General Characteristics of Alpine Waters

  • Bernhard Wehren
  • Rolf Weingartner
  • Bruno Schädler
  • Daniel Viviroli
Chapter
First Online:
Part of the The Handbook of Environmental Chemistry book series (HEC, volume 6)

Abstract

The elements of the water balance, namely precipitation, runoff, evapotranspiration, and storage change, their interaction and special attributes in the mountains are presented using the example of the European Alps, with particular reference to Switzerland. Strong differentiation in the alpine climate over time and space exerts a significant influence on the water cycle. This chapter therefore discusses each of the elements of the water balance with particular reference to the influence of mountains and their measurement, as well as the spatial differentiation characteristics. The analysis of the water balance is accompanied by a discussion on the attributes and differences at different altitudes and in different climatic regions. Finally, the importance of alpine water resources for water supplies in the adjacent lowlands is examined.

Keywords

Alpine hydrology Precipitation Runoff Water balance Water towers 
This is a preview of subscription content, log in to check access.

Notes

Acknowledgments

The authors wish to thank Alexander Hermann for excellent support in preparing all figures.

References

  1. 1.
    Weischet W (1995) Einführung in die Allgemeine Klimatologie. Teubner, StuttgartGoogle Scholar
  2. 2.
    Binder P, Schär C (1996) MAP mesoscale alpine programme. Design Proposal, ZürichGoogle Scholar
  3. 3.
    Rathjens C (1982) Geographie des Hochgebirges. Teil 1: Der Naturraum. BG Teubner, StuttgartGoogle Scholar
  4. 4.
    Häckel H (1999) Meteorologie. Eugen Ulmer, StuttgartGoogle Scholar
  5. 5.
    Baumgartner A, Reichel E, Weber G (1983) Der Wasserhaushalt der Alpen. Oldenbourg Graphische Betriebe GmbH, MünchenGoogle Scholar
  6. 6.
    Gray, DM (1973) Handbook on the Principles of Hydrology. Water Information Center, Port Washington, New YorkGoogle Scholar
  7. 7.
    Barry RG (1992) Mountain weather and climate. Routledge, London, New YorkGoogle Scholar
  8. 8.
    Grebner D, Grubinger H (2004) Charakteristiken alpiner Niederschlagssysteme. Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft 56:51–58Google Scholar
  9. 9.
    Houze RA Jr (1993) Cloud dynamics. International Geophysics Series. vol 53. Academic Press, San DiegoGoogle Scholar
  10. 10.
    Wanner H (1992) Ein Nussgipfel im Westwind. In: Müller JP, Gilgen B (Hrsg) Die Alpen – ein sicherer Lebensraum? Ergebnisse der 171. Jahresversammlung der Schweizerischen Akademie der Naturwissenschaften. Chur, 1991. Desertina, Disentis, S 50–69Google Scholar
  11. 11.
    Wanner H (1994) Die Alpen – Klima und Naturraum. In: Moser R, Svilar M (Hrsg) Lebensräume. Lang AG, Europäischer Verlag der Wissenschaften, Bern, S 71–106Google Scholar
  12. 12.
    Oke TR (1987) Boundary layer climates. University Press, CambridgeGoogle Scholar
  13. 13.
    Schär C, Davies TD, Frei C, Wanner H, Widmann M, Wild M, Davies HC (1998) Current alpine climate. In: Cebon P, Dahinden U, Davies HC, Imboden DM, Jaeger CC (Eds) Views from the Alps. Regional perspectives on climate change. MIT Press, Cambridge, MassachusettsGoogle Scholar
  14. 14.
    Lütschg O (1944) Zum Wasserhaushalt des Schweizer Hochgebirges. Beiträge zur Geologie der Schweiz. Geotechnische Serie. Hydrologie. Kümmerly & Frey, BernGoogle Scholar
  15. 15.
    Uttinger H (1951) Zur Höhenabhängigkeit der Niederschlagsmenge in den Alpen. Theor Appl Climatol 2(4):360–382Google Scholar
  16. 16.
    Havlik D (1969) Die Höhenstufe maximaler Niederschlagssummen in den Westalpen. Nachweis und dynamische Begründung. Geographische Institute der Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg i. BrGoogle Scholar
  17. 17.
    Fliri F (1974) Niederschlag und Lufttemperatur im Alpenraum. Wissenschaftliche Alpenvereinshefte. Heft 24. Deutscher und Österreichischer Alpenverein, InnsbruckGoogle Scholar
  18. 18.
    Lauscher F (1976) Weltweite Typen der Höhenabhängigkeit des Niederschlags. Wetter und Leben 28:80–90Google Scholar
  19. 19.
    Blumer F (1994) Die Höhenabhängigkeit des Niederschlags im Alpenraum. Dissertation, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH), ZürichGoogle Scholar
  20. 20.
    Schwarb M (2000) The alpine precipitation climate. Evaluation of a high-resolution analysis scheme using comprehensive rain-gauge data. Dissertation, Eidgenössisch Technische Hochschule (ETH), ZürichGoogle Scholar
  21. 21.
    Geiger H, Zeller J, Röthlisberger G (1991) Starkniederschläge des schweizerischen Alpen- und Alpenrandgebietes: Intensitäten und Häufigkeiten. Grundlagen, Einführung, Methoden, Spezialstudien. Band 7. Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL), BirmensdorfGoogle Scholar
  22. 22.
    Fliri F (1975) Das Klima der Alpen im Raume von Tirol. Monographien zur Landeskunde Tirols. Folge 1. Universitätsverlag Wagner, Innsbruck, MünchenGoogle Scholar
  23. 23.
    Turner H (1985) Nebelniederschlag. In: Sevruk B (Hrsg): Der Niederschlag in der Schweiz. Bericht der Arbeitsgruppe «Niederschlag» der Hydrologischen Kommission. Schweizerische Naturforschende Gesellschaft (SNG), Kümmerly & Frey, Bern, S 159–164Google Scholar
  24. 24.
    Grunow J, Tollner H (1969) Nebelniederschlag im Hochgebirge. Arch Met Geoph Biokl B17:201–218CrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    Sevruk B (1985) Fehlerquellen, Genauigkeit, Korrekturmöglichkeiten. In: Sevruk B (Hrsg) Der Niederschlag in der Schweiz. Bericht der Arbeitsgruppe “Niederschlag” der Hydrologischen Kommission. Schweizerische Naturforschende Gesellschaft (SNG), Kümmerly & Frey, Bern, S 65–86Google Scholar
  26. 26.
    Konzelmann T, Wehren B, Weingartner R (2007) Precipitation networks. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 2.12, BernGoogle Scholar
  27. 27.
    Schwarb M, Frei C, Schär C, Daly C (2001) Mean Annual Precipitation throughout the European Alps 1971-1990. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 2.6, BernGoogle Scholar
  28. 28.
    Veit H (2002) Die Alpen. Geoökologie und Landschaftsentwicklung. Ulmer, StuttgartGoogle Scholar
  29. 29.
    Spreafico M, Weingartner R (2005) Hydrologie der Schweiz. Ausgewählte Aspekte und Resultate. Berichte des BWG, Serie Wasser. Band 7. Bundesamt für Wasser und Geologie (BWG), BernGoogle Scholar
  30. 30.
    Schwarb M, Frei C, Schär C, Daly C (2001) Mean seasonal precipitation throughout the European Alps 1971-1990. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 2.7, BernGoogle Scholar
  31. 31.
    Schädler B, Weingartner R (2002) Ein detaillierter hydrologischer Blick auf die Wasserressourcen der Schweiz. Niederschlagskartierung im Gebirge als Herausforderung. Wasser-Energie-Luft 94:189–197Google Scholar
  32. 32.
    Lang H (1985) Höhenabhängigkeit der Niederschläge. In: Sevruk B (Hrsg) Der Niederschlag in der Schweiz. Bericht der Arbeitsgruppe «Niederschlag» der Hydrologischen Kommission. Schweizerische Naturforschende Gesellschaft (SNG), Kümmerly & Frey, Bern, S 149–158Google Scholar
  33. 33.
    Zeller J, Gensler G (1980) Starkregenprofile durch die östlichen Schweizer Alpen. Tagungspublikation der Forschungsgesellschaft für vorbeugende Hochwasserbekämpfung (Interpraevent). Heft 1: Naturraum-Analysen. Bad Ischl, Klagenfurt, S 203–213Google Scholar
  34. 34.
    Falkenmark M, Rockström J (2006) The new blue and green water paradigm: breaking new ground for water resources planning and management. J Water Resour Plng Mgmt 132(3) 129–132Google Scholar
  35. 35.
    Munich Re Group (2008) Topics Geo: Naturkatastrophen 2007 – Analysen, Bewertungen, Positionen. Edition Wissen, MünchenGoogle Scholar
  36. 36.
    Kienholz H, Keller H, Ammann W, Weingartner R, Germann P, Hegg Ch, Mani P, Rickenmann D (1998) Zur Sensitivität von Wildbachsystemen. vdf-Verlag (NFP-31-Projekt), ZürichGoogle Scholar
  37. 37.
    Rodda JC (1994) Mountains – A hydrological paradox or paradise? In: Beiträge zur Hydrologie der Schweiz 25:41–51, BernGoogle Scholar
  38. 38.
    Kan C(2004) Hydrometric Networks. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 5.12, BernGoogle Scholar
  39. 39.
    Hydrologisches Zentralbüro (2003) Water level and discharge gauging stations. Hydrological Atlas of Austria, Plate 5.1, WienGoogle Scholar
  40. 40.
    Margot A, Schädler B, Sigg R, Weingartner R (1992) Influence on rivers by water power stations (>300 kW) and the lake control. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 5.3, BernGoogle Scholar
  41. 41.
    Klemes V (1990) Foreword. In: Molnar L (ed) Hydrology of mountainous areas. IAHS Publication No. 90Google Scholar
  42. 42.
    Weingartner R (1999) Regionalhydrologische Analysen – Grundlagen und Anwendungen. Beiträge zur Hydrologie der Schweiz, Nr. 37, BernGoogle Scholar
  43. 43.
    Markart G, Kohl B, Perzl F (2007) Der Bergwald und seine hydrologische Wirkung – eine unterschätzte Größe? In: LWF-Wissen 55, S 34–43Google Scholar
  44. 44.
    Germann P (1994): Do forests control run-off? In: Beiträge zur Hydrologie der Schweiz, Nr. 25:105–110, BernGoogle Scholar
  45. 45.
    Burger H (1927) Physikalische Eigenschaften von Wald- und Freilandböden. Mitt. Eidgenössische Forschungsanst. Wald Schnee Landsch 14(2):201–250Google Scholar
  46. 46.
    Schädler B, Weingartner R (1991) Natural Runoff 1961–1980. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 5.4, BernGoogle Scholar
  47. 47.
    Kling H, Nachtnebel HP, Fürst J (2005) Mean annual depth of runoff using water balance data. Hydrological Atlas of Austria, Plate 5.7, WienGoogle Scholar
  48. 48.
    Sevruk B (1997) Regional dependency of precipitation-altitude relationship in the Swiss Alps. Clim Change 36(3–4):355–369Google Scholar
  49. 49.
    Menzel L, Lang H, Rohmann M (1999) Mean annual actual evaporation 1973–1992. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 4.1, BernGoogle Scholar
  50. 50.
    Aschwanden H, Weingartner R (1985) Die Abflussregimes der Schweiz. Publikation Gewässerkunde Nr. 65, BernGoogle Scholar
  51. 51.
    Schädler B, Weingartner R (2002) Components of the natural water balance 1961–1990. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 6.3, BernGoogle Scholar
  52. 52.
    Pardé M (1933) Fleuves et rivières. ParisGoogle Scholar
  53. 53.
    Mader H, Steidel T, Wimmer R (1996) Abflussregime österreichischer Fliessgewässer – Beitrag zu einer bundesweiten Fließgewässertypologie. Umweltbundesamt, Monographien, Band 82, WienGoogle Scholar
  54. 54.
    OcCC (2007) Klimaänderung und die Schweiz 2050 – Erwartete Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft, BernGoogle Scholar
  55. 55.
    Aschwanden H, Weingartner R, Leibundgut Ch (1986) Zur regionalen Übertragung von Mittelwerten des Abflusses, Teile I und II. Deutsche Gewässerkundliche Mitteilungen 30(2/3):52–61;(4):93–99Google Scholar
  56. 56.
    Pfaundler M, Weingartner R, Diezig R (2006) “Versteckt hinter den Mittelwerten” – die Variabilität der Abflussregimes. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50(3):116–123Google Scholar
  57. 57.
    Aschwanden H (1990) Einsatz von Kurzzeitmessungen zur Bestimmung der Abflussmenge Q347. Gas–Wasser–Abwasser 70(1):20–28Google Scholar
  58. 58.
    Bundesamt für Energie (2008) Stand der Wasserkraftnutzung in der Schweiz am 1. Januar 2008, BernGoogle Scholar
  59. 59.
    Kienholz H (1990) Zur Beurteilung und Kartierung von Naturgefahren in Gebirgsregionen. Geographisches Institut der Universität Bern, BernGoogle Scholar
  60. 60.
    Düster H (1994) Modellierung der räumlichen Variabilität seltener Hochwasser in der Schweiz. Geographica Bernensia G44, BernGoogle Scholar
  61. 61.
    Merz R, Blöschl G, Humer G (2008) Hochwasserabflüsse in Österreich – das HORA-Projekt. In: Österreich. Wasser- und Abfallwirtschaft, 9-10, 2008:129–138, WienGoogle Scholar
  62. 62.
    Naef F, Schmocker-Fackel P, Margreth M, Kienzler P, Scherrer S (2008) Die Häufung der Hochwasser der letzten Jahre. In: Bezzola GR, Hegg Ch (Hrsg) Ereignisanalyse Hochwasser 2005, Teil 2, Bern und ZürichGoogle Scholar
  63. 63.
    Merz R (2002) Understanding and estimating flood probailities at the regional scale. Winer Mitteilungen, Wasser Abwasser Gewässer, Bd. 181, TU WienGoogle Scholar
  64. 64.
    Diezig R (2006) Hochwasserprozesstypen in der Schweiz - Eine prozessorientierte Typisierung grosser Hochwasserereignisse in ausgewählten schweizerischen Einzugsgebieten. Diplomarbeit, Geographisches Institut, BernGoogle Scholar
  65. 65.
    Laaha G, Godina R, Lorenz P, Blöschl G (2005) Low Flow. Hydrological Atlas of Austria, Plate 5.5, WienGoogle Scholar
  66. 66.
    Reynard E (2008) Les bisses du Valais, un exemple de gestion durable de l’eau? In: Rev l’association pour la sauvegarde du Léman 69:1–8Google Scholar
  67. 67.
    BUWAL (1989) Wasserentnahme aus Fliessgewässern: Gewässerökologische Anforderungen an die Restwasserführung. Schriftenreihe Umweltschutz, Nr. 110, BernGoogle Scholar
  68. 68.
    Lang H (1978) Zum Problem der räumlichen und zeitlichen Variabilität der Verdunstung in der Schweiz. In: Die Verdunstung in der Schweiz. Beiträge zur Geologie der Schweiz – Hydrologie, Nr. 25, BernGoogle Scholar
  69. 69.
    Ward AD, Elliot WJ (1995) Environmental Hydrology. Lewis Publishers, New YorkGoogle Scholar
  70. 70.
    Kling H, Nachtnebel HP, Fürst J (2005) Mean annual areal actual evapotranspiration using water balance data, Map 3.3, WienGoogle Scholar
  71. 71.
    Schädler B (1985) The water balance of Switzerland. Communication of the Swiss Hydrological Survey No 6aGoogle Scholar
  72. 72.
    Viviroli D, Weingartner R (2004) The Hydrologcial Significance of the European Alps. Hydrological Atlas of Switzerland, Plate 6.4. BWG (Bundesamt für Wasser und Geologie), BernGoogle Scholar
  73. 73.
    Viviroli D, Weingartner R, Messerli B (2003) Assessing the hydrological significance of the world’s mountains. Mt Res Dev 23:32–40CrossRefGoogle Scholar
  74. 74.
    Viviroli D, Weingartner R (2004) The hydrological significance of mountains – from regional to global scale. Hydrol Earth Syst Sci 8:1016–1029CrossRefGoogle Scholar
  75. 75.
    Viviroli D, Dürr HH, Messerli B, Meybeck M, Weingartner R (2007) Mountains of the world – water towers for humanity: typology, mapping and global significance. Water Resour Res 43:W07447. doi: 10.1029/2006WR005653 CrossRefGoogle Scholar
  76. 76.
    Messerli B, Viviroli D, Weingartner R (2004) Mountains of the world: vulnerable water towers for the 21st century. Ambio Special Rep 13:29–34Google Scholar
  77. 77.
    Weingartner R, Viviroli D, Schädler B (2007) Water resources in mountain regions: a methodological approach to assess the water balance in a highland-lowland-system. Hydrol Processes 21:578–585CrossRefGoogle Scholar
  78. 78.
    Lenderink G, Buishand TA, van Deursen WPA (2007) Estimates of future discharges of the river Rhine using two scenario methodologies: direct versus delta approach. Hydrol Earth Syst Sci 11:1145–1159CrossRefGoogle Scholar
  79. 79.
    Kundzewicz ZW, Kraemer D (1998) Striving towards assessment of mountain water resources. In: Chalise et al SR (eds) Ecohydrology of high mountain areas, proceedings of the international conference on ecohydrology of high mountain areas, Katmandu, Nepal, 24–28 March 1996, pp 175–185, ICIMOD, Katmandu, NepalGoogle Scholar
  80. 80.
    ICIMOD (1996) Climatic and hydrological atlas of Nepal. KathmanduGoogle Scholar
  81. 81.
    Breinlinger R, Gamma P, Weingartner R (1992) Characteristics of Small Basins. Hydrological Atlas of Switzerland. Plate 1.2, BernGoogle Scholar
  82. 82.
    Zappa M, Pos F, Strasser U (2003) Seasonal water balance of an alpine catchment as evaluated by different methods for spatially distributed snowmelt modelling. Nordic Hydrol 34(3):179–202Google Scholar
  83. 83.
    Weingartner R, Aschwanden H (1992) Abflussregimes als Grundlage zur Abschätzung von Mittelwerten des Abflusses. In: Hydrologischer Atlas der Schweiz, Tafel 5.2, BernGoogle Scholar
  84. 84.
    Weingartner R, Barben M, Spreafico M (2003) Floods in mountain areas – an overview based on examples from Switzerland. In: J Hydrol 282(1–4):10–24Google Scholar
  85. 85.
    Pfaundler M, Wüthrich T (2006) Saisonalität hydrologischer Extreme. Das zeitliche Auftreten von Hoch- und Niederwasser in der Schweiz. Wasser Energie Luft 98(2) 77–82Google Scholar
  86. 86.
    Schädler B (2008) Climate change – Are we running out of water? gwa 10/2008, pp 763–769Google Scholar
  87. 87.
    Kling H, Nachtnebel HP, Fürst J (2005) Water balance regions, climatic water balance and runoff characteristics. Hydrological Atlas of Austria, Plate 7.1, WienGoogle Scholar
  88. 88.
    Wehren B, Weingartner R, Schðdler B, Viviroli D (2009) General characteristics of alpine waters. In: Bundi U (ed.) Alpine Waters. Handbook of Environmental Chemistry, vol. 6. Springer, HeidelbergGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010

Authors and Affiliations

  • Bernhard Wehren
    • 1
  • Rolf Weingartner
    • 1
  • Bruno Schädler
    • 1
  • Daniel Viviroli
    • 1
  1. 1.Hydrology Group, Institute of Geography, Oeschger Center for Climate Change ResearchUniversity of BernBernSwitzerland

Personalised recommendations