetrachtung gungen am untersuchten Gewässer signifikant ist. Die Signifikanzkriterien in Tab. 8 sind so aufgebaut, dass sie eine Grösse, welche den Eingriff charakterisiert, mit einer hydrologischen Kenngrösse des natürlichen Abflussregimes am Ort des Eingriffs ins Verhältnis setzen.

Wird das festgesetzte Signifikanzkriterium unterschritten, so wird angenommen, dass Ausscheidung von Eingriffen der Eingriff zu keiner signifikanten Beeinflussung des Abflussregimes führt und letzte- ohne Beeinträchtigung res trotz dieses Eingriffs als Zustandsklasse 1 «natürlich/naturnah» eingestuft werden kann. Mit dieser Vorausscheidung von Eingriffen, die voraussichtlich zu keinen Beeinträchtigungen führen, wird der Aufwand der Methodenanwendung reduziert.

Liegen mehrere gleichartige, für sich alleine nicht erhebliche Eingriffe räumlich nahe Bündelung mehrerer kleiner beieinander, so ist zu prüfen, ob sie zusammengefasst das Signifikanzkriterium über- Eingriffe schreiten. Falls dies so ist, wird eine summarische Beurteilung der Eingriffe empfohlen. Die räumliche Nähe ist gegeben, wenn zwei Eingriffe am gleichen Gewässer liegen und das grössere Einzugsgebiet höchstens 15 % grösser ist als das kleinere.

4 > Untersuchungsraum und Eingriffsinventar 53

Für die beiden grundwasserbezogenen Eingriffstypen D2 und D3 wurde kein Signifi- Ausnahmen kanzkriterium definiert, da ihre Wirkung auf das Abflussregime indirekt ist. Ebenfalls kein Signifikanzkriterium gibt es beim Eingriffstyp B5 (Kühlwassereinleitung), weil es die Rückleitung einer vorherigen Ausleitung (Typ A3) ist und daher ab der Rückgabestelle das Abflussregime – abgesehen von der thermischen Veränderung – wieder unverändert ist. Eine weitergehende Bewertung dieser Eingriffstypen ist deshalb im Rahmen von HYDMOD-F nicht vorgesehen.

4.5 Tabelle und Darstellung Eingriffsinventar

Im EDV-Programm HYDMOD-FIT können die Eingriffe im Sinne eines Inventars HYDMOD-FIT als Hilfsmittel erfasst werden. Die Applikation schlägt pro Eingriffsart die zu erfassenden Informationen vor. Im Wesentlichen umfasst dies folgende Informationen:

> Name / Bezeichnung des Eingriffs > Eingriffstyp > Charakteristische Grössen je nach Eingriffstyp > Koordinaten und Höhe des Eingriffs [m ü.M.] > Einzugsgebietsfläche [km²] und mittlere Höhe des Einzugsgebiets [m ü.M.] > Betroffenes Gewässer > Abflussregimetyp

Für die kartografische Darstellung der Eingriffe lassen sich aus HYDMOD-FIT Daten- Kartografische Darstellung tabellen für den Import in ein GIS erstellen. Weiter stehen Symbolisierungsvorschläge zur Verfügung, welche auch die Ausweisung von Staustrecken und Messstationen vorsehen (siehe Beispiel in Abb. 15). Für ESRI-Software liegen Layer-Dateien und vorgefertigten Legenden vor.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 54

Abb. 15 > Kartografische Darstellung des Eingriffinventars Eingriffskarte am Beispiel der Sitter, Kt. SG, AI und AR.

(c) 2010 swisstopo (BA100271)

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 55

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren Dieses Kapitel erläutert den Methodikschritt zur Berechnung der Bewertungsindikatoren.

Als Resultat dieses Schrittes liegt eine Tabelle mit Punktbewertungen an den Eingriffsorten vor. Neun verschiedene Bewertungsindikatoren mit einer Unterteilung in jeweils fünf Bewertungsklassen – von naturnah bis naturfern – werden definiert. Je nach Eingriffsart müssen jeweils nicht alle neun Bewertungsindikatoren berechnet werden. Für die Durchführung dieses Methodikschrittes sind vertiefte hydrologische Kenntnisse vorteilhaft.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 56

5.1 Zu berücksichtigende Bewertungsindikatoren

Manche Eingriffe verändern nur einzelne Merkmale des Abflussregimes, andere zeigen Einschränkung der Bewertung bezüglich fast allen Bewertungsindikatoren Beeinträchtigungen. Um den Aufwand bei auf Indikatoren mit erwarteter der Anwendung von HYDMOD-F zu beschränken, kann deshalb die Bewertung auf Beeinträchtigung die Auswertung derjenigen Indikatoren eingeschränkt werden, bei denen Beeinträchtigungen erwartet werden. Entsprechend wird davon ausgegangen, dass die Bewertung der übrigen Bewertungsindikatoren in der Zustandsklasse 1 «natürlich/naturnah» liegt.

Tab. 9 nimmt für jeden Eingriffstyp eine Einschätzung vor, welche Bewertungsindika- Angaben über erwartete toren vermutlich beeinträchtigt werden. Dabei wird folgende Unterscheidung gemacht: Auswirkungen eines Eingriffs

> x: Auswirkungen erwartet; zur Analyse empfohlen > (x): nur geringfügige Auswirkungen erwartet; nur in Ausnahmefällen zur Analyse empfohlen > (): indirekte Auswirkungen denkbar; im Rahmen von HYDMOD nicht zu berücksichtigen (siehe Kap. 4.4)

Tab. 9 > Erwartete Beeinträchtigung von Bewertungsindikatoren durch verschiedene Eingriffstypen Die Codierung der Eingriffstypen entspricht Tab. 8.

Eingriffstyp A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 E1 E2 Mittelwasser-Abflussverlauf x x x x x x x x x x x x x Hochwasserhäufigkeit x x x (x) x x x x x x Hochwasser-Saisonalität x x x (x) (x) (x) (x) x x x x x x x x Niedrigwasserabfluss x x x x x x x x x x x x x x () () Niedrigwasser-Saisonalität x x x x x x x x x x x x x x () () Dauer Niedrigwasserperioden x x x x x x x x x x x x x x () () Schwall/Sunk-Phänomen x Spülung und Entleerung x x x x x x x x x x Regenwassereinleitungen x x x

Die Angaben sind indikativ, d. h. es ist nicht auszuschliessen, dass ein konkreter Ein- Situationsbezogene Auswahl der griff auch andere als die in der Tabelle angegebenen Auswirkungen hat. Falls eine relevanten Indikatoren spezielle Situation dies vermuten lässt, so sollten zusätzliche Indikatoren ausgewertet werden. Umgekehrt gibt es Situationen, wo für besondere Gewässertypen auf die Auswertung verzichtet werden kann. Beispielsweise sind bei dominant Grundwassergespiesenen Gewässern die Hochwasserindikatoren nicht aussagekräftig, weil natürlicherweise keine ausgeprägten Hochwasserereignisse vorkommen. Deshalb kann auf eine Auswertung der hochwasserbezogenen Bewertungsindikatoren verzichtet werden.

Falls oberhalb des zu untersuchenden Eingriffs weitere Eingriffe liegen, so können Berücksichtigung oberhalb deren Effekte an der untersuchten Eingriffsstelle immer noch spürbar sein. Sofern das liegender Eingriffe Signifikanzkriterium dieser Eingriffe an der untersuchten Eingriffsstelle immer noch erfüllt ist, sollten auch die durch diese Eingriffe erwartungsgemäss betroffenen Indikatoren ausgewertet werden. In Situationen, bei welchen eine Wasserentnahme und die

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 57

entsprechende Wasserrückgabe zeitlich und örtlich nahe erfolgen, kann bei der Wasserrückgabe die Bewertung von oberhalb der Wasserentnahme übernommen werden.

5.2 Mittelwasser-Abflussverlauf

5.2.1 Herleitung und Definition

Der Bewertungsindikator «Mittelwasser-Abflussverlauf» beschreibt die grundsätzliche Herleitung Natürlichkeit der mittleren Abflüsse und ihres Jahresverlaufs. Es wird eine relative Grösse R hergeleitet, welche die Veränderungen des mittleren jährlichen Abflusses (MQ) sowie die saisonalen Verschiebungen der monatlichen Abflüsse (Pardékoeffizienten Pk i ) zusammenfasst.

Veränderungen durch Eingriffe können einerseits aus saisonalen Verschiebungen (MQ bleibt gleich, aber die Pk i verändern sich, z. B. durch Speicherung) andererseits aus einer Zu- oder Abnahme des Gesamtjahresabflusses (MQ ändert sich wegen Zu- oder Ableitungen, saisonales Muster bleibt aber gleich) oder aus einer Kombination resultieren. Abb. 16 zeigt ein Beispiel, wo durch wasserwirtschaftliche Eingriffe sowohl eine Verringerung von MQ als auch eine Veränderung des saisonalen Abflussverhaltens aufgetreten ist.

Die ökologische Bedeutung liegt einerseits in den Veränderungen der Ausdehnung des Gewässerlebensraums im Jahresverlauf. Andererseits kann eine Abnahme des Gesamtjahresabflusses die Verdünnung von Schmutzstoffen verringern und die Grundwasserspeisung beeinträchtigen.

Abb. 16 > Natürliche Referenz und beeinflusster Zustand Natürlicher (Referenz, Messreihe 1904–1958) und beeinflusster (Messreihe 1963–2000) Verlauf der mittleren monatlichen Abflüsse sowie die Differenzen ∆MMQ i für den Brenno bei Loderio.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 58

Der eigentliche Bewertungsindikator ist eine relative Grösse R r,b , welche aus MQ und Bewertungsindikator Pk i (resp. MMQ i ) die in Abb. 16 aufgezeigten Differenzen aufsummiert und auf MQ des Referenzzustands bezieht.

Der Bezug zum Referenzzustand ist im Indikatorwert R r,b bereits enthalten. Bezug zum Referenzzustand

Die Klassierungsregel vergleicht R r,b mit der natürlichen Variabilität von MQ und Pk i Natürliche Variabilität in Abhängigkeit vom Abflussregimetyp, ausgedrückt durch den Indikator R j,Regimtyp . Sowohl MQ als auch Pk i schwanken unter natürlichen Verhältnissen von Jahr zu Jahr. Diese Schwankungen von MQ und Pk i der Einzeljahre um deren langjährige Mittelwerte können als R-Werte pro Jahr R j ausgedrückt werden. Die Abflussregimetypspezifischen Auswertungen von R j,Regimtyp in Anhang A2, Abb. 11, zeigen deutliche Unterschiede zwischen den Abflussregimetypen.

> R r,b : R-Wert Referenz- (r) zu beeinflusstem (b) Zustand Bewertungsgrössen > R j,Regimetyp : R-Werte von Einzeljahren j zu langjährigem Mittelwert des Regimetyps

5.2.2 Berechnungen

Der R-Wert Referenz- (r) zu beeinflusstem (b) Zustand R r,b ist eine relative Grösse und Berechnung Indikatorwert R r,b bezieht die Summe der Absolutbeträge aller Differenzen zwischen den Monatsabflüssen des Referenz- und des beeinflussten Zustands auf die Summe der Monatsabflüsse des Referenzzustands.

12 12

MMQi ,r − MMQi ,b /( ∑ MMQ ) ⋅100 [% ] i ,r

MMQ i,r Mittlere monatliche Abflüsse für den Monat i des Referenzzustands (vgl. Kap. 3.4.1) MMQ i,b Mittlere monatliche Abflüsse für den Monat i des beeinflussten Zustands (vgl. Kap. 3.4.1)

In die Bewertung fliessen die 50 %-, 65 %- und 80 %-Quantile des R-Wert R j,Regimetyp Berechnung weitere ein. Diese Werte müssen nicht berechnet werden, sondern können aus Tab. 10 ent- Bewertungsgrössen nommen werden.

Tab. 10 > Quantile des R-Werts R j,Regimetyp [%] pro Abflussregimetyp Die folgenden Werte wurden im Rahmen von Abflussregimetyp-spezifischen Auswertungen ermittelt (Anhang A1). Die den Quantil-Werten zugrunde liegenden Berechnungen und theoretischen Verteilfunktionen sind in Anhang A2, Abb. 11 dargestellt.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 50 %-Quantil 18 16.3 17.5 21.1 19.3 25.9 31.5 39.5 40.4 42.8 44.9 49.1 27.7 44.5 52.8 39.8 65 %-Quantil 19.8 18.3 20.2 23.9 21.6 28.8 35.1 43.4 44.8 47.7 48.2 54.2 32.2 49.8 62.0 45.6 80 %-Quantil 21.9 20.6 23.8 27.7 24.7 32.7 39.8 48.7 49.9 53.5 52.3 60.8 38.4 56.8 75.1 53.5

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 59

5.2.3 Klassierung

Für die Klassen 1–3 erfolgt die Einstufung durch Vergleich einerseits mit Quantilen Klassierungsregel der Abflussregimetyp-spezifischen R-Werte, andererseits mit absoluten Schwellenwerten von R r,b , wobei nur eine Bedingung erfüllt sein muss. Für die Klassen 4 und 5 gelten absolute Schwellenwerte von R r,b .

Abb. 17 > Klassierungsregel Mittelwasser-Abflussverlauf

Veranschaulicht ist dieser Ansatz anhand eines Beispieles mit einem berechneten R- Anwendungsbeispiel Wert R r,b von 36 %. Es zeigt, wie das unterschiedliche Ausmass der natürlichen Variabilität von MQ und Pk im Bewertungsansatz berücksichtigt wird:

> Handelt es sich um einen Eingriff in einem Gebiet mit Abflussregimetyp 3 (a-glacionival), so liegt der Wert R r,b von 36 % über den beiden Bedingungen der Zustandsklasse 1. Bei Zustandsklasse 2 wird zwar die Bedingung <R j,Regimetyp,65 % nicht erfüllt jedoch die Bedingung <45 %. Es kommt deshalb Zustandsklasse 2 zur Anwendung. > Handelt es sich hingegen um einen Eingriff in einem Gebiet mit Regimetyp 10 (pluvial inférieur), so liegt der Wert R r,b von 36 % unter dem Wert R j,Regimetyp,50 % und erfüllt damit eine Bedingung der Zustandsklasse 1, welche somit zur Anwendung kommt.

5.3 Hochwasserhäufigkeit

5.3.1 Herleitung und Definition

Hochwasser sind Strukturbildner, bewirken eine Dekolmation, unterbrechen als Störer- Herleitung eignisse die Sukzession der Vegetationsgesellschaften und schaffen somit immer wieder Standorte für Pioniergesellschaften. Veränderungen des Hochwasserregimes haben verschiedene ökologische Auswirkungen:

> Bei reduziertem Hochwasserabfluss bzw. Häufigkeit besteht die Tendenz zu verstärktem Algenwachstum und einer Verschlemmung der Gewässersohle und des Interstitiales mit Feinpartikeln (Kolmation). Nach einem Hochwasser mit Geschiebetrieb wird das Substrat vom Algenaufwuchs gesäubert und das Gewässerbett dekolmatiert. > Zudem verschiebt sich bei Fliessgewässern mit ursprünglich vorhandenen überschwemmten Landbereichen bei ausbleibenden Hochwassern die Artenzusammensetzung der Überschwemmungsflächen durch eine ungestörte Sukzession.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 60

Aus ökologischer Sicht ist also wichtig, wie häufig Hochwasser mit Abflüssen oberhalb des für den Geschiebetrieb und eine Sohlenumlagerung kritischen Schwellenwertes auftreten. Für die Bestimmung des den Geschiebetrieb auslösenden Abflusses braucht es Informationen zu Geometrie (Profil, Gefälle), Rauhigkeit und Granulometrie des betrachteten Gewässerabschnittes. Um diesen grossen Erhebungsaufwand zu umgehen, wird im Rahmen von HYDMOD-F der Hochwasserschwellenwert pragmatisch und stark vereinfachend auf rein statistische Art festgelegt (siehe Definition in Kap. 3.5.2).

Auch eine Zunahme von Hochwasserereignissen hat ökologische Auswirkungen. Eine zu massive Zunahme der Häufigkeit führt dazu, dass keine ausreichenden Regenerationsphasen mehr vorhanden sind, in denen sich die Biozönosen von den Störereignissen erholen können, was zu starken Abweichungen der Organismenzusammensetzung führen kann. Schematisch stellt Abb. 18 diese Zusammenhänge dar.

Abb. 18 > Auswirkungen einer veränderten Hochwasserhäufigkeit Schematische Darstellung des Zusammenhanges zwischen Veränderung der Hochwasserhäufigkeit mit Sohlenumlagerung und Verschiebungen der Organismenzusammensetzung.

in Anlehnung an Eawag und BUWAL, 1995

Der Bewertungsindikator Hochwasserhäufigkeit kommt nur bei Verringerung der Hochwasserhäufigkeit zu tragen. Verschiedene Aspekte, die zu einer Zunahme der Hochwasserhäufigkeit führen, sind durch separate Bewertungsindikatoren abgedeckt, namentlich:

> Spülung und Entleerung > Regenwassereinleitungen

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 61

Der eigentliche Bewertungsindikator ist die mittlere Hochwasserhäufigkeit f HQ,b Bewertungsindikator (Momentanabflüsse) im beeinflussten Zustand, definiert als langjähriger Mittelwert der jährlichen Anzahl Hochwasserabflüsse oberhalb des Hochwasserschwellenwertes des Referenzzustands.

Eine Abflussregimetyp-spezifische Auswertung der Hochwasserhäufigkeit f HQ,r zeigt, Bezug zum Referenzzustand dass zwischen den Abflussregimetypen ausgeprägte Unterschiede bestehen. Die durchschnittliche Anzahl Hochwasserereignisse oberhalb des definierten Schwellenwertes bewegt sich je nach Abflussregimetyp im Bereich von ca. 3–5 Ereignissen pro Jahr bei hochalpinen Gewässern bis zu ca. 10–13 Ereignissen in präalpinen Gewässern (vgl. Anhang A3, Abb. 44). Diese Referenzwerte wurden für die Festlegung der Klassierungsregel einbezogen. Der Referenzzustand fliesst somit indirekt in die Bewertung ein.

Die Analyse der Variabilität der Häufigkeiten von Jahr zu Jahr zeigt generell eine Natürliche Variabilität grosse Streuung und führt damit zu keiner Differenzierung (vgl. Anhang A3, Abb. 45). Die natürliche Variabilität fliesst deshalb nicht in die Bewertung ein.

> f HQ,b : Mittlere Hochwasserhäufigkeit (Momentanabflüsse) im beeinflussten Zustand Bewertungsgrössen

5.3.2 Berechnungen

Die mittlere Hochwasserhäufigkeit f HQ,b ist direkt als hydrologische Kenngrösse Berechnung Indikatorwert f HQ,b definiert (vgl. Kap. 3.5.3).

5.3.3 Klassierung

Die Klassierung erfolgt in absoluten Werten. Die Klassengrenzen orientieren sich für Klassierungsregel die Begrenzung von Klasse 1 an der minimalen natürlichen Häufigkeit des Referenzzustands (vgl. Anhang A3, Abb. 44). Für Klasse 2 ist massgebend, dass für gute ökologische Verhältnisse mindestens ca. einmal jährlich eine Sohlenumlagerung stattfinden muss (Brookes, 1995 & Poff et al. 1997).

Abb. 19 > Klassierungssregel Hochwasserhäufigkeit Die Klassierungsregel unterscheidet für Klasse 1 verschiedene Abflussregimetypen.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 62

5.4 Hochwasser-Saisonalität

5.4.1 Herleitung und Definition

Unter Hochwasser-Saisonalität wird das zeitliche Auftreten des jährlich maximalen Herleitung Tagesabflusses verstanden. Die Saisonalität wird durch zwei Parameter, das mittlere Auftretensdatum (Erwartungswert) und die Variabilität des Auftretensdatums, erfasst (vgl. Kap. 3.5.4). Die Saisonalität an einer Station bzw. eines Gewässers kann so als Punkt in einem Saisonalitätsraum eingezeichnet werden (vgl. Abb. 20). Die ökologische Bedeutung der Hochwasser-Saisonalität resp. ihrer Verschiebung hängt mit dem durch Hochwasserereignisse ausgelösten Geschiebetrieb zusammen. So wird z. B. der Forellennachwuchs beeinträchtigt, wenn sich die Hochwasser-Saison in die Reproduktions- und Brütlingsperiode verschiebt. Der Bewertungsindikator beurteilt die Verschiebung im Saisonalitätsverhalten zwischen Referenz- und beeinflusstem Zustand. Die Verschiebung kann den zeitlichen Erwartungswert bei gleicher Variabilität, eine reine Änderung der Variabilität bei gleich gebliebenem mittlerem Auftretensdatum oder eine Veränderung von Erwartungswert und Variabilität betreffen.

Der eigentliche Bewertungsindikator ist eine dimensionslose Masszahl Dist r,b für die Bewertungsindikator Distanz der beiden Saisonalitätspunkte im Referenz- und beeinflussten Zustand, welche die beiden Aspekte der Saisonalität, den Erwartungswert und die Variabilität, berücksichtigt.

Der Bezug zum Referenzzustand ist im Bewertungsindikator Dist r,b bereits enthalten. Bezug zum Referenzzustand

Die natürliche Variabilität ist im Bewertungsindikator Dist r,b bereits enthalten. Natürliche Variabilität

> Dist r,b : Masszahl für die Distanz der beiden Saisonalitätspunkte im Referenz- (r) Bewertungsgrössen und beeinflussten (b) Zustand

5.4.2 Berechnungen

Die dimensionslose Masszahl für die Distanz der beiden Saisonalitätspunkte im Referenz- (r) und beeinflussten (b) Zustand Dist r,b entspricht der Distanz der beiden Saisonalitätspunkte des Referenz- und beeinflussten Zustands im Saisonalitätskreis.

Dist r ,b = ( rHQ ,r ⋅ sin δ )2 + ( rHQ ,b − rHQ ,r ⋅ cos δ )2 mit δ = θHQ ,r − θHQ ,b Berechnung Indikatorwert Dist r,b aus Polarkoordinaten ‾θ HQ Winkelmass des mittleren Auftretensdatums des Jahreshochwasserabflusses (vgl. Kap. 3.5.4) r HQ Zeitliche Variabilität des Auftretensdatums des Jahreshochwasserabflusses (vgl. Kap. 3.5.4)

r b r b

2 Berechnung Indikatorwert Dist r,b

aus kartesischen Koordinaten ‾x, ‾y Arithmetische Mittel der kartesischen Koordinaten der Einzelereignisse j (vgl. Kap. 3.5.4)

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 63

Wenn für den Referenzzustand keine Messdaten verfügbar sind, so können die abfluss- Berechnung Indikatorwert Dist r,b regime-spezifischen Daten der Referenzstationen verwendet werden. Die Distanz muss mit Referenzellipsen dann aus Abb. 13 abgelesen werden (kürzeste Distanz zu zugehöriger Referenzellipse), entsprechend dem Beispiel in Abb. 20. Alternativ ist die Berechnung der Distanz in HYDMOD-FIT implementiert.

Abb. 20 > Beispiel für die dimensionslose Masszahl Dist r,b Distanz der beiden Saisonalitätspunkte als Bewertungsindikator.

5.4.3 Klassierung

Die Klassierung basiert auf der Grösse des dimensionslosen Distanzmasses Dist r,b , Klassierungsregel welche theoretisch Werte zwischen 0 und 2 annehmen kann. > Ist die Referenz durch eine grosse zeitliche Variabilität charakterisiert und liegt also im Bereich des Ursprungs des Saisonalitätskreises, so kann Dist r,b nur maximal Werte um 1 annehmen. > Ist hingegen die Referenz durch eine ausgeprägte Saisonalität charakterisiert und weist somit eine Lage nahe am Einheitskreis auf, so sind auch Werte von Dist r,b > 1 bis maximal 2 möglich. Die Klassierungsregel unterscheidet zwischen der Berechnung aus Messdaten, wo sich die Distanz auf zwei Punkte bezieht und der Berechnung mithilfe der Referenzdaten, wo sich die Distanz auf die Referenzellipse bezieht und entsprechend kleiner ist.

Abb. 21 > Klassierungsregel Hochwasser-Saisonalität

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 64

5.5 Niedrigwasserabfluss

5.5.1 Herleitung und Definition

Für das Niedrigwasserregime ist der Niedrigwasserabfluss Q 347 eine repräsentative Herleitung Grösse. Sie entspricht dem Abfluss, der im Durchschnitt an 347 Tagen im Jahr (= 95 % der Tage) erreicht oder überschritten wird. Die ökologische Erheblichkeit ist nicht alleine durch die Grösse der Veränderung von Q 347 definiert, sondern hängt auch von der Gewässergrösse ab. Bei grösseren Gewässern besteht länger ein substantieller Wasserkörper, während bei kleinen Gewässern bereits geringere relative Abflussreduktionen zu kritischen Verhältnissen (unzureichende Wassertiefen oder benetzte Querschnitte) führen können.

Eine ähnliche Einschränkung des Lebensraumes tritt bei Gewässerabschnitten mit Schwall/Sunk-Phänomenen (siehe auch Kap. 5.8.1) während den Sunkphasen auf. Regelmässig wiederkehrende sehr kleine Sunkabflüsse können ebenfalls zu kritischen Restwasser-ähnlichen Verhältnissen führen. Die tiefen Sunkabflüsse werden durch den auf Abfluss-Tagesmittelwerten basierenden Niedrigwasserabfluss Q 347 nicht abgebildet und müssen deshalb speziell berücksichtigt werden.

Der eigentliche Bewertungsindikator ist die relative Differenz ∆Q 347,r,b des aktuellen Bewertungsindikator Q 347 des beeinflussten Zustands im Vergleich zum natürlichen Q 347 des Referenzzustandes. Falls Schwall/Sunk-Phänomene auftreten, wird – falls der Wert kleiner ist – Q Sunk anstelle des Q 347 des beeinflussten Zustands eingesetzt.

Der Bezug zum Referenzzustand ist im Bewertungsindikator ∆Q 347,r,b bereits enthalten. Bezug zum Referenzzustand

Als Mass für die natürliche Variabilität fliesst der Variationskoeffizient von Q 347,r in Natürliche Variabilität die Klassierung ein. Er kommt bei der Klassierungsregel für die Zustandsklasse 1 zur Anwendung.

> ∆Q 347,r,b : relative Differenz Q 347 Referenz- (r) zu beeinflusstem (b) Zustand Bewertungsgrössen > CV-Q 347,r : Variationskoeffizient von Q 347,r > Q Sunk : Sunkabfluss (nur bei Schwall/Sunk-Phänomenen falls Q Sunk < Q 347,b , einzusetzen anstelle von Q 347,b ).

5.5.2 Berechnungen

Die relative Differenz ∆Q 347,r,b des Q 347 des beeinflussten Zustands im Vergleich zum Berechnung Indikatorwert ∆Q 347,r,b natürlichen Q 347 des Referenzzustandes wird wie folgt berechnet:

Q 347,r Q 347 des Referenzzustands (vgl. Kap. 3.6.1) Q 347,b Q 347 des beeinflussten Zustands (vgl. Kap. 3.6.1)

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 65

Bei Strecken mit sehr kleinem Sunkabfluss (Q Sunk < Q 347,b ) wird die relative Differenz Berechnung Indikatorwert ∆Q 347,r,b mit dem Sunkabfluss im Vergleich zum natürlichen Q 347 des Referenzzustan- ∆Q 347,r,b bei Schwall/Sunkdes wie folgt berechnet: Phänomenen

Q 347,r Q 347 des Referenzzustands (vgl. Kap. 3.6.1) Q Sunk Sunkabfluss (vgl. Kap. 3.7.2), anstelle des Q 347 des beeinflussten Zustands

Der Variationskoeffizient von Q 347,r CV-Q 347,r ist als hydrologische Kenngrösse defi- Berechnung weitere niert (vgl. Kap. 3.6.2). Bewertungsgrössen

5.5.3 Klassierung

Die Klassierung basiert für die Grenze zwischen Zustandsklasse 1 und 2 auf einem Klassierungsregel Vergleich von ∆Q 347,r,b mit CV-Q 347 . Für die anderen Klassengrenzen ist die relative Verringerung ∆Q 347,r,b massgebend.

Abb. 22 > Klassierungsregel Niedrigwasserabfluss Je nach Grössenordnung des Absolutwerts von Q 347,r kommen andere Zahlenwerte zur Anwendung. Die Klassierungsregel ist für vier Q 347,r -Werte angegeben, für Werte dazwischen ist zu interpolieren, bei kleineren oder grösseren Werte kommen die kleinsten resp. grössten Werte zur Anwendung.

Es ist möglich, dass CV-Q 347,r grösser ist als die Grenzwerte, welche für die Bewertungsklassen 2–5 gelten, da das schweizweite Mittel von CV-Q 347,r im Bereich von ca. 25 % liegt. In diesen Fällen ist die bessere Klassierung massgebend.

Wenn das Q 347,b des beeinflussten Zustands grösser ist als das natürliche Q 347,r des Referenzzustandes, so resultiert immer Klasse 1.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 66

5.6 Niedrigwasser-Saisonalität

5.6.1 Herleitung und Definition

Unter Niedrigwasser-Saisonalität wird das zeitliche Auftreten des jährlich minimalen Herleitung Tagesabflusses verstanden. Die Saisonalität wird durch zwei Parameter, das mittlere Auftretensdatum (Erwartungswert) und die Variabilität des Auftretensdatums, erfasst. Die Saisonalität an einer Station bzw. eines Gewässers kann so als Punkt in einem Saisonalitätsraum eingezeichnet werden (vgl. Abb. 20).

Die ökologische Bedeutung der Niedrigwasser-Saisonalität resp. ihrer Verschiebung hängt mit den Lebenszyklen der aquatischen Fauna zusammen, da die Niedrigwasserperioden als Aufzucht-, Ruhe- und Erholungsphasen wichtig sind.

Der Bewertungsindikator beurteilt die Verschiebung im Saisonalitätsverhalten zwischen Referenz- und beeinflusstem Zustand. Die Verschiebung kann den zeitlichen Erwartungswert bei gleicher Variabilität, eine reine Änderung der Variabilität bei gleich gebliebenem mittlerem Auftretensdatum oder eine Veränderung von Erwartungswert und Variabilität betreffen.

Der Bewertungsindikator ist analog zur Hochwasser-Saisonalität definiert (Kap. 5.4).

5.6.2 Berechnungen und Klassierung

Berechnungen und Klassierungsregel sind analog zur Hochwasser-Saisonalität (Kap. 5.4).

5.7 Dauer Niedrigwasserperioden

5.7.1 Herleitung und Definition

Aus ökologischer Sicht werden Perioden mit Niedrigwasserabfluss – ähnlich den Herleitung Hochwassern – als Störereignisse gesehen. Im Gegensatz zu den Hochwassern als plötzlich auftretende Störungen, stellen sich Niedrigwasserperioden langsam ein. Grundsätzliche ökologische Auswirkungen von Niedrigwasserperioden auf das Ökosystem und die Biozönosen sind z. B. Unterbruch der hydrologischen Durchgängigkeit, Verlust bzw. Verkleinerung und Degradierung des Lebensraumes, Verschlechterung der Wasserqualität, Änderungen der Ernährungssituation, etc. Auf die Summe dieser Einwirkungen und je nach deren Ausmass reagieren die Biozönosen mit entsprechenden Verschiebungen. Die ökologische Bedeutsamkeit der Anzahl an Tagen mit Abflüssen unterhalb eines Niedrigwasserabflusses als diesbezüglicher hydrologischer Indikator ist z. B. in Riis und Biggs (2003) dokumentiert.

Als Niedrigwasserperioden werden jene zusammenhängenden Zeitabschnitte definiert, während derer der Abfluss kleiner oder gleich dem natürlichen, unbeeinflussten Q 347

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 67

ist. Pro Jahr wird die Dauer der längsten Niedrigwasserperiode bestimmt und daraus der langjährige Mittelwert d Q347 berechnet.

Als Bewertungsindikator wird der langjährige Mittelwert der jährlich längsten Nied- Bewertungsindikator rigwasserperiode unter beeinflussten Bedingungen d Q347,b eingesetzt. Die Niedrigwasserdauer d Q347,b gibt also nicht die Gesamtanzahl an Tagen pro Jahr an, während derer Q 347 unterschritten wird, sondern die mittlere Dauer der längsten zusammenhängenden Niedrigwasserperiode.

Eine Abflussregimetyp-spezifische Auswertung der Niedrigwasserdauern (siehe An- Bezug zum Referenzzustand hang A3, Abb. 50) zeigt für die alpinen Regimetypen Werte im Bereich von 15–20 Tagen und für die Mittelland-Regimetypen im Bereich von 10 Tagen auf. Diese Referenzwerte wurden für die Festlegung der Klassierungsregel einbezogen. Der Referenzzustand fliesst somit indirekt in die Bewertung ein.

Eine Abflussregimetyp-spezifische Auswertung der Niedrigwasserdauern bezüglich Natürliche Variabilität Variabilität (vgl. Anhang A3, Abb. 51) zeigt über alle Regimetypen sehr starke Schwankungen mit Variationskoeffizienten über 100 %. Wegen diesen einheitlichen Ergebnissen würde eine Berücksichtigung der natürlichen Variabilität zu keiner Differenzierung der Bewertung führen. Sie fliesst deshalb nur indirekt in die Klassierungsregel ein.

> d Q347,b : Mittlere Dauer der jährlich längsten Niedrigwasserperiode unter beeinfluss- Bewertungsgrössen ten Bedingungen

5.7.2 Berechnungen

Die mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode d Q347 ist direkt als hydrologische Kenn- Berechnung Indikatorwert d Q347 grösse definiert (vgl. Kap. 3.6.3).

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 68

5.7.3 Klassierung

Die Klassierung orientiert sich an der Grössenordnung der natürlichen Mittelwerte und Klassierungsregel an deren natürlichen Variabilität. Ausgehend von einem etwas erhöhten Mittelwert von d Q347 über die ganze Schweiz (ca. 20 Tage), wird jeweils eine Standardabweichung (als schweizweiter Mittelwert ca. 15 Tage) zur vorherigen Klassengrenze hinzugefügt. Es wird also nur der Fall der Verlängerung der Niedrigwasserperioden betrachtet, da der umgekehrte Fall von geringer ökologischer Bedeutung ist.

Abb. 23 > Klassierungsregel Dauer Niedrigwasserperioden

5.8.1 Herleitung und Definition

Von Schwall/Sunk wird bei regelmässigen Abflussschwankungen in kurzen Abständen Herleitung mit raschem Abflussanstieg und -abfall gesprochen; dabei tritt dieses Phänomen über einen bedeutenden Teil des Jahres hinweg auf. Primär die Häufigkeit der Abflussschwankungen unterscheidet den Schwall/Sunk von den Spülungen. Schwallgeprägte Abflussganglinien folgen meist einem ein- oder mehrfachen Tagesrhythmus (vgl. Abb. 24) und sind überwiegend auf den Betrieb bedarfsorientiert gefahrener Speicherkraftwerke zurückzuführen.

Abb. 24 > Beispiel einer schwallgeprägten Abflussganglinie

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 69

Die ökologische Erheblichkeit des Schwall/Sunk-Phänomens liegt im durch den Schwallabfluss verursachten hydraulischen Stress (Stärke der Strömung, Trübung, Verdriftung, Feststofftransport etc.) sowie den ständig wechselnden Lebensraumbedingungen begründet. Dabei weisen kleinere Gewässer in der Regel eine etwas geringere Empfindlichkeit auf, da sie im Vergleich zu grösseren Gewässern auch natürlicherweise eine grössere Schwankung der hydrologisch-hydraulischen Bedingungen aufweisen und die Biozönose sich besser darauf einstellen kann. Die Morphologie des Gewässers hat ebenfalls einen Einfluss auf die Auswirkungen von Schwall/Sunk (Schweizer et al. 2009). In geraden oder kanalisierten Flussläufen führt ein starker Abflussanstieg (hohe Pegelanstiegsrate) zu starker Verdriftung von Invertebraten, während bei verzweigten Flussläufen eher das Stranden der Fische bei einer raschen Abnahme der benetzten Breite (hohe Pegelrückgangsrate) heikel ist.

Eine Schwall/Sunk-Erscheinung kann als Impuls aufgefasst werden (vgl. Abb. 24). Zur Beschreibung des Abflussimpulses können fünf Indikatoren verwendet werden:

> seine Amplitude: max. Differenz Schwall- zu Sunkabfluss > sein relatives Ausmass bzw. Intensität: Verhältnis Amplitude zu Sunkabfluss oder Verhältnis Schwall zu Sunk > Die Grösse des Schwallabflusses im Verhältnis zu MQ oder MHQ, als Indiz für den hydraulischen Stress des Schwallabflusses > seine zeitliche Schärfe: Pegeländerungsrate beim Schwallanstieg und -rückgang > Häufigkeit der Impulse: Anzahl an Wechsel zwischen Schwall und Sunk

Der letzte Punkt wird für die Bewertung nicht berücksichtigt, weil von einer Grundhäufigkeit von einem oder mehreren Impulsen pro Tag ausgegangen wird, welche zumindest über eine gewisse Jahreszeit hinweg regelmässig auftritt. Trifft dies nicht zu, so ist der Bewertungsindikator Spülung und Entleerung anzuwenden. Je nach Morphologie des Gewässers sind die oben aufgeführten Indikatoren anders zu gewichten. Da sich die Bewertung auf eine einzelne Stelle (den Eingriff) bezieht und danach auf die unterliegenden Gewässerabschnitte übertragen wird, kann die im Längsverlauf variierende Morphologie nicht berücksichtigt werden. Für die Konzipierung des in HYDMOD-F entwickelten Bewertungsindikators zu Schwall/Sunk wird vom am häufigsten vorkommenden Morphologietyp des geraden Flusslaufes ausgegangen.

Für den Bewertungsindikator Schwall/Sunk-Phänomen werden zwei Indikatorwerte Bewertungsindikator definiert:

> die Intensität des Schwall/Sunk-Impulses I P,S/S , definiert durch das Schwall/Sunk- Verhältnis V S/S , ergänzt mit einem Korrekturfaktor für die Pegeländerungsrate. > der hydraulische Stress durch Schwallabfluss I h,Schwall , definiert als Verhältnis Schwallabfluss Q Schwall zu mittlerem jährlichem Abfluss des Referenzzustands MQ r , ergänzt mit einem Korrekturfaktor für die Einzugsgebietsfläche.

Da das Schwall/Sunk-Phänomen keine natürliche Entsprechung hat, fliesst der Refe- Bezug zum Referenzzustand renzzustand nur indirekt in einen der beiden Indikatorwerte ein.

Natürliche Variabilität

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 70

Das Schwall/Sunk-Phänomen hat keine natürliche Entsprechung; es wird deshalb keine natürliche Variabilität berücksichtigt.

> I P,S/S : Intensität des Schwall/Sunk-Impulses Bewertungsgrössen > I h,Schwall : Hydraulischer Stress durch Schwallabfluss

5.8.2 Berechnungen

Der Indikatorwert Intensität des Schwall/Sunk-Impulses I P,S/S ist wie folgt definiert: Berechnung Indikatorwert I P,S/S

k PR,S/S Korrekturfaktor für die Pegeländerungsrate Schwall/Sunk, siehe unten

Der Korrekturfaktor k PR,S/S für die Pegeländerungsrate Schwall/Sunk wird anhand der maximalen Pegeländerungsrate Schwall/Sunk bestimmt. Diese entspricht dem grösseren Wert der beiden Kenngrössen Pegelanstiegsrate PR Schwall und Pegelrückgangsrate PR Sunk (vgl. Kap. 3.7.4 und 3.7.5)

> k PR,S/S = 0.65 bei einer maximalen Pegeländerungsrate ≤ 0.5 cm/min > k PR,S/S = 0.75 bei einer maximalen Pegeländerungsrate = 1 cm/min > k PR,S/S = 1.00 bei einer maximalen Pegeländerungsrate = 2 cm/min > k PR,S/S = 1.50 bei einer maximalen Pegeländerungsrate ≥ 4 cm/min > Zwischen den angegebenen Eckpunkten wird linear interpoliert.

Der Indikatorwert hydraulischer Stress durch Schwallabfluss I h,Schwall ist wie folgt Berechnung Indikatorwert I h,Schwall definiert.

I h ,Schwall = (QSchwall / MQr ) ⋅ k EZG

Q Schwall Schwallabfluss (vgl. Kap. 3.7.1) MQ r Mittlerer jährlicher Abfluss des Referenzzustands (vgl. Kap. 3.4.2) k EZG Korrekturfaktor für die Einzugsgebietsfläche, siehe unten

Der Korrekturfaktor für die Einzugsgebietsfläche k EZG wird wie folgt bestimmt:

> k EZG = 0.50 bei einer Einzugsgebietsfläche A EZG ≤ 250 km² > k EZG = 0.75 bei einer Einzugsgebietsfläche A EZG = 750 km² > k EZG = 1.00 bei einer Einzugsgebietsfläche A EZG ≥ 1250 km² > Zwischen den angegebenen Eckpunkten wird linear interpoliert.

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 71

5.8.3 Klassierung

In die Klassierungsregel fliessen folgende Feststellungen ein: Klassierungsregel

> Das «ökologisch kritische» Schwall/Sunk-Verhältnis liegt im Bereich von 3:1 bis 4:1 (BUWAL 2003). Eine signifikante Belastung liegt ab einem Verhältnis von 5:1 vor (BMLF 2004). > Die Auswirkungen des Schwall/Sunk-Verhältnisses werden durch langsame Anstiegs- und Rückgangsraten abgemindert. > Das Verhältnis des natürlichen mittleren jährlichen Hochwasserabflusses MHQ (Tagesabflüsse) zu MQ liegt im Schweizer Mittel im Bereich 6–8 (vgl. Anhang A3, Abb. 42). Je näher das Verhältnis Schwallabfluss zu MQ in diesen Wertebereich kommt, umso eher bewegt sich der Schwallabfluss in Richtung eines Hochwassers und verursacht damit den entsprechenden hydraulischen Stress bereits bei einem Einzelimpuls. > In der Schweiz liegt das Verhältnis Schwallabfluss zu MQ meistens im Bereich 0.5– 2. Dieser Bereich steht deshalb im Zentrum des Bewertungsschemas. > Gewässer kleiner Einzugsgebiete sind gegenüber den Auswirkungen von Schwall/ Sunk-Phänomenen in der Regel etwas weniger empfindlich.

Die Zustandsklasse wird grafisch aus dem Diagramm bestimmt. Die Farbe an der Schnittstelle der beiden Indikatorwerte zeigt die zutreffende Zustandsklasse an.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 72

5.9 Spülung und Entleerung

5.9.1 Herleitung und Definition

Spülungen sind künstlich ausgelöste, rasche Anstiege des Abflusses, stets verbunden Herleitung mit starken Feststoffkonzentrationen. Ihr eigentlicher Zweck besteht im Fortschwemmen von Feststoffablagerungen. Auch Entleerungen von Stauseen führen zu vergleichbaren Erscheinungen. In der Folge wird nur noch der Begriff Spülung für die beiden Phänomene Spülungen und Entleerungen verwendet. Spülungen können sehr unterschiedlich ausgeprägt sein: von Spülungen mit relativ geringer Abflussspitze, kurzer zeitlicher Dauer aber häufigem, z. T. periodischem Auftreten (Entsanderspülungen), bis zu Spülungen mit Abflüssen in der Grössenordnung von Hochwasserereignissen längerer Dauer aber nur sehr seltenem, episodischem Auftreten (Stauraumspülungen).

Die ökologischen Beeinträchtigungen resultieren einerseits aus der hydraulischen Stossbelastung, andererseits aus den während der Spülung/Entleerung auftretenden hohen Feststoffkonzentrationen und damit einhergehender Trübung (vgl. BUWAL 1994). Im Rahmen von HYDMOD-F werden allerdings nur die Auswirkungen auf das Abflussregime beurteilt.

Abb. 26 zeigt eine charakteristische Abflussganglinie einer Spülung und die Definition des Spülabflusses Q Spül . Folgende Faktoren werden im Bewertungsindikator berücksichtigt:

> Die Grösse des Spülabflusses, als Indikator für den hydraulischen Stress: Je mehr der Spülabfluss in die Grössenordnung von Hochwasserereignissen kommt, desto stärker ist der hydraulische Stress. Der Spülabfluss Q Spül wird zum mittleren Abfluss MQ in Bezug gesetzt und damit normiert. > Häufigkeit der Spülungen: ein häufigeres Spülen zieht eine grössere Beeinträchtigung nach sich. Treten die künstlichen Hochwasser zu häufig auf, fehlt dem aquatischen Ökosystem zwischen den Ereignissen die Zeit zur Regeneration. > Zeitpunkt der Spülungen: während Niedrigwasserverhältnissen ist die Beeinträchtigung grösser, während Hochwasserperioden kleiner als wenn sie unabhängig von den natürlichen Abflussbedingungen durchgeführt werden. > Anstiegsrate des Wasserstandes: Langsame Anstiegs- und Abfallsraten verringern die Beeinträchtigung, hohe Anstiegs- und Abfallsraten verschärfen die Beeinträchtigung (mangels Reaktionszeit für die Fauna).

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 73

Abb. 26 > Typische Abflussganglinie eines Spülereignisses Der Spülabfluss Q Spül ist der durch die Spülung typischerweise verursachte Mehrabfluss (Abflussspitze minus Grundabfluss).

Für den Bewertungsindikator Spülung und Entleerung werden zwei Indikatorwerte Bewertungsindikator definiert:

> der hydraulische Stress I h,Spül , definiert als normierter Spülabfluss Q Spül zu mittlerem jährlichem Abfluss des Referenzzustands MQ r , unter Berücksichtigung von zwei Korrekturfaktoren für den Zeitpunkt und die Anstiegsrate der Spülungen. > die Häufigkeit der Spülungen und Entleerungen f Spül pro Jahr.

Da Spülungen und Entleerungen keine natürliche Entsprechung haben, fliesst der Bezug zum Referenzzustand Referenzzustand nur indirekt in einen der beiden Indikatorwerte ein.

Spülungen und Entleerungen haben keine natürliche Entsprechung; es wird deshalb Natürliche Variabilität keine natürliche Variabilität ausgedrückt.

> I h,Spül : Hydraulischer Stress durch Spülungen und Entleerungen Bewertungsgrössen > f Spül : Häufigkeit der Spülungen und Entleerungen

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 74

5.9.2 Berechnungen

Der Indikatorwert hydraulischer Stress durch Spülungen und Entleerungen I h,Spül ist Berechnung Indikatorwert I h,Spül wie folgt definiert.

I h ,Spül = (QSpül / MQ r )⋅ k PR ,Spül ⋅ k t

Q Spül Spülabfluss (vgl. Kap. 3.7.6) MQ r Mittlerer jährlicher Abfluss des Referenzzustands (vgl. Kap. 3.4.2) k PR,Spül Korrekturfaktor für die Pegelanstiegsrate Spülung und Entleerung, siehe unten kt Korrekturfaktor für den Zeitpunkt der Spülungen, siehe unten

Der Korrekturfaktor k PR,Spül für die Pegelanstiegsrate Spülung und Entleerung wird wie folgt bestimmt:

> k PR,Spül = 0.65 bei einer maximalen Anstiegsrate ≤ 0.5 cm/min > k PR,Spül = 0.75 bei einer maximalen Anstiegsrate = 1 cm/min > k PR,Spül = 1.00 bei einer maximalen Anstiegsrate = 2 cm/min > k PR,Spül = 1.50 bei einer maximalen Anstiegsrate ≥ 4 cm/min > Zwischen den angegebenen Eckpunkten wird linear interpoliert.

Der Korrekturfaktor k t für den Zeitpunkt der Spülungen wird wie folgt bestimmt:

> k t = 0.75 bei zeitlichem Auftreten der Spülungen zu Zeiten mit Hochwasserabfluss > k t = 1.00 bei zeitlichem Auftreten der Spülungen zu Zeiten mit Mittelwasserabfluss > k t = 1.50 bei zeitlichem Auftreten der Spülungen zu Zeiten mit Niedrigwasserabfluss

Der Indikatorwert Häufigkeit der Spülungen und Entleerungen f Spül ist direkt als Berechnung Indikatorwert f Spül hydrologische Kenngrösse definiert (vgl. Kap. 3.7.7). f Spül bezieht sich auf die Anzahl Spülereignisse bei verwendetem Q Spül .

Treten deutlich unterschiedliche Spülereignisse auf, sind jene Spülungen zu berück- Hinweis sichtigen, die in der Kombination aus hydraulischem Stress und Häufigkeit die schlechteste Beurteilung gemäss der Klassierungsregel ergeben.

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 75

5.9.3 Klassierung

Die Klassierungsregel orientiert sich an der natürlichen Grösse und Häufigkeit von Klassierungsregel Hochwasserereignissen. Eine Differenzierung der Klassierung nach Abflussregimetypen ist aufgrund fehlender Anhaltspunkte nicht möglich.

> Der Verhältniswert k MHQ:MQ des mittleren jährlichen Hochwasserabflusses MHQ zu MQ (Momentanabflüsse) bewegt sich für die alpinen Gewässertypen um den Wert 10 und steigt für Fliessgewässer im Mittelland auf Werte rund um 30 (vgl. An- > Die natürliche Häufigkeit von Hochwasserereignissen oberhalb des definierten Schwellenwertes variiert je nach Abflussregimetyp im Bereich von ca. 3–5 Ereignissen pro Jahr bei hoch-alpinen Gewässern bis zu ca. 10–13 Ereignissen in prä-alpinen Gewässern (vgl. Anhang A3, Abb. 44). > In Abb.27 ist ab dem Wert 60 für die Häufigkeit der Spülungen ein «grauer Bereich» eingezeichnet. Dies weist darauf hin, dass f Spül einen derart hohen Wert aufweist, dass eher das Schwall/Sunk-Phänomen vorliegt. Es ist deshalb zu prüfen, ob dieser Eingriff mit dem Bewertungsansatz Schwall/Sunk bewertet werden soll.

Abb. 27 > Klassierungsregel Spülung und Entleerung Die Zustandsklasse wird grafisch aus dem Diagramm bestimmt. Die Farbe an der Schnittstelle der beiden Indikatorwerte zeigt die zutreffende Zustandsklasse an.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 76

5.10 Regenwassereinleitungen

5.10.1 Herleitung und Definition

Wie die Herleitung des Bewertungsindikators Hochwasserhäufigkeit zeigt, sind Hoch- Herleitung wasser einerseits sehr erwünscht. Auf der anderen Seite führt eine zu massive Zunahme der Häufigkeit dazu, dass keine ausreichenden Regenerationsphasen mehr vorhanden sind, in denen sich die Biozönosen von den Störereignissen erholen können, was zu starken Abweichungen der Organismenzusammensetzung führen kann (Hütte 2000), siehe auch Abb. 18 in Kap. 5.3.

Regenwassereinleitungen aus der Siedlungswasserwirtschaft können zu einer Erhöhung der Hochwasserhäufigkeit führen. Diese sind insbesondere bei kleineren Fliessgewässern relevant, bei denen das Verhältnis der Einleitmenge zum natürlichen Abfluss ein gewisses Mass überschreitet. Dies ist bereits bei den Signifikanzkriterien berücksichtigt.

Mit diesem Bewertungsindikator werden die zusätzlichen Hochwasserereignisse, welche durch Regenwassereinleitungen verursacht werden, erfasst und beurteilt. Es ist hierbei zu beachten, dass diese Regenwassereinleitungen während Regenereignissen auftreten. Deshalb treten sie mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zeitgleich mit erhöhten Abflüssen im Vorfluter auf, wobei die Einleitung aufgrund der rasch anspringenden Siedlungsflächen akzentuiert ist und damit zeitlich vor dem natürlichen Abflussanstieg erfolgen kann.

Der eigentliche Bewertungsindikator ist die mittlere Hochwasserhäufigkeit durch Bewertungsindikator Regenwassereinleitungen f E (Momentanabflüsse), welche ausdrückt, wie oft es durchschnittlich pro Jahr zu Regenwassereinleitungen mit Abflussspitzen oberhalb des Hochwasserschwellenwertes kommt.

Der Bewertungsindikator bezieht sich auf zusätzliche Hochwasserereignisse durch Bezug zum Referenzzustand Regenwassereinleitungen. Im Referenzzustand kommen solche Ereignisse nicht vor.

Regenwassereinleitungen haben keine natürliche Variabilität, da sie im Referenzzu- Natürliche Variabilität stand nicht vorkommen.

> f E : Mittlere Hochwasserhäufigkeit durch Regenwassereinleitungen (Momentanab- Bewertungsgrössen flüsse)

5.10.2 Berechnungen

Die mittlere Hochwasserhäufigkeit durch Regenwassereinleitungen f E (Momentanab- Berechnung Indikatorwert f E flüsse) ist direkt als hydrologische Kenngrösse definiert (vgl. Kap. 3.7.9).

5 > Berechnung und Klassierung der Bewertungsindikatoren 77

5.10.3 Klassierung

Die Klassierungsregel orientiert sich an folgenden Grundlagen und Überlegungen: Klassierungsregel

> In einem naturnahen Zustand (Klasse 1) darf es nur selten zu zusätzlichen Hochwasserereignissen durch Regenwassereinleitungen kommen. > Die übrigen Klassengrenzen orientieren sich an der zulässigen Anzahl kritischer Einleitungsereignisse für eine mittlere Ökomorphologie-Qualität gemäss STORM (VSA 2007).

Abb. 28 > Klassierungssregel Regenwassereinleitungen

5.11 Bewertungstabelle Eingriffsstellen

In HYDMOD-FIT kann ein Report erstellt werden, der die Klassierung aller Bewer- HYDMOD-FIT als Hilfsmittel tungsindikatoren für die signifikanten Eingriffe auflistet. Für diejenigen Indikatoren, die gemäss Kap. 5.1 für den jeweiligen Eingriff nicht zu berücksichtigen waren, wird Zustandsklasse 1 angenommen. Bei Indikatoren, die bewertet werden müssten, aber z. B. keine ausreichende Datengrundlage vorliegt, wird keine Bewertung vorgenommen (grau hinterlegt in Abb. 29). Die Bewertungsergebnisse werden farbcodiert dargestellt. So kann in dieser tabellarischen Darstellung ein rascher Überblick über die hydrologischen Defizite gewonnen werden. Die folgende Abbildung zeigt ein entsprechendes Beispiel.

Abb. 29 > Tabellarische Darstellung der Bewertungsergebnisse pro Eingriff Jede Zeile repräsentiert einen Eingriff. In der ersten Spalte ist die Nummer des Eingriffs festgehalten. Die nächsten neun Spalten zeigen farblich die Zustandsklassen für die einzelnen Bewertungsindikatoren.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 78

6 > Bewertung und Interpretation Dieses Kapitel erläutert die Methodikschritte zur Bewertung der Gewässerabschnitte und der Gesamtbewertung sowie deren Interpretation. Als Resultat der Abschnittsbewertung sind die Bewertungen der Einzelindikatoren am Punkt des Eingriffs auf Gewässerabschnitte umgelegt. Für die resultierenden Abschnittsbewertungen werden Interpretationshilfen zur Verfügung gestellt. In der Gesamtbewertung werden die Bewertungen der Einzelindikatoren pro Abschnitt zu einem einzigen Wert zusammengeführt. Die Durchführung der Bewertungsschritte sollte mit Hilfe des Kapitels ohne vertiefte hydrologische Kenntnisse durchführbar sein. Für die Interpretation der Ergebnisse sind jedoch vertiefte Fachkenntnisse der Hydrologie, Wasserwirtschaft und Gewässerökologie nötig.

6 > Bewertung und Interpretation 79

6.1 Abschnittsbewertung der Einzelindikatoren

6.1.1 Ausweisung von Gewässerabschnitten

Nach der Berechnung der Bewertungsindikatoren liegt eine punktuelle Bewertung an Von der Punktbewertung den Eingriffstellen vor. Diese punktuelle Information muss in einem nächsten Schritt zur Abschnittsbewertung auf das Gewässernetz umgelegt werden, welches dazu in Gewässerabschnitte unterteilt wird.

Das Gewässernetz wird für die Abschnittsbewertung in Gewässerabschnitte (GA) Ausweisung von unterteilt, in welchen vergleichbare hydrologische Bedingungen vorherrschen. Für die Gewässerabschnitten (GA) Abgrenzung der GA wird beim ersten flussaufwärts gelegenen signifikanten Eingriff begonnen und in Fliessrichtung die Abschnittsausweisung unternommen. Ein neuer Gewässerabschnitt wird definiert bei:

> einem weiteren signifikanten Eingriff > bei Einmündungen von Gewässern, an denen ebenfalls signifikante Eingriffe liegen > bei Einmündungen, bei denen die relative Zunahme der Einzugsgebietsfläche im Verhältnis zum Beginn des GA mehr als 15 % beträgt > bei einer relativen Zunahme der Einzugsgebietsfläche im Verhältnis zum Beginn des GA von mehr als 15 % (bei längeren Strecken ohne Einmündungen, z. B. in karstigem Gebiet) > bei starken Grundwasseraufstössen, die den mittleren Abfluss MQ r verdoppeln. > bei einem See mit einem Volumen, das grösser als 1h·MQ r des betrachteten Zuflusses ist. Der See selber wird nicht bewertet und bildet keinen eigenen Gewässerabschnitt.

Das dritte Argument ist damit begründet, dass nicht jede Einmündung eines kleinen Zwischenzubringers die hydrologischen Bedingungen im Gewässer spürbar zu verändern mag. Zusätzlich rechtfertigen auch die Ungenauigkeiten in den hydrologischen Daten und Schätzwerten diese grobe räumliche Auflösung.

Die Abschnittsbildung muss nur soweit flussabwärts erfolgen, bis alle Bewertungsindi- Ende der Abschnittsbildung katoren Zustandsklasse 1 erreicht haben. Der Ablauf der Abschnittsbildung und der Abschnittsbewertung (siehe Kap. 6.1.2) erfolgt deshalb iterativ. Ein weiteres Kriterium für das Ende der Abschnittsbildung sind Seen mit einem Volumen, das grösser als 3h·MQ r des betrachteten Zuflusses ist. Folgt weiter flussabwärts erneut ein signifikanter Eingriff, so beginnt die Abschnittsbildung von neuem.

Für die Datenhaltung und die spätere kartografische Darstellung der Abschnittsbewer- GIS als Hilfsmittel tung wird die Verwendung eines GIS empfohlen. Als Basis für die Abschnittsbewertung dient idealerweise ein strukturiertes und kilometriertes Gewässernetz (siehe Kap. 3.1). HYDMOD-FIT liefert eine Vorlage zur Datenhaltung der Gewässerabschnitte und deren Bewertung.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 80

Bezugspunkt für die Berechnungen und Bewertungen (z. B. Einzugsgebietsfläche, Bezugspunkt für Berechnungen hydrologische Kenngrösse des GA) ist jeweils das flussaufwärts gelegene Ende eines Gewässerabschnittes.

6.1.2 Vorgehen Abschnittsbewertung

Die Abschnittsbewertung wird für jeden Bewertungsindikator separat vorgenommen. Vorgehen Abschnittsbewertung Für einen Gewässerabschnitt (GA) ist der Bezugspunkt stets das flussauf gelegene Abschnittsende. Die Ausweisung der Abschnittsbewertung beginnt beim ersten flussaufwärts gelegenen signifikanten Eingriff, dessen Bewertung (Zustandsklasse) für den ersten Gewässerabschnitt übernommen wird. Für Indikatoren, die mangels erwarteter Beeinträchtigung nicht bewertet wurden, wird Zustandsklasse 1 angenommen.

Die Auswirkungen der Eingriffe verändern sich flussabwärts mit dem Einfluss der Zuflüsse aus den Zwischeneinzugsgebieten und sonstiger Zubringer. Für die Bewertung der flussabwärts von Eingriffen gelegenen Gewässerabschnitte wird ein gewichtetes Mittel aus einerseits den Bewertungsergebnissen (Zustandsklassen) der flussauf am nächsten gelegenen signifikanten Eingriffe berücksichtigt. Eingriffe, die weiter oberhalb liegen, werden nicht berücksichtigt. Andererseits fliesst auch das unbeeinflusste Zwischeneinzugsgebiet zwischen den berücksichtigten Eingriffen und dem Beginn des GA inkl. Teileinzugsgebieten unbeeinflusster Zubringer ein, wobei den unbeeinflussten Teilflächen die Zustandsklasse 1 zugewiesen wird. Als Gewichte dienen die jeweiligen Einzugsgebietsflächen. Es kommt also folgende Formel zur Anwendung:

i i EZG ,i / ∑ AEZG ,i i

ZGA Zustandsklasse am Gewässerabschnitt Zi Zustandsklasse der berücksichtigten flussauf gelegenen signifikanten Eingriffe sowie 1 für alle unbeeinflussten Zwischen- und Teileinzugsgebiete AEZG,i Einzugsgebietsflächen an den berücksichtigten flussauf gelegenen signifikanten Eingriffe sowie Flächen aller unbeeinflussten Zwischen- und Teileinzugsgebiete

Weisen ein oder mehrere Eingriffe die grau dargestellte Zustandsklasse «ohne Bewer- Umgang mit Zustandsklasse grau tung» auf, so werden die entsprechenden Teileinzugsgebiete nicht berücksichtigt, wenn «ohne Bewertung» sie in der Summe <15 % des Gesamteinzugsgebiets betragen. Wenn der Flächenanteil grösser ist, resultiert für den entsprechenden Gewässerabschnitt die graue Zustandsklasse.

Die berechneten Werte Z GA können beliebige Werte zwischen 1 und 5 annehmen. Da aber eine eindeutige Zuteilung in eine der Bewertungsklassen gefordert ist, kommen für die kartografische Darstellung die normalen Rundungsregeln zur Anwendung.

6 > Bewertung und Interpretation 81

Falls sich flussabwärts von Eingriffen eine Messstation mit Aufzeichnungen vor und Plausibilisierung nach Beginn des Eingriffs befindet (Referenz- und beeinflusster Zustand vorhanden), Abschnittsbewertung anhand so wird eine direkte Auswertung der Bewertungsindikatoren aus den Abflussdaten Messdaten empfohlen. Damit kann die gemäss oben stehender Anleitung generierte Abschnittsbewertung überprüft werden.

Das Vorgehen ist in Abb. 30 anhand eines Beispiels mit mehreren Eingriffen illustriert. Anwendungsbeispiel Die Bewertungen der Gewässerabschnitte 1 bis 4 (GA 1 -GA 4 ) kommen wie folgt zustande:

> Z GA1 = Z x : Es wird die Zustandsklasse des Eingriffs X übernommen. > Z GA2 = Z y : Es wird die Zustandsklasse des Eingriffs Y übernommen. Weiter flussaufwärts liegende Eingriffe werden nicht berücksichtigt, da davon ausgegangen wird, dass deren Einfluss in der Bewertung an der Eingriffsstelle von Y bereits integriert ist. (A EZG,x + A EZG,y + A EZG,unbeeinflusst,GA3 ): Es wird der flächengewichtete Mittelwert der Zustandsklassen der beiden am nächsten oberhalb liegenden Eingriffe sowie des unbeeinflussten Zwischeneinzugsgebiets oberhalb des Anfangspunkts von GA 3 gebildet. (A EZG,x + A EZG,y + A EZG,w + A EZG,unbeeinflusst,GA4 ): Es wird der flächengewichtete Mittelwert der Zustandsklassen der drei am nächsten oberhalb liegenden Eingriffe sowie des unbeeinflussten Zwischeneinzugsgebiets oberhalb des Anfangspunkts von GA 4 (inkl. A EZG,unbeeinflusst,G A 3 ) gebildet.

Abb. 30 > Beispiel Vorgehen Abschnittsbewertung Schematische Darstellung eines Einzugsgebietes mit mehreren Eingriffen und Gewässerabschnitten.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 82

6.2 Darstellung der Bewertung

Die Darstellung der Ergebnisse kann einerseits kartografisch, andererseits tabellarisch erfolgen.

6.2.1 Kartografische Darstellung

Für die kartografische Darstellung stehen Symbolisierungsvorschläge als GIS-Hilfs- Kartografische Darstellung dateien (Layer-Dateien für ESRI-Software) sowie vorgefertigte Legenden zur Verfü- mit GIS-Hilfsdateien gung (siehe Beispiel in Abb. 31). Es wird empfohlen, für jeden Bewertungsindikator sowie für die Gesamtbewertung (siehe Kap. 6.4) eine separate Karte zu erstellen.

Neben der Abschnittsbewertung werden die Restwasser- und Schwall-/Sunkstrecken Restwasser- und zusätzlich zur Darstellung empfohlen. Als Restwasserstrecke bzw. Schwall-/Sunk- Schwall-/Sunkstrecken strecke werden jene Abschnitte gekennzeichnet, bei denen der entsprechende Bewertungsindikator eine schlechtere Klassierung als Zustandsklasse 1 aufweist (siehe Beispiel in Abb. 31).

6 > Bewertung und Interpretation 83

Abb. 31 > Beispiel zur kartografischen Darstellung der Bewertungsergebnisse Bewertungskarte (Gesamtbewertung) am Beispiel der Sitter, Kt. SG, AI und AR.

(c) 2010 swisstopo (BA100271)

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 84

6.2.2 Tabellarische Darstellung

Die Bewertungen der ausgewiesenen Gewässerabschnitte können auch in einer tabellarischen Darstellung aufbereitet werden. Es wird empfohlen, die Bewertungsergebnisse der neun Bewertungsindikatoren neben der numerischen Erfassung auch farbcodiert wiederzugeben. Damit kann in dieser tabellarischen Darstellung ein rascher Überblick über die hydrologischen Defizite gewonnen werden. Die folgende Abbildung zeigt ein entsprechendes Beispiel. HYDMOD-FIT beinhaltet eine Funktionalität zur Generierung einer solchen farbcodierten Tabelle aus den Ergebnissen der Abschnittsbewertung.

Abb. 32 > Tabellarische Darstellung der Bewertungsergebnisse pro Gewässerabschnitt Jede Zeile repräsentiert einen Gewässerabschnitt, welcher über eine eindeutige Gewässerbezeichnung (z. B. die Gewässerlaufnummer GWLNR gemäss VECTOR25) sowie die Kilometrierung definiert wird. Die übrigen Spalten zeigen farb-codiert die Zustandsklassen für die einzelnen Bewertungsindikatoren sowie für die Gesamtbewertung (siehe Kap. 6.4).

6.3 Interpretation der Bewertung

Die Klassierungsergebnisse von HYDMOD-F sind zu verstehen als Natürlichkeitsgrad des Abflussregimes und als Risiko-Hinweis aus hydrologischer Sicht, einen ökologisch schlechten Zustand zu haben. Diese Risikoeinschätzung wird differenziert nach verschiedenen Bewertungsindikatoren vorgenommen. Für eine ökologische Beurteilung ist aber eine Gesamtschau mit weiteren Faktoren wie z. B. Morphologie und Wasserqualität nötig.

In der folgenden Tabelle werden deshalb zu jedem Bewertungsindikator Hinweise gegeben, welches die Risiken für Gewässerabschnitte mit Zustandsklasse 3–5 sein könnten und welche weiteren Faktoren für die ökologische Interpretation zu berücksichtigen sind.

6 > Bewertung und Interpretation 85

Tab. 11 > Interpretationshilfe zu den Bewertungsergebnissen Es werden die ökologischen Risiken und empfohlene weitergehende Untersuchungen durch Fachspezialisten für Gewässerabschnitte mit Zustandsklasse 3–5 aufgezeigt.

Bewertungsindikator Ökologische Risiken Weitere Faktoren und empfohlene Abklärungen

Mittelwasser- Verminderter Gewässerlebensraum, Für die Auswirkungen eines veränderten Mittelwasser-Abflussverlaufs spielen die Abflussverlauf Verkleinerung der benetzten Fläche (d. h. Gewässermorphologie und die regionale Hydrologie eine Rolle. Bei natürlicherweise Grundwasseraustauschfläche), verringerte geringem Grundwasseraustausch, engen Gewässerprofilen und gering belasteten Verdünnung von Schmutzstoffen Gewässern sind weniger ausgeprägte Auswirkungen zu erwarten als in umgekehrten Fällen.

Folgende weitere Abklärungen sind empfohlen:

• Bedeutung der Grundwasserinfiltration/-exfiltration

• Empfindlichkeit der unterliegenden Gewässer (inkl. Seen) auf verminderte Austauschraten und höhere Schmutzstoff-Konzentrationen

• Bedeutung des Gewässerlebensraums im Uferbereich, einschliesslich allfälliger Auen Falls damit die Veränderung des Mittelwasser-Abflussverlaufs nicht als unbedenklich klassiert werden kann, wird eine Feldaufnahme des örtlichen Gewässerlebensraums im Uferbereich, die Beobachtung der Pegel in den abhängigen Grundwasserträgern und ein Monitoring der Wasserqualität in den unterliegenden Gewässern empfohlen. Hochwasserhäufigkeit Veränderung der Artenzusammensetzung Für die Auswirkungen einer veränderten Hochwasserhäufigkeit spielen die Gewässerauf Überschwemmungsflächen; verstärktes morphologie und die regionale Hydrologie eine Rolle. Bei engen Gewässerprofilen und Algenwachstum und Kolmation der Gewäs- natürlicherweise geringem Geschiebenachschub sind andere und teilweise weniger sersohle bei Reduktion der Hochwasserhäu- ausgeprägte Auswirkungen zu erwarten als in umgekehrten Fällen. figkeit Folgende weitere Abklärungen sind empfohlen:

• Empfindlichkeit der Fisch-Laichgründe auf verstärktes Algenwachstum

• Bedeutung der Grundwasserinfiltration/-exfiltration

• Empfindlichkeit der Gewässerlebensräume auf Veränderungen im Feststoff- und Sauerstoffhaushalt

• Bedeutung des Gewässerlebensraums im Uferbereich, einschliesslich allfälliger Auen Falls damit die Veränderung der Hochwasserhäufigkeit nicht als unbedenklich klassiert werden kann, wird eine Feldaufnahme der örtlichen Überschwemmungsräume sowie die Beobachtung des Algenwachstums und der Fischreproduktion empfohlen. Hochwasser-Saisonalität Beeinträchtigung des Fischreproduktionszyk- Ökologisch negative Auswirkungen einer veränderten Hochwasser-Saisonalität können lus durch zeitlich verschobenen Geschiebe- sich vor allem in Fischgewässern zeigen. trieb Folgende weitere Abklärungen sind empfohlen:

• Empfindlichkeit allfällig vorhandener Fisch-Laichgründe auf Hochwasser im Jahresverlauf Falls damit die Veränderung der Hochwasser-Saisonalität nicht als unbedenklich klassiert werden kann, wird eine Beobachtung der örtlichen Fischreproduktion empfohlen.

Niedrigwasserabfluss Eingeschränkte Fischwanderung, verminder- Für die Auswirkungen eines veränderten Niedrigwasserabflusses spielen die Gewäster Lebensraum für Gewässerfauna, ver- sermorphologie und die Gewässergrösse eine Rolle. Bei grossen Gewässern und engen schlechterte Wasserqualität, erhöhte Gewässerprofilen sind weniger ausgeprägte Auswirkungen zu erwarten als in umge- Wassertemperaturen kehrten Fällen. Folgende weitere Abklärungen sind empfohlen:

• Fischdurchgängigkeit bei Niedrigwasser

• Vorhandensein von Rückzugsräumen bei Niedrigwasser

• Empfindlichkeit der Gewässerlebensräume auf Temperaturerhöhungen

• Empfindlichkeit der Gewässerlebensräume auf erhöhte Schadstoffkonzentrationen Falls damit die Veränderung des Niedrigwasserabflusses nicht als unbedenklich klassiert werden kann, wird die Beobachtung der Fischwanderung und der Funktionsfähigkeit der Rückzugsräume sowie die Beobachtung der übrigen Gewässerfauna und -flora empfohlen.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 86

Bewertungsindikator Ökologische Risiken Weitere Faktoren und empfohlene Abklärungen

Niedrigwasser-Saisonalität Beeinträchtigung des Fischreproduktionszyk- Zu beachten sind insbesondere die Auswirkungen auf die verschiedenen Lebenszyklen lus durch zeitlich verschobene Niedrigwas- der aquatischen Fauna mit Aufzucht-, Ruhe- und Erholungsphasen. serbedingungen Im Übrigen gelten die Ausführungen zum Niedrigwasserabfluss. Dauer Verstärkung der Niedrigwasser- Für die Auswirkungen von längeren Niedrigwasserperioden spielen die regionale Niedrigwasserperioden Auswirkungen auf Grund der Dauer der Hydrologie und das regionale Klima eine Rolle. Bei geringem Grundwasseraustausch Einwirkung und gemässigtem Klima sind weniger ausgeprägte Auswirkungen zu erwarten als in umgekehrten Fällen.

Im Übrigen gelten die Ausführungen zum Niedrigwasserabfluss. Schwall/Sunk-Phänomen Hydraulischer Stress (Stärke der Strömung, Für die Auswirkungen von Schwall/Sunk-Phänomenen spielt die Gewässermorphologie Trübung, Verdriftung, Feststofftransport etc.) eine bedeutende Rolle. In geraden oder kanalisierten Flussläufen ist mit einer Verdrif- sowie ständig wechselnde Lebensraumbe- tung von Invertebraten bei starkem und raschem Abflussanstieg zu rechnen, während dingungen, Trockenfallen von teilweise bei verzweigten Flussläufen eher das Stranden der Fische bei einer raschen Abnahme grossen Uferflächen der benetzten Breite heikel ist. Weiter kann es bei regelmässig auftretenden sehr kleinen Sunkabflüssen zu kritischen Restwasser-ähnlichen Verhältnissen kommen (siehe Bewertungsindikator Niedrigwasserabfluss). Grundsätzlich gilt, dass in ökomorphologisch gut strukturierten Gewässern die negativen Auswirkungen durch das Vorhandensein von Rückzugsräumen etwas abgeschwächt werden.

Folgende weitere Abklärungen sind empfohlen:

• Generelle Empfindlichkeit der örtlichen Ökomorphologie auf Schwall/Sunk, unter Beachtung eventueller Grundwasserinfiltration

• ökologische Durchgängigkeit bei Sunk

• ökologische Beurteilung der Spitzen und Häufigkeit von Schwall/Sunk im Jahresverlauf Falls damit der Schwall/Sunk-Eingriff nicht als unbedenklich klassiert werden kann, wird eine Feldaufnahme der örtlichen Gewässerbiologie und deren Vergleich mit Referenzgewässern empfohlen. Spülung und Entleerung Hydraulischer Stress (Stärke der Strömung, Im Allgemeinen gelten bezüglich der Auswirkungen die Ausführungen zu Schwall/Sunk- Trübung, Verdriftung, Feststofftransport etc.) Phänomen. sowie abrupt wechselnde Lebensraumbedingungen, Versiltung und Versandung Für Spülungen und Entleerungen typisch ist ein starker Anstieg von Trübung und Feststofftransport. Entsprechende Empfindlichkeiten der örtlichen Gewässerbiologie sind besonders zu beachten.

Falls die Spülungen und Entleerungen diesbezüglich nicht als unbedenklich klassiert werden können, wird eine Feldaufnahme der örtlichen Gewässerbiologie und deren Vergleich mit Referenzgewässern empfohlen. Regenwassereinleitungen Hydraulischer Stress (Stärke der Strömung, Im Allgemeinen gelten bezüglich der Auswirkungen die Ausführungen zu Schwall/Sunk- Trübung, Verdriftung, Feststofftransport Phänomen. Kleinere Gewässer reagieren in der Regel empfindlicher auf Regenwasseretc.), Schadstoffspitzen, sowie abrupt einleitungen als grosse. wechselnde Lebensraumbedingungen Für Regenwassereinleitungen typisch ist ein schneller Anstieg bezüglich Abfluss und Schadstoffspitzen. Entsprechende Empfindlichkeiten sind besonders zu beachten.

Falls diesbezüglich die Regenwassereinleitungen nicht als unbedenklich klassiert werden können, wird eine Feldaufnahme der örtlichen Gewässerbiologie und deren Vergleich mit Referenzgewässern empfohlen.

6 > Bewertung und Interpretation 87

6.4 Aggregation zur Gesamtbewertung

Nach der Abschnittsbewertung liegen für alle ausgewiesenen Gewässerabschnitte die Gesamtbewertung erforderlich Bewertungen der neun Bewertungsindikatoren als Einzelbewertung vor. Das Modul- Stufen-Konzept verlangt jedoch eine Gesamtbewertung pro Modul, die einen raschen Überblick über den Zustand ermöglicht.

Durch eine Aggregation der neun Einzelbewertungen muss also eine Gesamtbewertung Überlegungen zur pro Gewässerabschnitt erreicht werden. Die Definition der Aggregationsregel beruht Aggregationsregel auf folgenden Überlegungen:

> Die Bildung eines Mittelwerts aus allen Einzelbewertungen ist nicht zulässig, da sie unterschiedliche Aspekte bewerten, zwischen denen keine Kompensationseffekte erwartet werden. > Da bereits ein schlechter Zustand bezüglich eines oder weniger Bewertungsindikatoren das Ökosystem beeinträchtigen kann, muss die Gesamtbewertung in Richtung «worstcase» gehen. > Die Erfahrung von Pilot-Auswertungen zeigte jedoch, dass eine reine worstcase- Regel eine zu pessimistische Gesamtbewertung bewirkt, insbesondere in Situationen, wo nur ein einziger Bewertungsindikator sehr schlecht abschneidet und alle anderen einen guten Zustand aufweisen. > Eine allgemeingültige Gewichtung zwischen den Bewertungsindikatoren ist fachlich nicht begründbar. > Der Bewertungsindikator Schwall/Sunk-Phänomen hat eine Sonderstellung, da bei Strecken mit Schwall/Sunk oft nur dieser Indikator schlecht abschneidet, was der ökologischen Relevanz nicht gerecht wird. Andere Phänomene wie z. B. Restwasserstrecken werden durch mehrere Indikatoren abgebildet. Im Falle von Schwall/Sunk genügt bereits eine schlechte Bewertung dieses einzelnen Indikators, um einen insgesamt schlechten Zustand aufzuzeigen, d. h. eine worstcase-Bewertung ist angezeigt.

Die daraus abgeleitete Aggregationsregel bezieht sowohl die schlechteste der neun Aggregationsregel mit «worst Einzelbewertungen (worstcase) als auch einen Summenwert aller Einzelbewertungen case» und Summenwert ein.

Der Summenwert der Einzelbewertungen wird durch Aufsummieren der folgenden Bildung Summenwert aus den Punktzahlen in Abhängigkeit der Zustandsklasse der Einzelbewertungen gebildet: Zustandsklassen der Einzelbewertungen > Klasse 1: 1 Punkt > Klasse 2: 2 Punkte > Klasse 3: 4 Punkte > Klasse 4: 8 Punkte > Klasse 5: 12 Punkte

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 88

Anschliessend wird die zutreffende Zustandsklasse der Gesamtbewertung gemäss der Klassierungsregel bestimmt. Diese ist so konzipiert, dass die worstcase-Zustandsklasse resultiert, wenn diese bei den Einzelbewertungen mindestens zweimal vorkommt. Weiter wird eine Verbesserung gegenüber dem worstcase-Wert um zwei Zustandsklassen berücksichtigt, wenn ausser dem Bewertungsindikator mit der worstcase- Zustandsklasse alle anderen Indikatoren Klasse 1 aufweisen.

Abb. 33 > Klassierungsregel Gesamtbewertung Schematische Darstellung der Aggregationsregel zur Ermittlung der Gesamtbewertung mit Berücksichtigung von « worst case» und Summenwert. Ausnahme: wenn der Bewertungsindikator Schwall/Sunk-Phänomen eine schlechtere Klassierung aufweist, wird diese für die Gesamtbewertung übernommen.

Für einen Gewässerabschnitt weist ein Bewertungsindikator die Klasse 5 auf, bei zwei Lesebeispiel weiteren resultiert Klasse 3, bei den restlichen liegt Klasse 1 vor. Worstcase-Wert ist also Klasse 5, der Summenwert der Einzelbewertungen beträgt 26. In der Spalte mit worstcase-Klasse 5 wird das Kriterium Summenwert <31 erfüllt, womit als Gesamtbewertung die Klasse 4 resultiert.

Bei Strecken mit ausgeprägtem Schwall/Sunk wird die Klassierung des Bewertungsin- Ausnahme Schwall/Sunk dikators Schwall/Sunk-Phänomen als Gesamtbewertung übernommen, falls dies eine schlechtere Klassierung ergibt als die oben beschriebene Aggregationsregel. Grund dafür ist, dass dieses ökologisch relevante Phänomen oft nur durch diesen einzelnen Indikator abgebildet wird.

Für diejenigen Indikatoren, die gemäss Kapitel 5.1 nicht zu berücksichtigen waren, Umgang mit nicht ausgewerteten wird angenommen, dass keine Beeinträchtigung vorliegt und deshalb Zustandsklasse 1 Indikatoren zutrifft. Die betreffenden Indikatoren fliessen entsprechend als Klasse 1 in die Gesamtbewertung ein.

Weisen ein oder mehrere Bewertungsindikatoren die grau dargestellte Zustandsklasse Umgang mit Zustandsklasse grau «ohne Bewertung» auf, so resultiert in der Regel auch in der Gesamtbewertung die «ohne Bewertung» graue Zustandsklasse, da die Gesamtbewertung mit der gewählten Aggregationsregel nicht bestimmt werden kann. Falls jedoch zwei oder mehr Bewertungsindikatoren Zustandsklasse 5 aufweisen, so resultiert auch in der Gesamtbewertung diese Klasse.

Die Ergebnisse der Gesamtbewertung können analog den Ergebnissen der Einzelbe- Darstellung der Gesamtbewertung wertungen aufbereitet und dargestellt werden (siehe Kap. 6.2, Abb. 31).

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 89

> Anhang Abflussregimetypspezifische Auswertungen A1 Übersicht Auswertungen und Referenzstationen

Aschwanden und Weingartner (1985) hatten die 16 Abflussregimetypen der Schweiz durch Auswertungen von Referenzstationen unter Betrachtung des saisonalen Verlaufs des Mittelwasserabflusses definiert. Diese Auswertungen wurden durch das BAFU im Jahr 2004 aktualisiert. Sie sind in den folgenden Anhängen A2 und A3 sowie auf der Website des BAFU verfügbar (www.bafu.admin.ch > Themen > Hydrologische Grundlagen und Daten > Informationssysteme und Methoden > Grobe Abschätzung hydrologischer Kenngrössen über den Abflussregimetyp).

Mit einem umfassenden Set von 359 Referenzstationen wurden mit Bezug auf die Umfassendes Set Abflussregimetypen verschiedene Auswertungen zu hydrologischen Kenngrössen ge- (359 Referenzstationen): diverse macht. Die Ergebnisse dieser Auswertungen sind in Anhang A3 zusammengestellt und hydrologische Kenngrössen betreffen folgende Kenngrössen:

> Spezifischer mittlerer jährlicher Abfluss Mq und dessen Variationskoeffizient > Spezifischer mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss MHq (Tagesabflüsse) und dessen Variationskoeffizient > Faktoren k MHQ:MQ , basierend auf maximalen Tagesabflüssen resp. auf maximalen Momentanabflüssen (letzteres mit reduziertem Set an Referenzstationen) > Hochwasserhäufigkeit f HQ mit Hochwasserschwellenwert 0.6·MHQ (Momentanabflüsse) und deren Variationskoeffizient (mit reduziertem Set an Referenzstationen) > Spezifischer Niedrigwasserabfluss q 347 und dessen Variationskoeffizient > Spezifischer mittlerer jährlicher Niedrigwasserabfluss MNq und dessen Variationskoeffizient > Mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode d Q347 und deren Variationskoeffizient

Für die Aktualisierung der Pardékoeffizienten Pk i wurde die Auswahl der Referenzsta- Reduziertes Set tionen so eingeschränkt, dass pro Abflussregimetyp je eine ähnliche Anzahl Stationen (90 Referenzstationen): zur Verfügung stand. Mit der gleichen Auswahl von 90 Referenzstationen wurden auch Pk i und R-Werte R-Werte (natürliche Variabilität von MQ und Pk i von Einzeljahren zu deren langjährigen Mittelwerten) ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Auswertungen sind in Anhang A2 zusammengestellt.

Bei der Auswahl der verwendeten Referenz-Abflussmessstationen wurden folgende Auswahlkriterien Kriterien angewendet: Referenzstationen

> Grösse der Einzugsgebiete zwischen 0.5 und 600 km² > Beobachtungsdauer mindestens 5 Jahre > Keine Einzugsgebiete, in denen Seen Teilflächen >25 % des Gesamtgebietes erfassen

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 90

> Keine massgebende anthropogene Beeinflussung des Abflussregimes (Wasserentnahmen, Speicherseen, etc.) > Regimetyp bestimmbar (keine Beeinflussung, Seeneinfluss, etc.) > Unabhängigkeit, d. h. keine nahe beieinander liegenden Stationen am gleichen Gewässer

Abb. 34 > Übersicht Referenzstationen Lage und Regimetyp der für die Abflussregimetyp-spezifischen Analysen verwendeten Referenzstationen. Die schwarz umrandeten Stationen stellen eine Auswahl von 90 Referenzstationen dar, welche für die Pk- und R-Wert-Auswertungen verwendet wurden (siehe Anhang A2).

Tab. 12 > Auswahl der 90 Referenzstationen für Pk- und R-Wert-Auswertungen Auswahl von je einer ähnlichen Anzahl Stationen pro Abflussregimetyp aus dem vollständigen Set der Referenzstationen.

Regimetyp Name Referenzstation Messperiode Dauer (in Jahren)

1 Rhone(Rotten)-Gletsch 1956–2000 45

1 Trübbach-Räzliberg 1952–1995 44

1 Rosegbach-Pontresina 1960–2001 42

1 Lonza-Blatten 1956–2001 46

1 Massa-Blatten bei Naters 1965–2001 16

2 Alpbach-Erstfeld, Bodenberg 1977–2000 24

2 Borgne-La Luette 1926–1956 31

2 Drance de Bagnes-Le Châble, Villette 1922–1955 34

2 Linth-Tierfehd 1918–1961 44

2 Simme-Oberried/Lenk 1950–2001 52

3 Engelberger Aa-Engelberg 1955–1990 36

3 Gornerbach-Kiental 1950–1982 33

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 91

Regimetyp Name Referenzstation Messperiode Dauer (in Jahren)

3 Hinterrhein-Hinterrhein 1945–2001 57

3 Inn-St.Moritzbad 1923–2001 79

3 Lütschine-Gsteig 1923–2001 79

3 Weisse Lütschine-Zweilütschinen 1933–2001 69

3 Witenwasserenreuss-Realp 1957–1986 30

4 Chamuerabach-La Punt-Chamues-ch 1973–2001 29

4 Reuss-Andermatt 1910–2001 92

4 Salanfe-Montagne de Salanfe 1929–1949 21

4 Dischmabach-Davos, Kriegsmatte 1964–2001 38

4 Somvixer Rhein-Alp Sutglatschèr 1932–1974 43

5 Engelberger Aa-Büren 1922–1966 45

5 Engstligenbach-Engstligenalp 1950–1965 16

5 Hinterrhein-Andeer, Bad Pignieu 1923–1959 37

5 Julia-Tiefencastel 1919–1948 30

5 Schächen-Bürglen 1931–1965 35

5 Tamina-Vättis 1959–1975 17

6 Allenbach-Adelboden 1950–2001 52

6 Grosstalbach-Isenthal 1957–2001 45

6 Ova dal Fuorn-Zernez, Punt la Drossa 1960–2001 42

6 Muota-Ingenbohl 1923–2001 79

6 Plessur-Chur 1931–2001 71

7 Sihl-Untersiten 1921–1936 16

7 Grande Eau-Aigle 1935–2000 66

7 Minster-Euthal, Rüti 1961–2001 41

7 Thur-Stein, Iltishag 1964–2001 38

7 Sitter-Appenzell 1969–2001 33

8 Necker-Necker 1923–1933 11

8 Alp-Trachslau, Rüti 1925–1950 26

8 Thur-Bütschwil 1922–1974 53

8 Sense-Thörishaus 1928–2001 74

8 Emme-Eggiwil, Heidbüel 1975–1999 25

8 Baye de Montreux-Les Avants 1933–1974 42

8 Urnäsch-Hundwil, Aschentobel 1962–2001 40

8 Emme-Emmenmatt 1918–2001 84

9 Glatt-Herisau, Zellersmühle 1965–2001 36

9 Goldach-Goldach 1962–2001 40

9 Rietholzbach-Mosnang, Rietholz 1976–2001 26

9 Steinach-Steinach 1962–2001 40

9 Töss-Wülflingen 1965–2002 36

10 Aach-Salmsach, Hungerbühl 1962–2001 40

10 Bibere-Kerzers 1956–2001 46

10 Broye-Payerne 1968–2001 34

10 Bünz-Othmarsingen 1977–1999 22

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 92

Regimetyp Name Referenzstation Messperiode Dauer (in Jahren)

10 Langeten-Huttwil, Häberenbad 1966–2001 36

10 Murg-Wängi 1922–2001 62

10 Töss-Neftenbach 1921–2001 81

10 Wyna-Unterkulm 1977–1999 22

11 Areuse-Boudry 1984–2001 18

11 Birse-Moutier, La Charrue 1923–2001 79

11 Noiraigue-Noiraigue 1959–1979 21

11 Suze-Sonceboz 1961–2001 41

11 Orbe-Le Chenit 1971–2001 31

12 Ergolz-Liestal 1934–2001 68

12 Parimbot-Ecublens, Eschiens 1979–2001 23

12 Mentue-Dommartin, La Scie 1975–1990 16

12 Sissle-Eiken 1977–1997 20

12 Allondon-Dardagny, Les Granges 1986–2001 16

12 Talbach-Schinznach-Dorf 1980–1999 19

13 Moesa-San Giacomo 1919–1928 10

13 Brenno-Campra 1920–1930 11

13 Brenno-Olivone 1921–1930 10

13 Ticino-Piotta 1925–1945 21

13 Krummbach-Klusmatten 1952–2001 48

13 Calancasca-Buseno 1952–1962 11

13 Riale di Calneggia-Cavergno, Pontit 1967–2001 35

13 Poschiavino-La Rösa 1970–2001 32

13 Bavona-Bignasco 1932–1952 21

14 Riale di Roggiasca-Roveredo 1966–2001 36

14 Traversagna-Arbedo 1980–2001 22

14 Vedeggio-Isone 1980–2002 23

14 Riale di Gnosca-Gnosca 1979–2002 24

14 Verzasca-Lavertezzo, Campiöi 1990–2001 12

15 Cassarate-Pregassona 1967–2002 36

15 Magliasina-Magliaso, Ponte 1980–2001 22

15 Vedeggio-Bioggio, Acquedotto CDALD 1981–2000 20

16 Faloppia-Chiasso 1969–1980 12

16 Laveggio-Penate, Mendrisio 1981–2002 22

16 Scairolo-Figino 1982–2002 21

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 93

A2 Auswertungen Pardékoeffizienten (Pki) und R-Werte

Die im Folgenden beschriebenen Auswertungen der Pardékoeffizienten Pk i und R- Werte wurden mit dem reduzierten Set von 90 Referenzstationen erstellt (vgl. Tab. 12 in Anhang A1).

Für jeden Abflussregimetyp wurde auf der Basis der Referenzstationen der Mittelwert Auswertungen (MPk) sowie die Ober- und Untergrenze (OG resp. UG) des Erwartungs (EB)- und des Pardékoeffizienten Pk i Schwankungsbereichs (SB) der Pardékoeffizienten Pk i wie folgt ermittelt:

> Mittelwert: Aus den Pardékoeffizienten der Pk i (langjähriger Mittelwert) der einzelnen Referenzstationen eines Regimetyps wurde der Mittelwert MPk pro Regimetyp ermittelt. > Erwartungsbereich: Die obere resp. untere Grenze des Erwartungsbereichs entspricht dem maximalen resp. minimalen Pk i -Wert (langjähriger Mittelwert) der Referenzstationen eines Regimetyps. > Schwankungsbereich: Aus den jährlichen Schwankungen der Pk i -Werte werden das mittlere 25 %- und 75 %-Quantil eines Regimetyps bestimmt und der Erwartungsbereich um die Differenz dieser Werte zum langjährigen Mittelwert erweitert. Das Schwankungsband deckt damit vereinfacht gesagt 50 % aller Fälle (zwischen dem 25 % und dem 75 %-Quantil) der natürlich auftretenden Variabilität ab.

Im Detail wird bei der Berechnung des Schwankungsbereichs so vorgegangen, dass für die einzelnen Referenzstationen (n) das Pk-75 %-Quantil (Pk75 i,n ) der Pk-Werte für die einzelnen Monate (i) berechnet wird. Daraus wird für die Einzelmonate das mittlere Pk-75 %-Quantil des Regimetyps (Pk75 i ) ermittelt und damit die Differenz zum monatlichen Mittelwert bestimmt. Diese Differenz wird durch den monatlichen Mittelwert dividiert, um eine relative Differenz zu erhalten (= ∆ 75i ). Der maximale Pk-Wert des Erwartungsbereiches wird um diese relative Differenz erhöht, um so die obere Grenze des Schwankungsbereiches (OG SB) zu erhalten:

Analog wird die Untergrenze des Schwankungsbereiches (UG SB) bestimmt:

Die folgende Abbildung zeigt für alle Regimetypen die grafische Aufbereitung dieser Auswertungen inklusive der berechneten Werte. Sie sind auch auf der Website des BAFU verfügbar (www.bafu.admin.ch > Themen > Hydrologische Grundlagen und Daten > Informationssysteme und Methoden > Grobe Abschätzung hydrologischer Kenngrössen über den Abflussregimetyp).

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 94

Abb. 35 > Abflussregimetyp-spezifische Auswertung von Pk i

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 95

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 96

Legende

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 97

R-Werte bringen die natürliche Variabilität von MQ und Pk von Einzeljahren um deren Auswertungen R-Werte R j,Regimetyp langjährigen Mittelwert zum Ausdruck (vgl. Pfaundler et al. 2006). Auf der Basis der in Tab. 12 aufgelisteten Referenzstationen wurden Abflussregimetyp-spezifische R- Wert-Auswertungen durchgeführt. Der Abflussregimetyp-spezifische R-Wert R j,Regimetyp eines Einzeljahres j zum langjährigen Mittelwert ist eine relative Grösse und bezieht die Summe der Absolutbeträge aller Differenzen zwischen den Monatsabflüssen eines Einzeljahres und den mittleren Monatsabflüssen auf die Summe der mittleren Monatsabflüsse.

12 12

R j, Regimetyp = ∑ MMQ i − MMQ i , j /( ∑ MMQ ) des Regimetyps i

R j,Regimetyp R-Wert Einzeljahr j zu langjährigem Mittelwert des Regimetyps MMQ i Mittlere monatliche Abflüsse für den Monat i MMQ i,j Mittlere monatliche Abflüsse für den Monat i des Jahres j

In einer Grundlagenarbeit (Pfaundler et al. 2006) wurden für jeden Abflussregimetyp auf der Basis der Referenzstationen eine Vielzahl von R-Werten von Einzeljahren R j,Regimetyp gerechnet und daraus Histogramme erstellt. Die folgende Abbildung zeigt die theoretischen Verteilungsfunktionen dieser Histogramme. Sie zeigt eine geringe natürliche Variabilität von MQ und Pk alpiner Regimes, resp. eine grössere Variabilität von Regimetypen des Mittellandes.

Abb. 36 > Abflussregimetyp-spezifische Auswertung der R-Werte R j,Regimetyp Theoretische Verteilungsfunktionen der R-Werte pro Regimetyp.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 98

A3 Auswertungen weitere hydrologische Kenngrössen

Die folgenden Auswertungen zu den verschiedenen hydrologischen Kenngrössen wurden sofern nicht anders vermerkt mit dem umfassenden Set von 359 Stationen erstellt. Sie werden jeweils in den folgenden zwei Darstellungsarten gezeigt:

> Als Box-Plot pro Regimetyp > Räumliche Verteilung der Medianwerte, angezeigt in Farbkategorien

Abb. 37 > Lesehilfe Box-Plots Ein sogenannter Box-Plot zeigt die Extremwerte (Minimum und Maximum), das untere und obere Quartil (25 %- resp. 75 %-Quantil) sowie den Median (50 %-Quantil) einer Messreihe und vermittelt einen schnellen Überblick über die Lage und die Streuung der Messwerte. Minimum und Maximum werden in den vorliegenden Darstellungen als Ausreisser dargestellt, wenn die Distanz zwischen ihnen und dem unteren resp. oberen Quartil mehr als das 1.5-fache des Inter-Quartil-Bereichs (IQB), also der Differenz zwischen den beiden Quartilen, beträgt.

Die folgenden Abbildungen sind auch auf der Website des BAFU verfügbar (www.bafu.admin.ch > Themen > Hydrologische Grundlagen und Daten > Informationssysteme und Methoden > Grobe Abschätzung hydrologischer Kenngrössen über den Abflussregimetyp).

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 99

Abb. 38 > Spezifischer mittlerer jährlicher Abfluss Mq [l/s· km²]

Abb. 39 > Variationskoeffizient mittlerer jährlicher Abfluss CV-MQ [%]

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 100

Abb. 40 > Spezifischer mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss (Tagesabflüsse) MHq [l/s· km²]

Abb. 41 > Variationskoeffizient mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss (Tagesabflüsse) CV-MHQ [%]

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 101

Abb. 42 > Faktoren k MHQ:MQ [-] (MHQ aus Tagesabflüssen) Datengrundlage für MHQ sind jährlich maximale Tagesabflüsse.

Abb. 43 > Faktoren k MHQ:MQ [-] (MHQ aus Momentanabflüssen) Datengrundlage für MHQ sind jährlich maximale Momentanabflüsse. Reduziertes Set an Referenzstationen aufgrund Datenverfügbarkeit mit z. T. sehr knapper Datengrundlage.

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 102

Abb. 44 > Hochwasserhäufigkeit f HQ [Ereignisse/Jahr] mit Schwellenwert 0.6· MHQ Datengrundlage sind Momentanabflüsse. Reduziertes Set an Referenzstationen aufgrund Datenverfügbarkeit mit z. T. sehr knapper Datengrundlage.

Abb. 45 > Variationskoeffizient Hochwasserhäufigkeit CV-f HQ [%] mit Schwellenwert 0.6· MHQ Datengrundlage sind Momentanabflüsse. Reduziertes Set an Referenzstationen aufgrund Datenverfügbarkeit mit z. T. sehr knapper Datengrundlage.

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 103

Abb. 46 > Spezifischer Niedrigwasserabfluss q 347 [l/s· km²]

Abb. 47 > Variationskoeffizient Niedrigwasserabfluss CV-Q 347 [%]

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 104

Abb. 48 > Spezifischer mittlerer jährlicher Niedrigwasserabfluss MNq [l/s· km²]

Abb. 49 > Variationskoeffizient mittlerer jährlicher Niedrigwasserabfluss CV-MNQ [%]

> Anhang Abflussregimetyp-spezifische Auswertungen 105

Abb. 50 > Mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode d Q347 [Tage]

Abb. 51 > Variationskoeffizient mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode CV-d Q347 [%]

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 106

> Anhang Inter- und Extrapolation A4 Berechnungsanleitungen für Inter- und Extrapolation

Anwendungsbereich von Inter- und Extrapolation

Stehen Messdaten nicht direkt am Ort des Eingriffs sondern an einer für die Eingriffs- Inter-/Extrapolation über stelle repräsentativen Messstelle zur Verfügung, können die Kenngrössen anhand Einzugsgebietsfläche dieser Daten berechnet und anschliessend unter Verwendung der Einzugsgebietsflächen inter- und/oder extrapoliert werden.

Die Repräsentativität ist gegeben wenn: Voraussetzungen für Inter-/Extrapolation > Die Messstelle unter- oder oberhalb des Eingriffs am gleichen Gewässer liegt und die Einzugsgebiete ähnlich sind. > Eine Messstelle in einem benachbarten, ähnlichen Einzugsgebiet vorhanden ist.

Inter- und extrapoliert werden kann immer nur zwischen Messstationen, resp. Datenperioden von Messstationen, welche denselben Abflusszustand (Referenzzustand oder beeinflusster Zustand) repräsentieren.

Die Ähnlichkeit der Einzugsgebiete bezieht sich auf das hydrologische Verhalten und ist gegeben bei geringer geografischer Distanz sowie kleinen Unterschieden in den Einzugsgebietsflächen (30–250 % des zu beurteilenden Einzugsgebiets), den hydrometeorologischen (Niederschlag, Temperatur) und physiografischen (Geologie, Boden, Topographie, Landnutzung) Charakteristika. Für die Beurteilung der Ähnlichkeit sind deshalb hydrologisches Fachwissen sowie die Kenntnis der Gebiete erforderlich. Weiter sollte zwischen den beiden Stellen kein anthropogener Eingriff oder See liegen, welche das hydrologische Regime signifikant verändern könnten. Besondere Vorsicht ist bei Karstgebieten geboten, wo sich oft zusätzliche Unsicherheiten und Fehler ergeben.

Flächenabhängige Kenngrössen

Folgende hydrologische Kenngrössen sind abhängig von der Einzugsgebietsfläche: MQ, MHQ, Q 347 . Die entsprechenden Inter- und Extrapolationen lauten:

X E = X O + ( X U − X O ) ⋅ ( AEZG ,E − AEZG ,O ) /( AEZG ,U − AEZG ,O ) Interpolation einer ober- und einer unterliegenden Messstelle X Gesuchter Parameter, an der Eingriffsstelle (E), der ober- (O) und unterliegenden (U) Messstelle A EZG Einzugsgebietsfläche, an der Eingriffsstelle (E), der ober- (O) und unterliegenden (U) Messstelle

X E = ( X O1 + X O 2 ) + ( X U − ( X O1 + X O 2 )) ⋅ ( AEZG ,E − ( AEZG ,O1 + AEZG ,O 2 )) /( AEZG ,U − ( AEZG ,O1 + AEZG ,O 2 )) Interpolation bei zwei ober- und einer unterliegenden Messstelle X Gesuchter Parameter, an der Eingriffsstelle (E), den ober- (O1, O2) und unterliegenden (U) Messstellen A EZG Einzugsgebietsfläche, an der Eingriffsstelle (E), den ober- (O1, O2) und unterliegenden (U) Messstellen

> Anhang Inter- und Extrapolation 107

X E = ( X M 1 + X M 2 ) ⋅ ( AEZG ,E /( AEZG ,M 1 + AEZG ,M 2 ))Φ Extrapolation bei zwei ober- oder unterliegenden Messstellen X Gesuchter Parameter, an der Eingriffsstelle (E) oder den ober- oder unterliegenden Messstellen (M1, M2) A EZG Einzugsgebietsfläche, an der Eingriffsstelle (E) oder den ober- oder unterliegenden Messstellen (M1, M2) Φ Parameter für den Einfluss der Flächengrösse: Φ = 1 für MQ und Q 347 , Φ = 0.7 für MHQ)

Wenn die Extrapolation nur auf einer Messstation basiert werden kann, wird die An- Extrapolation nur einer ober- oder wendung nur ab einer Einzugsgebietsfläche der Messstation von mindestens 5 km² unterliegenden Messstelle empfohlen.

X Gesuchter Parameter, an der Eingriffsstelle (E) oder der ober- oder unterliegenden Messstelle (M) A EZG Einzugsgebietsfläche, an der Eingriffsstelle (E) oder der ober- oder unterliegenden Messstelle (M) Φ Koeffizient für den Einfluss der Flächengrösse: Φ = 1 für MQ und Q 347 , Φ = 0.7 für MHQ)

Ein Spezialfall der Extrapolation ist die Anwendung von spezifischen Abflusswerten Extrapolation mit (Abfluss pro Flächeneinheit), z. B. q 347 , welche von Werten eines ähnlichen, nicht flächenspezifischen Werten zwingend ober- oder unterliegenden, Einzugsgebiets hergeleitet werden.

X Gesuchter Parameter an der Eingriffsstelle (E) x Flächenspezifischer Wert des Parameters X, der für die Eingriffsstelle repräsentativ ist A EZG Einzugsgebietsfläche an der Eingriffsstelle (E)

Flächenunabhängige Kenngrössen

Folgende hydrologische Kenngrössen sind unabhängig von der Einzugsgebietsfläche: Pk i , Hochwasserhäufigkeit, Hochwasser- und Niedrigwasser-Saisonalität, Dauer Niedrigwasserperioden, CV-Q 347 . Für deren Inter- und Extrapolation gilt Folgendes:

Die Interpolation berücksichtigt die Einzugsgebietsfläche indirekt, indem die Ähnlich- Interpolation keit der Flächengrösse in einen gewichteten Mittelwert einfliesst. mehrerer Messstellen

n 1 ⎡ n ⎤ X M ,i ⋅ ⋅⎢1 − AEZG ,M ,i − AEZG ,E / n −1 ⎣ ∑ AEZG ,M ,i − AEZG ,E ⎥ ⎦

X gesuchter Parameter, an der Eingriffsstelle (E) oder der ober- oder unterliegenden Messstelle (M) A EZG Einzugsgebietsfläche, an der Eingriffsstelle (E) oder der ober- oder unterliegenden Messstelle (M) n Anzahl Messstellen

Wenn die Extrapolation nur von einer Messstation abhängt, wird der gesuchte Parame- Extrapolation nur einer oberter unverändert für die Eingriffsstelle übernommen. oder unterliegenden Messstelle

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 108

> Verzeichnisse I h,Spül Hydraulischer Stress durch Spülungen und Entleerungen

Intensität des Schwall/Sunk-Impulses Abkürzungen JD HQ Julianisches Datum des Auftretens des Jahreshochwasserabflusses A Entw Entwässerte Fläche k EZG Korrekturfaktor für die Gewässergrösse, resp. Einzugsgebietsfläche A EZG Einzugsgebietsfläche k MHQ:MQ Verhältnis MHQ zu MQ A See Seefläche Korrekturfaktor für die Pegeländerungsrate Schwall/Sunk b beeinflusster Zustand k PR,Spül Korrekturfaktor für die Pegelanstiegsrate des Spülabflusses CV Variationskoeffizient kt Korrekturfaktor Zeitpunkt der Spülungen Dist r,b Distanz der Saisonalitätspunkte des Referenz- und beeinflussten L installiert Zustands im Saisonalitätskreis Installierte Leistung eines Wasserkraftwerks MHQ Jährlich längste zusammenhängende Periode mit Q d < Q 347 Mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss MHq Mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode Spezifischer mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss EW MMQ i Einwohnerwerte hydraulisch Mittlerer monatlicher Abfluss des Monats i fE MMQ i,EZG,Raster Mittlere Hochwasserhäufigkeit durch Regenwassereinleitungen Mittlere monatliche Abflusshöhe des Einzugsgebiets aus Rasterdaten f HQ MNQ Mittlere Hochwasserhäufigkeit Mittlerer jährlicher Minimalabfluss f Spül MNq Häufigkeit der Spülungen und Entleerungen pro Jahr Spezifischer mittlerer jährlicher Minimalabfluss GA MQ Gewässerabschnitt Mittlerer jährlicher Abfluss HHQ Mq Grösster je gemessener Abfluss Spezifischer mittlerer jährlicher Abfluss HQ 1 MQ EZG,Raster Hochwasserabfluss mit Jährlichkeit 1 Mittlere Jahresabflusshöhe des Einzugsgebiets aus Rasterdaten I h,Schwall MQ j Hydraulischer Stress durch Schwallabfluss Mittlerer jährlicher Abfluss eines Einzeljahres j

> Verzeichnisse 109

MQ Seezuflüsse Qd Summe der mittleren Abflüsse aller Seezuflüsse Abfluss-Tagesmittelwert (Tagesabfluss)

MQ Speicherzuflüsse Q d,i Summe der mittleren Abflüsse aller Speicherzuflüsse Abfluss-Tagesmittelwerte (Tagesabflüsse) des Monats i

MQ Vorfluter Q d,max Mittlerer jährlicher Abfluss des Vorfluters Jahreshochwasserabfluss (aus Tagesabflüssen)

NNQ QE Kleinster je gemessener Abfluss Spitzenabfluss von Regenwassereinleitungen

P Grund Q Grund Durchschnittlicher Pegel vor Beginn der Spülung Grundabfluss vor Beginn einer Spülung

Pk i Q max Pardékoeffizient des Monats i Abfluss-Tagesmaximum (aus Momentanabflüssen)

PR max Q min Tagesmaximum der Pegeländerungsrate P t Abfluss-Tagesminimum (aus Momentanabflüssen)

PR min Q Rest Tagesminimum der Pegeländerungsrate P t Restwassermenge oberhalb der Wasserrückgabe

PR Schwall QS Pegelanstiegsrate Schwall/Sunk Maximaler Abfluss oder bewilligte Einspeisemenge eines Eingriffs

PR Spül Q Schwall Pegelanstiegsrate Spülung und Entleerung Schwallabfluss

PR Sunk Q Spül Pegelrückgangsrate Schwall/Sunk Durch eine Spülung typischerweise verursachter Mehrabfluss

PR t Q Spül,max Pegeländerungsrate zum Zeitpunkt t Abflussspitze während den Spülungen

P Spül,max Q Sunk Pegelspitze während den Spülungen Sunkabfluss

Pt QT Pegel zum Zeitpunkt t (Momentanwerte) Maximal bewilligte Kühlwasserabflussmenge

Q Q Turbine Momentanabfluss Schluckvermögen der Turbine(n) einer Kraftwerkszentrale

Q* QÜ Hochwasserschwellenwert Maximal bewilligte Abflussmenge einer Überleitung

Q 347 r Niedrigwasserabfluss Referenzzustand

q 347 r D,T Spezifischer Niedrigwasserabfluss Regenintensität für die Konzentrationszeit D und die Jährlichkeit T

QA Maximal bewilligte Entnahmemenge eines Eingriffs

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 110

r HQ Abb. 2 Zeitliche Variabilität des Auftretensdatums des Jahreshochwasser- Ablauf der Bewertungsmethodik und Hilfsmittel 13 abflusses Abb. 3 R j,Regimetyp Klassierungsschema: Bezeichnung und Farbcodierung der R-Werte von Einzeljahren j zu langjährigem Mittelwert des Regimetyps Klassen 17

R r,b Abb. 4 R-Wert Referenz- zu beeinflusstem Zustand Einordnung Referenzzustand 18

T Abb. 5 Jährlichkeit Natürliche Variabilität und relative Lage des beeinflussten Zustands 19 t Zeitpunkt Abb. 6 Die Abflussregimetypen der Schweiz 29 Vol See Seevolumen Abb. 7 Ablaufdiagramm zur Bestimmung des Abflussregimetyps 30 Vol Speicher Speichervolumen bei Stauziel Abb. 8 Regionen I, II und III für die Bestimmung des Vol Regulierung Abflussregimetyps 31 Regulierbares Seevolumen bis HQ 1 Abb. 9 Vol Retention Erwartungs- und Schwankungsbereich Pk i -Werte 32 Retentionsvolumen Abb. 10 V S/S Ermittlung Abflussregimetyp aus gemessenen Pk i -Werten 32 Abb. 11 Z GA Abgrenzung von Nieder-, Mittel- und Hochwasserbereich 32 Zustandsklasse am Gewässerabschnitt Abb. 12 Zi Beispiel des Saisonalitätskreises 38 Zustandsklasse eines Eingriffs oder Zwischeneinzugsgebietes Abb. 13 Φ Hochwasser-Saisonalität pro Abflussregimetyp 39 Koeffizient für den Einfluss der Flächengrösse bei Extrapolation hydrologischer Kenngrössen Abb. 14 Niedrigwasser-Saisonalität pro Abflussregimetyp 42 Ψ Spitzenabflusskoeffizient Abb. 15 Kartografische Darstellung des Eingriffinventars 54 θ HQ Mittleres Auftretensdatum des Jahreshochwasserabflusses Abb. 16 Natürliche Referenz und beeinflusster Zustand 57

Abb. 17 Abbildungen Klassierungsregel Mittelwasser-Abflussverlauf 59

Abb. 18 Abb. 1 Auswirkungen einer veränderten Hochwasserhäufigkeit 60 Abflussregime und ökologische Funktionsfähigkeit der Gewässer 10 Abb. 19 Klassierungssregel Hochwasserhäufigkeit 61

> Verzeichnisse 111

Abb. 20 Abb. 37 Beispiel für die dimensionslose Masszahl Dist r,b 63 Lesehilfe Box-Plots 98

Abb. 21 Abb. 38 Klassierungsregel Hochwasser-Saisonalität 63 Spezifischer mittlerer jährlicher Abfluss Mq [l/s· km²] 99

Abb. 22 Abb. 39 Klassierungsregel Niedrigwasserabfluss 65 Variationskoeffizient mittlerer jährlicher Abfluss CV-MQ [%] 99

Abb. 23 Abb. 40 Klassierungsregel Dauer Niedrigwasserperioden 68 Spezifischer mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss (Tagesabflüsse) MHq [l/s· km²] 100 Abb. 24 Beispiel einer schwallgeprägten Abflussganglinie 68 Abb. 41 Variationskoeffizient mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss Abb. 25 (Tagesabflüsse) CV-MHQ [%] 100 Klassierungsregel Schwall/Sunk-Phänomen 71 Abb. 42 Abb. 26 Faktoren k MHQ:MQ [-] (MHQ aus Tagesabflüssen) 101 Typische Abflussganglinie eines Spülereignisses 73 Abb. 43 Abb. 27 Faktoren k MHQ:MQ [-] (MHQ aus Momentanabflüssen) 101 Klassierungsregel Spülung und Entleerung 75 Abb. 44 Abb. 28 Hochwasserhäufigkeit f HQ [Ereignisse/Jahr] mit Schwellenwert Klassierungssregel Regenwassereinleitungen 77 0.6· MHQ 102

Abb. 29 Abb. 45 Tabellarische Darstellung der Bewertungsergebnisse pro Variationskoeffizient Hochwasserhäufigkeit CV-f HQ [%] mit Eingriff 77 Schwellenwert 0.6· MHQ 102

Abb. 30 Abb. 46 Beispiel Vorgehen Abschnittsbewertung 81 Spezifischer Niedrigwasserabfluss q 347 [l/s· km²] 103

Abb. 31 Abb. 47 Beispiel zur kartografischen Darstellung der Variationskoeffizient Niedrigwasserabfluss CV-Q 347 [%] 103 Bewertungsergebnisse 83 Abb. 48 Abb. 32 Spezifischer mittlerer jährlicher Niedrigwasserabfluss MNq Tabellarische Darstellung der Bewertungsergebnisse pro [l/s· km²] 104 Gewässerabschnitt 84 Abb. 49 Abb. 33 Variationskoeffizient mittlerer jährlicher Niedrigwasserabfluss Klassierungsregel Gesamtbewertung 88 CV-MNQ [%] 104

Abb. 34 Abb. 50 Übersicht Referenzstationen 90 Mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode d Q347 [Tage] 105

Abb. 35 Abb. 51 Abflussregimetyp-spezifische Auswertung von Pk i 94 Variationskoeffizient mittlere Dauer der Niedrigwasserperiode Abb. 36 Abflussregimetyp-spezifische Auswertung der R-Werte R j,Regimetyp 97

Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer. Hydrologie - Abflussregime Stufe F BAFU 2011 112

Tabellen

Tab. 1 Bewertungsindikatoren und benötigte hydrologische Kenngrössen 21

Tab. 2 Spezifischer mittlerer jährlicher Abfluss Mq [l/s·km²] pro Abflussregimetyp 34

Tab. 3 Pk i -Mittelwerte pro Abflussregimetyp 35

Tab. 4 Faktoren k MHQ:MQ [-] pro Abflussregimetyp (MHQ aus Tagesabflüssen) 36

Tab. 5 Spezifischer mittlerer jährlicher Hochwasserabfluss MHq [l/s·km²] pro Abflussregimetyp (Tagesabflüsse) 37

Tab. 6 Spezifischer Niedrigwasserabfluss q 347 [l/s·km²] pro Abflussregimetyp 40

Tab. 7 Variationskoeffizient Niedrigwasserabfluss CV-Q 347 [%] pro Abflussregimetyp 41

Tab. 8 Eingriffstypen und -arten mit Erheblichkeits-Schwellenwert und Signifikanzkriterium 51

Tab. 9 Erwartete Beeinträchtigung von Bewertungsindikatoren durch verschiedene Eingriffstypen 56

Tab. 10 Quantile des R-Werts R j,Regimetyp [%] pro Abflussregimetyp 58

Tab. 11 Interpretationshilfe zu den Bewertungsergebnissen 85

Tab. 12 Auswahl der 90 Referenzstationen für Pk- und R-Wert- Auswertungen 90

> Literatur 113

> Literatur Landeshydrologie (Hg. – jetzt BAFU, Abt. Hydrologie) 1992: Hydrologischer Atlas der Schweiz HADES.

OcCC / ProClim (Hg.) 2007: Klimaänderung und die Schweiz 2050, Erwartete Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft. Bern. Aquatic Sciences – Research Across Boundaries, Vol. 65, Nr.3 2003:, Special Feature: Artificial Floods in the River Spöl, S. 181–238, Petts G.E. 1995: Linking Hydrology and Ecology: The scientific basis Eawag, Dübendorf. for river management. In Harper DM and Ferguson AJF (eds), The Ecological Basis for River Management. J.Wiley and Sons, Chichester. Aschwanden H., Weingartner R. 1985: Die Abflussregimes der Schweiz. Geographisches Institut der Universität Bern. Publikation Pfaundler M., Keusen M. 2007: Veränderungen von Schwall-Sunk. Gewässerkunde Nr. 65. Hydrologische Datenanalyse zur Charakterisierung von Schwall-Sunk Phänomenen in der Schweiz. Umwelt-Wissen Nr. 0712. Bundesamt BMLF 2004: Methodik zum Bericht der Ist-Bestandesaufnahme für die für Umwelt, Bern. 110 S. österreichischen Anteile der Flussgebietseinheiten Donau, Rhein und Elbe. Österreichisches Bundesministerium für Land- und Pfaundler M., Weingartner R., Diezig R. 2006: «Versteckt hinter den Forstwirtschaft, Wasserwirtschaft und Umwelt. Wien. Mittelwerten» – die Variabilität des Abflussregimes. In: Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, Heft 3. S. 116–123. Birsan M.V., Molnar P., Burlando P., Pfaundler M. 2005: Streamflow trends in Switzerland. Journal of Hydrology, 314 2005: p. 312–329. Pfaundler M., Wüthrich T. 2006: Saisonalität hydrologischer Extreme. Das zeitliche Auftreten von Hoch- und Niederwasser in der Schweiz. Birsan M.V., Molnar P., Pfaundler M., Burlando P. 2005: Trends in In: Wasser, Energie, Luft, Heft 2/2006. S. 77–82. schweizerischen Abflussmessreihen. In: Wasser, Energie, Luft, Heft 1/2 2004. S. 29–38. Pfaundler M., Zappa M. 2006: Die mittleren Abflüsse über die ganze Schweiz. Ein optimierter Datensatz im 500 x 500 m Raster. In: Brookes A. 1995: The importance of high flows for riverine environ- Wasser, Energie, Luft, Heft 4/2006. S. 291–298. (Datensätze ments. In: The ecological basis for river management, edited by D.M. verfügbar unter www.bafu.admin.ch > Themen > Hydrologische Harper and A.J.D. Ferguson, Wiley, Chichester, 1995. p. 630 pp. Daten > Mittlere monatliche und jährliche Abflusshöhen)

BUWAL 2003: Gewässerökologische Auswirkungen des Poff L.N., Allan J.D., Bain M.B., Karr J.R., Prestegaard K.L., Richter Schwallbetriebes. Ergebnisse einer Literaturstudie. Mitteilungen zur B.D., Sparks R.E., Stromberg J.C. 1997: The natural flow regime: Fischerei Nr. 75. Bern. A paradigm for river conservation and restoration. BioScience 47: p. 769–784. BUWAL und BWG 2003b: Leitbild Fliessgewässer Schweiz. Rauch W., Krejci V., Gujer W. 2000: REBEKA. Ein Simulations- BUWAL 2000: Angemessene Restwassermengen – wie können sie programm zur Abschätzung der Beeinträchtigung der Fliessgewässer bestimmt werden? Wegleitung, Vollzug Umwelt. Bern. durch Abwassereinleitungen aus der Siedlungsentwässerung bei Regenwetter. Schriftenreihe der Eawag Nr. 16. BUWAL 1998: Modul-Stufen-Konzept. Mitteilungen zum Gewässerschutz Nr. 26. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft, Bern. Riis T., Biggs BJF. 2003: Hydrologic and hydraulic control of macrophyte establishment and performance in streams. Limnol. BUWAL 1994: Ökologische Folgen von Stauraumspülungen. Oceanography 48 (4). p. 1488–1497. Schriftenreihe Umwelt Nr. 219. Bern. Schweizer S., Neuner J., Heuberger N. 2009: Bewertung von Eawag, BUWAL 1995: Anleitung zur Beurteilung der schweizerischen Schwall/Sunk. Herleitung eines ökologisch abgestützten Bewertungs- Fliesssgewässer. Ökomorphologie, Hydrologie, Fischbiologie. Entwurf konzeptes. In: Wasser, Energie, Luft, Heft 3/2009. S. 194–202. Endbericht, November 1995. VSA 2007: Abwassereinleitungen in Gewässer bei Regenwetter Hütte M. 2000: Ökologie und Wasserbau. Ökologische Grundlagen von (STORM). Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutz- Gewässerverbauung und Wasserkraftnutzung. Parey Verlag. Berlin. fachleute.

Kummer M., Baumgartner M., Devanthéry D. 2007: Restwasserkarte VSA 2002: Regenwasserentsorgung. Richtlinie zur Versickerung, Schweiz. Wasserentnahmen und -rückgaben. Umwelt-Zustand Nr. Retention und Ableitung von Niederschlagswasser in Siedlungs- 0715. Bundesamt für Umwelt, Bern. 90 S. gebieten. Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute.