Team 11 2017

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Abb. 1: Staumauer am Limmernseee

Hochschule für Technik Rapperswil

Modul: GIS1_Übergang | HS 2017
Thema: Evaluation möglicher Standorte für einen Stausee mit einem Model
Studierende: Silvan Pleisch, Vitus Tanner, Matthias Peter
Dozent: Claudio Büchel
Datum: 20.12.2017

Ausgangslage

Die Schweiz möchte aus der Atomenergie langfristig aussteigen. Um die Stromversorgung zu sichern, sollen die erneuerbaren Energien ausgebaut werden, so auch die Wasserkraft. Neben der Erhöhung von bestehenden Staumauern gibt es auch immer wieder Vorstösse, neue Stauseen anzulegen.

Das Ziel dieser Arbeit soll sein, anhand eines Models geeignete Stausee-Standorte in einem beliebigen Kanton anzuzeigen. Dabei sollen verschiedene Faktoren, wie das natürliche Terrain, die Steigungen, Landschaftsschutzgebiete, Moorlandschaften, Wildtierkorridore, Permafrostgebiete, etc. berücksichtigt.

Aufgabe

Abb. 2: Kanton Glarus, der Perimeter für den Modellaufbau

Fragestellung

  • Kann mit einer Abfrage ein topografisch geeignetes Gebiet für einen Stausee gefunden werden?
  • Welche Ausschlusskritierien sollen definiert werden?
  • Ist es möglich, die Abfrage in einem Model darzustellen, sodass eine Abfrage für jeden Kanton der Schweiz möglich wäre?

Perimeter

Zum Aufbau der Abfrage brauchten wir einen Kanton, welcher für Stauseen in Frage kommt. Um die Berechnungszeit möglichst gering zu halten, sollte der Kanton nicht allzu gross sein. Wir entschieden uns deshalb, als Bearbeitungsperimeter des ersten Teils (Modellaufbau) den Kanton Glarus zu nehmen.

Thema

Standortevaluation für Stauseen

Arbeitsschritte

Abb. 3: Modelübersicht

Grundidee des Models: Die Bachachsen dienen als Grundlagen für die Evaluation von geeigneten Standort. Anhand dieser können Gebiete mit ungeeigneten Rahmenbedinungen, z.B. zu grosse Steigung oder zu geringe potentielle Energie, ausgeschlossen werden. Anschliessend werden mittels der Geländeform geeignete Täler ermittelt. Schlussendlich muss eine Interessenabwägung der bestehenden Infrastruktur und Schutzgebiete usw. durchgeführt werden.

Arbeitsschritt 1: Grundlagen und Kantonswahl

Als Grundlagen für das Model dienen das TLM Kantonsgrenze, das TLM Fliessgewässer, und das dhm25 von Swisstopo. In einem ersten Schritt wurde mittels dem Werkzeug "Select" der gewünschte Kanton ausgewählt. Anschliessend wurde der gewünschte Kanton mittels "Extract by Mask" aus dem dhm25 ausgeschnitten. Beim Fliessgewässer TLM wurden mit dem Werkzeug "Select" die Bachachsen der Fliessgewässer ausgewählt, und anschliessend mit dem Werkzeug "Intersect" mit dem zuvor generierten Kantonsgebiet zugeschnitten.

Abb. 4: Arbeitsschritt 1








Arbeitsschritt 2: Berechnung Luftlinie, Höhendifferenz und Steigung

Um die Steigung der Bachachsen berechnen zu können benötigten wir die Höhendifferenz sowie die Luftlinien. Damit wir diese berechnen konnten, mussten wir mit "Add Fields" der Tabelle neue Felder für die Anfangs- und Endkoordinaten der Bachachse hinzufügen. Anschliessend wurde mit "Calculate Field" die Tabelle um die Anfangs- und Endkoordinatenpunkte ergänzt. Mit Hilfe der Koordinatenpunkte wurde die Höhendifferenz sowie die Luftlinie der Abschnitte der Bachachsen berechnet. Bei der Berechnungen achteten wir generell darauf, das wir nur positivie Zahlen erhalten. Dies wurde mit Hilfe von "Abs" erreicht. Die Luftlinien und die Höhendifferenz dienten als Grundlage für die Steigungsberechnung.

Abb. 5: Arbeitsschritt 2








Arbeitsschritt 3: Auswahl relevanter Daten und Berechnung Pufferbereich

Mit dem Werkzeug "Select" wurde die maximale Steigung sowie die minimale Lage in Metern über Meer definiert. Dieser Arbeitsschritt ist notwendig um steigungsintensive Gebiete sowie Gebiete mit nur geringer potentieller Energie auszuschliessen. Aufgrund der unterschiedlichen topografischen Gegebenheiten der verschiedenen Kantone ist eine individuelle Anpassung der minimalen Höhenlage erforderlich. Als nächstes wurde mit dem Werkzeug "Buffer" mit der Einstellung "Dissolve" ein Pufferbereich von 400 Metern rund umd die Gewässerachsen gelegt.

Abb. 6: Arbeitsschritt 3









Arbeitsschritt 4: Überlagerung Pufferbereich

Nun wurde mittels des Pufferbereichs mit dem Werkzeug "Extract by Mask" das zuvor auf den Kanton zugeschnittene DHM auf den Pufferbereich reduziert. Nun wird mit dem Werkzeug "slope" die Steigung visuell dargestellt.


Arbeitsschritt 5: Interpretation

Wie im Bild rechts dargestellt produziert das Werkzeug "Slope" eine grafische Dartstellung der Steigung. In der Grafik rechts werden starke Steigung rot dargestellt. Nun ist ersichtlich dass es Gebiete mit beidseitig starker Steigung gibt. Diese Gebiete eignen sich für einen Stausee aufgrund der Wannenform. Ebenfalls sind Gebiete ohne Potenzial für einen Stausee ersichtlich. Sie sind grün eingefärbt.


Abb. 7: Steigungen: Rot umkreist Rosmatter Tal als optimaler Standort Abb. 8: Rosmatter Tal
Abb. 7: Steigungen: Rot umkreist
Rosmatter Tal als optimaler Standort
Abb. 8: Rosmatter Tal

Arbeitsschritt 6: Interessenabwägung

Abb. 9: Rosmatter Tal liegt teilweise im BLN-Gebiet

Hat man ein Gebiet mit Pozenzial für einen Stausee gefunden, gilt es eine Intressensabwägung durchzuführen. Folgende Faktoren gilt es bei einer Intressensabwägung zu berücksichtigen:

  • Flachmoore, Hochmoore, Moorlandschaften
  • Schutzgebiete (Nationalpark, Naturerlebnispark, Regionaler Naturpark, UNESCO Biosphärenreservat & Weltnaturerbe
  • BLN
  • IVS-Linienobjekte
  • Auengebiete
  • Trockenwiesen- & Weiden
  • regionale und überregionale Wildtierkorridore
  • Permafrostgebiete
  • Siedlungen
  • Infrastrukturanlagen

Resultat und Fazit Standort für Stauseen

Im gerechneten Kanton Glarus eignet sich das Rosmatter Tal für einen neuen Stausee. Dieses liegt allerdings teilweise innerhalb eines BLN-Gebietes, wodurch eine Interessenabwägung auf Bundesebene nötig wird.

Grundsätzlich gibt es geeignete Standorte, welche aber häufig von einem Faktor gemäss Arbeitsschritt 6 tangiert sind. Zur Erstellung eines neuen Stausees ist eine Interessenabwägung auf Bundesebene unabdingbar, ohne Verluste bei bestehenden Inventar-, Schutzgebieten oder Infrastrastruktur Anlagen ist kaum einer realisierbar.

Fazit GIS-Anwendung zur Evaluierung

Das entstandene Model kann auf jeden beliebigen Kanton angewendet werden. Es ist grundsätzlich möglich, per GIS eine Auswahl möglicher Standorte für Stauseen zu generieren, schlussendlich ist aber eine Interpretation des Ergebnissen "von Auge" unabdingbar um optimale topografische Formen zu erkennen.

Ursprünglich bestand die Absicht, die unter Arbeitsschritt 6 genannten Kriterien in einem weiteren Schritt von den berechneten Standorten abzuziehen. Aufgrund der praktisch flächendeckenden Existenz dieser ist dies aber kaum sinnvoll. Stattdessene muss bei den geeigneten Standorten, wenn sie von solchen Faktoren betroffen sind, eine Interessenabwägung stattfinden.

Das Model ist grundsätzlich ausbaubar, so wäre zum Beispiel die geografische Nähe bestehender Stauseen / Anlagen denkbar, um einen neuen Stausee an ein bestehendes System anschliessen zu können.

Bildnachweis

  • Abbildung 1: 20min.ch [1]
  • Abbildung 2: CNES, Spot Image, swisstopo, NPOC, map.geo.admin.ch[2]
  • Abbildung 3: Screenshot ArcGIS
  • Abbildung 4: Screenshot ArcGIS
  • Abbildung 5: Screenshot ArcGIS
  • Abbildung 6: Screenshot ArcGIS
  • Abbildung 7: Screenshot ArcGIS
  • Abbildung 8: Google Maps [3]
  • Abbildung 9: Screenshot ArcGIS

Quellen

  • tagesanzeiger.ch [4]
  • map.geo.admin.ch [5]