Projekte Hydrometrie

Früher galten Wassertemperaturdaten lediglich als Nebenprodukt der Pegelmessung. Heutzutage werden Zeitreihen von Wassertemperaturmessungen ebenso systematisch erfasst und sorgfältig ausgewertet wie die langjährigen Pegeldaten.

Der Messbeginn der Wassertemperatur reicht je nach Standort unterschiedlich weit zurück. Die ersten hydrometrischen Stationen des Kantons Aargau wurden ab 2004 mit Temperatursensoren ausgestattet. Anschliessend wurde das Messnetz kontinuierlich ausgebaut, seit dem Sommer 2020 sind nun alle Messstationen ins Temperaturmessnetz integriert. Um das Messnetz zusätzlich zu verbessern, stehen aktuell weitere Arbeiten an, um an wichtigen Stationen redundante Temperaturmessungen zu gewährleisten.

Das erweiterte Messnetz liefert aktuelle und präzise Daten zur Wassertemperatur. Dies ist besonders während Hitzewellen von grosser Bedeutung, um beispielsweise Massnahmen zur Verhinderung von Fischsterben zu ergreifen. Darüber hinaus bilden die Datenreihen eine wichtige Grundlage für die Forschung, insbesondere im Kontext des Klimawandels.

Um ein schweizweites Messnetz zu gewährleisten, besteht eine langjährige Zusammenarbeit zwischen den Kantonen und dem Bundesamt für Umwelt. Dieses erhebt an sieben Standorten an den grösseren Fliessgewässern innerhalb des Kantons Aargau (Aare, Limmat, Reuss, Rhein) ebenfalls die Wassertemperaturen, deren Zeitreihen teilweise bis in die Siebzigerjahre zurückgehen.

Durch den Ausbau und die Digitalisierung des Messnetzes können die Daten nun automatisch und zuverlässig in nahezu Echtzeit online eingesehen werden. Ebenso werden die geprüften Daten auf Jahrbuchseiten veröffentlicht sowie statistische Werte über die ganze Messperiode ausgewertet.

Weiterführende Links:

https://www.ag.ch/app/hydrometrie/liste?liste=WASSERTEMPERATUR

https://www.hydrodaten.admin.ch/de/seen-und-fluesse/messstationen-temperatur

https://www.bafu.admin.ch/bafu/de/home/themen/wasser/zustand/wasser--messnetze/messnetz-wassertemperatur.html

Seit dem Jahr 2000 betreiben die Kantone Aargau und Luzern ein gemeinsames Regenmessnetz. Das Niederschlagsmessnetz des Kantons Aargau umfasst heute 14 Regenmesser, dasjenige des Kantons Luzern 10. Die einheitlich aufgebauten Niederschlagsmessstationen stehen bei Abwasserreinigungsanlagen, Regenbecken oder öffentlichen Gebäuden. Deren Daten werden direkt an die zentrale Datenbank des Kantons gesendet und auch der MeteoSchweiz zur Verfügung gestellt. Es besteht eine langjährige Zusammenarbeit mit MeteoSchweiz, um Messnetzlücken zu schliessen und Synergien zu nutzen. Zusammen mit MeteoSchweiz wurden im Jahr 2013 vier Standorte umgerüstet, für welche ein gemeinsames Interesse an einer Automatisierung bestehender manueller Niederschlagsmessstationen vorhanden war; des Weiteren wurden zwei neue Messstationen exklusiv für den Kanton Aargau gebaut. Vom gemeinsamen Stationsbau profitieren beide Parteien: MeteoSchweiz, weil sich der Kanton an den Kosten, den Planungs- und Erschliessungsarbeiten beteiligt, und der Kanton, weil er sich auf das Know-How von MeteoSchweiz bei Bau und Betrieb der Niederschlagsmessstellen verlassen kann. Das so verdichtete Regenmessnetz liefert lokal genauere Messdaten für die oftmals kleinräumig variierenden Niederschlagsereignisse, wodurch man sich unter anderem besser auf Naturgefahren wie Hochwasser oder Trockenheit vorbereiten kann. Zusätzlich zu diesen in Kooperation errichteten Niederschlagsmessstationen betreibt MeteoSchweiz noch acht weitere Stationen auf Aargauer Kantonsgebiet. Alle diese Daten fliessen in die Prognoseprodukte und Analysen der MeteoSchweiz mit ein und dienen als Grundlage für Forschung, Entwicklung und ingenieurtechnische Anwendungen.

Weiterführende Links:

• https://www.ag.ch/de/bvu/umwelt_natur_landschaft/umwelt_1/umweltdaten_1/niederschlagsdaten/niederschlagsdaten.jsp
• https://www.meteoschweiz.admin.ch/home/mess-und-prognosesysteme/bodenstationen/automatisches-messnetz/partnernetze.html
• https://www.meteoschweiz.admin.ch/home/aktuell/meteoschweiz-blog.subpage.html/de/data/blogs/2021/11/adventskalender-eine-erfolgreiche-kooperation-fuer-mehr-messdate.html

Seit Ende 2015 laufen die Tests und seit 2016 die nachfolgende Nachrüstung und Inbetriebnahme von über 30 hydrometrischen Stationen mit Anbindung und Datenabfrage auf Basis von xDSL-Standleitungen. Die Messstationen sind dabei direkt mit dem Internet (All-IP) verbunden und damit künftig online für Messdatenabfragen, aber auch direkt für Datenparametrierung, Software-Updates und Betrieb adressierbar. Dieses Konzept, wonach ein Gegenstand wie eine hydrologische Messstation, Teil des (gesicherten) Internets ist, wird auch "Internet of Things" (IoT) genannt und ist zukunftsweisend. Dies erst ermöglicht die umfassende Digitalisierung, auch von nachgelagerten Abläufen und Prozessen. Weiter ist zu erwarten, dass sich damit die Datenqualität der Echtzeit-Messdaten erhöht und viele weitere Arbeiten bezüglich (Fern-) Wartung des hydrologischen Messnetzes optimieren lassen.

Nach erfolgreicher Nachrüstung der hydrometrischen Messstationen auf xDSL- und All-IP-basierte Telekommunikationsanbindung, sowie Ausstattung mit redundanten, homologisierten Daten-Routern (siehe oben), sind die Voraussetzung geschaffen, um an den Stationen die Registrier- und Rechnerkomponenten zu erneuern. Die aktuell verwendeten Computer-Komponenten haben das Ende ihres Produkte-Lebenszyklus erreicht. Mit der Nachrüstung auf moderne, standardisierte Industrie-Computer wird die Datenerfassung für den nächsten Zyklus von 10–15 Jahren sichergestellt. Dank der erhöhten Rechenleistung und der stetigen Anbindung an die Zentrale, melden die Messstationen Störungen aktiv und automatisiert. Umgekehrt sollen über vereinfachte Fernwartung und mit geeigneten online-Tools die Stationen effizienter parametriert, unterhalten und betrieben werden können.
Nach der 2015 gestarteten Aufrüstung der 31 grösseren Stationen ("A-Netz") wurden im Sommer 2020 auch die zehn verbleibenden, kleineren Stationen nachgerüstet. Diese werden wegen ihrer Grösse und Bedeutung als "B-Netz" zusammengefasst. Auch diese Stationen sind nun mit der neusten Mobilfunktechnologie ausgestattet, in die Fernüberwachung integriert, und ihre Stromversorgung wurde auf Solarenergie umgestellt. Zusätzlich wurden die Messstationen mit Temperatursonden ausgerüstet, um die immer wichtiger werdende Wassertemperatur ebenfalls beobachten zu können. So werden jetzt von allen 41 Stationen des Messnetzes des Kantons Aargau in (Nahe-) Echtzeit Pegel-, Abfluss-, und Wassertemperaturdaten auf einer Überwachungsplattform zur Verfügung gestellt.

Hydrometrie+: Modernisierung der hydrometrischen Messstationen

Im Verlauf des Jahres 2017 wurde die Steuerung der Wehranlage beim Schloss Hallwyl, womit auch der Pegel des Hallwilersees reguliert wird, mit neuester Steuerungssoftware nachgerüstet. Die Nachrüstung umfasste einerseits Komponenten des Wehrs und des bestehenden Steuerungsschranks, andererseits die Steuerungssoftware, welche den einfachen Fernwartungsbetrieb über PC und mobile Geräte erlaubt. In Zusammenarbeit mit der IT AG konnte dieses Projekt innerhalb des kantonalen IT-Netzwerks integriert und auf Ende 2017 fertig gestellt werden. Damit wurde ein wichtiger Schritt in Richtung Steuerbarkeit und Digitalisierung von Wehrvorrichtungen und Stationen des hydrologischen Messsnetzes unternommen, was wiederum Grundlage für einen effizienteren Betrieb und Unterhalt ist. Hier finden Sie eine Abbildung der Steuerungsoberfläche (PNG, 96 KB).

Zwischen 2007 und 2011 wurden 31 analoge Abflussmessstationen nach einem neuen Stationslayout umgebaut und digital nachgerüstet. Zusätzliche 9 Stationen wurden zwischen Mitte 2011 und 2012 von analoger auf digitale Datenerfassung und -übertragung mit einem einfacheren Stationslayout nachgerüstet. Die automatische Messung und die Fernabfrage in Echtzeit ist damit für alle Abflussstationen im Kanton Aargau möglich. Hier finden Sie einen Projektbeschrieb (PDF, 6 Seiten, 795 KB) und eine Übersichtskarte (PDF, 1 Seite, 893 KB) von HydroNet Argovia.

Am Departement Bau, Verkehr und Umwelt (BVU) wurde auf Ende 2015 das preisgekrönte abteilungsübergreifende Projekt EnVIS (Umweltdatenmanagement Kanton Aargau) auf Initiative des Fachbereichs Hydrometrie lanciert.

Ziel von EnVIS ist die Etablierung eines vereinfachten, robusteren und erweiterbaren Datenflusses – von der automatischen Akquisition zum datenbankgestützten Management bis zur webbasierten Analyse und kombinierten Visualisierungen – aller vorhandenen Archiv- und (in Zukunft gemessenen) Echtzeit-Umweltdaten im Kanton Aargau.

Hier finden Sie einen kurzen Projektbeschrieb (PDF, 2 Seiten, 213 KB) von EnVIS, sowie den Einstieg zum Portal.

Der Fachbereich Hydrometrie hat per Oktober 2014 die neue Hydrometrie- und Zeitreihendaten-Software WISKI und zugehörige Module eingeführt. Dieses, von der Informatik Aargau mitgetragene, Einführungsprojekt, beinhaltete die Phasen Neukonzept, Evaluation, Beschaffung, Implementation, Anpassungen und Inbetriebnahme dieses mächtigen modularen Software-Pakets, welches für die nächsten Jahre die Bedürfnisse und Leistungsanforderung des Fachbereichs Hydrometrie (und weiteren Fachstellen) abdecken wird. Mit WISKI wird die Integration und Zusammenführung von hydrologischen und weiteren Umweltdaten erheblich vereinfacht. Zudem bieten sich nun Schnittstellen zu modernen Webpublikations- und GIS-Umgebungen. Hier finden Sie eine Präsentation (PDF, 13 Seiten, 1,7 MB) zur Anbindung von WISKI an den Webdienst KiWIS.

Seit Frühjahr 2016 hat der Fachbereich Hydrometrie zusammen mit dem Zulieferer des Software-Pakets WISKI weitere Funktionalitäten für die Integration von Rasterdaten mitentwickelt. Neben den gängigen skalaren Datenprodukten können nun auch automatisiert Rasterdatensätze, wie der aktuelle Niederschlagsradar, abgelegt, verarbeitet und interaktiv visualisiert werden. Dies sowohl in der kantonsinternen Software WISKI, wie auch auf dem öffentlichen Web-Datenportal HydroWebDas Linkziel ist nicht barrierefrei. Bitte wenden Sie sich bei Fragen an unsere allgemeine Auskunft: Telefon 062 835 35 35, Montag bis Freitag, 07:30 - 17:00 Uhr.. Die Mehrwerte der Erweiterung liegen in einer besseren Bewertung der aktuellen hydro-meteorologischen Situation (Niederschlagsverteilung, Muster, Hotspots), sowie der vereinfachten, Einzugsgebiets-basierten Analyse von Gebietsniederschlag. Hier finden Sie einen Projektbeschrieb (PDF, 37 Seiten, 8,0 MB) und eine Abbildung (PNG, 1,6 MB).

In Zusammenarbeit mit einem externen Ingenieurbüro hat der Fachbereich Hydrometrie unter dem Titel Wasser 4.0 ein Konzept entwickelt, wonach die heutigen analytischen Fähigkeiten der Hydrometrie entlang den Ausprägungen «deskriptive», «diagnostische», «prädiktive» und «präskriptive Analytik» beurteilt und Stärken und Schwächen des aktuellen Systems ermittelt werden. Die relevanten Begriffe im Umfeld der Digitalisierung werden definiert, ihre Bedeutung und Zusammenhänge diskutiert, insbesondere der Begriff der Digitalisierung selbst und dessen Anwendung für Behördenprozesse und Strategien (E-Government und Verwaltung 4.0). Ebenso wird die Digitalisierung von Umweltbeobachtungsnetzen, insbesondere der Begriff «Wasser 4.0», erörtert und mit zahlreichen Anwendungsbeispielen aus dem In- und Ausland illustriert. Aufbauend auf diesen Grundlagen wurde eine Vision für den Einsatz von Wasser 4.0 im Kanton Aargau formuliert. Diese adressiert vier Teilbereiche der Umweltbeobachtung:

• Messnetzunterhalt
• Messnetzbetrieb
• Datenmanagement und Analytik
• Dienstleistungen

In allen vier Teilbereichen werden innovative Anwendungen und Funktionalitäten einer gemäss dem Wasser 4.0-Paradigma aufgebauten Umweltbeobachtung identifiziert und erörtert. Weiter werden wichtige Rahmenbedingungen und Potenziale (Effizienz- und Qualitätssteigerungen) für eine erfolgreiche Umsetzung aufgezeigt. Hier finden Sie einen Projektbeschrieb und eine Abbildung (PNG, 703 KB).

Im Rahmen eines Pilotprojekts wurden die Pegelwerte von ausgewählten Messstationen bei Hochwasserabflüssen mittels eines detaillierten hydraulischen zweidimensionalen (2D) Modellierungen untersucht. Ziel des Projekts war, die Pegel-Abfluss-Beziehungen (PQ-Beziehungen) an den Stationen im oberen Abflussspektrum zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen. Für die hydraulischen Modellierungen wurde ein hochaufgelöstes 2D-Modell auf der Basis der vorhandenen Querprofile und des digitalen Terrainmodells (DTM) erstellt.

Die Erstellung des Berechnungsmodells erfordert die Zuweisung der Rauhigkeitsbeiwerte basierend auf den Eigenschaften des Geländes. Die Rauhigkeiten wurden anschliessend mit der Kalibrierung des Modells anhand der bestehenden Eichmessungen optimiert. Die Simulationen der Hochwasserabflüsse erfolgte mit dem kalibrierten Modell. Die Resultate zeigen, dass die bestehenden PQ-Kurve der ausgewählten Station gut mit den Berechnungen übereinstimmen. Wo gewisser Anpassungsbedarf bei den PQ gezeigt werden konnte, wurden diese Anpassungen gemacht. Einen publizierten Artikel finden Sie hier.