2
5.9 5.9 HYDROLOGISCHER ATLAS DER SCHWEIZ ATLANTE IDROLOGICO DELLA SVIZZERA ATLAS HYDROLOGIQUE DE LA SUISSE HYDROLOGICAL ATLAS OF SWITZERLAND Dämpfung von Hochwasserspitzen in Fliessgewässern Atténuation des pointes de crue dans les cours d’eau Attenuation of in Rivers Attenuazione delle piene dei corsi d’acqua Flood Peaks Autoren /Auteurs /Autori /Authors: Felix Naef, Carla Thoma Institut für Hydromechanik und Wasserwirtschaft der Eidgenössischen Technischen Hochschule, Zürich Institut d’hydromécanique et d’aménagement des eaux de l’Ecole polytechnique fédérale, Zurich Theoretische Grundlagen Bases théoriques Dämpfung durch fliessende Retention im Gerinne Atténuation par la rétention dynamique dans le chenal Dämpfung durch fliessende Retention im überfluteten Vorland Atténuation par la rétention dynamique dans le lit majeur et la plaine avoisinante inondés Fig. 7 Fig. 11 Für die Modellierung verwendete Referenzwerte Valeurs de référence utilisées pour la modélisation Wirkungsweise der fliessenden Retention Mode d’action de la rétention dynamique Gerinne Chenal Abflussganglinie Hydrogramme 45° 1 40 2h Abfluss / Débit [m /s] 3 Die dämpfende Wirkung der Retention wird an einem für das Mittelland typischen Gerinne von 20 km Länge untersucht. Die verwendete Zuflussganglinie mit einer Spitze von 50 m /s entspricht ungefähr einem 100jährlichen Abfluss eines 50 bis 150 km grossen Einzugsgebietes. L’effet d’atténuation de la rétention est étudié pour un chenal typique du Plateau de 20km de long. L’hydrogramme utilisé, avec sa pointe de 50 m /s, correspond à peu près au débit centennal d’un bassin versant de 50 à 150 km . 3 2 3 2 8m 0 4 0 30 20 10 0 Fig. 8 Fig. 10 Dämpfung in Abhängigkeit des Sohlgefälles Atténuation en fonction de la pente du lit Hauptgerinne Chenal principal Vorland Lit majeur Dämpfung in Abhängigkeit der Anstiegszeit des Hochwassers Atténuation en fonction du temps de montée de la crue J = 0.3 % J = 0.55 % J = 0.8 % J=1% 10 20 30 40 Q [m /s] max 3 0 4 8 12 16 S [km] 10 20 30 40 Q [m /s] max 3 0 4 8 12 16 S [km] t=2h t=1h t = 0.5 h Fig. 9 Dämpfung in Abhängigkeit der Gerinnerauhigkeit Atténuation en fonction de la rugosité du chenal 10 20 30 40 Q [m /s] max 3 0 4 8 12 16 S [km] k = 35 m /s 1/3 k = 25 m /s 1/3 k = 15 m /s 1/3 Abflussspitze Pointe du débit Länge der Fliessstrecke Longueur du tronçon Sohlgefälle Pente du lit Anstiegszeit Temps de montée Rauhigkeitsbeiwert nach Strickler Coefficient de rugosité selon Strickler Die Diagramme zeigen, dass Dämpfung nur bei geringem Sohlge- fälle (< 1 %) und kurzen Anstiegszeiten des Hochwassers auftritt. Sie wird in Gerinnen mit grossem Fliesswiderstand (grobblockige Soh- le) verstärkt. Les diagrammes montrent qu’il n’y a atténuation que lorsque la pente du lit est faible (< 1 %) et que les temps de montée sont courts. Cette atténuation est renforcée dans les chenaux où la ré- sistance est importante (lit constitué de blocs grossiers). Bei der Überflutung von Vorländern wird die Dämpfung von Hochwasserspitzen verstärkt. Dazu tragen die unterschiedlichen Fliessgeschwin- digkeiten im Gerinne und im Vorland bei, die insgesamt zu einer Verformung der Hochwasserwelle führen (Situation 5). Lorsque les lits majeurs sont inondés, l’atténuation des pointes de crue est renforcée. Les différentes vitesses d’écoulement dans le chenal et dans le lit majeur jouent aussi un rôle; elles provoquent une déformation de l’onde de crue (situation 5). Q max S J t k 1 3 5 Abfluss im Hauptgerinne nach Vorlandüberflutungen Débit dans le chenal principal après inondation du lit majeur Zufluss im Hauptgerinne Débit entrant dans le chenal principal Abfluss im Vorland beim Austritt aus dem Hauptgerinne Débit dans le lit majeur par l’eau quittant le chenal principal Zeitliche Verschiebung und Dämpfung Retardement et atténuation Abfluss im Vorland kurz vor dem Zurückfliessen ins Hauptgerinne Débit dans le lit majeur peu avant que l’eau ne rejoigne le chenal principal Ausfluss im Hauptgerinne Débit sortant dans le chenal principal k= t=1h 25 m /s 1/3 k= J = 0.55 % 25 m /s 1/3 t=1h J = 0.55 % J=2% Q t 1 2 Q t 4 Q t 3 Q t 5 Q t 1 2 4 2 4 3 5 0 0 2 2 4m 4m

HADES-Tafel 5 - Hydrologischer Atlas

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Page 1: HADES-Tafel 5 - Hydrologischer Atlas

5.95.9

HYDROLOGISCHER ATLAS DER SCHWEIZ

ATLANTE IDROLOGICO DELLA SVIZZERAATLAS HYDROLOGIQUE DE LA SUISSE

HYDROLOGICAL ATLAS OF SWITZERLAND

Dämpfung von Hochwasserspitzenin Fliessgewässern

Atténuation des pointes de cruedans les cours d’eau

Attenuation of in Rivers

Attenuazione delle piene dei corsi d’acqua

Flood PeaksAutoren /Auteurs /Autori /Authors:

Felix Naef, Carla ThomaInstitut für Hydromechanik und Wasserwirtschaft derEidgenössischen Technischen Hochschule, ZürichInstitut d’hydromécanique et d’aménagement deseaux de l’Ecole polytechnique fédérale, Zurich

Theoretische GrundlagenBases théoriques

Dämpfung durch fliessende Retention im GerinneAtténuation par la rétention dynamique dans le chenal

Dämpfung durch fliessende Retention im überfluteten VorlandAtténuation par la rétention dynamique dans le lit majeur et la plaine avoisinante inondés

Fig. 7 Fig. 11Für die Modellierung verwendete ReferenzwerteValeurs de référence utilisées pour la modélisation

Wirkungsweise der fliessenden RetentionMode d’action de la rétention dynamique

GerinneChenal

AbflussganglinieHydrogramme

45°

1

40

2 h

Abfluss /Débit [m /s]3

Die dämpfende Wirkung der Retention wird an einem für das Mittelland typischen Gerinne von 20 km Länge untersucht. Die verwendeteZuflussganglinie mit einer Spitze von 50 m /s entspricht ungefähr einem 100jährlichen Abfluss eines 50 bis 150 km grossen Einzugsgebietes.L’effet d’atténuation de la rétention est étudié pour un chenal typique du Plateau de 20 km de long. L’hydrogramme utilisé, avec sa pointe de50 m /s, correspond à peu près au débit centennal d’un bassin versant de 50 à 150 km .

3 2

3 2

8 m0 4 0

30

20

10

0

Fig. 8 Fig. 10Dämpfung in Abhängigkeit des SohlgefällesAtténuation en fonction de la pente du lit

HauptgerinneChenal principal

VorlandLit majeur

Dämpfung in Abhängigkeit der Anstiegszeit des HochwassersAtténuation en fonction du temps de montée de la crue

J = 0.3 %

J = 0.55 %

J = 0.8 %

J = 1 %

10

20

30

40

Q [m /s]max3

0 4 8 12 16 S [km]

10

20

30

40

Q [m /s]max3

0 4 8 12 16 S [km]

t = 2 h

t = 1 h

t = 0.5 h

Fig. 9Dämpfung in Abhängigkeit der GerinnerauhigkeitAtténuation en fonction de la rugosité du chenal

10

20

30

40

Q [m /s]max3

0 4 8 12 16 S [km]

k = 35 m/s

1/3

k = 25 m/s

1/3

k = 15 m/s

1/3

AbflussspitzePointe du débit

Länge der FliessstreckeLongueur du tronçon

SohlgefällePente du lit

AnstiegszeitTemps de montée

Rauhigkeitsbeiwert nach StricklerCoefficient de rugosité selon Strickler

Die Diagramme zeigen, dass Dämpfung nur bei geringem Sohlge-fälle (< 1 %) und kurzen Anstiegszeiten des Hochwassers auftritt. Siewird in Gerinnen mit grossem Fliesswiderstand (grobblockige Soh-le) verstärkt.Les diagrammes montrent qu’il n’y a atténuation que lorsque lapente du lit est faible (< 1 %) et que les temps de montée sontcourts. Cette atténuation est renforcée dans les chenaux où la ré-sistance est importante (lit constitué de blocs grossiers).

Bei der Überflutung von Vorländern wird die Dämpfung von Hochwasserspitzen verstärkt. Dazu tragen die unterschiedlichen Fliessgeschwin-digkeiten im Gerinne und im Vorland bei, die insgesamt zu einer Verformung der Hochwasserwelle führen (Situation 5).Lorsque les lits majeurs sont inondés, l’atténuation des pointes de crue est renforcée. Les différentes vitesses d’écoulement dans le chenal etdans le lit majeur jouent aussi un rôle; elles provoquent une déformation de l’onde de crue (situation 5).

Qmax

S

J

t

k

1

3

5

Abfluss im Hauptgerinnenach VorlandüberflutungenDébit dans le chenal principalaprès inondation du lit majeur

Zufluss im HauptgerinneDébit entrant dans le chenal principal

Abfluss im Vorland beim Austrittaus dem HauptgerinneDébit dans le lit majeur par l’eauquittant le chenal principal

Zeitliche Verschiebung und DämpfungRetardement et atténuation

Abfluss im Vorland kurz vor demZurückfliessen ins HauptgerinneDébit dans le lit majeur peu avant quel’eau ne rejoigne le chenal principal

Ausfluss im HauptgerinneDébit sortant dans le chenal principal

k =t = 1 h

25 m /s1/3 k =J = 0.55 %

25 m /s1/3

t = 1 hJ = 0.55 %

J = 2 %Q

t

1

2Q

t

4Q

t

3Q

t

5Q

t

1

2

4

2

4

3

5

0 0

2 2

4 m 4 m

Page 2: HADES-Tafel 5 - Hydrologischer Atlas

Sohlgefälle der FliessgewässerPente du lit des cours d’eau

(siehe Figur 1)(voir figure 1)

Fig. 1 Fig. 2Beurteilung der Hochwasserdämpfung in FliessgewässernEvaluation de l’atténuation des crues dans les cours d’eau

RetentionsartType de rétention

Hochwasservolumenwesentlich grösser als

RetentionsvolumenVolume de la crue bien plus

grand que le volume derétention

SohlgefällePente du lit

Anstiegszeit der grösstenHochwasser

Temps de montée des plusfortes crues

Lang

Long

JaOui

DämpfungAtténuation

Flie

ssen

deR

eten

tion

Rét

entio

ndy

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Steh

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Rét

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elle

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sm

esur

esd’

amén

agem

ent)

� 1 %> 1 %

NeinNon

KurzCourt

Fig. 3Stehende RetentionRétention statique

bei Vorlandüberflutungenavec inondation de la plaine avoisinante

Nur bei sehr geringem Gefälle bleibt das Wasser auf den überfluteten Flächen liegen (stehende Retention).chon bei einem geringen Gefälle von wenigen Promille fliesst das Wasser auf den überfluteten Flächen ab (fliessende Retention). Die dämpfende Wirkung ist wesentlich geringer als bei der stehenden Retention.

(Photographien Figur 2 unbekannt, V. Binggeli; Figur 3: M. Jäggi, L. Favre, unbekannt)L’eau ne reste étendue sur les surfaces inondées que lorsque la pente est très faible (rétention statique).

ès qu’il y a une faible pente de quelques pour mille seulement, l’eau s’écoule sur les surfaces inondées (rétention dynamique). L’ a rétention dynamique est bien plus limité que celui dela rétention statique.

Eine wirksame stehende Retention tritt deshalb eher selten auf, z.B. bei Aufstau hinter Strassendämmen.S

:Une rétention statique efficace est donc plutôt rare, par exemple lorsque l’eau est retenue derrière des remblais

routiers. D effet d’atténuation de l(Photographies figure 2: inconnu, V. Binggeli; figure 3: M. Jäggi, L. Favre, inconnu)

Die Länge der Pfeile ist ungefähr proportional zur Fliessgeschwin-digkeit (v)La longueur des flèches est environ proportionnelle à la vitesse del’écoulement (v)

Fliessende Retention bei VorlandüberflutungenRétention dynamique avec inondation de la plaine avoisinante

Figur 2 und Figur 3Figure 2 et figure 3

Karte «Sohlgefälle der Fliessgewässer»Carte «Pente du lit des cours d’eau»

Karte «Dämpfung der Spitzen der grössten Hochwasser»Carte «Atténuation des pointes des plus fortes crues»

1

2

3

Fallbeispiel Reuss (2), Situation am 25. August 1987Exemple de la Reuss (2), situation du 25 août 1987

Fliessrichtung im GerinneDirection de l’écoulement dans le chenal

Fliessrichtung im GerinneDirection de l’écoulement dans le chenal

Fliessrichtung im überfluteten VorlandDirection de l’écoulement dans la plaine inondée

WirkungsweiseMode d’action

Stehendes WasserEau stagnante

Überflutung gemässSpurenInondations selon lestraces laissées

Überflutung gemässZeugenaussagenInondations attestéespar des témoins

0 1 km0 1 km

Wesentliche Dämpfung – Fallbeispiel Gürbe, Ereignis vom 29. Juli 1990Atténuation importante – exemple de la Gürbe, événement du 29 juillet 1990

Anstiegszeiten der grössten HochwasserTemps de montée des plus fortes crues

Keine wesentliche Dämpfung – Fallbeispiel ThurPas d’atténuation importante – exemple de la Thur

Im steilen Oberlauf der Gürbe weisen die grössten Hochwasserkurze Anstiegszeiten auf. Im flachen Unterlauf zwischen Burgisteinund Belp werden diese Hochwasser auch ohne Überflutungen ge-dämpft. Beim extremen Hochwasser von 1990 wurden aber grössereFlächen überflutet, so dass die Hochwasserspitze bis Belp zusätzlichgedämpft wurde. Der in Belp tatsächlich beobachtete Hochwasser-abfluss ist kleiner als der berechnete, weil er durch das Verstopfeneiner Brücke bei Toffen weiter gedämpft wurde.Dans le cours supérieur à forte pente de la Gürbe, lescrues ont des temps de montée courts. Dans le cours inférieur peuincliné entre Burgistein et Belp, ces crues sont atténuées même sansinondation. Mais lors de la crue extrême de 1990, de vastes surfacesont été inondées, de sorte que la pointe de crue a encoreété atténuée jusqu’à Belp. Le débit de crue réellement observé àBelp est inférieur au débit calculé, car il a encore été atténué parl’obstruction d’un pont à Toffen.

plus fortes

davantage

Abfluss am Pegel Burgistein (Nr. 1128)Débit au limnimètre de Burgistein (N 1128)o

Berechneter Abfluss am Pegel Belp (Nr. 650) ohneÜberflutungDébit calculé au limnimètre de Belp (N 650) sansinondation

o

Berechneter Abfluss am Pegel Belp mit ÜberflutungDébit calculé au limnimètre de Belp avec inondation

Beobachteter Abfluss am Pegel BelpDébit observé au limnimètre de Belp

Überflutungsvolumen (160000 m )Volume de l’inondation

3

(160000 m )3

Zusätzliches Überflutungsvolumen (290000 m ), verur-sacht durch die Verstopfung einer Brücke bei ToffenVolume supplémentaire de l’inondation (290000 m )causé par l’obstruction d’un pont à Toffen

3

3

Dämpfung der Hochwasserspitzen im Unterlauf der GürbeAtténuation des pointes de crue dans le cours inférieur de la Gürbe

0

20

40

60

80

m /s3

0 9 12 h3 6

Fig. 6Fig. 4 Fig. 5

Die Fallbeispiele stammen von Einzugsgebieten, bei denen eineDämpfung aufgrund des geringen Sohlgefälles im Unterlauf grund-sätzlich möglich ist. Allerdings werden nur Hochwasser mit kurzenAnstiegszeiten gedämpft. Dies ist bei der Langeten oft, bei der Lu-thern manchmal und bei der Dünnern nie der Fall.Les exemples sont tirés de bassins versants où, vu la faible pente dulit , une atténuation est en principe possible.En réalité, seules les crues ayant des temps de montée courts sontatténuées. C’est souvent le cas pour la Langeten, parfois pour laLuthern et jamais pour la Dünnern.

dans le cours inférieur

Die Thur ist in ihrem Unterlauf kanalisiert und besitzt weite Vorlän-der , die bei grösseren Abflüssen überflutet werden. DieDämpfung der Hochwasserspitzen hängt von der Zuflussmenge undder Anstiegszeit eines Hochwasserereignisses ab. Die Grösse derDämpfung für den Abschnitt zwischen Halden und Andel-fingen für eine grosse Anzahl von Ereignissen berechnet. Es zeigtesich dabei, dass die grössten Hochwasser kaum gedämpft werden.Dans son cours inférieur, la Thur est canalisée et possède un vaste litmajeur qui est submergé en cas d’écoulements importants.L’atténuation des pointes de crue dépend des apports d’un événe-ment de crue ainsi que de son temps de montée. On a calculé pourun grand nombre d’événements l’ampleur de l’atténuation sur letronçon compris entre Halden et Andelfingen. Il en est ressorti queles crues les plus fortes ne pouvaient guère être atténuées.

(s. Photo)

wurde

(v. photo)

Hochwasser mit Dämpfung im Unterlauf (kurze An-stiegszeiten)Crues avec atténuation dans le cours inférieur (temps demontée courts)

Berechnete Dämpfung der Hochwasserspitze imGerinne zwischen Halden (Pegel Nr. 685) und Andel-fingen (Nr. 136) [%]Atténuation calculée des pointes de crue dans lechenal entre Halden et Andel-fingen [%]

(limnimètre N 685)(N 136)

o

o

Hochwasser ohne DämpfungCrues sans atténuation dans le cours inférieur

im Unterlauf

Grösste beobachtete Jahreshochwasserspitze am PegelHaldenPointe de crue annuelle maximum observée au limni-mètre de Halden

0

30

60

90

m /s3

0

10

20

30

m /s3

0

20

40

m /s3

0 12 24 36 48 60 72 h

0 12 24 36 48 60 72 h

0 12 24 36 48 60 72 h

Langeten, Huttwil (Nr./N 863)o

Luthern, Nebikon (Nr./N 1229)o

Dünnern, Olten (Nr./N 946)o

11.7.1978

29.8.1975

16.6.1988

29.10.1992

14.2.1990

20.6.1986

20.3.1978

8.12.1981

5.1.1982

1981

1968

1977

1978

1990

1970

1965

1999

Dämpfung der Hochwasserspitzen im Unterlauf der ThurAtténuation des pointes de crue dans le cours inférieur de la Thur

2

10

20

30

Anstiegszeit /Temps de montée [h]

200 400 600 800 1000 1200 m /s3

1977

3 %

5 %

10 %20 %

Starke Retention möglichForte rétention possible

Erhebliche Retention möglichRétention marquée possible

Mässige Retention möglichRétention modérée possible

Schwache Retention möglichFaible rétention possible

Keine Retention möglichAucune rétention possible

Ort der photographischen Aufnahme(siehe Figur 2 und Figur 3)Localisation des prises de vue(voir figure 2 et figure 3)

Übrige AngabenAutres informations

2

1

2

Dämpfung unwesentlichAtténuation peu importante

3

3

Fallbeispiel Langeten (1), Situation im August 1975Exemple de la Langeten (1), situation en août 1975

Fallbeispiel Rhein (3), Situation am 26. September 1927Exemple du Rhin (3), situation du 26 septembre 1927

Fallbeispiel Thur (4), Situation im August 197Exemple de la Thur (4), situation en août 197

88

946

Einzugsgebiete mit schneller und starkerReaktion bei grossen Hochwasserereignissen,deren Spitzen durch die Retention im Unter-lauf wesentlich gedämpft werdenBassins versants à réaction rapide et forte auxévénements de crue importants, dont lespointes sont considérablement atténuées parla rétention dans le cours inférieur

Die Retention durch natürliche Seen, Stauseen undRückhaltebecken ist nicht berücksichtigtLa rétention par les lacs naturels, les bassins d’accu-mulation et les bassins de rétention n’est pas priseen compteEinzugsgebiete mit unterschiedlicher Reaktion

bei grossen Hochwasserereignissen, bei denen

gedämpft werdenBassins versants à réaction variée auxévénements de crue importants, où seuls lesévénements de courte durée sont atténués parla rétention dans le cours inférieur

nur kurze Ereignisse durch die Retention imUnterlauf

Fliessgewässer, bei dene keine wesentlicheDämpfung der Hochwasserspitzen zuerwarten ist

n

Cours d’eau pour lesquels il ne fautpas s’attendre à une atténuationimportante des pointes de crue

Dämpfung der Spitzen der grössten HochwasserAtténuation des pointes des plus fortes crues

(siehe Fig. 1)(voir fig. 1)

Abflussmessstation (Nummer siehe Tafel 5.1)Station de jaugeage (numéro, voir planche 5.1)

Übrige AngabenAutres informations

5.9Redaktion und kartographische Bearbeitung:Rédaction et élaboration cartographique:Geographisches Institut der Universität Bern – HydrologieInstitut de géographie de l’Université de Berne – Hydrologie

Druck /Impression:Bundesamt für Landestopographie, Wabern–BernOffice fédéral de topographie, Wabern–Berne© Bundesamt für Wasser und Geologie, Bern 2002Office fédéral des eaux et de la géologie, Berne 2002

HYDROLOGISCHER ATLAS DER SCHWEIZ

ATLANTE IDROLOGICO DELLA SVIZZERAATLAS HYDROLOGIQUE DE LA SUISSE

HYDROLOGICAL ATLAS OF SWITZERLAND

Dämpfung von Hochwasser-spitzen in Fliessgewässern

Atténuation des pointes de cruedans les cours d’eau

Autoren /Auteurs:Felix Naef, Carla Thoma

Abschluss der wissenschaftlichen Bearbeitung 2002Elaboration scientifique achevée en 2002 1:1100 000

0 10 20 30 40 50 60 km

< 0.5 %

0.5 – 1 %

1.1 – 2 %

2.1 – 5 %

> 5 %