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Kenntnisse über die momentane und langfristige hydrologische Situation haben Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der Gesellschaft und des öffentlichen Lebens. Zu diesen Bereichen gehören die Gewässernutzung, der Hochwasserschutz, die Landwirtschaft oder die Gewässerökologie. Grundlage dazu bilden Messdaten und lange Messreihen.
Einführung
Eine zentrale Grösse in der Hydrologie stellt der Abfluss dar, welcher sich aus Sicht der Bilanzierung aus der Differenz von Niederschlag und Verdunstung (zu- oder abzüglich von Speicherelementen wie Grundwasser) ergibt. Er wird definiert als das Wasservolumen, welches pro Zeiteinheit eine gewisse Gewässerquerschnittsfläche durchquert. Für die Messung ist derjenige Teil des Abflusses relevant, der sich in Fliessgewässern an der Erdoberfläche sammelt. Der Abfluss (Q) wird nicht direkt, sondern indirekt gemessen. Er ergibt sich aus der direkten Messung der Wasserstände (Pegel, P). Die beiden Parameter stehen in einer Wechselbeziehung zueinander. Über eine Wasserstands-Abfluss-Beziehung (P/Q-Kurve) kann der Abfluss über den Pegelstand bestimmt werden. Die P/Q-Kurve wird anhand von regelmässig durchgeführten Fliessgeschwindigkeitsmessungen im Querschnittsprofil der Messschwelle bei unterschiedlichen Wasserständen (Eichmessungen) ermittelt.
Eine gebräuchliche Darstellung des Abflusses geht von mittleren Tageswerten aus. Aus diesen Werten werden auch die statistischen Hauptgrössen für die Mittel- und Niedrigwassermenge eines Gewässers hergeleitet. Für die statistischen Werte zur Beschreibung und Einteilung von Hochwasserereignissen werden, anstatt der Tagesmittelwerte, die jeweils höchsten gemessenen Abflussspitzen verwendet.
Mittelwasser
Definition
Ein Gewässer führt Mittelwasser, wenn sich dessen Wasserstand beziehungsweise Abflussmenge im Bereich des langjährigen Durchschnitts befindet. Dieser berechnet sich aus dem arithmetischen Mittel der über einen längeren Zeitabschnitt an einem Messpunkt erhobenen Wasserstände. Für eine verlässliche Aussage sollten die genutzten Zeitreihen länger als zehn Jahre bestehen und möglichst lückenlos und zeitlich hoch aufgelöst registriert worden sein.
Abflussmenge Q182
Oftmals wird zu Auswertungszwecken und zur Charakterisierung eines Gewässers anstelle des arithmetischen Mittels auch die sogenannte Abflussmenge Q182 verwendet. Dabei handelt es sich um jene Abflussmenge, welche durchschnittlich an 182 Tagen im Jahr erreicht oder überschritten wird. Dieser Wert, manchmal auch Abflussmedian genannt, kann leicht den Jahrbuchblättern für ein jeweiliges Jahr, bzw. für eine gewisse Zeitperiode entnommen werden.
Niedrigwasser
Definition
Als Niedrigwasser bezeichnet man den Wasserstand oder den Abfluss von Gewässern, welcher deutlich unter dem langjährigen Mittel liegt. Niedrigwasser treten häufig im Sommerhalbjahr als Folge von Trockenperioden und hohen Temperaturen auf. Niedrigwasserabflüsse in Bächen und Flüssen können sich in vielen Bereichen negativ auswirken. Betroffen ist etwa die Fischfauna, die durch sinkende Wasserstände bedroht sein kann. Es kann aber auch zu Engpässen bei der Wasserkraftnutzung oder in der landwirtschaftlichen Bewässerung kommen. Oder die Einleitung von Abwasser kann wegen der geringen Verdünnung problematisch werden.
Genauigkeit
Die Genauigkeit der Abflussbestimmung bei Niedrigwasser ist nicht ganz unproblematisch. Oftmals ist das Verhältnis zwischen Wassertiefe und Profilbreite für geringe Wassermengen sehr klein. Minimale Fehler bei der Pegelaufzeichnung führen damit zu grossen Veränderungen in der Abflussmenge. Die Genauigkeit kann allfällig durch den Einbau einer Niederwasserrinne erhöht werden.
Abflussmenge Q347
Q347 ist der gesetzlich bestimmte statistische Wert der Restwassermenge, welche an 347 Tagen im Jahr erreicht oder überschritten wird. Q347 spielt in der Gewässernutzung hinsichtlich der Regelung von Wasserentnahmen und der gesamten Gewässerökologie eine wichtige Rolle.
Hochwasser
Definition
Als Hochwasser wird der Zustand eines Gewässers bezeichnet, bei dem der Wasserstand deutlich über dem normalen Pegelstand liegt. Hochwasser kann durch natürliche Ursachen wie Starkregen, Schneeschmelze oder Eisversetzung entstehen und gegebenenfalls durch anthropogene Einflüsse, wie grosse Versiegelungsflächen verschärft werden. Bei starkem Anstieg des Gewässerpegels kann es zu Überschwemmungen kommen. Anschwellende Gewässer können Brücken mitreissen und Muren oder Erdrutsche auslösen.
Jährlichkeiten von Hochwassern
Ausgehend von den jährlichen Höchstwerten werden in der Hydrologie den Spitzenabflussmengen verschiedene Wahrscheinlichkeiten (Wiederkehrperioden) zugeordnet, so dass man zum Beispiel von einem 10- oder 100-jährlichen Hochwasser spricht. Formell ausgedrückt werden die Jährlichkeiten der Spitzenabflüsse als HQx bezeichnet. HQ10 bedeutet also beispielsweise einen Spitzenabfluss mit einer statistischen Wiederkehrperiode von 10 Jahren.