Wasserressourcen der Schweiz

Unter Verwendung der gemessenen mittleren Jahresabflüsse haben huBa

-Cher und sChädLer (2010) den Was-serhaushalt der Schweiz für die Perio-de 1901 bis 2000 ermittelt. Dabei ergab sich, dass rund zwei Drittel (981 mm) des Jahresniederschlages von 1431 mm aus der Schweiz abfliesst. Die Spei-cherverluste (vor allem durch die Glet-scherschmelze) betragen rund 14 mm pro Jahr. Demzufolge verdunsten rund 464 mm pro Jahr.

Um Aussagen für die unterschied-lichen Regionen der Schweiz zu erar-beiten, können räumlich und zeitlich hochaufgelöste hydrologische Modelle beigezogen werden.

Solche Modelle assimilieren digitale Informationen zum Gelände, zur Land-nutzung und zu den Bodeneigenschaf-ten und damit alle nötigen Grundlagen, um die klein-räumliche Variabilität der hydrologischen Prozesse mit physika-lisch begründeten und/oder konzepti-onell gestalteten Ansätzen nachzubil-den.

Die Modellierung der zeitlichen Variabilität des hydrologischen Kreis-laufs wird durch die Assimilation der beobachteten meteorologischen Varia-blen bestimmt. Neben der Lufttempe-ratur und dem Niederschlag benötigen

Eine räumliche Visualisierung des Wasserhaushaltes (Abb. 1) gibt wei-tere Auskünfte über die räumliche Variabilität des natürlichen hydrologi-schen Geschehens in der Schweiz. Die grössten Niederschlagsmengen fallen in den Gipfelregionen der Grossein-zugsgebiete der Limmat, der Reuss und des Ticino. Die höchsten Verduns-tungsmengen entstehen wie erwartet in der Grossebene des Mittellandes und von den freien Wasserflächen der Seen. Die räumliche Variabilität des Schneeschmelzanteils am Gesamtab-fluss wird mehrheitlich durch die topo-graphischen Verhältnisse der Schweiz vorgegeben. Die Schneeschmelze ist im Wallis, am Alpenrhein sowie im Engadin die dominante Komponente des Abflussgeschehens. Die räumliche Variabilität des natürlichen Abflusses widerspiegelt diejenige des Nieder-schlages.

licht hat. Zu den Ergebnissen (http://

hydro.slf.ch/sihl/cchydro) gehören Ras-terkarten der Wasserhaushaltsgrössen (Abb. 1) und integrale Auswertungen der Wasserhaushaltskomponenten in den bedeutendsten Grosseinzugsgebie-ten der Schweiz.

In Tabelle 1 sind die Berechnun-gen zum natürlichen Wasserhaushalt der Schweiz nach Grosseinzugsge-bieten und Parameter (Niederschlag, Verdunstung, Abfluss, Anteil Glet-scherschmelze, Anteil Schneeschmelze sowie die Speicheränderung) aufgelis-tet. Eindrücklich ist der grosse Beitrag der Schneeschmelze zum Gesamtab-fluss (schweizweit rund 42 %; Mit-telland etwa 20 %; Gebirgsregionen über 60 %). Der Anteil der Gletscher-schmelze am gesamten Abfluss hinge-gen ist für die Kontrollperiode in den meisten Regionen klein, jedoch im Wallis und Engadin von hoher Bedeu-tung (Bernhard und zappa 2012).

komplexere hydrologische Modelle zudem Daten zur Windgeschwindig-keit, Luftfeuchte, Sonnenscheindauer und Globalstrahlung.

Für solche Forschungsfragen ent-wickelten WSL, ETH und UNI Bern das Modell PREVAH (ViViroLi et al.

2008; pFaundLer und zappa 2006; ViVi

-roLi et al. 2009). Mit diesem Modell wurde im Rahmen des vom Bundes-amt für Umwelt koordinierten Pro-jektes CCHYDRO (BAFU 2012) eine Simulation des Wasserhaushalts für die gesamte hydrologische Schweiz (Abb. 1) in einer räumlichen Auflösung von 200 × 200 Metern für die Perio-de 1980 bis 2009 realisiert, verifiziert und analysiert (Bernhard und zappa

2012).

Dies ist die erste Untersuchung, wel-che sich explizit über die Grenzen der politischen Schweiz ausdehnt und kon-sistente Berechnungen für alle Gros-seinzugsgebiete der Schweiz

ermög-Abb. 1. Rasterkarten zum natürlichen Wasserhaushalt der Schweiz für die Periode 1980 – 2009. Oben links: gemessener und räumlich inter-polierter Niederschlag [mm/Jahr]; oben rechts: simulierte reale Verdunstung [mm/Jahr]; unten links: simulierter Gesamtabfluss [mm/Jahr];

unten rechts: simulierte Schneeschmelze [mm/Jahr]. Blaue Töne deuten auf niedrige Werte, rote Töne auf hohe Werte hin.

Forum für Wissen 2012 21

beiden Zukunftsszenarien ausgehend vom Zustand von 1985 mit einem Modell von pauL et al. (2007) in 5-Jah-res-Schritten nach und nach reduziert.

Das Modell basiert auf der einfachen Annahme, dass die Gleichgewichtslinie der Gletscher entsprechend der Luft-temperaturerhöhung ansteigt. Dadurch wird das Akkumulationsgebiet des Gletschers kleiner. Die Ausdehnung der Gletscher wurde transient im hyd-rologischen Modell aktualisiert.

3.2 Ergebnisse

Tabelle 2 fasst die Berechnungen für die Kontrollperiode 1980 bis 2009 sowie die zu erwartenden Änderun-gen des Wasserhaushaltes der Schweiz für die beiden Szenarioperioden (2021 bis 2050 und 2070 bis 2099) als Mit-tel aller zehn Klimaszenarien zusam-men. Als Jahresmittelwerte betrachtet, fallen die Änderungen der gesamten Abflussmengen sowie der Verdunstung klein aus.

Auffallend ist die starke Abnah-me der mittleren SchneeschAbnah-melze. In der ersten Hälfte des laufenden Jahr-hunderts wird die Niederschlagsanteil, welche im Winter in Form von Schnee akkumuliert (und später als Schnee-schmelze zum Abfluss beiträgt) um mehr als 15 Prozent abnehmen. Die-ser Trend wird sich in der zweiten Sze-narioperiode noch massiv verstärken.

Bei ähnlich bleibenden Niederschlags-mengen reduzieren sich die Schneeres-sourcen um mehr als 35 Prozent, dafür wird mehr Regen fallen. Dieser Regen dürfte die Abflüsse im Winterhalbjahr erhöhen (Bernhardund zappa 2012).

Die Auswirkung der einzelnen Sze-narien aus Bosshard et al. (2011) auf die Klimatologie der Tagesmittelwer-te der Schneeressourcen (Abb. 3) zeigt für beide Szenarioperioden einen deut-sis) aufbereitet. Diese Kombinationen

widerspiegeln die Unsicherheits-Band-breite der Klimamodelle bezüglich Temperatur- und Niederschlagsände-rung (stähLi et al. 2011). Da alle weite-ren Klimaparameter in den Zukunftssi-mulationen unverändert übernommen werden, sind Aussagen zu Verände-rungen der potentiellen Verdunstung begrenzt.

Für beide Zukunftsszenarien blieb die Konfiguration des hydrologischen Modells unverändert. Nur die mete-orologischen Daten wurden mit den prognostizierten täglichen Änderun-gen angepasst. Somit entstanden zwei Zeitreihen mit ähnlicher Variabilität wie in der Kontrollperiode 1980 bis 2009, aber mit der erwarteten Band-breite von Änderungssignalen betref-fend Niederschlag und Lufttemperatur.

Dies ist ein limitierender Faktor, vor allem zur Ableitung von Szenarien für Extremereignisse.

Bezüglich der Vergletscherung wur-de die Fläche wur-der Gletscher für die 3 Klimafolgeszenarien für

nahe und ferne Zukunft

3.1 Konfiguration

Für die Beantwortung der Frage «Wie wird sich die Klimaänderung auf die Wasserressourcen der Schweiz auswir-ken?» musste eine ganze Reihe von Modellen konzipiert und realisiert wer-den. Sie basieren auf den aktuellsten Klima- und Gletscherszenarien und einer gezielten Anwendung von PRE-VAH auf die Skala der gesamten hyd-rologischen Schweiz. Abbildung 2 zeigt schematisch, wie für die Berechnung der Klimafolgen auf die Wasserres-sourcen der Schweiz das in Abschnitt 2 beschriebene Experiment durch Assi-milation von Klimaszenarien und Glet-scherschwundszenarien implementiert wurde.

Die Grundlagen für die Ableitung der beiden Klimafolgeszenarien für die Zukunftsperioden 2021 bis 2050 und 2070 bis 2099 wurden im Rahmen des europäischen Projektes ENSEMBLES (Vander Linden und MitCheLL 2009), welche alle vom Emissionsszenario A1B (moderate Erwärmung) ausgehen (CH2011, 2011), geschaffen. Die Ände-rungssignale basieren auf zehn Kombi-nationen von globalen und regionalen Klimamodellen und wurden mit der in Bosshard et al. (2011) beschriebener Methodik (Delta-Change auf

Tagesba-Tab. 1. Natürlicher Wasserhaushalt der Schweiz und ihrer bedeutendsten Grosseinzugsge-biete für die Periode 1980 bis 2009 in Millimeter pro Jahr. P: Niederschlag; R: Abfluss; ET:

Verdunstung; DS: Speicheränderungen; SNOW: Schneeschmelze ( % vom Abfluss); GLAC:

Gletscherschmelze ( %). (B^ernhard und z^appa 2012).

Grosseinzugsgebiet P R ET DS SNOW GLAC

Aare, Brugg 1337 839 504 –6,3 36,6 % 0,4 %

Reuss 1739 1294 460 –14,8 42,0 % 1,1 %

Limmat 1814 1340 476 –1,1 36,4 % 0,2 %

Alpenrhein 1542 1162 385 –4,9 58,3 % 0,3 %

Aare, Untersiggenthal 1481 996 492 –7,2 37,9 % 0,5 %

Rhein, Rheinfelden 1452 979 479 –4,9 39,2 % 0,4 %

Inn (Engadin) 1089 839 281 –30,7 67,5 % 3,3 %

Lago Maggiore (Ticino) 1658 1245 413 0,1 32,1 % 0,3 %

Rhône 1361 1011 420 –70,1 60,3 % 6,5 %

Hydrologische Schweiz 1415 977 454 –15,4 41,8 % 1,4 %

Abb. 2. Zeitachse Kontrollperiode 1980 bis 2009 (grau, natürliche Variabilität), Szenarien für 2021 bis 2050 (kleine Unterschiede in den 10 Klimaszenarien) und 2070 bis 2099 (grös-sere Unsicherheit der möglichen Klimaentwicklung). Die vertikalen Linien peilen auf die Jahre, in welchen die Gletscherausdehnung transient aktualisiert wurde.

2011) dabei helfen sollen, frühzeitig kritische Abweichungen der Verfüg-barkeit von Wasserressourcen (Schnee, Grundwasser und Bodenfeuchte) gegenüber den Durchschnittswerten zu erkennen und vorauszusagen. Auch diese Forschungsarbeiten stützen sich auf das in Abschnitt 2 beschriebene Simulationsexperiment für die gesamte hydrologische Schweiz, welches dafür in einen operationellen Datenfluss integriert wurde und Tag für Tag aktua-lisiert werden kann.

Der Datenfluss entspricht dem-jenigen, welchen die WSL im Rah-men der IFKIS-Hydro Projekte für die Kantone Glarus und Zürich rea-lisiert hat (roMang et al. 2011). Das erlaubt operationelle Hochwasservor-hersagen mit einem Zeithorizont von bis zu fünf Tagen (addor et al. 2011).

Für eine Früherkennung und Einord-nung von Wasserressourcenanomalien reicht ein Vorhersagehorizont von fünf Landwasser bei Davos aufzeigt.

4 Hydrologische Vorhersagen