Hochwasser sind Naturereignisse, Hochwasserschäden nicht! Erst das Zusammentreffen von Hochwasser und dem - vom Menschen geschaffenen - Schadenspotenzial hat oft katastrophale Folgewirkungen. Eine vollständige Abwehr der Gefahr, in die sich der Mensch durch zunehmende Besiedelung alpiner Täler begeben hat, wäre nur durch den Rückzug aus den gefährdeten Regionen möglich. Bevölkerungs- und Wirtschaftsentwicklung lassen diesen Weg nicht zu. Durch vorsorglich getroffene Maßnahmen flächenwirtschaftlicher und raumplanerischer Art, sowie die Errichtung von Schutzbauwerken, ist es möglich, das Schadensausmaß bei extremen Ereignissen wesentlich zu verringern. Zur Planung und Umsetzung dieser Schutzmaßnahmen bedarf es aber der Kenntnis von Größe und Auftrittshäufigkeit von schadbringenden Ereignissen.
Die Abteilung für Wildbachhydrologie nimmt sich dieser Aufgabenstellung an. Durch die Einrichtung von TOrrent Research Areas (TORA), die mit einer hohen Zahl an Messgeräten und -einrichtungen versehen sind, wird das zur Lösung der Aufgaben erforderliche Datenmaterial aufgezeichnet. Durch weitere Erhebungen im Gelände wird die Kenntnis über die Abläufe im Naturraum zusätzlich verdichtet. Die Ergebnisse der darauf aufbauenden Analysen finden direkten Eingang in die Planung von Schutzmaßnahmen durch den Forsttechnischen Dienst der Wildbach- und Lawinenverbauung (WLV). Jährliche Ausgaben von mehr als 100 Mill. EURO aus öffentlichen Hand, für den Schutz von Menschenleben, deren Hab und Gut, Industrie, Gewerbe und Verkehr, vor Wildbachgefahren, unterstreichen die Bedeutung dieses Forschungsbereiches.

Torrent Research Areas (TORA)
(Mustereinzugsgebiete)

Ein Hauptziel der Abteilung Wildbachhydrologie stellt die Verbesserung des Wissensstandes bezüglich des Niederschlag- Abflussgeschehens in Einzugsgebieten von Wildbächen dar. Zu diesem Zweck wurden und werden mehrere "Torrent Research Areas" betrieben, in denen langjährig Niederschlags- und Abflussmessungen hoher Auflösung und, je nach Art der Gefährdung auch zusätzliche Parameter wie z.B. Hangwasserspiegel, Schneehöhen, Lufttemperatur etc. erhoben werden. Diese Daten sollen einerseits als direkte Hilfestellung bei Sicherungsmaßnahmen des Forsttechnischen Dienstes der Wildbach- und Lawinenverbauung vor Ort dienen (Bemessungsereignis), andererseits sollen sie Grundlage für weitere Forschungsvorhaben bilden (z.B. Test von Simulationsmodellen anhand der Messdaten).

Hochwasserabschätzung

Der Mangel an gesicherten Daten von Extremereignissen in kleinen Einzugsgebieten stellt nach wie vor eine der größten Hürden bei der Projektierung von Schutzmaßnahmen gegen Wildbachgefahren dar. Die messtechnische Erfassung und Analyse von Hochwasserereignissen trägt dazu bei, den Hochwasserschutz zu verbessern, die Auswirkungen extremer Ereignisse zu verringern und Ausgaben für Schutzprojekte zu senken. Die besonderen Gegebenheiten in Wildbächen, wie das schnelle Anschwellen auf ein Vielfaches vorhergehender Durchflüsse, und damit einhergehend eine oft hohe Beimengung an Feststoffen, erfordern die ständige Weiterentwicklung von Messstellen, die oft enormen Belastungen ausgesetzt sind. Da für die Erforschung der Ursachen von Extremereignissen die Messung des Abflusses allein nicht ausreicht, werden zusätzlich kontinuierliche Messungen von Niederschlag, Luftfeuchte und Temperatur durchgeführt. Einzeluntersuchungen (z.B. Schneemessungen, Starkregensimulationen) ergänzen das Messprogramm. Scheint der Aufwand zur Erfassung der grundlegenden Daten zur Erforschung von Hochwasserereignissen hoch, so besteht tatsächlich, allein Angesichts eines jährlichen Gesamtbauvolumens der Wildbach- und Lawinenverbauung von über 100 Millionen Euro, noch immer erheblicher Forschungsbedarf.

Abbildung: Aufzeichnung eines 100-jährlichen Hochwasserereignisses des Oselitzenbaches/ Ktn. (13.-14.10.1993)

Starkniederschlagsabschätzung

Das Wissen um die - im Ereignisfall zu erwartenden - Niederschläge ist für die Planung von Schutzmaßnahmen in Wildbacheinzugsgebieten von großer Bedeutung. Die maximalen Niederschlagsmengen und -intensitäten während kurzer, heftiger und kleinflächiger Gewitter müssen bestimmt werden, da sie zum raschen Anschwellen der Wildbäche, Sohl- und Uferangriffen, Materialverfrachtungen und -ablagerungen, bis hin zur Entstehung von Muren führen können. Auch lang andauernde, ausgiebige Regenfälle, die zur Wassersättigung des Bodens führen, bergen diese Gefahren in sich und sind speziell in Kombination mit der Schneeschmelze häufig Auslöser von Katastrophenfällen (Großhangrutschungen, Bachverklausungen, etc.). Die besonderen Gegebenheiten in Wildbacheinzugsgebieten, wie große Höhendifferenzen im Gebiet, die Steilheit des Geländes und die oft extremen Witterungsbedingungen, erfordern einen hohen Aufwand für die Errichtung und den Betrieb von Messstationen. Hoher Windeinfluss und große Unterschiede der Temperatur zwischen Berg und Tal beeinträchtigen die Messungen und erschweren die Interpretation der Ergebnisse. Insbesondere im Winterhalbjahr ist es schwierig die tatsächlichen Gegebenheiten richtig zu erfassen. Niederschlag in Form von Schnee, kann leicht noch vor der Erfassung aus den Messgeräten verblasen werden. Heizsysteme, die den Schnee schmelzen sollen, dürfen wiederum keine die Messung der Niederschlagsmenge verfälschende Verdunstung hervorrufen. Das Institut für Lawinen- und Wildbachforschung verfügt durch den Betrieb seiner Torrent Research Areas über langjährige Erfahrung mit meteorologischen Messnetzen in exponierten Lagen des alpinen Raumes. Für diese Gebiete und die diese umgebenden Regionen können, aufgrund langjähriger hochauflösender Messreihen, Angaben zu Starkregenhöhen vorgegebener Eintrittswahrscheinlichkeit oder Dauer-Häufigkeits-Beziehungen von Niederschlägen gemacht werden.

Abbildung: Niederschlagsmengen/ Jährlichkeits-Diagramm für die Messstelle Sonnalm im Einzugsgebiet des Schmittenbaches (Zell am See/ Salzburg)

Schneehydrologie

Im Alpenland Österreich ist der Schnee ein maßgebender Faktor des Geschehens im Naturraum. Die Speicherung des Niederschlages in der Schneedecke spielt in der Wasserbilanz eine bedeutsame Rolle. Im Schutzwasserbau stellt die Schätzung der Schmelzwassermengen eine maßgebliche Komponente bei der Projektierung von Hochwasserabwehrmaßnahmen dar. Die aus der Schneeschmelze resultierende Vernässung von Hängen führt zu Hangbewegungen die oft nur schwer zu beherrschen sind. Der Mangel an gesicherten Daten stellt speziell bei der Suche nach Lösungen für diese Fragestellungen das größtes Hindernis dar. Auch die besten mathematischen Abstraktionen zur Abbildung der Prozesse im Naturraum können nicht auf Daten aus sorgfältigen, langjährigen Beobachtungen und Messungen verzichten. Um diesem Mangel abzuhelfen, wurden in zwei Wildbacheinzugsgebieten in Kärnten Messlinien, sowohl auf Wald- als auch auf Freiflächen, eingerichtet. Auf diesen werden, in Abständen von ca. 100 m Seehöhe, Schneehöhen und Wasseräquivalente kontinuierlich erhoben. Der Beobachtungszeitraum erstreckt sich mittlerweile deutlich über 10 Jahre. Die dabei gewonnenen Daten erlauben eine wesentliche Verbesserung der Einschätzung der Schmelzwassermengen und sind auch zur Verifikation und Plausibilitätskontrolle von Schneeschmelz-Abfluss-Modellen zweckdienlich.

Abbildung: Messstelle des BFW mit Ombrometer, Ombrographen und Thermohygrographen

Alternativ bieten sich heute Geräte an, bei denen der Niederschlag durch eine Waage gemessen wird. Diese haben sich für den Einsatz in extremen Lagen als geeigneter erwiesen. Die Intensität des Niederschlages errechnet sich bei diesen Geräten aus der Veränderung des Gewichtes pro Zeiteinheit. Der geringe Stromverbrauch der Geräte kann durch Solarpaneele abgedeckt werden.

Abfluss:

Form und Bauausführung der Messanlagen stellen einen entscheidenden Faktor für die erzielbare Messgenauigkeit dar. Die langjährigen Erfahrungen des BFW bei Abflussmessungen in Wildbächen führten zu folgenden Erkenntnissen:

• Der Messquerschnitt sollte in Wildbächen trapezförmig sein. Diese Ausführung ermöglicht eine genaue Messung des Niedrigwassers bei gleichzeitig möglicher Aufzeichnungen von Spitzenhochwässern, die zumeist ein vielfaches darüber liegen. Das ungegliederte Querprofil ermöglicht eine einfachere Bestimmung des Pegelschlüssels, da die Geschwindigkeitsverteilung im Gerinne im Gegensatz zu gegliederten Querprofilen (Niederwassergerinne,...) ausgeglichen ist.

• Die Neigung sollte so gewählt werden, dass auch bei Niederwasser gerade noch schießender Abfluss zu erreichen ist, um die Unabhängigkeit des Oberwasserspiegel vom Unterwasserspiegel zu gewährleisten.

• Vorgelagert sollte ein Tosbecken sein, um den Einfluss des Wellenschlages herabzusetzten.

• Den Abschluss des Messgerinnes sollte ein Querwerk mit vollkommenem Überfall bilden.

• Für die Erstellung und Kalibrierung der Pegelschlüsselkurve (die der Umrechnung der gemessenen Wasserhöhen in Durchflussmengen dient) sollte, wenn irgend möglich, eine kontinuierliche Messung der Fließgeschwindigkeit vorgesehen werden. Die übliche stichprobenartige Messung der Fließgeschwindigkeit mit hydrologischen Flügeln ist in Wildbächen oft unmöglich. Insbesondere hohe Wasserstände, die als Hochwasserwelle meist nur von ausgesprochen kurzer zeitlicher Dauer sind, stellten bei ihrer Erfassung ein Problem dar, da man kaum je zum richtigen Zeitpunkt vor Ort ist.

• Die Messung der Fließgeschwindigkeit sollte berührungslos (Radar) erfolgen, da im Hochwasserfall Geschiebe und Wildholz Fehlmessungen verursachen, bzw. die Messgeräte unter Umständen sogar zerstören kann.