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12.02.2013 - Für den Schutz vor Hochwasser, die Nutzung der Wasservorkommen und die Regulierung der Seen braucht es verlässliche Messungen der Wassermenge. Dieses Jahr feiert die Hydrometrie in der Schweiz ihr 150-Jahr-Jubiläum.
Wenn die Reuss in Seedorf (UR) anschwillt und bei der Messstation mehr als 350 Kubikmeter Wasser pro Sekunde vorbeifliessen, ertönt in der Kommandozentrale von Flüelen ein Alarm. Der Polizei bleibt dann genügend Zeit, um die Autobahn zu sperren und einen Teil des Hochwassers über die Fahrspuren abfliessen zu lassen. So sind Industrie- und Siedlungsgebiete besser geschützt. Auch der Flugplatz von Buochs (NW) dient im Notfall als Entlastungskorridor. An den Ufern der Engelberger Aa wurden an mehreren Stellen Überflutungsbereiche ausgebildet. Bei der untersten Ausleitungsstelle stehen lose in Kies gebettete Betonplatten. Hochwasser bringt diese zum Kippen. Dadurch fliessen die Wassermassen nicht durchs Dorf, sondern über den Flugplatz in den Vierwaldstättersee. Der Sommer 2003 war aussergewöhnlich heiss und trocken. Von Dürreschäden bedrohte landwirtschaftliche Kulturen mussten bewässert werden. Wo man das Wasser hierzu kleineren Fliessgewässern entnahm, führte dies vielfach zu extrem tiefen Wasserständen und als Nebenfolge zu stark erhöhten Wassertemperaturen - mit negativen Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaft des Gewässers. Mancherorts wurde die Wasserentnahme deshalb zeitweise eingeschränkt oder verboten.
Hart getroffen von der anhaltend heiss-trockenen Witterung wurde die Fischfauna. Sie war gleich doppelt bedroht: von den sinkenden Wasserständen - im Extremfall bis zum Austrocknen des Bachbetts - und von den hohen Wassertemperaturen, die für bestimmte Arten wie Forelle oder Äsche lebensbedrohlich sein können. In mindestens 265 Gewässern mussten Notabfischungen durchgeführt werden.
Hydrometrie hilft, Schäden zu verhindern
Hochwasserereignisse von Reuss oder Engelberger Aa und extreme Trockenperioden wie im Sommer 2003 haben etwas gemeinsam: Ohne regelmässige Wassermessungen − im Fachjargon «Hydrometrie» − wären Massnahmen zum Schutz von Menschen und Sachwerten beziehungsweise von Fliessgewässern und ihren Lebensgemeinschaften nur schwer zu planen und durchzuführen.
1863 legte der Bund mit der Gründung der Schweizerischen hydrometrischen Kommission den Grundstein für die systematische Beobachtung der Gewässer. Die erhobenen Daten halfen mit, Hochwasserschutzprojekte wie die Juragewässerkorrektion umzusetzen. Diese dauerte von 1868 bis 1891 und betraf eine Gewässerstrecke von 100 Kilometern. Später profitierten auch Kraftwerke und die Schifffahrt von den Messungen.
Erste Versuche, den Wasserstand und die durchfliessenden Wassermengen zu messen, gab es allerdings schon früher. Zu den Schweizer Pionieren zählten Hans Conrad Escher (1767-1823), der sich mit der Linthkorrektion einen Namen gemacht hat, und der Berner Ingenieur Robert Lauterburg (1816-1893), der später erster Chef des Eidgenössischen Hydrometrischen Zentralbüros wurde. Doch schon Leonardo da Vinci (1452-1519) hat in seinen Notizen festgehalten, wie er an einem Fluss versuchte, das Gefälle mit der Fliessgeschwindigkeit in Verbindung zu bringen. Während der Messung soll er permanent die Tonleiter gesungen haben. Diese diente ihm mangels Uhr dazu, die Zeit zu messen.
Moderne Messmethoden
Die heutigen Messtechnikerinnen und -techniker müssen die Tonleiter nicht mehr beherrschen, und sie arbeiten auch nicht mehr mit treibenden Blättern. Rund hundert Jahre lang verwendete man vorwiegend den hydrometrischen Messflügel: Ein Flügelrad dreht sich im fliessenden Wasser, aus der Zahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit ergibt sich die Fliessgeschwindigkeit.
Der Messflügel hat sich seit seiner Erfindung von einem rein mechanischen zu einem mechanisch-elektronischen Instrument gemausert. Er steht weiterhin im Einsatz. Neuerdings werden auch hochmoderne Ultraschall-Doppler-Geräte verwendet. Mit ihnen lassen sich Wassertiefe und Fliessgeschwindigkeit mittels Schallwellen bestimmen.
Behörden und Einsatzkräfte, aber auch Fischer, Kanufahrerinnen oder Badende können sich heute per Internet und SMS über Wasserstand, -temperatur und -abfluss informieren. Doch trotz Unterstützung durch Elektronik und moderne Messmethoden bleibt vieles Handarbeit, wie etwa die Bestimmung der durchfliessenden Wassermenge, und diese ist während Hochwasserlagen nicht ungefährlich. Ortsansässige - die sogenannten Pegelbeobachter - unterstützen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundes. Sie absolvieren ein- bis zweimal wöchentlich einen Kontrollgang zur Messstation.
Feines Beobachtungsnetz
Im Verlaufe der Jahre wurde das Messnetz ständig ausgebaut. Heute betreibt die Abteilung Hydrologie des BAFU rund 260 Messstationen an Flüssen und Seen. An den Fliessgewässern wird neben dem Wasserstand an 200 Stellen auch der Abfluss bestimmt. 90% aller Stationen verfügen über eine automatische Datenfernübertragung. Ergänzend zum Messnetz des Bundes betreiben viele Kantone und Kraftwerke eigene Messstationen, vor allem an kleineren Gewässern.
Als in den 1960er-Jahren zunehmend auch die Wasserqualität in den Fokus trat und an zahlreichen Gewässern Kläranlagen gebaut wurden, begann man zusätzlich chemische Parameter wie Phosphat und Nitrat zu erheben. Zudem wurden die Beobachtungen auf Pestizide und andere Spuren im Grundwasser, unserer wichtigsten Trinkwasserressource, ausgedehnt. Und nach den extremen Unwettern von 2005 und 2007 baute der Bund den Bereich Vorhersage stark aus, um schweizweit vor Hochwassern warnen zu können. «Für gute Vorhersagen braucht es eine dauerhafte Erhebung der Grunddaten und die laufende Entwicklung von immer detaillierteren, realitätsnahen Modellen», sagt Beat Sigrist von der Abteilung Hydrologie im BAFU.
Zusammenspiel der Akteure
Insgesamt arbeiten heute beim BAFU im Bereich Hydrologie mehr als 60 Personen und liefern Grundlagen für den Hochwasserschutz sowie den Schutz und die Nutzung der Gewässer. Zentrale Daten für das Wassermanagement steuern aber auch andere Institutionen bei: Das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie (MeteoSchweiz) misst die Niederschlagsmengen, und die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) erhebt Daten zu den Schneemengen. Die Eidgenössischen Technischen Hochschulen in Zürich und Lausanne (ETH bzw. EPFL) entwickeln in ihren Versuchslabors Modelle, um den Wasserhaushalt und das Verhalten von Wasser besser verstehen zu können. Auch Universitäten und Fachhochschulen beteiligen sich an der Forschung.
All diese Aktivitäten dienen dazu, der manchmal gewaltigen Wassermassen besser Herr zu werden und die Qualität der kostbaren Ressource zu erhalten. Ausgelernt haben die Fachleute noch lange nicht. Eine grosse Herausforderung stellt sich derzeit mit der Frage, wie sich unter dem Einfluss der Klimaänderung die saisonalen Wassermengen verändern werden. Dabei kann die Schweiz von den Hydrometrie-Pionieren profitieren: Nur wenige Länder verfügen über derart lange Messreihen, die für die Berechnung von Klima- und Abflussszenarien geeignet sind.
Mirella Judith Wepf
Weiterführende Informationen
Letzte Änderung 12.02.2013