Thermische Regime von Seen und Fliessgewässern

Seen

Seen tauschen Wärme mit ihrer Umgebung hauptsächlich über die Oberfläche aus, wobei die Sonneneinstrahlung und der Wärmeaustausch mit der Luft die grösste Rolle spielen. Die Oberflächentemperatur von Seen folgt deshalb im Jahresverlauf ungefähr der Lufttemperatur, ändert sich aber über kurze Zeiträume weniger stark. Die Temperatur in tieferen Schichten wird durch die Mischungsprozesse im See bestimmt und ist in tiefen Seen das ganze Jahr kalt.

Die Abbildung rechts zeigt ein typisches thermisches Regime eines Sees im Schweizer Mittelland. Im Winter, ist die Temperatur in allen Tiefen nahezu gleich, üblicherweise zwischen 4 und 6 °C. Im Frühling beginnt sich das Oberflächenwasser aufzuwärmen. Weil warmes Wasser eine geringere Dichte aufweist, schwimmt es auf dem kälteren Tiefenwasser. Die tieferen Schichten sind dann isoliert und erwärmen sich nur sehr langsam, beispielsweise wenn starke Windereignisse genügend Mischungsenergie einbringen. Im Sommer reicht die warme Oberflächenschicht (>15 °C) meist bis etwa 10 bis 25 m Tiefe. Darunter nimmt die Temperatur schnell ab, und unterhalb von 30 m Tiefe bleibt das Wasser ganzjährig kalt (<8°C). Im Herbst, kühlt sich die Oberfläche ab, was zur Mischung mit tieferen Schichten führt. Deshalb entsteht im Herbst oft eine dickere Schicht von ~10 °C warmem Wasser bis in Tiefen von 20 bis 40 m. Die Mischung wird stark durch den Wind beeinflusst, insbesondere Stürme tragen viel zur Mischung bei. Wenn die Temperatur im Winter genügend stark abnimmt, dann kann sich der See vollständig mischen. Dabei wird Wasser über die ganze Tiefe ausgetauscht, und damit auch Sauerstoff ins Tiefenwasser nachgeführt, was für das Ökoystem von zentraler Bedeutung ist.

In Stauseen kann das Temperaturregime durch die Wasserkraftnutzung stark beeinflusst werden - inbesondere, wenn das Wasser für die Nutzung aus den Tiefen Schichten des Sees entnommen wird.

Typische saisonale Temperaturprofile für die hier untersuchten Seen sind auf dieser Seite bei den Potenzialen der einzelnen Seen dargestellt.

Fliessgewässer

Fliessgewässer werden hauptsächlich vom Regen und durch Schmelzwasser gespiesen. Flüsse im Mittelland haben meist ein pluviales, hauptsächlich durch Regen gespiesenes, Abflussregime. Der Abfluss reagiert schnell auf Regenereignisse und ist hoch in regnerischen Perioden und tief in trockenen Perioden (typischerweise im Spätsommer und Frühherbst). Grundwasserzuflüsse haben eine ausgleichende Wirkung, da das Wasser im Grundwasser über längere Zeiträume gespeichert ist als den Flüssen. Alpine Fliessgewässer sind zu einem grossen Teil durch Schmelzwasser gespiesen. Der Abfluss ist tief im Winter und steigt mit der Schnee- und Gletscherschmelze im Frühling und Sommer stark an.

In der Schweiz haben die meisten grösseren Flüsse einen Teil ihres Einzugsgebietes in höheren Lagen. Die Schneeschmelze ist entsprechend für den Abfluss von grosser Bedeutung. Im Hydrologischen Atlas der Schweiz sind die Abflussregime der Schweizer Flüsse auf einer Karte dargestellt.

Unterhalb von Seen ist der Abfluss meist ausgeglichener, und zudem oft künstlich reguliert. Unterhalb von Stauseen ist er durch die Wasserkraftnutzung beeinflusst, die in der Regel zu einer Verschiebung von Abfluss vom Sommer in den Winter führt.

Nahe an der Quelle ist die Temperatur eines Fliessgewässers hauptsächlich durch die Temperatur der Quelle bestimmt, welche eine Grundwasserquelle, ein See oder das Schmelz- oder Regenwasser aus einem kleinen Einzugsgebiet sein kann. Im weiteren Verlauf wird die Temperatur zunehmend durch die Lufttemperatur, die Sonneneinstrahlung und andere Einflüsse beeinflusst.

In der Schweiz sind Gebirgsbäche oberhalb von Seen im Allgemeinen nicht für Wärmeentnahmen geeignet, da sie im Winter zu kalt (Temperatur < 3°C) sind, sie eignen sich aber für Kühlnutzungen im Sommer (Temperatur < 15°C). Im Gegensatz dazu sind Flüsse im Mittelland und unterhalb von Seen meist gut für Wärmeentnahmen im Winter geeignet (Temperatur immer > 4°C), aber viele dieser Flüsse können im Sommer zu warm werden für Kühlnutzungen. Flüsse mit einer Grundwasserquelle können für beide Arten von Nutzungen geeignet sein.

Der mittlere jährliche Abfluss und das Temperaturregime der hier untersuchten Fliessgewässer ist auf der Seite mit den Potenzialen dargestellt. Der Abfluss und die Temperatur zahlreicher Fliessgewässer ist auf der Webseite des Bundesamtes für Umwelt verfügbar.