Wasser Energie Luft 4/2014 by Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband SWV

4-2014

Zwischen Limmernsee und neuem Muttsee, Foto: Roger Pfammatter

4. Dezember 2014

· Bedeutung der Speicher für die Energiestrategie · Hydraulik PSW Lagobianco · Brutvögel an Fliessgewässern · 103. Hauptversammlung SWV

Neu!

VS Nr. 68: Swiss Competences in River Engineering and Restoration, 2014, Schleiss, Speerli, Pfammatter (Eds.); CRC Press, 214 Seiten, Format A4, ISBN 9781-138-02676-6, CHF 50.–.

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

Editorial Batterien im Alpenraum

Roger Pfammatter Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

s ist vollbracht: noch vor dem endgültigen Wintereinbruch und nach einer Bauzeit von nur drei Jahren wurde die neue Staumauer auf der Muttenalp durchgehend geschlossen. Letzte Abschlussarbeiten folgen im Sommer 2015 und der Ersteinstau im Jahr 2016. Damit ist ein wesentliches Element des im Glarnerland entstehenden neuen Pumpspeicherwerkes Linth-Limmern fertiggestellt (vgl. dazu den Nachrichtenbeitrag ab Seite 315 in diesem Heft). Mit maximal 36 Meter ist die neue Mauer zwar eher von bescheidener Höhe, dafür sind ihre Länge von rund 1 Kilometer und die Meereshöhe von 2500 Meter rekordverdächtig. Viel wesentlicher ist allerdings, dass der mit der Mauer geschaffene Muttsee im Verbund mit dem tiefer liegenden Limmernsee sowie den neu gebauten Stollen und installierten Pump- und Turbinenleistungen die indirekte Speicherung von Strom ermöglicht. Überschüsse im Netz können aufgenommen und durch Hochpumpen von Wasser für eine spätere Nutzung gespeichert werden. Das Werk spielt im Stromsystem damit die Rolle einer gigantischen Batterie. Zusammen mit den ebenfalls laufenden Ausbauten zwischen den Stauseen Emosson und Vieux Emos-

son (Nant-de-Drance) sowie Lac Léman und Lac d’Hongrin (FMHL+) wird diese Batterie der Schweiz gerade mehr als verdoppelt. Ob bis zur baldigen Inbetriebnahme der neuen Anlagen das Pumpen und Turbinieren wieder ein rentables Geschäft sein wird, ist angesichts der Marktverwerfungen zwar zu bezweifeln. Aber die Investitionen für diese drei Grossprojekte sind längerfristig angelegt – und wer weiss schon, was die Zukunft bringen wird? Einiges deutet darauf hin, dass die Schweiz die hochﬂexiblen Anlagen zur Speicherung sehr gut wird gebrauchen können. Eine aktuelle Untersuchung kommt zum Schluss, dass beim geplanten massiven Zubau von Photovoltaik selbst die erhöhte Pumpspeicherkapazität nicht genügen wird (vgl. den Artikel zur Bedeutung der Speicherung ab Seite 259). Kritisch werden könnten vor allem Stromüberschüsse während sehr strahlungsreicher Sommerwochen. Dann dürften sowohl die Volumina von Ober- und Unterbecken wie auch die installierte Leistung nicht mehr ausreichen. Gut möglich also, dass der Bau der Batterien aus Wasserkraft in 40 Jahren kein Fiasko ist und dannzumal als weiser Entscheid gepriesen wird.

Batteries dans les Alpes

l est terminé: avant l’arrivée irrémédiable de l’hiver et après seulement trois ans de travaux, le nouveau barrage du Muttenalp est clos. Les derniers travaux de finition seront réalisés durant l’été 2015 et le premier remplissage en 2016. Ainsi s’achève un élément essentiel de la nouvelle installation de pompage-turbinage de la Linth-Limmern dans le Glarnerland (cf. l’article dès la page 315 de cette revue). Avec 36 mètres au maximum, le nouveau mur est plutôt d’une hauteur modeste, cependant sa longueur d’environ 1 km et son altitude à 2500 mètres sont inégalées. Bien plus important cependant, la création du Muttsee par le barrage, en combinaison avec le Limmernsee situé en aval ainsi que les nouvelles galeries et les puissances de pompage et de turbinage installées permettent un stockage indirect de l’électricité. Les excédents dans le réseau peuvent être absorbés et stockés par pompage de l’eau pour une utilisation ultérieure. L’ouvrage joue donc le rôle d’une gigantesque batterie dans le système électrique. Avec les extensions en cours entre les lacs artificiels d’Emosson et du Vieux Emosson (Nant-de-Drance) et le lac Léman et le lac d’Hongrin (FMHL+), cette batterie de la Suisse

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va plus que doubler. Etant données les turbulences du marché, on peut douter que les opérations de pompage et de turbinage deviennent de nouveau rentables d’ici la mise en service prochaine des nouvelles installations. Mais les investissements pour ces trois grands projets sont projetés sur le long terme – et qui sait ce que l’avenir nous réserve? Il y a des indications que la Suisse pourrait à l’avenir faire très bon usage des installations de stockage hyperflexibles. Une étude récente conclut que même la capacité de pompage accrue en présence de l’expansion massive prévue du photovoltaïque ne suffira pas (cf l’article sur l’importance du stockage dès la page 259). Les excédents de courant pendant les semaines estivales à très haut rayonnement pourraient être particulièrement critiques. Les volumes des bassins supérieurs et inférieurs ainsi que la puissance installée ne devraient alors plus être suffisants. Il est donc tout à fait possible que dans 40 ans, les décisions courageuses menant à la construction des batteries dans le domaine de l’énergie hydraulique ne soient pas un fiasco et seront alors saluées comme exemplaires.

III

Inhalt

4l2014

259

Bedeutung der Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke für die Energiestrategie 2050 der Schweiz Michel Piot

266

Pumpspeicherkraftwerk Lagobianco – Hydraulische Auslegung Martin Wickenhäuser, Fadi Hachem, Juliano Ribero, Luciano Lardi 262

275

Schweissnahtprüfung beim Bau des KW Jungbach – Praxiserfahrungen mit dem TOFD-Prüfverfahren beim Bau einer Hochdruckleitung aus Stahl, mit geringem Durchmesser Andreas Panenka

280

Schneemessungen in alpinen Einzugsgebieten im Zeichen des Klimawandels Christian Noetzli, Mario Rohrer 276

285

Einsatz numerischer Murgangsimulationen am Beispiel des integralen Schutzkonzepts Plattenbach Vitznau Benjamin Hohermuth, Christoph Graf

291

Brutvögel an Fliessgewässern: Situation, Defizite, Förderung – Erkenntnisse aus einer Grundlagenstudie im Kanton Zürich Mathias Ritschard, Martin Weggler

281 297

Albert Strickler: Sein Leben und Werk Willi H. Hager

288

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Inhalt

310

312

4l2014

Défis pour l’aménagement des eaux – Begrüssungsrede anlässlich der 103. Hauptversammlung des SWV in Veytaux Jacqueline de Quattro

303

Förderung der Wasserkraft – Präsidialansprache anlässlich der 103. Hauptversammlung des SWV in Veytaux Caspar Baader

305

Protokoll, 103. ordentliche Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes vom Donnerstag, 11. September 2014 in Veytaux

307

Nachrichten Politik Energiewirtschaft Wasserkreislauf/Wasserwirtschaft Wasserkraftnutzung Naturgefahren/Hochwasserschutz/Wasserbau Rückblick Veranstaltungen Veranstaltungen Agenda Literatur Industriemitteilungen

313 313 313 314 315 318 319 322 323 323 329

Stellenangebot

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Branchen-Adressen

333

Impressum

334

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«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

Bedeutung der Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke für die Energiestrategie 2050 der Schweiz Michel Piot

1. Zusammenfassung Gemäss der Energiestrategie 2050 des Bundesrates soll der Wegfall des Stroms aus Kernenergie vollständig durch den Zubau von erneuerbaren Energien aufgefangen werden. Ein solches Szenario führt zu diversen Herausforderungen für die Gewährleistung einer sicheren Stromversorgung: Es gilt vor allem, das drohende Stromdefizit im Winterhalbjahr zu überbrücken und den zunehmenden Bedarf an kurzfristigem Ausgleich von Angebot und Nachfrage im Sommer sicherzustellen. Bei der Lösung beider Probleme können die Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke eine zentrale Rolle einnehmen. Die hier vorgestellten Abschätzungen zeigen, dass sowohl der saisonale Effekt als auch der Tag/Nacht-Effekt zu Herausforderungen führen werden. Beim saisonalen Effekt sind mindestens 3 TWh beziehungsweise rund 30 Prozent zusätzliches Speichervolumen für die Umlagerung vom Sommer in den Winter notwendig, was technisch gesehen möglich ist. Beim Tag/Nacht-Effekt werden in einer Woche netto bis 370 GWh an Überschussstrom produziert werden, welche es zu speichern gilt. Hier zeigt sich, dass selbst mit dem heute laufenden und konkret geplanten Ausbau der Pumpspeicher knapp 3 GW Leistung für die Nutzung des Überschusses fehlen werden und je nach Szenario die Volumina der Ober- und Unterbecken substanziell erweitert werden müssten. Die Wasserkraft kann mit dem Ausbau von Volumen und Leistung bei Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken einen wichtigen zusätzlichen Beitrag leisten. Allerdings ist der wirtschaftliche Betrieb mit grossen Unsicherheiten verbunden, sodass das Investitionsrisiko weiterhin ein einschränkender Faktor ist.

Résumé Conformément à la stratégie énergétique 2050 de la Confédération, l’abandon de l’électronucléaire devra être entièrement compensé par le développement des énergies renouvelables. Pour pouvoir garantir la sécurité de l’approvisionnement en électricité, un tel scénario représente différents défis: il s’agit tout d’abord de combler le déficit en énergie électrique des mois d’hiver et de pouvoir garantir rapidement l’équilibre entre l’offre et la demande en été. Les centrales à accumulation et les installations de pompage-turbinage pourraient jouer un rôle central dans la résolution de ces problèmes. Les estimations présentées ici montrent clairement les défis liés à l’effet saisonnier et à l’effet jour/nuit. En ce qui concerne l’effet saisonnier, 3 TWh au moins, soit 30% de volume d’accumulation supplémentaire, seront nécessaires pour le transfert été/hiver, ce qui serait techniquement réalisable. Concernant l’effet jour/ nuit, une production excédentaire nette de 370 GWh est produite sur une semaine, production qu’il s’agira de stocker. On peut constater ici que même avec l’extension du pompage-turbinage en cours actuellement, quelque 3 GW de puissance manqueront pour l’utilisation de l’excédent et que, selon le scénario, il faudrait considérablement augmenter les volumes des bassins supérieurs et inférieurs. Avec une augmentation des volumes et de la puissance des centrales à accumulation et des installations de pompage-turbinage, la force hydraulique peut apporter une contribution notable; une exploitation rentable est toutefois loin d’être garantie et le risque d’investissement reste un facteur restrictif.

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Ausgangslage

1.1. Problemstellung Die Energieperspektiven 2050 des Bundesamtes für Energie (BFE) sehen vor, den Wegfall von Strom aus Kernkraftwerken bis ins Jahr 2050 vollständig durch zusätzliche erneuerbare Energien in der Schweiz zu decken: 11 Terawattstunden (TWh) Photovoltaik, 4 TWh Wind, 4 TWh Geothermie, 4 TWh Biomasse, 3 TWh Wasserkraft. Damit soll in Summe der Verlust durch den Ausstieg aus der Kernenergie mit Strom aus einheimischer Produktion gedeckt werden. Die simple Jahresenergiesaldierung berücksichtigt allerdings nicht, dass mit dem Wegfall der Kernenergie im kritischen Winterhalbjahr rund 14 TWh Bandenergie wegfallen, die es tags und nachts zu ersetzen gilt. Die starke Zunahme wetterabhängiger Produktion führt zudem zu einem hohen zusätzlichen Bedarf an kurzfristigem Ausgleich von Angebot und Nachfrage. In diesem Artikel wird der Frage nachgegangen, welchen zusätzlichen Beitrag Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke in der Schweiz im Rahmen der Energiestrategie 2050 zur Erreichung einer sicheren Stromversorgung leisten können und wo die Grenzen liegen. Dabei werden zwei bedeutende Einschränkungen gemacht: 1) Es werden keinerlei wirtschaftliche und ökologische Aspekte in die Überlegungen einbezogen und 2) bei der Betrachtung wird die Systemgrenze Schweiz gezogen. 1.2.

Szenarien der Energiestrategie 2050 In den Energieperspektiven 2050 des Bundes werden energie- und stromnachfrageseitig die zwei Szenarien «Neue Energiepolitik» (NEP) und «Politische Massnahmen» (POM) unterschieden. Stromangebotsseitig werden für das Jahr 2050 sowohl in der Variante Fossil-Erneuerbar (C&E) als auch in der Variante Erneuerbar-Import (E) jährlich 24.2 TWh Strom 259

aus Photovoltaik, Wind, Geothermie und Biomasse unterstellt, im Winterhalbjahr sind es 10.5 TWh. Die beiden Angebotsvarianten unterscheiden sich somit nur durch die Restbeschaffung: in der Variante C&E werden inländisch Gaskombikraftwerke zugebaut, in der Variante E wird der restliche Strombedarf importiert. Gemäss Energieperspektiven 2050 des Bundes werden die Kernkraftwerke im Jahr 2035 ausser Betrieb genommen worden sein, die unterstellten neuen Pumpspeicherkapazitäten in Betrieb sein (nebst dem Ausbau Veytaux, Nant de Drance und Linth-Limmern auch Lago Bianco und Grimsel 3) und der Zubau der erneuerbaren Energien ohne Wasserkraft wird knapp die Hälfte seines Endausbaus im Jahr 2050 erreicht haben. Die Nachfrage nach Strom wird im POM stabilisiert und im NEP leicht gesenkt werden können. Im Jahr 2050 ist der unterstellte Zubau der erneuerbaren Energien aus Photovoltaik,

Wind, Geothermie und Biomasse vollendet. Die Stromnachfrage ist gegenüber 2035 im POM wieder leicht angestiegen, im NEP nochmals minim gesenkt worden. 2.

Grundlagen zur Wasserkraft

2.1.

Heute installierte Leistung und Produktion Per 1. Januar 2014 zählte die Schweiz 589 Wasserkraftzentralen mit einer Leistung über 300 kW. Die mögliche Leistung ab Generator liegt bei 13.8 GW, die jährliche mittlere Produktionserwartung bei knapp 36 TWh (siehe Tabelle 1). Die Produktion der Wasserkraft weist sowohl eine starke saisonale Komponente auf als auch erhebliche zwischenjährliche Schwankungen (siehe Bild 1). So liegen die monatlichen Durchschnittswerte in den Wintermonaten bei rund 2.5 TWh, in den Sommermonaten um 4 TWh, wobei die jährlichen Schwankungen im

Tabelle 1. Übersicht über die Wasserkraft in der Schweiz. Quelle: BFE, (2014b).

Sommerhalbjahr aufgrund wetterbedingter Schwankungen bedeutend grösser sind als im Winterhalbjahr. Die Speicherseen wiesen per Ende September 2013 ein Speichervermögen von 8775 GWh aus. Damit hat sich dieses in den letzten 10 Jahren um knapp 3 Prozent erhöht und umfasst rund 15 Prozent der inländischen Nachfrage. Typischerweise erreicht der Füllstand der Speicherseen in den Monaten März bis Mai das Minimum, wobei dieses über die Jahre zwischen unter 10 und über 30 Prozent des Speichervermögens betragen kann. Die installierte Turbinenleistung der Speicherkraftwerke mit Schweizer Anteil beträgt 8.5 GW. In der Schweiz gibt es 19 Pumpspeicherkraftwerke mit einer installierten Pumpenleistung von knapp 1.5 GW, 3 davon sind reine Umwälzwerke (BFE 2014a). 2.2.

Ausbaupotenzial der Produktion aus Wasserkraft Im Bericht des BFE (2012) wird das erwartete Ausbaupotenzial der Klein- und Grosswasserkraft ausgewiesen, unterschieden nach heutigen und optimierten Nutzungsbedingungen (siehe Tabelle 2). Für Neubauten von Grosswasserkraftwerken wird zudem eine Liste mit Projekten und einer Einschätzung über die Realisierungswahrscheinlichkeit angegeben (siehe dazu auch die weiterführenden Einschätzungen im Artikel Pfammatter, Piot (2014)). 2.3.

Bild 1. Monatliche Schwankungen der Wasserkraftproduktion in der Schweiz (rot: Median). Datenquelle: BFE Elektrizitätsbilanz der Schweiz – Monatswerte 1990–2013.

Tabelle 2. Erwartetes Ausbaupotenzial der Wasserkraft bis 2050. Quelle: BFE (2012). 260

Ausbau der Pumpspeicherkapazitäten Die Pumpspeicherkapazitäten werden in den nächsten Jahren erheblich zunehmen, mit dem Ausbau von Linth-Limmern, Nant de Drance und Veytaux kommen bis ins Jahr 2017 zusätzlich 2.1 GW ans Netz. Die momentan sistierten Projekte Lago Bianco und Grimsel 3 stellten nochmals 1.6 GW zur Verfügung, sodass gemäss Energiestrategie 2050 gesamthaft eine Pumpenleistung von 5.2 GW installiert wäre. Zur Abschätzung der nutzbaren und verfügbaren Energie aus dem Pumpspeicherzyklus sind die Volumina der Ober- und Unterbecken einzubeziehen. So ist beispielsweise beim Umwälzwerk Grimsel 2 (siehe abstrahiertes und vereinfachtes Schema in Bild 2), das das Gefälle zwischen dem Oberaarsee und dem Grimselsee nutzt, das Oberbecken mit einem Volumen von 57 Mio. m3 als limitierender Faktor zu berücksichtigen. Bei den meisten Pumpspeicherkraftwerken ist allerdings das Unterbecken ein eher kleines

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Ausgleichsbecken und somit limitierend für die Speicherung beziehungsweise Produktion von Energie. Basierend auf den bestehenden Pumpspeicherkraftwerken, können unter Berücksichtigung der Volumina der Unterund Oberbecken zwei Extremfälle unterschieden werden: 1) Aktuell könnten maximal rund 400 GWh Energie aufgewendet werden, um Wasser in die Oberbecken zu pumpen. Damit liessen sich aufgrund der Wirkungsgradverluste beim Pumpen und Turbinieren zu einem späteren Zeitpunkt maximal rund 300 GWh produzieren. Diese Mengen würden dann erreicht, wenn die Oberbecken, wo einschränkend, vollständig leer und die Unterbecken, wo einschränkend, vollständig gefüllt wären. 2) Im Minimum steht 0 GWh für das Turbinieren zur Verfügung, was der Fall ist, wenn entweder alle Oberbecken leer oder alle Unterbecken voll sind. Beide Fälle kommen in dieser Ausprägung nicht vor. Zum Beispiel darf der Sihlsee vom 1. Juni bis 31. Oktober höchstens um zwei Meter unter die maximale Staukote gesenkt werden (Umweltdepartement, 2014). Damit bleiben für die Sommermonate vom Stauvolumen von 92 Mio. m3 noch 21 Mio. m3 übrig. Für die weiteren Überlegungen wird angenommen, dass maximal 240 GWh für die Pumpen genutzt werden können. Bei einem Wirkungsgrad von durchschnittlich 75 Prozent ergibt dies beim Turbinieren eine Energiemenge von 180 GWh. Mit dem Ausbau der Projekte Linth-Limmern und Nant de Drance sowie einer unterstellten Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades werden diese Mengen erhöht werden (siehe Tabelle 3). 3.

•

deutlich geringer aus als im Sommer. Um den Verlust der Kernkraftwerke im Winter inländisch ausgleichen zu können, sind entweder Gaskombikraftwerke oder zusätzliche saisonale Speicher notwendig. «Hochnebel»-Effekt: Es kann sein, dass die Sonne im Winter längere Zeit nicht scheint, verbunden mit wenig Windaufkommen, sodass der vollständige Produktionsausfall von Strom aus Photovoltaik- und Windanlagen mit Wochenspeichern gedeckt werden muss.

3.1.2 Effekte für Pumpspeicherkraftwerke • Tag/Nacht-Effekt: Um in den Tagesrandstunden beziehungsweise in den Abendstunden und in der Nacht genügend Strom zur Verfügung stellen zukönnen, müssen Speicher vorhanden sein, die die Energie am Tag einlagern und in den übrigen Stunden wieder abgeben können. • Minuten-Effekt: Die fluktuierende Einspeisung aus Photovoltaik und Wind

führt dazu, dass innert kürzester Zeit beträchtliche Einspeiseschwankungen auftreten können, die es mit äusserst flexiblen Kraftwerken auszugleichen gilt. 3.2. Saisonaler Effekt Alle Angaben der nachfolgenden Quantifizierung beziehen sich jeweils auf das Winterhalbjahr. Die Schweiz vermag ihren Landesverbrauch (Endverbrauch plus Netzverluste) von heute rund 35 TWh seit dem Winterhalbjahr 2003/2004 nie mehr selber zu decken und hat je nach hydrologischen Verhältnissen netto zwischen 2.4 und 6.9 TWh Strom importiert. Dabei haben die Kernkraftwerke jeweils einen Beitrag von rund 14 TWh an die Versorgung geleistet. Fällt dieser Teil weg, dann ist mit einem hypothetischen Defizit von rund 16 bis 21 TWh zu rechnen. Tabelle 4 zeigt eine Übersicht über den Landesverbrauch in TWh im Winterhalbjahr im NEP und POM sowie über das Angebot. Der Verbrauch der Speicherpumpen, der rund 1 TWh beträgt, ist im Landesverbrauch nicht berücksichtigt.

Tabelle 3. Maximaler Energieaufwand für das Füllen und maximaler Energieertrag beim Leeren der Oberbecken. Eigene Abschätzungen.

Beitrag der Wasserkraft zur Umsetzung der Energiestrategie 2050

3.1. Vier relevante Effekte Der in der Energiestrategie 2050 verordnete Ausstieg aus der Kernenergie und der damit verbundene Zubau der erneuerbaren Energien führten zu Herausforderungen in unterschiedlichen Zeitdimensionen, die nachfolgend in vier Effekte unterteilt werden: der saisonale und der HochnebelEffekt für Speicherkraftwerke, der Tag-/ Nacht- und Minuten-Effekt für Pumpspeicherkraftwerke. 3.1.1 Effekte für Speicherkraftwerke • Saisonaler Effekt: Während Kernkraftwerke Bandenergie liefern und somit im Winter einen beträchtlichen Teil der Nachfrage decken helfen, fällt bei Photovoltaik die Produktion im Winter

Bild 2. Zyklus eines Pumpspeicherkraftwerkes. Eigene Darstellung.

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261

im NEP mit saisonalen Wasserspeichern bereitstellen, müssten somit 3 TWh zusätzliche Speicher zur Verfügung gestellt werden. In Schleiss (2012) werden 19 bestehende alpine Talsperren erwähnt (siehe Bild 3, rote Projekte), mit denen bei einer Erhöhung um rund 10 Prozent zusätzlich 2 TWh umgelagert werden könnten. 3. Im POM, wo der Bedarf im Jahr 2050 rund 7.7 TWh beträgt, kann die alleinige Lösung durch den Ausbau von saisonalen Wasserspeichern ausgeschlossen werden.

Tabelle 4. Übersicht über den Landesverbrauch und das Stromangebot im Winterhalbjahr im NEP und POM. Datenquelle: Prognos (2012). Die Differenz kann bei Systemgrenze Schweiz grundsätzlich aus einer Kombination aus neuer Wasserkraft, Gaskombikraftwerken und Importen gedeckt werden. Prognos (2012) unterstellt in der Angebotsvariante E für das Winterhalbjahr einen Ausbau von Wasserkraft von 1.75 TWh, im Jahr 2035 beträgt dieser 0.94 TWh. Damit bleibt im NEP für das Jahr 2035 ein Bedarf von knapp 10 TWh (= 10.89– 0.94 TWh) und für 2050 von rund 3 TWh (= 4.8–1.75 TWh) zu decken, im POM sind es für das Jahr 2035 sogar 11.6 TWh und für 2050 noch 7.7 TWh. Diese Ausbaumengen unterstellen optimierte Nutzungsbedingungen und sind somit aus heutiger Sicht als optimistisch einzuschätzen. Geht man davon aus, dass die Energie aus Wasserkraft netto nicht zunehmen wird, dann

sind entsprechend höhere Defizite in die Abschätzungen einzubeziehen. 3.2.1 Folgerungen 1. Das Winterhalbjahr 2035 kann als Knappheitsjahr bezeichnet werden. Zwischen 2035 und 2050 nimmt der Bedarf an zusätzlicher Energie wieder ab, da der unterstellte Zubau aus Photovoltaik, Wind, Geothermie und Biomasse zwischen 2035 und 2050 im Winterhalbjahr knapp 5 TWh beträgt. Bedenkt man, dass Wasserkraftwerke mit hohen Investitionskosten und langen Laufzeiten verbunden sind, dann darf nicht das Jahr 2035, sondern muss das Jahr 2050 als Referenz für die Überlegungen für zusätzlichen Speicher herangezogen werden. 2. Möchte man die notwendige Differenz

3.2.2 Fazit Mit Staumauererhöhungen von rund 20 bestehenden alpinen Speichern um rund 10 Prozent kann mit rund 2 TWh eine substanzielle zusätzliche Verlagerung von Energie vom Sommer in den Winter erzielt werden. Für NEP wäre dies ein wichtiger Beitrag für die Bewältigung des saisonalen Effekts. Im Weiteren dürften diese Ausbauten aus ökologischen Überlegungen weniger umstritten sein als Neubauprojekte von Gaskombikraftwerken oder neue Speicherseen. 3.3. «Hochnebel»-Effekt Nachfolgend wird abgeschätzt, welche Strommengen aus Photovoltaik- und Windanlagen beim «Hochnebel»-Effekt über eine Woche ausbleiben. 3.3.1 Photovoltaikproduktion Um die ausbleibende Photovoltaikproduktion abschätzen zu können, braucht man mindestens ein Produktionsprofil einer Photovoltaikanlage auf monatli-

Bild 3. Übersicht über Talsperren, die mit einer Erhöhung um 10 Prozent einen zusätzlichen Beitrag von 2 TWh zur saisonalen Umlagerung liefern könnten. Quelle: Pfammatter (2012) mit Daten Schleiss (2012) und Electrowatt-Ekono (2004). 262

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cher Basis. Das Produktionsprofil hängt einerseits von der horizontalen Globalstrahlung eines Ortes ab, andererseits vom Neigungswinkel und der Ausrichtung der Photovoltaikanlage. Bild 4 zeigt die durchschnittliche monatliche horizontale Globalstrahlung für die Stationen BernZollikofen und Jungfraujoch. Daraus wird ersichtlich, dass der Februar rund 5 Prozent zur jährlichen Strahlungsmenge beiträgt. Unterstellt man, dass der monatlich produzierte Strom aus Photovoltaikanlagen proportional zu den monatlichen Globalstrahlungsanteilen ist, dann entspricht dies bei 11 TWh im Jahr 2050 rund 0.5 TWh im Monat Februar oder gut 0.1 TWh pro Woche, die somit wegfallen würden. Bei einem wöchentlichen Landesverbrauch im Februar von rund 1.4 TWh entspricht dies rund 7 Prozent. Liegt das Speichervolumen der Speicherseen bei rund 2.5 TWh, was dem Durchschnittswert der vergangenen Jahre entspricht, dann sind dies 4 Prozent des verfügbaren Energieinhaltes, die dadurch zusätzlich benötigt würden. 3.3.2 Windenergieproduktion In der Energiestrategie 2050 werden für das Winterhalbjahr 2050 rund 2.6 TWh aus Windanlagen unterstellt. Das entspricht durchschnittlich 0.1 TWh pro Woche, die mehrheitlich wegfallen und durch andere Technologien ersetzt werden müssen. Diese Mengen liegen maximal in der gleichen Grössenordnung wie die Mengen aus Photovoltaikanlagen. 3.3.3 Fazit Der «Hochnebel»-Effekt führt zu einem Ausfall von maximal 0.2 TWh pro Woche bei einem Landesverbrauch von 1.4 TWh. Diese Energiemenge müsste zusätzlich durch die Speicherkraftwerke bereitgestellt werden. Im Vergleich zum saisonalen Effekt hat der «Hochnebel»-Effekt allerdings bedeutend geringere Auswirkungen, sodass er unter Berücksichtigung aller anderen Unsicherheiten untergeordnet ist. 3.4. Tag/Nacht-Effekt Der Tag/Nacht-Effekt wird nachfolgend nur für eine Juliwoche im Jahr 2050 betrachtet, da einerseits die Photovoltaikkapazitäten im Jahr 2035 noch bedeutend geringer sind als im Jahr 2050 und andererseits im Winter dieser Effekt keine Belastung darstellt. Um den Effekt bewerten zu können, sind sowohl Energie- als auch Leistungsabschätzungen notwendig: so ist einerseits zu klären, ob genügend Wasser beziehungsweise Speicherinhalt zur Ver-

fügung steht, um allfällige Überschüsse zu nutzen. Andererseits stellt sich die Frage, ob genügend Leistung vorhanden ist, um Überschüsse zum Zeitpunkt des Auftretens abarbeiten zu können. 3.4.1 Abschätzungen zur Energie Nachfolgend werden einzelne Abschätzungen zur Produktion von Strom aus Laufwasserkraftwerken, Photovoltaik-, Wind-, Biomasse- und Geothermie-Anlagen für die zweite Juliwoche 2050 gemacht (siehe Tabelle 5). Laufwasserkraftwerke weisen erhebliche Produktionsschwankungen über die Jahre auf. So schwankte die Produktion mittwochs von 1998–2013 zwischen 62 GWh (2003) und 78 GWh (2001). Aber auch zwischen Werktagen und Wochenenden sind erhebliche Differenzen möglich. Während zum Beispiel im Jahr 1998 die Produktionsdifferenz von Mittwoch zu Sonntag lediglich 1.8 GWh betrug, waren es im Jahr 2005 ganze 19.4 GWh. Nachfolgend wird entgegen der Annahmen der Energiestrategie 2050 davon ausgegangen, dass die Laufwasserkraft netto nicht ausgebaut wird. Nach der Wasserkraft ist in der Energiestrategie 2050 die Photovoltaik die wichtigste Stromquelle in der Schweiz. Die Produktion aus Photovoltaikanlagen im Jahr 2050 kann mithilfe der Globalstrahlung, gemessen in Watt pro Quadratmeter, abgeschätzt werden, denn es kann vereinfachend angenommen werden, dass die Globalstrahlung auf horizontaler Fläche dem Ertrag der Photovoltaikanlagen entspricht. Einerseits wird durch eine optimierte Ausrichtung der Anlage die nutz-

bare Strahlung erhöht, andererseits durch den Anlagennutzungsgrad wieder in der gleichen Grössenordnung reduziert. Gemäss MeteoSchweiz lag die jahresdurchschnittliche horizontale Globalstrahlung in der Periode 1980–2000 über 59 Stationen in der Schweiz zwischen 118 W/m2 in Luzern und 177 W/m2 auf dem Piz Corvatsch. Der Monatsmaximalwert liegt mit 268 W/m2 im Mai auf dem Piz Corvatsch, das Minimum mit 22 W/m2 in Piotta und Visp jeweils im Dezember. Bild 6 zeigt den minimalen und maximalen Globalstrahlungsverlauf der zweiten Juliwoche für die Messstation beim Grimsel-Hospiz. Dieser verdeutlicht einerseits, dass die Schwankungen im Juli beträchtlich sein können, und andererseits, dass die Globalstrahlung auch bei schlechtem Wetter tagsüber selten null ist. Schätzt man den Ertrag aus Photovoltaikanlagen basierend auf den maximalen und minimalen Strahlungsprofilen der Jahre 2000–2014 bei einem Zubau der Photovoltaik auf 11 GW für das Jahr 2050 ab, dann erreicht die durchschnittliche Tagesproduktion für die zweite Juliwoche eine Bandbreite von 24–85 GWh. Wie Bild 5 zeigt, bedeutet das aber nicht, dass Photovoltaik unter dem Aspekt der gesicherten Leistung einen Beitrag an die Versorgung leistet. Im Sommerhalbjahr 2050 sollen gemäss Energiestrategie 1.7 TWh aus Windanlagen stammen. Unter der sehr vereinfachenden Annahme einer Gleichverteilung sind dies 9 GWh pro Tag. Durch Geothermie- und Biomasseanlagen kommen täglich noch 21 GWh dazu. Gemäss Elektrizitätsstatistiken des BFE lag der Landesverbrauch zuzüglich

Bild 4. Relative und kumulierte Verteilung der Globalstrahlung nach hydrologischem Jahr für Bern-Zollikofen und Jungfraujoch. Datenquelle: MeteoSchweiz.

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Verbrauch der Speicherpumpen im Juli in den letzten Jahren mittwochs bei rund 170 GWh, samstags bei 150 GWh und sonntags bei 140 GWh. Die zwischenjährlich auftretenden Nachfrageschwankungen sind für die weiteren Überlegungen vernachlässigbar, da sie im Vergleich zu den Produktionsschwankungen gering sind. Die Sommernachfrage wird im NEP

im Jahr 2050 gegenüber heute um rund 15 Prozent auf 27 TWh zurückgehen. Verteilt man diesen Rückgang linear über die Sommermonate und Wochentage, dann ergibt sich eine geschätzte Nachfrage von 145 GWh an Werktagen, 130 GWh samstags und 120 GWh sonntags. Angenommen die Oberbecken sind Anfang Woche minimal gefüllt und es steht in den Unter-

Bild 5. Globalstrahlung Grimsel-Hospiz für die zweite Juliwoche. Datenquelle: MeteoSchweiz.

Tabelle 5. Energiebilanz an einem Tag in der zweiten Juliwoche 2050. Datenquelle: Prognos (2012), BFE und eigene Berechnungen.

Tabelle 6. Leistungsbilanz an einem Tag in der zweiten Juliwoche 2050. Datenquelle: Prognos (2012), BFE und eigene Berechnungen. 264

becken genügend Wasser zum Pumpen zur Verfügung, dann können nach obigen Überlegungen 300 GWh Überschussstrom genutzt werden. In einer Woche mit hoher Sonneneinstrahlung werden die Oberbecken somit am Samstag gefüllt sein, sodass insgesamt über eine Woche mehr als 70 GWh an überschüssiger Energie nicht gespeichert werden können und die Oberbecken Ende der Woche voll sind. Vor allem die Wochenenden dürften bei hoher Sonneneinstrahlung zum Engpass werden, da alleine am Samstag und Sonntag Überschüsse von beinahe 130 GWh produziert werden. Umgekehrt ist in einer äusserst strahlungsarmen Woche mit einem maximalen Nachfrageüberschuss von rund 190 GWh zu rechnen, der aus Speicherbecken gedeckt werden kann. In einer Woche mit normalen Wetterbedingungen summieren sich die Überschüsse auf rund 140 GWh. 3.4.2 Abschätzungen zur Leistung Bei der Abschätzung zur Leistung wird unterstellt, dass Laufwasserkraftwerke auf Tagesbasis Bandenergie produzieren, was als Annäherung durchaus korrekt ist, obschon damit die Zusatzproduktion durch im Tagesverlauf zusätzlich anfallendes Wasser aus Speicherproduktion nicht berücksichtigt wird. Nimmt man schweizweit eine maximal nutzbare Globalstrahlung von 800 W/m2 – örtlich sind auch bis 30 Prozent mehr möglich – dann ergibt sich bei 11 GW installierter Leistung aus Photovoltaikanlagen eine Maximalleistung von 8.8 GW Einspeisung. Die minimale durchschnittliche Strahlung am Mittag betrage 100 W/m2, was einer Minimalleistung von 1.1 GW entspricht. Windenergie erzeugt gemäss Energiestrategie 2050 jährlich 4 TWh, was bei einer Volllaststundenzahl von 1400 einer installierten Leistung von 2.9 GW entspricht. Es kann davon ausgegangen werden, dass die maximale Windleistung nicht gleichzeitig mit der maximalen Photovoltaikleistung auftreten wird. Deshalb wird ein Leistungsband von 0.0–1.0 GW unterstellt. Bei Geothermie und Biomasse wird Bandenergie übers Sommerhalbjahr unterstellt, was einer Leistung von 0.9 GW entspricht. Gemäss BFE liegt die heutige Maximallast zur Mittagszeit im Juli bei 8.5 GW, die minimale werktags bei 7.8 GW. Unterstellt man eine analoge Reduktion der Last wie beim Energieverbrauch, das heisst 15 Prozent, dann wird die Last zur Mittagszeit an Werktagen im Jahr 2050 zwischen 6.7 GW und 7.3 GW liegen. Damit ergibt sich eine resultie-

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rende Leistungsbandbreite von -2.7 GW bis 8.2 GW (siehe Tabelle 6). Wie gezeigt wurde, steht dem mindestens eine Pumpenleistung von 3.6 GW gegenüber. Damit fehlen nach Realisierung der jetzt im Bau befindlichen Pumpspeicherkapazitäten für die maximale Einspeisung immer noch 3.7 GW werktags bis 4.6 GW sonntags. In den Energieperspektiven 2050 werden die Projekte Lago Bianco und Grimsel 3 ebenfalls als realisiert in die Rechnung aufgenommen, sodass sich in diesem Fall die Überschusseinspeisung um total 5.3 GW auf 2.0–2.9 GW reduziert. Ein Nettoausbau der Laufwasserkraft würde die Überschussleistung zusätzlich steigern. 3.4.3 Fazit Der Tag/Nacht-Effekt ist mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. Er wird das Stromsystem im Sommer aber zeitweise stark belasten. Bereits eine einzelne sehr strahlungsreiche Woche führt zu einem Engpass in den Oberbecken. Diese können erst wieder mit unterdurchschnittlichen Strahlungswerten auf durchschnittliche Niveaus gebracht werden. Gleichzeitig kann in den Mittagsstunden die Überschussenergie nicht aufgenommen werden, da auch nach Ausbau der Pumpspeicherprojekte zu wenig Leistung vorhanden ist. 3.5. Minuten-Effekt Beim Minuten-Effekt geht es um Abweichungen gegenüber dem beim Netzbetreiber eingereichten Fahrplan zur Stromeinspeisung, also Änderungen gegenüber der am Vortag erwarteten Produktion aus Photovoltaik und Wind aufgrund von 1) nicht vorhergesehenen Wetterwechseln oder 2) aufgrund von kurzfristigen regionalen und lokalen Wetterereignissen, beispielsweise Gewittern mit Böen und verdecktem Himmel. Beide Fälle können auf den Tag-/ Nacht-Effekt zurückgeführt werden, wobei sich die Frage stellt, ob a) genügend Wasser in den Oberbecken vorhanden ist, um den Ausfall aufgrund von schweizweit erwarteten Produktionsausfällen decken zu können oder b) genügend Wasser in den Unterbecken ist, um den Überschuss aufgrund von schweizweit erwarteten Produktionsüberschüssen hochpumpen zu können. 4.

Schlussfolgerungen und Ausblick

4.1. Schlussfolgerungen Die Analyse der verschiedenen Effekte zeigt, dass der saisonale Effekt für Speicherkraftwerke und der Tag/Nacht-Ef-

fekt für Pumpspeicherkraftwerke bei der Umsetzung der Energiestrategie 2050 zu technischen Herausforderungen führen werden. In beiden Fällen kann das Jahr 2050 als Referenzjahr gewählt werden; beim saisonalen Effekt, weil das Jahr 2035 realistischerweise nicht alleine durch Ausbau der Speicherkraftwerke bewältigt werden kann und beim Tag/Nacht-Effekt, weil die Produktion von Strom aus Photovoltaik und Wind noch zu gering sein wird, um das System ernsthaft zu belasten. Beim saisonalen Effekt sind 3 TWh zusätzlicher Speicher notwendig, was technisch machbar ist. Beim Tag/NachtEffekt werden in einer Woche netto bis 370 GWh an Überschussstrom produziert werden. Die heutigen Speichervolumina der Oberbecken vermögen eine solche strahlungsreiche Woche nicht zu bewältigen. Hier müsste eine Kombination von Ausbauten der Unter- und Oberbecken anvisiert werden, je nachdem, welche Becken limitierend sind. Längere Schlechtwetterperioden dürften hingegen kein Problem sein, da der Nachfrageüberschuss im Vergleich zum Produktionsüberschuss gering ist und höhere Mengen an Strom aus Laufwasser produziert werden. Bei der Leistung zeigt sich, dass selbst mit den heute im Bau stehenden und konkret geplanten Pumpspeicherkraftwerken in den Sommermittagsstunden bis 2.9 GW fehlen, um den Überschuss nutzen zu können. Da die Unsicherheiten beim Tag/Nacht-Effekt gross sind, bleiben zusätzliche Investitionen weiterhin stark risikobehaftet.

einem Rückgang des Stromverbrauchs ausgeht. Viele Nachfrageszenarien unterstellen allerdings weiterhin einem substanziellen Wachstum (VSE, 2012; Kehlhofer et. al, 2014). Dies hat zur Konsequenz, dass sich der saisonale Effekt deutlich akzentuiert, während sich der Tag/NachtEffekt im Sommer bei Überschusssituationen leistungs- und energieseitig abschwächen wird. Noch problematischer als die steigende Stromnachfrage dürfte die in zahlreichen Publikationen unterstellte steigende Last sein (Kehlhofer et. al, 2014). Dann wird sich die Sicherung der Winterversorgung nochmals verschärfen, da der hohen Last eine geringe Leistungsverfügbarkeit aus Photovoltaik und Laufwasser gegenübersteht. Danksagung Der Autor dankt für die kritische Durchsicht des Manuskripts namentlich: Roger Pfammatter, Geschäftsführer SWV, sowie Peter Quadri von der Geschäftsstelle swisselectric. Literatur BFE, 2012: Wasserkraftpotenzial der Schweiz: Abschätzung des Ausbaupotenzials der Wasserkraftnutzung im Rahmen der Energiestrategie 2050. Bern. BFE, 2014a: Statistik der Wasserkraftanlagen 2014. Bern. BFE, 2014b: Stand der Wasserkraftnutzung in der Schweiz am 1. Januar 2014. Bern. Electrowatt-Ekono, 2004: Ausbaupotenzial der Wasserkraft. Zürich. R. Kehlhofer, D. Orzan, C. Russi: La sécurité de

4.2. Ausblick Alle Überlegungen wurden mit Systemgrenze Schweiz gemacht. Im Sommer dürfte der Überschuss in den Mittagsstunden in Deutschland und anderen europäischen Ländern erheblich sein. Von diesem Überschuss kann die Schweiz allerdings nicht profitieren, da sie ihre eigenen Überkapazitäten bewirtschaften muss. An Tagen mit Nachfrageüberschüssen wird sie ebenfalls kaum auf das Ausland zurückgreifen, da sie Energie aus den gefüllten Oberbecken wird nutzen müssen. Speicher- und Pumpspeicherausbauten können für die Versorgung im Jahr 2050 einen wichtigen Beitrag leisten, technisch vermutlich sogar den ganzen. Der wirtschaftliche Betrieb ist aber mit heutigem Marktdesign mit grossen Unsicherheiten verbunden, was die Investitionsbereitschaft weiter hemmen wird. Bei den Abschätzungen wurde angenommen, dass die Nachfrage dem Szenario «Neue Energiepolitik» folgt, das von

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l’approvisionnement en électricité en Suisse est-elle en danger?, in «VSE Bulletin» 08/2014. Pfammatter R., 2012: Ausbaupotenzial Wasserkraft im Alpenraum; SAB-Tagung «Energiewende – Chance für Berggebiete». R. Pfammatter, M. Piot, 2014: Situation und Perspektiven der Schweizer Wasserkraft, in «Wasser Energie Luft», 106. Jahrgang, Heft 1/2014. Prognos, 2012: Die Energieperspektiven für die Schweiz bis 2050. Energienachfrage und Elektrizitätsangebot in der Schweiz 2000–2050. Basel. A. Schleiss, 2012: Talsperrenerhöhungen in der Schweiz: energiewirtschaftliche Bedeutung und Randbedingungen, in «Wasser Energie Luft», 104. Jahrgang, Heft 3/2012. Umweltdepartement, 2014: Entwicklungskonzept Sihlsee (EKS), Bericht. Schwyz. VSE, 2012: Wege in die neue Stromzukunft, Baden. Anschrift des Verfassers Michel Piot, Geschäftsstelle swisselectric, Bern, michel.piot@swisselectric.ch

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Pumpspeicherkraftwerk Lagobianco Hydraulische Auslegung

Martin Wickenhäuser, Fadi Hachem, Juliano Ribero, Luciano Lardi

Zusammenfassung Die Repower AG plant im Südosten der Schweiz das Pumpspeicherkraftwerk (PSKW) Lagobianco zwischen den beiden bestehenden Seen Lago Bianco und Lago di Poschiavo. Mit einer Bruttofallhöhe von etwa 1250 m, einem Turbinendurchfluss von 95 m3/s bzw. Pumpendurchfluss von 74 m3/s und damit einer installierten Gesamtleistung von 1050 MW stellt das Projekt in mehrfacher Hinsicht aussergewöhnliche technische Herausforderungen an die Planung. Im vorliegenden Beitrag werden für die hydraulischen Hauptelemente des PSKW Lagobianco die angewandten Kriterien für die hydraulische Auslegung und Bemessung beschrieben. Zudem wird auf die orts- und projektbedingten Besonderheiten eingegangen.

1. Einleitung Das PSKW Lagobianco nutzt das Gefälle zwischen den zwei vorhandenen Seen, dem Lago Bianco auf dem Berninapass und dem Lago di Poschiavo im Talboden. Der Lago Bianco, derzeit bereits durch zwei Staumauern abgeschlossen, soll der Anlage als Oberbecken dienen; nach Erhöhung des Stauspiegels um 4.35 m beträgt der maximale Betriebsspiegel neu 2239.00 m ü.M., das Senkziel verbleibt wie bisher bei 2207.00 m ü.M. Das Unterbecken bildet der Lago di Poschiavo, der zwischen 961.50 m ü.M. und 954.00 m ü.M. bewirtschaftet werden soll. Die hydraulischen Hauptelemente des PSKW Lagobianco sind in Bild 1 dargestellt. Sie umfassen, neben dem oberen und unteren Speicher, als wesentli-

che Komponenten oberwasserseitig das Ein- und Auslaufbauwerk im Lago Bianco, einen etwa 18.1 km langen Druckstollen, ein oberwasserseitiges Wasserschloss, einen ca. 2.4 km langen, geneigten und gepanzerten Druckschacht sowie die Verteilrohrleitungen zu den 6 Maschinensätzen in der Kavernenzentrale; unterwasserseitig die Verteilrohrleitungen, das in Halbwerke aufgeteilte Unterwassersystem (UW-System) mit zwei UW-Stollen und entsprechenden Wasserschlössern sowie zwei Ein- und Auslaufbauwerke am Lago di Poschiavo. Die Zentrale ist als Kavernenkraftwerk mit Maschinen- und Transformatorenkaverne sowie verschiedenen Zufahrts- und Zugangsstollen vorgesehen. Mit einem Turbinendurchfluss von QT,max = 95 m3/s (6 × 15.8 m3/s) bzw.

Bild 1. Die hydraulischen Hauptelemente des PSKW Lagobianco. 266

einem Pumpendurchfluss von QP,max = 74 m3/s (6 × 12.3 m3/s) und einer Bruttofallhöhe von etwa 1250 m beträgt die installierte Gesamtleistung 1050 MW. Zusätzlich wird Wasser bei den zwei neu geplanten Wasserfassungen Palü und Cancian gefasst und über einen Vertikalschacht (Innendurchmesser 1.5 m) bzw. über eine Grossschrägbohrung in den Druckstollen eingeleitet. Hintergrund des PSKW Lagobianco und weiterführende technische Angaben sind in Peyer et al. (2013) und Hachem und Wickenhäuser (2013) beschrieben. Nachfolgend werden die hydraulischen Hauptelemente des PSKW Lagobianco generell beschrieben. Für jedes Hauptelement werden die jeweils zu berücksichtigenden Randbedingungen aufgeführt, die angewandten Entwurfskriterien und weitere relevante Aspekte beschrieben sowie orts- und projektbedingte Besonderheiten kommentiert. Auf spezielle Eigenheiten der verschiedenen Bauwerke wird ebenfalls eingegangen. 2.

Betrachtete Hauptelemente des geplanten PSKW

2.1

Ein- und Auslaufbauwerk Lago Bianco Das Ein- und Auslaufbauwerk Lago Bianco (EAB LB) befindet sich im Nordteil des Lago Bianco unweit des CambrenaDeltas und schliesst über einen Zulaufkanal an den tiefsten Teil des Sees an. Die Wahl der Lage des EAB LB wird einerseits durch die erforderliche Tiefe (kein Lufteinzug bei Betrieb mit tiefem Seestand), andererseits durch den Verlauf des Felsuntergrundes (problemlose Fundationsverhältnisse) sowie durch die angestrebte Nähe zum Zugangsstollen beim Cambrena-Delta bestimmt. Das EAB LB dient im Turbinenbetrieb als Einlaufbauwerk und im Pumpbetrieb als Auslaufbauwerk des Triebwassersystems und wurde für beide hydraulischen Betriebsarten entworfen und optimiert, denn die Bemessung eines

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Ein- und Auslaufbauwerks unterscheidet sich grundlegend von der eines einfachen Einlauf- oder Auslaufbauwerks. Für den Entwurf des Ein- und Auslaufbauwerks sind im Wesentlichen massgebend: • die Lage und Ausrichtung des EAB im See, • die Strömungsgeschwindigkeit im Zuund Ausströmungskanal (kein Feinmaterialeintrag), • die Überdeckungshöhe (kein Lufteintrag), • die Strömungsgeschwindigkeit in der Rechenebene (Minimierung der Druckverluste), • optimale hydraulische Bauwerksgeometrie mit homogen über den Querschnitt verteilten Zu- und Ausströmungsverhältnissen (Minimierung der Druckverluste). Die grossräumigen Strömungsverhältnisse im Lago Bianco wurden, in Abhängigkeit der Lage wie auch der Ausrichtung des Bauwerks, in einem numerischen 3D-Programm (Flow 3D) modelliert. Der kritische Lastfall ist dabei der minimale Seestand, da sich hier die Bathymetrie am stärksten auf die Strömungsprozesse auswirkt. Die übergeordneten Anforderungen sind dabei: a) symmetrische Zu- und Abströmungsverhältnisse, b) geringe hydrodynamische Beanspruchung des Seebodens und der Uferzonen im Pumpbetrieb und c) stabile Strömungsverhältnisse über die Zeit. Die Ergebnisse der Simulation zeigen die zeitliche Entwicklung der lokalen und grossräumigen Strömungsverhältnisse. Bild 4 zeigt beispielhaft die absoluten Strömungsgeschwindigkeiten rund zwei Stunden nach Pumpenstart für zwei unterschiedliche Ausrichtungen der Achse des EAB LB. Die maximalen grossräumigen Wassergeschwindigkeiten, insbesondere in den Uferbereichen, liegen bei optimaler Position und Ausrichtung in der Grössenordnung von 0.3 m/s. Dadurch bleibt die hydrodynamische Belastung auf die Uferbereiche gering. Ebenso zeigt sich eine stabile, symmetrische Zuströmung im Zulaufkanal im Turbinenbetrieb. Die Geschwindigkeiten im Zulaufkanal sind gering und liegen in der Grössenordnung von 0.25 m/s. Im Gegensatz zu Wasserfassungen mit reinem Turbinenbetrieb wirkt das Bauwerk im Pumpbetrieb hydraulisch wie ein Diffusor. Der Entwurf hat dabei zum Ziel, Strömungsinstabilität im Bauwerk, d.h. Zonen mit Ablösungen oder Rückströmungen, zu vermeiden.

Die geometrischen Hauptparameter sind der Öffnungswinkel 2θ, die Bauwerkslänge sowie die Öffnungshöhen am Anfang und am Ende des Verzugs. Dabei gibt der Kennwert der Druckrückgewinnung KD die Wirksamkeit des Diffusors an. Das genaue Vorgehen der Entwicklung der Bauwerksgeometrie ist in Renau et al. (1967), Deniz et al. (1990) und Blevins (1984) dargestellt.

Zudem muss eine minimale Überdeckungshöhe gewährleistet werden, um lufteinziehende Einlaufwirbel zu vermeiden. Die minimale Überdeckungshöhe, z.B. nach Hecker (1987), wird dabei entlang des Einlaufbauwerks für diskrete Querschnitte in Längsrichtung der Fassung nachgewiesen. Die maximalen Geschwindigkeiten treten in der Rechenebene mit v=1.0 m/s auf. Dies führt zu

Bild 2. Längsschnitt des Ein- und Auslaufbauwerks Lago Bianco.

Bild 3. Situation des Ein- und Auslaufbauwerks Lago Bianco.

Bild 4. Numerische Simulation (FLOW 3D) der Strömungsverhältnisse beim EAB LB im Pumpenbetrieb (angegebene Geschwindigkeiten in m/s) in Abhängigkeit der Ausrichtung des Bauwerks.

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sehr geringen Einlauf-Froudezahlen von weniger als Fr=0.15. Gemäss Möller (2013) ist die Auftretenswahrscheinlichkeit von lufteinziehenden Wirbeln bei diesen tiefen Einlauf-Froudezahlen äusserst gering. Schliesslich wirkt sich die günstige Disposition des symmetrischen Zulaufkanals bei niedrigem Seespiegel positiv aus. 2.2

Das OberwasserTriebwassersystem

2.2.1 Durchmesseroptimierung des OW-Triebwasserwegs Hauptaufgabe der Optimierung der Gesamtanlage ist die Durchmesseroptimierung des gesamten Triebwasserwegs. Die Optimierung erfolgt dabei am Gesamtsystem mit dem Ziel a) der Bestimmung der optimalen installierten Gesamtleistung und der optimalen Druckstollen- und Druckschachtdurchmesser unter Berücksichtigung der Investitionskosten und b) der Bestimmung der günstigsten horizontalen und vertikalen Linienführung des Druckschachts unter Berücksichtigung der geologischen Verhältnisse und des Ausführungs- und Zugangskonzeptes. Dazu wurden zunächst auf der gesamten Länge konstante Innendurchmesser für den Druckstollen (unter Betrachtung verschiedener Ausbauarten und damit Reibungskoeffizienten) und den Druckschacht angenommen. Die optimalen Innendurchmesser ergaben sich beim betonausgekleideten Druckstollen zu D = 6.3 m und für den stahlgepanzerten Druckschacht zu D = 4.0 m. Im Anschluss wurde eine optimierte Durchmesserabstufung des Druckstollens und des Druckschachts hinsichtlich bautechnischer Aspekte und Baukosten durchgeführt. Dies führte beim Druckstollen zu einem Innendurchmesser von D = 6.4 m und beim Druckschacht zu einer schrittweisen Durchmesserabstufung von oben nach unten von 4.2 bis 3.8 m. Die max. Wassergeschwindigkeit beträgt ca. 3.0 m/s im Druckstollen, zwischen 6.9 und 8.0 m/s im Druckschacht und 8.0 m/s in der Oberwasser-Verteilrohrleitung (OW-Verteilrohrleitung) bei maximaler Turbinenleistung, bzw. 2.3 m/s im Druckstollen, zwischen 5.3 und 6.5 m/s im Druckschacht und 6.5 m/s bei maximaler Pumpenleistung in der OW-Verteilrohrleitung. Der Gesamtdruckverlust beträgt dabei 3.7% (46.6 m) der Auslegungsbruttofallhöhe von 1260 m Wassersäule (m WS) bzw. 2.4% (30.5 m) der Auslegungsbruttoförderhöhe von 1269 m WS. Der mittlere Zykluswirkungsgrad der Anlage (BFE, 2008) über eine Jahres268

produktion liegt zwischen 75% und 79% unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Triebwasserwege, aller elektrotechnischer Komponenten sowie der Eigenbedarfsversorgung. 2.2.2 Bemessungslastfälle und verwendete Software Grundlage der statischen Bemessung der Wasserwege hinsichtlich maximalem und minimalem Innendruck ist die Erarbeitung der der massgebenden hydrostatischen und dynamischen Betriebslastfälle (Transienten). Diese umfassen den stationären und instationären Turbinen- und Pumpenbetrieb, insbesondere kombinierte Lastfälle (Betriebswechsel). Zudem müssen die Aussendruckverhältnisse, hervorgerufen durch den Bergwasserspiegel, mitberücksichtigt werden. Die Lastfälle werden eingestuft in ordentliche, ausserordentliche und extreme Lastfälle. Dabei wird der zeitliche Verlauf der dynamischen Druckverhältnisse im gesamten Wasserweg betrachtet. Die Berechnungen wurden mit folgenden Stellzeiten, unter Berücksichtigung eines hydraulischen Wandlers, durchgeführt: • Turbinendüsen Öffnungszeit 20 s (linear) • Turbinendüsen Schliesszeit (Schnellschluss) 20 s (linear) • Pumpenkugelschieber Öffnungszeit 20 s (linear) • Pumpenkugelschieber Schliesszeit 20 s (linear) und 25 s (gestuft) • Volllast Turbinenbetrieb bis Volllast Pumpenbetrieb 50 s (linear) • Volllast Pumpenbetrieb bis Volllast Turbinenbetrieb 45 s (gestuft)

Die Berechnungen der Transienten des OW-Systems wurden mit der Software Hytran V3.7.6 (http://www.hytran.net/) und SIMSEN (http://www.simsen.epfl. ch), die des UW-Systems mit der Software SUDUE (Eigenentwicklung von Lahmeyer International) durchgeführt. Im Rahmen der Erarbeitung des Bauprojekts wurde ein «Technischer Dialog» mit Herstellern von hydraulischen Maschinen geführt. Das Ziel dieses Technischen Dialogs bestand darin, relevante Aspekte mit massgeblichem Einfluss auf den Gesamtentwurf im Vorfeld aufzuzeigen, abzustimmen und deren Anwendung im Entwurf der Anlage zu klären. Unter anderem sollte abgeklärt werden, ob hinsichtlich der Auslegung der Wasserschlösser und hinsichtlich der dynamischen Druckverhältnisse grundlegende Probleme erkannt werden. Dabei wurden sowohl die Transientenrechnungen des OW- als auch des UW-Triebwassersystems mit Vergleichsrechnungen plausibilisiert. 2.2.3 Vertikale Linienführung des Druckstollens Hinsichtlich der Wahl der vertikalen Linienführung kommt, neben den Aspekten Geologie, Entwässerungskonzept, Höhenlage der Zugangsstollen oder Bauausführung, den transienten Verhältnissen eine besondere Bedeutung zu. Massgebende Parameter sind dabei: a) der Durchmesser des vertikalen Verbindungsschachtes des Druckstollen-Wasserschlosses und dessen Drossel bei der Abzweigung, b) der Durchmesser des vertikalen Fallschachtes beziehungsweise der Schräggrossbohrung der Zwischenwasserfassungen Palü und Cancian, c) die Länge und der Durchmesser der horizontalen Verbin-

Bild 5. Minimaler Druckverlauf im Druckstollen bei Lastfall LP 5.1 Lastabwurf aus Volllast Pumpenbetrieb bei Senkziel LB (ordentlicher Lastfall) und LK 5.1 Anfahren auf Volllast Pumpenbetrieb mit Betriebswechsel auf Volllast Turbinenbetrieb zum ungünstigsten Zeitpunkt bei Senkziel LB (ausserordentlicher Lastfall). «Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

dungsstollen zwischen Druckstollen und den Verbindungen der Zwischenfassungen und schliesslich d) die minimal und maximal zulässigen dynamischen Druckverhältnisse im Druckstollen. Etwaige, über die Zwischenfassungen Palü und Cancian eingetragene Luft wird in den horizontalen Verbindungsstollen durch bauliche Entlüftungseinrichtungen (Wickenhäuser und Minor, 2008) aufgefangen und ausgetragen, bevor sie in den Druckstollen gelangt. 2.2.4 Druckverlauf im Druckstollen Seitens Planer und Bauherr wurde gemeinsam entschieden, dass der Druck bei ordentlichen Lastfällen nicht unter 10 m WS bzw. nicht unter 0 m WS bei ausserordentlichen Fällen sinken darf. Zudem darf

es zu keinem Auslaufen bzw. Überlaufen der Verbindungen der Wasserfassungen kommen. Der minimale, dynamische Druckverlauf im Druckstollen ist beispielhaft für den Lastfall «Lastabwurf aus Volllast Pumpenbetrieb» sowie «Anfahren auf Volllast Pumpenbetrieb mit Betriebswechsel auf Volllast Turbinenbetrieb zum ungünstigsten Zeitpunkt bei Senkziel LB» in Bild 5 dargestellt. Im Nahbereich des EAB LB kann der definierte Minimaldruck aufgrund der Höhenlage des EAB LB nicht für alle ordentlichen Lastfälle eingehalten werden. Aufgrund der geringen Eintrittswahrscheinlichkeit der Lastfälle bei minimalem Seespiegel wird hier ein minimaler Druck von 7–5 m WS akzeptiert. Der maximale Druckverlauf im Druckstol-

Bild 6. Maximaler Druckverlauf im Druckstollen bei Lastfall LP 5.2 Lastabwurf aus Volllast Pumpenbetrieb bei Stauziel LB (Ordentlicher Lastfall) und LK 9.2. Betriebswechsel auf Volllast Pumpenbetrieb mit Lastabwurf bei Stauziel LB (Ausserordentlicher Lastfall).

Bild 7. Hochfrequente Druckschwankungen sowie quasistationäre Druckschwankungen im Druckstollen am Anschluss zur Wasserfassung Cancian für Lastfall LK 9.2. (Betriebswechsel auf Volllast Pumpenbetrieb mit anschliessendem Lastabwurf bei Stauziel LB, ausserordentlicher Lastfall). «Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

len für die Lastfälle «Lastabwurf aus Volllast Pumpenbetrieb bei Stauziel LB» und «Anfahren auf Volllast Turbinenbetrieb mit Betriebswechsel auf Volllast Pumpenbetrieb mit Lastabwurf bei Stauziel LB» ist in Bild 6 dargestellt. Bei einem linearen Schliessgesetz der Pumpenkugelschieber von 20 s (theoretisches Schliessgesetz) sind die Lastfälle mit Lastabwurf der Pumpen massgebend für den maximalen Druckanstieg im Druckschacht und Druckstollen. Deutlich wird der massgebende Einfluss des Schliessgesetzes der Pumpenkugelschieber auf den dynamischen Druck beim Vergleich der roten Kurve mit einer Schliesszeit von 20 s linear und der blauen Kurve mit einer gestuften Schliesszeit in 25 s. Zudem zeigt sich der deutliche Einfluss der Zwischenfassungen. Diese wirken hydraulisch als Zwischenwasserschlösser, bei denen ein Teil der Druckwelle reflektiert wird. Bei den dynamischen Drücken muss zwischen den hochfrequenten und den niederfrequenten Druckschwankungen unterschieden werden. In Bild 7 sind die hochfrequenten Druckschwankungen sowie die quasistationären Druckschwankungen im Druckstollen am Anschluss des Verbindungsstollens zur Wasserfassung Cancian über die Zeit, beispielhaft für einen ausserordentlichen Lastfall, aufgezeigt. 2.2.5 Druckschacht und OWVerteilrohrleitung Der maximale dynamische Innendruck ist neben dem Aussenwasserdruck massgebend für die Bemessung der Druckschachtpanzerung. Daher kommt den Berechnungsannahmen wie Stellzeiten, Maschinencharakteristika, Kennlinien der Kugelschieber usw. eine besondere Bedeutung zu. Bild 8 zeigt den Druckverlauf im Druckschacht in Abhängigkeit des Schliessgesetzes der Pumpenkugelschieber für die massgebenden Lastfälle «Lastabwurf aus Volllast Pumpenbetrieb bei Stauziel LB» und «Betriebswechsel auf Volllast Pumpenbetrieb mit Lastabwurf bei Stauziel LB». Der dynamische Druckanstieg ergibt sich zu 18% bezogen auf den maximalen Ruhedruck (oder «statischer Druck»). Im Rahmen des Ausführungsprojekts werden die definitiven Stellzeiten, Maschinencharakteristika und Kennlinien der Pumpenkugelschieber aufeinander abgestimmt und optimiert. Dabei wird davon ausgegangen, dass der dynamische Druckanstieg für alle Lastfälle auf rund 15% begrenzt werden kann. 269

Bild 8. Druckverlauf im Druckschacht in Abhängigkeit des Schliessgesetzes der Pumpenkugelschieber für die massgebenden Lastfälle «LP 5.2 Lastabwurf aus Volllast Pumpenbetrieb bei Stauziel LB» (ordentlicher Lastfall) und «LK 9.2 Betriebswechsel auf Volllast Pumpenbetrieb mit Lastabwurf bei Stauziel LB» (ausserordentlicher Lastfall).

Bei Schaltvorgängen wandern die erzeugten Druckwellen vom Druckschacht bis zum Wasserschloss, wo ein Grossteil der Wellen in den Druckschacht reflektiert wird, während ein Teil sich in den Druckstollen fortpflanzt.

2.3.2 Thoma-Kriterium und Wasserschloss-Querschnitt Gemäss D. Thoma (1910) gilt das Stabilitätskriterium in Form einer minimalen freien horizontalen Oberfläche, um eine positive Dämpfung von Spiegelschwankungen sicherzustellen, die bei der Maschinenregelung entsteht. Die Einhaltung der Thoma-Fläche alleine garantiert jedoch noch nicht, dass das System in allen Fällen stabil ist. Gemäss Evangelisti (1951) ist bei einem Längenverhältnis von Druckstollen zu Druckschacht von weniger als 9:1 eine Korrektur notwendig. Dabei fordert das Stabilitätskriterium gemäss Jaeger (1985, 1960) eine um 50% grössere minimale freie Oberfläche. Im Fall Lagobianco ist das Längenverhältnis 7.5:1, und die Korrektur nach Jäger (1958) wird angewendet.

2.3.1 Geometrie Im Variantenstudium wurden die verschiedenen Wasserschlosskonzepte hinsichtlich ihrer technischen Ausführbarkeit evaluiert. Für die jeweiligen Konzepte wurden unter Berücksichtigung der massgebenden Lastfälle die minimalen Abmessungen ermittelt und hinsichtlich folgender Aspekte verglichen: a) optimale hydraulische Funktion innerhalb des gesamten Wasserwegesystems; b) Ausführbarkeit und geringes Ausführungsrisiko; c) minimale Baukosten und Bauzeit sowie d) geringer betrieblicher Wartungsaufwand. Aufgrund der unmöglichen Zugänglichkeit von aussen zum Wasserschlosskopf fiel

2.3.3 Maximaler und minimaler Wasserspiegel und Dämpfung des Systems Für die hydraulische Auslegung des Wasserschlosses gelten folgende Entwurfskriterien: a) Die obere und die untere Wasserschlosskammer müssen oberhalb bzw. unterhalb des maximalen bzw. minimalen Wasserspiegels des Lago Bianco liegen. b) Der Wasserspiegel darf die maximal und minimal zulässigen Wasserspiegel im Wasserschloss nicht über- bzw. unterschreiten. c) Der Sicherheitszuschlag gegen Überlaufen bzw. Leerlaufen beträgt für ordentliche Lastfälle 10% des Arbeitsvolumens (Volumen zwischen den maxi-

Bild 9. 3D-Ansicht des OW-Wasserschlosses (blau), Druckstollens (grün), Druckschachtes (violett), Zugangsstollensystems (grau). Die Geometrie der 90°-Krümmer der Verteilrohrleitung entspricht dem Typ «Escher Wyss». Dieser zeichnet sich durch geringe Druckverluste aus. Neben den minimalen Druckverlusten handelt es sich bei der Geometrie um eine standardisierte Ausführung mit bekannten Spannungsverteilungen. Die Druckverluste der Krümmer wurden nach Dolder (1966) bzw. nach Gardel und Rechsteiner (1970) berechnet. 2.3 OW-Wasserschloss Das Wasserschloss hat im Wesentlichen die Aufgabe, den Druckschacht hydraulisch vom Druckstollen zu trennen. Dabei angestrebt werden die Begrenzung der kurzwelligen Druckschwankungen im Druckstollen, die Beschleunigung der Wassermassen (Verringerung der Zeitspanne für die Beschleunigung bzw. die Verzögerung der Wassersäule) und die Gewährleistung der Maschinenregelung (Stabilität im Regelkreis). 270

ein einfaches Konzept mit einer vertikalen Ausführung von oben mit dem Raise-Boring-Verfahren ausser Betracht, da dieses technisch sehr aufwendig ist (zusätzlicher Zugangsstollen zum Schachtkopf nötig). Das Wasserschloss ist als 2-Kammer-Wasserschloss konzipiert, bei dem der jeweilige Schwallraum im Bereich des höchsten bzw. niedrigsten Wasserspiegels konzentriert ist (siehe Bild 9). Die untere Schwallkammer ist mit dem Druckstollen über einen Vertikalschacht mit einem Innendurchmesser von 4.5 m verbunden. Die untere und die obere Schwallkammer sind durch einen Verbindungsstollen (mit variablem Querschnitt) verbunden. Die Neigung des Verbindungsstollens ist mit 15% konstant. Am oberen Ende der oberen Schwallkammer schliesst der Be- und Entlüftungsstollen an, der ins Freie reicht. Dieser stellt den notwendigen Luftaustausch sicher, der bei den Wasserspiegelschwankungen entsteht.

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malen Wasserspiegellagen eines Lastfalls) und für ausserordentliche Lastfälle 5% des Arbeitsvolumens. d) Die Amplitude der Spiegelschwankungen soll ohne Eingreifen der Regler um mindestens 30% (Dämpfung) in jeder Periode abnehmen. 2.3.4 Berechnungsergebnisse Für die Bemessung des OW-Wasserschlosses sind die kombinierten Lastfälle mit Betriebswechsel bei maximalem bzw.

minimalem Seespiegel im Lago Bianco massgebend, da sich die Wasserspiegelschwankungen im Wasserschloss, erzeugt durch die beiden Schaltvorgänge, überlagern. Die genauen Schliesszeiten sind dabei von geringer Bedeutung. Der maximale Aufschwung erfolgt beim Betriebswechsel von Volllast Turbinenbetrieb auf Volllast Pumpenbetrieb bei Stauziel LB (Bild 10), der maximale Abschwung beim Betriebswechsel von Volllast Pumpenbe-

Bild 10. Maximaler Aufschwung im Oberwasserschloss bei Lastfall LK 9.1: Anfahren auf Volllast Turbinenbetrieb mit Betriebswechsel auf Volllast Pumpenbetrieb bei Stauziel LB (ausserordentlicher Lastfall).

Bild 11. Maximaler Abschwung im Oberwasserschloss im Lastfall LK 5.1: Anfahren auf Volllast Pumpenbetrieb mit Betriebswechsel auf Volllast Turbinenbetrieb bei Senkziel LB (ausserordentlicher Lastfall).

Bild 12. 3D-Ansicht des UW-Triebwasserwegs (in Blau). «Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

trieb auf Volllast Turbinenbetrieb bei Senkziel LB (Bild 11). 2.4

Unterwassersystem und Unterwasserwasserschloss Die UW-Triebwasserwege (Bild 12) umfassen für jedes der beiden Halbwerke (je 3 Maschinensätze) Kanäle, Kammern und Stollen zur Durchleitung des Triebwassers zwischen der Maschinenkaverne und den beiden Ein-/Auslaufbauwerken am Lago di Poschiavo. Die Gesamtlänge des UW-Stollens (rund 600 m), die Seespiegelschwankungen im unteren Speicherbecken Lago di Poschiavo von bis zu 7.5 m sowie die schnellen Umschaltvorgänge machen ein Wasserschloss notwendig. Dabei sind die Einbautiefe der Pumpe (Saughöhe) und die Höhenlage der Turbinenachse (Freihangmass) für die Auslegung des UW-Wasserschlosses massgebend. Sie müssen so bemessen sein, dass für alle relevanten Betriebszustände die trägheitsbedingten Wasserspiegelschwankungen innerhalb der betriebstechnisch zulässigen Grenzen verlaufen. Der derzeitige Planungsstand sieht ein Freihangmass von 2.60 m für die höchsten Wasserspiegellagen der ordentlichen Lastfälle vor. Bei kurzzeitig auftretenden, extremen Wasserspiegellagen (ausserordentliche Lastfälle) wird dabei ein geringeres Freihangmass akzeptiert. Dementsprechend erfolgt die Dimensionierung des Wasserschlosses unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und konstruktiver Zwangspunkte nach den extremen Wasserspiegellagen, d.h. dem höchstmöglichen Aufschwung und dem tiefstmöglichen Abschwung. Zur Begrenzung der extremen Wasserspiegellagen in den UW-Wasserschlössern wurde ein Innendurchmesser der UW-Stollen von 7.50 m vorgesehen. Dabei beträgt die Wassergeschwindigkeit bei Ausbauturbinenleistung 1.1 m/s. 2.4.1 Turbinenablaufkanal und Transversalkammern Auf der Unterwasserseite jedes in der Maschinenkaverne installierten Maschinensatzes ist ein Turbinenablaufkanal vorgesehen. Jeweils drei Turbinenablaufkanäle münden in eine der beiden Transversalkammern. Beide Transversalkammern führen am unterwasserseitigen Ende über eine Verzugsstrecke und einen Vertikalschacht zu den UW-Stollen und den Pumpenzulaufsystemen. Der Turbinenablaufkanal dient dazu, das von der Peltonturbine kommende Triebwasser im Freispiegelab271

Bild 13. Wasserspiegellagenverlauf und Durchflussganglinien im UW-Wasserschloss (Halbwerk 2). Maximaler Aufschwung im Lastfall LK 4.1 Betriebswechsel: Volllast Pumpenbetrieb auf Volllast Turbinenbetrieb bei Hmin/Stauziel im LdP (ordentlicher Lastfall).

Bild 14. Wasserspiegellagenverlauf und Durchflussganglinien UW-Wasserschloss für den Lastfall LK 1.2 Betriebswechsel Volllast Turbinenbetrieb auf Volllast Pumpenbetrieb bei Stauziel LB (ordentlicher Lastfall). fluss in die Transversalkammer überzuleiten. Zur Sicherstellung eines effektiven Luftaustragungsprozesses innerhalb des Turbinenablaufkanals ist eine Stabilisierung des auftretenden Wechselsprungs bei tiefen Wasserspiegellagen notwendig. Die Luftaustragungsberechnungen wurden gemäss dem von Arch (2008) vorgeschlagenen Bemessungsansatz durchgeführt; die bei dem vorgeschlagenen Ansatz resultierende Entgasungslänge wird unterstromseitig des Wechselsprungs angesetzt. Das Entwurfskriterium für die Entgasungslänge wurde so angesetzt, dass die Entgasung der ungelösten Luft innerhalb des Turbinenablaufkanals stattfindet. Mit ihren freien Oberflächen bilden die Transversalkammern gleichzeitig eine zusätzliche, rechnerisch nicht berücksichtigte Ausgasungsstrecke für das Triebwasser. Die freie Wasseroberfläche in den Turbinenablaufkanälen und Transversalkammern dient dabei als UW-Wasserschloss. 272

2.4.2 Berechnungsergebnisse Die kombinierten Lastfälle mit Betriebswechsel bei maximalem bzw. minimalem Seespiegel des Lago di Poschiavo (LdP) sind ebenfalls für die Bemessung des UWWasserschlosses massgebend. Der maximale Aufschwung erfolgt beim Betriebswechsel von Volllast Pumpenbetrieb auf Volllast Turbinenbetrieb bei Stauziel (LdP), der maximale Abschwung beim Betriebswechsel von Volllast Turbinenbetrieb auf Volllast Pumpenbetrieb bei Senkziel (LdP). Die maximalen Wasserspiegellagen garantieren die geforderte minimale Saughöhe der Pumpen von rund 27.0 m sowie das maximale Freihangmass von 2.60 m. Die Ergebnisse des minimalen Druckverlaufs in den UW-Stollen zeigen, dass keine Gefahr eines Lufteinzugs aus dem Schützenschacht in den UW-Stollen besteht. 2.5

Ein- und Auslaufbauwerke Lago di Poschiavo Die Ein- und Auslaufbauwerke am Lago

di Poschiavo dienen, je nach Betriebszustand, der Entnahme und der Rückgabe des Betriebswassers. Die Abmessungen der Bauwerke entsprechen den dafür massgebenden hydraulischen Voraussetzungen, werden jedoch in erster Linie durch die zur Verfügung stehenden Raumverhältnisse zwischen dem See und dem Bahntrassee der Rhätischen Bahn (RhB) sowie durch ökologische Gesichtspunkte begrenzt. Analog zum Entwurf der zwei UWStollen sind zwei Ein- und Auslaufbauwerke geplant. Jedes Bauwerk besteht im Wesentlichen aus dem Abflussquerschnitt (mit Anschluss an den UW-Stollen), einem Schützenschacht und einem seeseitigen Schwanenhals mit zwei Vertikalkrümmern und einem horizontal gerichteten Austrittsquerschnitt in Beton (siehe Bild 15). Die Fliessgeschwindigkeit im Rechenquerschnitt beträgt v = 1.1 m/s. Hauptgesichtspunkte der ökologischen Anforderungen sind die induzierten lokalen und grossräumigen Seeströmungen während des Turbinen- und Pumpbetriebs. Die induzierten Seeströmungen sowie deren Einfluss auf die Schichtung im LdP wurden mithilfe von CFD-Berechnungen simuliert (LCH-EPFL/IUB, 2012). Mithilfe der Simulationen wurde die Ausrichtung, die Höhenlage und die Austrittsgeschwindigkeit des Bauwerks so gewählt, dass die aus ökologischen Gesichtspunkten gesetzten Randbedingungen bezüglich der Schichtung im LdP eingehalten werden. 3. Fazit Beim PSKW Lagobianco handelt es sich um ein Bauvorhaben mit grosser Ausdehnung (Längenausdehnung ca. 25 km, Höhenunterschied von ca. 1250 m) und Dimensionen (Druckstollen L 18.1 km, D 6.4 m, Druckschacht L 2.4 km, D 4.2 m), welches in mehrfacher Hinsicht aussergewöhnliche technische Herausforderungen mit sich bringt. Im vorliegenden Artikel wird auf die hydraulische Auslegung der Hauptanlagen eingegangen, wobei die angewandten Kriterien und Randbedingungen sowie die verwendeten Werkzeuge beschrieben werden. Zudem wird darauf hingewiesen, dass ein «Technischer Dialog» mit Herstellern von hydraulischen Maschinen mit dem Ziel geführt wurde, relevante Aspekte mit massgeblichem Einfluss auf den Gesamtentwurf im Vorfeld aufzuzeigen, abzustimmen und deren Anwendung im Entwurf der Anlage zu klären. Die vielfachen, sich in hydrau-

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 15. Längsschnitt des Ein- und Auslaufbauwerks am Lago di Poschiavo. lischer Hinsicht stellenden, aussergewöhnlichen Herausforderungen konnten mithilfe theoretisch-analytischer und computergestützter Berechnungsmethoden zufriedenstellend behandelt werden. Die jeweiligen Bemessungskriterien wurden dabei im Vorfeld definiert. Die darauf basierende Dimensionierung und die Berechnung der verschiedenen Hauptanlageelemente konnten mit plausiblen Abmessungen nachgewiesen werden. Vor der Ausschreibungsphase der Bauarbeiten sind, zur definitiven Absicherung und weiteren Optimierung, zusätzliche hydraulische Modellversuche für die definitiven Abmessungen der sensibelsten Bauwerke vorgesehen.

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Schweissnahtprüfung beim Bau des KW Jungbach Praxiserfahrungen mit dem TOFD-Prüfverfahren beim Bau einer Hochdruckleitung aus Stahl mit geringem Durchmesser Andreas Panenka

Zusammenfassung Beim Bau des Wasserkraftwerks Jungbach der KW Jungbach AG kam für die zerstörungsfreie Prüfung der Baustellennähte das Verfahren nach der Beugungsauszeittechnik (TOFD) zum Einsatz. Für die zerstörungsfreie Prüfung der Schweissnähte waren ursprünglich Durchstrahlungsprüfungen vorgesehen. Durch die schwierige Erreichbarkeit des Projektgebiets wäre aber für den Transport der Strahlungsquelle nur der Helikopter in Frage gekommen, mit all den damit verbundenen Risiken und Kosten. Daher wurde das TOFD-Verfahren als gleichwertiger Ersatz für die Durchstrahlungsprüfungen evaluiert und zunächst auch eingesetzt. Nach kurzer Zeit musste der Einsatz aber wieder abgebrochen werden. Aus den Erfahrungen mit dem TOFDPrüfverfahren, die trotz des kurzen Einsatzes gesammelt werden konnten, werden Empfehlungen für einen erfolgreichen Einsatz auf der Baustelle formuliert. Bei Berücksichtigung der Empfehlung kann der Einsatz des TOFD-Systems durchaus eine Alternative zur Röntgenprüfung darstellen.

1. Das Kraftwerk Jungbach Das Kleinwasserkraftwerk am Jungbach bei St. Niklaus im Oberwallis ist das jüngste Neubauprojekt der EnAlpin AG. Eine 2.6 km lange Druckleitung verbindet die Wasserfassung auf ca. 2355 m +NN mit den beiden Pelton-Turbinensätzen in der Maschinenkaverne auf 1258.50 m +NN. Die beiden Maschinensätze weisen jeweils eine Nennleistung von 2.4 MW auf und sollen zusammen eine Jahresleistung von ungefähr 14 GWh liefern. Die Wasserfassung beherbergt das für diese Art von Kraftwerken typische Tiroler Wehr, einen Sandfang mit Spülmöglichkeit und die Rohrbruchsicherung. Die daran anschliessende Druckleitung besteht bis zu einem Druckniveau von ca. 93 bar aus duktilem Gusseisen. Die letzten 120 Höhenmeter werden mithilfe von verschweissten Stahlrohren überwunden. Der statische Druck beläuft sich in Summe auf 1097 m WS. Der Bemessungsdruck wurde auf 11.73 MPa festgelegt. Die Inbetriebsetzung ist für das Frühjahr 2015 vorgesehen. Die KW Jungbach AG gehört zu 51% der Gemeinde St. Niklaus und zu 49% der Altesch AG, einer Tochtergesellschaft der EnAlpin AG.

2. Die Stahlleitung Die 377 m lange Stahldruckleitung mit einem Aussendurchmesser von 457 mm schliesst auf einer Höhe von ca. 1421.50 m +NN direkt an die Gussleitung an. Sie folgt für ca. 150 m einem schmalen Wanderweg, bevor sie in einen ca. 162 m langen Steilhang abknickt. Der Steilhang weist eine Neigung von ca. 41° auf. Auf den letzten Metern vor der Unterquerung des

Jungbachs erhöht sich die Neigung auf fast 60°. Die Leitung unterquert in einem 65 m langen Rohrstollen den Jungbach, um schliesslich auf 1258.50 m +NN in die Krafthauskaverne zu münden, in der sie an die Verteilleitung zu den beiden Maschinensätzen anschliesst. Die Stahlleitung besteht aus vorgefertigten Rohren und Rohrbögen mit einer Nennwandstärke von 14.2 mm bzw. 20 mm sowie einer inneren und äusseren Zementmörtelbeschichtung (ZM-Beschichtung). Die äussere Beschichtung wurde mit Gewebeeinlagen verstärkt. Die Rohre wurden aus einem Stahl der Güte P355N hergestellt. Das Spitzende für die Muffenverbindung zur Gussleitung wurde aus Stahl nachgebaut. Die Leitung ist bis auf den Abschnitt im Rohrstollen erdverlegt. Im Rohrstollen liegt sie auf Gleitlagern, die in Längsrichtung und geringfügig auch quer zur Rohrachse verschiebbar sind. Die Lager sind mittels eigens angefertigten Rohrschellen am Rohr befestigt. Die Leitung ist mit vier Festpunkten in ihrer Lage gesichert. Der erste Festpunkt liegt direkt nach dem Übergang von

Bild 1. Der Vorplatz der Kaverne des KW Jungbach ist der einzige einigermassen flache Bereich im Projektgebiet und wird daher für die Baustelleneinrichtungen verwendet.

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

275

Bild 3. Das Dorf St. Niklaus im Tal nach Zermatt liegt in der Zone mit der höchsten Erdbebengefährdung in der Schweiz [1].

Bild 2. Die mit Faserzementmörtel beschichtete Stahlleitung wird in einem Rohrgraben verlegt, der später wieder verfüllt wird. der Gussleitung, um dort unzulässig hohe axiale Verschiebungen zu unterbinden. Die weiteren Festpunkte liegen vor bzw. nach dem Steilhang und am Ende des Rohrstollens vor dem Übertritt in die Kaverne. Auf Expansionen oder Dehnstücke wurde zugunsten von geringeren Festpunkkräften gänzlich verzichtet. Dennoch wurden zwei der vier Festpunkte mittels vorgespannter Anker gegen Verschieben gesichert. 3. Bemessungsgrundlagen Die gesamte Rohrleitung wurde als gegenüber dem Innendruck selbsttragende Konstruktion bemessen. Die Bögen wurden nach EN 13480 bemessen, um auch die Wandstärkenänderung durch das Biegen berücksichtigen zu können. Positive Effekte aus der Vergleichsspannung wurden bei der Festlegung der Rohr276

wandstärke vernachlässigt. Beim Wiederverfüllen des Rohrgrabens musste auf kontrolliertes Verdichten des Füllmaterials verzichtet werden. Daher wurde bei der Berechnung auf der sicheren Seite liegend die Reibung zwischen Rohr und Erdreich nicht berücksichtigt. Die Bettung der Leitung in radialer Richtung wurde nach den Richtlinien der ASCE für granulare Böden abgeschätzt. In dem gewählten geschlossenen System der Leitung wirken die Zwangskräfte aus Querkontraktion und Temperaturänderung. Ausserdem wurde für den Leistungsabschnitt im Rohrstollen die Erdbebeneinwirkung nach SIA 261, Kapitel 16 berücksichtig. Das Projektgebiet liegt in Zone Z3b (Bild 3). Die Beiwerte wurden ohne detaillierte Analyse des Tragwerkverhaltens des Untergrunds auf der konservativen Seite festgelegt. Der Bemessungswert für die horizontale Erdbebenbeschleunigung (Sd) wurde mit dem Plateauwert des elastischen Antwortspektrums berechnet (vgl. SIA 261, Kapitel 16) . Selbst mit diesem äusserst konservativen Ansatz blieb der Innendruck der massgebende Lastfall für die Bemessung der Rohrwandstärke. Auf eine Betrachtung der Betriebsfestigkeit wurde verzichtet, da bei diesem Kraftwerkstyp ohne Pumpbetrieb nicht von einer nennenswerten Anzahl an Druckschwankungszyklen ausgegangen werden kann. 4.

Die Qualitätssicherung: Auswahl des Prüfverfahrens Wie bereits geschildert, verläuft die Leitung in unwegsamem Gelände. Alles Material und Werkzeug, das nicht händisch trans-

portiert werden konnte, musste mit dem Helikopter auf Platz gebracht und versetzt werden. Dies gilt auch für die Ausrüstung zur zerstörungsfreien Prüfung. Ursprünglich war eine Durchstrahlungsprüfung (RTVerfahren) sämtlicher Baustellennähte ausgeschrieben. In Anbetracht des Aufwands für den Transport der Strahlenquelle mittels Helikopter sowie der damit verbundenen Sicherheitsvorkehrungen und terminlichen Zwänge, wurde nach gleichwertigen Alternativen gesucht. Dabei boten sich die sogenannten advanced techniques nach der Beugungslaufzeittechnik (Time of Flight Diffraction, TOFD; vgl. ISO 10863) und der phasengesteuerten ArrayTechnologie (Phased Array, PA-UT, vgl. ISO 13588) an. Beides sind bildgebende Verfahren, deren Messergebnisse permanent auf Datenspeichern festgehalten werden können. Bei Bedarf könnten so die Prüfergebnisse für jede Schweissnaht jederzeit kontrolliert werden, ohne die Prüfung selbst erneut durchführen zu müssen. Einen ersten grossen Einsatz im Bereich der Wasserkraft hatten diese Verfahren beim Neubau der Druckleitung für das Kraftwerk Cleuson-Dixence [2]. Im Gegensatz zum RT-Verfahren sollten die Ergebnisse zeitnah vorliegen, da das Warten auf die Entwicklung von Filmnegativen entfällt. Statistische Vergleiche der gängigen Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung zeigen, dass das TOFD-Verfahren theoretisch eine deutlich höhere Detektionswahrscheinlichkeit (Probability Of Detection, POD) und eine wesentlich geringere Pseudofehlerrate (False Call Rate, FCR) als die herkömmliche manuelle Ultraschalltechnik nach dem Reflexionsschall-

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verfahren (Puls-Echo, PE, vgl. ISO 16810 u.a.), aufweist. Auch gegenüber der Röntgentechnik hat das TOFD-Verfahren noch deutlich bessere Werte (vgl. Bild 4). Nach Entwicklung des TOFDVerfahrens war gerade die hohe Detektionsrate eine Hürde bei der Etablierung als praxistaugliches Prüfverfahren. Bei Schweissnähten, die nach dem klassischen UT-Verfahren als akzeptabel eingestuft worden waren, wurden bei TOFDPrüfungen bis dahin unentdeckte Unregelmässigkeiten aufgespürt. Bis vor kurzem fehlten jedoch eine Einordnung des Verfahrens und dessen Zulässigkeitsgrenzen in Bezug auf die Bewertungsgruppen nach ISO 5817 in den Regelwerken für zerstörungsfreie Prüfungen. In der bis März 2010 gültigen DIN EN 12062 war das TOFD-Verfahren noch nicht zu finden. Eine normgerechte Bewertung der mittels TOFD aufgespürten Unregelmässigkeiten war also schwierig. Erst mit der Einführung der Nachfolgenorm ISO 17635 wurde diese Einordnung möglich. In Verbindung mit den Normen ISO 5817, ISO 10863 über die Anwendung und ISO 15626 über die Zulässigkeitsgrenzen (zuvor geregelt in der EN 15617) lassen sich nun auch für dieses Prüfverfahren die dazugehörigen Zulässigkeitsgrenzen je nach Bewertungsgruppe festlegen (Bild 5). Für PA-UT existiert bis jetzt noch keine ISO-Norm für Zulässigkeitsgrenzen, die in dieses System passen würde. Deswegen findet PA-UT in der ISO 17635 bis jetzt noch keine Berücksichtigung. In der Praxis wird dieses System daher noch nicht ohne Weiteres zur Bewertung von Fehlern eingesetzt. Als Arbeitserleichterung beim Auffinden von Fehlern wird es allerdings schon regelmässig eingesetzt. Die Bewertung findet dann jedoch wieder mit dem PE-UT statt. Die Wahl fiel schliesslich auf das TOFD-Verfahren für die Prüfung der Schweissnähte. Wegen dem geringen Durchmesser wurde ein semiautomatisches Prüfverfahren gewählt. Der Schlitten mit den Prüfköpfen wird dabei manuell auf dem zuvor auf dem Rohr befestigten Führungssystem bewegt. Die Oberflächenrissprüfung wurde mittels Eindringprüfung (PT, vgl. ISO 3452) durchgeführt. Festlegung der Zulässigkeitsgrenzen Die bereits in die Jahre gekommenen, aber immer noch hilfreichen Empfehlungen des Comité Européen de la Chaudronnerie et de la Tôlerie (C.E.C.T. Ausgabe 1984 [5]; Appendix 0) geben Anhaltspunkte über

die Einordnung von Druckrohrleitungen in Sicherheitsklassen. Rohrleitungen wie die des KW Jungbach mit einem Wasserdruck von über 500 m WS sollten demnach unabhängig vom Rohrdurchmesser stets in die höchste Sicherheitsklasse A eingestuft werden. Dieser Sicherheitsklasse ist dann auch die höchste Inspektionsklasse I zugeordnet (vgl. C.E.C.T., Annex IV, Table 1). Daraus resultieren der Prüfumfang für die zerstörungsfreien Prüfungen und die Zulässigkeit von Fehlern. Für Schweissnähte der Klasse I gilt: 100% RT oder UT; bei Verwendung von UT-Prüfungen sind

noch 5–20% RT-Prüfungen durchzuführen; Risse, Bindefehler und ungenügende Durchschweissung sind nicht erlaubt. Mit diesen Vorgaben liegt die Druckleitung des KW Jungbach in der Bewertungsgruppe B oder C nach (ISO 5817, Tabelle 1). Aufgrund des ausserordentlich hohen Drucks von über 110 bar wurde allerdings die strengere Klasse B gewählt. Daraus ergeben sich für das TOFD-Prüfverfahren gemäss ISO 17635, Anhang A.7.1 folgende Mindestanforderungen: Prüfklasse C nach ISO 10863 mit Zulässigkeitsgrenze 1 nach ISO 15626 (vgl. Bild 6).

Bild 4. Übersicht über die Detektionswahrscheinlichkeit und Pseudofehlerrate der unterschiedlichen zfP-Methoden; [3].

Bild 5. Auszug aus der ISO 17365 mit der Einordnung des TOFD-Verfahrens in die ISORegelwerke; EN 15617 wurde durch ISO 15626 ersetzt; [4].

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Bild 6. Übersicht über die Zuordnung der Zulässigkeitsgrenzen nach ISO in Verbindung mit den Empfehlungen der C.E.C.T. 6.

Praxiserfahrungen mit dem TOFD-Verfahren Die Einführung des TOFD-Systems auf der Baustelle KW Jungbach stand von Beginn an unter keinem guten Stern. Durch eine zweimonatige Verspätung seiner Rohrlieferung stand der Unternehmer bereits bei Montagebeginn unter erheblichem Zeitdruck. Die Rohre im Bereich der Festpunkte mussten so rasch wie möglich eingebaut und für die Baumeisterarbeiten freigegeben werden. Trotz des Zeitdrucks konnten vier Nähte mittels TOFD-Verfahren geprüft werden. Die gesamte Ausrüstung für das TOFD-System wiegt ca. 40 kg. Die Installation des Systems wurde stellenweise durch Fixierungen der Rohre im Bereich der Festpunkte behindert. Die Fixierungen mussten erst versetzt oder angepasst werden, damit das System installiert werden konnte. Nach Inbetriebnahme des Systems ging das Auffinden von Unregelmässigkeiten noch relativ schnell vonstatten. Innerhalb einer Stunde konnten grundlegende Aussagen über die Nahtqualität getroffen werden (Inhomogenität vorhanden ja/ nein?). Die tatsächliche Bewertung der Unregelmässigkeit (zulässig oder nicht?) hingegen dauerte bei den ersten Versuchen dann doch deutlich länger als erwartet. Reparaturen konnten erst am nächsten Morgen veranlasst werden. Die als reparaturbedürftig interpretierten Unregelmässigkeiten bzw. Inhomogenitäten waren dann bei einer Naht so häufig, dass die Naht vollständig ausgeschliffen und ein zweites Mal geschweisst wurde. Auch die anderen Nähte wiesen laut TOFD-Prüfung erheblichen Reparaturbedarf auf. Stellenweise war auch nach der sorgfältigen Reparatur der ersten Fehler keine Verbesserung der Qualität festzustellen. Die überwiegende Anzahl der fest278

gestellten Fehler betraf den Wurzelbereich der Schweissnaht. Trotz der engen Terminlage wurde deshalb entschieden, bei diesen vier Nähten vor Ort zusätzliche Prüfungen mittels Durchstrahlverfahren, klassischem Ultraschallverfahren und visuelle Kontrollen mithilfe von Endoskopen durchzuführen. Ein Stück Rohr mit einer der Schweissnähte wurde herausgetrennt, um es beim Unternehmer genauer zu untersuchen sowie Schweissversuche durchführen zu können. Ausserdem wurden vor Ort zwei Nähte mittels TIG/E-Hand-Verfahren zu Vergleichszwecken geschweisst. Dies sollte Aufschluss über die mögliche Ursache der vielen, als unzulässig eingestuften Inhomogenitäten geben.

Die Schweissversuche ergaben, dass der Einfluss der ZM-Beschichtung auf die Qualität der Nahtwurzel nahezu vernachlässigbar ist. Alles andere wäre auch stark verwunderlich gewesen, da die Beschichtung im Schweissnahtbereich normgerecht ausgeführt wurde. Die Wahl des Schweissverfahrens für die Wurzellage zeigte ebenfalls nur einen geringen Einfluss auf die UT-Prüfergebnisse für den Wurzelbereich. Die geringfügig bessere Qualität der Nahtwurzel rechtfertigte also nicht den deutlich erhöhten Aufwand bei der Verwendung des TIG-Verfahrens vor Ort. Die visuelle Kontrolle des herausgetrennten, von der Innenbeschichtung befreiten Nahtbereichs offenbarte eine Reihe von Details, die ebenfalls einen Einfluss auf die Prüfergebnisse gehabt haben könnten (Bild 7): Das manuelle Schweissen mit Elektroden führte zwangsläufig zu einer eher unregelmässigen Wurzeloberfläche. Durch den geringen Durchmesser der Druckleitung (DN450) konnte die Nahtwurzel aber nicht nachbearbeiten werden. Auffällig war auch ein deutlicher Kantenversatz, resultierend aus den geometrischen Unregelmässigkeiten der Rohre selbst. Der Versatz lag genau in dem Bereich, in dem mittels TOFD-Verfahren ein Fehler in der Nahtwurzel über nahezu ein Drittel des Umfangs festgestellt wurde. Auch die Ergebnisse der RT-Prüfungen konnten eine Reihe von Unregel-

Bild 7. Detailaufnahme von der herausgetrennten Schweissnaht mit den Markierungen der Prüfergebnisse mittels TOFD (rot) und Radiographie (grün). «Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

mässigkeiten, die mittels TOFD-Verfahren als unzulässiger Fehler identifiziert wurden, nicht bestätigen. Durch eine abschliessende visuelle Kontrolle der Nachoberfläche konnte bei einem weiteren Befund der RT-Prüfung die Einstufung ebenfalls noch korrigiert werden. 7.

Gründe für den Verzicht auf das TOFD-Verfahren Nach dem Vorliegen der Untersuchungsergebnisse wurde entschieden, bei diesem Projekt auf einen weiteren Einsatz des TOFD-Verfahrens zu verzichten. Als ausschlaggebend für diese Entscheidung können folgende fünf Gründe genannt werden: 1) Der Einsatz des TOFD-Systems stellte sich als zeitintensiver heraus als anfangs angenommen. Die terminliche Situation liess jedoch keine weitere Verzögerung zu. Dies hätte negative Auswirkungen auf das Terminprogramm gehabt. 2) Die tatsächliche Bewertung der angezeigten Unregelmässigkeiten war ebenfalls zeitintensiver ursprünglich angenommen. Die notwendigen Reparaturen hätten deshalb erst am darauffolgenden Tag durchgeführt werden können. Bei der vorherrschenden terminlichen Situation konnte dies nicht verantwortet werden. 3) Die Bewertung von Unregelmässigkeiten als Fehler liess sich mit anderen Prüfmethoden nicht eindeutig reproduzieren. Die detaillierten Untersuchungen an der herausgetrennten Naht ergaben teilweise erhebliche Korrekturen der Bewertung von Unregelmässigkeiten. Unter den gegebenen Umständen stellte dieser, sehr auf der sicheren Seite liegende Reparaturbedarf eine erhebliche Belastung des Zeitplans dar. Eine nachträgliche Kalibrierung des Systems und Schulung der Prüfer konnte ebenfalls aufgrund der terminlichen Situation durch den stark verzögerten Montagebeginn nicht mehr durchgeführt werden. 4) Unbehandelte Nahtoberflächen mit unter Umständen erheblicher Wurzelüberhöhung erschweren die Interpretation der Anzeigen. Gerade die oberflächennahen Bereiche stellen für das TOFD-Verfahren eine grosse Herausforderung dar (vgl. ISO 10863, Kapitel 4 und 5). Muss wie bei KW Jungbach aufgrund des geringen Durchmessers der Rohrleitung auf eine Nachbearbeitung der Nahtwurzel verzichtet werden, erschwert dies zusätzlich die Interpretation der Anzeige. 5) Der Einfluss von geometrischen Imperfektionen auf die Interpretation von Fehlern im Wurzelbereich scheint erheblich zu sein. Die Rohre trafen herstellungsbe-

dingt leicht oval auf der Baustelle ein. Die ISO 5817 erlaubt von 10% in der Bewertungsgruppe B bis hin zu 25% der Wandstärke in der Bewertungsgruppe D. Auf der Baustelle bestand jedoch keine Möglichkeit, die Rohre nachträglich zu bearbeiten. Die Rohre wurden daher mit dem resultierenden Kantenversatz eingebaut. Anstelle des TOFD-Verfahrens kam eine herkömmliche UT-Prüfung zum Einsatz. Die Befunde der UT-Prüfung wurden bei ca. 20% der Schweissnähte mittels RTPrüfungen verifiziert, um sicherstellen zu können, dass in den schwer zugänglichen Abschnitten der Leitung, in denen keine RT-Prüfung möglich war, die UT-Anzeigen richtig interpretiert werden. Dies entspricht ebenfalls den bereits beschriebenen Empfehlungen der C.E.C.T. für diese Druckrohrklasse.

als grundlegende Empfehlung festgehalten werden, dass Lieferanten, die dieses neuartige Verfahren erfolgreich einsetzen wollen, eine sorgfältige Vorbereitung in terminlicher und technischer Hinsicht einzuplanen haben. Für Ad-hoc-Einsätze ist das Verfahren (noch) nicht geeignet.

Literatur

Empfehlungen für einen zukünftigen Einsatz des TOFD-Verfahrens Aus den Gründen für den Verzicht auf den Einsatz beim Projekt KW Jungbach können folgende Empfehlungen für den möglichen Einsatz des TOFD-Verfahrens abgeleitet werden: • Eine ausreichende terminliche Vorplanung für den Einsatz dieser Technik ist unabdingbar. Bei Termindruck empfiehlt es sich, auf bewährte Verfahren zurückzugreifen (vgl. Gründe 1 bis 3). • Sollten die Schweissnähte nur einseitig zugänglich sein, empfehlen sich vorgängige Versuche mit Vergleichskörpern zur Kalibrierung des TOFD-Systems und Schulung der Prüfer (vgl. Gründe 2 und 3 sowie ISO 10863, Tabelle 1). • Die Ausführung der Schweissnahtdetails muss aus technischer Sicht für das TOFD-Verfahren geeignet sein. Dies beinhaltet u.a. eine Nachbearbeitung von Wurzelüberhöhungen und Nahtoberflächen sowie die strikte Einhaltung von geometrischen Toleranzen (vgl. Grund 4). • Eine zusätzliche visuelle Kontrolle der Nahtwurzel scheint notwendig zu sein, um Unregelmässigkeiten an der Nahtoberfläche richtig evaluieren zu können (vgl. Grund 5). 9. Der der KW den folg

10. Ausblick Der grosse Vorteil des TOFD-Systems ist die Möglichkeit, die Prüfungsergebnisse dauerhaft zu speichern und zu visualisieren, ohne dafür auf die in alpinem Gelände nur unter erheblichem Aufwand einsetzbare Durchstrahlungstechnik zurückgreifen zu müssen. Gerade bei kleineren Projekten in unzugänglichen Gebieten könnte sich das als entscheidender Grund für den in Zukunft verstärkten Einsatz des TOFDVerfahrens erweisen.

[1] Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (2003). SIA 261: Einwirkungen auf Tragwerke. [2] Fassel, C. (1998). Non destructive testing of the Cleuson-Dixence Shaft. Conference on High Strength Steel for Hydropower Plants. Takasaki 20.–22.07.2009. [3] Verkooijen, J. (1998). The Need for Reliable NDT Measurements in Plant Management Systems. 7th European Conference on Non-destructive Testing. Kopenhagen 26.–29.05.1998 [4] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2010). DIN EN ISO 17635 Zerstörungsfreie Prüfung von Schweissverbindungen – Allgemeine Regeln für metallische Werkstoffe. [5] Comité Européen de la Chaudronnerie et de la Tôlerie (1984). Recommendations for the design, manufacture and erection of steel penstocks of welded construction for hydro electric installations.

Anschrift des Verfassers Andreas Panenka, AF-Consult Switzerland AG, Täfernstrasse 26, CH-5405 Dättwil/Baden

Schlussfolgerung Versuch, das TOFD-Verfahren bei Montage der Druckrohrleitung des Jungbach einzusetzen, war wegen aufgezeigten Gründen nicht von Ergekrönt. Zusammenfassend kann

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Schneemessungen in alpinen Einzugsgebieten im Zeichen des Klimawandels Christian Noetzli, Mario Rohrer

Zusammenfassung Die Schneedecke im Alpenraum ist in den letzten Jahrzehnten immer mehr in den Fokus des öffentlichen und wirtschaftlichen Interesses geraten. Dies, da infolge steigender Temperaturen und milderer Winter die Auswirkungen für den Wintertourismus und die Wasserwirtschaft spürbar und unübersehbar geworden sind und sich in einer Verkürzung der Schneedeckenphasen äussern. Die Befunde in der Schneeforschung bleiben jedoch punkto des medialen Interesses meist im Schatten der abschmelzenden Gletscher und des schwindenden Permafrostes im Gebirgsraum. Wohl zu Unrecht, hängt doch auch das Wasserangebot im Sommer (neben dem schon erwähnten Wintertourismus) in den tieferliegenden Gebieten oft direkt oder indirekt von den winterlichen Schneefällen in den Alpen und Voralpen ab. Die Erfassung der wichtigen Schneedeckenparameter stellt die Forscher und Forscherinnen vor grosse Herausforderungen, die mittels modernster Satellitentechnik und begleitenden Messungen vor Ort angegangen werden. Letztere sind gerade in gebirgigen Regionen eminent wichtig für die Absicherung der Fernerkundungsdaten, da hier grössere Abweichungen bestehen können. Kontinuierlich erfasste Messdatenreihen stellen eine sehr wichtige Hilfe bei der korrekten Erfassung der Schneedecke und so auch für deren Beitrag zum hydrologischen Geschehen in Einzugsgebieten – insbesondere mit Gebirgsanteil – dar. Mithilfe solcher Messreihen, die auch vom Klimabeobachtungssystem GCOS (siehe Kasten am Schluss) als besonders erhaltenswert eingestuft wurden, können die Entwicklungen in vergangenen Jahren nachvollzogen und in gewissen Fällen auch Trends für die Zukunft abgeschätzt werden.

Die Schneedecke als Wasserspeicher Der Gebirgsraum der Alpen stellt im Wasserkreislauf Europas einen wichtigen Zwischenspeicher dar, der geprägt ist von Wasservorräten in Gletschern, in der Schneedecke sowie in geohydrologischen Systemen. Informationen über diese Wasservorräte sind für verschiedenste Wirtschaftszweige wie die Energiewirtschaft, die Industrie und die Landwirtschaft sowie auch die Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser von grösster Bedeutung. Es ist naheliegend, dass auch Wasservorräte aus Schnee und Eis grösseren Schwankungen unterliegen. Die Einflüsse des Klimawandels auf schneedominierte (sog. «nivale») Regimes haben in den letzten Jahrzehnten dabei viel weniger Aufsehen erregt als diejenigen auf glazial geprägte Gebiete. Das bedeutet zudem auch, dass dem Abfluss aus schneebedeckten Gebieten ent280

sprechend weniger Aufmerksamkeit geschenkt wurde. (Rohrer et al., 2013). Dies scheint jedoch – zumindest was das mediale Interesse angeht – eine etwas verfehlte Entwicklung zu sein: Das BAFU (Bundesamt für Umwelt) ordnete beispielsweise in einer Studie 2010 über zwei Drittel der Grundwasserregimes in der Schweiz den Klassen «nivo-glazial» und «pluvio-nival» zu (BAFU 2010). Zudem gibt es Gebiete, wie das Wägital in der Zentralschweiz, in denen schon seit Jahrzehnten präzise erhobene Schneemessdaten gesammelt werden. Diese Daten können bei der Untersuchung von langfristigen Prozessen in solchen Abflussregimes wertvolle Dienste leisten, wie zum Beispiel bei Trendanalysen bezüglich der Entwicklung von Schneedecke und Abfluss. Die Schneedaten des Wägitals werden von der Meteodat jedes Jahr erhoben, seit 2010 wird die Weiterführung

dieser Messreihen vom Swiss GCOS Office (MeteoSchweiz) unterstützt. Messreihen im Klimadatenbereich, die über Jahrzehnte sorgfältig durchgeführt werden, sind äusserst wertvoll für das Erkennen langfristiger Tendenzen. In Zeiten, in denen Begriffe wie «globale Erwärmung» und «Klimawandel» die Medienlandschaft fast tagtäglich prägen, können solche Daten Licht in vergangene Jahre bringen. Zudem können mögliche langfristigen Trends unter Umständen erkannt und mit anderen Messreihen verglichen werden. Das Klimabeobachtungssystem GCOS möchte auf globaler Basis wertvolle Datenreihen zugänglich machen. Die Schneemessreihe im Wägital, bei der seit 1943 ohne Unterbruch Schneedaten erfasst werden, zählt unter anderen zu diesen Datenreihen. Die Schwierigkeiten bei der Erfassung von saisonalen Schneefällen liegen dabei bei den grossen Unterschieden bezüglich der verschiedenen Messgrössen, die auf kürzeste räumliche Distanzen bereits beträchtliche Ausmasse erreichen können. Dazu kommen auch unterschiedliche, regional und zeitlich stark variierende Wetterlagen, die jeweils zu den grösseren Schneefallereignissen führen. Die Erfassung solch zeitlicher und räumlicher Dimensionen stellt die hauptsächliche Herausforderung bei der Schneemessung dar. Sowohl Fernerkundung als auch die Erhebung von Bodendaten helfen dabei, eine möglichst genaue Erfassung der Schneedecke und ihrer Eigenschaften zu erreichen. 2.

Exakte Schneemessungen: Eine Herausforderung Drei Schneeparameter sind dabei von GCOS als sogenannte «Essenzielle Klimavariablen» definiert worden: die Schneedeckenausdehnung (SCE), die Schneehöhe (SD) und das Schneewasseräquivalent (SWE). Als besonders prägend punkto Variabilität und Abflussrelevanz erwiesen

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sich dabei SD und SWE (Rohrer et al., 2013). Um eine effiziente Messung dieser Variablen auch in grossräumigen Gebieten zu ermöglichen, wurden in den letzten Jahrzehnten vermehrt auch Satellitenmessungen durchgeführt, wie zum Beispiel mittels des «Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers» (MODIS) an Bord der beiden Satelliten «Aqua» und «Terra» der NASA (siehe auch http://modis.gsfc.nasa. gov/). Es zeigte sich, dass SCE mit einer hohen Genauigkeit abgeschätzt werden konnte. Mit anderen Remote Sensing Produkten kann SWE und SD ausserhalb der grossen Gebirgsregionen recht gut abge-

schätzt werden, dies insbesondere in flachen und topografisch einfach strukturierten Gegenden. Während im Flachland die Erfassung von SWE noch einigermassen gute Resultate zeigte, traten im Gebirge deutlich grössere Schwierigkeiten zutage (De Lannoy et al., 2012). Die Schneedeckenausdehnung lässt sich mittels der Fernerkundung für verschiedene Gebiete in relativ guter Auflösung abschätzen. Die Problematik der Wolkenbedeckung konnte in jüngerer Zeit mittels verbesserter Messtechnik und nachträglicher Korrekturen der Messdaten massiv verkleinert werden. Die Messlücken, welche durch wolkige Bedingungen entstehen, konnten so auf ein Minimum reduziert werden (Foppa and Seiz, 2012).

Die Bilder 1 und 2 zeigen die Schneedeckenausdehnung in den zentralen Alpen Ende März 2014, wie sie von den beiden NASA-Satelliten «Aqua» und «Terra» erfasst wurde. Neben aktuellen Messungen sind für die Forschung im Bereich der Schneemessung auch die Verhältnisse vergangener Jahre von grossem Interesse. Moderne globale Klimamodelle wie GMAO MERRA (MODERN-ERA RETROSPECTIVE ANALYSIS FOR RESEARCH AND APPLICATIONS) erlauben es, die Schneedecke vergangener Jahre zu simulieren. Dabei werden – auch bezüglich des Wasseräquivalentes – zum Teil recht gute Resultate erreicht. Diese lassen sich auch mit Bodendaten belegen, wie in Bild 3 ersichtlich. Das Jahr 1984 wurde mittels GMAO MERRA beispielsweise mit einer sehr guten Übereinstimmung im Vergleich zu den Bodenmessdaten simuliert. Dasselbe gilt auch für die Jahre 1988, 1999, 2011 und 2013. Bei einigen Simulationsjahren können jedoch wiederum starke Abweichungen von den Bodenmessdaten auftreten, was mit verschiedenen Faktoren zusammenhängt: So fehlen im angesprochenen globalen Modell zum Beispiel Einflüsse wie die Abschattung durch Berge und andere Bodenerhebungen, ein Mangel, der sich vor allem in Jahren mit einem sonnigen Frühling zeigt. Das Wasseräquivalent der Schneedecke kann also auch von modernen globalen Modellen stark unterschätzt werden. Dies zeigt sich zum Beispiel in den Jahren 1982, 1985, 1995 und 2009. 3.

Bild 1. Die Schneedeckenausdehnung über dem Schweizer Alpenraum vom 28. März 2014 (MODIS AQUA-Bild, rot markiert das Gebiet des Wägitals) (Bild: NASA).

Bild 2. Die Schneedeckenausdehnung über dem Schweizer Alpenraum vom 28. März 2014 (MODIS TERRA, blau markiert das Gebiet des Wägitals) (Bild: NASA). «Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

Schneemessungen im Wägital Die Schneemessungen vor Ort im Wägital, wie sie im Rahmen von GCOS (Global Climate Observation System, siehe Kasten) durch die Meteodat vorgenommen werden, sind als Vergleichsdaten in solchen topografisch schwierig zu simulierenden Gebieten eminent wichtig, wie der Vergleich mit den satellitengestützten Messdaten in Bild 3 zeigt. Die Datenerhebung erfolgt seit dem Jahr 1943 lückenlos. Sie diente früher der Erstellung von Zuflussprognosen zum Pumpspeicherkraftwerk des Wägitalersees, das in seinen ersten Betriebsjahren eines der grössten der Welt war. Die Schneedaten wurden insbesondere für die Abschätzung des hydroelektrischen Potenzials dieses Einzugsgebietes verwendet. In der heutigen Zeit erfolgt die Datenerhebung nur noch aus wissenschaftlichem Interesse. Erfasst werden unter anderem die Variablen SD und SWE. Das 281

Bild 3. Modellierung des Schneewasseräquivalents (SWE) der Schneedecke im Wägital (Stichtag 1. April). Die schwarzen Punkte zeigen die GMAO MERRA Reanalyse, die blauen (930 m ü. M.) und roten (1090 m ü. M.) Bodenmessungen an zwei verschiedenen Messpunkten (Daten: NASA, Grafik: Meteodat GmbH). Gebiet wird in Bild 4 dargestellt. An über 40 Stellen werden Schneedichten oder Schneehöhen gemessen. Die Messungen werden jeweils um den 1. April an den jeweils exakt gleichen Stellen erhoben, was eine ideale Vergleichbarkeit der einzelnen Messjahre erlaubt. Die Messkampagne im Wägital kann dabei auf rund 70 Jahre Erfahrung zurückblicken, womit die Messreihe bezüglich der Wasseräquivalentswerte der Schneedecke zu einer der längsten im Alpenraum und auch weltweit zählt. Mittels der gemessenen Schneedichten wird eine Funktion ermittelt, welche die Höhenabhängigkeit der Schneedichte aufzeigt. Diese ist von Jahr zu Jahr unterschiedlich und hängt stark vom klimatischen Verlauf des jeweiligen Winters ab. Mithilfe dieser Funktion werden auch für diejenigen Messstellen die Wasseräquivalentswerte abgeschätzt, an denen bloss die Schneehöhe gemessen wurde. Die Abhängigkeit des Wasseräquivalents der Schneedecke von der Meereshöhe ist je nach Messjahr mehr oder weniger ausgeprägt. Der Tatsache, dass dieser Zusammenhang stark von der Exposition der Messstellen abhängig ist, wird Rechnung getragen: Es werden Funktionen ermittelt, die diese Zusammenhänge bei der entsprechenden Exposition zeigen. Es zeigt sich auch hier deutlich, wer präzise Angaben über Schneevariablen und Wasservorräte der Schneedecke in einem gebirgigen Gebiet erhalten will, muss auch Messdaten vor Ort erheben. 282

Bild 4. Einzugsgebiet des Wägitalersees mit dem eingetragenen Schneemessnetz (Grafik: Meteodat GmbH).

Bild 5. Typische Schneesituation Ende März im Wägital (Foto: Meteodat GmbH). Reine Simulations- und/oder Fernerkundungslösungen greifen in vielen Fällen zu kurz. In verschiedenen Fällen führt die mangelhafte Abbildung der naturräumlichen Bedingungen zu entsprechenden Problemen bei der Simulation von SD und SWE, wie Bild 3 aufzeigt. Um eine möglichst präzise Abschätzung des gespeicherten Wassers in der Schneedecke zu erhalten, erfolgt beim Wägital eine Umrechnung der Wasseräquivalente auf die Wasserreserven pro Höhenstufe. Es werden die prozentualen Anteile der vier Expositionsklassen Nord,

Süd, Ost und West an den Höhestufen berechnet und für diese Höhenstufen die gesamten Wasserreserven ermittelt. In Bild 6 werden die zwei Haupthöhenstufen, 900–1500 m ü.M. und 1500– 2300 m ü.M. unterschieden. Es werden hier die Wasserwerte der gesamten Messreihe von 1943 bis 2014 gezeigt. 4.

Auswertungen und langjährige Trends Auf den ersten Blick ist in Bild 6 kaum ein deutlicher Trend zu erkennen. Phasen mit hohen Schneewasserwerten im Ein-

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Bild 6. Wasserwerte der Schneedecke im Wägital am 1. April, aufgeteilt in 2 Höhenstufen (900–1500 m ü.M. und 1500–2300 m ü.M.) (Grafik: Meteodat GmbH).

In Bild 7 wurden die Trends der Messdaten aus dem Wägital mittels eines Gauss-Tiefpassfilters hervorgehoben. Die roten Kurven entsprechen dabei den gewichteten 7-jährigen Mittelwerten. Auch diese systematische Auswertung der Messreihe (1943–2014) bestätigt den ersten Befund: Es zeigen sich letztlich nur undeutliche Trends, dies vor allem in den höheren Lagen. In den tieferen Lagen (900–1500 m ü.M.) sind drei recht starke Sprünge nach unten auszumachen. Einer in den frühen 50er-, einer in den späten 60er- sowie einer in den späten 80er-Jahren des letzten Jahrhunderts. Die ersten beiden Sprünge wurden in den darauffolgenden Jahren wieder ausgeglichen, indem die Schneemengen und Wasserreserven wiederum auf Werte anstiegen, wie sie vor dem jeweiligen Absacken auftraten. Bei der dritten «Stufe» gegen Ende der 80er-Jahre ist erst eine langsame «Erholung» der Messwerte sichtbar. 5.

Bild 7. Schneereserven in den tieferen und höheren Lagen im Wägital (Stichtag 1. April). Die jeweiligen Abweichungen vom Mittelwert (1943–2014) wurden durch Anwendung eines gewichteten 7-jährigen Mittels für beide Gebietshöhenstufen dargestellt (Gauss-Tiefpassfilter, rote Linien). Vor allem in der Höhenstufe über 1500 m ist kein deutlicher Trend zu erkennen (Grafik: Meteodat GmbH). zugsgebiet des Wägitalersees wechseln sich mit eher schneearmen Perioden ab, deren Frühlingsschneedecke nur wenig zum Abfluss aus diesem Gebiet beitrug. Diese Unterschiede sind in einigen Phasen sehr gross: Zwischen den zwei ausgesprochen, schneereichen Jahren 1970 und 1975 liegen einige mittelmässigen-

Jahre sowie das Miniumjahr 1972. Dass auch in jüngerer Zeit schneereiche Jahre auftreten können, zeigen die Jahre 1999, 2000 sowie auch 2009. Um hier allfällige Tendenzen sichtbar zu machen, können die Messdaten mittels verschiedener statistischer Methoden untersucht werden. Ein Beispiel zeigt Bild 7.

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Fazit und ein Blick in die Zukunft In den Medien prägten Schlagwörter wie «Klimaerwärmung», «Schneemangel» sowie «Austrocknung der Alpen» die letzten Jahre. Eine in diese Richtung gehende Interpretation der Trends ist zumindest für das Wägital zum heutigen Zeitpunkt fraglich, zu undeutlich sind die Trends der Messwerte für die Schneeparameter und Wasserreserven. Wie aus der Grafik 7 hervorgeht, wird es spannend sein, die zukünftigen Messjahre zu analysieren, um zu sehen, in welche Richtung die Entwicklungen für die beiden Höhenbereiche (900–1500 m sowie 1500–2300 m) laufen werden. Insbesondere der Verlauf in den tiefer gelegenen Gebieten des Wägitals könnte auch – falls der Trend hin zu wieder höheren Werten der Schneereserven anhält – in den nächsten zwei bis drei Dekaden wieder hin zu Maximalwerten in der Messreihe führen. Dies, obwohl letztlich zu erwarten ist, dass der langfristige Trend zu eher kleineren Wasserreserven in der saisonalen Schneedecke infolge einer zunehmenden Erwärmung des globalen Klimas weitergehen wird. Denn es ist nicht zu erwarten, dass die globalen Treibhausgasemissionen bis gegen Ende dieses Jahrhunderts markant gesenkt werden können. Die Meteodat und das Swiss GCOS Office (MeteoSchweiz) werden diese Entwicklungen im Auge behalten und auch 283

weiterhin die erhobenen Schneemesswerte aus dem Gebiet mit Modellierungen und Fernerkundungsdaten vergleichen. So wird gewährleistet, dass die WägitalReihe auch weiterhin fortgeführt werden und ihren Beitrag zum Verständnis der zukünftigen Entwicklung des Klimas im Alpenraum leisten kann. Es wird interessant sein zu sehen, ob sich auch hier die ausgeprägte Komplexität der Zusammenhänge

in Sachen Klimaentwicklung zeigen wird. Und auch ob je einfache Interpretationen zu solchen Fragen möglich sein werden.

Rohrer, M., Salzmann, N., Stoffel, M., Kulkarni, A.V. Missing (in-situ) snow cover data hampers climate change and runoff studies in the Greater Himalayas, Science of the Total Environment, vol. 468–469, pp. S. 60–70, 2013.

Literatur

De Lannoy, G. J. M., Reichle, R. H., Arsenault,

Foppa, N., Seiz, G. Inter-annual variations of

K.R., Houser, P.R., Kumar, S., Verhoest, N.E.C.,

snow days over Switzerland from 2000–2010

Pauwels, V.R.N. Multiscale Assimilation of Ad-

derived from MODIS satellite data, The Cryos-

vanced Microwave Scanning Radiometer-EOS

phere, 6, S. 331–342, 2012.

Snow Water Equivalent and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Snow Cover

Stichwort «GCOS»: Global Climate Observing System Als Resultat der 2. Weltklimakonferenz 1990 in Genf etablierten die World Meteorological Organization (WMO) und andere das Global Climate Observing System (GCOS). Ziel dieses Programms ist die Sicherung langjähriger Messreihen und die Ermöglichung des Zugangs zu den Messdaten. GCOS bezieht sich dabei auf das gesamte Klimasystem; es werden Messreihen der Atmosphäre, der Ozeane sowie der Landoberfläche im System erfasst. Die Messdaten leisten so auch einen wertvollen Beitrag zum Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Für die Koordination der Klimabeobachtungen in der Schweiz ist das Swiss GCOS Office der MeteoSchweiz zuständig. Infos unter: www.meteoschweiz.ch und www.meteodat.ch

VS Nr. 68: Swiss Competences in River Engineering and Restoration 2014, Schleiss, Speerli, Pfammatter (Eds.); © CRC Press, 214 Seiten, Format A4, ISBN 978-1-138-02676-6, CHF 50.–. The world is like a river, running along in its bed, this way and that, forming sandbanks by chance and then being forced by these to take a different course. Whereas this all proceeds smoothly and easily and gradually, the river engineers have great difficulties when they seek to counteract this natural behaviour (Goethe).

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Fraction Observations in Northern Colorado. Water Resources Research 48, 2012. BAFU 2010: Grundwasser-Quantität: Grundwasserbulletin. www.umwelt-schweiz.ch Grundwasser-Quantität. Bundesamt für Umwelt. Anschrift der Verfasser Christian Noetzli, Mario Rohrer, Meteodat info@meteodat.ch

Goethe recognized that the dynamics of a river can only be controlled to a limited extent by channel modifications and rigid river training works. The term «dynamics» refers to variations in hydromorphology over space and time due to flood discharges and sediment transport. These processes regularly lead to the destruction of habitats, especially in riparian areas, and the creation of space for new habitats. Dynamic watercourses require a lot of space. For example, naturally meandering rivers may migrate laterally within a belt of roughly 5–6 times the width of the channel bed. In the valleys of the Swiss Alps and Pre-Alps the rivers originally divagated over the entire valley floor. To reclaim land for urban development and agriculture as well as to provide flooding, watercourse alterations were carried out over the last two centuries in Switzerland. Efforts were thus made to impede the dynamics; rivers and streams were channelized, and channel bed widths were optimized with regard to sediment transport. This resulted in monotonous watercourses, with almost no variation in hydraulic or morphological characteristics. Recognizing the ecological deficit of the Swiss, a new approach in the strategic planning of flood protection projects was promoted by the Swiss Government which gave the basis for the first restoration programs more than 40 years ago. Since then much has been achieved. Nevertheless, today’s challenge of river engineers, in collaboration with environmental scientists, is to restore the channelized rivers under the constraints of high urbanization and limited space. The behaviour of river systems is a result of the complex interaction between flow, sediments, morphology and habitats. Furthermore, rivers provide important sources of water supply and energy production in addition to a means of transportation. Each year the Swiss Commission for Flood Protection (KOHS) of the Swiss Association for Water Management (SWV) organizes a symposium where professionals, officers of public administrations and researchers exchange their experiences on special topics and on-going projects. In 2014 this symposium was organized as a special session of the seventh International Conference on Fluvial Hydraulics «River Flow 2014» at École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Switzerland. Aside from the Swiss participants, scientists and professionals from all over the world were informed about the Swiss competences in river engineering and restoration. In the presented book, invited and selected contributions regarding the latest tendencies and key-projects in Switzerland are presented to an international community of river engineers and researchers, hoping that they can enrich flood protection and river restoration projects all over the world.

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Einsatz numerischer Murgangsimulationen am Beispiel des integralen Schutzkonzepts Plattenbach Vitznau Benjamin Hohermuth, Christoph Graf

Zusammenfassung Im Rahmen der Überarbeitung des Integralen Schutzkonzepts für den Plattenbach in Vitznau wurde die Wirksamkeit von Massnahmen unterstützend mit dem numerischen Murgang-Simulationsprogramm RAMMS (RApid Mass Movement System) geprüft. Dabei wurde die neue Möglichkeit zur Integration von baulichen Massnahmen im numerischen Modell (sog. No-Flux-Zellen) getestet und bewertet. Bestehende Szenariendefinitionen flossen in die Berechnungen ein. Das Modell wurde anhand von historischen Daten kalibriert. Die neu hergeleiteten Intensitätskarten weisen teils deutliche Abweichungen zu früheren Grundlagen auf und zeigen die grosse Sensitivität bezüglich des verwendeten Geländemodells und bezüglich der Eingangsdaten sowie einen untergeordneten Einfluss der Parameter des rheologischen Modells. Die Wirksamkeit der projektierten Rückhaltemassnahmen im Oberlauf konnte bestätigt und das Rückhaltevolumen optimiert werden. Die Anordnung von lenkenden Massnahmen auf dem Kegel konnte aufgrund der Simulationsresultate ebenfalls optimiert werden. Insgesamt lieferten die RAMMS-Simulationen eine objektive Grundlage zur Beurteilung der Restintensität nach Massnahmen und damit zur Beurteilung ihrer Wirksamkeit. Optimierungsmöglichkeiten im numerischen Modell bestehen jedoch weiterhin, insbesondere beim Abbruchkriterium und bei den Randzellen, damit Massnahmen im Modell besser abgebildet werden können.

1. Einleitung Murgänge gehören zu den schnellen Massenbewegungen und sind äusserst komplex und relativ schwierig zu erfassen. Sie stellen im alpinen und voralpinen Raum in Wildbächen eine nicht zu unterschätzende Gefahr dar. Methoden und Ansätze, welche zum Erkennen und Bewerten der Prozesse beitragen, wurden in den letzten Jahrzehnten entwickelt und verbessert. Trotzdem haben grössere Ereignisse (wie z.B. im August 2005) gezeigt, dass in den Vorhersagen nach wie vor grössere Unsicherheiten bestehen. Beim Projektieren von Schutzmassnahmen muss ein Weg gefunden werden, mit den Unsicherheiten umzugehen und angepasste, solide Massnahmenvorschläge herzuleiten. Hier können die ebenfalls in den letzten Jahren entwickelten numerischen Modelle zur Beschreibung der Ausbreitung und Reichweite von Murgängen eine wichtige Rolle einnehmen, da sie es ermöglichen, verschiedene Szenarien und Annahmen rechnerisch zu testen und gegeneinander abzuwägen. Dabei sollten auch bau-

liche Elemente mit berücksichtigt werden können. Die genaue Vorgehensweise und die zu verwendenden Modelle sind bisher nicht näher beschrieben. Der vorliegende Artikel stellt ein weiteres Beispiel im Rahmen eines integralen Schutzkonzepts dar, wo neben dem Murgangprozess die gesamte Prozesskette, ausgehend von tiefgründigen Rutschungen bis hin zu Geschiebetransport, in den Überlegungen mit berücksichtigt werden muss. 2. Plattenbach Vitznau Der Plattenbach entwässert ein Teilgebiet der steilen Südflanke der Rigi auf dem Gemeindegebiet von Vitznau. Der Untergrund besteht vorwiegend aus gebankten Konglomeraten. Die Hänge sind mit Moränenablagerungen und Hangsedimenten überdeckt. Das Einzugsgebiet ist mit 0.7 km2 relativ klein. Trotzdem werden für ein 100-jährliches Ereignis beachtliche Hochwasserspitzen von 20 m3/s erwartet. Im Einzugsgebiet des Plattenbachs befinden sich drei Rutschgebiete (Bild 1), das volumenmässig grösste und aktivste

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Gebiet ist die Rutschung Stollenegg. Das Gerinne verläuft auf weiten Strecken auf Fels und ist teilweise tief eingeschnitten (Bild 2). Auf seinem Weg in den Vierwaldstättersee passiert der Plattenbach mehrere Engstellen, er durchquert den Bahndamm der Rigibahn und ist auf dem Kegel auf einer Länge von 120 m eingedolt. Kurz vor der Mündung fliesst er im Siedlungsgebiet mit dem Mühlebach zusammen (Bild 1). Die Überarbeitung des ISK Plattenbach Vitznau basiert auf dem Vorprojekt ISK Plattenbach 2011 und der Konzeptstudie ISK Vitznauer Bäche 2013. Die Wirksamkeit der Massnahmen ist zu prüfen und gegebenenfalls sind neue Massnahmen auszuarbeiten. Aufgrund der grossen Unsicherheiten in den zu erwartenden Rutschvolumina wird grossen Wert auf die konsequente Betrachtung des Überlastfalles gelegt. Ergänzend zu konventionellen ingenieurtechnischen Methoden sollen numerische Simulationen zum Prüfen der Wirksamkeit der Massnahmenvorschläge zum Einsatz kommen. Numerische Murgangsimulationsmodelle sind heute auf einem Stand, welcher einen gewinnbringenden Einsatz in der Gefahren- und Risikobewertung erlaubt. Damit können u.a. dokumentierte Ereignisse nachgerechnet (z.B. Scheuner 2007, Deubelbeiss & Graf 2013) oder unterstützend bei der Erstellung von Gefahrenkarten eingesetzt werden (z.B. Scheuner et al. 2011, Walser 2013, Graf et al. 2013). Arbeiten, die versuchen, die Wirkung von Schutzmassnahmen abzubilden, existieren nur wenige (Graf & McArdell 2008). Der Einsatz von sog. No-Flux-Zellen zur Implementierung von baulichen Massnahmen im numerischen Modell stellt diesbezüglich eine neue Möglichkeit dar (Hohermuth 2014). No-Flux-Zellen ermöglichen das Ausschneiden von Zellen aus dem Berechnungsgitter, wodurch bestimmte Bereiche (z.B. Dämme, aber auch Häuser) als nicht durchströmbar definiert werden. An den Zellenrändern können Kennwerte wie 285

Fliesshöhe oder Fliessgeschwindigkeit als Eingangsgrössen für die Dimensionierung der Schutzbauwerke ausgelesen werden. RAMMS liefert eine objektive Grundlage zur Beurteilung der Restintensität nach Massnahmen und damit zur Beurteilung der Wirksamkeit von Massnahmen. 3. Grundlagen Im Rahmen des VP ISK Plattenbach (2011) wurde zum ersten Mal eine gründliche Gefahrenbeurteilung im Perimeter des Plattenbachs erstellt. Dabei wurde eine umfassende Abschätzung des Feststoffpotenzials durchgeführt. Da der Plattenbach weitgehend auf Fels verläuft, können Feststoffeinträge durch Sohlenerosion vernachlässigt werden. Massgebend sind Geschiebeeinträge aus den drei Rutschgebieten im Einzugsgebiet (Bild 1, Tabelle 1). Ausgehend von der Beurteilung der hydrologischen und geologischen Verhältnisse wurden die Murgangszenarien in Tabelle 2 definiert. Die erwartete Anzahl Schübe wurde gutachterlich festgelegt, wobei die resultierenden Schubvolumina eine obere Grenze darstellen. Das maximale Schubvolumen ist durch die Transportkapazität des Plattenbachs und nicht durch die Feststoffeinträge limitiert. Der zugehörige Spitzenabfluss und die Fliessgeschwindigkeit wurden empirisch nach Rickenmann (1999) ermittelt. Die resultierende Abflussspitze im 100-jährlichen

Murgangereignis ist mit 130 m3/s mehr als sechsmal grösser als die Hochwasserspitze im Rheinwasserfall. RAMMS wird am WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung, SLF, entwickelt (www.wsl.ch/ramms). Die Simulationsumgebung besteht aus drei kommerziell erhältlichen Modulen, RAMMS::AVALANCHE (Fliesslawinen), RAMMS::DEBRIS FLOW und neu RAMMS::ROCKFALL (Christen et al. 2012). RAMMS::AVALANCHE wird bereits seit einigen Jahren erfolgreich für die Simulation von Fliesslawinen verwendet (z.B. Christen et al. 2010). Mit dem Murgangmodul kann das Ausbreitungs- und Ablagerungsverhalten von Murgängen auf komplexen Terrainoberflächen modelliert werden. Die Berechnung von Fliesstiefe und -geschwindigkeit liefert die Eingangsgrössen zur Bemessung von Schutzbauwerken (Graf & McArdell 2008 und Graf & McArdell 2011). Anwendungen von RAMMS in der Gefahrenkartierung finden sich in Scheuner et al. 2011, Graf et al. 2013 und Walser et al. 2014. Murgänge werden in RAMMS als einphasiges, homogenes und inkompressibles Fluid behandelt. Basis für die Berechnungen sind die Grundgleichungen für Energie- und Massenerhaltung aus der Kontinuumsmechanik. Durch Annahme einer hydrostatischen Druckverteilung und der Integration über die Fliesstiefe ergeben sich daraus die tiefengemittelten 2D-Flachwassergleichungen. Die Rheolo-

Bild 1. Übersichtsplan Plattenbach. Das Einzugsgebiet ist durch die rote Linie abgegrenzt. Die Rutschgebiete sind in Rot hinterlegt.

Tabelle 1. Feststoffpotenzial der drei Rutschgebiete für verschiedene Jährlichkeiten. Quelle VP ISK Plattenbach 2011.

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gie der Murgänge wird nach dem Ansatz von Voellmy-Salm berücksichtigt. Der Reibungsterm nach Voellmy-Salm Sf = (Sfx,Sfy )T beinhaltet einen geschwindigkeitsunabhängigen Coulomb-Term für die trockene Reibung μ und einen geschwindigkeitsabhängigen Term für die turbulente Reibung ξ, siehe Gleichung (1).

(1)

Für detailliertere Informationen zur Numerik von RAMMS wird auf Christen et al. (2010) verwiesen.Die beiden Reibungsparameter μ und ξ können nicht direkt bestimmt werden, sondern erfordern eine Kalibrierung anhand dokumentierter Ereignisse und Analogieschlüssen aus Berechnungen in vergleichbaren Murganggerinnen. Zur Erstellung von Intensitätskarten werden die berechnete Fliesstiefe und die Fliessgeschwindigkeit pro Gitterzelle miteinander verschnitten und gemäss den Intensitätsklassen der Empfehlung Berücksichtigung der Hochwassergefahren bei raumwirksamen Tätigkeiten (BUWAL 1997) klassifiziert. Liegen überhaupt keine dokumentierten Ereignisse für eine Kalibrierung vor, kann näherungsweise μ =tan α angenommen werden, wobei α das Gefälle auf dem

Bild 2. Plattenbach im Bereich kurz vor dem Durchlass Bahndamm VRB mit Blick auf den Bereich «Platte». Das Gerinne verläuft in diesem Bereich mehrheitlich eingeschnitten im Fels.

Tabelle 2. Definition der Murgangszenarien für die Überarbeitung des ISK Plattenbach. Quelle IG Bäche Vitznau. «Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

Kegel beschreibt (Genolet 2002, Scheuner et al. 2011). Der turbulente Reibungsbeiwert ξ wird dann variiert, bis plausible Fliessgeschwindigkeiten erreicht werden. Die Fliessgeschwindigkeiten können z.B. aus Spuren einer Kurvenüberhöhung errechnet oder mit empirischen Formeln abgeschätzt werden, z.B. nach Rickenmann (1999). Grundlage für alle Simulationen ist das digitale Geländemodell (DGM). In den vorliegenden Untersuchungen wurden Datenpunkte aus einer LIDAR-Überfliegung verwendet. Aus den Punktinformationen wurde mit dem ANUDEM-Algorithmus (Hutchinson et al. 2011) ein Geländeraster erstellt, in dem die Fliesswege eingehalten werden. Als Vergleich wurde zusätzlich mit dem DGM der amtlichen Vermessung (Quelle Dienststelle Raum und Wirtschaft rawi Kanton Luzern) gearbeitet. Beide Geländeraster wurden mit einer Auflösung von 1 × 1 m verwendet und bei einer Begehung vor Ort überprüft. Zusätzlich standen für den Plattenbach terrestrische Vermessungsdaten von Querprofilen als Vergleich zur Verfügung. Der Einfluss der DGMAuflösung und seiner Qualität auf die resultierenden Intensitäten wurde mit einer Sensitivitätsanalyse untersucht. Zu hohe Auflösungen können nebst dem hohen Rechenaufwand auch zu einer Scheingenauigkeit führen weil sich das Gelände seit der Erfassung oder während einem Ereignis im Gerinnebereich verändert und von der Rechengrundlage abweicht. Eine zu geringe Auflösung kann dazu führen, dass ein Gerinne mit bescheidener mittlerer Breite bei einem Geländeraster von mehreren Metern nur noch mangelhaft abgebildet wird. 4. Simulation von Massnahmen Zum Schutz des Siedlungsgebiets vor Murgängen sieht die Konzeptstudie Integrales Schutzkonzept Vitznauer Bäche 2013 am Plattenbach bauliche Massnahmen zum Rückhalt von Geschiebe in Kombination mit einem Überlastkorridor entlang der Zihlstrasse auf dem Kegel vor. Der Rückhalt soll gemäss Konzept im Gebiet Brand und am Bahndamm stattfinden (Bild 1). Das Ziel der Arbeit (Hohermuth 2014) bestand darin, numerische Murgangsimulationen in den Prozess der Massnahmenprojektierung einzubinden und dabei die Wirkung von Massnahmen in RAMMS abzubilden. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass Lenk- und Rückhaltedämme, die im Geländemodell nachgebildet werden, im Modell deutlich zu früh überströmt werden (Graf & McArdell 2008 und Graf & McArdell 2011). Die neue Funktion der No-Flux-Zellen in der

neusten Version von RAMMS soll hier deutliche Verbesserungen schaffen. Basis für die eingangs erwähnte Kalibrierung der Reibungsparameter ist das einzige dokumentierte Murgangereignis im Plattenbach von 1910. Durch intensive Niederschläge wurde damals eine Rutschung in Gebiet Stollenegg ausgelöst, was in der Folge zur Bildung einer Gerinnemure führte. Dokumentiert ist die Ablagerung von 15 000 m3 Material auf dem Kegel, wodurch das alte Schulhausareal und das Gebiet Reimen (vgl. Bild 1) 1–2 m hoch mit Schutt überdeckt wurden (Ereignisdokumentation ISK Plattenbach Vitznau). Angaben über die Anzahl Schübe, Fliessgeschwindigkeit oder -tiefe fehlen, wie das häufig der Fall ist. Die Fliesseigenschaften von Murgängen sind von mehreren Parametern (Vorsättigung, Wassergehalt, Materialzusammensetzung usw.) abhängig und können sogar innerhalb eines Ereignisses variieren (Graf et al. 2013). Um die ganze Bandbreite an erwarteten Ereignissen abzudecken, wurde ein Parameterbereich für die Simulationen bestimmt. Für den Plattenbach wurde μ = 0.1–0.15 [-] und ξ = 100–400 m/ s2 verwendet, was einen eher granularen Murgang beschreibt. Die im Vorprojekt bestimmten Kennwerte für Volumen und Anzahl Schübe (Tabelle 2) wurden für die Simulationsberechnungen in RAMMS unverändert übernommen. Gestartet wurden die Berechnungen unterhalb der beiden

Rutschgebiete Stollenegg und Brand (Bild 1) mit einem Inputhydrographen. Liegen keine weiteren Informationen vor, wird von einem 3-Punkte-Hydrograph ausgegangen. Für kanalisierte Gerinnemuren liefert der Inputhydrograph bessere Resultate, wohingegen die Startbedingung «Block Release» bei flächigen Murgängen empfohlen wird (Deubelbeiss & Graf 2013). 5. Resultate Qualität, Aktualität und Auflösung des DGM sind von entscheidender Bedeutung für die Güte der Resultate. Aus der Studie wurde klar ersichtlich, dass Qualität und Auflösung des digitalen Geländemodells einen deutlich höheren Einfluss auf die Simulationsresultate hat als die beiden Reibungsparameter μ und ξ. Die Sensitivitätsanalyse des DGM zeigt, dass Auflösungen gröber als 5 × 5 m das schmale, tief eingeschnittene Gerinne nicht genügend genau abbilden, wodurch Ausbrüche aus dem Gerinne zu früh simuliert werden. Für Berechnungen im Siedlungsgebiet werden Geländedetails für den Plattenbach erst bei einer Auflösung von 1 × 1 m korrekt dargestellt. Wichtiger als die Auflösung scheint die Qualität der Geländedaten zu sein. Bild 3 zeigt eindrücklich die Auswirkungen von Geländedetails auf den modellierten Fliessweg. Das DGM der amtlichen Vermessung zeigt in der eingekreisten Markierung eine Brücke, wo in Wirklichkeit keine besteht. Zum Vergleich

Bild 3. Fliesstiefe für 10 000 m Schubvolumen, berechnet auf dem DTM-AV (links) und dem DTM-LIDAR (rechts). Die Bildausschnitte zeigen jeweils einen Ausschnitt aus den verwendeten Geländemodellen, beide mit 1 × 1m Auflösung.

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

287

ist rechts in Bild 3 die «korrekte» Abbildung im DGM aus den LIDAR-Punktinformationen gezeigt. Angaben zur räumlichen Verteilung der Intensität und Fliesstiefe eines Murganges sind essenzielle Grundlagen für die Projektierung von Massnahmen und der Gefahrenzonenbestimmung. Numerische Simulationen liefern eine objektive Grundlage zur Erstellung von Intensitätskarten. Diese helfen bei der Erkennung von Schwachstellen im System in Abhängigkeit der Wiederkehrperiode. Bild 4 zeigt die Intensitäten für ein 300-jährliches Ereignis, bei dem mit einer Verklausung des Durchlasses unter dem Bahndamm gerechnet werden muss und in der Folge ein Einstau und Bruch des Dammes erfolgt. Daraus resultieren starke Intensitäten entlang der Zihlstrasse, welche u.a. das neue Schulhaus betreffen. Auf Basis der Intensitätskarten für

den IST-Zustand wurden bauliche Massnahmen entworfen und mit RAMMS getestet. Nur wenn die Restintensitäten nach Umsetzung der Massnahmen bekannt sind, kann die intensitätsbasierte Schutzzielmatrix gemäss der Empfehlung Raumplanung und Naturgefahren des Bundesamtes für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL 2005) wirklich umgesetzt werden. Mit RAMMS kann die Restintensität für unterschiedliche Volumen eines Rückhaltebauwerks mit wenig Aufwand berechnet werden. Für die Sperre Brand hat die Untersuchung gezeigt, dass ein Rückhalt von 31 000 m3 (entspricht G300) nötig ist, um die geforderten Intensitäten nicht zu überschreiten. Zusätzlich ermöglicht die Betrachtung des Extremereignisses das Ausscheiden eines Überlastkorridors, in dem durch organisatorische Massnahmen das Schadenspotenzial weiter reduziert werden kann. Am Plattenbach wurden entlang

Bild 4. Intensitätskarte im IST-Zustand für 300-jährliche Ereignisse auf Basis der Berechnungen in RAMMS. 288

der Zihlstrasse Objektschutzmassnahmen für den kombinierten Schutz vor Hochwasser und Murgängen geprüft. Die Wirksamkeit der geplanten Objektschutzmassnahmen für Murgangereignisse wurde in RAMMS untersucht. Im Speziellen wurde darauf geachtet, dass sich durch eine Massnahme die Gefährdung für andere Objekte nicht erhöht. Unter dieser Rahmenbedingung wurde die Anordnung der Leitmauern in RAMMS optimiert. Die Bilder 5a und 5b zeigen die Fliesstiefen für ein Ereignis aus der Rutschung Glinge mit den Objektschutzmassnahmen vor und nach der Optimierung. Die Lenkwirkung der Massnahmen kann im Modell gut abgebildet werden, wodurch sich die Lage und Anordnung der Schutzmauern optimieren lässt. Die Simulationen liefern mit der Fliesstiefe und -geschwindigkeit die nötigen Grundlagen zur Ermittlung der Mauerhöhe und der statischen Bemessung. Im Gebiet des Plattenbachs wurde ein Bruchszenario für den Bahndamm der Rigibahn und für die geplante Sperre im Gebiet Brand untersucht. Das Sperrenbauwerk im Gebiet Brand fällt aufgrund seiner Stauhöhe unter die Stauanlagenverordnung (StAV). Als erste Abschätzung der Auswirkungen eines Bruchs wurde ein Bruchszenario gemäss StAV gerechnet. Im Basisdokument zu den Unterstellungskriterien der StAV werden folgende Annahmen getroffen (BWG 2002): 1) Die Sperre ist bis zum Stauziel gefüllt, für Geschiebesammler bedeutet dies bis zur Oberkante der Überlaufschwelle. 2) Das Versagen erfolgt instantan, bei Betonbauwerken wird ein Bruch der gesamten Mauer angenommen, bei dem ohne zeitliche Verzögerung die ganze Sperrenfläche freigegeben wird (Momentanbruch). Zur Umsetzung dieses Szenarios in RAMMS werden in einer ersten Simulation mit Sperre die Ablagerungshöhen und das Volumen hinter der Sperre ermittelt. Für die zweite Simulation wird vorgängig die Bresche gemäss den Vorgaben der StAV aus dem Damm ausgeschnitten, respektive bei Betonsperren das ganze Bauwerk entfernt. Mit der Startbedingung «Block release» hat RAMMS die Möglichkeit, eine Auslösehöhe vorzugeben. Das Material beschleunigt beim Start der Simulation aufgrund der vorgegebenen potenziellen Energie schlagartig Richtung Tal. Der Ablauf des Bruchs der Sperre Brand ist in Bild 6 illustriert. Die Abbildung der Interaktion mit

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

den Massnahmen im Überlastfall ist in RAMMS nur begrenzt möglich. Die Wirkung einer Sperre im überströmten Zustand kann nicht im Modell abgebildet werden, weil die Energiedissipation beim Anprall einer Mure an einem Bauwerk nicht berücksichtigt wird. Die Objektschutzmassnahmen können nur als nicht durchströmbare Zellen aus dem Modell ausgeschnitten werden. Ein Überströmen der Leitmauern ist damit im Modell nicht möglich. Flussbauliche Bauwerke können aufgrund fehlender innerer Randbedingungen nicht direkt im Modell umgesetzt werden. Durchlässe können nur entweder als offenes Gerinne oder vollständig verklaust abgebildet werden. Die zugrund liegenden Flachwassergleichungen würden ein Ausbreiten des Murganges simulieren, bis kein Gradient in der Fliesstiefe mehr besteht. Murgänge stoppen jedoch mit Verlandungswinkeln, die deutlich von der Horizontalen abweichen. In RAMMS wird die Ausbreitung gestoppt, wenn die aktuelle Impulssumme unter einen bestimmten Wert (5–10%) der maximalen Impulssumme fällt. Diese nicht physikalische Modellierung des Ablagerungsverhaltens kann zu oszillierenden Geschwindigkeiten und numerischer Diffusion an den Rändern der Ablagerungen führen. Dadurch kann der Ausbreitungsbereich überschätzt werden. Kritische Stellen sollten darum immer manuell auf numerische Diffusion geprüft werden. Im Zustand nach Bau der Sperre Brand werden nur noch durch die Rutschung Glinge Feststoffe in den Plattenbach eingetragen. Durch den deutlich geringeren Eintrag ändert sich die Hauptprozessart von Murgängen zu fluvialem Geschiebetransport. Die einphasige Modellierung in RAMMS kann die Interaktion mit dem Gewässer nicht abbilden. In diesem Fall erfolgte die Berechnung mit BASEMENT, einem 2D-hydrodynamischen Modell, in dem der Geschiebetransport über empirische Transportgleichungen berücksichtigt wird (www.basement. ethz.ch). 6. Diskussion Nach der Kalibrierung der Reibungsparameter kann RAMMS den mutmasslichen Fliessweg und die Ablagerungen des Ereignisses 1910 plausibel wiedergeben. Die Sensitivitätsanalyse hat gezeigt, dass das Geländeraster aus den hochaufgelösten Lidar-Daten bei 1 × 1 m Auflösung die Fliesswege adequat abbildet. Die Intensitätskarten aus RAMMS zeigen Abweichungen zu den bestehenden Intensitätskarten, wobei die Unterschiede auf ein

Bild 5a. Fliesstiefen für ein Ereignis aus dem Gebiet Glinge. Die erste Variante der Objektschutzmassnahmen führt zu erhöhten Fliesstiefen am Gebäude in der Markierung.

Bild 5b. Fliesstiefen für ein Ereignis aus dem Gebiet Glinge. Die optimierte Anordnung führt nicht zur Erhöhung der Fliesstiefen für andere Gebäude. Die Gebäude in der Markierung liegen leicht erhöht und nehmen keinen Schaden.

Bild 6. Fliesstiefe für den Momentanbruch der Sperre Brand bei Füllung bis Stauziel zu verschiedenen Zeitpunkten.

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Artefakt im Geländemodell der amtlichen Vermessung zurückgeführt werden können. Graf & McArdell (2008) weisen darauf hin, dass die Wiedergabe der exakten Geometrie von Lenkmassnahmen im Modell meist nicht möglich ist. Die Verwendung von No-Flux-Zellen ermöglicht auch die Abbildung komplexer Geometrien im Modell. Bei Anwendungen im Siedlungsgebiet begrenzt die Grösse der Rasterzellen den Detailgrad der Lenkmauern. RAMMS erlaubt die Berechnung der Fliesstiefe und -geschwindigkeit an Bauwerken, die Resultate müssen jedoch immer auf numerische Artefakte überprüft werden. Die numerischen Simulationen bieten keinen Ersatz für die ingenieurstechnischen Ansätze zur Bemessung von Massnahmen, vielmehr sollen beide Methoden ergänzend eingesetzt werden. 7. Schlussfolgerungen Die Untersuchungen haben gezeigt, dass numerische Simulationen einen erheblichen Beitrag zur Projektierung von Massnahmen liefern können. Die Kenntnis der Restintensität nach der Umsetzung von Massnahmen erlaubt es, die Massnahmen auf die Schutzziele gemäss BUWAL (2005) auszulegen. Im vorliegenden Projekt wurde durch die Simulationen die maximale Kapazität des Gerinnes auf der Platte berechnet, wodurch auf Massnahmen zur Steigerung der Gerinnekapazität verzichtet werden konnte. Weiter hat sich gezeigt, dass das nötige Rückhaltevolumen der Sperre Brand deutlich grösser ist, als in der Konzeptstudie geplant. Die Simulation des Extremereignisses erlaut die Ausscheidung eines Überlastkorridors und die genauere Planung organisatorischer Massnahmen. Aus Sicht der Autoren wäre es wünschenswert, dass numerische 2D-Simulationen im Bereich des Murgangund Wildbachverbaus ebenso Standard werden, wie sie es im klassischen Hochwasserschutz bereits heute sind. In der neusten Version von RAMMS::DEBRIS FLOW wurde unter anderem auch die Berücksichtigung von Kohäsion eingeführt. Kohäsion kann im Modell helfen, numerische Diffusion zu verhindern und so das Ablagerungsverhalten zu verbessern. Mit dieser Funktion liegen jedoch noch keine Erfahrungen vor, weitere Untersuchungen sollen diese Lücke schliessen. An den Rändern der No-Flux-Zellen treten numeri-

290

sche Effekte auf, die aktuell noch von Hand korrigiert werden müssen. Hier sind noch Arbeiten am Modell nötig.

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Dank

entre patrimoine et contrainte. Actes du collo-

Unser Dank gilt den Mitarbeitern Jörn Heilig und

que de la Société Suisse de Géomorphologie,

Marcel Budry der HOLINGER AG, welche die

3–5 septembre 2009, Olivone. Géovisions no

Masterarbeit von Benjamin Hohermuth (Hoher-

36. Lausanne, Université de Lausanne Institut

muth 2014) als Projektpartner mitbetreut haben.

de Géographie. 245–258.

Wir danken Marc Christen (SLF) für die kritische

Graf, C., Deubelbeiss, Y., Bühler, Y., Meier, L.,

Durchsicht und Korrektur des vorliegenden Ar-

McArdell, B.W., Christen, M., Bartelt, P. (2013).

tikels.

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dorf, christoph.graf@wsl.ch

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Brutvögel an Fliessgewässern: Situation, Defizite, Förderung Erkenntnisse aus einer Grundlagenstudie im Kanton Zürich Mathias Ritschard, Martin Weggler

Zusammenfassung Fliessgewässer und von Fliessgewässern geschaffene Strukturen und Habitate gehören zu den artenreichsten Lebensräumen und beherbergen eine grosse Diversität von Vogelarten. Viele dieser spezialisierten Arten sind durch die anthropogene Nutzung und Umgestaltung der Fliessgewässer stark bedroht. Der vorliegende Artikel beruht auf einer Grundlagenstudie zu Brutvögeln an Fliessgewässern im Kanton Zürich. Er analysiert die aktuelle Situation, identifiziert und beschreibt ornithologisch wichtige Lebensraumstrukturen, nennt den Handlungsbedarf und stellt Grundlagen für Wasserbauer zur Verfügung, mit denen die Situation der Fliessgewässervögel verbessert werden kann.

1. Einleitung Die Vögel sind eine sehr erfolgreiche Wirbeltiergruppe, welche praktisch sämtliche Lebensräume der Erde besiedelt. Viele Arten sind heutzutage vom Aussterben bedroht (IUCN 2014), die wohl wichtigste Gefährdungsursache ist die Zerstörung der Habitate. Am meisten gefährdet sind Vogelarten, welche auf Lebensräume spezialisiert sind, die einem hohen anthropogenen Nutzungsdruck unterliegen. Dazu gehören sicherlich die Fliessgewässer. Das Gesicht vieler Fliessgewässer hat sich in den letzten zwei Jahrhunderten weltweit, aber insbesondere auch in der dicht besiedelten Schweiz stark verändert. Fliessgewässer wurden zur Energiegewinnung, für den Hochwasserschutz oder auch einfach zur Raumgewinnung verbaut, kanalisiert oder sogar eingedolt. Typische Lebensraumstrukturen naturnaher Fliessgewässer sind vielerorts verschwunden, und mit ihnen auch spezialisierte Vogelarten. Vögel stehen weit oben in der Nahrungskette und erfüllen somit eine wichtige ökologische Funktion. Hinzu kommt, dass

spezialisierte Vogelarten gute Indikatoren für den allgemeinen biologischen Zustand und die biologische Diversität eines Lebensraums sind. Das revidierte Gewässerschutzgesetz (GSchG), welches seit dem 1. Januar 2011 in Kraft ist, bietet Handhabungen, um die Situation der Fliessgewässervögel in der Schweiz zu verbessern. Zentrale Elemente des Gesetzes sind Revitalisierungen und ein erweiterter Gewässerraum. Innerhalb der nächsten 80 Jahre sollen etwa 25% der insgesamt 10 000 km beeinträchtigter Fliessgewässerabschnitte revitalisiert werden (Göggel 2012). Die Kantone sind zur strategischen Planung und zur Umsetzung von Revitalisierungsprojekten verpflichtet. Zusätzlich haben sie Gewässerräume, welche die natürliche Funktion der Gewässer und den Hochwasserschutz gewährleisten festzulegen. Der Gewässerraum darf nur extensiv bewirtschaftet werden. Die Orniplan AG hat im Auftrag des Zürcher Vogelschutzes ZVS/BirdLife Zürich und des Amts für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL) Kanton Zürich einen Grundlagenbericht erarbeitet, welcher die Situation der Brutvögel an Fliessgewässern im Kanton Zürich im Detail analysiert, Defizite identifiziert und konkrete Fördermassnahmen beschreibt (Ritschard & Weggler 2014). Der vorliegende Ar-

tikel stellt ein Destillat dieses Berichts dar. Viele der Resultate, Schlussfolgerungen und Empfehlungen sindschweizweit gültig, der geografische Fokus reicht damit weit über die Grenzen des Kantons Zürich hinaus. 2. Vögel an Fliessgewässern Von den 139 aktuellen Brutvogelarten des Kantons Zürich kommen 38 Arten (27%) bevorzugt oder ausschliesslich in der Nähe von Fliessgewässern vor (Tabelle 1; nachfolgend «Leitarten Fliessgewässer» genannt). Grundlage für diese Erkenntnis ist eine flächendeckende Analyse der geografischen Verteilung von Brutvogelrevieren aus dem Zürcher Brutvogelatlas 2008 (Weggler u.a. 2009). Die Bindung dieser Arten an Fliessgewässer ist unterschiedlich eng. Vier Arten brüten im Kanton Zürich aktuell praktisch ausschliesslich an Fliessgewässern, nämlich Gänsesäger, Eisvogel, Wasseramsel und Bergstelze. Weitere ökologisch sehr eng an Fliessgewässer gebundene Arten sind entweder vollständig verschwunden (Flussuferläufer) oder haben sekundäre Ersatzlebensräume bezogen: Die Flussseeschwalbe brütet im Kanton Zürich nur noch auf künstlichen Brutplattformen am Greifenund Pfäffikersee, die Uferschwalbe und der Flussregenpfeifer brüten heutzutage überwiegend in anthropogen geschaffe-

Bild 1. Typische aktuelle und ehemalige Brutvögel an Fliessgewässern im Kanton Zürich, welche ökologisch sehr eng an den Lebensraum Fliessgewässer gebunden sind. Von links oben nach rechts unten: Gänsesäger, Flussregenpfeifer, Flussuferläufer, Flussseeschwalbe, Eisvogel, Uferschwalbe, Wasseramsel, Bergstelze.

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nen Lebensräumen wie Kiesgruben oder Grossbaustellen, wo Sandabrisse bzw. vegetationsfreie Ruderalstandorte zur Verfügung stehen. Die Populationsgrössen dieser «obligatorischen» Fliessgewässerarten (siehe Bild 1) sind klein; die häufigste Art ist die Bergstelze mit rund 270 Brutpaaren, gefolgt von der Wasseramsel mit knapp 250 Brutpaaren. Vom Eisvogel gibt es weniger als 40 Brutpaare im Kanton Zürich, vom Gänsesäger nur deren zwei. Von den gut 20 Flussregenpfeiferpaaren im Kanton brütet nur eine knappe Handvoll an Fliessgewässern, während die Ufer-

schwalbe vollständig aus Flusshabitaten verschwunden ist. Andere Arten sind ökologisch weniger eng an Fliessgewässer gebunden, aber trotzdem noch statistisch signifikant mit ihnen assoziiert (Tabelle 1). Dazu gehören typische Wasservögel wie Enten oder Schwäne, aber auch Brutvogelarten von gewässerbegleitenden terrestrischen Strukturen wie Uferpflanzen oder Gehölzen, beispielsweise der Teichrohrsänger, die Nachtigall oder der Pirol. Weil die Umgestaltung der Fliessgewässer zu einem grossen Teil schon

im 19. Jahrhundert stattgefunden hat, lassen sich die historischen Vorkommen der Leitarten Fliessgewässer im Kanton Zürich nur fragmentarisch nachzeichnen. Aufgrund der Situation an unkorrigierten Flussläufen, beispielsweise am Unterlauf des Doubs im französischen Jura oder am Tagliamento in Norditalien, müssen zumindest Flussuferläufer, Flussseeschwalbe und Uferschwalbe als ehemalige Brutvögel an den Fliessgewässern im Kanton Zürich eingestuft werden. Andere Arten, wie zum Beispiel der Flussregenpfeifer, waren vor 150 Jahren vermutlich bedeutend häufiger als heute. Einige Fliessgewässervögel wurden auch direkt verfolgt, vom Eisvogel etwa wird berichtet, dass ein Fischer allein im Jahr 1925 in Rheinau gegen 50 Individuen gefangen hätte: «Eine Anzahl brachte er ein, die andern warf er ins Wasser» (Stemmler 1925). Der Fischadler ist in der Schweiz gar ganz ausgerottet worden. Während sich der vorliegende Artikel auf die Bedeutung von Fliessgewässern für Brutvögel beschränkt, soll nicht vergessen werden, dass Fliessgewässer auch als Rasthabitat von Durchzüglern und Wintergästen eine wichtige Bedeutung haben und gelegentlich von lokalen Brutvögeln, welche nicht in unmittelbarer Nähe brüten, zur Nahrungssuche aufgesucht werden (beispielsweise vom Graureiher). 3.

Bild 2. Ornithologischer Ist-Zustand der Fliessgewässer im Kanton Zürich. Als Mass für die ornithologische Qualität haben wir den «Abschnitt-Leitartwert» entwickelt (vgl. Text). Ein hoher Wert entspricht einer hohen ornithologischen Qualität. In Grau sind die ornithologisch nicht relevanten Fliessgewässer (schnellfliessende kleine Bäche, eingedolte Abschnitte oder sehr kurze Fliessgewässer). 292

Ornithologischer Zustand der Fliessgewässer im Kanton Zürich Um den aktuellen ornithologischen Zustand der Fliessgewässer im Kanton Zürich nachzuzeichnen, haben wir alle Fliessgewässerabschnitte ornithologisch bewertet. Davon ausgenommen haben wir schnellfliessende Gewässer mit einer Sohlenbreite von weniger als 1 m, eingedolte Abschnitte sowie Fliessgewässer mit einer Gesamtlänge von weniger als 250 m. Diese sind ornithologisch kaum relevant. Insgesamt wurden so 1788 km «ornithologisch relevanter» Fliessgewässerstrecken bewertet. Die Bewertungsmethodik ist im Grundlagenbericht detailliert beschrieben (Ritschard & Weggler 2014). Grundsätzlich haben wir aus der Summe der vorkommenden Leitarten für jeden Gewässerabschnitt einen sogenannten «AbschnittLeitartwert» errechnet. Dabei wurden aber nicht alle Arten als gleichwertig behandelt. Wir haben jeder Art einen Wert zugewiesen, welcher sich aus dem Artwert gemäss Artwertsystem das Kantons Zürich (siehe Schwarzenbach 2012) und einem «Bin-

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dungswert» zusammensetzt. Letzterer beschreibt, wie eng eine Art ökologisch an den Lebensraum Fliessgewässer gebunden ist. Bild 2 illustriert den ornithologischen Wert aller ornithologisch relevanten Fliessgewässerabschnitte im Kanton Zürich anhand des oben erwähnten Abschnitt-Leitartwerts. Lediglich 3.9% (70 km) der Fliessgewässerstrecke hat einen hohen bis sehr hohen ornithologischen Wert. Ornithologisch besonders wertvolle Fliessgewässerabschnitte sind u.a. im Bereich Nohl–Dachsen sowie Tössriedern–Zweidlen am Rhein, zwischen Geroldswil und der Kantonsgrenze an der Limmat sowie lokal an der Thur und an der Sihl zu finden. Rund die Hälfte der Fliessgewässerstrecke (900 km) hat derzeit gemäss unserer Analyse überhaupt keinen ornithologischen Wert. Es fällt auf, dass Gewässer mit einem hohen ornithologischen Wert im Allgemeinen eine viel breitere Sohle aufweisen als Gewässer ohne oder mit nur einem geringen bis mittleren ornithologischen Wert (vgl. Tabelle 2). Dies ist nicht weiter erstaunlich, sind doch Vögel mobile Lebewesen, welche auf eine je nach Art mehr oder weniger ausgedehnte Fläche von geeignetem Habitat angewiesen sind (vgl. auch Kap. 5). Hinzu kommt, dass ornithologisch wichtige Habitatstrukturen oft durch dynamische Fliessgewässerprozesse geschaffen werden. Diese Prozesse finden zwar auch an kleinen Fliessgewässern statt, die Schaffung von Strukturen von ornithologisch relevanter Grösse hängt aber nicht zuletzt von der Gewässergrösse ab. In einem zweiten Schritt haben wir analysiert, an welchen Fliessgewässerabschnitten ornithologische Defizite bestehen. Vereinfacht könnte man sagen, die grössten Defizite bestehen dort, wo der Abschnitt-Leitartwert gering ist. Man darf aber nicht ausser Acht lassen, dass kleine Fliessgewässer ein geringeres ornithologisches Potenzial haben als Gewässer mit einer grossen Sohlenbreite; trotzdem können kleine Fliessgewässer für einige Vogelarten sehr wichtig sein. In unserer Analyse haben wir deshalb den AbschnittLeitartwert für die Gewässersohlenbreite korrigiert (Details zur Methodik in Ritschard & Weggler 2014). Bild 3 illustriert den AbschnittLeitartwert bezogen auf den Kantonsdurchschnitt und korrigiert nach Gewässersohlenbreite. Es werden also nur Gewässer mit gleicher Sohlenbreite miteinander verglichen. Gewässer mit unter-

durchschnittlichem Abschnitt-Leitartwert können als Defizitgewässer bezeichnet werden; sie haben meist ein hohes Aufwertungspotenzial. Auch Gewässer mit einem durchschnittlichen bis überdurchschnittlichen Abschnitt-Leitartwert befinden sich aber meist deutlich unter ihrem Optimum und besitzen ebenfalls ein Aufwertungspotenzial. Fliessgewässerabschnitte mit einem hohen ornithologischen Defizit sind an allen grösseren Flüssen im Kanton Zürich (Rhein, Limmat, Reuss, Thur, Töss, Glatt und Sihl) zahlreich zu finden.

Ökologische Ansprüche von Fliessgewässervögeln Vögel stellen je nach Art unterschiedliche Anforderungen an ihren Lebensraum. Einerseits sind sie für Nahrungs-, Deckungsund Nistplätze und auf bestimmte Biotopstrukturen angewiesen, andererseits haben sie aber auch Raumansprüche, d.h. sie brauchen eine minimale Fläche von geeignetem Lebensraum, um überleben und sich erfolgreich fortpflanzen zu können. Wir haben für jede unserer Leitarten Fliessgewässer die wichtigen Lebens-

Bild 3. Ornithologische Bewertung der Fliessgewässerabschnitte im Kanton Zürich, bezogen auf den Kantonsdurchschnitt und korrigiert nach Gewässersohlenbreite.

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293

Tabelle 2. Ornithologische Bewertung der Fliessgewässer im Kanton Zürich, beurteilt anhand des Abschnitt-Leitartwerts (vgl. Text).

Tabelle 1. Leitarten Fliessgewässer Kanton Zürich: Vogelarten, welche im Kanton Zürich statistisch signifikant in der Nähe von Fliessgewässern brüten, und ihre Bestandsgrössen (Anzahl Brutpaare im Kanton, Quelle: Zürcher Brutvogelatlas 2008). Die ökologische Bindung an den Lebensraum Fliessgewässer ist je nach Art unterschiedlich eng. raumstrukturen zusammengetragen und dabei zehn Lebensräume und Strukturen identifiziert, welche für Fliessgewässervögel von zentraler Bedeutung sind (Tabelle 3). Die wichtigste Zone ist nicht der Fliesskörper selbst, sondern der Wasserrand und die ans Wasser angrenzenden terrestrischen Lebensräume. Dies unterstreicht die Wichtigkeit, Gewässerräume auszuscheiden und adäquat zu pflegen (EAWAG 2013). Den wichtigsten Bei294

trag an den ornithologischen Wert eines Fliessgewässers leisten Vertikalstrukturen (Bäume, Büsche, Uferpflanzen) im Gewässerraum, die zu Beginn der Brutzeit teilweise oder vollständig funktional zur Verfügung stehen, d.h. nicht gemäht sind. Die Diversität von Leitarten ist in flächigen Strukturen wie Auenwäldern oder Ufergehölzen besonders hoch, aber auch quasi lineare Ufersäume oder punktförmige Altbäume sind wichtig. Die spezialisierten Arten mit einer engen Bindung an Fliessgewässer haben meist sehr spezifische Ansprüche. Flussuferläufer, Flussregenpfeifer und Flussseeschwalbe brüten auf störungsfreien Kiesbänken und -inseln, wobei Letztere beide offene Flächen bevorzugen, der Flussuferläufer hingegen Flächen mit lockerer Vegetation. Eisvogel und Uferschwalbe bauen ihre Brutröhren in sandige Uferabrisse, ersterer ist für den Nahrungserwerb zudem auf Sitzwarten tief über der Wasseroberfläche an fischreichen, langsam fliessenden Uferabschnitten angewiesen. Einige Arten nehmen gerne künstliche Nisthilfen an. Auch Kunstbauten in Gewässernähe wie Brücken oder Stauwehre können hier einen wesentlichen Aufwertungsbeitrag leisten. 5.

Ornithologische Aufwertung von Fliessgewässern Vögel und deren Lebensraumansprüche waren bisher bei Aufwertungen von Fliessgewässern meist nur am Rand ein Thema. Dies ist insbesondere deshalb schade, weil spezialisierte Vögel gute Indikatoren für den allgemeinen biologischen Zustand eines naturnahen Lebensraums sind. Wie unsere Analyse gezeigt hat, wird das ornithologische Potenzial eines Fliessgewässers mit zunehmender Gewässersohlenbreite grösser. Dies sollte nicht nur bei Gewässeraufwertungen, sondern auch bei der Diskussion um die minimale Restwassermenge berücksichtigt werden. Nach Gewässerschutzgesetz muss die Restwassermenge erhöht werden, wenn «seltene Lebensräume und -ge-

meinschaften, die direkt oder indirekt von der Art und Grösse des Gewässers abhängen», beeinträchtigt werden. Die Sohle eines Fliessgewässers lässt sich natürlich nicht beliebig in die Breite ziehen, aber das Gewässerbett sollte bei Aufwertungsarbeiten so gestaltet werden, dass sich das Fliessgewässer eine eigene Route suchen kann und sich eine natürliche Sohlenbreite einstellt. Von zentraler Bedeutung für den ornithologischen Wert eines Fliessgewässers sind die zehn in Tabelle 3 aufgelisteten Lebensräume und Lebensraumstrukturen. Bei naturnahen Fliessgewässern entstehen die meisten dieser Strukturen durch dynamische Prozesse wie Erosion, Sedimentation und periodische Überflutungen. In der Realität sind die allermeisten Fliessgewässer im Kanton Zürich anthropogen beeinflusst und räumlich gelenkt. Das primäre Ziel bei Fliessgewässeraufwertungen sollte deshalb eine Revitalisierung sein, d.h. die «Wiederherstellung der natürlichen Funktionen eines verbauten, überdeckten oder eingedolten oberirdischen Gewässers mit baulichen Massnahmen» (Göggel 2012, BAFU 2012). Eine vollständige Revitalisierung ist allerdings nicht überall möglich. Es kann dann sinnvoll sein, bestimmte ornithologisch wichtige Strukturen künstlich zu erschaffen und zu unterhalten. Dabei muss sorgfältig abgeklärt werden, welche Strukturen im betreffenden Gewässerabschnitt realisierbar und aus ornithologischer Sicht sinnvoll sind. Dabei sind insbesondere die Gewässermorphologie und weitere lokale Begebenheiten (u.a. geologische und geografische Faktoren) zu berücksichtigen. Es wird kein Gewässer geben, an dem sich alle der in Tabelle 3 aufgelisteten Strukturen nebeneinander realisieren lassen. Bei vielen Aufwertungsprojekten wird es unumgänglich sein, Fachleute beizuziehen, damit die lokalen Begebenheiten im Detail studiert und massgeschneiderte Massnahmen definiert werden können. Dabei sollen auch Artspezialisten hinzugezogen und nach Möglichkeiten eine vorgängige

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 4. Arbeitshilfe für die ornithologische Aufwertung von Fliessgewässern; Beispielseite aus dem Grundlagenbericht «Grundlagen zur Förderung von Brutvögeln an Fliessgewässern im Kanton Zürich» (Ritschard & Weggler 2014).

Tabelle 3. Ornithologisch bedeutende Lebensräume und Strukturen an Fliessgewässern und deren Bedeutung für die einzelnen Leitarten. Erfassung der vorhandenen Arten durchgeführt werden (siehe auch Schmidt & Fivaz 2013). Gerade bei anthropogen beeinträchtigten Gewässern ist die richtige Pflege der ornithologisch wichtigen Strukturen essenziell. Wir haben für jede der in Tabelle 3 aufgelisteten Strukturen eine doppelseitige Arbeitshilfe zusammengestellt, wo Zielarten, Förderziele, Pflege-

massnahmen, Fördergewässer und ggf. weitergehende Literatur erläutert sind (Bild 4). Die Arbeitshilfen können zusammen mit dem Bericht heruntergeladen werden unter www.awel.zh.ch/brutvoegel -> Bauen am und im Gewässer.

Zürich für die Mitarbeit in der Projektausarbeitung sowie an Pascal Sieber von der Abteilung Wasserbau, Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL) Kanton Zürich für die Unterstützung. Verschiedene Personen (u.a. Bruno Schelbert, Matthias Griesser, Christa Glauser) haben Anschauungsmaterial und wertvolle In-

Danksagung

puts geliefert. Der Zürcher Brutvogelatlas, auf

Ein grosser Dank geht an die Kommission

dem viele der in diesem Artikel erwähnten Ana-

Grundlagen & Forschung des ZVS/BirdLife

lysen beruhen, wäre ohne die Mitwirkung meh-

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

295

rerer Hundert Freiwilliger und der Unterstützung

IUCN (2014). The IUCN Red List of Threatened

ten im Jahr 2000 mit Grundlagen zur Neupla-

der Fachstelle Naturschutz Kanton Zürich nicht

Species. Version 2014.2. http://www.iucnred-

nung des «Avimonitorings 2013–2022». Orni-

realisierbar gewesen. Für die Bilder der Leitarten

list.org

plan AG, Zürich, im Auftrag der Fachstelle Na-

Fliessgewässer durften wir auf das Fotoarchiv

Ritschard, M., Weggler, M. (2014). Grundlagen

turschutz Kanton Zürich.

des Zürcher Brutvogelatlas zurückgreifen (Foto-

zur Förderung von Brutvögeln an Fliessgewäs-

Stemmler, C. (1925): Eisvogelfang. Ornithologi-

autoren: Patrick Donini, Rita und Alfons Schmid-

sern im Kanton Zürich. Bericht der Orniplan AG

scher Beobachter 23, 78.

lin, Beat Walser und Stefan Wassmer).

im Auftrag von ZVS/BirdLife Zürich und Amt für

Weggler, M., Baumberger, C., Widmer, M.,

Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL) Kanton

Schwarzenbach, Y., Bänziger, R. (2009): Brut-

Literatur

Zürich. Herunterzuladen unter www.awel.zh.ch/

vogelbestände im Kanton Zürich 2008 und Ver-

BAFU (2012): Merkblatt-Sammlung Wasserbau

brutvoegel -> Bauen am und im Gewässer.

änderungen seit 1988. Bericht mit 2 Separates.

und Ökologie. Erkenntnisse aus dem Projekt In-

Schmidt, B., Fivaz, F. (2013): Fliessgewässer-

Herausgeber: ZVS/BirdLife Zürich.

tegrales Flussgebietsmanagement. Bundesamt

Abschnitte mit hoher Artenvielfalt oder national

für Umwelt BAFU, Bern.

prioritären Arten. Grundlagendaten für die Pla-

EAWAG (2013): Faktenblatt Gewässerraum.

nung von Revitalisierungen. Bericht des Cen-

Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs

tre Suisse de Cartographie de la Faune CSCF

EAWAG, Dübendorf.

und der Koordinationsstelle für Amphibien- und

Göggel, W. (2012): Revitalisierung Fliessge-

Reptilienschutz KARCH z. Hd. des Bundesamts

Anschrift der Verfasser

wässer. Strategische Planung. Ein Modul der

für Umwelt, BAFU.

Dr. Mathias Ritschard, Dr. Martin Weggler, Or-

Vollzugshilfe Renaturierung der Gewässer.

Schwarzenbach, Y. (2012): Artwert Vögel Kan-

niplan AG, Wiedingstrasse 78, CH-8045 Zürich,

Bundesamt für Umwelt, Bern. Umwelt-Vollzug

ton Zürich. Neuberechnung 2012 und Analyse

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der wichtigsten Veränderungen zu den Artwer-

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Die nächste Ausgabe von «Wasser Energie Luft» erscheint am Donnerstag, 12. März 2015

Foto: MMi

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Albert Strickler: Sein Leben und Werk Willi H. Hager

Zusammenfassung Die Normalabflussformel von Albert Strickler besitzt auch heute noch die volle Aussagekraft in der Hydraulik, falls die notwendigen und hinreichenden Voraussetzungen respektiert werden. Dieser Aufsatz lässt das Leben und das Werk Stricklers Revue passieren mit einem Schwerpunkt auf seine Publikationen, insbesondere seine berühmte, 1923 veröffentlichte Arbeit über die Strickler-Formel. Diese wird in den historischen Kontext gestellt, deren Vor- und Nachteile diskutiert, um schliesslich deren Anwendungsbereiche im Lichte der modernen Hydraulik zu spezifizieren. Die Biografie Stricklers wird ebenfalls in Wort und Bild beleuchtet.

Summary The uniform flow formula proposed by Albert Strickler has also currently not lost its impact in hydraulics, if the necessary and sufficient requirements are respected. This article describes both the life and work of Strickler, with an emphasis on his bibliography, particularly his 1923 Report on the Strickler formula. The latter is set in its historical context, its pros and cons are discussed, so that its application limits are finally specified. A biography of Strickler in text and images is also provided.

1. Einleitung Albert Strickler war Schweizer, obwohl viele Kollegen meinen, er sei Deutscher gewesen. Er ist durch die Strickler-Formel zu Weltruhm in der Hydraulik gelangt und hat im schweizerischen Wasserwesen Bedeutendes geleistet. Wer war dieser Strickler, was bedeutet heute die Strickler-Formel, und wer war der Mensch Strickler? Diese und weitere Fragen sollen in diesem biografischen Artikel beantwortet werden, damit der Name Strickler weiter in uns haften bleibt. 2. Publikationen Albert Strickler hat besonders in seinen jüngeren Jahren zahlreiche Publikationen vorgelegt, die hier kurz gewürdigt werden, da sein Literaturverzeichnis bis heute nicht existiert. Strickler (1914a) bespricht die dann neuste Arbeit des italienischen Ingenieurs Lorenzo Allievi (1856–1940), der die analytische Druckstossberechnung revolutionierte. Mit zunehmenden Druckhöhen und Durchflüssen auf Turbinen um 1900 traten bei einigen Wasserkraftanlagen Schäden auf, womit dieses instationäre Phänomen nach einer Lösung verlangte. Nachdem Allievi 1902 seine

spezielle Theorie formuliert hatte, reichte er die allgemeine Theorie 1913 nach, welche von den beiden Schweizern Robert Dubs (1880–1963) und Victor-Louis Bataillard (1881–1976) ins Deutsche übersetzt wurde. Strickler (1914b, 1915a) selbst war zu dieser Zeit mit seiner Promotionsarbeit über Druckschwankungen als «Konstrukteur» an der ETH unter Prof. Franz Prasil (1857–1929) beschäftigt, womit ihn dieses Problem natürlich interessierte. Er belegte mit seinen Versuchen eine gute Übereinstimmung mit den Berechnungen nach Allievi. Im gleichen Jahr publizierte Strickler (1914c) auch eine Arbeit über Wasserschlossschwingungen, einem eng mit Druckstössen zusammenhängendem Massenschwingungsphänomen, welches durch instationäre Beaufschlagung eines Rohrabflusses generiert wird. Es werden dabei verschiedene Approximationen der wichtigsten Gleichungen vorgeschlagen, die sich somit einfach anwenden liessen. Strickler (1915) untersuchte zudem hydraulische Probleme an Turbinen und schlug für verschiedene Turbinentypen spezifische Anwendungs-bereiche vor. Strickler (1916) legte dann seine Promotionsarbeit vor, welche sich mit Leitappa-

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Bild 1. Albert Strickler um 1938 (Bruckner 1938). raten von Francis-Turbinen beschäftigte. Damit hat er sich in der Schweiz einen Namen in der Rohrleitungshydraulik geschaffen und wurde insbesondere als Maschineningenieur wahrgenommen. Strickler (1917) studierte die Kostenverteilung elektrischer Energie. Eine längere Arbeit publizierte Strickler (1919) über einen Regulator für Pelton-Turbinen. Dabei wurde das sogenannte System Seewer detailliert beschrieben, die erzielten Strahlmuster auf die Turbinenräder analysiert, an der ETH gesammelte Versuchsergebnisse erläutert und die Resultate dokumentiert. Mit diesen Arbeiten schliesst Strickler seine maschinenbauliche Ingenieurkarriere ab. Nach seinem Antritt als Sektionschef beim Schweizerischen Amt für Wasserwirtschaft in Bern widmete sich Strickler hauptsächlich energetischen Fragen der Schweiz. Büchi et al. (1924) ist dabei der 1. Beitrag, in welchem die schweizerischen Energieressourcen von namhafter Stelle vorgestellt werden. Stricklers Mitautoren sind dabei Jakob Büchi (1879–1960), ein Kraftwerkerbauer und späterer Berater solcher Projekte, Hans Eggenberger 297

Bild 2. Albert Strickler (mittlere Reihe 5. von rechts) anlässlich der Vorstandssitzung des Nordostschweizerischen Verbands für Schiffahrt Rhein-Bodensee am 29. August 1922 in Schaffhausen (Anonym 1922).

Bild 3. Strickler (hintere Reihe 7. von rechts) am PIANC-Kongress 1922, Brüssel (Anonym 1923). (1878–1958), ein Experte in Kraftwerkbauten und der Bahnelektrifizierung, Arnold Härry (1884–1967), der langjährige Sekretär des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbands, sowie Harold F. Zangger (1893–1932), der Vizedirektor des Bundesamts für Elektrizitätswirtschaft. Strickler (1924b, 1924c) untersuchte anhand von Modelldaten Widerstände und Schiffschrauben in der Binnenschifffahrt. Aus diesen Studien werden Folgerungen betreffend den optimalen Einsatz dieser Fahrzeuge, etwa in den Flüssen der Schweiz, abgeleitet. Strickler (1925) prüfte die Regulierung des Oberrheins, ein Thema, das zu dieser Zeit sowohl in Deutschland, Frankreich als auch in der Schweiz grosse Diskussionen unter Flussbauern hervorrief. Es ging dabei auch um die Niederwasserregulierung dieser 298

Strecke, auf die das Binnenland Schweiz stark angewiesen war (Strickler 1926a). Die Zusammenhänge zwischen dem Ausbau der schweizerischen Wasserkräfte und der Binnenschifffahrt untersuchte Strickler (1926b, 1926c). Weiter studierte Strickler (1926d) hydrometrische Flügel, mit denen Durchflüsse gemessen wurden. Es ging spezifisch um die Einflüsse der schiefen Flügelanströmung, der Flügelstange, der Grundwellenbildung sowie der Turbulenz auf die Messgenauigkeit. Die Energiepreise der Schweiz um 1930 wurden durch Strickler (1928, 1929) diskutiert. Strickler (1936a, 1936b) beschrieb die Elektrizitätswerke der öffentlichen Hand in der Schweiz, welche private Werke bei Weitem überwogen. Es wird betont, dass die Ausnutzung der einheimischen Wasserkraft möglichst auf eine

Unabhängigkeit von ausländischen Energieformen abzielt. In Strickler (1942) wird das Kraftwerkbauprogramm des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereins (SEV) und des Verbands Schweizerischer Elektrizitätswerke (VSE) vorgestellt. Es wird speziell der Bau der Flusskraftwerke Birsfelden, Säckingen, Koblenz, Rheinau und Schaffhausen sowie der alpinen Anlagen Lucendro und Hinterrhein empfohlen. Damit liesse sich der steigende Konsum auch nach dem Krieg decken. Die Zukunftsenergiewirtschaft der Schweiz wurde von Strickler (1944) untersucht. Es wird dabei insbesondere auf den Verzicht von importierter Kohle hingewiesen, der sich mit Wasserkraft ersetzen lasse. Zudem wird der Ausbau der noch verfügbaren Wasserkräfte der Schweiz durch Strickler (1945) angesprochen. Schliess-

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lich veröffentlichte Strickler (1949) eine historische Arbeit über die Entwicklung der Elektrizitätsversorgung der Schweiz, beginnend mit den Flusskraftwerken am Rhein ab 1893. 3. Strickler-Formel Unter Normalabfluss versteht man den Gleichgewichtszustand zwischen treibenden und rückhaltenden Kräften. Ein solcher Abflusstyp existiert in der Natur nicht, da eine Vielzahl von Voraussetzungen nötig ist. Notwendige Voraussetzungen umfassen konstanten Durchfluss, konstante Sohlneigung, invariable Querschnittsgeometrie, gerade Linienführung, uniforme Rauigkeitsverteilung längs des benetzten Umfangs, konstanten Druck am Wasserspiegel und Einphasenströmung normalerweise von Wasser. Hinreichende Voraussetzung ist kein Abflusseinstau. Wie man unschwer erkennt, finden sich diese Voraussetzungen in der Natur nicht, im hydraulischen Labor sind die Fliessstrecken normalerweise zu kurz. Weshalb ist also Normalabfluss in der Hydraulik so wichtig, wenn er praktisch nie auftritt? Er stellt einen wichtigen Zustand dar, bei dem insbesondere Gefälle-, Rauhigkeits- und Viskositätseffekte ins Spiel kommen. Falls ein Abfluss auch nicht als Normalabfluss auftritt, der effektive Abfluss lässt sich mit dem Normalabfluss immerhin oft angenähert beschreiben. Die Geschichte des Normalabflusses ist lang; sie soll hier nicht wiedergegeben werden (etwa Hager 1994). Die erste Beschreibung verdankt man dem französischen Ingenieur Antoine de Chézy (1718– 1798). Er nahm nämlich an Kanälen Messungen vor, dank derer ein Zusammenhang zwischen der mittleren Geschwindigkeit V, dem Sohlgefälle Js und dem hydraulischen Radius Rh resultierte. Diesen formulierte er zu V = C(JsRh)1/2, wobei der hydraulische Radius den Quotient zwischen der benetzten Querschnittsfläche F und dem benetzten Umfang U, also einer Länge, darstellt. Mit dem Beiwert C wird die Rauigkeit der Abflussberandung in Rechnung gestellt. Es folgte eine Vielzahl von meist komplizierteren Vorschlägen, die das Problem jedoch nicht lösten; wichtigster Grund war die ungenügende Datengrundlage. Bazin (1865) hat diese Basis endlich geschaffen mit den bis dahin besten Messungen am Canal de Bourgogne in Dijon. Mit Rücksicht auf seinen Kollegen und Freund Henry Darcy (1803–1858) verwendete Bazin die Formel von Darcy für Rohrabflüsse, welche sich in der Folge aber als zu kompliziert herausstellte.

Nachdem die Daten Bazins publiziert waren, begann darauf ein wahrer Run. Die erfolgreichste Datenanalyse war diejenige von Philippe Gauckler (1826–1905), einem Ingenieurkollegen Bazins. Dieser publizierte in der Folge zwei Beziehungen, eine für kleine Gefälle, die andere für Gefälle grösser als etwa 1‰. Diese zweite Beziehung war also für Ingenieuranwendungen relevant, sie lautet ähnlich wie diejenige von de Chézy, nämlich mit K [m1/3/s] als Rauigkeitsbeiwert (Gauckler 1868) V = KJs1/2Rh2/3

(1)

Bereits Bazin hat für verschiedene Rauigkeitstypen eindeutige Werte ermittelt, diese aber anders in Rechnung gestellt. Die Ingenieure des ausgehenden 19. Jahrhunderts konnten nicht glauben, dass eine so einfache Beziehung wie Gl. (1) die komplizierten Abflusszustände sowohl in Rohren als auch in Flüssen hinreichend genau beschreiben. Die Suche nach der perfekten Normalabflussformel ging demnach weiter. Immer kompliziertere Formelapparate wurden veröffentlicht, leider war diesen meist kein Erfolg beschert. Unter nicht klaren Umständen publizierte der Ire Robert Manning (1816–1897) nochmals die 2. Formel von Gauckler (Manning 1889), ohne dessen Name jedoch anzugeben. Diese Formel wurde speziell in den USA schnell unter «Manning’s formula» bekannt und ist dort nach wie vor beliebt. Einziger Unterschied war die Bezeichnung des Rauigkeitsbeiwerts; anstelle von K verwenden nämlich die Anglosachsen 1/n in Anlehnung an die Formel von Kutter (Hager 1994). In der Folge wurden die Dinge noch unübersichtlicher, da laufend neue Vorschläge für die gesuchte Beziehung publiziert wurden. Was sollte nun der Wasserbauer anwenden? In der Zwischenzeit wurde durch die Arbeiten insbesondere von Osborne Reynolds (1842–1912) auch die Relevanz der Flüssigkeitsviskosität in hydraulischen Abflüssen erkannt; die Gleichung von Gauckler-Manning enthielt diese jedoch überhaupt nicht! Jemand hatte also Ordnung in dieses Gewirr zu bringen, und diese Rolle übernahm eben Strickler. Es ist unklar, wie dieser dazu kam, hatte Strickler doch mit diesem Problem bis in die frühen 1920er-Jahre überhaupt nichts zu schaffen. Es muss sein Vorgesetzter, Carl Mutzner (1885–1966), gewesen sein, der Stricklers Talent erkannte und ihn zu dieser Aufgabe veranlasste, die sich als Segen für die Hydraulik herausstellen sollte. Im Vorwort der Arbeit von Strickler

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

(1923a) stellt Mutzner fest: «Der Zweck der vorliegenden Arbeit bestand ursprünglich lediglich darin, eine Untersuchung anzustellen über den Gültigkeitsbereich der älteren und neueren Formeln, namentlich derjenigen von reiner Potenzform, die in allerletzter Zeit wieder mehr die Aufmerksamkeit des Technikers auf sich lenkten. Eine Vermehrung der Zahl der Formeln war keineswegs beabsichtigt». Stricklers Mitteilung ist in sechs Abschnitte gegliedert (Bild 4): A. Kurze Übersicht über die wichtigeren Formeln, B. Aufstellung einer einfachen Näherungsformel für die mittlere Geschwindigkeit, C. Ableitung von allgemein gültigen Geschwindigkeits- und Widerstandsformeln, D. Verteilung der Geschwindigkeiten im Querschnitt, E. Anwendungen auf Staurechnungen und F. Schlusszusammenfassung. In A. werden insgesamt 34 Formeln sowohl für Freispiegel- als auch für Druckabfluss genannt. In B. versucht Strickler eine Potenzformel aufzustellen, die sich auf Druckrohre mit Durchmessern grösser als 0.15 m bezieht. Die zur Verfügung stehenden Messdaten des Amts in Bern umfassten (Energielinien-)Gefälle von praktisch 0–0.025 und hydraulische Radien von 0.037 –7.14 m. Die Rauigkeiten variierten von Zementglattstrich bis kopfgrosse Steine. Es seien nur Messdaten berücksichtigt worden, bei denen praktisch Normalabfluss herrschte. Anhand von 17 Messreihen sei dann die erwähnte Formel von Gauckler abgeleitet worden, wovon etliche Datensätze von Bazin (1865) stam-

Bild 4. Titelblatt der Mitteilung von Strickler (1923a). 299

men. Strickler hält weiter fest, dass die Rauigkeit beim Übergang zwischen Abflüssen ohne und mit Sedimenttransport fast abrupt zunimmt, bei seinen Messdaten folgt dies bei einer mittleren Geschwindigkeit von rund 2.4 m/s. In der Folge wurden ausschliesslich Werte ohne Sedimenttransport berücksichtigt. Im Gegensatz zu Gauckler (1868) stellte Strickler fest, dass die Formel auch für kleinere Gefälle gilt, falls der hydraulische Radius innerhalb der oben fixierten Grenzen liegt. Anschliessend versuchte Strickler, den Koeffizienten K in Abhängigkeit vom Mass der Wandrauigkeit darzustellen. Bei geschiebeführenden Flüssen ist dieses gleich dem mittleren Korndurchmesser dm. Bei festen Berandungen eines Fliessquerschnitts, etwa bei Kanälen oder Rohren, stelle diese Grösse «äquivalente Kugeln» dar, aus denen diese Oberfläche geformt ist. Strickler sprach hier also 10 Jahre vor Nikuradse und Prandtl die Vorstellung der äquivalenten Wandrauheit an (Hager und Liiv 2008). Es wird festgestellt, dass näherungsweise die Beziehung K ~ dm–1/6 gilt, dass also bei zunehmendem mittlerem äquivalentem Korndurchmesser der Beiwert abnimmt. Führt man diese Beziehung in Gl. (1) ein, so folgt V = 21.1(2gJsRh)1/2(Rh/dm)1/6

(2)

Beachtlich an dieser von Strickler (1923a) aufgestellten Gl. (2) ist einerseits der Nachweis, dass Gl. (1) nach Gauckler für einen grossen Anwendungsbereich gültig ist. Ebenso wichtig ist jedoch zudem, dass Gl. (2) im Gegensatz zu Gl. (1) dimensionsrichtig erscheint. Das Rauigkeitsmass ist nun nicht mehr K, sondern dm. Bereits im 19. Jahrhundert wurde nämlich an Gl. (1) Kritik laut, wie der Rauigkeitsbeiwert K [m1/3/s] von der Zeit abhängig sein kann. Strickler hat mit seinem Ansatz dieses Problem gelöst, womit sein Vorschlag schnell populär wurde. Die Strickler-Gleichung, wie sie dazumal genannt wurde, war nun das Mass aller Dinge. Erst in den 1970erJahren, also nach dem Tod Stricklers, wurde sie nach Gauckler, Manning und Strickler zur GMS-Gleichung. Strickler (1923a) erklärt nun auch, weshalb sich beim Übergang zwischen ruhender Sohle und Sedimenttransport in Flüssen der K-Wert reduziert. Im ersten Zustand liegen normalerweise die Sedimentkörner flach auf der Sohle, während sich diese im zweiten Zustand aufstellen und somit dem Abfluss einen grösseren Widerstand bieten. Es wird klargestellt, dass diese Rauigkeitszunahme nicht 300

im Zusammenhang mit dem Übergang Strömen-Schiessen steht. Abschliessend wird festgehalten, dass die Anwendungsgrenzen betreffend des Sedimentdurchmessers bei etwa 0.1 bis 0.5 mm liegen. Moderne Studien, welche den Einfluss der Viskosität berücksichtigen, kommen auf rund 1 mm, ab welchem Gl. (2) gilt. Im Abschnitt C. versucht Strickler, eine Geschwindigkeitsbeziehung unter Berücksichtigung der Flüssigkeitsviskosität anzugeben. Im Licht der Entwicklungen an der Universität Göttingen um Ludwig Prandtl (1875–1953) und dem genannten Nikuradse (1894–1979) ist dieses Unterfangen jedoch nie relevant geworden, weshalb es hier nicht weiter ausgeführt wird. Aus demselben Grund soll auch Abschnitt D. nicht besprochen werden. Die Anwendung von Gl. (2) in der Berechnung von Stau- und Senkungskurven ist elementar, sodass auch hier keine weiteren Anmerkungen folgen. Diese Resultate wurden durch Strickler (1923b, 1924a) in Kurzfassung präsentiert. Strickler gibt abschliessend eine Tabelle an, in welcher die empfohlenen Beiwerte K aufgelistet sind. Als Minimum folgt danach K = 15 m1/3/s für «sehr groben Fels», während als Maximum K = 150 m1/3/s steht für «gezogene Messing- und Kupferrohre». Diese Werte schiessen nach heutiger Ansicht weit über das Ziel hinaus. Nach detaillierten Untersuchungen kommt etwa Hager (2010a) zu zwei Bedingungen für die Anwendung von Gl. (2): 1. Der Abfluss muss im vollturbulenten Regime erfolgen, entsprechend ks > 30v(g2Js2Q)–1/5 mit ks als äquivalenter Sandrauigkeit, v als kinematischer Viskosität, g als Erdbeschleunigung und Q als Durchfluss, und 2. Die Relativrauheit Ɛ = ks/(4Rh) muss zwischen 7 × 10–4 und 7 × 10–2 variieren, also rund zwischen einem Tausendstel und einem Zehntel. Anders ausgedrückt soll also der K-Wert mindestens 20 bis maximal 90 m1/3/s betragen, und das Reibungsgefälle soll J = 0.1% nicht unterschreiten. Sind diese beiden Voraussetzungen erfüllt, so stellt Gl. (2) einen fast identischen Zusammenhang dar wie die kompliziertere, heute allgemein akzeptierte Beziehung nach Colebrook und White (etwa Hager 2010b). Nachdem er das Bundesamt 1928 verlassen hatte, verfasste Strickler (1930) einen weiteren Beitrag zum Rauigkeitsproblem. Vorerst werden historische Vorschläge diskutiert, diese dann verglichen und beträchtliche Abweichungen notiert, um schliesslich festzuhalten, dass keine eindeutige Beziehung zwischen Rauigkeit und Sohlgefälle existiert, wie das in

verschiedenen Ansätzen angenommen wurde. Zudem wird auf Massstabseffekte hingewiesen, insbesondere bei Wassertiefen kleiner als 50 mm, wie sie im hydraulischen Modellversuch auftreten können, oder extrem kleinen Fliessgeschwindigkeiten mit viskosen Effekten. Eine ähnliche Studie verfasste Strickler (1936c). Es wird eine Reihe von Rauigkeitsbeiwerten K angegeben für typische Fluss- oder Stollenabschnitte. 4.

Diskussion der Strickler-Formel Mit Gl. (2) hat Strickler die Ingenieurwelt überrascht und sich gleichzeitig ein Denkmal gesetzt. Wiederum stellte sich die Frage, wie einfach ein komplizierter Vorgang der Natur beschrieben werden kann, falls die Voraussetzungen der Formel akzeptiert werden. Viele Ingenieure meinten nämlich, diese Formel könne nun für alle hydraulischen Probleme angesetzt werden, was natürlich überhaupt nicht der Fall ist. Es geht einerseits um Normalabfluss, also wie erwähnt einen asymptotischen Abflusszustand, der sich praktisch nie einstellt, ausser er wird durch exakte Wassertiefeneinstellung in einem Modellkanal erzwungen. Auch wurde die Formel oft überbeansprucht: Wurde ein bestimmter Durchfluss nicht erreicht oder war die Wassertiefe zu gross, so wurde einfach am K-Wert geschraubt, bis die Lösung «passte». Dies ist damit gegen jede physikalische Überlegung. Die Schwierigkeiten bei der Anwendung der Strickler-Formel, wie sie hier genannt werden soll, liegen in der Ermittlung der einzelnen Parameter. Dies sind die Querschnittsfläche F und der benetzte Umfang U, welche Ingenieure aber relativ einfach durch geometrische Methoden ermitteln. Grössere Probleme treten dabei in Flüssen auf, um halbwegs richtige Mittelwerte über einen bestimmten Flussabschnitt festzulegen. Der daraus entstehende hydraulische Radius ist insofern nicht von allzu grosser Relevanz, als dass er unterproportional in die Gl. (2) eingeht. Anders ist dies aber bei der Durchflussermittlung, da dann Q = VF, also die Querschnittsfläche, linear in die Beziehung eingeht. Einige Probleme bietet zudem die Ermittlung des Sohlgefälles Js resp. des Reibungsgefälles J, da es sich hier normalerweise um kleine Werte handelt. Je nachdem wie lange der Abschnitt gewählt wird, entstehen natürlich unterschiedliche Resultate. Auch hier soll erwähnt werden, dass dieser Parameter stark unterproportional in Rechnung steht. Schliesslich

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muss der K-Wert erwähnt werden, der linear in die Rechnung eingeht. Hier entstehen also im Gegensatz zu den beiden anderen Parametern von Gl. (2) viel grössere Abweichungen. Es soll zudem erwähnt werden, dass sich der mittlere Durchmesser einer Flusssohle schlecht abschätzen lässt, weshalb Meyer-Peter und Müller (1948) vorschlugen, anstelle von dm den fast grössten Sedimentanteil d90 der Deckschicht zu verwenden. Damit lässt sich diese Grösse um einiges genauer schätzen und die Geschwindigkeit also besser ermitteln. Der Vorfaktor 21.1 in Gl. (2) ist dann jedoch 26. Der wichtige Vorteil sowohl der Chézy-Formel als auch der GMS-Formel ist der mathematische Aufbau in der Form einer Potenzformel. Damit kann sie also auf jeden Parameter der Beziehung explizit gelöst werden, was etwa bei der Formel nach Colebrook-White nur näherungsweise möglich ist (Hager 2010a). Weiterhin kam dem Ingenieur aus Stricklers Zeit dieser Umstand sehr zugute, weil sich somit deren damaliger Computer, der Rechenschieber, direkt anwenden liess, wie beispielsweise Vischer (1987) festhält. Es wurden spezielle Rechenscheiben zur Auswertung der Strickler-Formel, etwa nach Bild 5, angeboten, welche den Rechenaufwand stark reduzierten. Als in den frühen 1970er-Jahren Taschenrechner auf den Markt gelangten, ersetzten diese den Rechenschieber innert kurzer Zeit. Die Strickler-Formel blieb unabhängig von diesen technischen Entwicklungen populär, und ist es heute noch genauso wie vor 90 Jahren. 5. Biografie Albert Strickler wurde am 25. Juli 1887 in Wädenswil als Bürger von Hirzel ZH als einziges Kind von Albert Strickler (1853–1936) und Maria Auguste Flentjen von Krinau SG (1863–1945) geboren. Nach dem Besuch der Kantonalen Industrieschule Zürich immatrikulierte er sich als Maschineningenieur an der ETH Zürich, wo er 1911 den Titel dipl. Ing. ETH und 1917 den Titel Dr. der techn. Wiss. erhielt. Von 1911 bis 1913 war er zudem bei der Escher-Wyss AG, Zürich, beschäftigt, während er dann bis 1918 Hauptassistent von Prof. Prasil am Maschinenlaboratorium der ETH war. 1916 erhielt er den PD-Titel für wirtschaftswissenschaftliche Fächer an der ETH. Seit 1919 war Strickler Sektionschef am Eidg. Amt für Wasserwirtschaft in Bern, wo er in Verhandlungen bei Konzessionsbewerbern sowie bei kantonalen und ausländischen Behörden mitwirkte. Seit 1928 war

Strickler der technische und kaufmännische Direktor der Schw. Kraftübertragung AG, Bern, wobei er seit 1926 Mitglied des Schweizerischen Nationalkomitees für die Weltkraftkonferenz war. Er besuchte dabei diese Konferenzen 1926 in Basel und 1934 in Berlin. Seit 1929 amtierte er als Vizepräsident der Vereinigung Exportierender Elektrizitätsunternehmungen, seit 1933 dann als Mitglied des Verwaltungsrats der Gotthardleitung AG, Altdorf UR. 1939 liess er sich schliesslich als beratender Ingenieur in Küsnacht ZH nieder. In den folgenden Jahren verfasste er Expertisen, etwa über den Ausbau der bündnerischen Wasserkräfte zusammen mit Prof. E. MeyerPeter (1883–1969), die Wasserkräfte des Kantons Tessin, oder entwicklungsfähige schweizerische Wasserkraftprojekte. 1911 unternahm Strickler eine Reise nach Norwegen, um die dortige Energiewirtschaft kennenzulernen; 1928 machte er eine Studienreise nach Deutschland. Seit 1941 war er Mitglied des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbands, wo er etwa Richtlinien für die vergleichende Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Wasserkraftprojekten herausgab. Er war zudem Mitglied der Gesellschaft Ehemaliger Polytechniker (GEP) der ETH Zürich. Strickler verstarb am 1. Februar 1963 in Küsnacht ZH. Nach Anonym (1963) hatten ihn seit 1950 zunehmende Krankheiten gezwungen, sich aus der Ingenieurtätigkeit zurückzuziehen. Er war deshalb den damals jungen Ingenieuren kaum bekannt. Strickler wird von seinen Kollegen im Bundesamt als stiller und überlegter Mann beschrieben. Er war dabei nicht nur Ingenieur, sondern gebildet, sodass man ihn als «humanistischen Ingenieur» bezeichnen könnte. Er verfügte aber auch über den nötigen Humor, um die Schwierigkeiten des Berufslebens in der Verwaltung zu überwinden. Er war zweimal verheiratet, ab 1918 mit Luise Albertine JaussChristen von Boll, Württemberg, ab 1945 dann mit Rosa Möri (1903–1992) von Gempenach FR bei Kerzers, welche 1971 in die Gemeinde Küsnacht eingebürgert wurde. Beide Ehen blieben kinderlos. Erwähnenswert ist, dass in der Schweizerischen Bauzeitung, dem damaligen Ingenieur-Journal, lediglich eine kurze Notiz über Stricklers Tod verfasst wurde, ohne Portrait, das üblicherweise allen Nekrologen beilag. Dem längeren Nekrolog von Anonym (1963) in der Wasser- und Energiewirtschaft ist ebenfalls kein Bild angefügt. Offensichtlich war Strickler zu lange von seinen Kollegen entfernt, man hat ihn nicht mehr gesehen, wie

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Bild 5. Hydro-Rechenscheibe von Kisseleff, Küsnacht ZH (Joos 2000). bereits angedeutet, sodass er leider keine entsprechende Würdigung erhielt. Eine andere Frage stellt sich: Weshalb wurde der 1920 damals unbekannte Eugen Meyer-Peter als Wasserbau-Professor an die ETH anstelle von Strickler als Wasserbau-Professor gewählt? Einerseits war dies das Alter Stricklers, der 4 Jahre jünger als Meyer-Peter war, welcher mit nur 37 Jahren extrem jung für diese Position war. Wichtiger aber erscheint der berufliche Werdegang: Meyer-Peter war Bauingenieur, während Strickler als Maschineningenieur schlicht keine Chance hatte im Bauingenieur-Departement. Zudem muss gesagt werden, dass die wichtigste Arbeit Stricklers eben erst 1923 publiziert wurde, also nach der Wahl Meyer-Peters. 6. Schlussfolgerungen Albert Strickler, dessen Name durch seine 1923 veröffentlichte Formel dem Hydrauliker weltweit bekannt ist, wird vorgestellt als Person. Sein Lebenswerk wird zudem insbesondere durch seine Publikationen dem Leser nähergebracht. Seine berufliche Karriere lässt sich dabei in vier Perioden unterteilen, nämlich seine Zeit an der ETH Zürich, in der er sich hauptsächlich mit instationären Rohrströmungen und Turbinen befasste. Von 1919 bis 1928 war er Sektionsleiter am Eidg. Amt für Wasserwirtschaft in Bern, wo die genannte Formel entstand. Anschliessend leitete Strickler als Direktor die Schw. Kraftübertragung AG, Bern, um sich dann ab 1939 als beratender Ingenieur in Küsnacht ZH niederzulassen. Strickler hat 1923 zwei wichtige Beziehungen aufgestellt: einerseits die heute unter dem Namen Gauckler-Manning-Strickler (GMS) bekannte Beziehung für den Normalabfluss von Freispiegelabflüssen oder für Druckabflüsse, andererseits die eigentliche Strickler-Gleichung, 301

die den Zusammenhang zwischen Rauigkeitsbeiwert und mittlerem Sedimentdurchmesser der Deckschicht eines Flusses spezifiziert. Letztere Beziehung wird heute meist in einer leicht abgeänderten Form angewendet, um die Schätzung des massgebenden Geschiebeanteils einer Deckschicht einfacher zu erfassen. Es muss zudem erwähnt werden, dass Strickler vorgeschlagen hatte, beliebige Rauheiten mittels einer äquivalenten Sandrauheit zu erfassen, ein Verfahren, dass 10 Jahre später an der Universität Göttingen erfolgreich umgesetzt und heute international angewendet wird. Deshalb hat Stricklers Name in der Hydraulik den verdienten Platz, auch wenn Strickler selbst nur relativ kurz in diesem Problemkreis aktiv war.

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von

Anschrift des Verfassers

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

103. Hauptversammlung 2014

Défis pour l’aménagement des eaux Begrüssungsrede anlässlich der 103. Hauptversammlung des SWV in Veytaux Jacqueline de Quattro

«Mesdames et Messieurs, Sehr geehrte Damen und Herren,

intégrée des eaux dans sa politique environnementale.

Je suis heureuse d’ouvrir votre assemblée générale dans ce magnifique cadre du château de Chillon. Au nom du Conseil d’Etat vaudois, je vous adresse ses cordiales salutations.

Meine sehr vereehrten Damen und Herren, die Schweiz hat sich für den Ausstieg aus der Atomenergie entschieden. Um diese Herausforderung zu bewältigen und den Wohlstand unseres Kantons zu sichern, hat der Waadtländer Staatsrat drei Prioritäten festgelegt: • Förderung von Energieeffizienz und Energiesparen; • Sicherstellen einer sicheren und umweltfreundlichen Versorgung; • Ausbau erneuerbarer Energien und Erhöhung des Anteils vom Kanton erzeugter Energie.

Ich freue mich sehr, Ihre Hauptversammlung in dem wunderbaren Rahmen von Schloss Chillon eröffnen zu dürfen. Im Namen des Waadtländer Staatsrates möchte ich Sie alle sehr herzlich begrüssen. Ce symposium est l’occasion de saluer votre engagement dans l’aménagement des eaux. Un domaine ô combien d’actualité et qui demande toute notre attention. La nature nous rappelle régulièrement qu’elle ne sera jamais complètement domptée et que, malgré tous nos efforts, le risque zéro n’existe pas. Nous avons besoin de vous, Mesdames, Messieurs les ingénieurs, les spécialistes non seulement pour inventer de nouvelle technologie mais surtout pour trouver des solutions aux problèmes de demain. Vos préoccupations recoupent celles du canton de Vaud qui doit intégrer de nombreux volets de la gestion

«Die Wasserkraft ist einer der wesentlichen Pfeiler zur Erreichung unserer Ziele auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien»

Mit über 8000 Gigawattstunden pro Jahr deckt Wasserkraft mehr als 20% des Stromverbrauchs im Kanton Waadt. Das ist ein erster Schritt in die richtige Richtung, der aber alleine nicht ausreichend ist.

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Dans un souci de sécuriser l’approvisionnement par pompage-turbinage, le canton s’est engagé dans plusieurs projets. Je pense en particulier au projet des Forces-Motrices de l’Hongrin-Léman qui permet d’effectuer le pompage-turbinage entre le lac Léman et le sommet du barrage de l’Hongrin situé 880 m plus haut. Il s’agit de sécuriser l’approvisionnement et de favoriser les conditions de stockage de l’énergie électrique. Un véritable tour de force! Vous le constaterez vous-même demain en visitant ce chantier, l’un des plus importants du pays dans le domaine énergétique. Les efforts du canton se portent également sur deux autres projets: celui de l’usine des Farettes, dans le bassin versant de la Grande Eau, qui doit augmenter d’environ 35 GWh la production annuelle; et celui de Lavey+ sur le Rhône, qui vise à produire environ 70 GWh supplémentaire. Notre ambition est que dans les 10 à 15 ans à venir, la force hydraulique produise 1000 GWh par an, soit 200 GW supplémentaires par rapport à la situation actuelle. Cela représente beaucoup de travail, tout en sachant qu’il faudra encore l’appoint des autres énergies renouvelables comme l’éolien, le solaire, la biomasse et la géothermie pour que le canton de Vaud soit 303

103. Hauptversammlung 2014

prêt quand les centrales s’arrêteront. Mon canton veut prendre les mesures nécessaires pour préparer la transition énergétique mais dans le respect des conditions environnementales des cours d’eau. Nous suivons également de très près les discussions qui ont lieu au Parlement, notamment au sein des commissions parlementaires. Les prix de l’électricité particulièrement bas sur le marché européen induisent une forte pression sur les installations hydroélectriques suisses dont les prix de revient sont régulièrement audessus du marché. Une situation difficile pour les exploitants de centrales hydroélectriques qui se voient dans l’impossibilité de valoriser la production à son juste prix et les contraint à prendre diverses mesures financières comme différer des investissements. Ce qui est inacceptable. Nous allons user de notre influence pour que l’on trouve des compromis qui tiennent compte des revendications des exploitants des centrales et des exigences des consommateurs. Meine sehr vereehrten Damen und Herren, im Zentrum meiner politischen Tätigkeit steht noch eine weitere Problematik: der Hochwasserschutz. Der Kanton Waadt ist nicht von Naturkatastrophen verschont geblieben. Das Hochwasser des Pissot in Villeneuve im Jahr 1995 und der Grande Eau in Les Diablerets in den Jahren 2005 und 2009 sowie die Überschwemmungen in Roche im Jahr 2007 sind uns allen noch sehr gut im Gedächtnis. Sie sind für starke Beeinträchtigungen, erhebliche Schäden und persönliche Tragödien verantwortlich. Infolge dieser Ereignisse hat der Kanton

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Waadt in den letzten Jahren zig Millionen Franken in bauliche Hochwasserschutzmassnahmen, insbesondere in den Gebieten Eau Froide und Tinières, investiert. Die gebauten Rückhaltebecken sowie die Vorrichtungen, mithilfe derer das Geschiebe und Geröll in eigens dafür vorgesehene Bahnen geleitet werden kann, haben ihre Aufgabe bestens erfüllt, wie wir in diesem Sommer feststellen konnten. Trotz der starken Niederschläge, die mehrere Gebiete unseres Landes heimgesucht haben, musste der Kanton Waadt keine bedeutenden Schäden verzeichnen. Die Strategie, unseren Flüssen mehr Raum geben, hat sich ausgezahlt. Mais la prévention la plus efficace pour se prémunir contre les dangers naturels consiste à utiliser le territoire de manière appropriée, en le soustrayant à la menace. Le canton de Vaud a transposé les cartes de dangers dans l’aménagement du territoire. Car l’aménagement du territoire est une composante essentielle de la gestion intégrée des risques. Là aussi, les enjeux sont importants et les difficultés nombreuses. Mais ces nouveaux instruments ont été mis en œuvre pour écarter le danger ou limiter les dommages. In diesem Zusammenhang möchte ich auf die Wichtigkeit eines sachgerechten Gewässerunterhalts hinweisen. Seit mehreren Jahren widmet der Kanton Waadt diesen Aufgaben besondere Aufmerksamkeit und sorgt insbesondere für ausreichende Überschwemmungszonen. Wenn man von Wasserwirtschaft spricht, meine sehr verehrten Damen und Herren, spricht man automatisch auch von Revitalisierung und integriertem Wassermanagement. Die Revitalisierung der Ge-

wässer nimmt einen wichtigen Platz im Programm des Waadtländer Staatsrates für die Legislaturperiode 2012 bis 2017 ein. Etwa hundert Projekte wurden in unserem Kanton verwirklicht oder werden gerade aufgesetzt. Dabei denke ich insbesondere an die Regulierung der Broye. Und ich zähle darauf, dass wir dank dieser vielen positiven Erfahrungen eine Partnerschaft vor allem mit den Gemeinden und der Landwirtschaft eingehen können, die befürchten, nach und nach ihr Land zu verlieren. C’est déjà le cas dans le bassin versant de la Broye dans lequel une gestion intégrée de l’eau réunit au sein d’une même étude les autorités communales, cantonales et fédérales ainsi que les milieux agricoles. Mesdames, Messieurs, le projet de la 3ème correction du Rhône dans lequel le canton de Vaud s’est fortement engagé, illustre parfaitement bien cette nouvelle vision des cours d’eau. Les cours d’eau du 21ème siècle devront intégrer aussi bien la protection contre les crues que la revitalisation et la gestion intégrée de l’eau. Si l’on veut relever tous ces défis, il faut une bonne communication entre tous les acteurs de l’eau. Des journées comme celle d’aujourd’hui contribuent à aller de l’avant et à tirer à la même corde.» Je vous souhaite de fructueuses discussions. Ich wünsche Ihnen erfolgreiche Gespräche.

Mme Jacqueline de Quattro, Conseillère et Cheffe du Département du territoire et de l’environnement du Canton de Vaud.

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103. Hauptversammlung 2014

Förderung der Wasserkraft Präsidialansprache anlässlich der 103. Hauptversammlung des SWV in Veytaux

Caspar Baader

«Geschätzte Mitglieder, sehr geehrte Damen und Herren Wir alle wissen es: Die Wasserkraft ist der energiepolitische Trumpf der Schweiz. Unser kleines Alpenland ist in der glücklichen Lage, über viel Wasser und über das notwendige Gefälle zu verfügen – den beiden wichtigsten Voraussetzungen für die hydroelektrische Produktion. Und wir haben in den vergangenen 100 Jahren gelernt, dieses Potenzial effizient und möglichst umweltschonend zu nutzen. Auf die Wasserkraftwerke kann man sich verlassen, sie produzieren bei Tag und in der Nacht, im Sommer wie im Winter, bei Windstille oder im Nebel.

«Die Wasserkraft ist das eigentliche Rückgrat unserer Stromversorgung, technisch ausgereift, politisch erwünscht, einheimisch, erneuerbar und CO2-frei.»

Gute Produktion, schlechter Preis Und wir haben so viel davon, dass uns wohl manches Nachbarland darum beneidet. Der Anteil der erneuerbaren Wasserkraft an der Schweizer Stromproduktion liegt immer noch bei rund 60%! Im letzten Jahr wurde mit einer Strommenge von 37 500 GWh einmal mehr ein überdurchschnittliches Produktionsergebnis erreicht – es war das vierthöchste Ergebnis aller Zeiten. Darüber hinaus hat die Wasserkraft mit den Speicherwerken wiederum eine Strommenge von rund 9000 GWh vom Sommer in den Winter umgelagert und damit die Auslandabhängigkeit in den kalten und dunklen Tagen deutlich reduziert – und quasi so nebenbei auch noch einen relevanten Beitrag an den Hochwasserschutz geleistet. Und schliesslich haben die Werke wichtige Regelleistungen geliefert und damit die zunehmenden Anforderungen an den Ausgleich von Angebot und Nachfrage gemeistert.

Man könnte meinen, das war ein gutes Jahr. Nur: Was nützen gute Produktion und Leistung, wenn das Produkt am Markt den notwendigen Preis nicht mehr erzielen kann? Die Verkaufspreise an der Europäischen Strombörse sind tiefer als die vergleichsweise günstigen Gestehungskosten vieler Wasserkraftwerke. Die Erträge sind in den vergangenen Jahren wie Schnee in der Sonne geschmolzen. Viele Wasserkraftwerke rechnen sich nicht mehr. Die logische Konsequenz: Nicht sicherheitsrelevante Unterhaltsund Erneuerungsinvestitionen werden zurückgestellt, Personal muss abgebaut werden, Know-how geht verloren, Volksvermögen und Versorgungssicherheit werden gefährdet. Die Lage ist ernst und eine schnelle Besserung ist nicht in Sicht. Internationales Problem, notwendige Überbrückung Die Gründe für die Schieflage sind hinlänglich bekannt und primär internationaler Natur: Die massive Förderung für einen Teil der erneuerbaren Produktion sowie tiefe CO2-, Gas- und Kohlepreise führen zum Preiszerfall der Grosshandelspreise und zur Verdrängung der nicht geförderten Wasserkraft. Die Entwicklung lässt jegliche Ausbaupläne des Bundes bei der

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Wasserkraft als Makulatur erscheinen und gefährdet mittlerweile auch den Erhalt der bestehenden Produktion. Die systemrelevante Wasserkraft ist dabei gegenüber den subventionierten Stromquellen mehrfach diskriminiert: Während sie mit ständig steigenden Anforderungen und Abgaben an den Staat belastet wird, kommen andere Produktionsformen in den Genuss von risikolosen Preisgarantien. Die Spiesse müssen wieder gleich lang werden! Ein international verursachtes Problem dieser Dimension lässt sich dauerhaft auch nur international lösen. Das beste Rezept wäre die Abkehr von der europäischen Subventionswirtschaft, welche die Schweizer Wasserkraft diskriminiert. Die erneuerbare Wasserkraft mit ihren vielen Vorzügen würde sich in einem «nicht masslos» verzerrten Markt mit Sicherheit behaupten können. Aber es wäre naiv zu glauben, dass unsere europäischen Nachbarn ihre eigene Fehlentwicklung der Milliardensubventionen und des nicht funktionierenden CO2-Emissionshandels aufgrund des Spezialfalls Schweiz korrigieren werden. Wir müssen uns hier schon selber helfen! Die Schweiz ist im «ordnungspolitischen Dilemma». Überbrückungsmassnahmen wie «finanzielle Anreize» und Stüt-zungsmechanismen für die unverzichtbaren Leistungen unserer Wasserkraft rücken zunehmend in den Vordergrund. Engagement des SWV im politischen Prozess Die Wasserkraft ist aufgrund politischer Entscheidungen enorm unter Druck. Dies widerspricht der ebenfalls politisch gewollten wichtigen Rolle der Wasserkraft in der alten und der neuen Energiestrategie in 305

103. Hauptversammlung 2014

der Schweiz. Das hat inzwischen auch die Politik erkannt. Die nationalrätliche Kommission für Umwelt, Raumplanung und Energie (UREK-N) befasste sich zuerst im Rahmen einer Subkommission, dann im Rahmen der laufenden Vorberatungen des 1. Massnahmenpakets zur Energiestrategie nun auch vertieft mit der Wasserkraft. Dass die Notwendigkeit von Korrekturen an der Botschaft des Bundesrates erkannt wurde, kann durchaus als Erfolg der Branche gewertet werden. Der SWV hat sich in diesem Prozess stark engagiert und konnte im Rahmen von zwei Anhörungen seine Einschätzungen direkt der Kommission vermitteln. Wir können festhalten, dass unser Verband in der Debatte als fundierte und gewichtige Stimme der Wasserkraft wahrgenommen wird – und das ist angesichts unserer recht begrenzten Ressourcen und der zahlreichen, besser dotierten Lobbyorganisationen doch bemerkenswert. Dabei hat der SWV in den vergangenen Monaten (bzw. inzwischen sind es bereits Jahre) wiederholt auf die schwierige wirtschaftliche Situation und die Diskriminierung der Wasserkraft hingewiesen. Und der Verband hat konsequent an seinen Forderungen festgehalten: 1) Abkehr von der Subventionswirtschaft, und – da die Abkehr vom Förderprinzip kurz- und mittelfristig kaum mehrheitsfähig ist – 2) Sicherstellung der Erträge der bestehenden Wasserkraftproduktion durch – gegebenenfalls befristete – Entlastung von ständig steigenden Anforderungen und Abgaben sowie durch die technologieneutrale Förderung aller Erneuerbaren als Überbrückungsmassnahme. Vorschläge der Kommission als Teilerfolg Die UREK-N hat nun Ende August gestützt auf die Anhörungen und Vorarbeiten einer Subkommission, beschlossen, als einzige Massnahme zur Stützung der Wasserkraft die Aufhebung der willkürlichen Obergrenze von 10 MW für Investitionsbeiträge bei gleichzeitiger Anhebung der ebenfalls willkürlichen Untergrenze von 300 kW auf 1 MW zu beantragen. Damit sollen künftig Neubauten sowie erhebliche Erneuerungen und Erweiterungen von Wasserkraftwerken mit einer Leistung von mehr als 1 MW in den Genuss von Investitionsbeihilfen aus dem Topf der kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) kommen. Diese Beihilfen sollen anscheinend bei Erfüllung der Kriterien auf 40% 306

der Erstellungskosten je Werk und auf maximal CHF 600 Mio. in den nächsten 10 Jahren beschränkt werden, was 0.1% der KEV während dieser Zeit entspricht. Es scheint, dass das Departement einen relativ grossen Freiraum behält, ähnlich wie bei landwirtschaftlichen Strukturbeiträgen. Was ist von diesem Vorschlag zu halten? Genügt die Massnahme, um die notwendigen Anreize für Investitionen in den Erhalt und Ausbau der Wasserkraft zu schaffen? Die gute Nachricht ist, dass nach den bisherigen Lippenbekenntnissen zur Bedeutung und Rolle der Wasserkraft nun so langsam auch der politische Wille für eine Verbesserung der Bedingungen wächst. Werden die Wettbewerbsverzerrungen im Stromsektor nicht abgebaut, kommt man nicht umhin, Schutzmechanismen für die Wasserkraft einzuführen. Auch der SWV hat im Rahmen seiner Vernehmlassung unter anderem die Aufhebung der Förderobergrenze von 10 MW beantragt – dies aber mit wenig Herzblut und nur aufgrund der Tatsache, dass, wenn schon mit Fördermitteln eingegriffen wird, die aufgewendeten Gelder möglichst wirkungsvoll eingesetzt werden sollen. Insofern könnte man den nun vorliegenden Vorschlag als Teilerfolg des SWV und seiner Partner werten. Kein Grund für Freudentänze Aber es gibt wenig Grund für Freudentänze. Dass die von der Kommission beantragte Massnahme ausreichend Wirkung zeigen würde, darf bezweifelt werden. Sicher: Einzelne Aus- und Neubauvorhaben würden mit der Investitionshilfe attraktiver – die langfristigen und risikobehafteten Investitionsentscheide würden einfacher. Aber solche Hilfen führen einerseits zu mehr Abhängigkeiten und Bürokratie. Und andererseits zu weiteren Wettbewerbsverzerrungen, nun auch innerhalb der Grosswasserkraft. Werke, die gegenwärtig eine Gesamterneuerung mit Investitionen in Millionenhöhe realisieren, sind benachteiligt. Und an der Wettbewerbsfähigkeit der bestehenden Wasserkraft ändert die Massnahme gar nichts. Die Kommission hat – mit Verlaub – den einfachsten Weg gewählt. Das ist zwar legitim, aber nicht ausreichend. Die Kommission hat es namentlich verpasst, die grösste Last der Wasserkraft – die öffentlichen Abgaben – zu thematisieren. Diese verursachen heute bereits bis zur Hälfte der Gestehungskosten der Wasserkraftproduktion. Die Reduktion der Abgaben, namentlich der Wasserzinsen,

wäre mit Sicherheit die wirkungsvollste Massnahme, um die bestehende Wasserkraft einheitlich und wirkungsvoll zu entlasten. Und dass, ohne weitere Wettbewerbsverzerrungen zu verursachen. Nun ist schon klar, dass die Wasserzinsen für die Kantone und Gemeinden eine wichtige Einnahmequelle darstellen. Gleichzeitig sind sie aber auch Miteigentümer der Wasserkraft und sitzen quasi im selben Boot. Der freiwillige Verzicht auf die anstehende weitere Erhöhung der Wasserzinsen – immerhin geht es um eine Belastung von nochmals 50 Millionen Franken pro Jahr – würde ein wichtiges politisches Signal aussenden. Fazit

«Es ist allen klar: Ohne die Wasserkraft als wichtigste erneuerbare Stromquelle der Schweiz und als eigentlicher Trumpf unseres Landes wird es auch in Zukunft nicht gehen!»

Inzwischen hat sich auch diese Erkenntnis durchgesetzt, dass die in der Energiestrategie des Bundesrates formulierten Zielsetzungen ohne wirkungsvolle Massnahmen zugunsten der Wasserkraft ein Papiertiger bleiben werden. Der Vorschlag der UREK-N ist diesbezüglich als notwendiges Zeichen zu begrüssen. Er ist aber längst nicht ausreichend. Vielleicht gibt es in der Beratung im Plenum des Nationalrats in der Wintersession 2014 noch Korrekturen; möglicherweise noch nächstes Jahr bei der Beratung der UREK des Ständerats bzw. im Plenum des Ständerats als Zweit-Rat. Eines ist klar: Der SWV bleibt gefordert und wird sich weiterhin mit Engagement für die Wasserwirtschaft und namentlich für die nachhaltige Nutzung der Wasserkraft einsetzen. Wir brauchen den Verband, sehr geehrte Damen und Herren, um gemeinsame Positionen zu erarbeiten, Diskussionen über laufende Begehren und Vorhaben zu führen sowie den Fachaustausch zu pflegen. Ich bin überzeugt, dass der SWV hierbei als Plattform und Stimme für die Wasserwirtschaft weiterhin eine wichtige Rolle spielt. Und ich danke Ihnen ganz herzlich für ihre Unterstützung unserer Aktivitäten! Damit erkläre ich die heutige 103. Hauptversammlung des SWV als eröffnet.» Caspar Baader, Präsident des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes

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103. ordentliche Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes vom Donnerstag, 11. September 2014 in Veytaux

Begrüssung Der Präsident, Nationalrat Caspar Baader, heisst die anwesenden Mitglieder und Gäste zur 103. ordentlichen Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) im Schloss Chillon herzlich willkommen. Die Verbandsgruppen des SWV sind vertreten durch Hans Bodenmann, Präsident des Verbandes Aare-Rheinwerke (VAR) und Michelangelo Giovannini, Präsident des Rheinverbandes (RhV). Die Vorsitzenden der beiden Fachkommissionen im SWV, namentlich Andreas Stettler seitens Hydrosuisse und Jürg Speerli seitens Kommission Hochwasserschutz, mussten sich entschuldigen. Verschiedene weitere Personen, welche an der Versammlung nicht teilnehmen können, haben sich entschuldigt. Auf das Verlesen der Entschuldigungsliste wird verzichtet. Vorbemerkung Alle angemeldeten Mitglieder des Verbandes haben ihre Stimmrechtsausweise zur Versammlung erhalten. Ebenso haben die Mitglieder die Stimmkarten zugestellt bekommen falls bei einer Abstimmung die Stimmen ausgezählt werden müssten. Insgesamt sind 379 von total 974 Stimmrechten anwesend. Die Versammlung ist unabhängig von der anwesenden Anzahl Stimmen beschlussfähig. Der Einfachheit halber und soweit dies zu keinen Fehlinterpretationen der Meinung der Stimmenden führen kann, werden die Abstimmungen im Einvernehmen mit der Versammlung ohne Auszählung der Stimmabgabe durchgeführt. Genehmigung der Traktanden Die Einladung zur Hauptversammlung wurde im Juni 2014 zusammen mit dem Jahresbericht 2013 in der Verbandszeitschrift «Wasser Energie Luft – Eau énergie air» Heft 2/2014 allen Mitgliedern des Verbandes

zugestellt. Die Traktandenliste wurde allen Angemeldeten mit der Bestätigung zur Teilnahme versandt: 1. Protokoll der 102. Hauptversammlung vom 5. September 2013 in Interlaken 2. Jahresbericht 2013 3. Berichte aus den Fachbereichen 4. Rechnung 2013, Bilanz per 31.12.2013 und Revisionsbericht 5. Entlastung der Organe 6. Mitgliederbeiträge und Budget 2015 7. Gesamterneuerungswahlen Vorstand und Revisionsstelle (2014–2107) 8. Verschiedene Mitteilungen 9. Festlegen der Hauptversammlung 2015 10. Umfrage Die Traktandenliste und deren Reihenfolge wird ohne Bemerkungen von der Versammlung genehmigt. Traktandum 1: Protokoll der 102. Hauptversammlung vom 5. September 2013 in Interlaken Das Protokoll der 102. Hauptversammlung wurde in der Verbandszeitschrift «Wasser Energie Luft – Eau énergie air» im Heft 4/2013 vom 5. Dezember 2013 auf den Seiten 317 bis 319 abgedruckt. Es sind keine schriftlichen Anmerkungen zum Protokoll eingegangen. Das Wort wird auch von der Versammlung nicht verlangt. Die Versammlung genehmigt das Protokoll einstimmig. Traktandum 2: Jahresbericht 2013 Der Jahresbericht 2013 ist im WEL-Heft 2/2014 vom 12. Juni 2014 auf den Seiten 133 bis 154 in deutscher und französischer Sprache veröffentlicht bzw. wurde den Mitgliedern im Juni 2013 zugestellt und ist ebenfalls auf der Webseite zugänglich. Der Präsident verzichtet darauf, den Bericht zu verlesen. Es erfolgen keine Wortmeldungen. Der Jahresbericht wird ohne Bemerkungen in zustimmendem Sinne zur Kenntnis genommen.

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Traktandum 3: Berichte aus den Fachbereichen Die Tätigkeiten der Geschäftsstelle und der beiden Kommissionen sind im publizierten Jahresbericht 2013 dargestellt, weshalb vom Geschäftsführer nur einige Hauptaktivitäten der vergangenen Monate in den zwei Bereichen Wasserkraft und Hochwasserschutz/Wasserbau hervorgehoben werden: Wasserkraft Der Bereich Wasserkraft war wiederum von den auf Hochtouren laufenden Arbeiten zur neuen Energiestrategie 2050 geprägt, wobei sich der SWV stark im politischen Prozess engagiert hat. So wurde der SWV sowohl von der vorberatenden Kommission für Umwelt, Raumplanung und Energie (UREK) des Nationalrates wie auch von der anschliessend eingesetzten Subkommission der UREK-N zur «Förderung der Wasserkraft» zur Anhörung eingeladen. Daneben war die Mitarbeit bei diversen Arbeits- und Begleitgruppen ein Schwerpunkt, unter anderem für die Erarbeitung der BAFU-Vollzughilfe «Finanzierung Sanierung Wasserkraft» durch eine Expertengruppe. Eine weitere wichtige und aufwendige Aktivität war die Analyse der Totalrevision der Verordnung über das «Bundesinventar von Landschaften und Naturdenkmäler von nationaler Bedeutung» (VBLN) und die Erarbeitung einer detaillierten Stellungnahme. Und schliesslich ist auch die Vorbereitung für die dritte Hydrosuisse-Fachtagung «Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftwerken» erwähnenswert. Hochwasserschutz Der Bereich Hochwasserschutz stand in den letzten Monaten ganz im Zeichen der zahlreichen durchgeführten Veranstaltungen. Die 4. Serie der KOHS/BAFU-Weiterbildungskurse «Revitalisierung von kleinen und mittleren Gewässern» wurde lanciert. Der 1. Kurs fand am 19./20.6.2014 in Kappel am Albis 307

103. Hauptversammlung 2014

Protokoll

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statt. Ausserdem wurden zwei neue Arbeitsgruppen initiiert, namentlich zur Behandlung von «Hochwasserentlastungen an Flüssen» und «Ufererosionen an Fliessgewässern». Parall dazu wird gemeinsam mit anderen Akteuren am Aufbau einer Plattform Renaturierung der Wasser-Agenda 21 mitgearbeitet. Und schliesslich sind auch die traditionellen KOHS-Tagungen jeweils ein Höhepunkt: diese wurde 2014 als Sondersession im Rahmen der Konferenz «River Flow» vom 5. September 2014 an der EPF in Lausanne durchgeführt und findet 2015 zum Thema «10 Jahre nach den Ereignissen 2005: Veränderung im Umgang mit Hochwasser» vom 5./6. Mai 2015 in Interlaken statt. Die Versammlung nimmt in zustimmenden Sinn Kenntnis der Aktivitäten. Traktandum 4: Rechnung 2013, Bilanz per 31.12.2013 Die Rechnung 2013 und die Bilanz per 31.12.2013 wurden im Jahresbericht 2013 im WEL 2/2014 veröffentlicht und erläutert. Das Wichtigste wie folgt: Rechnung Die Rechnung 2013 schliesst mit einem Ertrag von CHF 1 062 165.17 und einem Aufwand von CHF 1 059 398.93 mit einem knappen Ertragsüberschuss von CHF 2766.24 (gegenüber budgetierten CHF 8500.–). Der rekordhohe Umsatz mit etwas über 1 Mio. CHF geht vor allem auf eine rekordhohe Anzahl Veranstaltungen im 2013 zurück, aus denen wiederum ein ansehnlicher Deckungsbeitrag (rund CHF 60 000.–) erwirtschaftet werden konnte. Ausserdem konnten nach einem Einbruch im Vorjahr die Erträge aus den Inseraten der Zeitschrift wieder deutlich (um CHF 25 000.–) gesteigert werden. Ausgabenseitig liegt alles +/- im Rahmen des Budgets, mit Ausnahme der ausserordentlichen Aufwendungen für Korrekturen der MwSt.-Abrechnung der Jahre 2008 bis 2012 (CHF 16 000.–), die eine Inspektion zu Tage gefördert hat. Das finanziell sehr gute Ergebnis ermöglichte es aber sowohl diese einmaligen Sonderaufwendungen zu tragen wie auch die Rückstellungen für Massnahmen bei der Pensionskasse massgeblich (um CHF 80 000.–) zu erhöhen. Den Hauptteil der Einnahmen machen mit 78% die Mitgliederbeiträge aus, die wiederum zu 4/5 von Betreibern von Wasserkraftanlagen stammen. Mit einem Anteil von je rund 8% sind aber auch die Deckungsbeiträge aus den Veranstaltungen sowie die Erträge aus dem Verkauf von Inseraten und Abos relevant. Die Entschädigungen für die Geschäftsführung der Verbandsgruppen 308

Aare-Rheinwerke und Rheinverband bringen nochmals 4% der Einnahmen. Bilanz Bei den Aktiven zeigt die Bilanz einerseits flüssige Mittel und Wertschriften von insgesamt rund CHF 1.7 Mio.; und andererseits die per Ende 2014 ausstehenden Forderungen von rund CHF 40 000.– und die aktive Rechnungsabgrenzung von rund CHF 33 000.–. Bei den Passiven ausgewiesen ist das Fremdkapital (Kreditoren und passive Abgrenzung) von rund CHF 75 000.–, die erwähnte Erhöhung Rückstellungen «Pensionskasse» und damit der Reserven insgesamt auf neu rund CHF 1.3 Mio. und schliesslich die Erhöhung des aktiven Vereinsvermögens um den Überschuss 2013 auf rund CHF 314 000.–.Insgesamt zeigt die Bilanz die gesunden Finanzen des Verbandes auf. Revision Rechnung und Bilanz wurden von der OBT AG in Brugg im Rahmen einer eingeschränkten Kontrolle revidiert und für in Ordnung befunden. Der Revisionsbericht, welcher bei Bedarf auf der Geschäftsstelle eingesehen oder bezogen werden kann, liegt vor. Auf das Vorlesen des Berichtes wird verzichtet. Da eine eingeschränkte Revision durchgeführt wurde, liegt kein explizit ausformulierter Antrag der Kontrollstelle auf Annahme der Rechnung vor. Es wird versichert, dass die Revisionsstelle keine Beanstandungen gefunden hat, welche der Abnahme der Rechnung entgegenstehen würden. Ausschuss und Vorstand des SWV beantragen die Annahme der Rechnung. Die Verbandsrechnung 2013 und die Bilanz per 31. Dezember 2013 werden von der Versammlung ohne Diskussion einstimmig genehmigt. Traktandum 5: Entlastung der Organe Ausschuss und Vorstand des SWV beantragen die Entlastung der Organe. Die verantwortlichen Organe werden einstimmig entlastet und ihre Arbeit verdankt. Traktandum 6: Mitgliederbeiträge und Budget 2015 Mitgliederbeiträge Die aktuellen Beiträge sind seit der Hauptversammlung 2004 gültig. Das Budget zeigt, dass die geplanten Aufwendungen ohne Beitragserhöhung gedeckt werden können. Voraussetzung ist jedoch die Weiterführung der Arbeiten im bisherigen Rahmen (kein wesentlicher Ausbau der Aufgaben und keine

Personalaufstockung). Der Vorstand des Verbandes beantragt die Beibehaltung der Mitgliederbeiträge im bisherigen Umfang für sämtliche Kategorien. Budget 2015 Das Budget zielt auf ein ausgeglichenes Ergebnis und rechnet bei Einnahmen von CHF 905 555.– und Ausgaben von CHF 894 500.– mit einem leichten Einnahmeüberschuss von CHF 11 055.–. Ertragsseitig ist namentlich die Erhöhung der Beiträge für die Geschäftsführung für den Verband Aare-Rheinwerke (CHF 9000.–) zu erwähnen, welcher die GV des VAR im Juni zugestimmt hat. Ausgabenseitig sind die höheren Arbeitgeberbeiträge bei der Pensionskasse (rund CHF 7000.–) aufgrund anstehender Massnahmen im Leistungsprimat bzw. den vom Vorstand und den Versicherten beschlossenen Wechsel ins Beitragsprimat (vgl. Traktandum 8) sowie leicht höhere Mietausgaben (rund CHF 3500.–) für einen neuen Vertrag bis 2020. Insgesamt wird mit einem ausgeglichenen bzw. leicht positiven Ergebnis gerechnet. Mit unveränderten Mitgliederbeiträgen und dem gestützt darauf unterbreiteten Budget können die voraussichtlichen Tätigkeiten im bisherigen Umfang finanziert werden. Ausschuss und Vorstand beantragen die Annahme des Budgets 2015. Die beantragte Beibehaltung der Mitgliederbeiträge und das Budget 2015 werden von der Versammlung einstimmig genehmigt. Traktandum 7: Gesamterneuerungswahlen Vorstand (2014–2017) Neubesetzung Kommissionen Der Vorstand hat an der Sitzung vom 30. Mai 2014 die Erneuerungswahlen der beiden Kommissionen statutengemäss direkt vorgenommen. Diese betreffen folgende Änderungen: a) Ersatzwahl KOHS: Rücktritt von Ali Neumann, Stucky S.A. sowie Neuwahl von Sandrine Schmidt, Canton du Jura und Rücktritt von Heinz Willi Weiss, Basler & Hofmann sowie Neuwahl von Markus Schatzmann, Basler & Hofmann. Mit Heinz Willi Weiss ist eines der beiden letzten Gründungsmitglieder der vor 20 Jahren gegründeten KOHS zurückgetreten. Die Würdigung für sein Engagement wurde im letzten WEL 2/2014 publiziert. Die Kommission konnte wieder mit absolut ausgewiesenen Fachleuten verstärkt werden. Das Engagement der zurückgetretenen Mitglieder wird nochmals verdankt und die neuen Mitglieder herzlich willkommen geheissen.

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Gesamterneuerung Vorstand Die Gesamterneuerungswahlen des Vorstands sind von der Hauptversammlung zu bestätigen. Es ist nur ein Rücktritt zu verzeichnen, namentlich derjenige von Anton Kilchmann, der altershalber als Direktor SVGW und damit auch aus dem Vorstand des SWV zurücktritt. Alle anderen Vorstandsmitglieder stellen sich der Wiederwahl für die Periode 2014–2017. Momentan ist noch kein Vorschlag zur Neubesetzung vorliegend. Der Vorstandsausschuss wird sich an der nächsten Sitzung damit befassen. Damit geht es um die Besetzung der 22 von insgesamt 23 Vorstandssitzen. Vorstand und Ausschuss schlagen die Wiederwahl der heutigen Vorstandsmitglieder vor. Die Gesamterneuerung des Vorstandes wird von der Versammlung einstimmig genehmigt. Der Präsident heisst die Vorstandsmitglieder für eine weitere Amtsperiode willkommen und dankt ihnen und den anderen Mitgliedern des Vorstandes und den Kommissionen sowie ihren Unternehmungen dafür, dass sie sich bereit erklären, dieses Mandat auszuüben. Traktandum 8: Verschiedene Mitteilungen Primatwechsel Pensionskasse PKE Nachdem massgebende Mitglieder den Wechsel vom Leistungs- zum Beitragsprimat vollzogen haben, hat der Vorstandsausschuss schon im April 2013 beschlossen, einen solchen Wechsel auch für den SWV zu evaluieren. Nach der sorgfältigen und recht aufwendigen Vorbereitung und Prüfung verschiedener Varianten durch den Präsidenten und den Geschäftsführer hat der Ausschuss dann im März 2014 das den Versicherten anzubietende Modell verabschiedet. Dieses wurde anschliessend sowohl vom Vorstand wie auch von den versicherten Mitarbeitern einstimmig angenommen. Der SWV wird damit per 1.4.2015 den Wechsel von der PKE Pensionskasse Energie Genossenschaft (Leistungsprimat) zur PKE-CPE Vorsorgestiftung Energie (Beitragsprimat) vollziehen. Für die seitens SWV notwendige Einmaleinlage bei den Versicherten steht die für solche Fälle vor-

gesehene Rückstellung «Pensionskasse» zur Verfügung. Die etwas höheren Arbeitgeberbeiträge können über die laufende Rechnung finanziert werden und sind im Budget 2015 bereits berücksichtigt. Zwar haben auch die Versicherten zum Teil höhere Beiträge und geringere Leistungen zu erwarten. Insgesamt fahren aber sowohl der SWV wie auch die Versicherten besser als im zu sanierenden Leistungsprimat. Die Versammlung nimmt in zustimmenden Sinn Kenntnis des Wechsels. Personalwechsel auf der Geschäftsstelle Der Geschäftsführer informiert über den Wechsel bei seiner administrativen Assistenz. Die bisherige Assistentin Esther Zumsteg hat die Geschäftsstelle ja im August verlassen. Das im Mai gestartete Selektionsprozedere konnte im Juli mit der Vertragsunterzeichnung von Sonja Ramer erfolgreich abgeschlossen werden. Sie wird offiziell am 1. November 2014 die Arbeit aufnehmen, nimmt aber bereits im September gewisse Termine wahr und ist auch an der heutigen Versammlung anwesend. Sonja Ramer stellt sich selber kurz vor und wird von der Versammlung mit Applaus herzlich willkommen geheissen. Während der Überbrückungszeit bis zum offiziellen Eintritt von Sonja Ramer werden die laufenden Geschäfte mit grossem zusätzlichen Einsatz von Doris Hüsser und Manuel Minder unterstützt. Dieser Einsatz wird den beiden vom Geschäftsführer und vom Präsidenten sowie mit Applaus von der Versammlung ebenfalls ganz herzlich verdankt. Dienstleistungen des SWV Der Präsident weist darauf hin, dass das vorrangige Ziel des SWV nach wie vor ist, Dienstleistungen zu erbringen, welche für die Mitglieder von Nutzen sind. Er hebt die wichtigsten Plattformen für die Mitglieder des SWV hervor: • Fach- und Verbandszeitschrift «Wasser Energie Luft» • Webseite www.swv.ch (mit Agenda und diversen Dokumenten wie Positionspapiere, Faktenblätter, Referate, usw.) • E-Mail-Newsletter (mit Mitteilungen und Hinweisen auf Veranstaltungen) • Veranstaltungen und Tagungen (mit Vorzugskonditionen für Mitglieder). Die Aktivitäten und Veranstaltungen der kommenden Monate sind jeweils in der Agenda auf der Webseite aufgeführt. Der Präsident ist überzeugt, dass die Mitglieder

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weiterhin von den wertvollen Leistungen des SWV profitieren können und zählt weiterhin auf die breite Unterstützung als Mitglieder, als Teilnehmer an Veranstaltungen, als Inserenten und Autoren für die Fachzeitschrift. Traktandum 9: Festlegen der Hauptversammlung 2015 Der SWV versucht bekanntlich bei den Durchführungsorten der Hauptversammlung die verschiedenen Regionen des Landes zu berücksichtigen. Verteilt man die Durchführungsorte seit 2000 auf einer Schweizer Karte fällt auf, dass folgende Regionen schon lange nicht mehr besucht wurden: Oberwallis, Gotthard/Uri oder auch das Wasserschloss Aargau. Der Vorstand schlägt vor, für die nächste Hauptversammlung des Verbandes das Wasserschloss Aargau ins Zentrum zu rücken. Konkret: Region Aarau/Brugg/ Baden. Als Termin wird der 3./4. September 2015 vorgeschlagen, dann wieder begleitet von einer halbtägigen Vortragsveranstaltung und gefolgt von einer Exkursion. Die Versammlung stimmt dem Vorschlag zur Durchführung der nächsten Hauptversammlung am 3./4. September 2015 im Raum Aarau/Brugg/Baden ohne Gegenvorschlag und einstimmig zu. Traktandum 10: Umfrage Es erfolgen keine Wortmeldungen. Abschluss und Dank Zum Abschluss der Versammlung dankt der Präsident: • Den Kollegen im Vorstand und den Mitgliedern in den Kommissionen für die konstruktive, gute Zusammenarbeit im Interesse des SWV. • Allen Mitgliedern und Anwesenden für ihre Unterstützung und das Interesse an den Aktivitäten des SWV. • Der SWV-Geschäftsstelle in Baden, welche das ganze Jahr hindurch die vielfältige Verbands- und Redaktionsarbeit bewältigt. Es sind dies neben dem Geschäftsführer Roger Pfammatter, namentlich: Esther Zumsteg (bisher) bzw. Sonja Ramer (künftig), Verbandssekretariat und administrative Assistentin des Geschäftsführers; Doris Hüsser, Buchhaltung und Abonnenten der Zeitschrift WEL sowie Manuel Minder von der Redaktion der Fach- und Verbandszeitschrift WEL. Der Präsident erklärt die 103. ordentliche Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes für geschlossen. Protokoll: Sonja Ramer 309

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b) Ersatzwahlen Hydrosuisse: In der Kommission Hydrosuisse sind keine Rücktritte zu vermelden und der Vorstand hat die Kommission in unveränderter Zusammensetzung in corpore für eine neue Periode wiedergewählt. Die Ersatzwahlen werden von der Versammlung zur Kenntnis genommen.

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Bilder: Peter Klopfenstein & Manuel Minder

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Nachrichten Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

P ol iti k Politi UREK-N bereinigt Vorlage Energiestrategie 2050 für die Wintersession Die Kommission für Umwelt, Energie und Raumplanung des Nationalrates hat den Entwurf zum ersten Massnahmenpaket der Energiestrategie 2050 zu Ende beraten. Nach über einem Jahr intensiver Vorberatung in der Kommission ist die Vorlage bereit für die Behandlung im Erstrat. Die Kommission hat der Vorlage «1. Massnahmenpaket der Energiestrategie 2050» in der Gesamtabstimmung mit 14 zu 9 Stimmen bei 2 Enthaltungen zugestimmt. Zum Abschluss der Beratungen befand die Kommission auch über die Abstimmungsempfehlung zur Volksinitiative «Für den geordneten Ausstieg aus der Atomenergie» (Vorlage 2). Sie empfiehlt mit 16 zu 8 Stimmen bei einer Enthaltung, die Initiative abzulehnen; eine Minderheit empfiehlt sie zur Annahme. Die Kommission löst zudem mit 16 zu 6 Stimmen bei 3 Enthaltungen die Verknüpfung der Initiative mit dem Erlassentwurf, wonach dieser nur beim Rückzug oder bei der Ablehnung der Volksinitiative in Kraft treten kann. Eine Minderheit beantragt, diese Verknüpfung im Entwurf zu belassen. Im Weiteren präzisierte die Kommission das von ihr in den Entwurf eingebrachte Langzeitbetriebskonzept für Kernkraftwerke und beschloss, dass allen Anlagen die Möglichkeit offen steht, den Betrieb wiederholt um 10 Jahre zu verlängern. Eine Minderheit beantragt dagegen bei älteren Anlagen eine maximale Betriebsdauer von 60 Jahren, eine andere Minderheit von 50 Jahren. Eine weitere Minderheit hingegen will die Bestimmungen zum Langzeitbetriebskonzept gänzlich aus dem Entwurf streichen. Auch nahm die Kommission mit 19 zu 0 Stimmen bei 6 Enthaltungen die Möglichkeit zur Steuererleichterung für Investitionen in der Vorlage auf, die dem Energiesparen und dem Umweltschutz dienen – ähnlich, wie das der Bundesrat bereits im Vernehmlassungsentwurf vorgeschlagen hatte. Schliesslich ermächtigt die Kommission mit 13 zu 9 Stimmen

bei 2 Enthaltungen den Bundesrat, auf Strom, der aus CO2-intensiver Produktion stammt, eine CO2-Abgabe zu erheben. Eine Minderheit lehnt diese Bestimmung ab. (UREK-N)

Ene E ne r g iiewi ewi r ts t s c haf t Bundesrat startet Vernehmlassung über die volle Strommarktöffnung Ab 2018 sollen alle Schweizer Stromkonsumentinnen und -konsumenten, also auch die Haushalte und das Gewerbe, ihren Stromlieferanten selber wählen können. Der Bundesrat hat heute die Vernehmlassung zu einem Bundesbeschluss über die volle Strommarktöffnung gestartet. Die Vernehmlassung dauert bis zum 22. Januar 2015. Die Marktöffnung ist bereits im geltenden Stromversorgungsgesetz (StromVG) vorgesehen, das vom Parlament im März 2007 verabschiedet wurde. Das Parlament legte damals fest, dass der Markt in zwei Schritten geöffnet werden soll: Ab 2009 für grosse Stromverbraucher mit über 100 000 Kilowattstunden Stromverbrauch pro Jahr. Fünf Jahre später für sämtliche Stromkonsumentinnen und -konsumenten. Um die entsprechenden Artikel im StromVG in Kraft zu setzen, ist ein referendumsfähiger Bundesbeschluss nötig. Infolge der umfangreichen Arbeiten zur Energiestrategie 2050, die 2011 nach dem Grundsatzentscheid von Bundesrat und Parlament zum schrittweisen Ausstieg aus der Kernenergie in Angriff genommen wurden, mussten die Vorbereitungen für den zweiten Marktöffnungsschritt zurückgestellt werden. Aufgrund der politischen und wirtschaftlichen Bedeutung der Vorlage führt der Bundesrat eine Vernehmlassung durch, die bis zum 22. Januar 2015 dauert. Falls das Referendum nicht ergriffen wird, können die neuen Bestimmungen per Anfang 2017 in Kraft treten, sodass sich kleine Endverbraucher erstmals ab dem 1. Januar 2018 vom Stromlieferanten ihrer Wahl beliefern lassen können.

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Was ändert? 1. Kleine Endverbraucher (Stromverbrauch unter 100 000 Kilowattstunden/ Jahr) • Nachdem die Stromversorgungsunternehmen ihre Tarife für das Folgejahr jeweils im Sommer bekannt geben, kann jeder Endverbraucher seinen Stromlieferanten frei wählen – erstmals soll dies per 1.1.2018 möglich sein. Ab dann ist ein Wechsel jährlich, jeweils mit einer Kündigungsfrist von zwei Monaten, möglich. • Ein Wechsel in den freien Markt ist nicht obligatorisch. Endverbraucher werden weiterhin von ihrem lokalen Versorgungsunternehmen beliefert, bzw. ohne Kündigung werden sie in der sogenannten «Grundversorgung mit abgesicherter Stromversorgung» (WAS-Modell) sein. Die Tarife im WASModell werden von der Eidgenössischen Elektrizitätskommission ElCom geprüft und wenn nötig herabgesetzt. Der Wechsel aus der abgesicherten Grundversorgung in den freien Markt soll durch geeignete Rahmenbedingungen möglichst einfach sein. Die anfallenden Wechselkosten dürfen den Endverbrauchern nicht in Rechnung gestellt werden. • Die Rückkehr in die Grundversorgung ist jedes Jahr möglich, sodass die Wechselbereitschaft und damit der Wettbewerb gefördert werden. • Die Überwachung und Kontrolle der Strompreise im freien Markt erfolgt durch den Preisüberwacher und bei Bedarf durch die Wettbewerbskommission. 2. Grosse Endverbraucher (Stromverbrauch ab 100 000 Kilowattstunden/Jahr) Sie müssen ab 2017 zwingend in den freien Markt; die abgesicherte Grundversorgung entfällt für sie endgültig. Die bisherigen Erfahrungen sind positiv. Die Wahlmöglichkeit nutzen heute ca. 27% aller Grossverbraucher, welche rund die Hälfte des gesamten Schweizer Stromkonsums ausmachen. 3. Revision Stromversorgungsverordnung (StromVV) Die Ausführungsbestimmungen zu den neu 313

Nachrichten

in Kraft tretenden Artikeln des StromVG (Artikel 7, Artikel 13 Absatz 3 Buchstabe b) müssen in der Stromversorgungsverordnung (StromVV) entsprechend angepasst werden. Neu zu regeln sind insbesondere die (Vertrags-)Modalitäten im Wahlmodell der abgesicherten Stromversorgung (Fristen, Wechselkosten), die Überprüfung der Tarife der Grundversorgung sowie allenfalls weitere Einzelheiten, die für die Sicherstellung des diskriminierungsfreien Netzzugangs notwendig sind. 4. Stromabkommen Schweiz-EU Die Umsetzung der vollen Strommarktöffnung erfüllt eine Voraussetzung für den Abschluss eines Stromabkommens mit der EU. (Der Bundesrat/BFE)

Was s e r kr ei s lauf/ Was s e r wi r ts c haf t Genügend Wasser in der Zukunft? Nationales Forschungsprogramm abgeschlossen Die Schweizer Wasserwirtschaft ist nicht optimal für die bevorstehenden klimatischen und gesellschaftlichen Veränderungen gerüstet. Doch wenn die regionale Zusammenarbeit vermehrt gelingt, nachhaltige Lösungen bei Wasserkonflikten gefunden und Anstrengungen im Gewässerschutz weitergeführt werden, steht der Schweiz auch zukünftig genügend Wasser zur Verfügung. Zu diesem Schluss kommt das Nationale Forschungsprogramm «Nachhaltige Wassernutzung» (NFP 61).

Wie steht es um das Wasserschloss Schweiz, wenn die Temperaturen in Zukunft steigen, die Niederschläge aber sinken? Um diese und weitere Fragen zu beantworten, hat der Bundesrat den Schweizerischen Nationalfonds mit der Durchführung des Nationalen Forschungsprogramms «Nachhaltige Wassernutzung» (NFP 61) beauftragt, das nun nach fünf Jahren die Schlussbilanz zieht. Klimawandel wird vor allem im Hochgebirge sichtbar Mit den grössten Veränderungen rechnet das NFP 61 im Hochgebirge. Wegen der steigenden Temperaturen schmelzen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts die Gletscher je nach Szenario zu rund 90 Prozent weg. Die Schneefallgrenze wandert weiter nach oben. Dadurch verändert sich der alpine Wasserhaushalt erheblich – die schwindenden Gletscher machen neuen Seen Platz. Damit eröffnen sich der Wasserwirtschaft und dem Tourismus neue Chancen, gleichzeitig erhöht sich auch die Gefahr von plötzlichen Seeausbrüchen mit nachfolgenden Flutwellen. Da raumplanerische, organisatorische und bauliche Anpassungsmassnahmen Zeit brauchen, müssen Bergkantone jetzt handeln und etwa bei der Vergabe von Konzessionen zur Wassernutzung verstärkt darauf achten, dass die Nachhaltigkeit im Bereich Wasser auch langfristig gesichert ist. Zudem geht das NFP 61 davon aus, dass die Wassertemperaturen in den Fliessgewässern der Schweiz in den nächsten Jahrzehnten um durchschnittlich zwei bis vier Grad Celsius steigen. Auch das Grundwasser erwärmt sich sukzessive.

Bild. Schmelzende Gletscher führen zu massiven Veränderungen im Alpenraum (Foto: NFP61). 314

Diese Entwicklung ist ein weiterer Stressfaktor für die durch Stoffeinträge bereits stark belasteten Gewässer in Siedlungsgebieten. Nutzungsdruck vielerorts bedeutender als der Klimawandel Vielerorts werden jedoch sozioökonomische und technische Veränderungen den Wassersektor in der Schweiz stärker beeinflussen als der Klimawandel. Beispielsweise wird die zukünftige Ausgestaltung der Agrarpolitik einen grösseren Einfluss darauf haben, wie bewässerungsbedürftig die Schweizer Landwirtschaft im Jahr 2050 sein wird, als Klimaveränderungen. Der Nutzungsdruck auf die Wasserressourcen und Gewässer wird durch das Wachstum von Wirtschaft und Bevölkerung zukünftig weiter zunehmen. Neue Nutzungs- und Interessenskonflikte (z.B. Verdrängung von Grundwasserschutzzonen durch die Siedlungsentwicklung) sind die Folge. Denn Wasser und Gewässer stehen nicht für alle gesellschaftlichen Ansprüche jederzeit und an jedem Ort in beliebiger Menge zur Verfügung. Um langfristig den Schutz von Wasser und Gewässern sowie deren essenzielle Nutzungen sicherzustellen, muss das Thema Wasser frühzeitig in alle Politikbereiche (z.B. Energie oder Landwirtschaft) einbezogen werden. Besonders in der Raumplanung müssen Entscheidungsträger den Wasseraspekten wirksamer als bisher Rechnung tragen. Wegen der Langlebigkeit der Infrastrukturen im Wassersektor – Leitungsnetze und Wasserkraftwerke sind z.B. auf 80 bis 100 Jahre ausgelegt – müssen heutige Planungen auch die Interessen kommender Generationen einbeziehen. Die hohen Prognoseunsicherheiten und die klimabedingt erwartete Zunahme an Witterungsextremen müssen ebenfalls in die langfristige Planung aufgenommen werden. Zusammenarbeit wird wichtiger Zusammenfassend kommt das NFP 61 zum Schluss, dass angesichts der kommenden gesellschaftlichen, wirtschaftlichen und klimatischen Veränderungen die Schweizer Wasserwirtschaft nicht optimal gerüstet ist. Die gesetzlichen Grundlagen behandeln Wasserthemen getrennt. Zwischen Bund, Kantonen und Gemeinden gibt es eine komplexe Aufgabenteilung. Die Strukturen sind nicht gemeinde- und kantonsübergreifend gestaltet. Es fehlen sowohl übergeordnete Visionen und Strategien, als auch konkrete Abstimmungen zwischen Gemeinden und Kantonen. Ein nachhaltiger Umgang mit der Ressource Wasser ist eine Frage von natur-

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Nationales Forschungsprogramm «Nachhaltige Wassernutzung» Das Nationale Forschungsprogramm «Nachhaltige Wassernutzung» (NFP 61) wurde 2008 gestartet, um Grundlagen für eine Zukunftsstrategie zur Sicherung der Ressource Wasser zu erarbeiten. Im NFP 61 haben sich 150 Forschende in 16 Projekten zentralen Aspekten der Schweizerischen Wasserwirtschaft gewidmet. Die Forschung wurde von Beginn an unter Einbezug von Stakeholdern betrieben. Gleichzeitig wurde insbesondere der Interdisziplinarität und der Umsetzung von Ergebnissen in die Praxis grosses Gewicht beigemessen.

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wissenschaftlichen, technischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen, aber auch – und immer mehr – eine Frage der Mechanismen zur Lösung von Nutzungsund Interessenskonflikten. Das NFP 61 empfiehlt dem Bund, eine nationale Wasserstrategie zu erstellen und dabei die bestehenden Teilstrategien zusammenzuführen. Alle relevanten Akteure und die breitere Bevölkerung sind bei der konkreten Umsetzung einzubeziehen.

Bild 1. Die geschlossene neue Mauer auf der Muttenalp im Oktober 2014 (Foto: Axpo).

Die vier Teilsynthesen wie auch verschiedene Videoclips zu den Forschungsresultaten stehen auf der Webseite: www. nfp61.ch zum Herunterladen zur Verfügung. Die Gesamtsynthese kann in Buchform über den Verlag der Fachvereine der ETHZ (vdf) bezogen werden (vgl. dazu die Rubrik Publikationen in diesem Heft). (Schweiz. Nationalfonds) Bild 2. Letzte Arbeiten an der Hochwasserentlastung der neuen Mauer (Foto: SWV/Pfa, Oktober 2014).

Was s e r kr af tnut zung Projekt Linthal 2015 auf Kurs: Fertigstellung Staumauer und Anlieferung Transformatoren Das Grossprojekt «Linthal 2015» erreicht mit der Ankunft des vierten Transformators einen weiteren Meilenstein. Nach einem über zwei Wochen dauernden Transport ist der von ABB hergestellte Trafo beim Baustellengelände in Tierfehd angekommen. Gleichzeitig konnte die auf 2500 m ü.M. gelegene Schwergewichtstaumauer auf der Muttenalp durchgehend geschlossen werden. Mit einer Länge von gut einem Kilometer ist sie die längste Staumauer der Schweiz. Das Pumpspeicherwerk in den Glarner

Alpen ist das grösste Ausbauprojekt von Axpo – und mit einer Gesamtsumme von 2.1 Mrd. CHF eine grosse Investition in die Versorgungssicherheit der Schweiz. Mit dem Werk entsteht eine hochflexible Anlage, die innerhalb weniger Minuten sowohl grosse Mengen an Strom produzieren wie auch zeitweilige Stromüberschüsse aufnehmen und durch Hochpumpen von Wasser für eine spätere Nutzung speichern kann. Ab Ende 2015 soll in den Glarner Alpen das Wasser aus dem Limmernsee in den 630 m höher gelegenen Muttsee zurückgepumpt und bei Bedarf wieder zur Stromproduktion genutzt werden. Das neue Werk wird eine Pumpleistung und eine Turbinenleistung von je 1000 MW aufweisen. Die Bauarbeiten sind

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im Zeitplan; die erste Maschinengruppe soll Ende 2015 ans Netz gehen. Die Staumauer konnte durchgehend geschlossen werden Aufgrund der zügig voranschreitenden Arbeiten auf der Muttenalp (2500 m ü.M.) konnte die Schwergewichtstaumauer durchgehend geschlossen werden. Dank spät einsetzendem Winter wurden die ersten vier Blöcke bereits im Herbst 2011 erstellt. Damit gewannen die Fachleute wertvolle Erkenntnisse, welche Abläufe am besten funktionieren. Mit diesem Wissen starteten sie im Frühling 2012 mit dem Bau der ersten von drei grossen Jahresetappen. Selbst der diesjährige verregnete Sommer führte zu keiner Bauverzögerung, da im Sommer des Vorjahres wegen der 315

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trockenen Monate Juli und August mehr Blöcke als geplant gebaut werden konnten. Die Staumauer weist eine maximale Höhe von 36 m auf und besteht aus 68 Blöcken à 15 m, wofür insgesamt 225 000 m3 Beton eingebracht wurden. Dafür wurde grösstenteils das Ausbruchsmaterial aus den Kavernen und Stollen verwendet. Gegenwärtig werden die Mauerkrone der Staumauer fertiggestellt und der Rohbau des Wärterhauses vorgenommen. Bis Mitte 2015 finden der Innenausbau der Staumauer sowie der Einbau der Messinstrumente zur Überwachung der Staumauer statt. Der vierte Riesentransformator am Ziel angekommen Als weiterer Meilenstein im Projekt kann die Ankunft des vierten von ABB hergestellten Trafos mit 9.7 m Länge, 3.1 m Breite und 4.2 m Höhe vermeldet werden. Der Zugangsstollen 1 mit der Standseilbahn wurde eigens so dimensioniert, damit die rund 200 Tonnen schweren Anlagenteile der insgesamt vier Transformatoren in die Kaverne befördert werden konnten. Die vier Transformatoren, die von der ABBFabrik im deutschen Bad Honnef bei Bonn bis in die Glarner Alpen transportiert werden mussten, sind je 190 Tonnen schwer. «Die Trafos sind eine Spezialanfertigung, damit sie per Seilbahn überhaupt in die Kaverne befördert werden konnten. Unsere Vorgabe war es, sie so kompakt und energieeffizient wie möglich zu machen», erklärt Jürgen Wendorff, Projektleiter für die Maschinentransformatoren von ABB Bad Honnef. Was auch gelungen ist: Die vier baugleichen Transformatoren erreichen je eine Nennleistung von 280 MVA bei niedrigen Verlusten, kleinen Abmessungen und vergleichsweise geringem Gewicht. Sie wandeln im neuen Pumpspeicherwerk Limmern die Generatorspannung von 18 kV auf 400 kV, damit die Generatoren mit dem Schweizer Höchstspannungsnetz verbunden werden können. Über zwei Wochen für den Transport Auf seinem Weg ins Glarnerland hat auch der letzte Trafo eine weite Reise zurückgelegt: innerhalb von 16 Tagen aus dem ABB-Transformatorenwerk in Bad Honnef am deutschen Mittelrhein, auf einer Höhe von 75 m gelegen, bis auf 1700 m ü.M. zum Baustellengelände Tierfehd. Per Schiff, Bahn, LKW und Standseilbahn bis zum neuen Pumpspeicherwerk unterwegs. Der Transport war eine logistische Herausforderung, mussten doch rund 700 Kilometer und 1700 Höhenmeter bewältigt werden. «Wir konnten dank der genauen Vorbereitung unserer Logistikpartner Felbermayer 316

Bild 3. Verlad am Auhafen Muttenz (Foto: ABB).

Bild 4. Transport des Transformators mit drei Zugfahrzeugen durchs Linthal (Foto: ABB).

Bild 5. Der Riesentransformator an seinem Platz in der Kaverne (Foto: SWV/Pfa, Oktober 2014). «Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

und bei Bedarf wieder zur Stromproduktion genutzt werden. Das neue Werk wird eine Pumpleistung und eine Turbinenleistung von je 1000 MW aufweisen. (Axpo; ABB; SWV/Pfa)

KWO entleert Räterichsbodensee für Arbeiten zur Aufwertung der Kraftwerke Im November entleerte die KWO den Räterichsbodensee am Grimselpass und das darunterliegende hydraulische Stollensystem. Grund für die Entleerung ist die Erweiterung des Kraftwerks Handeck 2 mit dem Bau eines neuen Stollenanschlusses an den Räterichsbodensee. Der See-Entleerung vorangegangen ist eine mehrjährige Planung. Nebst der Projektplanung zu den Ausbauvorhaben war insbesondere das Team der KWOÖkologen gefordert. Denn mit der SeeEntleerung und dem damit verbundenen Austrag von Sedimenten wurde die Aare getrübt. Damit dadurch möglichst keine Fische beeinträchtigt wurden, hat die KWO vorgängig umfangreiche Massnahmen ausgeführt. So wurden gemeinsam mit den Fischereivereinen und den kantonalen Stellen rund 1700 Fische ausgefischt und in benachbarte Gewässer oder in die Brutanstalt in Meiringen verlegt.

schlossen und Instandhaltungsarbeiten an Orten ausgeführt, an denen während des Kraftwerksbetriebs nicht gearbeitet werden kann. Ende Februar 2015 werden die umfangreichen Arbeiten abgeschlossen sein und der Räterichsbodensee mit dem darunterliegenden Stollensystem wieder mit Wasser gefüllt. Ab dann wird auch das neue Beruhigungsbecken in Innertkirchen ans System angeschlossen sein und erstmals den Betrieb aufnehmen.

Bild 2. Einbau Peltonturbine in neuer Zentrale Handeck 3 (Foto: SWV/Pfa).

Bild 3. Laufender Bau des Beruhigungsbeckens in Innertkirchen (Foto: SWV/Pfa).

Bild 1. Mitten im entleerten Räterichsbodensee (Foto: KWO). Während der See-Entleerung sorgte das föhnig warme Wetter im Einzugsgebiet des Räterichsbodensees für eine Schneeschmelze. Dieses zusätzliche Schmelzwasser verlängerte die Entleerung des Sees und damit auch die Trübung des Aarewassers. Instandhaltungs- und Erweiterungsarbeiten Mit dem entleerten See beginnt für die KWO nun eine arbeitsintensive Zeit in der an zahlreichen Standorten mit Hochdruck gearbeitet wird. Neue Stollen werden an das bestehende Stollensystem ange-

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Während der See-Entleerung stellt die KWO mit ihren beiden Kraftwerken im Gadmental und mit dem Pumpspeicherwerk Grimsel 2 zwischen Grimsel- und Oberaarsee die Stromproduktion und Netzregelung sicher. Letztmals führte die KWO 1991 eine Entleerung des Räterichsbodensees durch. Mit der aktuellen See-Entleerung ist ein wichtiger Meilenstein in den Arbeiten zur Aufwertung der Kraftwerksanlagen Innertkirchen 1 und 2 erreicht. Mit den beiden neuen Kraftwerken erhöht die KWO ihre Leistung um 280 Megawatt. Die Inbetriebnahme der Kraftwerke ist für 2016 geplant. (KWO/SWV/Pfa)

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Schweiz AG und Welti-Furrer bei allen vier Lieferungen den Zeitrahmen genau einhalten», bilanziert Projektleiter Roland Hasler von ABB Schweiz. Für ihn war dies nicht der erste Trafotransport, aber aufgrund der geografischen Gegebenheiten in den Bergen sicher einer der spektakulärsten. Nadelöhr auf der Bergstrasse Und Herausforderungen gab es einige auf dieser rund 16 Tage dauernden Reise durch halb Mitteleuropa: Ab dem deutschen ABB-Transformatorenwerk in Bad Honnef ging es per speziellen LKW-Tieflader auf der Strasse bis zum Hafen nach Duisburg, wo jeweils zwei Trafos über einen Ponton auf ein Rheinschiff verladen wurden. Wegen des hohen Wasserstandes musste ein Kran mehrfach versetzt werden – ansonsten lief alles reibungslos. Nach etwa einer Woche auf dem Rhein kam die Fracht dann im Auhafen in Basel an. Dort wurde ein Transformator zwischengelagert und der andere auf die Schiene umgeladen. Über Nacht fuhr der SBB-Extrazug bis zum Bahnhof Linthal ins Glarnerland. Ab Linthal ging es mit einem 53 Meter langen und über 3 Meter breiten Schwerlastzug aus drei LKWs im Schritttempo über eine enge und kurvenreiche Strasse hinauf nach Tierfehd, das direkt unter dem neuen Pumpspeicherwerk liegt. Knackpunkt hierbei war eine enge Kurve um einige Hausecken herum – dabei waren Massarbeit und eine ruhige Hand der Lastwagenchauffeure gefragt. Trotz des befürchteten Nadelöhrs verlief auch hier alles problemlos. In Tierfehd wurde der Transformator dann auf einen Spezialwagen gehoben und langsam per Standseilbahn, die extra für diesen Transport ausgelegt wurde, den Berg hinaufgezogen. In der Transformatorenkaverne des neuen Pumpspeicherwerks wurde der Umspanner dann in seine endgültige Position gebracht, an die Kühlanlage angeschlossen und mit Öl gefüllt. Erst jetzt erreicht er sein Endgewicht von 250 Tonnen. Pump- und Turbinenleistung von je 1000 MW Das Projekt wird einen wichtigen Beitrag dazu leisten, in der Schweiz den Bedarf an Spitzenstrom zu decken. Es entsteht ein hochflexibles Pumpspeicherwerk, das innerhalb weniger Minuten sowohl grosse Mengen an Strom produzieren wie auch zeitweilige Stromüberschüsse aufnehmen und durch Hochpumpen von Wasser für eine spätere Nutzung speichern kann. Ab dem Jahr 2015 soll in den Glarner Alpen das Wasser aus dem Limmernsee in den 630 m höher gelegenen Muttsee zurückgepumpt

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Wasserkraftwerk Tasnan eingeweiht Nach gut anderthalbjähriger Bauzeit hat das Wasserkraftwerk Tasnan den Betrieb aufgenommen. Mit einem Festakt für geladene Gäste aus Wirtschaft und Politik feierte die Axpo gemeinsam mit den anderen Aktionären die Einweihung des Hochdruck-Laufwasserkraftwerks im Unterengadin. Knapp zwei Jahre ist es her, seit der Verwaltungsrat der damals neu gegründeten Ouvra Electrica Tasnan SA (OET) mit Sitz in Ardez den Baukredit von 25 Mio. CHF gesprochen hat. Zwei Monate zuvor, im August 2012, war das Konzessions- und Bauprojekt vom Regierungsrat des Kantons Graubünden genehmigt worden. Der Spatenstich für das Kleinwasserkraftwerk Tasnan erfolgte schliesslich im Mai 2013. Die Wasserrechte hatten die beiden Konzessionsgemeinden Ardez und Ftan bereits im August 2009 einstimmig verliehen. Das Kraftwerk Tasnan nutzt als Hochdruck-Laufwasserkraftwerk das Wasser des Tasnanbachs, einem Zufluss des Inns auf halber Strecke zwischen Ardez und Ftan. Mit einer Leistung von 6.5 Megawatt (MW) wird es jährlich rund 19 Mio. Kilowattstunden (kWh) umweltfreundlichen Strom produzieren. Dies entspricht dem Verbrauch von ca. 4400 Haushalten. Das Wasserkraftwerk Tasnan, für das insgesamt Investitionen in Höhe von knapp 25 Mio. CHF getätigt wurden und das mit Geldern der kostendeckenden Einspeisevergütung mitfinanziert ist, erfreute sich von Beginn weg einer hohen lokalen Akzeptanz. Im Rahmen des Projekts standen besonders die Umweltaspekte im Blickpunkt: Ökologische Ausgleichs-massnahmen wie die Revitalisierung des verlandeten alten Flusslaufs des Inns und die Offenhaltung von Trockenwiesen wurden umfassend berücksichtigt. Der Bereich des Val Tasna, der unter Landschaftsschutz steht, wird vom Kleinwasserkraftwerk nicht tangiert. (Axpo)

Neukonzessionierung Kraftwerk Reckingen gestartet Die Kraftwerk Reckingen AG hat das Projekt «Neukonzessionierung Kraftwerk Reckingen» respektive «RKR2020» gestartet. Der Gesuch um die ordentliche Erneuerung der Konzession per 2020 wurde bereits fristgerecht gestellt, da die bestehende Konzession nach 91 Jahren ausläuft. Die Gesellschaft beabsichtigt, das Kraftwerk auch weiterhin zu betreiben und nachhaltigen Strom aus Wasserkraft zu produzieren. 318

Seit 1941 betreibt die Kraftwerk Reckingen AG (RKR) die Wasserkraftanlagen am Rhein bei Reckingen. Die Anlagen befinden sich am Hochrhein, welcher an dieser Stelle die Grenze zwischen Deutschland und der Schweiz bildet. Der Antrag für die Neukonzessionierung hat RKR fristgerecht bei den Genehmigungsbehörden eingereicht – in Deutschland das Regierungspräsidium Freiburg (RPF) und auf Schweizer Seite das Bundesamt für Energie (BFE). Im Rahmen von Untersuchungen hat RKR die bestehenden Anlagen überprüfen lassen und sich aufgrund der Kriterien technische Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit und ökologische Verträglichkeit, für eine Optimierung der bestehenden Anlagen entschieden.

Bild. KW Reckingen am Hochrhein (Quelle: KWR).

die RKR die Anlagen in dem Masse erneuern, damit ein optimaler und nachhaltiger Betrieb auch für die nächste Konzessionsdauer sichergestellt ist. Kraftwerk Reckingen AG Die Kraftwerk Reckingen AG ist ein grenzüberschreitendes Laufwasserkraftwerk am Hochrhein, welches erneuerbare Energie aus Wasserkraft erzeugt. Aktionär auf deutscher Seite ist mit 50% Beteiligung die EnBW Energie Baden-Württemberg AG, auf Schweizer Seite sind dies AEW Energie AG mit 30% und Axpo Power AG mit 20% Anteil. Im Mittel produziert das Kraftwerk pro Jahr eine elektrische Energiemenge von rund 252 GWh. Die Kraftwerk Reckingen AG beschäftigt 16 Mitarbeitende. Die ersten Konzessionen wurden durch das Land Baden und durch die schweizerische Eidgenossenschaft 1926 erteilt. Die Konzessionen wurden 1938 und 1956 erweitert. Am 10. Oktober 2020 endet die Konzession der Kraftwerk Reckingen AG. Der Antrag um Erneuerung der Konzession wurde fristgerecht gestellt. www.kraftwerk-reckingen.com (Kraftwerk Reckingen)

Die Kraftwerk Reckingen AG hat bereits Gespräche mit den umliegenden Gemeinden und den involvierten Umweltverbänden geführt. Als Nächstes stehen Gespräche mit interessierten Gemeinderäten sowie eine umfassende Umweltuntersuchung an. Unter der Führung der Genehmigungsbehörden wird im Herbst 2014 der Untersuchungsumfang für die Umweltuntersuchungen erarbeitet und beim Scoping-Termin, Anfang 2015, festgelegt. Die Umweltverträglichkeitsuntersuchungen (UVU) werden dann im Jahr 2015 durchgeführt und werden durch eine ökologische Begleitkommission (ÖBK), in der alle Beteiligten, Behörden, Gemeinden und Verbände, versammelt sind, begleitet. Moderate Leistungssteigerung Das Potenzial von Wasserkraft in Bezug auf leistungsstarke Kraftwerke ist in der Schweiz bereits weitestgehend genutzt. Auch die deutsche Seite hat im Rahmen der Energiewende ein Interesse an der Optimierung der bestehenden Anlagen, die nachhaltigen Strom produzieren. Mit der vorgesehenen Leistungssteigerung der Turbine 2 will das Projekt die innerhalb der Energiewende gesteckten Ziele beider Länder auf sanfte Weise unterstützen und die Ausbauwassermenge des Kraftwerkes auf 600 m3/s steigern. Des Weiteren wird

Natur gefahr e n/ H o c hwas s e r s c hut z/ Was s e r bau Naturgefahrenportal des Bundes Erstmals erlaubt eine übersichtliche Kartendarstellung auf dem neuen Portal «www.naturgefahren.ch», die aktuelle Naturgefahrenlage in der ganzen Schweiz auf einen Blick zu erfassen. Das neu gestaltete Portal bietet einen Überblick der aktuellen Gefahren- und Warnlage in den Bereichen Regen, Schnee, Wind, Gewitter, Hitze, Frost, Strassenglätte, Hochwasser und Massenbewegungen, Waldbrand, Lawinen und Erdbeben. Wollte man bisher zum Beispiel an einem stürmischen, niederschlagsreichen Wintertag wissen, ob man problemlos von zu Hause ins Feriendomizil reisen kann, musste man die Informationen dazu bei MeteoSchweiz, beim BAFU und beim SLF zusammensuchen. Das Portal www. naturgefahren.ch der Naturgefahrenfachstellen des Bundes stellt nun die Gefahrenlage und Warnungen auf einer einzigen, übersichtlichen Karte dar: Wetterextreme, Überschwemmungen und Rutschungen,

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Bild. Screenshot des Portals www.naturgefahren.ch. Erdbeben, Lawinen sowie Waldbrandgefahr. Empfehlungen zum Verhalten vor, während und nach Naturereignissen vervollständigen die Inhalte. Bei besonders kritischen Lagen vermittelt das sogenannte Naturgefahrenbulletin weiterführende Informationen wie eine gemeinsame Lagedarstellung. Hintergrundinformationen und Details finden sich nach wie vor auf den Internetseiten der einzelnen Fachstellen. Für das Naturgefahrenportal verantwortlich sind das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie, das Bundesamt für Umwelt, der Schweizerische Erdbebendienst und das WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung. Innerhalb von zweieinhalb Jahren entwickelten die Naturgefahrenfachstellen nach den Projektrichtlinien des Bundes (Hermes) das Portal, dessen externe Kosten sich auf 1.2 Mio. CHF belaufen. Das Naturgefahrenportal stellt einen Mosaikstein in der Umsetzung des OWARNA-Berichts dar, in dem der Bundesrat Lehren aus den Hochwasserereignissen im Jahr 2005 zog. Zusammen mit Kantonen und Gemeinden wurden verschiedene Massnahmen eingeleitet, um die Warnung und Alarmierung bei Naturgefahren zu verbessern. Sie zielen darauf ab, die Bevölkerung besser vor grossen Naturgefahrenereignissen zu schützen. Neu sind alle Naturgefahreninformationen an einer Stelle zentral auf Deutsch, Französisch und Italienisch sowie auf Englisch abrufbar. Die Übersichtskarte auf der Startseite erlaubt es, mit einem Blick die aktuelle Naturgefahrensituation in der

Schweiz zu erfassen. Die beteiligten Naturgefahrenfachstellen beliefern das Portal rund um die Uhr mit Informationen zur Gefahren- und Warnlage. Damit verknüpft sind Informationen über mögliche Auswirkungen sowie allgemeine Verhaltensempfehlungen. Für konkrete Handlungsanweisungen sind im Ereignisfall wie gehabt kantonale und kommunale Stellen verantwortlich. Weiterführende Informationen zu den einzelnen Naturgefahren sind weiterhin auf den Webseiten der beteiligten Fachstellen zu finden. (BAFU)

Rüc kbl ic k Ve r anstaltunge n «Wasser- und Flussbau im Alpenraum» – Rückblick auf das Internationale Wasserbau-Symposium 2014 in Zürich Unter dem Motto «Wasser- und Flussbau im Alpenraum» fand vom 25. bis 27. Juni 2014 das Wasserbau-Symposium an der ETH Zürich statt. Die Teilnehmerzahl von fast 250 Personen aus verschiedenen Ländern und aus unterschiedlichem Umfeld spiegelte das Interesse am Themengebiet und an der Veranstaltung wider. Das Symposium gliederte sich dabei in die traditionelle Veranstaltungsreihe der Wasserbauinstitute der Technischen Universität Graz, der Technischen Universität München und der ETH Zürich ein. Diese Veranstaltungsreihe, die im zweijährigen Turnus stattfindet, blickt dieses Jahr bereits auf eine 30-jährige

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Geschichte zurück und wird mittlerweile von der dritten Professorengeneration weitergeführt. Der Zeitpunkt der Veranstaltung fiel zeitlich zusammen mit dem vor Kurzem erfolgten Umzug der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) an den Standort Hönggerberg der ETH Zürich (siehe Artikel in der Rubrik Industriemitteilungen). Dieser Umstand wurde genutzt, um den Teilnehmern am Nachmittag des ersten Tages die neuen Räumlichkeiten und Einrichtungen, insbesondere der neuen wasserbaulichen Versuchshalle, vorzustellen. Am zweiten und dritten Tag fanden die Veranstaltungen des Wasserbau-Symposiums ebenfalls erstmals am Standort Hönggerberg der ETH Zürich statt. Das Motto der Veranstaltung betonte die Verhältnisse im Alpenraum, welche im Wasser- und Flussbau besondere Randbedingungen mit sich bringen, wie beispielsweise hohe Feststoff- und Schwimmstofffrachten in den Gewässern. Diese stellen wiederum spezielle Herausforderungen dar auf den Gebieten der klassischen Tätigkeitsfelder Wasserkraft, Hochwasserschutz und Fliessgewässerrenaturierung, welche auch die Schwerpunktthemen der Veranstaltung waren. Zu nennen sind hier insbesondere die im Schweizer Gewässerschutzgesetz geforderte Herstellung der Geschiebedurchgängigkeit und die Umgestaltung von Flüssen und Bächen – oft im Zusammenhang mit Hochwasserschutzmassnahmen – hin zu einer naturnäheren Morphologie, aber auch der schwierige Umgang mit Feststoffen an Speichern und Fassungen der Wasserkraftwerke. Letztere erfahren im Zuge der beabsichtigten Energiewende eine zunehmende Bedeutung, stellen sie doch im Alpenraum die auf lange Sicht mit Abstand wichtigste erneuerbare Energiequelle zur Stromerzeugung dar. Am ersten Tag der Veranstaltung erfolgte eine Besichtigung der neuen wasserbaulichen Versuchshalle der VAW mit den aktuellen physikalischen Modellen (Bild 1). Diese Besichtigung wurde eingebettet in den Rahmen von ausgewählten Vorträgen durch Vertreter von Hochschulen und Universitäten aus der Schweiz, Deutschland und Österreich zum aktuellen Stand des wasserbaulichen Versuchswesens. Diese Vorträge eröffneten spannende Einblicke in das wasserbauliche Versuchswesen und zeigten eindrücklich dessen Bedeutung für wasser- und flussbauliche Fragestellungen, heute und auch in der Zukunft, auf. Ein gemeinsames Grillfest auf

Nachrichten Bild 1. Besichtigung der neuen Versuchshalle der VAW am Standort Hönggerberg der ETH Zürich mit aktuellen wasser- und flussbaulichen Projekten.

Bild 2. Vorträge und Diskussionen der Teilnehmer des Wasserbausymposiums im Hörsaal an der ETH Zürich. dem Gelände der Versuchshalle rundete den ersten Tag ab. Am zweiten und am dritten Tag der Veranstaltung fanden die Vorträge der Referenten zu den Schwerpunktthemen statt (Bild 2). Die kurzweiligen Vorträge deckten das breite Spektrum der Themen und die Vielfalt der Tätigkeitsfelder gut ab. Es wurden interessante Projekte und innovative Problemlösungen aus Forschung und Praxis vorgestellt und aktuelle Fragestellungen näher beleuchtet. Die Vorträge führten des Öfteren auch zu angeregten Diskussionen unter den Teilnehmern. Ein wichtiges Anliegen des Symposiums war die Förderung des Austauschs zwischen Wissenschaft und Ingenieurpraxis in Wirtschaft und Verwaltung in den deutschsprachigen Alpenländern. Die Veranstal320

tung wurde in deutscher Sprache abgehalten, um diesen Austausch zu unterstützen und besser auf lokale Bedürfnisse einzugehen, entgegen dem Trend zur zunehmenden Globalisierung in der Fachwelt. Angesichts der Zusammensetzung der Teilnehmer und der Vielfalt der Vorträge mit regen Diskussionen wurde dieses Ziel in unseren Augen erreicht. Zwei Drittel der Teilnehmer kamen dabei aus der Schweiz und das weitere Drittel setzte sich vor allem aus Teilnehmern aus Deutschland und Österreich zusammen. Der Grossteil der Teilnehmer stammte aus der Wirtschaft und von Ingenieurbüros (44%), aus Forschung und Lehre (30%), von Behörden und Verwaltung (12%), aus der Energiewirtschaft (9%) und von Verbänden (3%). Gelegenheiten zum fachlichen Austausch und zum

Knüpfen neuer Kontakte gab es, neben den Vortragssessionen und Pausen, auch bei der Abendveranstaltung des Symposiums. Diese fand am Donnerstagabend in angenehmem Ambiente und bei sonnigem Wetter in einem Restaurant hoch über Zürich statt. Abschliessend bedankt sich der Veranstalter nochmals bei allen Teilnehmern, Referenten, Mithelfern sowie dem wissenschaftlichen Komitee und den Organisatoren für ihren Einsatz. Insbesondere gilt dies für die spannenden fachlichen Beiträge und Vorträge, welche den Erfolg der Veranstaltung überhaupt erst ermöglichten. Wir danken auch den Sponsoren für die finanzielle Unterstützung der Veranstaltung und den Wasserbauinstituten der Technischen Universität München und der Technischen Universität Graz für die gelungene Zusammenarbeit. Wir freuen uns auf die Fortsetzung der Veranstaltungsreihe des internationalen Wasserbausymposiums in zwei Jahren in Deutschland und hoffen, viele der Teil-nehmer dort wiederzutreffen. Christian Volz und Prof. Dr. Robert Boes, ETH Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), volz@vaw.baug.ethz.ch

«Fischwanderung in genutzten Gewässern» – Rückblick auf Fachtagung 2014 der Wasser-Agenda 21 von Kaspar Meuli Die Fachtagung «Fischwanderung in genutzten Gewässern» bot Ende Oktober in Biel internationalen Erfahrungsaustausch auf hohem Niveau. Breit abgestützte Erkenntnisse aus dem In- und Ausland sollen mithelfen, auch in der Schweiz die bestehenden Barrieren und Kraftwerke durchgängig zu gestalten. So soll die Fischwanderung auch in intensiv genutzten Gewässern wieder möglich werden. Organisiert wurde die Fachtagung von Wasser-Agenda 21, dem Netzwerk der Schweizer Wasserwirtschaft. Die Ausgangslage war klar: In den Schweizer Fliessgewässern bereiten den Wanderfischen mehrere Tausend künstliche Bauwerke Probleme. Bei den strategischen Planungen im Rahmen der Umsetzung des Gewässerschutzgesetzes wurden über 1800 wasserkraftbedingte Hindernisse überprüft. Wie Andreas Knutti vom BAFU an der Tagung erklärte, zeigt eine provisorische Auswertung, dass je 600 dieser Hindernisse für den Fischaufstieg und für den -abstieg saniert werden müssen. Zudem ist nur ein Drittel der bestehenden Aufstiegsanlagen wirklich funktionstüchtig.

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Sicher ist auch, dass die Fischgängigkeit wegen der Umsetzung der Gewässerschutzgesetzgebung bis 2030 wieder hergestellt werden muss. Entsprechende Projekte werden von den Stromkonsumenten finanziert. Sie bezahlen eine Abgabe von 0.1 Rappen pro Kilowattstunde, welche die Kraftwerkbetreiber für die Sanierung ihrer Anlagen einsetzen müssen. Doch wie werden diese finanziellen Mittel am effizientesten verwendet? Und welche der existierenden Auf- und Abstiegshilfen funktionieren am besten? Zu diesen und vielen anderen Fragen, so zeigte die Tagung in Biel, gibt es zwar verschiedene Lösungsansätze, aber keine Patentrezepte. Fische wandern nicht nur zu Laichplätzen Bestehendes Lehrbuchwissen stellte Henrik Hufgard vom Deutschen Institut für angewandte Ökologie in Frage. Er präsentierte Monitoringergebnisse von Europas grösster Fischaufstiegsanlage, dem Wehr Geesthacht an der Elbe, einer aus 49 Becken bestehenden Doppelschlitzpass-Anlage . Ein Team von 11 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern fängt, bestimmt und zählt dort rund um die Uhr die aufsteigenden Fische. Innerhalb von drei Jahren wurden über eine Million Fische registriert. Die erhobenen Daten zeigen, dass die Fischwan-derung nicht, wie bisher angenommen, während der Laichzeit am grössten ist. «Die Fische kommen zu völlig unerwarteten Zeiten», so Hufgard. «Die Fangspitzen liegen nicht in der Laichwanderung.» Ein differenziertes Bild lieferte auch Armin Peter von der Eawag. Er erklärte, dass viele Fischarten wandern. Grund für die Wanderung sei nicht nur die Suche nach Laichplätzen, sondern auch jene nach Nahrung und Rückzugsmöglichkeiten. Eine Rolle spielten aber auch die Rückwanderung nach Verdriftungen durch Hochwasser und die Wiederbesiedlung von wieder aufgewerteten Standorten. Vor allem aber zeigte Peter, dass nicht nur Lachse und Aale wandern, sondern auch Fische

wie Felchen und Äschen. Diesen Wanderungen über kurze und mittlere Distanzen habe man bis heute sowohl in der Forschung, wie auch in der Praxis zu wenig Beachtung geschenkt. Fischmonitoring und Evaluation von Aufstiegshilfen Ted Castro-Santos vom Anadromus Fish Research Center in den USA zeigte eindrücklich, wie viel Aufwand nötig ist für ein aussagekräftiges Monitoring von Fischwanderhilfen. Sein Credo: Die Zahl der Fische am Ausgang eines Fischpasses sagt wenig aus über dessen Funktionstüchtigkeit. Die Effizienz einer Anlage lässt sich nur beurteilen, wenn man weiss, wie viele Individuen einer Art den Einstieg eines Passes finden, den Aufstieg durch die Anlage schaffen und diese auch wieder verlassen. Um solche Daten zu erheben, statten Castro und seine Forscherkollegen Fische sowohl mit passiven Transpondern (PIT Tags) sowie mit Radiosendern aus. Methoden, die an den Schweizer Kraftwerken bisher wenig zum Einsatz kommen, aber an der Tagung auf grosses Interesse stiessen. Ein Fazit aus Castros Studien: Nicht alle Fischarten sprechen auf dasselbe Design von Aufstiegshilfen an. Deshalb braucht es beim Bau einer Anlage, eine klare Priorisierung bezüglich Zielarten. Eine Einschätzung, die auch von europäischen Experten geteilt wird. Sich auf eine reduzierte Anzahl von Leitfischarten zu beschränken, ist allerdings nicht einfach, wenn man es, wie in der Schweiz, mit rund 40 Arten zu tun hat. Die Fachleute waren sich einig, dass es keine in Stein gemeisselten Lösungen gibt und dass auch neu gebaute Anlagen weiter optimiert werden müssen. Ein durchdachtes Monitoring zeigt auf, wo Handlungsbedarf besteht. Einen kontinuierlichen «Lernprozess» nannte es Christine Weber von der Eawag, und Ted Castro-Santos sprach von «adaptive Management». Stephan Heimerl, Mitautor des DWA-Merkblatts zu

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Bild 1. Seeforelle in der Areuse (zvg).

Fischaufstiegsanlagen und fischpassierbaren Bauwerken meinte zudem: «Auch Ingenieure sollten den Mut haben, nach dem Bau nachzubessern. Sonst ist ein nicht funktionierender Fischpass unter Umständen schlechter als ein nicht gebauter.» Wenig Erfahrung mit Abstiegshilfen Der grösste Handlungsbedarf besteht allerdings beim Fischabstieg. Darüber waren sich die Experten einig. Fest steht, dass allzu viele Wanderfische den Abstieg nicht überleben, weil sie in den Turbinen zu Schaden kommen. Christoph Bauerfeind vom Ingenieurbüro Flocksmühle zeigte auf, dass der Fischschutz und -abstieg bei kleinen und mittleren Anlagen mit Feinrechen mittlerweile gewährleistet werden kann. In einem Modellversuch für Grossanlagen konnte an der Versuchsanstalt für Wasserbau VAW an der ETZ Zürich auch gezeigt werden, dass Leitrechen, vor allem sogenannte «bar racks» Fische erfolgreich zu einem Bypass leiten können. Die Herausforderung besteht nun darin, den Wasserdurchfluss auch bei hohem Schwemmholzaufkommen zu gewährleisten. In der Schweiz soll unter anderem dazu eine Pilotanlage gebaut und in Betrieb untersucht werden. Dem verbesserten Schutz der Wanderfischpopulationen dienen auch fischfreundliche Turbinen. Stephen Amaral vom Alden Research Laboratory in den USA bot einen Überblick über die Anstrengungen, die gegenwärtig in diese Richtung unternommen werden. Entscheidend für den Erfolg, so erklärte er, sei den Fischen mehr Raum zwischen den Turbinenblättern zu verschaffen. Eine langsam drehende Kaplanturbine mit drei Blättern biete eine Überlebensquote von über 95 Prozent. Und sogenannte Minimal-Gap-Runner (MRG)Turbinen hätten im Betrieb bewiesen, dass sie zugleich «fischfreundlich und effizient in der Stromproduktion» seien. «Eine Winwin-Situation», so Amaral. Erfolgversprechende Schweizer Forschung Neben den kraftwerksbedingten Hindernissen existieren in den Schweizer Gewässern mehrere Zehntausend weitere künstliche Barrieren mit einer Höhe von über 50 cm. Simona Tamagni von der ETH Zürich zeigte, dass es Alternativen zu diesen Bauten gib. Bereits entwickelte Lösungen in Form von Blockrampen, so meinte sie, sollten vermehrt und gezielt eingesetzt werden. Es wird aber auch an baulichen Massnahmen geforscht, die den Fischabstieg weniger gefährlich machen sollen. Robert Boes

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Bild 2. Ständeratspräsident Hannes Germann (links vorne im Bild) unter Fachpublikum (zvg). von der VAW stellte einen entsprechenden, gross angelegten Modellversuch vor. Dabei wurden verschiedene Rechenformen getestet, um das Verhalten von Fischen so zu beeinflussen, dass sie nicht in die Turbinen, sondern zu einem Bypass schwimmen. Die Resultate, so Boes, seien «sowohl aus fischökologischer wie aus betrieblicher Sicht vielversprechend» – allerdings stimmt das bis anhin nur für die Modellversuche. Namentlich für die Übertragbarkeit der Resultate auf die reale Welt sind noch viele Fragen offen. Die erste Fischabstiegsanlage in der Schweiz wurde 2013 beim Kraftwerk Stroppel an der Limmat in Betrieb genommen. Eine weitere Abstiegsanlage mit Horizontalrechen und Bypass existiert seit Kurzem bei der Dotierturbine des Kraftwerks Rüchlig in der Aare bei Aarau. Diese Anlage war eines der Ziele der Exkursion im Anschluss an die Fachtagung. Wie gut der Rechen, der bei diesen Anlagen die wandernden Fische an den Turbinen vorbeiführen soll, seinen Zweck erfüllt, wird das Monitoring aufzeigen. Druck via Stromkonsumenten Am Schluss der Tagung zogen Vertreter der Energiewirtschaft, der Fischerei, der Forschung und der kantonalen Behörde Fazit. Dieses fiel, wie zu vermuten war, je nach Blickwinkel anders aus. Ricardo Mendez von der Axpo AG, Ressort Umwelt, strich in seiner Bilanz den Forschungsbedarf heraus: «Bei grossen Wasserkraftwerken geht es beim Bau von Abstiegshilfen schnell um mehrere Dutzend Millionen Franken. Da braucht es viel zusätzliches Wissen, um Fehlinvestitionen zu vermeiden.» Und Roland Seiler, Präsident des Schweizerischen FischereiVerbands, forderte mehr politischen und gesellschaftlichen Druck, damit das neue Gewässerschutzgesetz zügig umgesetzt werde. Einer seiner Vorschläge: «Das 322

Ökostrom-Label sollte nur noch dann verwendet werden dürfen, wenn der Strom aus Kraftwerken stammt, bei denen der Fischauf- und -abstieg nachweislich funktioniert.» Das Symposium war mit rund 180 Teilnehmenden aus der Schweiz, aus Deutschland, Österreich, Frankreich, Holland und den USA ausgebucht, was das grosse Interesse am Thema Fischwanderung eindrücklich beweist. Die schriftliche Version der Vorträge sowie Podcasts der Tagung können auf www. wa21.ch/de/Biel-Bienne2014 heruntergeladen werden. Die Folien und die schriftliche Kurzfassung der Keynote zur Eröffnung des zweiten Tages zum Thema «Fischwanderung aus Sicht der Wasserkraft» von Roger Pfammatter, SWV, kann auf der Webseite www.swv.ch/Publikationen > Referate und > Fachartikel heruntergeladen werden.

Ve r anstaltunge n

Cours de perfectionnement CIPC – 4ème série «Revitalisation des cours d’eau de taille petite et moyenne Fribourg, 5/6 Mars 2015

La Commission pour la protection contre les crues (CIPC) de l’ASAE organise en collaboration avec l’Office fédéral pour l’environnement (OFEV) et l’Association pour le génie biologique (VIB) une 4ème série de cours de perfectionnement sur des thèmes liés au génie hydraulique.

Public cible Le thème de cette série est consacré à la «revitalisation des cours d’eau de taille petite et moyenne». Le cours n’est pas uniquement destiné aux spécialistes, mais également aux ingénieurs et aux professionnels en charge des travaux de planification et de revitalisation. Objectif, contenu L’objectif du cours orienté sur la pratique et ayant lieu sur deux jours est de mettre en évidence les principaux aspects d’une revitalisation. L’accent est donc mis sur la prise en compte de l’entretien et de l’aménagement des eaux, à la fois en milieu rural et dans les zones urbaines. En outre, les participants ont l’occasion d’échanger des idées lors d’ateliers et de l’excursion avec des experts reconnus. Du contenu: 1ier jour • Motivation et objectif de la revitalisation • Zone riveraine pour la compensation écologique • Aménagement de l’espace d’un cours d’eau quant à son entretien futur • Atelier: Elaboration d’un plan d’entretien ème jour 2 • Espace du cours d'eau pour les revitalisations • Documentation et mesures constructives et hydrauliques • Espèces désirables et indésirables • Revitalisation dans les zones urbaines • Visite d’un exemple de revitalisation Pour les détails voir le programme sur le site web: www.swv.ch Langue du cours Le cours se tiendra en français. Documentation du cours La documentation (script et présentation) sera distribuée aux participants sur place. Frais Pour membres de l’ASAE ainsi que de VIB s’appliquent des tarifs préférentiels (s.v.p. indi-quer à l’inscription): Membres ASAE/VIB CHF 650.– Non-Membres ASAE/VIB CHF 750.– Sont inclus: documentation du cours, repas de midi et du soir (1er jour), repas de midi (2ème jour), pause café et transport lors de l’excursion ; ne sont pas inclus: TVA 8% et notes d’hôtel éventuelles. Inscription, nombre de participants Veuillez-vous vous inscrire directement sur le site Internet de l’ASAE: www.swv.ch/CIPC-Cours-Fribourg2015 (Lien direct également sur la page: www. swv.ch/fr) Le nombre de participants est limité à 28

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KOHS-Tagung 2015 10 Jahre nach dem Ereignis 2005: Veränderungen im Umgang mit Hochwasser Interlaken, 5./6. Mai 2015

Die jährlich von der Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV organisierte Tagung wird 2015 in Interlaken durchgeführt und ist als 1 ½-tägige Veranstaltung mit Exkursion konzipiert. Zielpublikum Angesprochen werden wie üblich Wasserbauer und weitere mit Hochwasserschutz und Revitalisierungen beschäftigte Fachleute aus der Privatwirtschaft und der Verwaltung. Die Tagung ist immer auch ein ausgezeichneter Treffpunkt der Fachwelt. Zielsetzung, Inhalt Im Fokus stehen die Veränderungen im Umgang mit Hochwasser seit dem Unwetterereignis 2005. Die damaligen verheerenden Hochwasserschäden haben zu einem Umdenken und zu neuen Ansätzen beim Hochwassermanagement geführt. An der Tagung wurden die neuen Erkenntnisse von ausgewiesenen Fachleuten anhand konkreter Fallbeispiele vermittelt und diskutiert. Aus dem Inhalt: • Strategiewandel des Bundes • Verbesserung Prognose und Warnung • Umsetzung Notfall- und Alarmierungskonzepte • Neue Anforderungen an die Szenarienbildung • Überarbeitung der Gefahrengrundlagen • Beurteilung von Gerinneprozessen und Ufererosion • Lösungsansätze für komplexe Projektarbeit

An der Exkursion vom zweiten Tag werden wichtige Aspekte zusätzlich im Feld verdeutlicht. Tagungssprachen Die Vorträge werden in Deutsch gehalten, mit Simultanübersetzung in die französische Sprache. Kosten Tagung vom 5. Mai 2015, inkl. Abendessen: Mitglieder SWV CHF 300.– Nichtmitglieder CHF 390.– Studierende CHF 150.– Exkursion vom 6. Mai 2015: Mitglieder SWV CHF 200.– Nichtmitglieder CHF 260.– Studierende CHF 100.– Inkl. Mittagessen, Pausenkaffee, exkl. 8% MWSt. Programm Das detaillierte Tagungsprogramm ist diesem Heft als Flyer beigelegt bzw. kann der Webseite unter www.swv.ch/Weiterbildung entnommen werden. Anmeldung Anmeldungen sind ab sofort möglich. Bitte ausschliesslich einfach und bequem über die Webseite des SWV: www.swv.ch/KOHS-Tagung-2015 Die Anmeldungen werden nach Eingang berücksichtigt. Teilnahmebestätigung und Rechnungsstellung erfolgen rechtzeitig vor der Veranstaltung.

Zürich 27.–29.4.2015 VAW-Workshop Sedimentumleitstollen (e) VAW-ETHZ mit Unterstützung SWV. Bitte Termin reservieren. Weitere Informationen auf der Webseite: www.vaw.ethz.ch Interlaken 5./6.5.2015 KOHS-Tagung 2015 mit Exkursion: 10 Jahre seit dem Ereignis 2005 – neuer Umgang mit Hochwasser (d/f) Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV. Weitere Informationen und Anmeldung: www.swv.ch Region Bern 21.5.2015 Verleihung des Schweizer Gewässerpreises 2015: Vortragsveranstaltung mit Exkursion (d/f) Trägerschaft Gewässerpreis Schweiz. Bitte Termin reservieren; weitere Informationen folgen: www.swv.ch

L ite i te r atur Nachhaltige Wassernutzung in der Schweiz – Gesamtsynthese des Nationalen Forschungsprogramms NFP 61

Age nda Rapperswil 14.–16.1.2015 Stahlwasserbau, Abschlussorgane, Druckleitungen, Rechenreinigungsmaschinen (d) HSR, Hochschule für Technik, Weitere Informationen: www.weiterbildung-hydro.ch Fribourg 5./6.3.2015 Cours CIPC, 3ième cours de la série: Révitalisation des petits et moyens cours d’eaux (f) Commission pour la protection contre les crues (CIPC) de l’ASAE avec OFEV. Plus d’information: www.swv.ch Wädenswil ab 17.4.2015 Zertifikatslehrgang Makrozoobenthos: Artenkenntnis und Bioindikationsmethoden (d) ZHAW mit HES-SO. CAS-Lehrgang mit 22 Kurstagen plus Selbststudium. Weitere Informationen: www.weiterbildung.zhaw.ch

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Publikation: November 2014, Hrsg: Leitungsgruppe NFP 61 1. Auflage 2015, 124 Seiten, Format 24 × 21 cm, gebunden, inklusive DVD, zahlreiche Abbildungen, durchgehend farbig, ISBN 978-3-72813611-4, Preis: CHF 28.–, Bezug: www.vdf. ethz.ch Beschrieb: Im Nationalen Forschungsprogramm NFP 61 «Nachhaltige Wassernutzung» wagten 16 inter- und transdisziplinär zusammengesetzte Projektteams einen ganzheitlichen Blick in die Wasserzukunft der Schweiz im 21. Jahrhundert. Gemeinsam mit der Praxis haben Forschende aus verschiedenen Disziplinen wissenschaftliche Grundlagen und Methoden für einen nachhaltigen Umgang mit den Wasserressourcen erarbeitet und 323

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personnes. Prise en compte selon l’ordre d’entrée des inscriptions.

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erste Umsetzungsprozesse eingeleitet. Die Rahmenbedingungen für die Wasserwirtschaft werden sich mit der sozioökonomischen Entwicklung und dem Klimawandel ändern. Im Jahr 2050 werden viele Gletscher geschmolzen sein, mit mannigfachen Auswirkungen. Die Ressource Wasser wird vermehrt unter Druck stehen und Nutzungskonflikte werden zunehmen. Buch und DVD fassen die Ergebnisse der Forschungsprojekte zusammen. Version française: Le Programme national de recherche «Gestion durable de l’eau» (PNR 61) a réuni 16 équipes de projet, qui, adoptant une approche interdisciplinaire et transdisciplinaire, ont tenté de donner une vision globale de l’avenir de l’eau en Suisse au XXIe siècle. En collaboration avec les acteurs de terrain, des chercheurs issus de différentes disciplines scientifiques ont élaboré des bases et méthodes favorisant une gestion durable des ressources en eau et introduit des premiers processus de mise en oeuvre. Les conditions générales de l’économie des eaux se modifieront du fait du développement socio-économique et du changement climatique. En 2050, la fonte de nombreux glaciers aura eu d’innombrables répercussions. La pression sur les ressources en eau et les conflits d’utilisation augmenteront. Les présents ouvrage et DVD résument les résultats de ces projets de recherche. (vdf)

Influencing river morphodynamics by means of a bubble screen: application to open-channel bends V. Dugué, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 54, EPFL, 2013, 162 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179 Curved reaches and bends are a characteristic feature of rivers and channels. Their morphology is heterogeneous and typically includes a point bar at the inner side of bends, and bend scour at the outer side. Curvature-induced secondary flow, also called spiral flow or helical flow, is known to play an important role in the generation of this morphological heterogeneity. This secondary flow is outward directed in the upper part of the water column, and causes an increase of velocities and erosive capacity at the outer side of the channel. Near the outer bank, the secondary flow has an important vertical component that impinges on the channel bed and enhances bend scour. The eroded sediment is then transported in 324

application range of the bubble-screen technique. It relates the required air discharge of the bubble screen to the geometric and hydraulic characteristics of the open-channel bend. The methodology is illustrated by means of two case studies.

Impact of hydropeaking on fish and their habitat E. Person, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 55, EPFL, 2013, 138 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179.

inward direction by the near-bed component of the secondary flow, and contributes to the development of the point bar at the inner side of the channel. The morphological heterogeneity has adverse effects: scour at the outer side of the bend threatens the stability of the bank and structures like bridge abutments or piers, and deposition of sediment at the inner side of the bend reduces the navigable width. Therefore, river engineers have always tried to attenuate this morphological heterogeneity, for example by artificially roughening the outer bank in order to reduce near-bank velocities, or deflecting the flow away from the outer bank by means of groynes or bottom vanes. All these techniques involved permanent fixed structures. Dr. Violaine Dugué has investigated an innovative technique that is reversible and does not involve fixed structures. It consists in generating an airbubble screen with a porous tube that is positioned parallel to the outer bank. The rising air-bubbles generate a secondary flow that is opposed to the curvatureinduced secondary flow, and thereby reduces the morphological heterogeneity. Dr. Violaine Dugué has performed a series of laboratory experiments with increasing degree of complexity, including straight and curved flows under various conditions of sediment transport. These experiments provided insight in the mutual interactions between the main flow, the curvature-induced flow components, the bubble-screen induced flow components, the sediment transport and the morphology. Based on this novel insight, Dr. Violaine Dugué has developed a methodology that allows quantifying the

Storage hydropower plants are operated according the peak energy consumption, since it is the only type of electricity production, which can answer to fast changing energy demand in the grid. The sudden opening and closing of the hydraulic machinery results in highly unsteady flow in the river downstream of the power house outlet. The natural flow regime of the river is modified by this so called hydropeaking, which may result in a degradation of the river eco-system. In Switzerland more than 1000 km of rivers are affected by hydropeaking and its effect on the fish populations depends on the magnitude and temporal frequency of the artificial flow peaks. In addition, local conditions and ecosystems properties play an important role. According to the legal requirements in Switzerland, the negative effects of hydropeaking have to be mitigated by appropriate measure in future. In order not to endanger the economical soundness of hydropower plants and the safety of electricity supply, innovative concepts

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Influence of dam operation on water resources management under different scenarios in the Zambezi River Basin considering environmental objectives and hydropower T. Cohen Liechti, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 56, EPFL, 2013, 235 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179.

The hydropower potential in Africa is only very few exploited. The large rivers like Zambezi River still have considerable pos-

sibilities for installing further hydropower projects including the creation of reservoirs by large dams. The main African watersheds comprise also very vulnerable biotopes as wetlands, floodplains and deltas. This is exactly the case for the Zambezi river basin with its precious Barotse, Lukanga and Kafue flats as well as its large delta region. The question is how operation of the existing hydropower plants and reservoirs would have to be adapted in order to ensure environmental flows able to maintain the essential functionalities of the biotopes. Furthermore new projects should be designed in a way to mitigate as much as possible the negative effects or even to improve the present state. With her research project Mrs Dr. Théodora Cohen Liechti was confronted with this challenge. In order to give an answer to the mentioned questions, she had to develop a hydraulic-hydrological model in a very a large river basin under data scarcity, which was never done in such a detailed degree before, namely for a daily time step. Furthermore the model comprises all relevant hydraulic structures and schemes as well as vulnerable floodplains. For the latter a new sub-model based on a reservoir approach was specifically developed. Mrs Cohen Liechti studied by the help of the hydrological model numerous scenarios combining different levels of environmental requirements as well as several future hydropower developments. The analysis showed in principal that a reasonable compromise between energy production and environmental sustainability could be reached. Finally with the comprehensive hydraulic-hydrological model of the Zambezi River including new planned hydropower projects as well as extensions of existing power plants, the impact of climate change on the energy production was analyzed.

Hydrodynamics of turbulent flows within arrays of circular cylinders A. M. da Costa Ricardo, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 57, EPFL, 2014, 205 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179 In rivers riparian vegetation can have not only strong interaction with the flow but also with the ecological services of the aquatic system. In wetlands and along riverbanks often tree-like vegetation with quite stiff trunks can be found. The study of the flow in the space between plant stems is highly relevant since it influences the deposition of suspended sediment and the transport

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of mitigation measure with an ecological relevance have therefore to be found. The detailed knowledge on the impact of hydropeaking on fish habitat is still lacking. Mrs. Dr. Emilie Person made several novel contributions to this problem. For the first time the interaction between river morphology, regulated flow regime and fish habitat was studied in Alpine rivers in detail by comparing conditions in channelized and braided rivers influenced by hydropeaking. Beside the habitat focus the direct consequences of hydropeaking for the natural reproduction of brown trout was studied thoroughly. Furthermore a tool to evaluate the cost-effectiveness of mitigation measure to improve fish habitat was developed in an interdisciplinary collaboration. The present PhD thesis is an excellent example of an intensive collaboration between river hydraulic engineers and biologists at EPFL and Eawag. We hope that the innovative outcome of the thesis may help in future mitigation activities in our rivers.

of pollutants or nutrients. With her comprehensive experimental research study Mrs Dr. Ana Margarida da Costa Ricardo carried out a novel detailed spatial characterization, at the inter-stem scale, of the turbulent flow within arrays of emergent, rigid and cylindrical stems, randomly placed with constant and varying density in a flume. Mrs Dr. da Costa Ricardo performed detailed measurement of instantaneous velocities with a 2D Particle Image Velocimetry (PIV) and a 3D Laser Doppler Anemometry (LDA). Part of the data was treated with Double-Averaging Methodology (DAM), used as an upscaling technique to deal with heterogeneous flows. Mrs Dr. da Costa Ricardo could reveal that the drag force per submerged stem length is not correlated directly with the stem areal number density and the stem Reynolds number. The drag force depends on the longitudinal variation of the stem areal number-density. It could be observed that the decrease of the latter is associated to larger flow resistance and that the drag coefficient increases with the relative roughness, revealing an influence of the bed on the definition of the flow structure. The importance of vortex shedding and unsteady separation of the flow on the stems could be highlighted. Finally Mrs Dr. da Costa Ricardo gives a new insight in the dissipation rate of turbulent kinetic energy (TKE). She could contribute significantly to a better understanding of the complex flow within random arrays of rigid and emergent stems, at the inter-stem scale regarding flow resistance, budget of TKE and computation of dissipation rate of TKE.

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Sediment transport and flow conditions in steep rivers with large immobile boulders T. Ghilardi, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 58, EPFL, 2014, 291 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179

Cold ice in an alpine glacier and ice dynamics at the margin of the Greenland Ice Sheet – Claudia Ryser Herausgeber: Prof. Dr. R.M. Boes, im Eigenverlag der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, ETH Zürich, CH-8093 Zürich, Tel. +41 44 632 40 91, info@vaw.baug.ethz.ch.

In steep mountain rivers, morphological features such as large mostly immobile boulders, strongly influence flow behavior and bedload transport. Without taking into account these large immobile boulders, which are acting as macro-roughness elements, classical bedload transport formula largely overestimate the sediment volume transported. The effect of randomly distributed boulders creating a cascade morphology on the sediment transport capacity and bedload fluctuations in steep mountain channels was studied for the first time by Dr. Tamara Ghilardi with systematic laboratory experiments. A wide grain size distribution was used in the experiments for the movable bedload material present between the large boulders, as it can be found in typical alpine torrents. Boulder size and density was varied in the experiments using shapes of boulders like the ones found in nature. Special attention was also given for the first time on the evolution of the sediment transport characterized by bedload pulses. This allows a new insight on the sediment transport processes in steep channels having large immobile boulders. Finally a new sediment transport formula is suggested which takes into account the presence of such large boulders.

This publication consists of two parts: (1) a description of the englacial temperature regime in an alpine glacier and (2) investigations on the ice dynamics at the margin of the Greenland Ice Sheet (GrIS). An important aspect of this work is the treatment of the dynamics of so-called polythermal ice. An ice body is called polythermal if zones of temperate ice at the pressure melting temperature (PMT) coexist with zones of cold ice (below the PMT) which are separated by the cold-temperate transition surface (CTS). Sound knowledge of the thermal structure of glaciers and ice sheets is crucial for modeling their future evolution, as temperature strongly in uences ice viscosity, and therefore ice deformation patterns and mass ux. In addition, zones of cold ice aect glacier hydrology by blocking meltwater uxes, which are limited to discrete ow paths in cracks and channels. In the rst part of this work the 3D-polythermal structure of Gorner-/Grenzgletscher (Zermatt, Switzerland) was investigated based on 30 MHz helicopter-borne ice radar soundings and vertical temperature proles from 15 boreholes. Cold ice extent was mapped by delineating low-backscatter zones, and a quantitative analysis of radar signal power was used to infer the liquid water content of the ice close to the CTS. The inferred thermal structure was valida-

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ted with temperature measurements in the boreholes, showing excellent agreement. The cold ice which emerged at the surface in the lower ablation zone was impermeable to water and thus devoid of moulins, and surface melt water was routed through deeply incised, persistent streams. The thermal and surface hydrological characteristics of Grenzgletscher were found to be caused by the same processes as those controlling Arctic glaciers and the marginal zones of the Greenland and Antarctic ice sheets. A better understanding of polythermal alpine glaciers could therefore signicantly advance the understanding of processes controlling the evolution of the polar ice sheets, with a much-reduced logistical eort. The second part deals with the marginal zone of the GrIS. The GrIS is losing mass at a rate of 100{200 Gt/a through increased surface melt, peripheral thinning and accelerated ow of outlet glaciers, thus contributing 0.3{0.6 mm/a to global sea level rise. While a consistent explanation of the unprecedented, almost simultaneous acceleration of several large outlet glaciers is emerging, the situation is less clear for the observed mass loss of the slower-moving marginal areas. Ice deformation and basal motion characterize the dynamical behavior of the GrIS. The ice dynamics of these temperate-based, slowmoving areas are highly susceptible to the timing and amount of meltwater discharge to the base of the ice sheet, leading to major and widespread ow acceleration in summer. Routing of surface melt water to the base of the ice sheet aects the local subglacial water pressure, leads to shortterm variations in ice-bed coupling and ice ow velocity, and thus aects mass transport and ice sheet geometry in the ablation area. Since the number of melt days and the area aected by surface melt in summer have increased substantially over the last decade, concerns have arisen about the feedback of faster mass transport from the ice sheet's interior to low elevations, more meltwater production, and therefore increasingly rapid mass loss from the ice sheet periphery. This study was performed in a joint eort with research partners from the USA: Ginny Catania (University of Texas, Austin, TX), Robert Hawley (Dartmouth College, Hanover, NH), Matthew Homan (Los Alamos National Laboratories) and Thomas Neumann (NASA Goddard SFC, Greenbelt, MD). The main contribution of this work was designing, collecting and processing in situ measurements in 700{800m deep boreholes to the bed at two sites along a owline in the ablation

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Wasser- und Flussbau im Alpenraum Band 1, Wasserkraft und Gewässerrenaturierung Herausgeber: Prof. Dr. R.M. Boes, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, ETH Zürich, CH-8093 Zürich, Tel. +41 44 632 40 91, info@vaw. baug.ethz.ch. Dieser zweiteilige Tagungsband beinhaltet die Fachbeiträge des Symposiums «Was-

ser- und Flussbau im Alpenraum» vom 25. bis 27. Juni 2014 in Zürich. Das Symposium gliedert sich in die traditionelle Veranstaltungsreihe der Wasserbauinstitute der Technischen Universität Graz, der Technischen Universität München und der ETH Zürich ein, welche dieses Jahr auf eine 30-jährige Geschichte zurückblickt und mittlerweile von der dritten Professorengeneration weitergeführt wird. Trotz oder gerade wegen der Tendenzen in der heutigen akademischen Welt zu englischsprachigen Veranstaltungen sehe ich einen wichtigen Beitrag dieses deutschsprachigen Symposiums darin, den Austausch zwischen Wissenschaft und Ingenieurpraxis in Wirtschaft und Verwaltung in den deutschsprachigen Alpenländern zu fördern. Sonst laufen wir Gefahr, vor lauter Globalisierung und Streben nach internationaler und interkontinentaler Vernetzung die Bedürfnisse und Anforderungen unserer nächsten Umgebung zu vernachlässigen. Der Titel des Symposiums verweist auf den geografischen Tätigkeitsschwerpunkt der veranstaltenden Institute, welcher im Wasser- und Flussbau besondere Randbedingungen mit sich bringt, notabene hohe Feststoff- und Schwimmstofffrachten in unseren Gewässern. Diese stellen wiederum spezielle Herausforderungen auf den Gebieten der klassischen Tätigkeitsfelder Wasserkraft, Hochwasserschutz und Fliessgewässerrenaturierung dar, die mehr und mehr in den Fokus rücken. Zu nennen sind hier insbesondere die im Schweizer Gewässerschutzgesetz geforderte Herstellung der Geschiebedurchgängigkeit und die Umgestaltung von Flüssen und Bächen – oft im Zusammen-

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hang mit Hochwasserschutzmassnahmen – hin zu einer naturnäheren Morphologie, aber auch der zunehmend schwierige Umgang mit Feststoffen an Speichern und Fassungen der Wasserkraftwerke. Letztere erfahren im Zuge der beabsichtigten Energiewende eine zunehmende Bedeutung, stellen sie doch im Alpenraum die auf lange Sicht mit Abstand wichtigste erneuerbare Energiequelle zur Stromerzeugung dar. Mein besonderer Dank gilt an dieser Stelle allen, die zum Gelingen dieses Symposiums beigetragen haben: allen Autoren und Referenten, den Sessionsleitern und Mitgliedern des wissenschaftlichen Komitees, allen Mitwirkenden bei der Vorbereitung und Durchführung, vor allem Dr. Christian Volz als Leiter des Organisationskomitees, und allen unseren Sponsoren für ihre hochgeschätzte grosszügige Unterstützung. http://www.vaw.ethz.ch/publications/vaw _reports/2010-2019

Wasser- und Flussbau im Alpenraum Band 2, Naturgefahren Herausgeber: Prof. Dr. R.M. Boes, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, ETH Zürich, CH-8093 Zürich, Tel. +41 44 632 40 91, info@vaw. baug.ethz.ch.

http://www.vaw.ethz.ch/publications/vaw _reports/2010-2019

Die Themen der deutschen «Wasserwirtschaft» 11–12-2014 • Stimmt die W/Q-Beziehung bei höchsten Abflüssen? 327

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area downstream of Swiss Camp (West Greenland). A sustained high amount of basal motion amounting to 70% of surface velocities in winter, and up to 90% in summer could be inferred from measurements in the boreholes. Such high values and associated unusual ice deformation proles were unexpected and are explained, using an ice ow model, as the result of stress transfer from areas with a weak base to areas with a strong base. This eect necessitates the use of high-order ice ow models, not only in regions of fast-owing ice streams, but in all temperate-based areas of the GrIS. Current understanding of ice dynamics predicts that increasing availability and variability of meltwater will have a major impact on basal motion, and therefore on the evolution and future behavior of the GrIS. Measurements of ice deformation and subglacial water pressure show periodic and episodic variations on several time scales. These variations, observed by sensors at dierent depths throughout the ice column, are not synchronous but show a delayed or even anti-phase response. With the help of a Full-Stokes ice ow model these observations could be explained as ice motion in a caterpillar-like fashion. Horizontal stress transfer through the sti central part of the ice body (caused by patches of dierent basal slipperiness) leading to spatially varying surface velocities and ice deformation patterns could be evidenced. Accordingly, variation in this basal slipperiness leading to the characteristic patterns of ice deformation variability could be evidenced, thus providing an explanation for the observed behavior. The author concludes that ice ow in the ablation zone of the GrIS is controlled by activation of basal patches in which slipperiness varies in the course of a melt season, leading to caterpillar-like ice motion superposed on the classical shear deformation. This nding opens new perspectives for the description of the ice dynamical behavior of the GrIS. Zurich, June 2014 Martin Funk http://www.vaw.ethz.ch/publications/vaw _reports/2010-2019

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Thomas von Kalm, Detlef Sönnichsen, Heinrich Wiebe Der Einfluss über- und unterströmter Wehrverschlüsse auf den Sedimenttransport durch Stauhaltungen Michael Gebhardt, Nico Gerstner, Carsten Thorenz Hydrodynamisches Wehr zur Verhinderung der Sohlenerosion in Flüssen und zur Erhaltung der Schiffbarkeit bei Niedrigwasser Ottfried Arnold 3-D-numerische Berechnung der Ausflusskurve infolge Staumauerversagen Jakob Seibl, Roman Gabl, Bernhard Gems, Markus Aufleger Stochastische Auswertung der Grundwasserstände als Planungsgrundlage für Niederschlagswasserversickerungsanlagen Andreas Raganowicz Integriertes Wasserressourcenmanagement: Auswirkungen von Subventionen im Agrarsektor in Südafrika Markus Bombeck, Karl-Ulrich Rudolph Ein numerisches Modell zur Simulation und Vorhersage von Eis auf der Elbe Christoph Deyhle Transformationsprozess der Hochwasserwelle am Beispiel des Hochwassers der Lausitzer Neisse Ryszard Kosierb Bewertung und Klassifizierung der Oberflächengewässer in Polen gemäss den WRRL-Anforderungen Tomasz Kałuża, Karol Pietruczuk, Krzysztof Szoszkiewicz, Tomasz Tymiński Teilsicherheitsbeiwerte beim Standsicherheitsnachweis von Gewichtsstaumauern Frank Roesler, Maximilian Knallinger, Helmut Fleischer Nährstoffausträge aus landwirtschaftlichen Nutzflächen über den Dränagepfad Nadine Tauchnitz, Joachim Bischoff, Matthias Schrödter, Holger Rupp, Ralph Meissner Kältere und wärmere Trockengebiete der Erde Peter Janetzko

Die Themen der «ÖWAW» 3–10-2014 • Energieoptimierung auf Kläranlagen – Sichtbarmachen, Analyse und Umsetzung von Energieeinsparpotenzialen auf Kläranlagen S. Haider, F. Praxmarer 328

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Einsatz des elektronischen Spiegels für den betrieblichen Überblick im Kanalsystem H. Plihal, A. Kuratko, T. Ertl Probleme bei Planung und Betrieb von Absetzbecken für Strassenabwässer T. M. Haile, G. Kammerer, M. Fürhacker 40 Jahre im Dienste des Wassers – Die Hydrologische Untersuchungsstelle Salzburg feiert Jubiläum R. Haider Optimierung der Sammlung und Behandlung von Grün- und Bioabfällen aus der kommunalen Sammlung in Niederösterreich Ch. Hannauer Optimaler Mitteleinsatz in der Fremdwassermessung – Ein Erfahrungsbericht über den Vergleich von Einzelund Kurzzeitmessungen T. Schäfer Ökohydraulik – Integrative Methoden in Wissenschaft und Praxis im Spannungsfeld der europäischen Richtlinien (Hochwasser-, Wasserrahmenund Erneuerbare Energie) C. Hauer Morphodynamische Aspekte der Ökohydraulik und Habitatmodellierung im Kontext der rechtlichen Rahmenbedingungen C. Hauer, B. Blamauer, H. Mühlmann, H. Habersack Anwendung der Habitatmodellierung zur integrativen Bewertung von Schwall und Restwasser im Bereich der Wasserkraftnutzung P. Holzapfel, B. Wagner, B. Zeiringer, W. Graf, P. Leitner, H. Habersack, C. Hauer Indikatorenbasierte Evaluierung von Fischhabitaten in alpinen Fliessgewässern F. Schöberl, B. Zeiringer, C. Moritz Einsatz hochauflösender Bathymetriedaten aus luftgestützter Vermessung in der Abfluss- und Habitatmodellierung S. Jocham, W. Dobler, R. Baran, M. Aufleger, F. Steinbacher The susceptibility of consolidation check dams as a key factor for maintenance planning B. Mazzorana, H. J. Trenkwalder-Platzer, S. Fuchs, J. Hübl Anlagentechnik bei Beschneiungsanlagen H. G. Wechsler Errichtung des Beschneiungsspeichers Aineck 5 am Katschberg

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P. Hochkofler, J. Bogensperger, M. Dunka Asphaltoberflächendichtung für Speicher von Beschneiungsanlagen J. Henzinger, A. Speckle Betriebserfahrungen der Bad Kleinkirchheimer Bergbahnen mit Speicheranlagen zur Beschneiung P. Unterweger, G. Schabus Bemessung und Überwachung von Beschneiungsspeichern H. Czerny, T. Eistert Geschiebemessung in Österreich A. Kreisler. J. Aigner, M. Liedermann, H. Habersack Monitoring, Analyse und Interpretation des Schwebstofftransportes an österreichischen Flüssen P. Lalk, M. Haimann, H. Habersack Auswirkungen von Baggerungen und Verklappungen hochwasserbedingter Feinsedimentablagerungen am Fallbeispiel Winterhafen Linz/Donau M. Haimann, O. Moog, I. Stubauer, M. Tritthart, H. Habersack SED_AT – Feststoffhaushalt, Sedimenttransport und Flussmorphologie im Rahmen des Nationalen Gewässerbewirtschaftungsplans H. Habersack, B. Blamauer, H. Villwock, D. Prenner, Ch. Hauer Gemeinsame österreichisch-ungarische Sedimentforschung im Rahmen des EFRE-Projektes SEDDON H. Habersack, M. Haimann, S. Baranya, J. Jósza, A. Riegler, M. Liedermann, J. Ficsor, G. Mohácsine Simon, M. Hengl SedAlp – Sediment management in Alpine basins: integrating sediment continuum, risk mitigation and hydropower J. Aigner, A. Kreisler, M. Haimann, R. Rindler, C. Sindelar, H. Habersack, A. Pichler ÖWAV-Arbeitsbehelf 43 «Leitfaden zur Anwendung der Thermalformel des ÖWAV-Regelblattes 207» W. Rauch, R. Sitzenfrei Evaluierung eines Gewässerentwicklungskonzeptes am Beispiel der Oberen Drau in Kärnten St. Schober, M. Unterlercher, S. Korber, K. Michor, P. Mayr, H. Mandler, N. Sereinig

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

Neue Versuchsanstalt für Wasserbau auf dem Campusgelände Hönggerberg der ETH Zürich Nach erster Klärung der Nutzerbedürfnisse im November 2008 und einer Planungszeit von rund 2.5 Jahren erfolgte im Oktober 2011 der Spatenstich des Bauvorhabens der neuen Versuchsanstalt für Wasserbau am Stammsitz des Departements Bau, Umwelt und Geomatik (D-BAUG) auf dem Campus Hönggerberg der ETH Zürich. Der grosse Sanierungsbedarf des altehrwürdigen VAW-Gebäudes an der Gloriastrasse in Zürich, verbunden mit dem grossen Bedarf an Laborflächen im Areal Zentrum führte zum Entscheid, die Versuchsanstalt auf den Hönggerberg zu verlegen und das Gebäude VAW durch das Forschungsgebäude GLC für das Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie der ETH Zürich zu ersetzen. Gemäss der Strategie der ETH Zürich soll die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) weiterhin aus den drei Einheiten Professur für Wasserbau, Abteilung Glaziologie und Versuchsanstalt für Wasserbau bestehen. Die Professur wurde durch Herrn Prof. Dr. R.M. Boes im Februar 2009 neu besetzt. Die derzeit rund 60 Mitarbeitenden der VAW nehmen schwerpunktmässig Lehrverpflichtungen im D-BAUG für die Studiengänge Bauund Umweltingenieurwissenschaften wahr, leisten aber auch Beiträge zur Lehre in den Erdwissenschaften. Daneben werden Aufträge für Bund und Kantone sowie für private Firmen, vornehmlich planende Ingenieurbüros und Energieversorgungsunternehmen, durchgeführt. Rückblick: Die «alte» VAW Seit der Gründung 1930 befand sich die Versuchsanstalt für Wasserbau an der Gloriastrasse 37/39. Ursprünglich umfasste sie das wasserbauliche Labor, Werkstatt-, Lager- und Büroräume. Von 1948 bis 1951 wurde die Fläche an der Gloriastrasse unter anderem durch eine zweite Versuchshalle, einen Hörsaal und weitere Labor- und Büroflächen mehr als verdoppelt. Die Gebäudehülle war nach Sanierungen in den 1990er-Jahren in einem relativ guten Zustand, die Betonstruktur war hingegen stark sanierungsbedürftig und genügte den feuerpolizeilichen und sicherheitstechnischen Anforderungen nicht mehr. Durch die Entlassung des VAW-Gebäudes aus dem Inventar der Denkmalpflege kann die Parzelle nun bes-

ser genutzt und ein Flächengewinn erzielt werden. Neubauprojekt Im Juli 2013 wurde der Neubau der Versuchsanstalt nach nicht ganz zwei Jahren Bauzeit offiziell in Betrieb genommen. Im Rahmen der Reihe des traditionellen Wasserbausymposiums konnte der internationalen Fachwelt die neue VAW-Versuchshalle auf dem Hönggerberg im Juni 2014 vorgestellt werden (vgl. Beitrag in der Rubrik «Rückblick Veranstaltungen») . Die VAW verfügt nun also über eine moderne Wasserbauversuchshalle, die vollumfänglich aus Mitteln des Bundes finanziert wurde. Beim Neubau handelt es sich um eine Versuchshalle für die Grundlagenforschung und Lehre, aber auch für die zweckgebundene, drittmittelfinanzierte Untersuchung von Projekten aus den Bereichen Wasserbau, Hochwasserschutz und Gewässerrenaturierung anhand von grossmassstäblichen physikalischen Modellen zur Lösungsoptimierung von Problemen mit praktischem Hintergrund. Der Baukörper ist ein einfacher, in das Gelände eingelassener Kubus, der peripher am Hönggerbergring 26 des ETH-Campus liegt (Bild 1). Kernstück ist die 1540 m2 grosse, zweigeschossige Halle (Bild 2). Sie ist stützenfrei mit einer Stahlkonstruktion, bestehend aus

Primärträgern in Hallenquerrichtung und Sekundärträgern in Hallenlängsrichtung überspannt. Die Stahlstützen als Tragkonstruktion für Dach und Fassade lagern auf den massiven Stahlbeton-Aussenwänden des Untergeschosses. Die 9 m hohe Versuchshalle ist für die Zu- und Rückleitung des für den Modellbetrieb benötigten Wassers unterkellert. Dieses Installationsgeschoss unterhalb der Versuchshalle weist eine Raumhöhe von 2.5 m auf und ist begehbar (Bild 3). Um das Wasser aus dem Installationsgeschoss zur Versuchshalle zu führen, ist der Hallenboden aus mobilen Betonplatten angefertigt. Durch Entfernung einzelner Betonplatten kann die Zu- und Rückleitung von Wasser zu den Modellen auf den jeweiligen Modellstandort angepasst werden, wodurch eine flexible Nutzung der Versuchsfläche gelingt. An der nördlichen Querseite der Versuchshalle befinden sich diverse Infrastruktureinrichtungen für den Wasserkreislauf (Pumpen, Pumpensumpf und Hochbehälter), auf der Südseite ist die Anlieferung und die Bewirtschaftung von Sand- und Kiesmischungen für den flussbaulichen Modellversuch untergebracht (Silos, Siebanlage, Trocknungsofen). Die Werkstätten und Technikerräume sowie eine begrenzte Anzahl an Büroarbeitsplätzen für Wissen-

Bild 1. Versuchsanstalt VAW am Hönggerbergring 26 auf dem ETH-Campus Hönggerberg, Anlieferung, Entstaubungsanlage und Lagerstätte auf dem Vorplatz Süd.

Bild 2. Versuchshalle kurz nach Fertigstellung; im Hintergrund die Hochbehälter der getrennten Klar- und Trübwasserkreisläufe.

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Bild 3. Infrastrukturgeschoss unterhalb der Versuchshalle mit abgedecktem Rücklaufkanal und Stichleitung im Hintergrund.

Bild 4. Pumpenraum mit sieben drehzahlregulierten Kreiselpumpen.

Bild 5. Vollautomatisierte Siebanlage mit Beschickung, Taumelsieb, Förderschnecke und Mehrdecksieb; die Siebanlage trennt die Sand- und Kiesfraktionen direkt in die Fraktionssilos.

schaftler und Ingenieure stehen in einem nördlichen Anbau zur Halle. Technische Infrastruktur des Labors Die Versuchshalle verfügt über zwei grosse, voneinander getrennte Wasserkreisläufe, die das Wasser für den Betrieb der Modelle bereitstellen. Es wird unterschieden zwischen einem Klarwasser- und einem Trübwasserkreislauf. Der Klarwasserkreislauf darf im Zuge der Durchführung der Modellversuche nicht mit Schwebstoffen belastet werden, um eine visuelle Zugänglichkeit der Strömung sowie Messungen mittels diversen Messgeräten nicht zu unterbinden. Dieser Kreislauf wird demzufolge zur Speisung von Modellen des konstruktiven Wasserbaus, bei welchen ein ungetrübter Einblick in die Strömung erforderlich ist, verwendet. Bei Flussbaumodellen mit einer beweglichen Flusssohle und Sedimentbeigabe wird das Wasser durch Schwebstoffe getrübt. Diese Modelle werden an den Trübwasserkreislauf angeschlossen. Modelle der angewandten Forschung werden durch diese beiden grossen Wasserkreisläufe mit Klar- und Trübwasser bedient. Die permanenten Versuchseinrichtungen für die Grundlagenforschung und Lehre, Kanäle oder Rinnen, besitzen eigene geschlossene Wasserkreisläufe, bestehend aus Pumpe, Zuleitung, Rücklauf und Pumpensumpf. Die beiden grossen, voneinander getrennten Wasserkreisläufe für Klar- und Trübwasser funktionieren wie folgt: Pumpen fördern das Wasser vom Pumpensumpf in den Hochbehälter, wo der Wasserstand durch mehrere Überfallrinnen nahezu konstant gehalten wird. Dies bedarf des Überfalls von überschüssigem Wasser, das gesammelt einem Fallschacht zugleitet und direkt durch diesen in den Pumpensumpf abgeführt wird. Dieses System bewirkt einen fixen Wasserspiegel im Hochbehälter, der den Versorgungsdruck festlegt. Durch den Bezug des Wassers aus diesem Hochbehälter kann ein Grossteil

der erforderlichen Versorgungsdrücke für den Modellbetrieb abgedeckt werden. Wasserbaumodelle benötigen jedoch zum Teil einen höheren Wasserdruck als den des Hochbehälters. Deshalb können beim Klarwasserkreislauf im Gegensatz zum Trübwasserkreislauf die Modelle statt via Hochbehälter auch direkt über Zuleitungen von den Pumpen zu den Modellen mit Wasser versorgt werden. Vom Hochbehälter zweigt eine grosskalibrige Hauptverteilleitung ab, die als Stichleitung im Installationsgeschoss bis zur Südseite der Versuchshalle führt und die Versorgung dieses Bereichs mit hohen Drücken sicherstellt. Via Verteilleitungen, die an den Entnahmestutzen der Stichleitung (vorwiegend im Südbereich) oder des Hochbehälters angeschlossen sind, wird das Wasser dann unterhalb des Hallenbodens bis zu den Modellen geführt. Das am Modellende abgeleitete Wasser wird dem jeweiligen Rücklaufkanal der beiden grossen Wasserkreisläufe zugeführt. Die 1.75 m breiten, 1.7 m hohen und 60 m langen Rücklaufkanäle verlaufen in Hallenlängsrichtung und sind in das Installationsgeschoss eingelassen (Bild 3). In ihnen wird das von den Modellen ausgeleitete Wasser gesammelt und in den Pumpensumpf zurückgeleitet. Durch ihr grosses Fassungsvolumen stellen sie einen be-trächtlichen Anteil des nutzbaren Volumens des Pumpensumpfs dar und dienen infolge der kleinen Fliessgeschwindigkeiten als Absetzstufe für ausgeschwemmte Partikel. Vier Kreiselpumpen bedienen den Klar-, drei den Trübwasserkreislauf (Bild 4). Die Kreiselpumpen sind trocken aufgestellt und drehzahlreguliert. Die Drehzahlregulierung erlaubt den bedarfsgerechten Betrieb innerhalb eines Durchflussspektrums. Beispielhaft kann die Pumpe 1 des Klarwassers zwischen 50 und 100 l/s in den Hochbehälter fördern. Je nach Wasserstand im Pumpensumpf muss sie dabei

eine Höhe von 11.2 bis 13.1 m Wassersäule (WS) überwinden. Die totale Ausbauwassermenge des Klarwassers beträgt 1300 l/s, im Trübwasser sind es 300 l/s. Bei den Pumpen 2, 3 und 4 des Klarwasserkreislaufs verzweigt, wie bereits oben angesprochen, die Druckleitung nach der Pumpe. Eine Leitung führt in den Hochbehälter, die andere direkt in die Halle. Eine direkte Zuleitung führt zu jenen Modellen, die einen höheren Wasserdruck als den des Hochbehälters benötigen. Die frequenzgesteuerten Pumpen können auf diese Weise Durchflüsse mit bis zu 20 m WS Druckhöhe liefern. Sedimentaufbereitung Da eine natürliche Flusssohle aus Geschiebe unterschiedlicher Zusammensetzung besteht, muss für jedes Flussbaumodell eine eigene Geschiebemischung bestehend aus einzelnen Kies- und Sandfraktionen hergestellt werden. 20 Kiesund Sandfraktionen, von 0.25 bis 20 mm werden für die Herstellung solcher Mischungen typischerweise benötigt. Die Arbeitsprozesse in der Geschiebeaufbereitung beinhalten die Tätigkeiten Sieben, Lagern, Benetzen, Mischen, Anwenden im Versuchsbetrieb und Trocknen. Das benötigte Rohmaterial ist Betonkies und Mörtelsand. Darin sind sämtliche Korngrössen von 0–32 mm enthalten. Das gelieferte Material wird bis zur Nutzung in sechs grossen Rohmaterialsilos gelagert. Da das Rohmaterial feucht geliefert wird, muss es vor dem Siebvorgang zuerst getrocknet werden. Dazu steht ein WarmUmluftofen zur Verfügung, der 750 l innerhalb von 6 h bei 150°C trocknet. Bei zwei Arbeitsgängen gelingt es mit dieser Anlage, 1.5 m3 nasses Geschiebe pro Arbeitstag zu trocknen. Das Kernstück der Geschiebeaufbereitungsanlage ist die Siebanlage, unterteilt in ein Taumel- und ein Mehrdecksieb (Bild 5). Das Taumelsieb liefert die Fraktionen der groben Körnung. Es sind dies acht Produkte innerhalb der

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SISTAG AG in Eschenbach feiert 50Jahre-Jubiläum – Traditionsbewusst, dynamisch und innovativ. So steht die SISTAG AG seit 50 Jahren hinter ihren in Eschenbach gefertigten Wey-Produkten. In den 50er-Jahren des letzten Jahrhunderts erprobte Joseph Wey (sen. †) in der Werkstätte von Hans Sidler & Co. das geniale Wey-Dichtungsprinzip für Plattenschieber.

Kenndaten:

Anfang der 60er-Jahre beschleunigten verschärfte Gewässerschutzverordnungen den Bau von Abwasserreinigungsanlagen und damit die Gründung des Unternehmens. Hans Sidler und Hans Stalder entschlossen sich, alle Patentrechte von Joseph Wey zu übernehmen und gründeten 1964 die SISTAG. Mittlerweile ist die SISTAG 50 Jahre erfolgreich tätig. Der Anspruch, sich als bester Nischenanbieter von Flachplattenschiebern im Markt zu beweisen, beseelt die Mitarbeitenden täglich mit dem Willen, das Unternehmen in eine prosperierende

Hallenfläche: 1540 m2 Lichte nutzbare Höhe unter Kranbahn: 7 m Durchflüsse: Wasserbaumodelle bis 1300 l/s, Flussbaumodelle bis 300 l/s Druckhöhen: bis 20 m WS Durchsatz Sedimentaufbereitung: Trocknung von 1.5 m3 nassem Geschiebe/Arbeitstag Mechanische Werkstatt, Holzwerkstatt, Schlosserei, Elektroniklabor, CAD-Arbeitsplätze

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Korngrössen 6–32 mm. Das Unterkorn der Taumelsiebung geht auf die Mehrdecksiebanlage, wo es eine Vibrationssiebung erfährt. Es fallen 12 Produkte der feineren Körnung an. Sämtliche Produkte werden direkt in die entsprechenden Fraktionssilos gesiebt, die je ein Fassungsvolumen von 2.2 m3 aufweisen. Den Fraktionssilos werden die Produkte für die Zusammensetzung einer Mischung entnommen. Bei diesem Prozess wird Staub freigesetzt, der mittels einer grossen Sauganlage an den Emissionsquellen abgesaugt wird (Bild 1). Innovatives Bürogebäude Zurzeit entsteht auf der Nordseite der Halle ein innovativer Holzbau, um die zusätzlichen Büroarbeitsplätze der experimentellen Forschung in unmittelbarer Nähe zur Versuchshalle, aber auch die Arbeitsplätze der Mitarbeitenden der Abteilungen Glaziologie und Angewandte Numerik zur Verfügung zu stellen. Damit sind kurze und direkte Verbindungswege zwischen Büros, Werkstätten, Elektroniklabor und Versuchshalle sowie der enge Kontakt der technischen und wissenschaftlichen Spezialisten der verschiedenen Abteilungen der VAW gewährleistet. Dieses Gebäude wird unter anderem als Forschungs-, Lehr- und Demonstrationsobjekt mit Forschungsmitteln des ETHInstituts für Baustatik und Konstruktion im Rahmen der Holzbauforschung (http:// www.honr.ethz.ch) sowie mit Mitteln des Bundesamts für Umwelt im Rahmen des Aktionsplans Holz finanziert. Mit Bezug des Gebäudes voraussichtlich im Frühjahr 2015 wird die Umsiedlung der VAW von der Gloriastrasse auf den ETH Campus Hönggerberg abgeschlossen. Somit stehen der VAW ideale Möglichkeiten zur Verfügung, ihre Forschungsfelder auch zukünftig erfolgreich zu bearbeiten. Adriano Lais und Prof. Dr. Robert Boes ETH Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), lais@vaw.baug.ethz.ch

Bild 3. Die Besucher.

Bild 1. Herzlicher Empfang.

Bild 2. Wey-Plattenschieber.

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Zukunft zu führen. Die neu erstellten Infrastrukturbauten, die die Corporate Identity markant in Schwarz-Rot architektonisch zum Ausdruck bringen, sind Beweis für die Dynamik und Zeichen für das Vertrauen in die Zukunft. Und diese birgt aufgrund von strengeren Reinhaltevorschriften, klimatischen Veränderungen, Anpassungen von Normvorgaben und neuen Industrieapplikationen viel Potenzial für einen langfristigen Unternehmenserfolg. Die SISTAG wird ihre Kunden auch in Zukunft mit voller Leistung überzeugen. Über SISTAG AG Seit 1964 agiert SISTAG im nationalen und internationalen Armaturenmarkt. In dieser Zeit hat sich das Unternehmen kontinuierlich den Anforderungen einer wachsenden und immer anspruchsvoller werdenden Kundschaft gestellt. Der Markenname Wey ist weltweit bekannt und geschützt. Der Name ist in der Branche ein Synonym für Schweizer Spitzentechnologie in Produkt und Beratung. Dieses Ansehen gründet auf funktions- und prozesssicheren Produkten, die durch Wartungsfreundlichkeit und eine lange Lebensdauer überzeugen. Wey-Produkte finden Anwendung in verschiedensten Industrien & Applikationen wie Wasser/Abwasser, Bergbau, Lebensmittel, Chemie & Petrochemie, Biogas, Zement oder Abfallverwertung. Überall, wo Flüssigkeiten, Pulver und andere Medien zuverlässig und sicher kontrolliert werden, setzt man auf Wey! Dank jahrelanger Erfahrung wartet SISTAG auch dort mit innovativen Lösungen auf, wo komplexe Rahmenbedingungen nach speziellen und massgeschneiderten Lösungen verlangen. Das Know-how bürgt für höchste Kompetenz, damit die Sicherheit und die Kundenzufriedenheit von Beginn weg gewährleistet sind. Das war schon immer so. Und das bleibt auch in Zukunft die Regel. That’s the Wey, www.weyvalve.ch 331

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Das Redaktionsteam von «Wasser Energie Luft» wünscht allen Leserinnen und Lesern frohe und besinnliche Festtage und ein erfolgreiches neues Jahr 332

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Nebenanlagen

Impressum

Stahlwasserbau

«Wasser Energie Luft» Schweizerische Fachzeitschrift für Wasserrecht, Wasserbau, Wasserkraftnutzung, Gewässerschutz, Wasserversorgung, Bewässerung und Entwässerung, Seenregulierung, Hochwasserschutz, Binnenschifffahrt, Energiewirtschaft, Lufthygiene. / Revue suisse spécialisée traitant de la législation sur l’utilisation des eaux, des constructions hydrauliques, de la mise en valeur des forces hydrauliques, de la protection des eaux, de l’irrigation et du drainage, de la régularisation de lacs, des corrections de cours d’eau et des endiguements de torrents, de la navigation intérieure, de l’économie énergétique et de l’hygiène de l’air. Gegründet 1908. Vor 1976 «Wasser- und Energiewirtschaft». / Fondée 1908. Avant 1976 «Cours d’eau et énergie». Redaktion Roger Pfammatter (Pfa) Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV)

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«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

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KW Tunnel, Auftraggeber: Flims Electric AG

Spitzentechnologie. Planung und Realisierung von Wasserkraftanlagen von der Konzepterstellung bis zur Inbetriebnahme.

Reliability beyond tomorrow. 336 Troyer AG Karl v. Etzel Straße 2 39049 - Sterzing / Italien

«Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, 2014, Heft 4, CH-5401 Baden

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