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Auszug aus: E. Lang & K. Hagen: Wildbacheinzugsgebiet Gradenbach. Analyse des Niederschlag- und Abflußgeschehens 1968-1996.
Die Konzeption des Meßnetzes im Einzugsgebiet Gradenbach richtete sich ausschließlich nach der Aufgabe: „Untersuchung des Talzuschubsbereiches Berchtoldhang“. Dementsprechend befinden sich alle in der Tabelle 3.1 genannten Stationen, mit Ausnahme der Station Gradenalm, am ca. 2 km2 großen Berchtoldhang. Die Meßstelle Gradenalm liegt im hinteren Teil des Gradentales, ebenfalls auf der orographisch linken Seite. Sie wurde erst 1989 errichtet, um im Zusammenwirken mit der damals in Planung befindlichen und 1990 in Betrieb gegangenen Abflußmeßstelle Gradenbach Aufschlüsse über das Abflußverhalten des Gesamteinzugsgebietes zu gewinnen. Da inzwischen die Werte von 7 Meßperioden vorliegen, wurden diese als wesentliche Erweiterung der aus den Daten des - mit seiner westlichen Einzugsgebietsgrenze ca. 3,5 km entfernt liegenden – Berchtoldhanges extrahierbaren Information angesehen und in die Analyse des Niederschlagsgeschehens des Gesamteinzugsgebietes miteinbezogen.
Die Niederschlagsbeobachtung erfolgt an der Basisstation (Fleissner) ganzjährig, an den anderen Stationen im Sommerhalbjahr (Mai-Oktober). Der Zeitpunkt der Aufstellung der Sommermeßstationen wird dabei hauptsächlich durch die Schneeschmelze und die davon abhängige Zufahrtmöglichkeit zu den doch sehr exponierten Aufstellungsorten bestimmt.
Die Station Fleissner verfügt als einzige Meßstelle über ein Heizsystem zur Verhinderung von Schneeansammlungen im Auffangtrichter bzw. des Einfrierens der Meßvorrichtungen. Die Energieversorgung erfolgt über das örtliche Stromnetz. Die Niederschlagsaufzeichnung erfolgte ursprünglich auf Meßstreifen, wurde aber Zug um Zug auf elektronische Datensammler umgestellt. Neben den erwarteten Vorteilen, wie dem raschen Zugriff auf die Meßdaten und einer wesentlichen Verbesserung der Aufzeichnungsgenauigkeit, mußte leider auch schmerzlich festgestellt werden, daß Störungen der Elektronik - die auch bei bester Wartung nicht zu verhindern waren - gravierende Nachteile, wie den Gesamtverlust von Datensätzen nach sich ziehen, wohingegen im Falle von Störfällen bei mechanischen Geräten die Aufzeichnungen bis zum Zeitpunkt der Störungen erhalten bleiben.
Als gänzlich lückenlos erwiesen sich nur die Datenreihen des vom örtlichen Beobachter täglich um 7 Uhr früh abgelesenen Niederschlagssammlers, der unweit der Basisstation situiert wurde.
Alle registrierenden Niederschlagsaufzeichnungsgeräte wurden mit Windschutzringen ausgestattet und wiesen einen Abstand der Auffangfläche von der Erdoberfläche im Bereich von 120-150 cm auf.
Eine erste Übersicht über das Niederschlagsgeschehen im Beobachtungszeitraum 1968-1996 wird durch Tab. 3.2 gegeben. In dieser wurden die Jahressummen der Niederschläge für alle Stationen, eingeteilt nach hydrologischen Jahren, zusammengestellt. Der jährliche Beobachtungszeitraum reicht dabei vom 1. September des Vorjahres bis 31. August des Berichtsjahres und ermöglicht dadurch eine bessere Vergleichbarkeit der Meßwerte mit den Werten der Stationen des Hydrographischen Dienstes Österreichs.
Betrachtet man nun die Werte der einzigen im Ganzjahresbetrieb laufenden Station, der Basismeßstelle Fleissner, so waren die fünf niederschlagsreichsten hydrologischen Jahre 1977 (1182 mm), 1975 (1150 mm), 1991 (1148 mm), 1979 (1137 mm) und 1994 (1101 mm). Die Meßwerte dieser Jahre liegen damit deutlich über der Normalzahl des Beobachtungszeitraumes 1931-1960 von 907 mm der nahe gelegenen Meßstation Heiligenblut (Hydrographischer Dienst 1992). Das niederschlagsärmste Jahr war zum Vergleich das Jahr 1973 mit einer Niederschlagssumme von 670 mm. Der über den Beobachtungszeitraum von 1970-1996 errechnete Mittelwert liegt mit 929 mm ungefähr 2,5 % über der oben genannten Normalzahl der Station Heiligenblut, aber rund 10 % über der vom Hydrographischen Dienst 1996 genannten Normalzahl des Beobachtungszeitraumes 1961- 1990 (846 mm).
Ein direkter Vergleich der Daten der nur im Sommerhalbjahr betriebenen Meßstellen ist wegen der verschieden langen Betriebsperioden (siehe Anhang A) nicht statthaft, dennoch erlaubt Tab. 3.2 wichtige Einblicke in das Niederschlagsgeschehen im Einzugsgebiet. Betrachtet man z.B. das hydrologische Jahr 1994, so weist die Station Gradenalm eine Niederschlagssumme von 991 mm auf, was nur 10,0 % unter der Niederschlagssumme der ganzjährig betriebenen Basismeßstelle liegt. Ähnliche Verhältnisse herrschten auch 1993, wo der Unterschied noch geringer, nämlich nur 6,8 %, war. Aus diesen Beispielen darf aber nicht der Schluß gezogen werden, daß hohe Niederschläge im Sommerhalbjahr allein maßgeblich für den Gesamtjahresniederschlag in diesem Einzugsgebiet sind.
Dies zeigt sich sowohl in den Meßwerten der Stationen Berchtoldsgraben und Eggerwiesenkopf, die in den o.g. Jahren wesentlich - bis zu 35 % - hinter den Meßwerten der Station Gradenalm zurückblieben, als auch im Vergleich der Mittelwerte der Ganzjahresstation mit denen der nur während des Sommerhalbjahres betriebenen Stationen. Hier liegt der Unterschied in der gemessenen Niederschlagssumme zwischen 33 und 45 %. Es muß auch bedacht werden, daß Niederschlag in Form von Schnee, auch bei Beheizung des Auffangtrichters im Meßgerät, nur sehr unzureichend erfaßt wird, die tatsächlichen Unterschiede in den Niederschlagssummen von Sommer- und Winterhalbjahr also größer sind.
Wird der Niederschlag in Schneeform - wie im vorliegenden Fall - mit denselben Geräten gemessen, mit welchen auch der Regen gemessen wird, sind die Meßfehler wegen des großen Einflusses, den die Windverhältnisse auf den Schneefall ausüben, erheblich größer als bei der Regenmessung (Dracos 1980). Daß der in Form von Schnee fallende Niederschlag nicht unerheblich ist, wird in o.g. Literatur mit einigen Werten aus den Schweizer Alpen belegt. So liegt der Anteil des Niederschlages, der als Schnee fällt, in diesem Teil des Alpenraumes in ca. 1000 m ü.M. bei 25 % und in ca. 2000 m ü.M. bereits bei 55 %.
Die tatsächlichen Niederschlagssummen an der in einer Seehöhe von 1210 m liegenden Station Fleissner dürften daher - auch angesichts der am Berchtoldhang gemessenen Schneehöhen (siehe Kapitel 6) - deutlich über den in Tabelle 3.2 angeführten Werten liegen. In diesem Lichte sind auch die weiteren Datenzusammenstellungen und -auswertungen zu sehen.
Die Monatssummen der Niederschläge der einzelnen Stationen sowie - gesondert ausgewiesen - die Maxima derselben, sind dem Anhang - Abschnitt A - zu entnehmen. Der absolute Spitzenwert wurde von der Station Fleissner mit 304,9 mm im Oktober 1993 verzeichnet (Vergleichswert: Station Heiligenblut 377,0 mm, August 1966 - Hydrographischer Dienst 1996). Dieser Spitzenwert entspricht ca. einem Drittel des in diesem Jahr gemessenen Jahresniederschlags. Der höchste Wert der Station Berchtoldsgraben lag bei 252,4 mm (August 1985). In diesem Zeitraum verzeichnete auch die Station Eggerwiesenkopf ihre höchste Monatssumme, und zwar 232,1 mm. Höher lag der Spitzenwert der Station Gradenalm. Diese verzeichnete im Oktober 1993, trotz einer hohen Zahl von Fehltagen in der Aufzeichnung, eine Monatssumme von 276,5 mm. Die Station Wirth Maraun schließlich verzeichnete im Juli 1981 ihren Höchstwert mit 248,0 mm.
Die in denselben Tabellen aufscheinenden Jahressummen der Niederschläge unterscheiden sich wegen des unterschiedlichen Beobachtungszeitraumes von den in Tabelle 3.2 aufscheinenden. In diesem, nach Kalenderjahren (Beobachtungszeitraum 1. Jänner bis 31. Dezember) aufgestellten Tabellenteil lieferte die Station Fleissner für das Jahr 1990 mit 1278,4 mm den höchsten Jahresniederschlag, gefolgt von den Jahren 1979 (1272,4 mm), 1975 (1196,4 mm), 1987 (1111,0 mm) und 1996 (1102,7 mm). Zieht man dieselben Jahre für die Mittelwertbildung heran wie in Tabelle 3.2, liegt der nach Kalenderjahren berechnete Wert mit 942,6 mm über dem Vergleichswert nach hydrologischen Jahren. Der Unterschied ist aber nicht gravierend genug, um eine Änderung der Einstufung der Station nach den Starkregenkriterien von Schimpf (1970) zu bewirken. Nach diesen Kriterien handelt es sich bei der Station Fleissner um eine K35-Station, d.h. daß mit - in halbjährlichem bis jährlichem Wiederkehrintervall auftretenden - Tagesniederschlagssummen von 30-40 mm im Bereich des Berchtoldhanges zu rechnen ist. Für die nahe dem Talschluß gelegene Station Gradenalm erscheint aufgrund der beobachteten Niederschlagssummen eine Einstufung als K45-Station zutreffender. Da die Meßstelle Gradenalm nur während des Sommerhalbjahres betrieben wird und gerade diese Meßstelle, wegen der schweren Zugänglichkeit, sehr kurze Beobachtungsperioden im Jahr aufweist, muß diese Aussage durch weitergreifende Ausführungen als dem bloßen Vergleich der Jahressummen untermauert werden. Zieht man für einen Vergleich zwischen den Stationen Fleissner und Gradenalm nur diejenigen Monate heran, die nur eine geringe Anzahl von Fehltagen aufweisen - durch Ausschluß von Monaten mit mehr als 9 Fehltagen, was bei der Station Gradenalm wegen der Witterungsabhängigkeit der Inbetriebnahme bzw. Einwinterung der Meßstelle innerhalb eines laufenden Monates häufig der Fall war - so weist die Station Gradenalm in 19 von 24 Fällen höhere Monatssummen auf als die Basismeßstelle. Die dabei aufgetretenen Unterschiede sind in Abb. 3.2 anschaulich dargestellt.
Im Kalenderjahr 1993 verfehlte die registrierte Summe des Niederschlages der Station Gradenalm, bei einer Aufstellungsdauer von rund 5 Monaten, mit 998,3 mm den Jahressummenwert der ganzjährig betriebenen Meßstelle Fleissner nur um 11,8 mm. Es kann also mit großer Sicherheit davon ausgegangen werden, daß die vermutliche Jahressumme der Station Gradenalm - auch im Durchschnitt der Jahre - über der bei Schimpf (1970) für das Gebiet Kärnten und Osttirol genannten Grenze für die Einstufung in das Kriterium K45 von 1000 mm Normaljahresniederschlag liegt. Damit verbunden kann die Aussage getroffen werden, daß im hinteren Teil des Gradenbachtales halbjährlich bis jährlich wiederkehrende Tagesniederschläge im Bereich von 40-50 mm zu erwarten sind.
Die jahreszeitliche Verteilung der Niederschläge im Einzugsgebiet Gradenbach wurde durch Errechnung der Monatsmittel der täglichen Niederschläge der Station Fleissner für die Meßperiode 1968-1996 ermittelt. Das Ergebnis dieser Arbeit ist in Abb. 3.3 graphisch dargestellt.
Ergänzend dazu wurde die Quintessenz dieser Arbeit in Tabelle 3.3 herausgestrichen.
Im langjährigen Mittel wurden demnach im Winter die geringsten Niederschläge gemessen, während der Sommer als niederschlagreichste Zeit bezeichnet werden kann. Die höchsten Einzelwerte der Monatsmittel der täglichen Niederschläge wurden jedoch im Herbst - speziell im Oktober - verzeichnet. Diese Beobachtungen decken sich großteils mit den bei Paschinger (1976) gemachten Aussagen über die jahreszeitliche Verteilung der Niederschläge in Kärnten. Er führt in seiner Arbeit weiters aus, daß nach Wakonigg (1968) das Herbstmaximum eine südalpine Eigenheit ist, welche durch besondere Stauwetterlagen bedingt ist, wobei das zugehörige Tief durchaus über dem Atlantik liegen kann, d.h. keine alleinige mediterrane Eigenheit Südkärntens darstellt. Die an derselben Stelle gemachte Aussage, daß diese Erscheinung mancherorts und in manchen Jahren mit trockenen Sommern zu einem Hauptmaximum im Herbst führen kann, muß dahingehend korrigiert werden, daß - wie u.a. die Jahre 1980, 1990 und 1996 zeigten - es keines besonders trockenen Sommers bedarf, um im Herbst das Hauptmaximum der Niederschläge zu erreichen.
In Tabelle 3.4 wurden die in den einzelnen Monaten der Meßperiode aufgetretenen Höchstwerte der Tagesniederschläge der Station Fleissner zusammengestellt. Einhergehend damit wurden die höchsten, mittleren und niedrigsten Tagesmaxima der Jahre sowie der einzelnen Monate im Beobachtungszeitraum eruiert. Es wurde nur die Station Fleissner behandelt, da diese die einzige Station im Ganzjahresbetrieb ist. Auffallend in dieser Tabelle ist die große Schwankungsbreite in den einzelnen Monaten. So wurden z.B. im November maximale Tagesniederschläge von 4,7-115,3 mm verzeichnet oder im Juli, dem Monat mit dem höchsten Mittelwert der Tagesmaxima (33,5 mm) eine Spannweite von 9,4-98,9 mm festgestellt.
Tagesniederschläge über 50 mm traten während des Beobachtungszeitraumes von 1968-1996, mit Ausnahme des Monates Feber, verteilt auf alle Monate des gesamten Jahres auf. Die jahreszeitliche Verteilung der maximalen Tagesniederschläge der einzelnen Monate zeigt im Vergleich zu den Monatsmitteln der täglichen Niederschläge - bei welchen alle Niederschläge unabhängig von ihrer Größe erfaßt wurden - eine Verschiebung der Niederschlagshäufigkeit Richtung Herbst. 18 der 28 Jahresmaxima des 1-tägigen Niederschlages wurden in der zweiten Jahreshälfte (Juli bis Dezember) verzeichnet. Vergleicht man die monatliche relative Häufigkeit der Jahresmaxima des 1-tägigen Niederschlages mit jener der rund 20 km SSW gelegenen Station Lienz, lassen sich deutliche Unterschiede feststellen. In der nach einer Graphik des Hydrographischen Dienstes (Hydrographischer Dienst 1990) angefertigten Abbildung 3.4, in welche die Werte der Station Fleissner eingefügt wurden, ähneln sich zwar die Jahresgänge der Häufigkeiten dieser Meßstellen im Gegensatz zu den anderen beiden Stationen, jedoch ist die Häufigkeit der Jahresmaxima des 1-tägigen Niederschlages in den ersten 3 Monaten des Jahres bei der Station Fleissner wesentlich geringer, während sie in den Monaten Juni bis Oktober zum Teil deutlich höher ausfällt.
Auch ein weiterer Vergleich unterstreicht die höhere Häufigkeit des Auftretens der Jahresmaxima des 1-tägigen Niederschlages im Sommer gegenüber den publizierten Werten der benachbarten Station Lienz. Nach Abbildung 3.5 beträgt der Anteil des Sommerhalbjahres (April-September) an der Anzahl der Jahresmaxima des 1-tägigen Niederschlages rund 50 %, da das Gradental im Grenzbereich zwischen den Abstufungen 40-50 % und 50-60 % liegt. Dies wird durch die an der Station Fleissner gemachten Beobachtungen bestätigt, für die sich ebenfalls ein Wert von 50,0 % errechnet.
Da in Tabelle 3.4 zwar die Monatsmaxima der Tagesniederschläge aufscheinen, dies aber nicht von vornherein ausschließt, daß unter diesen Werten liegende Niederschläge nicht höher sein können als Maximalwerte anderer Monate, wurde eine weitere Analyse der höchsten Tagesniederschlagssummen durchgeführt. Für diese Untersuchung wurden nur Werte mit mind. 60,0 mm Tagesniederschlag herangezogen.
Ordnet man die dabei festgestellten höchsten Tagesniederschläge - in absteigender Reihenfolge - ihrer Größe nach, so ist festzustellen, daß nur ein Wert über 100 mm in der gesamten Meßperiode an der Basismeßstelle zu verzeichnen war (siehe Tab. 3.5). Dieser Wert von 115,3 mm liegt deutlich über dem an der Station Heiligenblut beobachteten Tagesmaximum von 100,4 mm (4.11.1966, Hydrographischer Dienst 1996). Unter den fünf größten Werten fällt nur einer auf den Sommer, die restlichen vier auf Oktober und November. In den Monaten Feber und März konnten keine Tagesniederschläge über 60 mm verzeichnet werden. Die Häufung schwerer Niederschläge Ende November und Anfang Dezember 1990 führte zu keinen Hochwasserschadereignissen. Nur fünf der in Tabelle 3.5 aufscheinenden Werte wurden in der ersten Jahreshälfte verzeichnet.
Aufgrund der aufgezeigten, gravierenden Unterschiede in der jahreszeitlichen Verteilung der Niederschläge gegenüber benachbarten Meßstationen und der Größe der beobachteten Werte muß auch die Sinnhaftigkeit der Einstufung der Station Fleissner als K35-Station nach den Starkregenkriterien von Schimpf (1970) bezweifelt werden. Die dort hergestellte Beziehung zwischen Jährlichkeit, Niederschlagsdauer und -höhe liefert für den 24-Stunden-Niederschlag, bei einer Jährlichkeit von 1, einen Wert von 45 mm für eine K35-Station. Dieser Wert wurde aber im Beobachtungszeitraum 1969-1996, also in 28 Jahren, 23 mal - davon 11 mal um mehr als 15 mm - überschritten und nur 5 mal nicht erreicht. Der entsprechende Vergleichswert einer K45-Station - rund 57 mm - erscheint daher wesentlich eher die tatsächlichen Gegebenheiten rund um die Station Fleissner widerzuspiegeln, zumal auch der Mittelwert der 1-Tagesniederschlagsmaxima des vorgenannten Beobachtungszeitraumes bei 58,7 mm liegt.
Die sich aus der Zugrundelegung eines anderen Kriteriums für Projektierungsaufgaben ergebenden, dramatischen Auswirkungen zeigt Abb. 3.6. In dieser wurden die aus den entsprechenden Diagrammen der Starkregenkriterien nach Schimpf herausgegriffenen 24-Stundenwerte der Niederschläge verglichen mit den jährlichen, maximalen Tagesniederschlägen der Station Fleissner. Die Jährlichkeit des Auftretens der Werte dieser Meßstelle wurde dabei mittels Gumbelverteilung errechnet. Die Darstellung zeigt, daß die Kurve der logarithmischen Ausgleichsfunktion der Station Fleissner, besonders bei höheren Jährlichkeiten, welche für Maßnahmen des Hochwasserschutzes von Relevanz sind, näher am Kriterium K45 liegt, als am Kriterium K35. Dies, obwohl es sich um Tagesniederschläge handelt, welche im vorliegenden Fall die im fixen, täglichen Intervall von 7 bis 7 Uhr gefallene Niederschlagssumme angibt. Wie u.a. Zeller, Geiger & Röthlisberger (1976) zeigten, sind bei Wahl eines anderen Zeitrasters - Stichwort: kalendarischer und nicht kalendarischer Wert - durchaus höhere Werte zu erwarten. Der in der gesamten Meßperiode mit 115,3 mm höchste Tagesniederschlag, der nach dem Starkregenkriterium K35 eine Jährlichkeit von weit über 100 aufweist, entspricht nach der Ausgleichskurve der Station Fleissner (nach graphischer Abschätzung) einem ca. 30jährlichen und nach dem Kriterium K45 nur mehr einem rund 16jährlichen Ereignis. Der mit 98,9 mm zweithöchste Tagesniederschlag käme nach dem Kriterium K35 auf eine Jährlichkeit von rund 50, nach der Ausgleichsfunktion der Basismeßstelle auf 15 und nach dem Kriterium K45 nur mehr auf eine Jährlichkeit von ca. 7,5. Betrachtet man das Diagramm von der anderen Seite, so entspricht einem 10jährigen Ereignis einer K45-Station, ein 20jährliches nach der Ausgleichsfunktion der bisherigen Werte der Station Fleissner und einem rund 65 bis 70jährlichen Ereignis nach dem K35-Starkregenkriterium von Schimpf.
Da der Bemessung von Schutzwasserbauten Ereignisse bestimmter, vorgegebener Jährlichkeit zugrunde zu legen sind, ist die Wahl des zutreffenden Kriteriums für die Bestimmung des Bemessungsniederschlages von entscheidender Bedeutung. Gestützt auf die vorliegenden Auswertungen muß die Wahl des Starkregenkriteriums K35 als nicht zielführend für die Bestimmung des 24-Stunden-Bemessungsniederschlages angesehen werden. Die dafür besser geeignet erscheinende Ausgleichsfunktion der Meßwerte der Basismeßstelle beinhaltet bei Abschätzung von über den dargestellten Zeitraum hinausgehenden Jährlichkeiten große Unsicherheiten, da nach Lecher (1982) Extrapolationen um so weniger sicher sind, je größer der Unterschied zwischen Wiederkehrintervall und Beobachtungsdauer ist. Es scheint daher für das gesamte Einzugsgebiet des Gradenbaches die Niederschlag-Jährlichkeitsbeziehung einer K45-Station nach Schimpf derzeit die größte Sicherheit bei der Auswahl des 24-Stunden-Bemessungsniederschlages zu bieten. Die vorhandene Länge der eigenen Meßreihen läßt eine ausreichend sichere Prognose von Ereignissen mit extrem langem Wiederkehrsintervall noch nicht zu.
Ein anderer Ansatz zur Bestimmung des Bemessungsniederschlages ist die Ermittlung der Starkregenhöhe in Abhängigkeit von Regendauer und Jährlichkeit nach dem provisorischen Auswerteverfahren des Dvwk (1985). Über eine nach diesem Verfahren durchgeführte Auswertung der Daten der Basismeßstelle wurde von Lang, Gao & Weinmeister (1999) bereits berichtet. Diese lieferte, bei etwas kürzerer Meßreihe, ebenfalls deutlich über den Werten einer K35-Station liegende Ergebnisse. Bei geringen Jährlichkeiten lagen die nach Dvwk ermittelten Niederschläge sogar über denen der hier errechneten Ausgleichsfunktion der Basismeßstelle, bei mittleren und höheren Werten jedoch deutlich darunter.
Neben der schon unter Punkt 3.2.1 behandelten jahreszeitlichen Verteilung der Niederschläge ist für forstwirtschaftliche sowie schutzwasserbauliche Fragestellungen auch die Verteilung der Größenordnungen der Niederschläge von enormer Wichtigkeit. Ist sie doch u.a. bedeutsam für die Verfügbarkeit des Wassers für Pflanzen, das Erosionspotential der Niederschläge und für Dimensionierungsaufgaben, wie z.B. Hangentwässerungsanlagen.
Eine erste Übersicht über die Verteilung der Größenordnungen der an den einzelnen Stationen beobachteten Niederschläge gibt Tabelle 3.6. Zu beachten ist auch hier, daß nur die Station Fleissner im Ganzjahresbetrieb betreut wurde, die anderen Stationen jedoch nur während der Sommermonate (i.A. Mai bis Oktober) betrieben werden konnten. Die Unterschiede in der Summe der Meßtage der nur im Sommerhalbjahr betriebenen Meßstationen sind durch die schon erwähnte Witterungsabhängigkeit des Aufstellungszeitpunktes der Geräte wie auch, in kleinerem Maße, durch Meßausfälle bedingt. Absolut gesehen weist die Basismeßstelle mit 10.217 die höchste Zahl der Meßtage auf, die Station Gradenalm mit 861 die geringste. Die Stationen Berchtoldsgraben, Wirth Maraun und Eggerwiesenkopf liegen mit 3002, 2381 bzw. 2373 Meßtagen deutlich vor dieser letztgenannten Meßstelle. Im Jahresdurchschnitt gesehen weist die Station Berchtoldsgraben die höchste Zahl der Meßtage der im Sommerhalbjahr betriebenen Stationen auf.
Die Verteilung der Größenordnungen der Niederschläge über das Jahr zeigt eine Dominanz kleiner Niederschläge. An der Station Fleissner wiesen rund 67 % der Regentage eine Tagessumme kleiner als 5 mm auf , während nur 7 % der Niederschläge über 20 mm und nur 1,3 % über 40 mm lagen.
Angesichts der ausgeprägten Südostlage des Berchtoldhanges bedeutet dies, bei einem durchschnittlichen Jahresniederschlag von rund 930 mm, daß - grob abgeschätzt, d.h. unter Berücksichtigung der Klasse 0-1 mm und Teilen der Klasse 1-5 mm - rund 5-8 % des Niederschlages nicht pflanzenverfügbar ist. Derart geringe Niederschläge werden in hohem Maße direkt von der Boden- bzw. Vegetationsoberfläche verdunstet und vermögen nur zu einem geringen Teil in den Bodenkörper einzudringen. Der bedeutendste Niederschlagsanteil liegt jedoch in Größenordnungen, die ein Einsickern in den Boden erlauben. Dies erhöht allerdings auch die für die Talzuschubsbewegung förderliche Hangvernässung. Die geringe Häufigkeit an Niederschlägen mit hohen Tagessummen ist einer der Gründe, weshalb in diesem Gebiet kaum direkt flächenhafter Erosionsangriff durch die Niederschläge stattfindet. Ausgenommen davon sind lediglich die durch Talzuschubsbewegungen aufgerissenen, vegetationslosen Hangbereiche.
Eine detaillierte Aufschlüsselung der Häufigkeiten der Niederschläge, über die Anzahl der Tage für die jeweiligen Klassen der Niederschlagssummen in der Gesamtperiode hinausgehend, ist dem Anhang unter Abschnitt B zu entnehmen. In diesem sind die Häufigkeiten, geordnet nach Klassen für jede Station und jedes Betriebsjahr, innerhalb des gesamten Meßzeitraumes zusammengestellt. Aus dieser Aufstellung geht u.a. hervor, daß nur in vier der fünf Meßstationen - je einmal - die Niederschlagssumme von 100 mm überschritten wurde. Neben der bereits erwähnten Niederschlagssumme der Station Fleissner vom 25.11.1990 (115,3 mm) waren dies am 2.10.1993 120,6 mm an der Station Gradenalm, 113,9 mm am 18.7.1981 an der Station Berchtoldsgraben und am selben Tag 112,1 mm an der Station Wirth-Maraun. Diese Werte schlagen sich in Tabelle 3.6 in der Niederschlagsklasse e100 mm unterschiedlich zu Buche. Der nur scheinbare Fehler ist durch die unterschiedlich hohe Anzahl an Meßtagen an den einzelnen Stationen bedingt.
Abbildung 3.7 zeigt anschaulich die Unterschiede in den Ergebnissen der Messungen von Ganz- und Halbjahresstationen. Am gravierendsten fielen diese in der Klasse „ohne Niederschlag” auf. An der Station Fleissner wurde in mehr als der Hälfte der Meßtage (57,4 %) kein Niederschlag verzeichnet. Der im Schnitt mit 41,5 bis 45,8 % deutlich geringere Anteil an niederschlagsfreien Tagen an den Halbjahresmeßstellen unterstreicht damit das schon unter Punkt 3.2.1 beschriebene, jahreszeitliche Verhalten der Niederschläge mit deutlich höheren Sommer- als Winterniederschlägen.
Die Verschiebung der Differenzanteile zwischen niederschlagsfreien Tagen und Tagen mit Niederschlag erfolgt dabei, je nach Station, in unterschiedlich hohem Maße in die verschiedenen Niederschlagsklassen. Als Klasse mit der größten Häufigkeit stellte sich jene mit 1 bis <5 mm Niederschlag heraus, deren Anteil an der Anzahl der Meßtage, je nach Meßstation, zwischen 15 % und 21 % betrug.
Die für die Jahresniederschlagssumme bedeutendsten Tagesniederschläge weisen Größenordnungen zwischen 10 und 40 mm auf. Dies ist aus Tabelle 3.7 zu errechnen, in welcher für die Station Fleissner die mittleren Häufigkeiten der Niederschläge zusammengestellt wurden. Aus Häufigkeit und Größenordnung ergibt sich für den oben genannten Bereich eine Niederschlagssumme, welche bei rund 50 % des gesamten Jahresniederschlages liegt.
Durch Abbildung 3.8 wird die jahreszeitliche Verteilung der Niederschläge nochmals deutlich herausgestrichen. Die Verteilung der Tage ohne Niederschlag zeigt eine besonders geringe Anzahl von Tagen von Mai bis August, mit Minimum im Juni, während die vorhin erwähnten, für die gesamte Jahressumme der Niederschläge entscheidenden Klassen in diesen Monaten, und im oberen Bereich bis in den Oktober hinein, ihre höchsten Werte aufweisen.
Da Abbildung 3.8 sowie Tabelle 3.7 „nur” mittlere Häufigkeiten von Niederschlägen wiedergeben, soll nicht versäumt werden, auch auf die Schwankungsbreite dieses Klimafaktors hinzuweisen. Die Zahl der Tage mit Niederschlag schwankte im Beobachtungszeitraum 1968-1996 zwischen 133 (1971) und 179 (1981). Die höchste Monatssumme an Regentagen wurde im Oktober 1992 mit 26 festgestellt, die absolut niedrigste mit 1 im November 1978. Mehrfach wurden nur 2 Niederschlagstage im Monat verzeichnet, unter anderem auch im Monat Oktober, in welchem - wie erwähnt - die höchste Anzahl an Niederschlagstagen auftrat. Dies veranschaulicht die Wichtigkeit langjähriger Meßreihen für hydrologische Auswertungen, spiegelt sich doch darin die Vielfalt der Vorgänge im Naturraum, die bei kurzen Meßreihen kaum erfaßt werden kann.
Da sich am Berchtoldhang (Eggerberg) 4 Niederschlagsmeßstationen in unterschiedlichen Höhenlagen in annähernd einer Fallinie befinden, bot sich die Möglichkeit an, auf Basis langjähriger Meßreihen eine Funktion für die Niederschlagssumme in Abhängigkeit der Seehöhe zu erstellen. Ebenso ergab sich damit die Möglichkeit, die daraus gewonnenen Niederschlagswerte mit Werten, welche aus in der Praxis gängigen Formeln abgeleitet wurden, zu vergleichen. Für diese Untersuchungen wurden ausschließlich Daten von Monaten herangezogen, in welchen die Niederschlagsaufzeichnung lückenlos vorlag. Auf Grund des Aufstellungssystems, welches zwischen Ganzjahres- und Sommermeßstellen unterscheidet, beziehen sich die Analysen und die daraus gewonnenen Aussagen ausschließlich auf das Sommerhalbjahr. Als ausreichend genaues Maß für die Bestimmung der Höhenabhängigkeit des Niederschlages wurde die Monatssumme betrachtet. Tagessummen erschienen wegen der oft kleinflächigen Abregnung von Niederschlagszellen für den Zweck der vorliegenden Untersuchung nicht geeignet.
Da an allen Meßstellen zwei voneinander unabhängige Niederschlagsmeßgeräte in Betrieb waren - je ein Ombrometer und Ombrograph - wurde vor der Errechnung der Höhenabhängigkeit des Niederschlages die Güte des Zusammenhanges zwischen den Meßreihen aus beiden Gerätetypen überprüft. Die Monatssummenwerte wurden dabei in einem Diagramm dargestellt, in welchem die mittels Ombrographen ermittelten Niederschlagssummen auf der einen, die entsprechenden Ombrometerwerte auf der anderen Achse aufgetragen wurden. Die so erhaltene Punktverteilung legte einen linearen Ausgleich - wie auch bei Skoda (1994) vorgeschlagen - in Form einer Geradengleichung y = a · x + b nahe. Die Güte des Ausgleichs wurde durch den Bestimmtheitsgrad „B = r2” angegeben, die Signifikanz der gefundenen Ausgleichsgeraden mittels beidseitigem T-Test geprüft.
Abbildung 3.9 zeigt das Ergebnis der Überprüfung am Beispiel der Meßstationen am Eggerwiesenkopf. Wie auch bei den anderen Meßstellen ist der Zusammenhang zwischen den beiden Meßstationen, trotz des „Ausreißers” bei den Koordinaten 49/116 mm, sehr eng (r = 0,96). Ausreißer traten trotz der extremen Lage der Meßstellen überraschend selten auf, beeinflußten daher das Gesamtbild der Messungen nur wenig. Der Korrelationskoeffizient „r” aller Meßreihen der Stationspaare lag im Bereich von 0,96-0,97. Die Neigung der Ausgleichsgeraden in Abb. 3.9 zeigt aber auch, daß der Ombrometer über den gesamten Meßbereich etwas geringere Werte aufzeichnet als der Ombrograph. Grund dafür dürfte der unterschiedlich große Abstand der Auffangfläche vom Boden (Ombrometer im Durchschnitt höher) und die damit zusammenhängende, verschiedene Windausgesetztheit sein, die auch durch Windschutzringe nicht ganz ausgeschlossen werden konnte. Da die geringsten Unterschiede in der Aufstellungshöhe innerhalb einer Gruppe bei den Ombrographen lagen, wurden deren Meßwerte für die weiteren Auswertungen herangezogen.
Die Gegenüberstellung der Meßdaten der in verschiedenen Höhenlagen liegenden Meßstationen mit denen der - am tiefsten gelegenen Basismeßstelle - Station Fleissner erfolgte nach derselben Methodik wie der Vergleich der Werte von Ombrometer und Ombrographen der einzelnen Meßstellen. Die lineare Ausgleichsfunktion konnte auch in diesem Vergleich den Zusammenhang zwischen den verschiedenen Meßreihen gut darstellen. Andere Funktionen wurden zwar ebenfalls überprüft, brachten aber - über den gesamten Bereich gesehen - keinen Zuwachs an Genauigkeit. Bei sehr hohen Niederschlagssummen neigte die lineare Ausgleichsfunktion dazu, die Werte der jeweiligen Vergleichsstationen tendenziell zu unterschätzen. Abbildung 3.10 zeigt beispielhaft diesen Schritt der Untersuchungen im Vergleich der Meßstellen Fleissner und Wirth Maraun.
Der Korrelationskoeffizient weist bei allen Vergleichen eine Bandbreite von 0,90-0,97 aus. Die Prüfung erfolgte nach 2 Varianten: einerseits Vergleich der Monatssummenwerte, welche bei der jeweiligen Gegenüberstellung bei beiden Meßstellen aus einer lückenlosen Aufzeichnung stammten, andererseits Vergleich ausschließlich der Summenwerte der Monate, die an allen 4 Meßstationen eine vollständige Aufzeichnung aufwiesen. Der Zusammenhang der Meßdaten ist zwar bei diesem Vergleich - erwartungsgemäß - nicht so hoch wie beim Vergleich der 2 Gerätetypen ein und derselben Meßstelle, aber immer noch als hoch signifikant zu bezeichnen.
Zur Gewinnung einer Ausgleichsfunktion, welche die Niederschlagsmenge in Abhängigkeit von der Seehöhe beschreibt, wurden in die einzelnen, aus dem vorgenannten Schritt gewonnenen Ausgleichsfunktionen exemplarisch Niederschlagswerte - in 50 mm Schritten - für die am tiefsten gelegene Station Fleissner eingesetzt und die entsprechenden Niederschlagswerte für die anderen Stationen errechnet. Diese Niederschlagssummenwerte wurden in einem Diagramm (x-Achse: entsprechende Seehöhe der Station; y-Achse: errechnete Niederschlagssumme) eingetragen. Über die so erhaltenen Punkte wurden die letztendlichen Ausgleichsfunktionen ermittelt. Wegen der geringen Anzahl von Meßstationen wurde bewußt auf die Angabe für Signifikanz und Güte der Ausgleichsgeraden verzichtet. Das Ergebnis dieser Arbeit ist in Abbildung 3.11 dargestellt.
Die höhenabhängige Gegenüberstellung der Niederschlagsmengen bestätigt den schon während der Generierung der einzelnen Ausgleichsfunktionen beobachteten Trend: Bei geringen Niederschlagsmengen erfolgt eine Zunahme der Monatsniederschlagssummen mit steigender Seehöhe, wie sie auch bei Spitzbart (1996) u.a. beschrieben wird. Mit steigender Niederschlagssumme wird diese Zunahme mit der Seehöhe geringer, um bei 200 mm Monatsniederschlagssumme über den gesamten Seehöhenbereich gleich zu sein. Die 250 mm Niederschlagslinie zeigt sogar geringere Niederschläge mit zunehmender Seehöhe. Hierzu muß aber angemerkt werden, daß dieser Bereich nur durch sehr wenige Beobachtungen abgedeckt und dementsprechend mit Unsicherheiten behaftet ist.
Aus den vorhin angeführten Überlegungen und den im Zuge der Untersuchungen gewonnenen Einzelfunktionen wurde folgende Formel zur Bestimmung der Monatsniederschlagsmengen in Abhängigkeit der Seehöhe entwickelt:
NH = NA + (0,025 - 0,0132 · NA/100) · DH
NH: Monatsniederschlagssumme in der gesuchten Höhe (mm)
NA: Monatsniederschlagssumme in der Ausgangsmeßstelle (mm)
DH: Höhendifferenz zwischen Zielmeßstelle und Ausgangsmeßstelle
Als gesichert können die aus dieser Formel gewonnenen Werte für den Bereich von 1200-2200 m Seehöhe und Monatsniederschlagssummen d200 mm angesehen werden. Da die Datengrundlage durch Werte von Sommermeßstellen gebildet wird, kann die gefundene Funktion auch nur zur Bestimmung von Niederschlagssummen in diesem Zeitraum - Anfang Juni bis Ende September - herangezogen werden. Dies muß vor allem im Hinblick auf Vergleiche mit anderen Formeln, bei welchen die Jahresniederschlagssumme die Basis zur Erstellung bildete, berücksichtigt werden.
Die Frage der Sinnhaftigkeit einer nur für die Sommermonate geltenden Formel kann dahingehend beantwortet werden, daß eine Formel, welche nur auf Jahresniederschlägen basiert, die Abschätzung von Bemessungsniederschlägen für Dimensionierungsaufgaben nicht in annähernd gleich hoher Genauigkeit erlaubt. Wie unter Kapitel 3.2.1 und 3.2.2 nachgewiesen, zeigt das Niederschlagsverhalten im Einzugsgebiet des Gradenbaches ein deutliches Sommermaximum. Dieses gebietsspezifische Verhalten wird durch Formeln, die auf der Jahresniederschlagssumme fußen, nicht erfaßt. Dies ist um so gravierender, als sich auch die Höhenabhängigkeit des Niederschlages mit den Jahreszeiten und den damit verbundenen Wetterlagen ändern kann. Eine weitere Vertiefung in diese Thematik würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen. Es muß daher auf eine sich derzeit in Arbeit befindliche, später erscheinende Veröffentlichung zu diesem Thema verwiesen werden. Prinzipiell könnten aufgrund der formalen Beschaffenheit der hier gefundenen Funktion beliebige Zeiträume untersucht werden. Allerdings müßten dazu die für die Analysen erforderlichen Datensätze um Daten aus den verschiedenen Höhenlagen und entsprechend kürzeren Beobachtungsintervallen bereichert werden.
