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Huber-Wälchli Veronika
Ermittlung der Abflussmenge Q347
Liegen für ein Gewässer unzureichende Messergebnisse vor, so wird die Abflussmenge Q347 mit andern Methoden wie hydrologischen Beobachtungen und Modellrechnungen ermittelt.
Calcul du débit Q347
En l'absence de mesures suffisantes pour évaluer le débit d'un cours d'eau, le débit Q347 est déterminé selon d'autres méthodes, telles que l'observation d'événements hydrologiques ou la simulation.
Calcolo della portata Q347
In mancanza di misurazioni sufficienti, la portata Q347 è determinata secondo altri metodi, quali osservazioni idrologiche o su modello.
Inhaltsübersicht
1. Der E-GSchG 1984 sah in Art. 63 vor, dass bei fehlenden oder unzureichenden Messungen die massgebende Wasserführung (gemäss Art. 4 E-GSchG 1984 das Mittel der während einer Periode von zehn Jahren gemessenen natürlichen Wasserführung) mit geeigneten Methoden, wie hydrologischen Beobachtungen und Modellrechnungen, zu ermitteln sei.
2. Der Vorschlag des Bundesrats (Art. 59 E-GSchG 1987) entsprach weitgehend dem heutigen Art. 59 GSchG. Die Bestimmung erfuhr in der parlamentarischen Beratung eine unbedeutende Änderung, indem «keine oder nur unzureichende Messergebnisse» durch «unzureichende Messergebnisse» ersetzt wurde.
3. Die Definition der Abflussmenge Q347 verlangt, dass diese durch Abflussmessungen während zehn Jahren ermittelt werden muss (vgl. Komm. zu Art. 4 GSchG N 52 f.) Für gewisse Einzugsgebiete liegen Messungen über lange Perioden vor (s. N 5). In der Praxis zeigt es sich jedoch regelmässig, dass die natürliche Abflussmenge Q347 am Ort einer geplanten Wasserentnahme nicht aufgrund von Messreihen ermittelt werden kann, weil Messungen fehlen (LHG, Abflussmenge Q347, 23).
4. In solchen Fällen erlaubt Art. 59 GSchG als Alternative zu Messungen, die Abflussmenge Q347 mit anderen Methoden zu ermitteln, z.B. durch vergleichende hydrologische Studien oder mit Hilfe von wissenschaftlich ermittelten spezifischen Abflusswerten (Abflussmenge pro Zeit und pro Fläche) und geeigneten Verfahren abzuschätzen (Botschaft GSchG 1987, 1155; s. N 18 ff.; zum heutigen Vorgehen in der Praxis s. N 24).
5. Die Entwicklung auf Bundesebene beginnt mit der Gründung der Schweizerischen Hydrometrischen Kommission im Jahr 1863. Damals begann die systematische Registrierung von Wasserständen und Abflüssen von Fliessgewässern durch den Bund (BWG/Spreafico/Weingartner, Hydrologie Schweiz, 52; BAFU, Hydrologisches Jahrbuch 2009, Verzeichnis der eidg. hydrometrischen Stationen einschliesslich der aufgehobenen Stationen, 59 ff., 77 ff.; s. auch www.bafu.admin.ch/wasser). Heute betreibt die Abteilung Hydrologie des BAFU (früher: Landeshydrologie und ‑geologie, Landeshydrologie, Hydrometrisches Zentralbureau) gestützt auf Art. 57 Abs. 1 Bst. a GSchG und weitere Bestimmungen (z.B. Art. 13 WBG) rund 200 Abflussmessstationen an Flüssen in der ganzen Schweiz und stellt u.a. gestützt auf Art. 57 Abs. 3 GSchG die Ergebnisse und die Auswertung der Erhebungen Interessierten zur Verfügung (s. N 7 f.). Die Abteilung Hydrologie umfasst fünf Sektionen (Hydrometrie, Hydrologische Information, Hydrologische Grundlagen Oberflächengewässer, Hydrogeologische Grundlagen und Hydrologische Voraussagen) mit rund 60 Beschäftigten.
6. Bis in die 1980er-Jahre wurden die Messstellen des Bundes vorwiegend im Hinblick auf wasserwirtschaftliche Fragestellungen erstellt und betrieben. So lieferten Messstationen des Bundes die Grundlagen für die Planung aller grossen Wasserkraftanlagen. Seither sind noch weitere Zielsetzungen hinzugekommen. Der Grossteil der Stationen ist insbesondere für die Gefahrenprävention (Hochwasservoraussage und ‑alarmierung) von grosser Bedeutung. Daneben dient das Messnetz auch eher wissenschaftlichen Zielsetzungen wie z.B. der Erhebung der hydrologischen Verhältnisse, der Beobachtung langfristiger Veränderungen des Wasserhaushaltes in ausgewählten Einzugsgebieten, Erhebungen der Umweltbelastung und der Wasserqualität sowie Untersuchung der Auswirkungen der Klimaänderung. An den Messstellen des Bundes werden heute die Pegelstände kontinuierlich gemessen und als 10-Minuten-Mittelwerte ausgegeben (Messgeräte und ‑methoden s. BWG/Spreafico/Weingartner, Hydrologie Schweiz, 47 ff.). Über eine Pegelstand-Abfluss-Beziehung werden die kontinuierlichen Abflüsse berechnet. Daraus werden alle übergeordneten Abflussdaten berechnet (Tages‑, Monats‑ und Jahresmittelwerte).
7. Die Dokumentation auf Bundesebene ist einem steten Wandel unterworfen. Von 1917 bis 2009 wurden die Messdaten der Stationen jedes Jahr im Hydrologischen Jahrbuch Schweiz als Tabellenwerk publiziert, wobei sich Inhalt und Darstellung der Jahrbücher über die Jahre gewandelt haben. Die Hydrologischen Jahrbücher ab 1996 sind als PDF vorhanden, ältere können beim BAFU bestellt werden. Heute können zahlreiche Daten und Informationen betreffend Wasser (auch für die Ermittlung der Abflussmenge Q347) im Internet abgerufen werden (www.bafu.admin.ch/wasser – Daten, Indikatoren und Karten; s. auch Komm. zu Art. 57 GSchG N 22).
8. Als Dienstleistung betreibt das BAFU, Abteilung Hydrologie, einen Datenservice Hydrologie für Fliessgewässer und Seen (Informationen unter www.bafu.admin.ch/wasser). Dort können z.B. Abflussdaten bestellt werden, seien es Tagesmittelwerte, um die Abflussmenge Q347 selber zu rechnen, oder aber direkt den Wert für Q347 einer gewünschten Periode.
9. Daneben werden, v.a. seit dem Inkrafttreten des heute geltenden GSchG, zahlreiche kantonale Abflussmessstellen an kleineren Gewässern betrieben (im Jahr 2000 rund 300). Manche Kantone geben hydrologische oder hydrografische Jahrbücher heraus (AG, BL, BS, BE, LU, SG, SO, TG, TI, UR, VD, ZH), manche publizieren hydrologische Daten im Internet. Die Betreiber von Wasserkraftwerken messen die Zuflüsse zu ihren Fassungen im Hinblick auf die monetären Leistungen an den Konzessionsgeber schon seit langem.
10. Über das Vorgehen zur Ermittlung der Abflussmenge Q347 mit anderen Methoden – wenn keine Abflussmessungen vorhanden sind – herrschte Ende der 1980er-Jahre noch grosse Unsicherheit (vgl. Botschaft GSchG 1987, 1155 f.). Das GSchG verpflichtet jedoch die Bundesstellen, insbesondere das BAFU als Gewässerschutzfachstelle, die Kantone beim Vollzug zu unterstützen, z.B. durch Beratung (Art. 50 Abs. 3 GSchG) und durch den Erlass fachtechnischer Weisungen (Art. 57 Abs. 5 GSchG). Der Bundesrat stellte deshalb in Aussicht, die Landeshydrologie und ‑geologie werde Richtlinien bzw. Vollzughilfen (zu deren Bedeutung vgl. Vor Art. 29–36 GSchG N 66) zur Abschätzung der Abflussmenge Q347 erarbeiten.
11. Im Jahr 1992, noch vor dem Inkrafttreten des GSchG, veröffentlichte die Landeshydrologie und ‑geologie eine fachtechnische Weisung bzw. eine Vollzugshilfe zur Abschätzung der Niedrigwasserabflussmenge Q347 für Einzugsgebiete im Alpenraum, deren mittlere Höhe oberhalb von 1ʹ550 m ü.M. liegt (BUWAL, Niedrigwasserabflussmenge Q347). Für die übrigen Einzugsgebiete fehlte damals noch ein befriedigendes Abschätzverfahren. Das Bundesgericht sah in diesem für den Vollzug des GSchG nachteiligen Umstand keine Rechtfertigung, Wasserentnahmen zu bewilligen, ohne ihre Auswirkungen abzuklären und ohne auch nur zu versuchen, die Abflussmenge Q347 zu bestimmen. Es führte verschiedene Massnahmen an (Beratung durch die Gewässerschutzfachstelle des Bundes, einjährige Kurzzeitmessung, Beizug eines Sachverständigen, Treffen vorsorglicher Massnahmen), mit welchen den Vollzugschwierigkeiten begegnet werden könnte (BGE 120 Ib 233, 240 ff., E. 5c–e).
12. Im Jahr 1999 publizierte die Landeshydrologie und ‑geologie ein am Geographischen Institut der Universität Bern erarbeitetes, regional differenzierendes, gesamtschweizerisch anwendbares Abschätzverfahren für die Abflussmenge Q347 (LHG, Abflussmenge Q347, 13). Dieses Verfahren liefert im Mittel befriedigende Resultate. Die Resultate verschiedener Abschätzverfahren und Daten aus Hydrometrischen Messnetzen wurden kartographisch umgesetzt (LHG, Abflussmenge Q347, 65 f.). Die Karte «Grundlagen zur Bestimmung der Abflussmenge Q347» im Massstab 1:500ʹ000 mit einem Anhang (Tabelle mit Ergänzungen, abgedruckt in BUWAL, Wegleitung Restwassermengen, 107 ff.) bildet eine Synthese zwischen Mess‑ und Modellwerten. Die Karte enthält die unbeeinflussten Abflussmengen Q347, die auf mindestens drei Messjahren basieren, bestimmt an eidgenössischen, kantonalen und privaten Messstationen, sowie die Abflussmenge Q347, bestimmt an Schätzpunkten (Erklärungen zum Karteninhalt bei BUWAL, Wegleitung Restwassermengen, 90–93; LHG, Abflussmenge Q347, 66–78). Die Karte dient zur Grob-abschätzung (s. N 19) der Abflussmenge Q347 (LHG, Abflussmenge Q347, 80 f.; sie ist als Tafel 5.8 im Hydrologischen Atlas der Schweiz publiziert [www.hades.unibe.ch]; für weitere Unterlagen betreffend Abflussdaten s. Zusammenstellung in BAFU, Abflussregime Stufe F, 24).
13. Zureichende Messergebnisse sind Abflussmessungen während zehn Jahren, wenn die Abflussverhältnisse nicht wesentlich beeinflusst sind oder aufgrund bestehender Daten rekonstruiert werden können (s. Komm. zu Art. 4 GSchG N 55 ff.). Liegen Messergebnisse für mehr als zehn Jahre oder ausschliesslich ältere Messreihen vor, ist im Einzelnen abzuklären, welche Messergebnisse – allenfalls nach Korrekturen – zu verwenden sind (s. Komm. zu Art. 4 GSchG N 62 f., 65).
14. Liegen zureichende Messergebnisse vor, wird die Abflussmenge Q347 durch Auswertung der Dauerkurve oder Dauerlinie ermittelt (s. Komm. Art. 4 GSchG N 49, 53).
15. Unzureichend sind Messergebnisse, welche nicht den Anforderungen an zureichende Messergebnisse entsprechen (s. N 13). Unzureichend sind aber auch fehlende Messergebnisse.
16. In diesen Fällen ist die Abflussmenge Q347 mit andern Methoden wie hydrologischen Beobachtungen und Modellrechnungen zu ermitteln. Diese Vorgabe ist illustrativ zu verstehen. Zulässig sind auch noch andere Methoden.
17. Sind Abflussmessungen über eine Periode von weniger als zehn Jahren vorhanden, kann die Abflussmenge Q347 in gewissen Fällen (Beobachtungsdauer vier bis neun Jahre, Rekonstruktion der nicht wesentlich beeinflussten Abflussverhältnisse möglich) ebenfalls durch Auswertung der Dauerlinie ermittelt werden (Einzelheiten s. BUWAL, Wegleitung Restwassermengen, 80 ff., insb. Abb. 7.3, 7.4, 85 f.).
18. Sind keine Abflussmessungen über eine längere Dauer vorhanden oder wurden wesentlich beeinflusste Abflussverhältnisse gemessen und können die natürlichen Abflussverhältnisse nicht rekonstruiert werden, ist die Abflussmenge Q347 durch Abschätzungen statt Messungen zu ermitteln.
19. Die bis 1999 erarbeiteten Resultate der wissenschaftlichen Untersuchungen der Landeshydrologie und ‑geologie im Bereich Niedrigwasserabflüsse dienten als Grundlage für die Beschreibung und Bewertung der verschiedenen, auf die Praxis ausgerichteten Vorgehensweisen zur Bestimmung der Abflussmenge Q347 (BUWAL, Wegleitung Restwassermengen, Kap. 7, insb. 82 f., 86 ff., Abb. 7.6). Diese Verfahren sind deutlich weniger genau als die auf Messwerten beruhende Ermittlung von Q347. Eine erste Grobabschätzung erfolgt aufgrund der Karte «Grundlagen zur Bestimmung der Abflussmenge Q347» (s. N 12).
20. Anschliessend ist eine Verfeinerung der Grobabschätzung mit Hilfe folgender Verfahren (mit abnehmender Genauigkeit) vorzunehmen:
21. Die mit solchen Verfahren geschätzten Q347 müssen einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, unter Berücksichtigung der lokalen hydrogeologischen und geologischen Besonderheiten.
22. Unbedingt notwendig ist die Überprüfung der Schätzung mit kontinuierlichen Kurzzeitmessungen während mindestens drei Jahren. Der Messzeitraum kann theoretisch auf die Jahreszeiten beschränkt werden, in denen ein niedriger Abfluss zu erwarten ist. In Einzugsgebieten im Alpenraum, deren mittlere Höhe oberhalb von 1ʹ550 m ü.M. liegt, sowie in den nival geprägten Einzugsgebieten der Alpensüdseite oberhalb ca. 1ʹ200 m ü.M. sind dies die Monate Oktober bis April. In den übrigen Gebieten der Schweiz können Niedrigwasserabflüsse jederzeit auftreten; dort müssen die Messungen ganzjährig durchgeführt werden (BUWAL, Wegleitung Restwassermengen, 89 f.). Die Beschränkung des Messzeitraums auf Zeiten mit Niedrigwasserabflüssen ist jedoch nur im Hinblick auf die Ermittlung der Abflussmenge Q347 angezeigt. Für den Vollzug von Art. 31 Abs. 2 sowie Art. 32 und 33 Abs. 1 GSchG sind möglichst zuverlässige Angaben zu den Abflussverhältnissen während des ganzen Jahres notwendig.
23. Die konventionellen Methoden zur Bestimmung der Abflussmenge Q347 sind weitgehend bekannt. Neuere Entwicklungen im In‑ und Ausland (z.B. an der Universität Bern im Auftrag des BAFU, an der WSL/SLF Davos, an der ETH, an Universitäten in Deutschland und Frankreich) betreffen in erster Linie Niederschlags-Abfluss-Modelle und deren Weiterentwicklung. Mit solchen Modellen, die sich vielfältig einsetzen lassen, u.a. zur Beantwortung wasserwirtschaftlicher Fragen wie sie sich bei der Projektierung von neuen Wasserkraftanlagen stellen, können die Abflüsse in Oberflächengewässern mit teilweise sehr guter Genauigkeit und hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung berechnet werden. Die Entwicklung ist noch nicht abgeschlossen. Es ist zu erwarten, dass verbesserte Modelle die Modellgenauigkeit gegenüber heute auch für kleinere Einzugsgebiete soweit verbessern, dass die Resultate für die Berechnung aller statistischen Grössen (auch z.B. Q347) verwendet werden können.
24. Hinweis für die Praxis: Als einer der ersten Schritte bei der Planung eines neuen Wasserkraftwerks sollten in der Nähe der vorgesehenen Fassungsstandorte eine oder mehrere (einfache) Abflussmessstellen eingerichtet und während der gesamten Planungsphase, die sich über mehrere Jahre erstreckt, betrieben werden. Diese Kurzzeitreihen können dann mit langjährigen Messreihen (von Messstellen des Bundes) und immer öfters mit Daten aus mathematischen Modellen in Bezug gebracht werden, um so zuverlässige Daten zu den Abflussverhältnissen in den zur Nutzung vorgesehenen Fliessgewässern zu erhalten.
Résumé
En vertu de l'art. 59 LEaux, en l'absence de mesures suffisantes pour évaluer le débit d'un cours d'eau, le débit Q347 doit être déterminé selon d'autres méthodes telles que l'observation d'événements hydrologiques ou la simulation. Le débit Q347, qui joue un rôle important pour la détermination du débit résiduel minimal (art. 31 LEaux) et pour les dérogations prévues à l'art. 32 let. a et b LEaux, est défini à l'art. 4 let. h LEaux. Lorsqu'il existe une série de mesures de dix ans d'observation au moins et que les débits non pas été influencés sensiblement ou que la reconstruction basée sur les données existantes est possible, ces données sont exploitées pour la détermination du débit Q347. En l'absence de mesures suffisantes pour évaluer le débit d'un cours d'eau, le débit Q347 est estimé. Une première estimation pour déterminer la valeur approximative du débit Q347 se fera sur la base de la carte «Eléments pour la détermination du débit Q347». Cette estimation sera affinée à l'aide de différentes procédures telles que l'utilisation de stations de mesure en aval, les campagnes de mesure, les moyennes régionales, les procédures statistiques ou d'autres procédures. Les débits Q347 qui résultent de procédures d'estimation doivent être examinés de manière critique, c'est-à-dire qu'il faudra veiller à tenir compte des particularités locales hydrologiques ou géologiques. Un contrôle à l'aide de mesures de courte durée d'au moins 3 ans est également indispensable. Aux termes de l'art. 57 al. 5 LEaux, les services fédéraux compétents publient des directives techniques.
Materialien und amtliche Publikationen: Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL) (Hrsg.) (verfasst durch Aschwanden Hugo), Die Niedrigwasserabflussmenge Q347 – Bestimmung und Abschätzung in alpinen schweizerischen Einzugsgebieten – Eine Arbeitsanleitung, Hydrologische Mitteilungen LHG Nr. 18, Bern 1992 (zit. Niedrigwasserabflussmenge Q347); Landeshydrologie und –geologie (LHG) (Hrsg.) (verfasst durch Aschwanden Hugo/Kan Caroline), Die Abflussmenge Q347 – Eine Standortbestimmung, Hydrologische Mitteilungen LHG Nr. 27, Bern 1999 (zit. Abflussmenge Q347); Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL) (Hrsg.) (verfasst durch Estoppey Rémy/Kiefer Bernd/Kummer Manfred et al.), Wegleitung Angemessene Restwassermengen – Wie können sie bestimmt werden?, Vollzug Umwelt, Bern 2000 (zit. Wegleitung Restwassermengen); Bundesamt für Wasser und Geologie (BWG)/Spreafico Manfred/Weingartner Rolf (Hrsg.), Hydrologie der Schweiz – Ausgewählte Aspekte und Resultate, Berichte des Bundesamtes für Wasser und Geologie (BWG), Serie Wasser Nr. 7, Bern 2005 (zit. Hydrologie Schweiz); Bundesamt für Umwelt (BAFU) (Hrsg.) (verfasst durch Pfaundler Martin/Dübendorfer Christina/Zysset Andreas), Methoden zur Untersuchung und Beurteilung der Fliessgewässer – Hydrologie – Abflussregime Stufe F (flächendeckend), Umwelt-Vollzug Nr. 1107, Bern 2011 (zit. Abflussregime Stufe F); Bundesamt für Umwelt (BAFU) (Hrsg.), Hydrologisches Jahrbuch der Schweiz 2009, Umwelt-Zustand Nr. 1321, Bern 2013 (zit. Hydrologisches Jahrbuch 2009).