Wasser Energie Luft 1/2012 by Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband SWV

1-2012

Windenergieanlage beim Stausee Gries, Bild: SwissWinds, 2011

15. März 2012

· Wasserkraftpotenzial der Schweiz · Projekte KWO plus · Unwetterschäden 2011 · Flussbau, Hochwasserschutz

Fotowettbewerb Fotowettbewerb –– Concours Concours de de Photo Photo Das Schweizerische Talsperrenkomitee beabsichtigt, auch im kommenden Jahr einen Talsperrenkalender mit je 13–15 Blättern (Bild und Text, inklusive Titelblatt) herauszugeben. Dazu werden 15 Landschaftsbilder gesucht, welche Flusskraftwerke mit Wehranlagen in ihrer Umgebung zeigen. Um allen Interessierten eine Chance zu geben, sich an diesen Kalendern zu beteiligen, führt das Schweizerische Talsperrenkomitee auch 2012 einen Fotowettbewerb durch.

Le Comité suisse des barrages envisage de publier l’année prochaine de nouveau un calendrier annuel sur des barrages contenant 13–15 feuilles (photo et texte) chacun. Dans ce but, nous cherchons des 15 photos de paysage présentant les barrages en rivières et aménagements au fil de l’eau dans leur environnement. Pour donner une chance à chacun de participer à ce calendrier, la réalisation de ces photos est mise au concours par le Comité suisse des barrages.

Einzureichen sind Fotos (Landschaftsbilder) der folgenden 15 Flusskraftwerke mit Wehranlagen mit unterschiedlichem Standort, Alter, Eigentümer und Bauart sowie ihrer Umgebung, welche im Kalender 2013 zum Zuge kommen sollen:

Des photos des 15 barrages en rivières et aménagements au fil de l’eau suivants, appartenant à différentes régions et propriétaires et ayant des constructions et âges différents, sont prévues pour la prochaine édition du calendrier de 2013:

• Reichenau • Neuhausen/Schaffhausen • Rheinfelden • Birsfelden • Flumenthal • Wynau • Ruppoldingen • Gösgen

• Beznau • Klingnau • Rathausen • Höngg • Lavey • Seujet • Chancy-Pougny

An die Fotos werden folgende Ansprüche gestellt: •

Gute Qualität, farbig, bei Analogaufnahmen gute Optik und feinkörnigen Film verwenden. Digitale Fotos müssen eine Auflösung aufweisen von 300 Pixel/inch im Originalformat (mind. A4). Dies entspricht rund 7–8 Mio. Pixel! • Querformat, Verhältnis B/H = 3/2, vergrösserbar bis 40 × 28 cm • Angabe von Ort, Fotograf und Datum (soweit bekannt) • Unentgeltliche Abgabe des Rechts zur uneingeschränkten Verwendung durch das Schweizerische Talsperrenkomitee. Teilnahmeberechtigt ist jedermann, es können eine oder mehrere Fotos eingereicht werden. Prämiert werden die jeweils besten Fotos zu den 13 Stauanlagen, welche auf der Vorder-seite des Kalenders erscheinen, mit je CHF 200.–. Die Fotos sind einzusenden bis zum 15. Juni 2012 an:

Schweizerisches Talsperrenkomitee z.H. Herr B. Joos c/o Stucky Ingénieurs-Conseils SA Rue du Lac 33, CH-1020 Renens II

• Beznau • Klingnau • Rathausen • Höngg • Lavey • Seujet • Chancy-Pougny

Les exigences suivantes sont demandées: • Bonne qualité, couleurs, bonne optique et film de grain fin pour des photos conventionnelles. Un minimum de 300 digits/ inch pour des photos digitales au format final (minimum A4). Ces exigences correspondent à 7–8 Mio. Pixels. • Format oblong, proportions L/H = 3/2, agrandissement jusqu’à 40 × 28 cm • Lieu, photographe, date (si possible) • Mise à disposition gratuite du droit de reproduction non limité au comité suisse des barrages Tout le monde peut participer au concours avec une ou plusieurs photos sur les sujets mentionnés ci-dessus. Un prix de CHF 200.– sera attribué à la meilleure des photos retenu pour le front de chacun des 13 sujets. Les photos sont à envoyer jusqu’au 15 juin 2012 à: Comité suisse des barrages Att. M. B. Joos, c/o Stucky Ingénieurs-Conseils SA Rue du Lac 33, CH-1020 Renens «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Editorial Am Strom

Was wäre wenn ... die geheimnisvollen weissen

Roger Pfammatter Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

Dosen in der Wand auf einmal nichts mehr hergeben würden? Das Lampenlicht bliebe aus, die Herdplatten kalt, der Radio stumm. Geduscht würde kalt, gewaschen von Hand. Wärmepumpen würden keine Wärme mehr pumpen und andere Heizungen nicht mehr steuern. Sämtliche Trams und Züge blieben wo sie gerade sind. Und wer es trotzdem an den Arbeitsplatz schaffte, würde auf schwarze Bildschirme vor toten Computern und Maschinen starren. Selbst unsere kleinen mobilen Alleskönner wären nach wenigen Stunden nur noch unnützer Ballast. Ohne Strom ginge in der Schweiz nichts mehr. Kurzfristig könnte solche Stille da und dort als willkommener Beitrag zur Entschleunigung gesehen werden; längerfristig wären die Konsequenzen aber einschneidender als uns allen lieb sein kann. Den Teufel an die Wand gemalt? Vielleicht. Aber die wirkliche Bedeutung des Stroms wird einem erst bewusst, wenn man sich den Wegfall konkret vorstellt. Strom durchdringt unser tägliches Leben wie keine andere Energiequelle. Die Schweiz ist eine Gesellschaft am Strom. Und mit dem notwendigen Ersatz der fossilen Energieträger wird sein Anteil am Gesamtenergieverbrauch in den nächsten Jahrzehnten von heute rund einem Viertel auf gegen die Hälfte anstei-

gen. Strom ist das Schlüsselelement auf dem Weg zur nachhaltigen Energieversorgung. Während darüber weitgehend Einigkeit herrscht, wird die Frage nach dem Wie und Woher der Versorgung deutlich kontroverser diskutiert – vor allem seit Bundesrat und Parlament den Ausstieg aus der Kernenergie beschlossen haben und damit fast die Hälfte des heutigen Stromverbrauches neu zu decken ist. Angesichts des Deckungsbedarfes ist nicht die Frage, ob Einsparungen notwendig sind oder ob Wind, Sonne und Erdwärme oder die Wasserkraft ausgebaut werden sollen. Es braucht sowohl enorme Einsparungen wie auch den Ausbau und das Zusammenspiel aller erneuerbaren Produktionskapazitäten. Die Wasserkraft wird dabei aufgrund ihrer vielfältigen Vorteile gerade in der Schweiz eine zentrale Rolle einnehmen. Wie gross der Beitrag sein wird, hängt massgeblich vom politischen Willen und den Rahmenbedingungen ab (vgl. dazu die Auslegeordnung ab Seite 1 in diesem Heft). Klar ist: die Energiewende bedingt neue gesellschaftliche Kompromisse und die Verabschiedung vom Prinzip Hoffnung. Die lauernden, weil bequemen Alternativen wie fossile Stromproduktion oder massive Importe von Kohle- und Atomstrom jedenfalls sind längerfristig kein gangbarer Weg für eine verantwortungsbewusste Gesellschaft.

Au courant

Imaginons que … les interrupteurs ne répondent plus. Les lumières resteraient éteintes, les cuisinières froides, les radios muettes. On se doucherait à l’eau froide et laverait le linge à la main. Les pompes à chaleur ne produiraient plus de chaleur et les autres sources de chauffages ne seraient plus contrôlables. Les trams et les trains resteraient immobiles. Celui qui atteindrait son lieu de travail se trouverait devant des écrans noirs, ordinateurs et appareils éteints. Même nos ustensiles mobiles à tout faire seraient inutiles au bout de quelques heures. En Suisse, plus rien ne marcherait sans électricité. A court terme, cet état figé pourrait certes être vu comme une décompression bienvenue; sur le long terme en revanche, les conséquences seraient certainement plus cruciales que nous le voudrons bien l’admettre. Force est de constater que l’on prend conscience de l’importance de l’électricité que lorsque l’on s’imagine son absence. L’électricité imprègne notre vie quotidienne comme aucune autre source d’énergie. La Suisse est une société connectée au courant. Et avec le remplacement inévitable des énergies fossiles, sa part dans la consommation d’énergie totale est appelé à croître d’environ un quart aujourd’hui à une moitié dans les prochaines «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

décennies. L’électricité est un élément clé pour un approvisionnement en énergie durable. Alors qu’un large consensus règne sur ce débat, la question du comment et de l’origine de l’approvisionnement est nettement plus controversée – surtout depuis que le Conseil fédéral et le parlement ont décrété la sortie du nucléaire, obligeant ainsi à trouver une alternative à presque la moitié de la consommation électrique actuelle. Au vu des besoins, la question n’est pas de savoir si des économies sont nécessaires ou si les énergies renouvelables doivent être développés. Aussi bien des économies d’énergie énormes que le développement et l’interaction de toutes les capacités de production renouvelables sont nécessaires. En Suisse, l’énergie hydraulique joue un rôle central, notamment en raison de ses multiples avantages. Sa contribution dépendra essentiellement de la volonté politique et des conditions-cadres (cf. l’état des lieux dès la page 1 de ce numéro). Le virage énergétique suppose de nouveaux compromis sociétaux et une rupture avec le Principe Espérance. La production d’électricité fossile ou importée, y compris le charbon et le nucléaire, n’est pas une alternative à long terme pour une société consciente de ses responsabilités. III

Inhalt 1

1l2012

Wasserkraftpotenzial der Schweiz – eine Auslegeordnung Roger Pfammatter

Der Begleitgruppenprozess zu den Ausbauprojekten und zur Restwassersanierung im Oberhasli Steffen Schweizer, Heiko Zeh Weissmann, Max Ursin 1

Ökologische Bilanzierungsmethode für die Schutz- und Nutzungsplanung im Oberhasli Steffen Schweizer, Heiko Zeh Weissmann, Thomas Wagner Sandra Brechbühl

Gewässerökologische Aufwertungen im Rahmen der Restwassersanierung und der Ausbauvorhaben an der Grimsel Steffen Schweizer, Matthias Meyer, Thomas Wagner Heiko Zeh Weissmann 11

Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 2011 – Rutschungen, Murgänge, Hochwasser und Sturzereignisse Norina Andres, Alexandre Badoux, Nadine Hilker, Christoph Hegg

Erodierbarer Damm am Hagneckkanal – Eine Möglichkeit zur Kontrolle des Überlastfalls Esther Höck, Lukas Schmocker, Pierre Mayor, Volker Weitbrecht

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Inhalt

1l2012

Messung und Analyse der Verteilung von Schwebstoffkonzentrationen im Querprofil von Fliessgewässern Alessandro Grasso, Dominique Bérod, Hanspeter Hodel

Flussbau, Hochwasserschutz und Biber in der Schweiz – Synergien nutzen Sabin Natter

Energieverlustbeiwerte von Rohrverzweigungen Helmut Martin

Erfahrungen mit dem Entsanderabzugsystem HSR Martin Küttel, Jürg Meier

Nachrichten

Politik Wasserkraftnutzung Gewässerschutz Veranstaltungen Agenda Literatur Industriemitteilungen

79 80 83 84 85 85 89

Branchen-Adressen

Impressum

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

DER BRANCHENTREFFPUNKT DER SCHWEIZER STROMWIRTSCHAFT Erzeugung Übertragung Verteilung Handel und Vertrieb Engineering Energiedienstleistungen Infrastruktur für E-Mobilität 12. bis 14. Juni 2012 Messe Zürich www.powertage.ch

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Wasserkraftpotenzial der Schweiz – eine Auslegeordnung Roger Pfammatter

Zusammenfassung Die von Bundesrat und Parlament postulierte Energiewende verlangt neben grossen Anstrengungen zur Reduktion des Stromverbrauchs den raschen Ausbau erneuerbarer Produktionskapazitäten. Die Nutzung der Wasserkraft spielt dabei eine ganz zentrale Rolle. Denn die Wasserkraft ist nicht nur die insgesamt umwelt- und klimaschonendste Form der Stromproduktion, sondern sie verfügt auch über zahlreiche Vorteile auf der Energieseite: sie liefert Band- und Spitzenenergie und kann mit den flexibel steuerbaren Kraftwerken und Speicherseen die vermehrt benötigten Regelund Ausgleichsleistungen übernehmen. Es stellt sich aber auch die kontrovers diskutierte Frage, ob und um wie viel die Produktion aus Wasserkraft in der Schweiz gesteigert werden kann und soll. Nach Einschätzung des SWV ist der umweltverträgliche Ausbau in der Grössenordnung der vom Bundesrat anvisierten rund 10% denkbar und grundsätzlich (sowie angesichts der Alternativen) zu begrüssen. Das bedingt aber neue Kompromisse zur Überwindung der Zielkonflikte mit Schutzanliegen sowie wirtschaftliche Rentabilität und Investitionssicherheit. Unter den aktuellen Bedingungen ist dagegen eher mit einer Stagnation und längerfristig mit einem Rückgang der Produktion zu rechnen. Es ist deshalb zu unterscheiden zwischen den Szenarien «Weiter wie bisher» und «Anpassung der Rahmenbedingungen». Der vorliegende Beitrag, der in den letzten Wochen auszugsweise bereits Eingang in Referate und Artikel gefunden hat, bezweckt eine sachliche Auslegeordnung zum Potenzial und den Voraussetzungen für dessen Nutzung.

Einordnung

1.1 Die postulierte Energiewende Mit dem Entscheid von Bundesrat und Parlament, künftig auf Atomstrom zu verzichten, fallen mittelfristig rund 24 Terrawattstunden (TWh = 1 Mrd. Kilowattstunden) Bandenergie weg. Dies entspricht bereits bei heutiger Nachfrage 40% des Schweizerischen Strombedarfs. Und dieser wächst bekanntlich weiter an: alleine im Jahre 2010 waren es 4% Steigerung – für mehr Einwohner, mehr Komfort, mehr elektronische Gadgets, mehr öffentlicher Verkehr und Ersatz fossiler Energieträger. Bis ins Jahr 2050 dürfte sich der Anteil der Elektrizität am Gesamtenergieverbrauch der Schweiz von heute rund 24% auf 38– 46% erhöhen (ETHZ, 2011). Strom ist das Schlüsselelement im Umbau Richtung nachhaltige Energiesysteme. Die Schweiz steht also vor einer riesigen Herausforderung: fast die Hälfte der Produktionskapazitäten fallen bei gleichzeitigem Anstieg des Bedarfs weg. Wie ist diese Energiewende zu schaffen?

Der Bundesrat setzt einerseits auf Effizienzsteigerungen und Lenkungsabgaben zur Stabilisierung der Stromnachfrage auf heutigem Niveau. Angesichts des prognostizierten Anstieges des Verbrauchs

sind dazu enorme Einsparungen von rund 24 TWh nötig (Bild 1, grauer Keil). Und andererseits sollen zur Deckung der dann immer noch fehlenden Produktion von nochmals rund 24 TWh die erneuerbaren Stromquellen massiv ausgebaut werden – vor allem durch neue Photovoltaik-, Wind- und Geothermie-Anlagen sowie die Erhöhung der Produktion aus Wasserkraft. 1.2

Vielfältige Interessens- und Zielkonflikte Angesichts des riesigen Deckungsbedarfes ist die Frage nicht, ob Einsparungen notwendig sind oder ob die Neuen Erneuerbaren oder die Wasserkraft ausgebaut werden sollen. Unter den neuen Voraussetzungen braucht es sowohl enorme Einsparungen beim Verbrauch wie auch den Ausbau und das Zusammenspiel aller erneuerbaren Produktionskapazitäten. Die lauernden, weil bequemen Alternativen wie fossile Stromproduktion mit WärmeKraft-Kopplung bzw. Gaskombianlagen oder Stromimporte mit typisch europäischem Mix, also inklusive Kohle- und Atomstrom, sind längerfristig kein gangbarer Weg für eine verantwortungsbewusste Gesellschaft.

Bild 1. Szenario 2050 «Neue Energiepolitik» des Bundesrats vom Juni 2011: Produktion aus bestehendem Kraftwerkspark (orange = Kernenergie inkl. Bezugsrechte; blau = Wasserkraft) und Deckungsbedarf bis 2050 (Bundesrat, 2011).

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Bild 2. Die Wasserkraft und namentlich die Speicherwerke sind der wichtigste energiepolitische Trumpf der Schweiz (im Bild der Speichersee Gries am Nufenenpass, Foto: SwissWinds). Der Schweiz stehen schwierige Ziel- und Interessenkonflikte bevor. Und es stellt sich die Frage, ob alle Beteiligten bereit sind, die notwendigen Kompromisse beim Verbrauch, beim Strompreis sowie beim Klima-, Gewässer- und Landschaftsschutz einzugehen. Die ersten Monate der nicht immer sorgfältig geführten Diskussionen lassen nicht nur Gutes erwarten. Eine Versachlichung und die Verabschiedung vom Prinzip Hoffnung tun not. 1.3

Ambitiöses Ausbauziel Wasserkraft Die Nutzung der Wasserkraft ist heute das Rückgrat der Schweizerischen Stromversorgung. Sie liefert mit einer mittleren Produktionserwartung von rund 36 TWh pro Jahr ungefähr 56% der inländischen Stromproduktion – und deckt mit 97% fast den gesamten erneuerbaren Anteil (BFE, 2011c). Zu beachten ist, dass die Produktion wetter- und klimabedingt sowie je nach Speicherbewirtschaftung von Jahr zu Jahr ± 20% schwanken kann (vgl. dazu Abschnitt 3.3 und Bild 10). Gemäss dem ersten Wurf der Energieperspektiven 2050 vom Mai 2011 (Bundesrat, 2011) soll der Beitrag der Wasserkraft um 4 TWh auf rund 40 TWh mittlere Jahresproduktion gesteigert werden. Der Grossteil des postulierten Zubaus wird allerdings bereits bis ins Jahr 2035 benötigt. Die Zeitachse spielt also auch eine ganz entscheidende Rolle. Was ist davon zu halten? Ist ein solcher Ausbau wünschbar? Und sind die ambitiösen Ziele realistisch? 1.4 Energiepolitischer Trumpf Vorweg: der postulierte Ausbau der Wasserkraft ist grundsätzlich (und angesichts der Alternativen) zu begrüssen. Denn die einheimische und erneuerbare Wasserkraft 2

Bild 3. Wasserkraftanlagen haben strenge Umweltauflagen zu erfüllen (Bild: Umgehungsgewässer für die Fischwanderung beim Kraftwerk Rupperswil an der Aare; Foto: SWV/mmi).

ist eine ausgesprochen effiziente Form der Stromproduktion. Zudem liefert die Wasserkraft sowohl Band- wie auch Spitzenenergie und kann mit den rasch zu- und abschaltbaren Kraftwerkskapazitäten die benötigte Ausgleichs- und Regelenergie liefern und für Netzstabilität sorgen. Diese Ausgleichsleistungen werden gerade mit dem forcierten Ausbau der Photovoltaikund Windkraftanlagen in der Schweiz und Europa noch weiter an Bedeutung gewinnen. Die Speicherseen ermöglichen überdies die für die Versorgung essentielle saisonale Umlagerung in den Winter und über die Pumpspeicherung die kurzfristige Einlagerung von überschüssigem Strom in Zeiten geringer Nachfrage. Die erneuerbare Wasserkraft ist der wichtigste energiepolitische Trumpf unseres Landes. Die Schweiz tut gut daran, diesen Standortvorteil effizient zu nutzen – vor allem in der neuen Ausgangslage mit forciertem Zubau von neuen erneuerbaren Stromquellen. 1.5 Insgesamt gute Umweltbilanz Die Wasserkraft hat aber nicht nur viele Vorteile auf der Energieseite. Sie ist auch die insgesamt umwelt- und klimaschonendste Form der Stromproduktion. Die Wasserkraft verfügt nachweislich über die beste Ökobilanz aller Stromquellen und verursacht am wenigsten klimaschädigende Treibhausgase – entgegen der weit verbreiteten Meinung auch im Vergleich zu Photovoltaik- und Windanlagen (SWV, 2001; PSI, 2007). Natürlich hat die Nutzung Auswirkungen auf Gewässer (u.a. Fragmentierung der Lebensräume sowie Veränderung der Abflüsse, Wassertiefen und Fliessgeschwindigkeiten) und je nach Anlage auch auf Landschaften. Aber zum einen sind längst nicht alle Auswirkungen negativ.

Und zum anderen wurden die bereits sehr strengen Umweltanforderungen mit der Revision des Gewässerschutzgesetzes (GSchG, SR 814.20) auf Anfang 2011 nochmals deutlich verschärft. Mit den geltenden Vorschriften erreichen neue und neu konzessionierte Wasserkraftanlagen ökologischen TopStandard; und die Bestehenden werden in den nächsten zwanzig Jahren für rund 1 Mrd. Fr. nachgebessert (Stichworte: Sicherstellung Fischwanderung, Reduktion Auswirkungen aus Abflussschwankungen durch den Schwallbetrieb und Verbesserung der Geschiebebewirtschaftung). Es gilt also auch die umweltseitigen Vorteile der Wasserkraft anzuerkennen und – gerade mit Blick auf die Alternativen – den Erhalt der Produktion und den massvollen, umweltverträglichen Ausbau soweit für die Versorgungssicherheit notwendig zu unterstützen. 2.

Regel- und Speicherkapazität – die Batterie

2.1 Steigender Ausgleichsbedarf Isolierte Betrachtungen der Jahresproduktion greifen natürlich viel zu kurz. Gerade beim Strom ist die zeitliche Verfügbarkeit von entscheidender Bedeutung. Zum einen ist der Versorgungssituation in den Wintermonaten spezielle Beachtung zu schenken, da in dieser Jahreszeit in der Schweiz der grösste Strombedarf dem hydrologisch bedingt geringsten Angebot gegenüber steht. Dieser saisonale Ausgleich wird bekanntlich mit den Speicherseen bewerkstelligt, die sich mit der Schneeschmelze ab Frühling bis Herbst füllen, um den Winterbedarf abdecken zu können – was aber in den meisten Jahren bei weitem nicht genügt und zusätzliche Importe notwendig macht (BFE,

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Bild 4. PSW können überall dort realisiert werden, wo zwei Speicher auf unterschiedlicher Höhe liegen (im Bild: Vieux-Emosson und Emosson, Foto: Alpiq). 2011c). Die Schweiz hätte also durchaus Bedarf an weiteren Winterspeichern. Zum anderen kann im Übertragungsnetz kein Strom gespeichert werden, weshalb Angebot und Nachfrage zu jeder Zeit im Gleichgewicht sein müssen. Dazu braucht es flexibel zu- und abschaltbare Kraftwerkskapazitäten, über die vor allem die Wasserkraft verfügt. Und es braucht die Möglichkeit zum stunden- oder tageweisen Einlagern von überschüssigem Strom in Zeiten geringer Nachfrage, wie es die Pumpspeicherung als Spezialdisziplin der Wasserkraft liefern kann. 2.2 Pumpspeicherung Mittels Pumpspeicherung kann überschüssiger Strom durch das Hochpumpen von Wasser und spätere, bedarfsgerechte Turbinieren eingelagert werden. Pumpspeicherwerke (PSW) tragen phy-

Bild 5. PSW sind meist unsichtbar im Erdinnern (im Bild der Stollenbau für Nant de Drance am Lac d’Emosson, Foto: SWV/Pfa).

sikalisch bedingt nicht zur Steigerung der Jahresproduktion bei. Im Gegenteil: mit einem mittleren Wirkungsgrad der Anlagen von 0.8 verbraucht der Prozess rund 20% mehr Strom als zu einem späteren Zeitpunkt damit produziert werden kann. Aber die Pumpspeicherung liefert die bis heute und noch lange Zeit effizienteste und wohl umweltverträglichste Form der indirekten Speicherung von Strom. Zusammen mit den anderen rasch zu- und abschaltbaren (Wasser-) Kraftwerken tragen PSW damit massgeblich zur Deckung der immer höher steigenden Tages- und Stundenverbrauchsspitzen und zur Netzstabilität bei. Die stündlichen Belastungswerte des Netzes schwanken je nach Tages- und Jahreszeit erheblich und erreichen typischerweise in den Abendstunden von Wintertagen ihren Höhepunkt (Bild 6a/b). Die Spitzenbelastung

hat alleine in den letzten 15 Jahren um rund 2000 MW auf über 10 000 MW zugenommen. Die Spitze gilt es abzudecken und die Schwankungen auszugleichen. Diese Bereitstellung von Regelund Ausgleichskapazitäten wird bei weiter steigendem Spitzenbedarf und Zubau der schlecht regelbaren und durch Lastsprünge charakterisierten Produktion aus Photovoltaik- und Windanlagen an Bedeutung gewinnen. Speicherwerke und Pumpspeicherwerke sind das Gegenstück zu den stark wetterabhängigen neuen erneuerbaren Stromquellen. 2.3

Eher geringe Umweltauswirkungen PSW werden üblicherweise bei bestehenden Anlagen, namentlich zwischen zwei Speichermöglichkeiten eingerichtet. Die Auswirkungen auf die Umwelt sind damit

Bild 6a/b. Immer stärker schwankende und höher steigende Verbrauchsspitzen verlangen nach mehr Regel- und Ausgleichskapazität – Belastungswerte 1997 (links) und 2010 (rechts) der Schweizerischen Elektrizitätswerke im Tages- und Monatsverlauf (BFE, 2011c; BFE 1998). «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

eher gering. Natürlich bringt der Bau bei solch grossen Projekten immer einiges an Emissionen mit sich. Im Betrieb spielt sich das meiste aber in Stollen und Kavernen im unsichtbaren Berginnern ab. Zu beurteilen und zu lösen sind neben der Frage der Deponie von grossen Mengen Aushubmaterial hauptsächlich die Schwankungen der Seespiegel und vor allem der Abflüsse im Betrieb. Für letzteres gelten dann die neuen gesetzlichen Vorgaben zum Schwallbetrieb mit der verlangten Sanierung der wesentlichen Auswirkungen (vgl. Abschnitt 1.5). 2.4

Aktuelle und künftige Kapazitäten Die Schweiz verfügt derzeit über 11 PSW, darunter die grösseren Werke Grimsel 2, Hongrin-Léman, Tierfehd und Mapragg mit je zwischen 140 und 350 MW installierter Leistung. Insgesamt beträgt die vorhandene Leistung aller Werke rund 1400 MW (Bild 7, grün markierte Anlagen). Zusätzlich befinden sich drei grosse Anlagen im Bau. Es sind dies (mit Angabe der Leistung, Kosten und Jahr der Inbetriebnahme) die folgenden Projekte: • Hongrin-Léman, FMHL+ (240 MW, 330 Mio. Fr., 2015) • Linth-Limmern (1000 MW, 2.1 Mrd. Fr., 2015) • Nant de Drance (900 MW, 1.8 Mrd. Fr., 2017) Bis ins Jahr 2017 wird mit diesen Projekten und einem Investitionsvolumen von ca. 2.4 Mrd. Fr. die Pumpspeicherkapazität um rund 2100 MW auf 3500 MW mehr als ver-

doppelt. Die Jahreshöchstlast der schweizerischen Elektrizitätswerke von etwas über 10 000 MW kann damit vollständig aus den hydraulischen Kapazitäten abgedeckt werden (Aeberhard, 2011). In laufenden Konzessions- und Bewilligungsverfahren befinden sich überdies die beiden folgenden Werke, die nochmals eine Steigerung von rund 1600 MW Leistung bringen würden: • Grimsel 3 (630 MW, 0.7 Mrd. Fr.) • Lago Bianco (1000 MW, ca. 1,5 Mrd. Fr.). Ob noch mehr Kapazitäten gebraucht werden ist umstritten. Die vor allem in Deutschland verzeichneten enormen Anstiegsraten bei Wind- und Photovoltaikanlagen deuten auf weiteren, dringenden Regel- und Speicherbedarf. Die Schweiz könnte also aufgrund ihrer topographischen Voraussetzungen und den vorhandenen Speicherseen einen wichtigen Beitrag an die erneuerbare Stromproduktion in Europa liefern. Bei der Beurteilung der Investitionsentscheide aus wirtschaftlicher Sicht interessiert aber vor allem die Differenz zwischen dem Strompreis bei Spitzenbedarf (Peak) und bei Normalbedarf (Base). Diese Preisdifferenz definiert massgeblich die Rentabilität der Pumpspeicherwerke und zeigt – eigentlich entgegen den Erwartungen – seit Monaten nach unten. Das kann und wird sich wohl auf längere Sicht ändern, aber die Investitionsentscheide bedingen doch eine gehörige Portion Risikobereitschaft.

Bild 7. Vorhandene, im Bau befindliche und geplante Pumpspeicherkapazitäten in der Schweiz (Stettler, 2011) 4

2.5 Voraussetzungen Wichtigste Voraussetzungen für Bau und Betrieb der Pumpspeicherwerke sind neben der gegebenenfalls notwendigen Vergrösserung der Speichervolumen vor allem der Netzausbau sowie die Investitionssicherheit. Letztere kann es angesichts der direkten Abhängigkeit von den Preisen so nicht geben. Aber mindestens ist auf gute Rahmenbedingungen zu achten, namentlich den Verzicht auf zusätzliche neuen Abgaben und Entgelte, die den wirtschaftlichen Betrieb und damit Investitionsentscheide für die wichtigen Regel- und Ausgleichsleistungen unterlaufen würden. 3.

Jahresproduktion – das Rückgrat

3.1 Blockiertes Ausbaupotenzial Auch bezüglich der Jahresproduktion gibt es noch Ausbaupotenzial im Wasserschloss Schweiz. Mit der letzten detaillierten Studie (BFE/BWG, 2004) wurde das technisch realisierbare – sowie gemäss den Autoren: ökologisch und finanziell verträgliche – Gesamtpotenzial unter optimalen Bedingungen auf maximal 42.5 TWh geschätzt. Der gegenüber der heutigen mittleren Produktionserwartung von rund 36 TWh theoretisch mögliche Zubau liegt also in der Grössenordnung von 6.5 TWh (vgl. Entwicklungspfade verschiedener Szenarien in Bild 8). Der mögliche Ausbau umfasst grundsätzlich folgende Elemente: • Ausrüstungsersatz und andere Effizienzsteigerungen, beispielsweise Erhöhungen der Wirkungsgrade von Maschinen, Gefällserhöhungen durch Ausbaggerungen, Reduktion Reibungsverluste. • Erweiterungen und Umbau bestehender grosser Anlagen, etwa neue Fassungen, neue Stufen, Vergrösserungen von Speicherseen. • Neubau von kleinen und grossen Anlagen. Auch wenn die Resultate der laufenden Plausibilisierung und Aktualisierung der Zahlen durch Bund und Kantone anfangs 2012 noch ausstehen: An der Grössenordnung dieses Gesamtpotenzials hat sich seit dem Jahre 2004 kaum Relevantes verändert. Die entscheidende Frage ist, wie viel von diesem Potenzial wirtschaftlich rentabel und ökologisch verträglich sowie innert nützlicher Frist realisierbar ist. Denn die Schweiz ist weit weg von den zu Grunde gelegten optimalen Bedingungen. Es gibt

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Tabelle 1, oben: Geschätzte Produktionsverluste durch Restwasserdotierungen bei Konzessionserneuerungen (SWV, 1987; Schleiss, 2007). Bild 8, links. Entwicklungspfade des Ausbaupotenzials in GWh in verschiedenen Szenarien 2005–2050; vor Verlusten aus Restwasserbestimmungen (BFE/BWG, 2004). zwar interessante Erneuerungs- und Ausbauideen. Viele scheitern aber noch an der Rentabilität, an der Investitionssicherheit, an unzähligen Schutzanliegen und Widerständen oder schlicht am politischen Willen. 3.2

Produktionsverluste aus Restwasserbestimmungen Vom vorhandenen Ausbaupotenzial abzuziehen sind in jedem Fall die in den nächsten Jahrzehnten durch Konzessionserneuerungen anfallenden Produktionsverluste aus den gesetzlichen Restwasserbestimmungen. Gemäss früheren Untersuchungen (SWV, 1987; Schleiss, 2007) ist davon auszugehen, dass bis 2050 je nach Interessenabwägung durch die Behörden mit einer Minderproduktion von mindestens 1.96 bis maximal 3.75 TWh zu rechnen ist (vgl. dazu Tabelle 1 mit den geschätzten Produktionsverlusten für die Jahres- und Winterproduktion 2020 und 2050). Werden davon die per dato umgesetzten 0.2 TWh sowie die mit dem revidierten GSchG vorgenommene Lockerung von nochmals 0.2 TWh abgezogen, verbleiben bis 2050 Verluste von mindestens rund 1.5 TWh. Die Minimalvariante setzt voraus, dass nur die Mindestrestwassermengen nach Art. 31 GSchG verfügt werden. Die Maximalvariante beinhaltet dann zusätzliche Erhöhungen dieser Restwassermengen gemäss der in Art. 33 GSchG verlangten Interessenabwägung durch die Behörden. Zu beachten ist, dass zwischen 2050 und 2070 durch weitere Konzessionserneuerungen hier nicht eingerechnete Verluste von nochmals rund 1 TWh dazukommen werden. Die Interessenabwägung durch die Behörden spielt also eine ganz massgebliche Rolle für die resultierenden Produktionsverluste und kann im maximalen Fall zu einer Verdoppelung der Verluste führen. Dass in der Vergangenheit entgegen anderslautender Meinungen nicht immer nur die Mindestmengen verfügt wurden, bestätigt eine Untersuchung zur

Umsetzung der Bestimmungen 15 Jahre nach Inkraftsetzung des GSchG (Uhlmann, V; Wehrli, B, 2006). Zwar wurde der aus ökologischer Sicht oft entscheidenden saisonalen Abstufung und Dynamisierung meist wenig Rechnung getragen. Aber bei immerhin 30% der ausgewerteten Neukonzessionierungen wurden die Restwassermengen über dem Minimum festgesetzt – und zwar um durchschnittlich rund 25% höher. Die Interessenabwägung wurde also in der Vergangenheit bei rund einem Drittel der Fälle zu Gunsten des Schutzes verschoben. Ein Befund, der sich durch aktuelle Fälle, zum Beispiel an der Aare unterhalb des Bielersees bestätigt, wo von den Behörden neben saisonalen Abstufungen auch Dotierungen deutlich über dem Minimum vorgegeben werden.

Da die Restwasserdotierungen aus streng ökologischer Sicht wohl oft zu bescheiden ausfallen, gleichzeitig aber trotz allfälligen Dotierturbinen meist zu einschneidenden Produktionsverlusten führen, stellt sich die dringliche Frage nach vermehrter Flexibilisierung. Die Schweiz kann nicht überall alles haben. Es braucht den Mut für grosszügige Schwerpunktbildung. Das kann zum Beispiel bedeuten: genügend Wassermenge und Dynamik (Bild 9) bei wirklich wertvollen Gewässerlebensräumen, allen voran den Auengebieten, und volle Nutzung bis hin zu Trockenlegung von ökologisch wenig bedeutenden Gewässern. Die entsprechende Ausnahmeregelung unter dem Titel Schutz- und Nutzungsplanung in Art. 32c GSchG müsste vermehrt und grossräumig zur Anwendung kommen.

Bild 9. Künstliche Hochwasser zur Dynamisierung der Restwasserstrecke am Beispiel des Spöl (Foto: SWV/mmi).

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3.3

Auswirkungen des Klimawandels Ebenfalls in der Potenzialabschätzung zu berücksichtigen sind Produktionsverluste oder -gewinne aufgrund des Klimawandels. Wenn auch die Ursachen allenthalben noch kontrovers diskutiert werden: der beschleunigte Wandel ist eine Tatsache und wird kaum noch ernsthaft in Zweifel gezogen. Höhere Temperaturen, Gletscherschmelze und veränderte Niederschlagsmuster haben Folgen für die Menge und zeitliche Verteilung der Abflüsse in unseren Gewässern. Da für die Wasserkraftproduktion vor allem die Fassungsmenge eines Kraftwerkes massgebend ist, führen solche Abflussveränderungen zwar nicht zwingend zu direkten Produktionsverlusten oder -gewinnen, aber Einflüsse sind doch sehr wahrscheinlich. Gemäss einer jüngst publizierten Untersuchung (Hänggi, P.; Weingartner, R., 2012) lassen sich die Erwärmung und die Zunahme der Winterniederschläge in den Produktionszahlen nachweisen (Bild 10a, schwarze Kurven). Beim Blick zurück wird zum einen deutlich, dass die natürliche Variabilität der Abflüsse zusammen mit der Speicherbewirtschaftung zu erheblichen Schwankungen der hydraulischen Jahresproduktion von ± 20% führt. Zum anderen zeigt eine mit der installierten Kapazität bereinigte Analyse einen Trend hin zu steigender Produktion: seit 1960

sind so immerhin knapp 2 TWh Mehrproduktion dazugekommen (Bild 10a, blaue Linien). Die Wasserkraftnutzung profitiert also aktuell von den hydrologischen Veränderungen. Der Blick nach vorne ist naturgemäss schwieriger. Nachdem bis vor kurzem mit Produktionseinbussen von rund 7% bzw. 2–3 TWh bis 2050 gerechnet wurde (ETS, 2009), zeichnen die aktuellsten Forschungsergebnisse ein etwas weniger düsteres Bild (SGHL, 2011; vgl. auch zusammenfassende Artikelserie in: «Wasser Energie Luft», Heft 4/2011). Die Forscher kommen nun zum Schluss, dass für die Periode 2021–2050 gegenüber der Referenzperiode 1980–2009 mit Werten von +0.9 bis +1.9% keine wesentliche Veränderung der mittleren Jahresproduktion zu erwarten ist (Tabelle 2). Allerdings ist durchaus mit saisonalen und regionalen Umverteilungen zu rechnen. Den Zugewinnen im Winter stehen voraussichtliche Verluste im Sommer gegenüber. Laufkraftwerke an den Mittellandflüssen dürften aufgrund der höheren Winter- und Frühlingsabflüsse eher zu den Gewinnern gehören. Speicherwerke in heute stark vergletscherten Gebieten und in südlichen Einzugsgebieten könnten längerfristig eher verlieren. Während die hydroelektrische Produktion jetzt und in den nächsten Jahren also insgesamt von abschmelzenden Gletschern und Verschiebungen der Ab-

flussverteilung eher profitiert, wird sich der Trend in einem zunehmend gletscherlosen Alpenbogen drehen. In der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts wird dann auch nach den neuesten Modellen mit einschneidenden Produktionsverlusten zu rechnen sein. Zu beachten ist zudem die zu erwartende Häufung von Extremereignissen wie Hochwasser, Steinschläge oder Murgänge, die mit möglichen Schäden an Anlagen durchaus weitere Risiken für die Produktion bergen (Bilder 11a, 11b). Wobei sich längerfristig auch neue Chancen bieten. Gemäss einer aktuellen Studie (Häberli et al., 2012) sollen im Schweizerischen Alpenraum durch den Gletscherschwund rund 40 grössere neue Seen entstehen (Bild 12). Diese stellen aufgrund möglicher Flutwellen oder unkontrollierter Ausbrüche einerseits eine Gefahr für die Talschaften dar. Sie können anderseits aber auch eine Chance sein, die wegfallende Speicherfunktion der Gletscher durch Multifunktionsanlagen für Hochwasserschutz und Wasserkraft zu ersetzen. Längerfristig entstehen also neue Potenziale. Es gilt, diese Optionen frühzeitig zu erkennen sowie mutig und unvoreingenommen unter Einbezug aller Interessen zu evaluieren. Die Unsicherheiten all dieser Prognosen sind sehr gross. Die Daten dürften aber gut genug sein, um sich mit möglichen Anpassungsmassnahmen auseinanderzu-

Tabelle 2. Prognostizierte Veränderungen der hydraulischen Produktionserwartung durch Klimaveränderungen für die Periode 2021–2050 gegenüber der Periode 1980–2009 (Hänggi et al., 2011).

Bild 10a. Stromproduktion von Schweizer Wasserkraftwerken in TWh zwischen 1950 und 2009; gestrichelte schwarze Linie = Produktionskapazität, ausgezogene schwarze Linie = tatsächliche Jahresproduktion; blaue Linie: mit Kapazität bereinigte jährliche Variation und Trend (Hänggi P.; Weingartner R., 2012). 6

Bild 10b. Stark vergletscherte Einzugsgebiete werden nach einer Phase erhöhter Schmelzwasserabflüsse längerfristig weniger Abflüsse früher im Jahr aufweisen (SGHL, 2011). «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Grosse Verluste durch Restwasserdotierungen Vom Zubaupotenzial werden in diesem Szenario die höheren, gemäss Art. 33 GSchG möglichen Restwasserverluste abgezogen, also die geschätzten 2–4 TWh (vgl. Abschnitt 3.2 bzw. Tabelle 1). Keine Veränderung durch Klimawandel Gestützt auf die aktuellen Forschungsergebnisse wird für den Klimawandel keine Veränderung der Jahresproduktion in Rechnung gestellt. Fazit Unter dem Strich ist bei diesem Szenario also eher mit einer Stagnation und längerfristig mit einem Rückgang der Produktion aus Wasserkraft zu rechnen. 4.3

Szenario «Anpassung der Rahmenbedingungen» Soll eine Steigerung der Produktion aus Wasserkraft erreicht werden, braucht es eine deutliche Veränderung der Rahmenbedingungen, namentlich eine neue Gewichtung bei der Interessenabwägung zwischen Schutz und Nutzung und die Verbesserung von Investitionsanreizen und -sicherheit: Bild 11a/b. Verlandung von Speicherseen und Auswirkungen von häufigeren Extremereignissen wie Steinschlag oder Murgänge als weitere Risiken des Klimawandels (Fotos: zvg).

Bild 12. Durch Gletscherschwund neue entstehende Seen sind Risiko und Chance zugleich (im Bild: Modellierung der Ausdehnung des Rhônegletschers im Jahr 2050; ETHZ).

setzen. Dazu gehören je nach Einzugsgebiet und Situation zum Beispiel die Prüfung von: Erhöhungen der Ausbauwassermengen bei knapp bemessenen Laufwasserwerken im Mittelland, Vergrösserungen von Stauvolumen bei Speicherseen zur Fassung der jetzt und in den nächsten Jahren grösseren Schmelzwassermengen oder auch Massnahmen gegen zunehmende Einflüsse der Verlandung und der Naturgefahren.

sung der Rahmenbedingungen» genannt und im Folgenden kommentiert (vgl. auch Tabelle 2 mit den Schätzungen der je nach Szenario realisierbaren Ausbaupotenziale und zugehörige Voraussetzungen).

Etwas Effizienzsteigerung, wenig Zubau Die mögliche Steigerung beschränkt sich auf den standardmässigen Ausrüstungsersatz mit Effizienzsteigerung um 1–3% bzw. insgesamt rund 0.5 TWh (bedingt aber erreichtes Lebensalter und Investitionssicherheit), wenige Erweiterungen und Umbauten von bestehenden Anlagen in der Grössenordnung von 1 TWh sowie Neubau von einem Teil der finanziell geförderten Klein- und Kleinstanlagen im Umfang von 1 bis 2 TWh. Neue grosse Anlagen sind unter den heutigen Bedingungen praktisch keine möglich.

Schätzung des Ausbaupotenzials 2050

4.1 Zwei Szenarien Für die Schätzung des bis ins Jahr 2050 realisierbaren Ausbaupotenzials der Jahresproduktion spielen also etliche Faktoren eine Rolle. Je nach zugrunde gelegten Annahmen resultieren verschiedene Antworten. Es macht deshalb Sinn, zwischen einem Minimalszenario und einem Maximalszenario zu unterscheiden. Aufgrund ihrer Ausprägungen werden diese Szenarien hier «Weiter wie bisher» und «Anpas-

4.2 Szenario «Weiter wie bisher» Unter den bisherigen Rahmenbedingungen – da sind sich die meisten Wasserkraftbetreiber einig – ist nur noch sehr wenig zusätzliche Produktion realisierbar:

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Grössere Effizienzgewinne und Erweiterungen Der Zugewinn aus Effizienzsteigerungen und Erweiterungen bei bestehenden Anlagen lässt sich durch Verbesserung der Rahmenbedingungen auf rund 1 TWh bzw. 2 TWh erhöhen. Dazu gehört zum Beispiel eine attraktive Regelung für die Restwertentschädigung von Erneuerungsinvestitionen beim Heimfall – als Voraussetzung für Investitionen bei ungenügender Restlaufzeit einer Konzession. Dazu gehören aber auch unkonventionelle Massnahmen wie zum Beispiel die Idee, Reibungsverluste durch die Vergrösserung von Druck- und Zuleitstollen bzw. durch den Bau von parallelen Triebwassersystemen zu minimieren und damit die Produktion zu steigern (Molinari, P., Bernegger, W., 2011) – was primär bei gleichzeitiger Leistungssteigerung interessant ist, angesichts der fehlenden Rentabilität allerdings die Bereitschaft für überteuerte Investitionen und Fördermittel bedingt. Neubau von kleinen und grossen Anlagen Zusätzlich zum maximalen Ausbau der subventionierten Klein- und Kleinstanlagen von rund 2 TWh wird in diesem Szenario mit dem Neubau von grossen Anlagen in der Grössenordnung von 1 bis 2 TWh gerech7

Tabelle 3. Grössenordnungen der Ausbaupotenziale bis 2050 für die beiden Szenarien «Weiter wie bisher» und «Anpassung der Rahmenbedingungen» sowie Voraussetzungen für die maximale Nutzung (SWV, 2011). net (die Abgrenzung zwischen Neubauten und Erweiterungen ist allerdings fliessend). Geeignete Standorte für neue grosse Anlagen sind nur noch beschränkt verfügbar und oft in Konflikt mit Gewässer- oder Landschaftsschutzgebieten. Zudem sind die attraktivsten Projekte seit langer Zeit gebaut; die Wirtschaftlichkeit neuer Anlagen ist also nicht à priori gegeben und muss sich im Einzelfall erst noch weisen. Allerdings ist davon auszugehen, dass insbesondere zur Deckung des Winterbedarfs grössere Anlagen mit Speicher notwendig und deshalb entsprechende Lösungen zu finden sind. Moderate Verluste durch Restwasserdotierungen Vom Zubaupotenzial in Abzug gebracht werden in diesem Szenario nur die Mindestrestwassermengen (gemäss Art. 31 GSchG) von rund 1.5 TWh. Diese aus Produktionssicht optimistische Variante bedingt den Verzicht auf zusätzliche Erhöhungen der Mengen (gemäss Art. 33 GSchG) durch eine entsprechende Gewichtung der Nutzung durch die Behörden. Keine Veränderung durch Klimawandel Auch in diesem Szenario werden die zu 8

erwartenden Veränderungen des Klimawandels mit +/- 0 TWh eingesetzt. Unter Umständen könnten die erwarteten Mehrabflüsse im Mittelland durch Erhöhungen der Ausbauwassermengen für eine Steigerung der Produktion genutzt werden; das dürfte aber bestenfalls die Verluste bei den Speicherwerken kompensieren. Fazit Unter dem Strich resultiert bei diesem Szenario eine mögliche Steigerung der Produktion in der Grössenordnung von 4 bis 5 TWh. Das entspricht einem Maximalszenario, das optimalste Bedingungen für die Nutzung voraussetzt. 5. 5.1

Schlussfolgerungen

Zentrale Rolle für Regel- und Ausgleichsleistung Die Wasserkraft spielt für die Energiezukunft der Schweiz eine ganz zentrale Rolle. Zum einen ist Strom das Schlüsselelement auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energieversorgung. Und zum anderen sind gerade beim Strom die zeitliche Verfügbarkeit und damit die Regel- und Ausgleichsmöglichkeiten von entscheidender Bedeutung.

Hierzu steuert die Wasserkraft zwei unverzichtbare Elemente bei: sie liefert mit den Speicherseen die saisonale Umlagerung in die verbrauchsstarken Wintermonate und sie trägt mit ihren flexibel zu- und abschaltbaren Kraftwerken massgeblich zur Deckung der steigenden Verbrauchsspitzen sowie zur Netzstabilität bei. Die Schweiz hat insbesondere bei forciertem Zubau von stark wetterabhängigen Photovoltaik- und Windanlagen zusätzlichen Bedarf an Winterspeichern sowie an kurzfristiger Regel- und Ausgleichskapazität. Pumpspeicherwerke als Spezialanlagen der Wasserkraft sind dabei bis auf Weiteres die effizienteste Form der tageweisen Einlagerung von Strom. Mit den aktuellen Grossprojekten wird diese Kapazität gerade mehr als verdoppelt, womit die unmittelbaren Bedürfnisse der Schweiz abgedeckt werden. Als Beitrag für die erneuerbare Stromproduktion in Europa ist aber ein weiterer Ausbau denkbar. Limitierend für zusätzliche Regelund Ausgleichleistung ist neben dem Netzausbau die Wirtschaftlichkeit. Entsprechend ist für gute Rahmenbedingungen zu sorgen und namentlich auf neue Abga-

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

ben zu verzichten, die den wirtschaftlichen Betrieb und damit Investitionsentscheide unterlaufen würden. 5.2

Mögliche Steigerung der Jahresproduktion Der mit der postulierten Energiewende entstehende riesige Deckungsbedarf kann nur durch enorme Einsparungen sowie den Ausbau und das Zusammenspiel aller erneuerbarer Stromquellen geschlossen werden. Die Wasserkraft, mit einem Anteil von mehr als der Hälfte bereits heute das Rückgrat der Schweizerischen Stromproduktion, verfügt noch über Steigerungspotenzial in der Grössenordnung von ein paar wenigen TWh. Ob und wie viel davon genutzt werden soll und kann, hängt primär vom politischen Willen und den Rahmenbedingungen ab. Unter den aktuellen Bedingungen ist eher mit einer Stagnation und längerfristig mit einem Rückgang der Produktion zu rechnen. Soll der Beitrag der Wasserkraft dagegen gesteigert werden, braucht es einerseits Investitionsanreize und -sicherheit und andererseits neue Kompromisse zur Überwindung der Zielkonflikte zu bestehenden Schutzanliegen. Die Errungenschaften des Umweltschutzes und namentlich des per 1.1.2011 revidierten Gewässerschutzgesetzes sind dabei nicht in Gefahr. Im Gegenteil: letzteres bietet Gewähr dafür, dass die unerwünschten Auswirkungen der Wasserkraft reduziert und die Gesamtbilanz noch besser ausfallen wird. Will die Schweiz einen massgeblichen Teil des vorhandenen Ausbaupotenziales nutzen, stehen die folgenden Stossrichtungen zur Anpassung der Bedingungen im Vordergrund: • Breite Akzeptanz und politischer Wille für die Erneuerung und den Ausbau der Wasserkraftnutzung als Beitrag zur Versorgungssicherheit, mit Priorität auf Erweiterungen in bereits genutzten Gebieten und Neubau weniger grosser Anlagen. • Setzung räumlicher Schwerpunkte zur Entflechtung von Schutz- und Nutzungsanliegen: nicht überall alles und das gleiche, sondern vermehrte und grossräumige Anwendung der Ausnahmeregel von Schutz- und Nutzungsplanungen mit Ausgleich Mehrschutz bzw. Mehrnutzung. • Neue Gewichtung bei der Interessenabwägung durch Behörden im Rahmen des gesetzlichen Spielraumes eher zu Gunsten der Nutzung, namentlich: moderate Festlegung der Rest-

Bild 13. Auch stark genutzte Gewässer können ihren Reiz jenseits der Potenzialenergie behalten (im Bild: die Tessiner Maggia, Foto: Pfa). wasserabgaben und Zulassen interessanter, mit bescheidenen Eingriffen verbundene Erweiterungsbauten von nationaler Bedeutung in Landschaftsschutzgebieten. • Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Ausbauvorhaben durch höhere Strompreise, Reduktion von Abgaben oder – falls notwendig – Ausrichtung von Fördergeldern für unrentable aber sinnvolle Effizienzsteigerungen und Erweiterungen grosser Anlagen. • Erhöhung von Investitionssicherheit und –anreizen für die Erneuerung und Erweiterung bestehender Anlagen, unter anderem durch die faire Regelung von Konzessionserneuerungen und marktgerechte Restwertentschädigung von Investitionen beim Heimfall. • Vereinfachung und Beschleunigung der langwierigen und aufwändigen Konzessions- und Bewilligungsverfahren zwecks Reduktion der Kosten und Erhöhung der Planungssicherheit. Der Erhalt und Ausbau der wichtigen Regel- und Ausgleichsleistungen sowie der Jahresproduktion lassen sich nicht herbeizaubern oder verordnen. Soll die Wasserkraft gestärkt werden – und das ist letztlich ein gesellschaftlicher Entscheid – braucht es eine weitsichtige Politik, welche 1) zur bestehenden Produktion Sorge trägt, und 2) mit guten Rahmenbedingungen Investitionen in die Erneuerung sowie den wirtschaftlichen und umweltverträglichen Ausbau ermöglicht.

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Mit den oben skizzierten Stossrichtungen dürfte eine Steigerung der Nettoproduktion um 2 bis 3 TWh realisierbar sein. Ohne Anpassungen der Bedingungen ist dagegen längerfristig mit einem Rückgang der Produktion aus Wasserkraft zu rechnen. Literatur Aeberhard, J., 2011: Referat anlässlich des VSE-Symposium vom 5./.6. Mai 2011, Zürich. Bundesrat, 2011: Energieperspektiven 2050 – Analyse der Stromangebotsvarianten des Bundesrates, Faktenblatt vom 25. Mai 2011, Bern. BFE, 2011a: Grundlagen für die Energiestrategie 2050 des Bundesrates, Bundesamt für Energie, Mai 2011, Bern. BFE, 2011b: Energieperspektiven 2050, Abschätzung des Ausbaupotenzials der Wasserkraftnutzung unter neuen Rahmenbedingungen, Faktenblatt vom Juni 2011, Bundesamt für Energie, Bern. BFE, 2011c: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2010, Bundesamt für Energie, Bern. BFE, 1998: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 1997, Bundesamt für Energie, Bern. BFE/BWG, 2004: Erschliessung des Ausbaupotenzials der Wasserkraft, Elektrowatt-Ekono, Bundesamt für Energie und Bundesamt für Geologie, Bern. ETHZ, 2011: Energiezukunft Schweiz, Studie vom November 2011, Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich. ETS, 2009: Inländische Strombilanz 2035 und 2050, Energie Trialog Schweiz, Zürich. Häberli, W. et al., 2012: Gletscherschwund und neue Seen in den Schweizer Alpen, zur Publika-

tion vorgesehen in: «Wasser Energie Luft», Heft

Pfammatter, R., 2011: Ausbauziel Wasserkraft

Schleiss, A., 2007: L’hydraulique en suisse –

2/2012, Baden.

– neue Kompromisse braucht das Land, Referat

un grand potentiel de croissance par l’augmen-

Hänggi, P.; Weingartner, R., 2012: Variations in

anlässlich der Fachtagung «Die Rolle der Was-

tation de la puissance, Fachartikel in: «Bulletin

Discharge Volumes for Hydropower Generation

serkraft in der Energiestrategie 2050», und Ar-

VSE/SEV», Heft 2/2007, S. 24 ff., Lausanne/

in Switzerland, in: «Water Resources Manage-

tikel in: «Thema Umwelt», Heft 1/2012, Baden/

Aarau.

ment», published online: February 2012, DOI:

Zürich.

SGHL, 2011: Beiträge zur Hydrologie der

10.1007/s11269-011-9956-1.

Stettler, A., 2011: Referat anlässlich VGB-Con-

Schweiz Nr. 38, Schweizerische Gesellschaft

Hänggi, P. et al., 2011: Auswirkungen der Kli-

gress on Power Plants 2011, Pump Storage Pro-

für Hydrologie und Limnologie, Bern (vgl. auch

maänderung auf die Wasserkraftnutzung –

jects – The New Battery for Europe, September

zusammenfassende Fachartikel in: «Wasser En-

Hochrechnung, in: «Wasser Energie Luft», Heft

2011, Bern.

ergie Luft», Heft 4/2011, Baden).

4/2011, S. 300 ff., Baden.

SWV, 2011: Ausbaupotenzial Wasserkraft

Uhlmann, V.; Wehrli, B., 2006: Wasserkraft-

Molinari, P.; Bernegger, W., 2011: Alternative

Schweiz, Faktenblatt vom 10. Juni 2011 (Stand:

nutzung und Restwasser – Standortbestim-

Wege zur Erhöhung der Produktion aus Was-

17. Oktober 2011), Schweizerischer Wasser-

mung zum Vollzug der Restwasservorschriften,

serkraft, in: «Bulletin VSE/SEV», Heft 12/2011,

wirtschaftsverband, Baden.

EAWAG, Kastanienbaum (vgl. auch Fachartikel

S. 8 ff., Zernez/Aarau.

SWV, 2001: Ökologische und technisch/ökono-

in: «Wasser Energie Luft», Heft 4/2007, S. 307–

PSI, 2007: Proceedings of the 3rd international

mische Qualitäten der Wasserkraft, VS Nr. 64,

310, Baden).

Conference on LCA, Paper by Christian Bauer,

Schweizerischer

Paul Scherrer Institut, Villigen.

Baden.

Anschrift des Verfassers

Pfammatter, R., 2012: Ausbaupotenzial der

SWV, 1987: Energieeinbussen bei Wasserkraft-

Roger Pfammatter

Wasserkraft – eine Auslegeordnung zu den

anlagen aufgrund des Gewässerschutzgesetzes

Geschäftsführer Schweizerischer Wasserwirt-

Möglichkeiten und Voraussetzungen, Facharti-

GSchG, Elektrowatt Ingenieurunternehmung,

schaftsverband, Rütistrasse 3a

kel in: «Bulletin VSE/SEV», Heft 2/2012, S. 8 ff.,

Schweizerischer

CH-5401 Baden

Baden/Aarau.

Baden.

Wasserwirtschaftsverband,

r.pfammatter@swv.ch

Alte Strasse 28A info@cabletrans.com www.cabletrans.com

CH-3715 Reichenbach i.K. Tel. +41 (0)33 671 32 48 Fax +41 (0)33 671 22 48

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Projekt KWO plus

Der Begleitgruppenprozess zu den Ausbauprojekten und zur Restwassersanierung im Oberhasli Steffen Schweizer, Heiko Zeh Weissmann, Max Ursin

Zusammenfassung In einem für die Schweiz aussergewöhnlichen partizipativen Prozess finden Vertreter von kantonalen Ämtern, Umweltschutzverbänden, der Politik, der Region und der KWO (Kraftwerke Oberhasli AG) unter Moderation des AWA (Amt für Wasser und Abfall, Kt. Bern) eine einvernehmliche Lösung zu zwei Ausbauprojekten von KWO plus und zur Restwassersanierung.

1. Einleitung und Vorgeschichte Der Ausbau der Wasserkraft im Oberhasli ist seit vielen Jahren ein Thema. Ein erstes von der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) im Jahr 1988 eingereichtes Projekt (Grimsel-West), das eine grosse Staumauer im Grimselsee mit einem Stauvolumen von 450 Mio. m3, neue Wasserfassungen und Kraftwerke umfasst hätte, stiess auf erheblichen Widerstand und wurde Ende der 1990er-Jahre deshalb von der KWO wieder zurückgezogen. In der Folge entwickelte die KWO ein neues Investitionsprogramm (KWO plus), das stattdessen mehrere kleinere Ausbauvorhaben beinhaltet und mit deutlich weniger Eingriffen in die Natur verbunden ist. Hauptgegenstand dieses Investi-

tionsprogramms bilden die voneinander unabhängigen Ausbauvorhaben (Bild 1a und 1b): • «Vergrösserung des Grimselsees» (Erhöhung der heutigen Speicherkapazität von 95 Mio. m3 auf 170 Mio. m3) • «Tandem» (Aufwertung der Kraftwerkskette vom Räterichsbodensee bis Innertkirchen mit einer Erhöhung der Energieausbeute um insgesamt 70 GWh/a und einer Leistungssteigerung um 280 MW ohne Nutzung von zusätzlichem Wasser) und • «Grimsel 3» (Unterirdisches Pumpspeicherwerk zwischen Oberaarsee und Räterichsbodensee mit einer installierten Leistung von 660 MW). Jedes dieser drei Projekte liefert einen bedeutenden Beitrag für den von der Gesellschaft geplanten Wechsel zu regenerativen Energiequellen (Tabelle 1). Um in Zukunft den Strombedarf vermehrt aus erneuerbaren Quellen beziehen zu können, wird neben einer höheren Produktion von regenerativer Energie auch die Stabilisierung des Stromnetzes sowie eine kurzund langfristige Speicherung von zeitweise überschüssigem Strom benötigt. Zu diesen KWO plus Projekten führten Vertreter der KWO mit verschiedenen Umweltschutzverbänden die sog. «Grimselgespräche», die Mitte des letz-

ten Jahrzehnts ohne Einigung abgebrochen wurden. Im Jahr 2006 gab die KWO das Projekt zur Vergrösserung des Grimselsees in Form eines Baugesuchs ein. Nach Einsprache der Umweltschutzverbände wurde im Frühling 2009 das Urteil des Verwaltungsgerichts vom Bundesgericht bestätigt: Eine Vergrösserung des Grimselsees könne nur in einem Konzessionsverfahren abgewickelt werden. Der weitere Ausbau der Wasserkraft im Oberhasli schien einmal mehr in die Ferne gerückt und die Fronten noch etwas härter als zuvor. Sowohl der Kanton als auch die KWO sahen aber weiterhin die grosse gesellschaftliche Bedeutung des Ausbaus der Wasserkraft im Oberhasli. Deshalb wurde im Sommer 2009 unter der Leitung des Kantons ein neuer Anlauf genommen, um mit einem sehr breit abgestützten Begleitgruppenprozess eine einvernehmliche Lösung zu finden. 2.

Begleitgruppenprozess KWO plus Insgesamt haben sich über 100 Personen aus kantonalen Fachstellen, Bundesämtern, Forschungseinrichtungen, Umweltbüros, Umweltschutzverbänden sowie aus Politik und Verwaltung an der Konsensfindung beteiligt (Bild 2 und Kap. 5). Für ver-

Tabelle 1. Beitrag der KWO plus Projekte für den geplanten Energiewechsel. Anmerkung: Bei einer Erhöhung der Staumauern am Grimselsee ergeben sich im Mittel ein höherer Seespiegel und damit die Ausnutzung einer grösseren Fallhöhe. Dies würde zur Erzeugung von mehr Energie führen, ohne dabei mehr Wasser als heute zu nutzen. «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Projekte KWO plus

gleichbare Ausbauprojekte ist diese Grössenordnung der Partizipation einmalig.

Bild 1a. Das Einzugsgebiet der KWO und die Ausbauvorhaben KWO plus: 1a = Tandem mit Parallelschacht zur Minderung der Reibung, 1b = Tandem mit Aufwertung Kraftwerk Innertkirchen 1, 1c = Tandem mit Aufwertung Kraftwerk Handeck 2, 2 = Neubau Pumpspeicherwerk Grimsel 3, 3 = Vergrösserung Grimselsee. Zusätzlich sind noch die hydrologischen Einzugsgebiete des Aaretals (Grimsel) in orange und des Gadmertals (Susten) in lila eingezeichnet.

2.1 Organisation Es wurde auf drei Ebenen nach sinnvollen Kompromissen und einem gangbaren Weg gesucht (Bild 3): • Die politische Begleitgruppe mit Vertretern aller interessierten Umweltschutzverbände, der Gemeinden, der politischen Parteien und der KWO hat unter der Moderation der Regierungsrätin Barbara Egger-Jenzer den Begleitgruppenprozess geleitet und konkrete Aufträge an den Ausschuss und an die Fachgruppe erteilt. • Im Ausschuss der politischen Begleitgruppe verhandelten die Vertreter des BKFV (Bernisch Kantonaler Fischerei Verband), der Pro Natura, des Grimselvereins, der Gemeinde Innertkirchen und der KWO unter der Moderation des Amtsvorstehers vom AWA (Amt für Wasser und Abfall) Heinz Habegger über Umfang, Auswahl und Zuordnung der gewässerökologischen Massnahmen zu den Ausbauprojekten. • In der Fachgruppe haben sich die Vertreter der kantonalen Ämter (Amt für Wasser und Abfall, Fischereiinspektorat, Abteilung für Naturförderung, Gewässer- und Bodenschutzlabor, Tiefbauamt und Amt für Gemeinden und Raumordnung) und der KWO rund zehn Mal getroffen, um über folgende fachliche und methodische Fragen zu diskutieren: • ökologische Bewertung von Restwasserabgaben und weiteren Aufwertungsmassnahmen, • Priorisierung und Optimierung von gewässerökologischen Massnahmen, • juristische Abklärungen.

Bild 1b. Die Ausbauvorhaben KWO plus im Querschnitt. 12

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Projekte KWO plus Bild 2. Diskussionen der am Begleitgruppenprozess beteiligten Fachleute vor Ort. Die Moderation der Fachgruppe wurde von der KWO übernommen, das Umweltbüro Sigmaplan hat die Arbeiten fachlich unterstützt und das Sekretariat geführt. Beim Erreichen von Meilensteinen wurden sowohl das BAFU (Bundesamt für Umwelt) als auch die ENHK (Eidgenössische Naturund Heimatkommission) informiert. 2.2 Verhandlungsrahmen Bereits zu Beginn des Begleitgruppenprozesses wurde festgelegt, dass nur über die beiden Ausbauvorhaben «Tandem» und «Grimsel 3» verhandelt wurde. Die Vergrösserung des Grimselsees wurde bei den hier beschriebenen Verhandlungen ausgeklammert, da dieses Ausbauprojekt für die Umweltschutzverbände aufgrund der offenen Moorschutzfrage nicht konsensfähig ist. Allerdings wird von allen Beteiligten eine möglichst rasche Klärung dieser Frage durch die Gerichte begrüsst. Während des Verhandlungsverlaufs wurde auch die anstehende Restwassersanierung im Oberhasli (Schweizer & Zeh Weissmann 2011) als Verhandlungsgegenstand mit aufgenommen (Kap. 2.4). 2.3 Verhandlungsgrundlagen Das Bundesamt für Umwelt hat eine Methode zur Bewertung von gewässerökologischen Massnahmen entwickelt und empfiehlt diese bei Schutz- und Nutzungsplanungen (Basler & Partner 2005). Da diese Methodik vor allem für kleinere Einzugsgebiete ausgearbeitet wurde, mussten Anpassungen der Methodik auf die Situation im Oberhasli vorgenommen werden (Schweizer et al. 2012a, Sigmaplan

2010b). Dies erfolgte gemeinsam durch die KWO, die kantonalen Fachstellen, das Umweltbüro Sigmaplan und die Umweltschutzverbände. Diese ökologische Bewertungsmethode war die Grundlage für eine im höchsten Masse transparente Vorgehensweise sowie für einen sehr sachlich geführten Dialog über Umfang und Art der gewässerökologischen Aufwertungen im Einzugsgebiet der KWO. Ein weiterer wichtiger Bestandteil im Verhandlungsprozess waren die zahlreichen und sehr fundierten gewässerökologischen Untersuchungen im Oberhasli (Schweizer et al. 2010). Anerkannte Umweltbüros und verschiedene Hochschulen führten die Untersuchungen nach aktuellem Wissensstand durch. Dabei zeigte sich, dass aufgrund vieler seitlicher Zuflüsse bereits heute ein Grossteil der von der KWO genutzten Gewässerabschnitte in einem verhältnismässig guten ökologischen Zustand ist. Erwartungsgemäss konnten aber auch die heute bestehenden Defizite aufgezeigt werden, die vor allem direkt unterhalb bestimmter Fassungen oder in Versickerungsstrecken liegen. Diese Defizitanalyse sowie umfangreiche Dotierversuche bildeten die Grundlage für die Entwicklung von wirkungsvollen Aufwertungsmassnahmen (Sigmaplan 2010b und 2010c). Neben einer transparenten Ökobilanzierung und fundierten Untersuchungen war die Einführung von ökologischen Zielniveaus ein wesentliches Element für einen positiven Verlauf der Gespräche (Schweizer & Zeh Weissmann 2011). Für die verschiedenen Restwasserstrecken wurden

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Bild 3. Organisation Projektbegleitung KWO plus. ökologische Ziele festgelegt: z.B. ausreichende Restwasserführung im Lebensraum der Bachforelle oder Wahrnehmbarkeit eines Flussabschnitts als Landschaftselement. Ob die jeweils festgelegten ökologischen Ziele erreicht werden, wird in einem Monitoring fünf und zehn Jahre nach Inbetriebnahme der Dotiereinrichtungen überprüft. Das Monitoringprogramm wurde gemeinsam mit den Fachstellen und den beteiligten Umweltschutzorganisationen entwickelt. Bei Nichterreichen eines Ziels können weitergehende Massnahmen gefordert werden. 2.4

Verhandlungsverlauf und ökologische Bilanzierung Die Diskussionen und Verhandlungen in den einzelnen Gremien verliefen stets sachlich, transparent und lösungsorientiert. Nach anfänglichen Grundsatzdiskussionen wurde das Verhandlungsklima von Sitzung zu Sitzung zunehmend konstruktiv und das gegenseitige Vertrauen konnte mit jedem weiteren Treffen wachsen. Dies ist vor allem auf die in Kapitel 2.3 angeführten Verhandlungsgrundlagen zurückzuführen, aber auch auf die Bereitschaft der KWO, sämtliche Untersuchungsergebnisse offenzulegen. Auf dieser Basis wurden nun 13

Projekte KWO plus

ökologisch wirkungsvolle Ausgleichsmassnahmen gemeinsam mit den beteiligten Umweltbüros und Forschungseinrichtungen, den kantonalen Fachstellen sowie den Umweltschutzverbänden ausgearbeitet. Bild 5 zeigt den Verhandlungsverlauf ausgehend von 2008 (Ausgangszustand ohne gewässerökologische Aufwertungen) bis zur Einigung im Juni 2010. Die ökologischen Verbesserungen sind in Ökopunkten (Schweizer et al. 2012a) dargestellt. Je höher die Anzahl von Ökopunkten ist, umso grösser ist der gewässerökologische Wert. Die Ökopunkte werden dabei wie folgt berechnet: Für alle Gewässerabschnitte wird die Differenz zwischen der Bewertung des Ist-Zustands und des Referenzzustands ermittelt, der nach den Mindestrestwasservorgaben des Gewässerschutzgesetzes im Falle einer Neukonzessionierung (Art. 31–33 GSchG ohne Schutz- und Nutzungsplanung) erreicht werden müsste. Schneidet der Ist-Zustand schlechter ab als der Referenzzustand, so wird die Differenz in negativen Ökopunkten ausgedrückt. Die Summe aller negativen Ökopunkte ergibt dann das Niveau, das mit Dotierungen und weiteren aquatischen Ausgleichsmassnahmen kompensiert werden muss, um eine positive ökologische Bilanz zu erzielen. Hier sei angemerkt, dass die Mindestrestwasservorgaben des Gewässerschutzgesetzes (GSchG) für Neukonzessionierungen grundsätzlich auf zwei Arten erfüllt werden können: Entweder wird an jeder einzelnen Fassung die vorgeschriebene Mindestrestwassermenge abgegeben (Art. 31–33 GSchG) oder es wird eine Schutz- und Nutzungsplanung (SNP, Art. 32 Bst. c GSchG) erstellt, die teilweise tie-

fere Restwassermengen vorsieht und Ausgleich mit geeigneten Massnahmen (z.B. Fluss- und Auenrevitalisierungen, Ausdolungen, …) schafft. Für das Niveau einer Neukonzessionierung der gesamten Kraftwerksanlagen der KWO (Aare- und Gadmertal, vgl. Bild 1a und Bild 5) werden rund 26 Ökopunkte benötigt, davon 18 Ökopunkte für das Niveau Neukonzessionierung im Aaretal und acht Ökopunkte für dasjenige im Gadmertal. Die KWO plus Ausbauprojekte wirken sich aus gewässerökologischer Sicht allerdings ausschliesslich im Aaretal aus. Deshalb hat man sich im Ausschuss dahingehend verständigt, dass der Umfang der Aufwertungsmassnahmen im Rahmen der Restwassersanierung und der Ausbauprojekte maximal dem Niveau einer Neukonzessionierung des Aaretals (18 Ökopunkte) entsprechen müsse. Bereits im Jahr 2009 einigten sich das AWA und die KWO auf ein Massnahmenpaket zur Gewässersanierung (Bild 5). Da kurz darauf der Begleitgruppenprozess zu KWO plus begann, wurde mit der Verfügung von diesem Massnahmenpaket noch zugewartet. Im Laufe der Verhandlungen (Januar 2010) gab die KWO dann ein erstes Verhandlungsangebot für alle drei KWO plus Ausbauprojekte inklusive des mit dem AWA vereinbarten Massnahmenpakets für die Gewässersanierung ab. Die angebotenen Massnahmen erreichten dabei das benötigte Niveau an Ökopunkten, um das gesamte gewässerökologische Defizit im Aaretal zu kompensieren (Bild 5). Im anschliessenden Dialog schlugen die Umweltschutzverbände vor, die Restwasserproblematik im Konzessionsgebiet der KWO im Rahmen der Gewäs-

Bild 4a. Heutige Situation in der Aare unterhalb der Fassung Handeck ohne Restwasserdotierung.

sersanierung umfassend zu regeln und das bereits bestehende Konzept für diese Sanierung entsprechend anzupassen. Die KWO erklärte sich zu diesem Schritt unter folgenden Voraussetzungen bereit: (1) Sämtliche ökologischen Verbesserungen im Rahmen der Gewässersanierung werden in den Verhandlungen über die Massnahmen für die Projekte «Tandem» und «Grimsel 3» berücksichtigt, um das gewässerökologische Defizit im Aaretal zu reduzieren, (2) mit der Gewässersanierung wird die Restwasserproblematik im gesamten Einzugsgebiet grösstenteils als gelöst betrachtet. Im Gegenzug wurde für jede Restwasserabgabe ein ökologisches Zielniveau vereinbart (Kap. 2.3). Damit haben die Umweltschutzverbände die Sicherheit, (1) dass die hochstehenden ökologischen Ziele der Restwassersanierung auch erfüllt werden und (2) dass die Gewässersanierung im Oberhasli fristgerecht umgesetzt wird. Die Bilder 4a und 4b zeigen exemplarisch die Verbesserung der Restwassersituation im Rahmen der Gewässersanierung. Dieser Verhandlungsschritt hatte ausserdem zur Folge, dass die gewässerökologischen Massnahmen zu den Ausbauprojekten «Tandem» und «Grimsel 3» nun vor allem auf die Aufwertung von Lebensräumen und damit auf eine Erhöhung der Biodiversität zielen, wie dies z.B. mit Fluss- und Auenrevitalisierungen oder mit Massnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit erreicht wird. Mit dieser neuen Stossrichtung wurde es möglich, aus ökologischer Sicht weitere äusserst interessante Massnahmen mit einem verhältnismässigen Aufwand zu entwickeln und

Bild 4b. Situation in der Aare unterhalb der Fassung Handeck nach Umsetzung der Gewässersanierung (ab 01.01.2013) mit einer sommerlichen Dotierwassermenge von 300 l/s. «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

ten die ökologischen Aufwertungen fachlich fundiert und aus ökologischer Sicht äusserst sinnvoll gestaltet werden und gleichzeitig die gesellschaftlichen Anforderungen zur Klima- und Energiepolitik erfüllt werden (Tabelle 1). Mit diesem intelligenten und ausgewogenen Konsens werden künftig die Gewässer im Oberhasli ökologisch deutlich aufgewertet und es kann gleichzeitig erheblich mehr Energie im Grimselgebiet erzeugt werden. Die Umsetzung der zusätzlichen, in Zusammenhang mit der «Vergrösserung des Grimselsees» geplanten Ausgleichsmassnahmen, würde dazu führen, dass auch das gewässerökologische Defizit im Gadmertal kompensiert werden könnte. Die KWO würde in diesem Fall bereits weit vor Ablauf ihrer Konzession sämtliche gewässerökologischen Anforderungen für eine Neukonzessionierung ihrer Anlagen erfüllen (Bild 5). Dieser Umstand könnte bei einer allfälligen Wiederaufnahme der Gespräche über die umstrittene Seevergrösserung eine solide Basis bilden. 2.5 Verhandlungsergebnisse Da gleichzeitig über Massnahmen zur Restwassersanierung und zu den beiden unbestrittenen KWO plus Projekten diskutiert wurde, konnten sämtliche Massnahmen aufeinander abgestimmt und möglichst viele Synergien genutzt werden (z.B. Regelung der Restwasserabgaben bei einer Flussrevitalisierung). Insgesamt kann diese ganzheitliche Lösung damit einen wesentlich höheren ökologischen

Bild 5. Verhandlungsverlauf im Ausschuss, dargestellt in Ökopunkten (Kap. 2.4) – je mehr Ökopunkte, umso wertvoller die ökologische Bilanz. Als Orientierung: um die gewässerökologischen Defizite im gesamten Konzessionsgebiet der KWO zu kompensieren, sind 26 Ökopunkte nötig; für die Kompensation des gewässerökologischen Defizits im Aaretal sind 18 Ökopunkte erforderlich. Der Stand Juni entspricht dem endgültigen Verhandlungsergebnis. «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Wert als die Summe der Einzelmassnahmen generieren (Schweizer et al. 2012a und 2012b). Mit den KWO plus Projekten wird trotz künftig höherer Restwassermengen die künftige Produktion an klimaneutralem Strom deutlich erhöht. Restwassersanierung Im 4. Quartal 2010 wurde die Restwassersanierung (GSchG Art. 80ff.) ohne Einsprachen verfügt (Schweizer & Zeh Weissmann 2011). Insgesamt umfasst die Sanierung • 11 Restwasserabgaben • Eine Massnahme zur Fischgängigkeit an einer bestehenden Fassung • Ein Nutzungsverzicht • Eine Geschiebedotierung. Zusätzlich zu den verfügten Massnahmen werden in Zusammenarbeit mit dem lokalen Fischereiverein Reusenbefischungen an der Fassung Hopflauenen durchgeführt, um die Anzahl verdrifteter Fische ins Kraftwerksystem zu ermitteln und gegebenenfalls Massnahmen zu ergreifen. Ausserdem ist noch das Engagement der KWO bei der Aufwertung von Fischaufzuchtgewässern zu nennen. Die hier beschriebenen Massnahmen werden die grossen gewässerökologischen Defizite im Oberhasli beheben und sind auf die weiteren Aufwertungen im Rahmen von KWO plus abgestimmt. Die KWO wird damit das grösste Kraftwerkssystem der Schweiz sein, das seine genutzten Gewässer nach Art. 80ff. GSchG saniert. «Tandem» und «Grimsel 3» Gemeinsam mit den genannten Massnahmen zur Restwassersanierung kompensieren die folgenden ökologischen Aufwertungen im Rahmen der Ausbauprojekte «Tandem» und «Grimsel 3» das gewässerökologische Defizit im Aaretal (vgl. Bild 5, Stand Juni 2011): • Eine Fassungsaufgabe • Zwei künftige Nutzungsverzichte • Eine Erhöhung der Restwassermenge zur Förderung der Seeforelle • Vier Fluss- und Auenrevitalisierungen • Zwei Massnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit für Fische und Wirbellose. Der eingeschlagene Weg – mittels direkter Gespräche und Verhandlungen nach einer tragfähigen Lösung zu suchen – konnte positiv beschritten werden: Gegen die beiden im Frühjahr 2011 öffentlich aufgelegten Projekte wurden von den Umweltschutzverbänden keine Einsprachen eingereicht.

Projekte KWO plus

gleichzeitig die gesellschaftlich relevanten klima- und energiepolitischen Aspekte zu berücksichtigen. Dies vergrösserte den Handlungsspielraum bei den anschliessenden Verhandlungsrunden deutlich. Im Mai 2010 gab die KWO ein neues Verhandlungsangebot ab, bei dem die ökologische Qualität der Massnahmen im Rahmen der Gewässersanierung und der beiden Ausbauprojekte «Tandem» und «Grimsel 3» deutlich angehoben wurde (Bild 5). Mit insgesamt rund 18 Ökopunkten erreichten die gewässerökologischen Massnahmen den Umfang, der für eine Neukonzessionierung des Aaretals nötig wäre (s.o.), allerdings nur äusserst knapp. Da bei einer SNP aber eine deutliche positive ökologische Bilanz nachgewiesen werden muss, erklärte sich die KWO im Juni 2010 bereit, drei weitere Aufwertungen mit einem Wert von insgesamt zwei Ökopunkten im Rahmen von Gewässersanierung, «Tandem» und «Grimsel 3» umzusetzen (Bild 5). Dieses neue Angebot umfasst nun rund 20 Ökopunkte. Um den Umfang für das Niveau einer Neukonzessionierung des Aaretals mit einer deutlich positiven Bilanz zu erreichen, sind nun die Massnahmen im Rahmen einer Vergrösserung des Grimselsees nicht mehr nötig. Somit konnten mit diesem Angebot die Grundforderungen der Umweltschutzverbände erfüllt werden und nach einem Jahr mit 10 intensiven Verhandlungsrunden sowie zahlreicher bilateraler Gespräche ein von allen Seiten tragbarer Konsens gefunden werden. Dabei konn-

Projekte KWO plus

«Vergrösserung Grimselsee» Mit den Massnahmen, die im Rahmen der «Vergrösserung des Grimselsees» geplant sind, könnte zusätzlich auch das gewässerökologische Defizit im Gadmertal kompensiert werden, so dass die KWO bereits weit vor Ablauf ihrer Konzession sämtliche gewässerökologischen Anforderungen für eine Neukonzessionierung ihrer Anlagen erfüllen würde. Dafür sind folgende ökologischen Aufwertungen vorgesehen: • Eine Fassungsaufgabe • Eine Restwassergabe an einer weiteren Fassung • Zwei Erhöhungen der Restwassermengen zur Förderung der Aue Obermad (Gadmertal) • Vier Fluss- und Auenrevitalisierungen, sowie • mehrere Massnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit für Fische und Wirbellose 3.

Fazit – Schlüsselfaktoren für den Verhandlungserfolg Dass es trotz schwieriger Vorgeschichte zu einer Einigung in den Verhandlungen zur Restwassersanierung, «Tandem» und «Grimsel 3» gekommen ist, kann auf folgende Punkte zurückgeführt werden: • Fundierte gewässerökologische Untersuchungen (Schweizer et al. 2010, Kap. 2.3) • Transparente und objektive Ökobilanzierung (Schweizer et al. 2012a, Sigmaplan 2010b, Kap.2.3 und 2.4) • Fokus auf eine möglichst grosse ökologische Aufwertung durch effiziente Massnahmen (Schweizer et al. 2012b, Sigmaplan 2010c, Kap. 2.3) • Einführung ökologischer Zielniveaus (Schweizer & Zeh Weissmann 2011, Kap. 2.3) • Einbezug aller Betroffenen mit grösstmöglicher Transparenz (Kap. 2.1). Sämtliche gewässerökologische Studien wurden offengelegt, die Berichte zur Konzessionseingabe wurden auf freiwilliger Basis ein halbes Jahr vor der öffentlichen Auflage an alle Umweltschutzverbände verteilt • Offene Haltung und Verhandlungsbereitschaft aller Beteiligten. Bei den direkten Verhandlungen haben nicht alle Einsprache berechtigten Umweltschutzverbände teilgenommen. Die Vertreter von Pro Natura, BKFV und Grimselverein konnten allerdings diesen nicht direkt beteiligten Verbänden überzeugend darlegen, dass aus sachlicher und ökologischer Sicht das Verhandlungsergebnis gut geheissen werden kann. All dies ist 16

in einer Vielzahl von Gesprächen und mit einem insgesamt sehr grossen Einsatz der Mitwirkenden gelungen. 4. Ausblick Die KWO hat Ende 2010 dem Kanton eine detaillierte Planung zur technischen und zeitlichen Umsetzung der Restwassersanierung (nach Art. 80 GSchG) eingereicht. Sofern es in den hierfür erforderlichen Bewilligungsverfahren zu keinen Verzögerungen kommt und keine aussergewöhnlich lang anhaltend schlechten Witterungsbedingungen herrschen (der technische Bau bei einigen Dotiervorrichtungen ist wegen der Zugänglichkeit und des Abflussregimes nur in einem engen Zeitfenster im Spätjahr möglich), werden die Massnahmen der Restwassersanierung im Jahr 2012 fristgerecht umgesetzt sein. Das Erreichen der ökologischen Zielniveaus wird durch eine mehrjährige Erfolgskontrolle überprüft. Sowohl beim Festlegen der zu messenden Indikatoren als auch bei deren Bewertung und Erhebung wird der eingeschlagene Weg der Partizipation fortgesetzt. In Zusammenarbeit mit den kantonalen Fachstellen und den Umweltschutzverbänden werden das Konzept und die konkrete Erfolgskontrolle ausgearbeitet. Das Monitoring kann dann in fünf bis zehn Jahren einen grossen Wissensgewinn generieren und sowohl methodische als auch konkrete Antworten auf die bedeutende Frage geben: «Welche Restwassermengen werden im Oberhasli benötigt, um ein bestimmtes ökologisches Ziel zu erreichen?» Bei einer Anpassung an die jeweils vorliegenden gewässerspezifischen Eigenheiten kann die hier ausgearbeitete Methodik grundsätzlich auch an anderen alpinen Restwasserstrecken angewendet werden. Mit den Massnahmen im Rahmen der Gewässersanierung sowie der Projekte «Tandem» und «Grimsel 3» werden die neuen Anforderungen des Gewässerschutzgesetzes zu den Aspekten Geschiebehaushalt und Durchgängigkeit erfüllt. Bezüglich der Sanierung von Schwall/Sunk plant die KWO im Rahmen des Ausbauprojekts «Tandem» bei der Wasserrückgabe in Innertkirchen ein Beruhigungsbecken (Schweizer et al. 2008). Die wichtigsten hydrologischen, hydraulischen und biologischen Abklärungen liegen für die Hasliaare zu dieser Problematik bereits vor (z.B. Schweizer et al. 2009 und 2010, LCH 2010, Haas & Peter 2009, Limnex 2009 und 2010, Meyer 2010). Darüber hinausgehend sind noch weitere Abklärungen und Forschungsarbeiten aktuell in Bearbeitung (z.B. Bieri et al. 2010,

Ribi et al. 2010). Ausserdem versucht die KWO, ein neues Forschungsprojekt zur Bewertung von Sanierungsmassnahmen bzgl. Schwall/Sunk zu lancieren. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die dringlichsten Fragen zur Umsetzung des neuen Gewässerschutzgesetzes zu dieser Thematik aufzugreifen und bestehende Wissenslücken zu füllen. Aufgrund der guten Datengrundlage, der verschiedenen Flussmorphologien in der Schwallstrecke (Buhnen, natürliche Aareschlucht, alternierende Kiesbänke, Kanal) und der «Exklusivität» der KWO als Schwallerzeuger eignet sich die Hasliaare sehr gut als Pilotprojekt für die Umsetzung der neuen Schwallbestimmungen. Die KWO ist bestrebt, bei diesem Thema eine Vorreiterrolle zu übernehmen. Das AWA wird über die Konzessionsänderung für das Projekt «Tandem» und der Grosse Rat des Kantons Bern über die erforderlichen Konzessionsanpassungen und -ergänzungen für die Projekte «Grimsel 3» und «Vergrösserung Grimselsee» entscheiden. Die Gespräche mit den kantonalen Ämtern und den Umweltschutzverbänden werden weiter geführt, um auftretende Fragen in Bezug auf die Baugesuchsunterlagen klären zu können. 5.

Mitglieder Begleitgruppenprozess

5.1 Mitglieder Fachgruppe Die Fachgruppe hat sich aus folgenden Personen gebildet: Dr. M. Graf (Abteilung für Naturförderung), Dr. M. Zeh (Gewässerund Bodenschutzlabor), W. Müller (Fischereiinspektorat), N. Hählen (Tiefbauamt), F. Weber (Amt für Gemeinden und Raumordnung), I. Schmidli (Amt für Wasser und Abfall), T. Wagner (Sigmaplan), H. Zeh Weissmann (Sigmaplan), M. Ursin (KWO), Dr. S. Schweizer (KWO). 5.2 Mitglieder Ausschuss Der Ausschuss bestand aus: W. Brog (Präsident Gemeinde Innertkirchen), I. Schmidli (Amt für Wasser und Abfall), H. Habegger (Amt für Wasser und Abfall), Dr. L. Vetterli (Pro Natura), U. Eichenberger (Grimselverein), Dr. M. Meyer (Bernisch Kantonaler Fischereiverband), Dr. G. Biasiutti (KWO), bis Sommer 2010 Dr. S. Mützenberg (KWO), ab Sommer 2010 D. Fischlin (KWO), bis Sommer 2010 M. Ursin (KWO), Dr. S. Schweizer (KWO). 5.3

Mitglieder politische Begleitgruppe Aufgrund der grossen Mitgliederzahl

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Hasliaare. EPFL-LCH, Lausanne, Rapport LCH

vorgesehenen gewässerökologischen Mass-

Nr. 25/2010, 12 Seiten. Bericht im Auftrag der

nahmen und einer gewässerökologischen Ge-

KWO (Autor Bieri M.).

samtbilanz im Anhang. Bericht im Auftrag der

Limnex (2009): Schwall/Sunk in der Hasliaare.

KWO (Autoren Zeh Weissmann H. & Wagner

Gewässerökologische Untersuchung von Has-

T.).

liaare und Lütschine. Beurteilung der Schwall-

Sigmaplan (2010b): Bilanzierungsmethode für

Auswirkungen in je zwei Strecken und Szena-

die Schutz- und Nutzungsplanung Vergrösse-

rien. Bericht im Auftrag der KWO (Autor Bau-

rung Grimselsee und die Gesamtbilanz über

mann P.).

sämtliche im Rahmen der Restwassersanierung

Limnex (2010): Schwall/Sunk in der Hasliaare

nach Art. 80 GSchG und des Investitionspro-

– Anhang. Resultate von zusätzlichen Feldauf-

gramms KWO plus vorgesehenen gewässer-

nahmen und Auswertungen sowie Zusammen-

ökologischen Massnahmen. Bericht im Auftrag

stellung von Rohdaten als Ergänzung zum Be-

der KWO (Autoren Zeh Weissmann H. & Wagner

richt von Limnex (2009). Bericht im Auftrag der

T.).

KWO (Autor Baumann P.).

Sigmaplan

Meyer M. (2010): Möglichkeiten der Habitat-

Massnahmen im Rahmen des Investitionspro-

(2010c):

Gewässerökologische

optimierung für die Seeforelle (Salmo trutta

gramms KWO plus und der Restwassersanie-

Danksagung

lacustris) im Einzugsgebiet des Brienzersees

rung nach Art. 80ff. GSchG. (Autoren Zeh Weiss-

Ein grosser Dank gebührt Dr. L. Vetterli (Pro

(Berner Oberland, Schweiz). Diplomarbeit an

mann H. & Wagner T.)

Natura), Dr. M. Meyer (BKFV), U. Eichenberger

der Hochschule Ostwestfalen-Lippe.

(Grimselverein), H. Zybach, K. Zumbrunn (beide

Ribi J.-M., Boillat J.-L. und Schleiss A. (2010):

Anschrift der Verfasser

Fischereiverein Oberhasli), W. Brog (Gemeinde

Fish behaviour during hydropeaking in a Chan-

Steffen Schweizer, Heiko Zeh Weissmann, Max

Innertkirchen), H. Habegger (Amt für Wasser

nel equipped with a lateral shelter. Proceedings

Ursin

und Abfall), Dr. M. Graf (Abteilung für Natur-

of the 8th International Symposium on Ecohy-

Kraftwerke Oberhasli AG, Postfach 63

förderung), Dr. M. Zeh (Gewässer- und Boden-

draulics (ISE 2010): 675–682. COEX, Seoul,

CH-3862 Innertkirchen

schutzlabor), W. Müller (Fischereiinspektorat),

Korea, 12.–16. September 2010.

sste@kwo.ch, www.grimselstrom

N. Hählen (Tiefbauamt), F. Weber (Amt für Ge-

Schweizer S., Neuner J., Ursin M., Tscholl H.

meinden und Raumordnung), I. Schmidli (Amt

und Meyer M. (2008): Ein intelligent gesteuertes

für Wasser und Abfall), B. Oppeliguer, T. Wagner

Beruhigungsbecken zur Reduktion von künst-

(Sigmaplan) für die fachlichen Diskussionen und

lichen Pegelschwankungen in der Hasliaare.

die damit verbundenen Qualitätssteigerungen

«Wasser Energie Luft» 2008 (3): 209–215.

der ökologischen Ausgleichsmassnahmen. Für

Schweizer S., Neuner J. und Heuberger N.

die wertvollen Anmerkungen und für das kri-

(2009): Bewertung von Schwall/Sunk – Her-

tische Durchlesen möchten sich die Autoren

leitung eines ökologisch abgestützten Bewer-

zudem bei A. Keiser (Sigmaplan), C. Mathez

tungskonzepts. «Wasser Energie Luft» 2009(3):

(BWU), S. Jenni (Advokatur Jost Stämpfli Mes-

194–202.

serli Streit Jaun) und Dr. H.P. Tscholl, D. Fischlin,

Schweizer S., Meyer M., Heuberger N., Brech-

M. Meyer, R. Borrmann (alle KWO) in aller Form

bühl S. und Ursin M. (2010): Zahlreiche gewäs-

bedanken.

serökologische Untersuchungen im Oberhasli. Wichtige Unterstützung des partizipativen Be-

Literatur

gleitprozesses von KWO plus. «Wasser Energie

Basler E. & Partner (2005): Ausnahmen von den

Luft» 2010(4): 289–300.

Mindestrestwassermengen im Rahmen einer

Schweizer S. & Zeh Weissmann H. (2011):

Schutz- und Nutzungsplanung (Art. 32 Bst. c

Restwassersanierung der genutzten Gewässer

GSchG). Bericht des Bundesamts für Umwelt,

im Oberhasli. «Wasser Energie Luft» 2011(1):

Wald und Landschaft (BUWAL), Bern.

25–30.

Bieri M., Schleiss A. und Frankhauser A. (2010):

Schweizer S., Zeh Weissmann H., Wagner T.

Modelling and simulation of floods in alpine

und Brechbühl S. (2012a): Ökologische Bilan-

catchments equipped with complex hydropo-

zierungsmethode für die Schutz- und Nutzungs-

wer schemes. River Flow: 1421–1428, Braun-

planung im Oberhasli. «Wasser Energie Luft» in

schweig,

dieser Ausgabe.

Deutschland,

8.–10.

September

2010.

Schweizer S., Meyer M., Wagner T. und Zeh

Haas R. & Peter A. (2009): Lebensraum Hasli-

Weissmann H. (2012b): Gewässerökologische

aare 2009 – eine fischökologische Zustands-

Aufwertungen im Rahmen der Restwassersa-

erhebung zwischen Innertkirchen und Brien-

nierung und der Ausbauvorhaben an der Grim-

zersee. Eawag Kastanienbaum. KTI-Projekt:

sel. «Wasser Energie Luft» in dieser Ausgabe.

Nachhaltige Nutzung der Wasserkraft – Innova-

Sigmaplan (2010a): Kraftwerke Oberhasli.

tive Massnahmen zur Reduzierung der Schwall-

Restwasserbericht mit Schutz- und Nutzungs-

Sunk-Problematik.

planung Vergrösserung Grimselsee. Mit einer

LCH (2010): Abschätzung der dämpfenden Wir-

Gesamtübersicht über sämtliche im Rahmen

kung von grossmassstäblichen Uferrauheiten

der Restwassersanierung nach Art. 80 GSchG

auf Schwall- und Sunkerscheinungen in der

sowie des Investitionsprogramms KWO plus

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Projekte KWO plus

(über 30 Personen) in der politischen Begleitgruppe wird hier auf eine namentliche Erwähnung der einsitzenden Personen verzichtet. Folgende Institutionen waren vertreten: Bau-, Verkehr- und Energiedirektion, Amt für Wasser und Abfall, Grossräte der Parteien Grüne, SP, EDU, FDP, SVP, BDP, Gemeindepräsidenten und Gemeinderäte von Innertkirchen, Gadmen, Guttannen, Regierungsstatthalterin Oberhasli, Bernisch kantonaler Fischereiverband, Fischereiverein Oberhasli, Grimselverein, Pro Natura, AQUA VIVA, Schweizerische Greina-Stiftung, Stiftung Landschaftsschutz Schweiz, WWF und KWO.

Projekte KWO plus

Ökologische Bilanzierungsmethode für die Schutz- und Nutzungsplanung im Oberhasli Steffen Schweizer, Heiko Zeh Weissmann, Thomas Wagner, Sandra Brechbühl

Zusammenfassung Eine Neuregelung der Konzessionsbedingungen kann prinzipiell auf zwei Arten erfolgen. Im ersten Fall wird an jeder Wasserfassung eine klar definierte Restwassermenge nach GSchG Art. 31–33 abgegeben. Im zweiten Fall kann eine Schutz- und Nutzungsplanung (SNP) nach Art. 32 Bst. c GSchG erstellt werden. Die Anwendung einer SNP erlaubt es, an einzelnen Wasserfassungen geringere Mindestrestwassermengen abzugeben als an sich vorgeschrieben ist, sofern im selben, topografisch zusammenhängenden Gebiet ein entsprechender Ausgleich durch geeignete Massnahmen stattfindet. Neben höheren Restwasserabgaben an ausgewählten Fassungen können auch Fluss- und Auenrevitalisierungen, Ausdolungen und Massnahmen zur Verbesserung der Vernetzung berücksichtigt werden, sofern diese Massnahmen nicht ohnehin gesetzlich vorgeschrieben sind. Eine SNP wird nur dann genehmigt, wenn eine positive ökologische Bilanz verglichen mit einer Restwasserabgabe nach Art. 31–33 GSchG nachgewiesen ist. Der grosse Vorteil einer SNP liegt darin, einen möglichst sachgerechten Ausgleich zwischen den gewässerökologischen Anliegen und den Interessen an einer nicht übermässig geschmälerten Produktion von CO2-freiem Strom zu finden. Insgesamt kann mit einer SNP sehr gut auf die lokalen Gegebenheiten eingegangen und so die ökologische Aufwertung optimiert werden – im Gegensatz zu klar definierten Restwassermengen nach GSchG Art. 31–33. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU, früher BUWAL) empfiehlt für die ökologische Bilanzierung eine eigens dafür entwickelte Methodik (Basler &Partner 2005). Da dieses Bewertungssystem v.a. für kleinere Einzugsgebiete ausgelegt und für die spezielle und komplexe Situation im Oberhasli nur bedingt geeignet ist, bedurfte es verschiedener Anpassungen. Die überarbeitete Bewertungsmethode wurde erfolgreich im Oberhasli angewendet und kann sowohl bei anderen Schutz- und Nutzungsplanungen als auch bei sonstigen gewässerökologischen Fragestellungen, v.a. als wirkungsvolle Unterstützung von partizipativen Prozessen, eingesetzt werden.

1. Einleitung Das schweizerische Gewässerschutzgesetz (GSchG) sieht für die Erteilung einer neuen Konzession zur Wasserentnahme prinzipiell zwei Möglichkeiten vor: (1) Eine klar definierte Restwasserregelung (Referenzzustand): Das GSchG geht an sich davon aus, dass an jeder einzelnen Wasserfassung eine bestimmte Mindestrestwassermenge abgegeben wird. Auf Basis des Niedrigwasserabflusses Q347 (Bestimmung nach Estoppey et al. 2000) wird die zu dotierende Restwassermenge bestimmt (Art. 31 Abs. 1 GSchG) und kann anhand von ökologischen und landschaftlichen Kriterien noch erhöht 18

(Art. 31 Abs. 2 und Art. 33 GSchG) oder in Ausnahmefällen reduziert (Art. 32 GSchG) werden. Im Folgenden wird dieser Zustand als Referenzzustand bezeichnet und in Bild 1 beispielhaft mit sechs roten Äpfeln symbolisiert (rechte Seite der Waage, jeder Apfel kann als eine Restwasserabgabe interpretiert werden). (2) Im Rahmen einer Schutz- und Nutzungsplanung (SNP) kann von den unter (1) erwähnten Vorgaben abgewichen und für einzelne Wasserfassungen eine geringere Mindestrestwassermenge festgelegt werden. Allerdings muss im selben, topografisch zusammenhängenden Gebiet von

Wasserentnahmen bzw. -rückgaben ein entsprechender Ausgleich durch geeignete Massnahmen stattfinden (Art. 32 Bst. c GSchG). Möglich sind hierbei verschiedene Arten von Ausgleichsmassnahmen wie etwa über das gesetzliche Minimum hinausgehende Dotierungen an anderen Wasserfassungen, Fluss- und Auenrevitalisierungen, Verbesserungen der Durchgängigkeit usw. (siehe Ott et al. 2008, S. 5). Dabei muss im Vergleich mit dem Referenzzustand eine positive ökologische Bilanz resultieren. In Bild 1 wird dieser Sachverhalt auf der linken Seite der Waage wie folgt dargestellt: Insgesamt befinden sich dort nur vier grüne Äpfel, womit die Abgabe von tieferen Restwassermengen symbolisiert wird. Mit den vier gelben Birnen, die für weitere gewässerökologische Aufwertungsmassnahmen stehen, wird eine positive ökologische Bilanz erreicht (die Waage schlägt nach links aus). Eine SNP bedarf der Genehmigung des Bundesrats. Bis 2010 wurden in der Schweiz insgesamt 11 Schutz- und Nutzungsplanungen genehmigt (Bolliger et al. 2009). Der grosse Vorteil einer SNP liegt darin, dass verglichen mit dem Referenzzustand eine Optimierung der gewässerökologischen Situation bei einer gleichzeitigen Reduktion der Energieverluste erzielt werden kann. Die Wahl der verschiedenen Früchte in Bild 1 veranschaulicht die unterschiedliche Art der ökologischen Massnahmen: Es werden im wahrsten Sinne des Wortes «Äpfel mit Birnen verglichen». Um trotzdem einen möglichst objektiven Vergleich der beiden Zustände zu ermöglichen, bedarf es daher einer wissenschaftlich fundierten Bewertungsmethode, in der alle gewässerökologisch relevanten Aspekte berücksichtigt werden.

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Die gewässerökologische und landschaftliche Beurteilung von Referenzzustand und Situation mit SNP hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab: • Restwasserführung • Geschiebe- und Hochwasserdynamik • Lebensraumbedingungen (Habitate) und Durchgängigkeit (longitudinale Vernetzung) • Verbauungen und Ökomorphologie (vertikale und laterale Vernetzung) • Auen (laterale Vernetzung) • Wasserqualität (Nährstoffe, Trübung, Wassertemperatur, …) • Landschaftliche Aspekte • Grundwasserhaushalt. Im Vorfeld einer SNP muss einerseits das ökologische Minus bei Gewässerabschnitten mit geringerer Restwasserführung (verglichen mit dem Referenzzustand) bestimmt werden. Andererseits müssen ökologisch möglichst effiziente Aufwertungsmassnahmen abgeleitet und priorisiert werden. Daher bedarf es vorgängig umfassender Untersuchungen der Gewässer im SNP-Perimeter, wie: • Langjährige Messungen des Niedrigwassers, die für die Bestimmung der Restwassermengen im Referenzzustand nötig sind (z.B. BWU Mathez 2009 und 2010). • Dotierversuche (Abgabe von verschiedenen Restwassermengen an einer Fassung) liefern fundierte Erkenntnisse bezüglich Lebensraumbedingungen (Fliessgeschwindigkeit, Abflusstiefe, benetzte Breite), Durchgängigkeit und landschaftlicher Wirkung bei unterschiedlichen Dotierwassermengen (z.B. Sigmaplan 2010b und 2010c). • Ortsbegehungen und Befragungen von Ortskundigen, Fischern, Experten und Behördenvertretern sowie Luft-

•

bildanalysen und Erhebungen zur Ökomorphologie geben wichtige Hinweise zur Geschiebe- und Hochwasserdynamik, Verbauung, Auenanbindungen und zur Durchgängigkeit (z.B. Meyer et al. 2008a, 2008b und 2010, Döring 2010, Zeh Weismann et al. 2009, Hunziker, Zarn & Partner 2009, Service Conseil Zones Alluviales 2010). Die chemische und physikalische Untersuchung von Wasserproben zeigt mögliche Probleme der Wasserqualität auf (z.B. Graw & Berg 2004). Biologische Untersuchungen zur aquatischen Flora und Fauna sind zwingend, um sowohl die Stellen mit den grössten Defiziten als auch die Abschnitte mit

Anpassung der vom BAFU empfohlenen Bewertungsmethode Da sich die Schutz- und Nutzungsplanung im Oberhasli über ein sehr grosses Einzugsgebiet von rund 450 km2 erstreckt und insgesamt über 60 relativ homogene Gewässerabschnitte im SNP-Perimeter zu bewerten sind, bedarf es einer Anpassung der vom BAFU empfohlenen Methode (Basler & Partner 2005) an die örtlichen Gegebenheiten (Sigmaplan 2010d).

Tabelle 1. Ausgewählte Indikatoren und deren Gewichtung.

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

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Bild 1. Schematische Darstellung der ökologischen Bilanz für eine Schutz- und Nutzungsplanung. Auf der rechten Seite der Waage ist der Referenzzustand (Restwasserregelung nach Art. 31–33 GSchG ohne SNP) dargestellt und auf der linken Seite der Zustand «SNP». Äpfel symbolisieren Restwasserabgaben, Birnen weitere gewässerökologische Aufwertungen. Nähere Erklärungen siehe Kap. 1.

den bedeutendsten Potenzialen zu identifizieren. Ausserdem können weitere Rahmenbedingungen aufgezeigt werden wie z.B. das Vorkommen von seltenen und schützenswerten Arten (z.B. Limnex 2008, Büsser 2010). Das Büro Ernst Basler & Partner hat im Auftrag des BUWAL (heute BAFU) eine Methode entwickelt, mit der die ökologische Bilanzierung einer SNP durchgeführt werden kann (Basler & Partner 2005). Die Methode basiert auf insgesamt 12 detaillierten und in ihrer Erhebung teilweise aufwändigen Indikatoren zu den Themen Habitate, Abflussregime, Ökomorphologie, Wasserqualität und Grundwasser, welche für alle Gewässerabschnitte in einem SNP-Perimeter einzeln bewertet werden müssen. Entsprechend eignet sich diese Methode vor allem für kleinere bis mittlere Einzugsgebiete mit wenigen zu beurteilenden Flussabschnitten.

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2.1 Partizipativer Prozess Im Sommer 2009 wurde zu den Ausbauprojekten innerhalb des Investitionsprogramms KWO plus vom Kanton Bern eine breit abgestützte Begleitgruppe mit Vertretern der kantonalen Fachstellen, der Umweltschutzverbände, der Politik, der Region und der KWO eingeleitet (Schweizer et al. 2012a). Gemeinsam mit den kantonalen Fachstellen wurden folgende Punkte diskutiert und festgelegt:

•

Auswahl, Wertebereiche und Gewichtungen der Indikatoren (Tabelle 1 + 2) • Auswahl und Gewichtungsfaktoren der zu bewertenden homogenen Abschnitte (Tabelle 3) • Definition des SNP-Perimeters. Die angepasste Methodik wurde daran anschliessend mit Vertretern der Umweltschutzorganisationen besprochen und nochmals optimiert. Das partizipative Vorgehen bei der Methodenentwicklung hat eine grösst-

mögliche Transparenz gewährleistet und so dazu geführt, dass das Bilanzierungssystem von allen Beteiligten getragen wird. 2.2 Auswahl der Indikatoren Bei der Auswahl der Bewertungskriterien wurde darauf geachtet, dass sämtliche gewässerökologisch relevanten Aspekte für die ökologische Bilanzierung angemessen berücksichtigt werden. Insbesondere wurden Indikatoren ausgewählt und entwickelt, die Veränderungen in der gewäs-

Tabelle 2: Kurzbeschrieb der Indikatoren. Ein ausführlicher Beschrieb ist zu finden in Sigmaplan (2010d). * I1 Restwasser: Prozentangaben entsprechen dem Anteil an der Mindestwassermenge des Referenzzustands (Kap. 1). ** I3 Ökomorphologie: Verwendung des Modulstufenkonzepts Ökomorphologie Stufe F (Liechti et al. 1998, Hütte & Niederhauser 1998): Vergleich Referenzzustand (Kap. 1) mit Zustand nach Umsetzung einer Aufwertungsmassnahme oder mit Zustand bei geringerer Dotierung: Eine Verbesserung (resp. Verschlechterung) im Modulstufenkonzept um x Punkte führt zu einer Verbesserung (resp. Verschlechterung) um x Klassen im hier beschriebenen Bewertungssystem. + I4a Länge Auen & Ufervegetation: Bewertungsabschnitt = homogener Abschnitt siehe Kap. 1 und 2.3.; ++ I5b Maximale Tiefe, I5c Benetzte Breite, I5d Maximale Fliessgeschwindigkeit: Prozentangaben entsprechen dem Anteil verglichen mit der Situation beim Referenzzustand. Bei I5b ist die Situation bei Niedrigwasserabfluss, bei I5c und I5d die Situation beim mittleren Abfluss massgebend. 20

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Projekte KWO plus Tabelle 3. Verwendete Abschnittsgewichtungen. Ein ausführlicher Beschrieb ist zu finden in Sigmaplan (2010d). LSG = Landschaftsschutzgebiet, NSG = Naturschutzgebiet, BLN =Bundesinventar der Landschaften und Naturdenkmäler von nationaler Bedeutung. serökologischen Situation durch Mehrnutzungen (geringere Restwassermengen) oder Ausgleichsmassnahmen (wie z.B. höhere Dotierwassermengen oder Flussrevitalisierungen) gesamtheitlich erfassen. Zum Beispiel ändern sich die Lebensraumbedingungen wie Abflusstiefe und Fliessgeschwindigkeit direkt mit dem Abfluss oder mit Änderungen in der Flussmorphologie. Für die Auswahl und Entwicklung der Indikatoren diente die BAFU-Methode (Basler & Partner 2005) als Grundlage. Die in dieser Methode vorgeschlagenen Bewertungskriterien, die für den interessierenden SNP-Perimeter kaum oder gar nicht relevant sind, wurden nicht übernommen – z.B. ist die Wasserqualität in den von den Kraftwerken Oberhasli beeinflussten Gewässerabschnitten bereits heute sehr gut und wird sich bei einer Erhöhung der Restwassermengen nur unwesentlich verändern. Andere Indikatoren wurden an die Verhältnisse im Oberhasli angepasst, z.B. I2 «Hochwasser- und Geschiebedynamik». Die ausgewählten Indikatoren sind in Tabelle 1 dargestellt. Bei der Festlegung der Wertebereiche wurde die Systematik der BAFUMethode (Basler & Partner 2005) mit einem Malus-System (anhand von Belastungspunkten) übernommen: Jeder Indikator weist sechs Bewertungsklassen auf,

wobei Klasse 0 den besten und Klasse 5 den schlechtesten ökologischen Zustand beschreiben (Tabelle 2). Bei der Klasseneinteilung wurde so weit möglich auch auf die BAFU-Methodik (Basler & Partner 2005) zurückgegriffen. Jeder homogene Abschnitt im SNP-Perimeter (vgl. Kap. 2.3) wird anhand der Indikatoren aus Tabelle 2 bewertet. Der hydrologische Zustand wird jeweils für die Mitte eines Abschnitts berechnet und für die Indikatoren I1 und I5 verwendet. Die Indikatoren I2, I3, I4 und I6 werden über den ganzen Abschnitt bewertet. Die seitlichen Zuflüsse aus dem Zwischeneinzugsgebiet werden für die Indikatoren I1, I2, I5 und I6 mitberücksichtigt – bei den Indikatoren I3 und I4 spielen diese hingegen keine Rolle. Homogene Abschnitte und deren Gewichtungen Innerhalb des SNP-Perimeters (vgl. Kap. 1) werden alle von der Schutz- und Nutzungsplanung beeinflussten Fliessgewässer bestimmt, d.h. alle Restwasserstrecken und alle Abschnitte, wo Aufwertungsmassnahmen erfolgen. Die ausgewählten Fliessgewässer werden anschliessend in homogene Abschnitte unterteilt, die bezüglich Hydrologie, Morphologie, Ufervegetation und Gewässerfauna eine ähnliche Charak-

teristik aufweisen. Da sich die einzelnen homogenen Abschnitte hinsichtlich ihrer ökologischen Bedeutung z.T. deutlich unterscheiden (z.B. ein kleines Seitengewässer gegenüber einem Hauptgewässer im Tal), bedarf es noch einer Gewichtung der einzelnen Abschnitte. Diese Gewichtung erfolgt anhand der vier Kriterien, die in Tabelle 3 beschrieben sind. Aufgrund der hohen touristischen Nutzung des Oberhasli wurde im Vergleich zur BAFUMethode (Basler & Partner 2005) auch die landschaftliche Bedeutung eines Abschnitts (G4) für dessen Gewichtung mit aufgenommen. Die Gewichtungsfaktoren G1 «Natürlicher Mittlerer Abfluss» und G2 «Abschnittslänge» sind ausgehend von der BAFU-Methode leicht angepasst worden, G3 «Ökologisches Potenzial» wurde konkretisiert.

2.3

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2.4

Durchführung der Gesamtbewertung Nachdem alle von einer SNP beeinflussten Gewässerabschnitte definiert sind, werden die beiden Zustände «Referenzzustand» (Restwasserregelung nach Art. 31–33 GSchG ohne SNP) und «Zustand SNP» (vgl. Kap. 1) bewertet. Für den Referenzzustand werden zuerst die an sich vorgeschriebenen Dotierwassermengen bestimmt (nach den in 21

Projekte KWO plus Tabelle 4a. Beispiel der Bewertung eines Abschnitts mit einer «Mehrnutzung» (Bild 2a): Hasliaare unterhalb vom Grimselsee bis zum Räterichsbodensee ohne Dotierung aber mit Berücksichtigung der Zuflüsse aus dem Zwischeneinzugsgebiet (60 l/s). Da der Abschnitt bereits heute einer «Mehrnutzung» unterworfen ist (keine Restwasserabgabe) wird und im Rahmen der SNP auf diesem Abschnitt keine Massnahmen geplant sind, entspricht der Zustand mit SNP dem heutigen Zustand. * = Aufgrund der verschieden starken Gewichtungen der einzelnen Abschnitte hat deren Bewertung einen unterschiedlich grossen Einfluss auf das Gesamtergebnis. Deshalb wird die anhand der Indikatoren durchgeführte Abschnittsbewertung mit der Abschnittsgewichtung bereinigt (weitere Erläuterungen in Kap. 2.6). Kap. 1 erwähnten Vorgaben der Art. 31–33 GSchG) und mit diesen Abflusswerten die gewässerökologische Situation in jedem homogenen Abschnitt anhand der Indikatoren I1 bis I6 bewertet (Kap. 2.2). Dabei gehen die Indikatoren mit den in Tabelle 1 angegebenen Gewichtungen in die Gesamtbewertung eines Abschnitts ein. Für den Referenzzustand nehmen die Indikatoren I1, I3, I4 und I5 automatisch die Klasse 2 an, während die Indikatoren I2 und I6 Werte von Klasse 0 bis 5 einnehmen können. Nachdem alle homogenen 22

Abschnitte bewertet sind, wird anhand der Abschnittsgewichtungen (Kap. 2.3) der Durchschnittswert über alle Abschnitte ermittelt. Für den Zustand SNP wird entsprechend dem Referenzzustand vorgegangen, nur dass hier die geänderten Rahmenbedingungen hinsichtlich Dotierwassermengen und sonstigen Aufwertungsmassnahmen bewertet werden. Auch hier wird wieder der Mittelwert über alle Abschnitte bestimmt. Der Vergleich der beiden Durch-

schnittswerte von Referenzzustand und SNP ermöglicht eine sachliche Abwägung, ob mit einer SNP eine positive ökologische Bilanz vorliegt. Da bei der Anwendung der Indikatoren eine nicht zu vernachlässigende Unsicherheit bzgl. der vorhandenen Daten und bzgl. qualitativer Beurteilungen besteht, sollte eine Verbesserung des ökologischen Gesamtzustands um mindestens 5% angestrebt werden. Häufig sind vorgeschlagene Ersatzmassnahmen zum Zeitpunkt der Eingabe wegen fehlendem Landbesitz und/

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Projekte KWO plus Tabelle 4b. Beispiel der Bewertung eines Abschnitts mit einem «Mehrschutz»: Steinwasser mit Dotierung und Flussrevitalisierung im Bereich Obermad (Bild 2b). * = Aufgrund der verschieden starken Gewichtungen der einzelnen Abschnitte hat deren Bewertung einen unterschiedlich grossen Einfluss auf das Gesamtergebnis. Deshalb wird die anhand der Indikatoren durchgeführte Abschnittsbewertung mit der Abschnittsgewichtung bereinigt (weitere Erläuterungen in Kap. 2.6). oder fehlender Genehmigungen noch nicht völlig gesichert. Damit trotzdem eine SNP durchgeführt und zeitnah eingereicht werden kann, hat sich im Oberhasli die

Sammlung von weiteren (bereits bewerteten) Massnahmen in einem Reservepool bewährt. Dieses Vorgehen wurde mit den zuständigen Ämtern abgesprochen.

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Prinzipiell können mit dieser Methode nicht nur der Referenz- und der SNP-Zustand bewertet werden sondern auch weitere ökologische Situationen wie 23

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z.B. der Ist-Zustand, mögliche Szenarien einer Restwassersanierung nach Art. 80ff. GSchG (Broder et al. 2000) oder kantonale Gewässerplanungen. 2.5 Prinzip Ökopunkte Der Nachweis einer positiven ökologischen Bilanz kann sowohl mit einer (gewichteten) Mittelwertbildung über alle Abschnitte (Kap. 2.4) als auch über Ökopunkte erbracht werden. Dafür wird zusätzlich zu den Bewertungen aus Kap. 2.4 auch der Ist-Zustand für alle zu bewertenden Abschnitte bestimmt. Für jeden Abschnitt ergibt die Differenz zwischen der Bewertung des IstZustands und dem Referenzzustand die «ökologische Schuld» in Form von (negativen oder zu erbringenden) Ökopunkten. Die Summe aller negativen Ökopunkte ergibt dann das Niveau, das mit Dotierungen und weiteren gewässerökologischen Ausgleichsmassnahmen mindestens erreicht werden muss, damit die ökologische Bilanz positiv ausfällt. Für den Zustand SNP wird entsprechend dem Referenzzustand vorgegangen, nur dass in diesem Fall die geänderten Rahmenbedingungen hinsichtlich Dotierwassermengen und sonstigen SNP-Massnahmen bewertet werden. Auch hier wird dann für jeden Abschnitt die Differenz zwischen dem Zustand mit den SNP-Massnahmen und der Bewertung des Ist-Zustands berechnet. Diese Differenzen entsprechen den positiven Ökopunkten, die dem Ausgleich der «ökologischen Schuld» dienen. Die Bewertung einzelner SNPMassnahmen anhand von Ökopunkten

Bild 2a. Abschnitt Hasliaare unterhalb Grimselsee ohne Dotierung. 24

hängt von der Anzahl der Massnahmen in einem homogenen Gewässerabschnitt (Kap. 2.3) und der Anzahl der durch eine Massnahme beeinflussten Abschnitte ab. Es können z.B. mehrere (kombinierte und aufeinander abgestimmte) Massnahmen wie Dotierungen und Flussrevitalisierungen in einem Abschnitt geplant sein oder eine Massnahme beeinflusst mehrere Abschnitte (z.B. eine Dotierung kann sich auf mehrere flussabwärtsgelegene Abschnitte auswirken oder eine Auenrevitalisierung erstreckt sich über mehrere Abschnitte). Im einfachsten Fall wird ein Abschnitt von genau einer Massnahme beeinflusst und diese Massnahme erstreckt sich auch nur auf diesen einen Abschnitt. Dann entspricht die Differenz aus den Bewertungen mit Realisierung der Massnahme (Zustand SNP) und dem Ist-Zustand dem Wert der Massnahme dargestellt in Form von Ökopunkten. Sind mehrere Massnahmen in einem Abschnitt vorgesehen, wird die ökologische Verbesserung aller Massnahmen bei der Abschnittsbewertung berücksichtigt. Anschliessend muss die Differenz zum Ist-Zustand (also die erhaltenen Ökopunkte) auf die verschiedenen Massnahmen aufgeteilt werden. Da häufig Synergieeffekte zu erwarten sind bzw. angestrebt werden, sollte die Aufteilung der Ökopunkte auf die einzelnen Massnahmen durch Experten abgeschätzt werden. 2.6 Anwendungsbeispiele Die Tabellen 4a und 4b erläutern anhand eines Abschnitts mit «Mehrnutzung» (Aare unterhalb vom Grimselsee bis zum Räterichsbodensee ohne Dotierung, Tabelle 4a) und eines Abschnitts mit «Mehrschutz»

(Steinwasser mit Dotierung und Flussrevitalisierung, Tabelle 4b) beispielhaft die Anwendung des Bewertungssystems. Die jeweiligen homogenen Abschnitte werden anhand der Gewichtungsfaktoren in der Gesamtbewertung unterschiedlich stark berücksichtigt (Kap. 2.3). Dies führt dazu, dass eine Aufwertungsmassnahme in einem Abschnitt mit hoher ökologischer und landschaftlicher Bedeutung (und damit mit einer vergleichsweise hohen Abschnittsgewichtung) stärker im Gesamtergebnis berücksichtigt wird, als wenn die gleiche Massnahme in einem ökologisch weniger bedeutsamen Abschnitt umgesetzt wird. Ökologisch lässt sich dies begründen, da im ersten Fall ein höheres ökologisches Verbesserungspotenzial vorliegt und so die gleiche Massnahme dort eine höhere ökologische Wirkung erzielen wird. In Tabelle 4a und 4b wird die Abschnittsbewertung jeweils in drei Schritten durchgeführt: 1. Der jeweilige Gewässerabschnitt wird anhand aller sechs Indikatoren bewertet und daraus der Mittelwert gebildet (Zeile «Gewichteter Mittelwert I1I6»). 2. Daran anschliessend wird die Gewichtung des Abschnitts bestimmt (Zeile «Gewichteter Durchschnitt der Abschnittsgewichte G1–G4»). 3. Die Verknüpfung der Ergebnisse von Schritt 1 und 2 ergibt die endgültige Abschnittsbewertung (Zeile «Mit Abschnittsgewichtung bereinigte Abschnittsbewertung*»). Prinzipiell verstärken Abschnitte mit einem hohem Gewicht (vgl. Schritt 2) die absolute

Bild 2b. Lage der künftigen Aue Obermad. Das Steinwasser verläuft links oben im Foto. Foto Dr. H.P. Tscholl. «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

in diesem Abschnitt insgesamt ein Plus an 1.6 Ökopunkte verglichen mit dem Referenzzustand. Diese 1.6 Ökopunkte stehen für einen ökologischen Ausgleich an anderer Stelle zur Verfügung. Da die Neuschaffung der Auenlandschaft «Obermad» das Niveau einer Aue von «Nationaler Bedeutung» (Thielen et al. 2002) anstrebt und auch die landschaftliche Attraktion gesteigert wird, erhöhen sich in diesem Beispiel die Abschnittsgewichtungsfaktoren G3 und G4, d.h. dieser Abschnitt wird im Zustand SNP etwas stärker gewichtet als im Referenzund Ist-Zustand. 3.

Anwendung der Methode im Oberhasli Durchführung der Bewertung Die Bewertung wurde von der Sigmaplan AG gemeinsam mit der Abteilung Gewässerökologie von der KWO bei jedem Abschnitt vor Ort durchgeführt. Neben Feldbeobachtungen stützte sich die Bewertung auf Fachberichte, vorhandene Messdaten, Inventare und Expertenbefragungen ab. Anwendungsbereiche der Methode Das KWO plus Ausbauprojekt «Vergrösserung Grimselsee» bedingt eine neue Wasserentnahmebewilligung für einzelne bestehende Fassungen und damit eine umfassende Neubeurteilung der Restwassersituation. Für diese Neubeurteilung wurde eine formale SNP erstellt.

Gleichzeitig wurde sich im Begleitgruppenprozess darauf verständigt, die hier beschriebene Methode auch als Bewertungsinstrument für die Restwassersanierung nach Art. 80 GSchG und die gewässerökologischen Massnahmen in Zusammenhang mit den übrigen zwei Ausbauprojekten «Tandem» und «Grimsel 3» anzuwenden. Für diese beiden Ausbauprojekte ist keine neue Wasserentnahmebewilligung erforderlich. Alle drei Ausbauprojekte «Vergrösserung Grimselsee», «Tandem» und «Grimsel 3» sind in Schweizer et al. 2012a kurz beschrieben. Insgesamt wurden mit der hier beschriebenen Methode sechs verschiedene Zustände bewertet: • Ist-Zustand (1) • Referenzzustand (2) • Zustand nach Umsetzung der Restwassersanierung (Schweizer & Zeh Weissmann 2011) (3) • Zustand mit Massnahmen im Rahmen der Restwassersanierung und der KWO plus Ausbauprojekte «Tandem» und «Grimsel 3» (4) • Zustand «Gesamtbilanz KWO plus» mit Massnahmen im Rahmen der Restwassersanierung und der KWO plus Ausbauprojekte «Tandem», «Grimsel 3» und «Vergrösserung Grimselsee» (5) • Zustand «SNP Vergrösserung Grimselsee» (6)

Bild 3. Homogene Abschnitte im Perimeter Gesamtbilanz KWO plus. Die gewässerökologische Gewichtung entspricht der Zusammenfassung der Gewichtungsfaktoren G1= Mittlerer natürlicher Abfluss, G2 = Abschnittslänge, G3 = Ökologisches Potenzial und G4 = Landschaftliche Bedeutung (vgl. Kap. 2.3). Die violette Linie kennzeichnet den Betrachtungsperimeter.

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Bewertung (Schritt 1) sowohl in die positive als auch in die negative Richtung – schwach gewichtete Flussstrecken dämpfen hingegen die Abschnittsbewertung. Im ersten Beispiel (Tabelle 4a) wird der Abschnitt unterhalb des Grimselsees anhand der Indikatoren für den Ist-Zustand, den Referenzzustand und den Zustand SNP bewertet. Da in diesem Abschnitt beim Zustand SNP keinerlei Veränderungen zum heutigen Zustand vorgesehen sind (keine Restwasserabgabe und keine anderen Ausgleichsmassnahmen), werden beide Zustände identisch mit 3.7 bewertet. Aufgrund höherer Restwassermengen schneidet der Referenzzustand mit 2.1 deutlich besser ab. Wird in einem zweiten Schritt auch die Gewichtung (Bedeutung) des Abschnitts mitberücksichtigt, zeigt sich, dass es sich bei dieser Fliessstrecke vor allem bezüglich mittlerem natürlichem Abfluss (G1) und ökologischem Potenzial (G3) um einen relativ bedeutenden Abschnitt handelt. Dementsprechend verändern sich die Bewertungen für die verschiedenen Situationen: 4.8 für Ist- und SNP-Zustand sowie 2.8 für den Referenzzustand. Daraus resultiert eine Differenz von SNP- zum Referenzzustand von 2.0. Diese bereinigte Differenz entspricht 2.0 Ökopunkten, die durch gleichwertige ökologische Verbesserungen andernorts ausgeglichen werden muss. Im zweiten Beispiel (Tabelle 4b) wird ein Abschnitt mit einem «Mehrschutz» bewertet. Die Restwassermenge (185 l/s von 190 l/s) beim Zustand SNP entspricht in diesem Fall etwa den Vorgaben des Referenzzustands. Mit einer grossflächigen Auen- und Flussrevitalisierung «Obermad» können starke Verbesserungen hinsichtlich Ökomorphologie (Indikator 3), Auen (Indikator 4), Durchgängigkeit (Indikator 5a), aquatischer Lebensräume (Indikatoren 5b bis 5d) und der landschaftlichen Wirkung (Indikatoren 6) erzielt werden. Dies schlägt sich bei der Gesamtbewertung ohne Berücksichtigung der Abschnittsgewichte mit Werten von 3.3 (Ist-Zustand), 2.2 (Referenzzustand) und 0.8 (Zustand SNP) nieder. Die Abschnittgewichtung bewirkt auch hier eine Verschiebung der Bewertungen für die einzelnen Zustände. Für den Zustand SNP resultiert eine positive Bilanz gegenüber dem Ist-Zustand von 2.4 Punkten. Allerdings liegt in diesem Abschnitt wegen heute fehlender Restwasserabgabe ein ökologisches Defizit von 0.8 Punkten (Ist-Zustand 2.8 minus Referenzzustand 2.0) vor. Dementsprechend bewirkt die Auenrevitalisierung «Obermad»

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Die Zustände (1) bis (4) spielten eine entscheidende Rolle im Begleitgruppenprozess zu den KWO plus Ausbauprojekten «Tandem» und «Grimsel 3». Diese beiden Ausbauprojekte haben ausschliesslich einen Einfluss auf die gewässerökologische Situation im Aaretal. Es konnte gezeigt werden, dass die ökologischen Massnahmen von Restwassersanierung, «Tandem» und «Grimsel 3» wertmässig dem entsprechen, was für eine Neukonzessionierung der Wasserkraftnutzung im Aaretal erforderlich wäre (Schweizer et al. 2012a). Kommen die gewässerökologischen Ausgleichsmassnahmen zur Vergrösserung des Grimselsees zusätzlich hinzu (Zustand 5), wird das Niveau einer Neukonzessionierung der gesamten KWO (Aaretal und Gadmertal) erreicht. Zustand (6) entspricht der formalen SNP zur Vergrösserung des Grimselsees. Aus Übersichtlichkeitsgründen wird hier nur auf den Ist-Zustand (1), den Referenzzustand (2) und den Zustand mit Massnahmen im Rahmen der Restwassersanierung und aller KWO plus Projekte (Zustand 5, im folgenden «Zustand Gesamtbilanz KWO plus» genannt) näher eingegangen. Bei den Massnahmen für den Zustand Gesamtbilanz KWO plus handelt es sich um Restwasserabgaben, Fassungsaufgaben, Fluss- und Auenrevitalisierungen, künftige Nutzungsverzichte sowie Massnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit, des Geschiebehaushalts und der landschaftlichen Wirkung (Sigmaplan 2010a und 2010e, Schweizer et al. 2012b). Perimeter für Gesamtbilanz KWO plus Die Festlegung des Perimeters (Bild 3) orientierte sich an den hydrologischen und topographischen Gegebenheiten im Oberhasli. Zusätzlich zum Einzugsgebiet der KWO wurde auch das Aaretal zwischen Innertkirchen (Wasserrückgabe) und dem Brienzersee mit aufgenommen, da die Aare in diesem Bereich durch künstliche Pegelschwankungen (Schwall/Sunk) vom Kraftwerksbetrieb beeinflusst wird. Abschnittsgewichte Insgesamt wurden im Perimeter 62 homogene Abschnitte ausgewiesen. Die Verteilung der Abschnittsgewichte (Kap. 2.3) ist für die Kriterien G1 «Mittlerer natürlicher Abfluss» und G2 «Länge des Abschnitts» relativ gut ausgeglichen (Bild 4). Für die Gewichte G3 «Ökologisches Potenzial» und G4 «Landschaftliche Bedeutung» ist jeweils die Klasse 5 etwas weniger häufig vertreten. Dies lässt sich auf die je26

Bild 4. Häufigkeitsverteilung der Abschnittsgewichtungen. G1 = Abschnittslänge, G2 = Mittlerer natürlicher Abfluss, G3 = Ökologisches Potenzial und G4 = Landschaftliche Bedeutung (Mittelwert aus G4a–G4c) – dargestellt in Form von Histogrammen. weils strenge Definition der Klasse 5 (Tabelle 3) zurückführen. Die Verteilung der Abschnittsgewichte bestätigt insgesamt eine ausgewogene und zielgerechte Wahl der Klassengrenzen. Indikatoren Für die Indikatoren 1, 2 und 6 wurden alle Bewertungsklassen vergeben, bei den Indikatoren 3, 4 und 5 wurde nur die schlechteste Bewertungsklasse nicht belegt (Bild 5). Wenn berücksichtigt wird, dass die Klassengrenzen der Indikatoren vor der Durchführung der Bewertung bereits definiert werden mussten, ist deren Festlegung sehr gut an die Gegebenheiten im Oberhasli angepasst. Ausserdem zeigt der Vergleich zwischen den einzelnen Zuständen (Ist-Zustand, Referenzzustand und Zustand Gesamtbilanz KWO plus), dass jeder Indikator mit einer signifikanten Sensitivität auf die unterschiedlichen Zustände reagiert, am empfindlichsten sprechen dabei die Indikatoren I1 «Restwasser» und I5 «Aquatische Habitate» an. Die Indikatoren I1, I3, I4 und I5 zeigen teilweise ein ähnliches Muster. Dies lässt sich einerseits darauf zurückführen, dass die Restwassermenge (I1) die Aquatischen Habitate (I5) direkt beeinflusst. Und anderseits, dass Fluss- und Auenrevitalisierungen (I4)

auch eine Verbesserung der ökomorphologischen Situation (I3) mit sich ziehen sowie eine höhere Qualität der aquatischen Habitate (I5) begünstigen. Gesamtbewertung mit Abschnittsgewichtung Bei der Gesamtbewertung anhand der Indikatoren (Tabelle 2) unter Berücksichtigung der Abschnittsgewichtungen (Tabelle 3 und Kap. 2.6) ergibt sich für den heutigen Zustand eine mittlere Bewertung von 2.81, für den Referenzzustand 2.27 und für den Zustand Gesamtbilanz KWO plus 2.15. In Ökopunkten sind dies: • 0 Ökopunkte für den Ist-Zustand, • 26.2 Ökopunkte für den Referenzzustand (Zustand, der erreicht werden müsste, wenn die gesamten Anlagen der KWO im Aare- und Gadmertal neukonzessioniert würden), • 29.3 Ökopunkte für den Zustand Gesamtbilanz KWO plus. Sensitivitätsanalyse Es wurde sowohl für die Gewichtung der einzelnen Indikatoren (Tabelle 1) als auch für die Gewichtungsfaktoren der Abschnitte (Tabelle 3) eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt (Sigmaplan 2010d). Dafür wurden die einzelnen Gewichtungen

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Projekte KWO plus Bild 5. Häufigkeitsverteilung der vergebenen Indikatorbewertungen für den Ist-Zustand, den Referenzzustand und den Zustand Gesamtbilanz KWO plus – dargestellt in Histogrammen. I1 = Indikator Restwasser, I2 = Indikator Hochwasser- und Geschiebedynamik (Mittelwert aus I2a und I2b), I3 = Ökomorphologie, I4 = Auen und Ufervegetation (Mittelwert aus I4a und I4b), I5 = Aquatische Habitate (Mittelwert aus I5a–I5d), I6 = Landschaft (Mittelwert I6a–I6c). von 0% bis 100% variiert. Nur beim Indikator 1 «Restwasser» wurde die ökologische Bilanz negativ, sobald dieser Indikator mit mehr als 80% gewichtet wurde. Ansonsten zeigten alle weiteren Variationen der Gewichtungsfaktoren sowohl für die Indikatoren I2 bis I6 als auch für die Abschnittsgewichte G1 bis G4 stets eine positive Bilanz. Auf Anregung der Umweltschutzverbände wurde eine zusätzliche Sensitivitätsanalyse mit einer feineren Auflösung der Bewertungsklassen für den Indikator I1 sowie für die Abschnittsgewichte G1 und G2 durchgeführt (Sigmaplan 2011): Anstelle mit ganzen Klassenwerten wurde nun auf Zehntel genau bewertet, indem zwischen den Klassengrenzen interpoliert wurde: z.B. für I1 wurde eine Restwassermenge von 90% mit 2.3 anstelle mit 2 bewertet. Für die anderen Indikatoren und Abschnittsgewichtungen ist eine Auflösung auf Zehntel-Klassen aus methodischen Gründen (vgl. Tabellen 2 und 3) nicht möglich. Auch bezüglich dieser Mo-

difikation zeigte sich das Gesamtergebnis robust mit einer stets deutlich positiven Gesamtbilanz. Plausibilisierung der Bewertungen mit Direktvergleich Insgesamt zeigen sowohl die Bewertungen der mehrgenutzten Gewässerabschnitte als auch die Bewertung von Ausgleichsmassnahmen nachvollziehbare Ergebnisse. Die ausgewogene Bewertung wurde anhand eines Direktvergleichs von Abschnitten mit einer «Mehrnutzung» sowie Abschnitten mit einem «Mehrschutz» anschaulich belegt (Sigmaplan 2010d) und durch die Mitglieder der Begleitgruppen bestätigt. Nicht berücksichtigte Aspekte Keine Berücksichtigung bei der Bewertung fand die Unterscheidung, ob mit klarem oder trübem Gletscherwasser dotiert wird, obwohl gewässerökologische Untersuchungen einen positiven Einfluss von ganzjährig klarer Wasserführung auf

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die ökologische Situation in der Hasliaare nachgewiesen haben (Schweizer et al. 2010). Da es sich hier um eine künstliche Verbesserung des Ausgangszustands handelt (die Aare würde ohne Nutzung trübes Wasser im Sommer führen), ging dieser Umstand nicht in die Bewertung ein. Ausserdem wurde die mit dem geplanten Beruhigungsbecken in Innertkirchen einhergehende Verbesserung (Schweizer et al. 2008) in der Schwallstrecke nicht berücksichtigt, da mit der im Jahr 2011 in Kraft getretenen Revision des GSchG keine Zusätzlichkeit mehr vorliegt. 4. Methodenkritik Prinzipiell verbleibt bei ökologischen Bewertungen stets eine gewisse Ungenauigkeit, da nicht jeder Aspekt detailliert gemessen und bilanziert werden kann. Deshalb müssen auch bei der Anwendung dieser Methodik an bestimmten Stellen Beurteilungen durch Experten die auftretenden Lücken füllen. 27

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Ein Direktvergleich zwischen den Abschnitten mit einer «Mehrnutzung» und Abschnitten mit gewässerökologischen Aufwertungsmassnahmen kann die Resultate der ökologischen Bilanzierung plausibilisieren. Dies kann anhand von Fotos und mit Angaben zur gewässerökologischen Bedeutung der jeweiligen Abschnitte erfolgen. Grundsätzlich ist eine gewässerökologische Gesamtbewertung äusserst vielschichtig, da verschiedene Aspekte berücksichtigt und auch gewichtet werden müssen. Dies spiegelt sich in der nicht geringen Anzahl der zu bewertenden Indikatoren und einer gewissen Komplexität in der Methodik wider. Da es sich bei Schutzund Nutzungsplanungen aber in der Regel um grössere Projekte mit einem hohen gesellschaftlichen Interesse handelt, ist der hier beschriebene Aufwand gerechtfertigt. Ausgehend von der weit komplexeren BAFU-Bewertungsmethode (Basler & Partner 2005) wurden bei dieser Methode nur relevante Indikatoren berücksichtigt, um den immer noch beträchtlichen Aufwand soweit als möglich zu minimieren. Sowohl die Auswahl als auch die genaue Definition (Festlegung der Bewertungsklassen) und Gewichtung der Indikatoren wurde gemeinsam mit den Experten der kantonalen Ämter und der Umweltschutzverbände festgelegt (Kap.2.1), da dies einen wesentlichen Einfluss auf die Gesamtbewertung hat. Allerdings kann eine geringfügige Redundanz der Indikatoren auftreten. Dies ist auf die Komplexität bei einer gewässerökologischen Bewertung zurückzuführen und wird durch eine angepasste Indikatorengewichtung berücksichtigt. Da im Gegensatz zu den Messgrössen der BAFU-Methode (Basler & Partner 2005) keine hydraulischen Modellierungen nötig sind, reduziert sich der Aufwand für die Erhebung und Auswertung der hier beschriebenen Indikatoren beträchtlich, ohne allerdings die gewässerökologische Aussagekraft signifikant zu verringern. 5. Diskussion und Fazit Gemeinsam mit Vertretern der kantonalen Fachstellen und der Umweltschutzorganisationen wurde die BAFU-Bewertungsmethode für Schutz- und Nutzungsplanungen bei Neukonzessionierungen (Basler & Partner 2005) angepasst, erweitert und im Oberhasli für die KWO plus Projekte und die Restwassersanierung der KWO erfolgreich angewendet. Der Einbezug aller Beteiligten bei der Methodenentwick28

lung gewährleistete eine grösstmögliche Transparenz, die vor allem bei «sensiblen» Ausbauprojekten sehr wichtig und für eine erfolgreiche Lösungsfindung entscheidend sein kann (Schweizer et al. 2012a). Die durchgeführten Sensitivitätsanalysen (Kap. 3) haben die Robustheit der Methode nachgewiesen und so zu einer sehr hohen Akzeptanz von allen Beteiligten geführt. Die Bewertungsmethode deckt alle gewässerökologisch relevanten Aspekte ab, die bei der SNP im Oberhasli zu berücksichtigen sind. Es werden nur Indikatoren angewendet, die sensitiv auf gewässerökologische Massnahmen reagieren und deren Bewertungen sowohl für den heutigen Zustand möglich als auch für künftige Zustände (Realisierung von Aufwertungsmassnahmen) vorhersagbar sind. Das Indikatoren-Set ist so ausgewählt, dass es auch Synergien von Massnahmen (wie z.B. eine Kombination von Restwassererhöhung und Flussrevitalisierung) berücksichtigt und entsprechend bewertet. In der Fachliteratur sind verschiedene Bewertungsmethoden (z.B. Graw et al. 2004, Liechti et al. 1998, Pfaundler et al. 2011) beschrieben, die allerdings einer anderen Zielsetzung folgen. Deshalb werden bei diesen Methoden nicht alle oben genannten Kriterien erfüllt, und sie sind daher für den Einsatz bei der SNP im Oberhasli eher ungeeignet. Zusätzlich erlaubt diese Methodik prinzipiell die Bewertung verschiedener Zustände (Kap. 3), wie z.B. den Zustand nach Ausführung der Gewässersanierung oder den Zustand bei einer Teilrealisierung von KWO plus, z.B. der Ausbauprojekte «Tandem» und «Grimsel 3». Generell eignet sich diese Bewertungsmethode auch für Schutz- und Nutzungsplanungen in anderen Einzugsgebieten oder bei anderen komplexen Fragestellungen (regionale oder kantonale Gewässerplanungen). Allerdings muss bei einer Übertragung der Methode das hier verwendete Indikatoren-Set u.U. angepasst werden. Der Einbezug aller Beteiligten bei der endgültigen Festlegung der Methodik (Auswahl, Definition und Gewichtung der Indikatoren) ist in jedem Fall empfehlenswert. Auf Basis der zahlreichen gewässerökologischen Untersuchungen (Schweizer et al. 2010) konnten viele wirkungsvolle gewässerökologische Aufwertungsmassnahmen abgeleitet und entwickelt werden (Sigmaplan 2010e). Mit Hilfe der Bewertungsmethode konnten diese dann relativ objektiv beurteilt und bei den Verhandlungen priorisiert werden. Dadurch konn-

ten die Gespräche über Umfang und Auswahl von Massnahmen sehr sachlich und lösungsorientiert geführt werden (Schweizer et al. 2012a). Trotz komplexer Fragestellungen, sehr grossem Perimeter und einer schwierigen Vorgeschichte, wurde die Bewertungsmethode erfolgreich angewendet (Sigmaplan 2010a), von allen Beteiligten akzeptiert und konnte zum Verhandlungserfolg beim Begleitgruppenprozess KWO plus massgeblich beitragen. Danksagung Ein grosser Dank gebührt Dr. L. Vetterli (Pro Natura), Dr. M. Meyer (BKFV), U. Eichenberger (Grimselverein), H. Zybach, K. Zumbrunn (beide Fischereiverein Oberhasli), W. Brog (Gemeinde Innertkirchen), H. Habegger (Amt für Wasser und Abfall), Dr. M. Graf (Abteilung für Naturförderung), Dr. M. Zeh (Gewässer- und Bodenschutzlabor), W. Müller (Fischereiinspektorat), N. Hählen (Tiefbauamt), F. Weber (Amt für Gemeinden und Raumordnung), I. Schmidli (vorher Amt für Wasser und Abfall, jetzt Bundesamt für Umwelt) und B. Oppeliguer (Amt für Wasser und Abfall) für die fachlichen Diskussionen und die damit verbundenen Qualitätssteigerungen bei der ökologischen Bewertungsmethode. Für die wertvollen Anmerkungen und für das kritische Durchlesen möchten sich die Autoren zudem bei M. Kummer (Bundesamt für Umwelt), A. Keiser (Sigmaplan), C. Mathez (BWU), S. Jenni (Advokatur Jost Stämpfli Messerli Streit Jaun) sowie Dr. H.P. Tscholl, D. Fischlin, M. Meyer, R. Borrmann und S. Schläppi (alle KWO) sowie für die Kartengestaltung bei A. Bertiller (Sigmaplan) in aller Form bedanken.

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Gewässerökologische

Projekte KWO plus

verschiedenen KWO-Fassungen im Winter-

Projekte KWO plus

Gewässerökologische Aufwertungen im Rahmen der Restwassersanierung und der Ausbauvorhaben an der Grimsel Schweizer Steffen, Matthias Meyer, Thomas Wagner, Heiko Zeh Weissmann

Zusammenfassung Im Rahmen der Restwassersanierung und der drei Hauptprojekte des aktuellen Investitionsprogramms KWO plus werden verschiedene gewässerökologische Aufwertungen im Oberhasli realisiert. Insgesamt sind Restwasserdotierungen an zwölf Fassungen geplant, acht Auen- und Flussrevitalisierungen, vier Massnahmen zur Verbesserung der Längsvernetzung für Fische, eine Massnahme zur Verbesserung des Geschiebehaushalts, zwei Fassungsaufgaben, drei Verzichte auf künftige Nutzungen und eine landschaftliche Aufwertung. Das Gesamtkonzept stützt sich auf zahlreiche gewässerökologische Untersuchungen und einer gemeinsam mit den kantonalen Fachstellen, den beteiligten Umweltschutzorganisationen, dem Büro Sigmaplan und der KWO entwickelten ökologischen Bewertungsmethode ab. Das Massnahmenpaket zur Restwassersanierung und zu zwei Hauptprojekten von KWO plus («Tandem» und «Grimsel 3») wurde in Zusammenarbeit mit den kantonalen Fachstellen, den Umweltschutzorganisationen und der KWO erarbeitet. Die Ausgleichsmassnahmen im Rahmen der «Vergrösserung des Grimselsees» wurden von den kantonalen Fachstellen und der KWO festgelegt. Alle hier beschriebenen Massnahmen beziehen sich auf den Stand vom Sommer 2010, als sich Umweltschutzorganisationen, Fachstellen und die KWO auf Ausgleichsmassnahmen im Rahmen von Restwassersanierung, «Tandem» und «Grimsel 3» offiziell geeinigt haben. Die einzelnen Aufwertungsmassnahmen wurden so aufeinander abgestimmt, dass künftig möglichst viele Synergien genutzt werden können und ein möglichst grosser ökologischer Gewinn resultiert. Gleichzeitig wurden aber auch die betrieblichen, wirtschaftlichen sowie klima- und energiepolitischen Rahmenbedingungen mitberücksichtigt, so dass mit vertretbaren Produktionseinbussen eine ganzheitliche und sinnvolle Aufwertung der gewässerökologischen Situation im Oberhasli erreicht wird.

1. Ausgangslage Die Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) ist Inhaberin einer Konzession für die Nutzbarmachung der Wasserkräfte im Oberhasli (oberhalb von Innertkirchen). Die Konzession datiert vom 12. Januar 1962 und wurde für eine Dauer von 80 Jahren verliehen. Gestützt auf das entsprechende Wasserkraftrecht betreibt die KWO im 450 km2 grossen Einzugsgebiet insgesamt 27 Wasserfassungen und produziert in neun Kraftwerken mit total 1125 MW Leistung durchschnittlich 2300 GWh Energie pro Jahr (inklusive rund 700 GWh/a Pumpspeicherung). Anfang des neuen Jahrtausends begann die KWO mit der Planung von diversen Ausbauvorhaben, die unter dem Namen «KWO plus» zusammengefasst werden. Hauptprojekte des entspre30

chenden Investitionsprogramms sind das Ausbauvorhaben «Tandem» (Aufwertung der Kraftwerke Handeck 2 und Innertkirchen 1 durch Steigerung der in diesen beiden Zentralen installierten Turbinenleistung um insgesamt 280 MW sowie der Vergrösserung der Jahresproduktion um 70 GWh, ohne zusätzliches Wasser zu nutzen), das Pumpspeicherwerk «Grimsel 3» (Bau eines neuen unterirdischen Umwälzwerks zwischen dem Oberaar- und dem Räterichsbodensee mit einer Gesamtleistung von 660 MW) sowie die Vergrösserung Grimselsee (Steigerung der heutigen Speicherkapazität von 95 Mio. m3 auf 170 Mio. m3 durch Erhöhung der beiden Talsperren Spitellamm und Seeuferegg um je 23 m). Im Sommer 2009 wurde ein breit abgestützter Begleitgruppenprozess be-

gonnen (Schweizer et al. 2012a), um eine einvernehmliche Lösung zu diesem Investitionsprogramm zu finden. Unter der Leitung des Kantons Bern (Regierungsrätin Barbara Egger-Jenzer) nahmen daran Vertreter • der kantonalen Ämter, • der Umweltschutzorganisationen, • des lokalen Fischereivereins und des kantonalen Fischereiverbands (BKFV), • der Region, • der politischen Parteien und • der KWO teil. Bereits zu Beginn des Begleitgruppenprozesses wurde festgelegt, dass mit den Umweltschutzorganisationen nur über die beiden Ausbauvorhaben «Tandem» und «Grimsel 3» verhandelt wird. Die Vergrösserung des Grimselsees wurde ausgeklammert, da dieses Ausbauprojekt für die Umweltschutzorganisationen aufgrund einer offenen Moorschutzfrage nicht konsensfähig war bzw. ist. Dafür wurde im Verlauf der Verhandlungen zusätzlich die bis 2012 umzusetzende Restwassersanierung (Art. 80 Gewässerschutzgesetz) in den partizipativen Prozess integriert (Schweizer & Zeh Weissmann 2011, Schweizer et al. 2012a). 2.

Die gewässerökologischen Massnahmen im Überblick Die zahlreichen im Auftrag der KWO durchgeführten gewässerökologischen Untersuchungen (Schweizer et al. 2010 und z.B. Emch + Berger 1997, Limnex 2008, Haas & Peter 2009, Sigmaplan 2010a und 2010b) boten eine solide Basis, um die heute bestehenden ökologischen Defizite aufzuzeigen und daraus den Handlungsbedarf abzuleiten. Zusätzlich förderten gezielte Begehungen des Oberhasler Einzugsgebiets und die enge Zusammenarbeit mit lokalen Fischern, Umweltschützern, Fachstellen und Umweltbüros (z.B. Sigmaplan AG) die lokale Kenntnis über die Oberhasler Gewässer. Auf diese Weise wurden wertvolle und effiziente Aufwertungsmöglichkeiten

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

men wurden im Begleitgruppenprozess mit den kantonalen Fachstellen und den Umweltschutzorganisationen insgesamt sechs dafür relevante Aspekte (Bewertungskriterien) festgelegt (Schweizer et al.

2012b). Diese Bewertungsmethode wurde für jedes Massnahmenpaket (Restwassersanierung, «Tandem», «Grimsel 3» und Vergrösserung Grimselsee) und für den Ist-Zustand (ohne Aufwertungsmassnahmen) angewendet. Im Folgenden werden die im Sommer 2010 gemeinsam mit den eingebundenen Fachstellen und Umweltschutzorganisationen festgelegten Aufwertungsmassnahmen beschrieben. Bild 1 gibt einen Überblick über die geographische Lage der ökologischen Aufwertungen im Rahmen der Restwassersanierung und des Investitionsprogramms KWO plus.

2.1 Restwassersanierung Das eidgenössische Gewässerschutzgesetz (GSchG) schreibt in den Artikeln 80 ff. die Sanierung der Restwasserstrecken bei bestehenden Wasserkraftkonzessionen bis Ende 2012 vor. Ziel dieser Vorschrift ist primär, dass angemessene Restwassermengen in den schweizerischen Gewässern fliessen. Im Rahmen des Begleitgruppenprozesses (Kap. 1) wurden die in Tabelle 2 zusammengefassten Massnahmen gemeinsam mit den kantonalen Bild 1. Die gewässerökologischen Aufwertungsmassnahmen im Rahmen der RestFachstellen und den Umweltschutzorganiwassersanierung und des Investitionsprogramms KWO plus. Jede Nummer entspricht sationen festgelegt. Ausserdem wurde für einer Massnahme (vgl. Tabelle 1). jede Restwasserstrecke ein ökologisches Qualitätsniveau vereinbart. Je Gewässerabschnitt muss künftig eine ausreichende Restwassermenge vorhanden sein, um entweder eine ganzjährige Benetzung, eine naturnahe Besiedlung von Wirbellosen und Fischen zu gewährleisten oder um die Wahrnehmung eines Gewässers als landschaftlich prägendes Element zu garantieren (Schweizer & Zeh Weissmann 2011). Das Erreichen dieser ökologischen Zielniveaus wird in einem zehnjährigen Monitoring überprüft. Auch das detaillierte Monitoring-Konzept wurde gemeinsam Tabelle 1. Offizielle Nummerierung (vgl. Bild 1) der ökologischen Ausgleichsmassnahmen. mit den kantonalen «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Projekte KWO plus

gefunden und entwickelt (Sigmaplan 2010c und 2010d). Für eine möglichst objektive Bewertung der gewässerökologischen Wirkung der verschiedenen Aufwertungsmassnah-

Projekte KWO plus

Fachstellen, den Umweltschutzorganisationen und dem Umweltbüro Sigmaplan AG ausgearbeitet. Eine wichtige Basis für die Festlegung der Restwasserabgaben und für die Definition der Zielniveaus bildeten die 1994 und 2008 durchgeführten Dotierversuche (Sigmaplan 2010a und 2010b, B+S 2009, Emch + Berger 1997), verschiedene Abflussmesskampagnen (BWU Mathez 2009 und 2010) sowie weitere gewässerökologische Untersuchungen, die im Auftrag der KWO durchgeführt wurden (z.B. Limnex 2008, Schweizer et al. 2010). Ein ausführlicher Beschrieb der Massnahmen, ihrer ökologischen Wirkung und der festgesetzten Qualitätsniveaus findet sich in Schweizer & Zeh Weissmann (2011). Folgende Massnahmen werden im Rahmen der Restwassersanierung umgesetzt: • Restwasserabgaben. Elf Restwasserabgaben werden die grossen gewässerökologischen Defizite im Oberhasli beheben und sind auf die weiteren Aufwertungen im Rahmen der KWO plus Projekte abgestimmt. Damit wird neben einer landschaftlichen Aufwertung der Gewässer auch eine deutliche Verbesserung der Lebensraumbedingungen für Wasserpflanzen und -tiere erzielt. Die höheren Restwassermengen werden künftig zu grösseren Wassertiefen, erhöhten Fliessgeschwindigkeiten und grösseren benetzen Flächen sowie zu einer Verbesserung der Längs- und Quervernetzung führen. • Geschiebedotierung Gadmerwasser. Verschiedene Geschiebesammler halten im Gadmertal Flusssedimente zurück und führen so zu einem Geschiebedefizit, vor allem im Oberlauf des Talgewässers. Dadurch tritt auch ein Mangel an jenen Korngrössen auf, die als Laichsubstrat für die heimische Bachforelle benötigt werden. Bereits seit 2008 wird in Vorleistung die Geschiebedotierung im oberen Gadmerwasser durchgeführt. Dadurch konnten sowohl das vorherrschende Geschiebedefizit wirksam reduziert als auch die Laichbedingungen deutlich verbessert werden (aktuelles Monitoring und Beobachtungen von S. Schweizer, M. Meyer (beide KWO) und Fischereiverein Oberhasli, Oktober 2010). • Fischlift Fuhren. An der Fassung Fuhren wird ein Fischlift (inkl. Fischabstiegsanlage) künftig zwei Fliessstrecken von je rund 2 km Länge für Fische wieder vernetzen. Diese Massnahme 32

Tabelle 2. Gewässerökologische Wirkung der Aufwertungsmassnahmen im Rahmen der Gewässersanierung. ++ = grosse Verbesserung gegenüber heutigem Zustand, + = mittlere Verbesserung gegenüber heutigem Zustand, 0 = keine Veränderung von heutigem Zustand. * = bei dieser Massnahme wird die Veränderung ausgehend vom Zustand künftige Nutzung mit entsprechender Restwasserabgabe des Tobigerbachs mit dem heutigen Zustand keine Nutzung des Tobigerbachs verglichen.

Bild 2. Reaktivierung des Ausflusses vom Engstlensee als landschaftliche Aufwertung.

•

ist auf die Dotierungen an den Fassungen Wenden, Stein und Fuhren abgestimmt, wodurch der Oberlauf des Gadmerwassers künftig wieder als zusammenhängender Lebensraum für Bachforellen zur Verfügung steht. Der Fischabstieg wird in die Massnahme integriert. Dotierung Ausfluss Engstlensee. Der Engstlensee wird als Saisonspeicher verwendet. Mit einer Änderung der künftigen Bewirtschaftung des Sees wird gewährleistet, dass der Seeausfluss zwischen Juni und Oktober permanent Wasser führen wird (Bild 2), ohne dass künftig standortfremde Fische aus dem Engstlensee entweichen und abdriften. Dadurch wird dieser von zahlreichen Wanderern, Fischern und Touristen besuchte Ort landschaftlich stark aufgewertet.

•

Nutzungsverzicht Tobigerbach. Mit einem Verzicht auf eine künftige Nutzung des Tobigerbachs wird garantiert, dass vor allem die Abfluss- und Geschiebedynamik im unteren Triftwasser erhalten bleibt. Das Triftwasser ist einer der wichtigsten Zuflüsse ins Gadmerwasser.

2.2

Gewässerökologische Massnahmen im Rahmen von «Tandem» und «Grimsel 3» Der Umfang und die Auswahl der gewässerökologischen Aufwertungsmassnahmen für die beiden Ausbauprojekte «Tandem» und «Grimsel 3» wurden gemeinsam mit den kantonalen Fachstellen und den Umweltschutzorganisationen festgelegt. Diese Massnahmen sind ausführlich in Sigmaplan (2010c und 2011) beschrieben und ihre Wirkungen auf ausgewählte ge-

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Tabelle 3a. Gewässerökologische Wirkung der Aufwertungsmassnahmen im Rahmen des Ausbauprojekts «Tandem». ++ = grosse Verbesserung gegenüber heutigem Zustand, + = mittlere Verbesserung gegenüber heutigem Zustand, 0 = keine Veränderung von heutigem Zustand. * = bei dieser Massnahme wird die Veränderung ausgehend vom Zustand künftige Nutzung mit entsprechender Restwasserabgabe des Diechterbachs mit dem heutigen Zustand keine Nutzung des Diechterbachs verglichen. ** = diese Massnahme wurde in der ökologischen Bilanzierung (Schweizer et al. 2012a und 2012b) aufgrund der Revision des Gewässerschutzgesetzes bzgl. Schwall/ Sunk nicht berücksichtigt.

•

Bild 3. Unteres Gadmerwasser bei der Wasserrückgabe vom Kraftwerk Innertkirchen 1. Mit der künftigen Verlegung der Wasserrückgabe (unter dem Gadmerwasser hindurch) und einer weiteren Erhöhung der Restwassermenge steht dieser Gewässerabschnitt (links im Bild) künftig als Laichstrecke für die Seeforelle wieder zur Verfügung. wässerökologische Aspekte in Tabelle 3a und 3b dargestellt. Im Rahmen des Ausbauprojekts «Tandem» sind die folgenden Massnahmen vorgesehen: • Erhöhung der Restwasserabgabe an der Fassung Hopflauenen. Mit Dotierversuchen wurde die notwendige Wasserabgabe in Hopflauenen bestimmt, die für eine erfolgreiche Verlaichung

•

der Seeforellen im Unterlauf des Gadmerwassers nötig ist (Sigmaplan 2010a). Die Erhöhung der Restwasserabgabe (von 250 l/s, Restwassersanierung, auf 300 l/s) steht in direktem Zusammenhang mit dem geplanten Beruhigungsbecken in Innertkirchen. Beruhigungsbecken Innertkirchen. Mit diesem Becken werden künftig die künstlichen Pegelschwankungen in der

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

•

Projekte KWO plus

Schwallstrecke der Hasliaare abgedämpft (Schweizer et al. 2008). Ausserdem soll mit einer damit verbundenen Verlegung der Wasserrückgabe der Unterlauf des Gadmerwassers wieder für Seeforellen zugänglich werden. Heute wird das Triebwasser vom Kraftwerk Innertkirchen 1 in den Unterlauf des Gadmerwassers geleitet und so das Einsteigen der Seeforellen in diesen Gewässerabschnitt verhindert (Bild 3). Künftig wird das Triebwasser unter dem Gadmerwasser in das Beruhigungsbecken geleitet, so dass der Unterlauf des Gadmerwassers für die vom Brienzersee kommenden Seeforellen wieder erreichbar ist und so wertvolle Laichhabitate von der bedrohten Fischart wieder genutzt werden können. Aufgabe der Fassungen Moosbach und Moosbachquellen. Mit dieser Massnahme wird die natürliche Abflussdynamik in diesem Gewässer wieder hergestellt. Ausserdem verbessert sich damit auch unterhalb der Mündung des Moosbachs die gewässerökologische Situation im Engstlenbach (Hauptfluss des Gentals). Verzicht auf eine künftige Nutzung des Diechterbachs. Dieser Nutzungsverzicht garantiert, dass sowohl die landschaftliche Wirkung als auch die gewässerökologisch natürliche Situation des grössten Zuflusses in den Gelmersee ungeschmälert erhalten bleiben. Sanierung der künstlichen Schwelle an der Schwarzbrunnenbrigg. Dadurch wird der durchgehende Lebensraum der Bachforelle im Oberlauf der Aare deutlich vergrössert. Da die Aare in diesem Gebiet fast unverbaut ist, weist sie hier ein sehr hohes fischökologisches Potenzial auf. Die Restwasserabgabe an der Fassung Handeck ergänzt diese Massnahme. Finanzielle Beteiligung an der Aufwertung der Aue Sytenwald. Diese Aue von nationaler Bedeutung befindet sich im Aareboden zwischen Meiringen und Brienz und wird vom Hüsenbach (wichtigster Zufluss in die Schwallstrecke der Aare) durchflossen. Mit einem vollkommen neuen Verlauf und einer Verlängerung des Hüsenbachs um über 1 km werden die dynamischen Prozesse in diesem Gewässer und in der Aue selbst gefördert. Aufgrund seiner grossen Bedeutung als Seitengewässer der Aare wird mit dieser Revitalisierung eine grosse ökologische Aufwertung, insbeson-

Projekte KWO plus

• Tabelle 3b. Gewässerökologische Wirkung der Aufwertungsmassnahmen im Rahmen des Ausbauprojekts «Grimsel 3», ++ = grosse Verbesserung gegenüber heutigem Zustand, + = mittlere Verbesserung gegenüber heutigem Zustand, 0 = keine Veränderung von heutigem Zustand. * = bei dieser Massnahme wird die Veränderung ausgehend vom Zustand künftige Nutzung mit entsprechender Restwasserabgabe des Treichigrabens mit dem heutigen Zustand keine Nutzung des Treichigrabens verglichen.

•

Brienzersee eingedolt und verläuft unterirdisch. Auf einer Länge von rund 70 m wird dieses Gewässer wieder freigelegt und sein Verlauf natürlich gestaltet. Dadurch werden Laichplätze für Seeforellen geschaffen, Lebensräume für aquatische Pflanzen und Tiere wiederhergestellt, die Längsvernetzung mit dem Naturschutzgebiet Brunnen verbessert und der Uferbereich am Brienzersee landschaftlich aufgewertet. Nutzungsverzicht Treichigraben. Der Verzicht auf eine künftige Nutzung des Treichigrabens im oberen Gadmertal garantiert, dass sowohl die ökologische Situation im Gewässer selbst als auch die Abfluss- und Geschiebedynamik im Wendenwasser, im Oberlauf des Gadmerwassers und in der Aue Obermad (vgl. Kap. 2.3) ungeschmälert erhalten bleibt. Längsvernetzung Giessenbach. Der Giessenbach fliesst in Guttannen über eine künstliche Schwelle in die Aare. Mit der Sanierung dieser Schwelle können die Bachforellen den Giessenbach wieder als Lebensraum und bei Hochwasser als Rückzugsraum nutzen.

2.3

Bild 4. Ansicht auf den unteren Abschnitt der künftigen Flussrevitalisierung FuhrenSüd. Das Hochwasser vom 10.10.2011 hat bereits erste ökologische Arbeiten in diesem Abschnitt vorweggenommen. dere für Seeforellen, Groppen und Bachforellen, erwartet. Zusätzlich werden bei der Planung die Lebensraumansprüche von Eisvogel, Amphibien und Reptilien berücksichtigt. Im Rahmen des Ausbauprojekts «Grimsel 3» sind folgende gewässerökologische Aufwertungsmassnahmen vorgesehen: • Auen- und Flussrevitalisierung Fuhren-Süd. Die Massnahme befindet sich im Gadmertal etwa 400 m unterhalb der Fassung Fuhren (Bild 4). Auf einem rund 300 m langen Abschnitt finden künftig wieder dynamische Prozesse statt, die den Geschiebehaushalt im Gadmerwasser weiter verbessern (vgl. Kap. 2.1 Geschiebedotierung Gadmerwasser), die laterale Vernetzung mit dem Umland und das Angebot an Lebensräumen im und am Gewässer 34

•

fördern sowie das Gebiet im Raum Fuhren landschaftlich deutlich aufwerten. Diese Massnahme steht in Zusammenhang mit der Erhöhung der Restwassermengen im Rahmen der Restwassersanierung und dem Fischlift an der Fassung Fuhren (vgl. Kap. 2.1). Aufwertung Schwemmebende Wendenalp. Diese Schwemmebene liegt im oberen Gadmertal. Aufgrund seitlicher Dämme ist die Dynamik im oberen Drittel dieser Aue stark eingeschränkt. Neben der Dynamisierung des oberen Bereichs ist im unteren Abschnitt zusätzlich eine Erweiterung des Auenperimeters zur Förderung der lateralen Vernetzung vorgesehen. Finanzielle Beteiligung an der Renaturierung Brunnenquellen. Heute ist der Ausfluss der Brunnenquellen in den

Gewässerökologische Massnahmen im Rahmen der Vergrösserung des Grimselsees Aufgrund einer offenen Frage zum Moorschutz wurde bereits zu Beginn des Begleitgruppenprozesses das Ausbauprojekt Vergrösserung Grimselsee aus den Verhandlungen ausgeklammert (Kap. 1). Deshalb wurden der Umfang und die Auswahl der gewässerökologischen Ausgleichsmassnahmen ausschliesslich mit den kantonalen Fachstellen besprochen. Die ökologischen Wirkungen dieser Massnahmen sind in Tabelle 4 dargestellt. Im Einzelnen handelt es sich bei den Massnahmen im Rahmen dieses Ausbauprojekts um: • Auen- und Flussrevitalisierung «Obermad» (Bild 5a–5c). Diese Massnahme befindet sich im oberen Gadmertal beim Zusammenfluss von Wendenund Steinwasser. Auf einer Fläche von rund 12 ha finden künftig wieder dynamische Prozesse statt (Entfernung bestehender Dämme), die eine grossflächige Entwicklung einer natürlichen Aue ermöglichen, die Diversität an Lebensräumen im und am Gewässer in grossem Mass fördern, einen positiven Einfluss auf die longitudinale und die laterale Vernetzung haben, sowie das Gebiet im Raum Obermad

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Tabelle 4. Gewässerökologische Wirkung der Aufwertungsmassnahmen im Rahmen des Ausbauprojekts Vergrösserung Grimselsee, ++ = grosse Verbesserung gegenüber heutigem Zustand, + = mittlere Verbesserung gegenüber heutigem Zustand, 0 = keine Veränderung von heutigem Zustand. landschaftlich sehr stark aufwerten (Service Conseil Zones Alluviales 2010). Mit den verschiedenen ökologischen Verbesserungen wird angestrebt, dass die Aue Obermad künftig in das Inventar Auen von nationaler Bedeutung (Thielen et al. 2002, Paccaud et al. 2009) aufgenommen werden kann. Diese Massnahme steht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Erhöhung der Restwasserabgaben an den Fassungen Wenden, Stein (s.u.) und Fuhren (im Rahmen der Restwassersanierung), dem künftigen Nutzungsverzicht des Treichigrabens (Kap. 2.2), der Aufwertung der Schwemmebene Wendenalp (Kap. 2.2), den Revitalisierungen des Schwarzbrunnengrabens (s.u.) und der Aue Fuhren-Süd (Kap. 2.2, Bild 4), der Sanierung von künstlichen Schwellen im Steinwasser (s.u.), der ökologischen Geschiebedotierung (Kap. 2.1), dem Fischlift an der Fassung Fuhren (Kap. 2.1) und

•

der Reservemassnahme Fuhren-Nord (Kap. 2.5). Renaturierung Schwarzbrunnengraben. Der Unterlauf des Schwarzbrunnengrabens ist heute eingedolt und für Fische durch eine künstliche Schwelle vom Steinwasser abgetrennt. Mit der Revitalisierung dieses Fischgewässers wird die Verbauung aufgehoben, die Habitatvielfalt stark erhöht und der bestehende Wald wieder an das Gewässer angeschlossen. Auenrevitalisierung Hopflauenen. Im Gebiet Hopflauenen ist der bestehende Eschenwald durch einen Damm vom Gadmerwasser getrennt und wird nur bei aussergewöhnlichen Hochwasserereignissen (alle 5–10 Jahre) überflutet. Mit dem Entfernen des Damms und der Reaktivierung eines Altarms wird der bestehende Auenwald wieder an das Gewässer angeschlossen und so eine natürliche Dynamik im gesamten Gewässerraum sichergestellt.

•

Bilder 5a bis 5c (vlnr). Illustration von dynamischen Prozessen in der Aue Obermad mit Fotos vor (Bild 5a; 05.06.2009), während (Bild 5b; 18.06.2009) und nach einem Hochwasser (Bild 5c; 25.06.2009). Mit der Auen- und Flussrevitalisierung Obermad werden diese dynamischen Prozesse grossflächig in dieser künftigen Auenlandschaft angestrebt. «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Projekte KWO plus

•

Dadurch bilden sich die verschiedenen Zonen einer natürlichen Aue wieder aus und die laterale Vernetzung mit dem Gewässer ist wieder naturnah. Diese Auenaufwertung ist auf die Restwasserabgabe an der Fassung Fuhren und auf den Verzicht der künftigen Nutzung des Tobigerbachs (Kap. 2.1) abgestimmt. Flussrevitalisierung Aare Meiringen. Unterhalb der Aareschlucht bildet die Aare in ihrem Lauf alternierende Kiesbänke aus. Der in diesem Abschnitt durch Schwall/Sunk geprägte Fluss ist von seinem Umland durch Dämme und Verbauungen abgetrennt. Die KWO beteiligt sich im Rahmen des Hochwasserschutzprojekts Aare Meiringen bis Brienzersee an einer geplanten Aufwertung in diesem Abschnitt. Die positiven Auswirkungen des geplanten Beruhigungsbeckens (Kap. 2.2) können bei der Planung dieser Massnahme mitberücksichtigt werden. Erhöhung der Dotierwassermenge an den Fassungen Wenden und Stein. Die Erhöhung der Restwasserabgaben an den Fassungen Wenden und Stein führen zu einer starken Aufwertung der Aue Obermad und des oberen Gadmerwassers. Insbesondere werden ausreichende Wassermengen für eine hohe aquatische Habitatvielfalt gewährleistet. Da die Fassungen bei Hochwasser geöffnet werden, unterliegen die Restwasserstrecken bereits heute einer natürlichen Dynamik. Aufgabe der Sekundärfassung Mattenalp. Unterhalb des Mattenalpsees fasst die Sekundärfassung Mattenalp sowohl Sickerwasser aus dem Speichersee als auch aus dem Zwischeneinzugsgebiet zufliessendes Wasser. Mit dem Nutzungsverzicht auf diese Fassung wird der Oberlauf des Urbachwassers hinsichtlich Restwassermenge, Abflussdynamik und Le-

Projekte KWO plus

•

2.4

bensraum für Wirbellose deutlich aufgewertet. Sanierung der künstlichen Schwellen im Steinwasser. Mit der Sanierung der künstlichen Schwellen im Unterlauf des Steinwassers wird der durchgehende Lebensraum der Bachforelle im Oberlauf des Gadmerwassers, des unteren Wendenwassers und des unteren Steinwassers deutlich vergrössert. Mit der Restwasserabgabe an der Fassung Stein (s.o.) wird die Wirksamkeit dieser Massnahme sichergestellt. Dotierung Trübtenbach. Die Dotierung Trübtenbach hat vor allem eine landschaftliche Aufwertung des Gebiets zwischen Trübtenbach und Grimselsee zur Folge. Zusätzlich sollen die Feuchtgebiete in dieser Region von der Restwasserabgabe profitieren.

Gesamtüberblick, Massnahmenschwerpunkte und Synergien Die in den Kap. 2.1 bis 2.3 beschriebenen Massnahmen bauen grundsätzlich in folgender Art aufeinander auf: (1) Die Massnahmen der Restwassersanierung fokussieren hauptsächlich auf die Restwasserproblematik im gesamten Einzugsgebiet der KWO und beheben die bestehenden Defizite grösstenteils.

(2) Im Rahmen der KWO plus Projekte werden vorwiegend Massnahmen umgesetzt, die die aquatischen Lebensräume, die Vernetzungen der Gewässer, die ökologische Dynamik und die Auenlebensräume effizient verbessern sowie das Landschaftsbild deutlich aufwerten. In den Bereichen, wo aufgrund einer künftigen Vergrösserung des Flussraums höhere Restwassermengen angezeigt sind, werden die Dotierungen an den jeweiligen Fassungen angepasst. Mit diesem Ansatz können einerseits die durch die Wasserkraft verursachten grossen gewässerökologischen Defizite behoben und anderseits die Artenvielfalt im Oberhasli optimal gefördert werden. Dieser ökologische Ansatz war möglich, da im Begleitgruppenprozess die gewässerökologischen Massnahmen für die Restwassersanierung und die KWO plus Ausbauprojekte synchron entwickelt und so gut auf einander abgestimmt wurden. Im Bild 6 wird die gewässerökologische Verbesserung ausgehend vom heutigen Zustand (ohne Umsetzung von gewässerökologischen Massnahmen) für den künftigen Zustand (nach Realisierung der gewässerökologischen Massnahmen im Rahmen der Restwassersanierung und der drei KWO plus Projekte) illustriert. Die Beurteilung der gewässerökologischen

Bild 6. Darstellung der ökologischen Verbesserung im Rahmen der Restwassersanierung und der KWO plus Ausbauprojekte «Tandem», «Grimsel 3» und Vergrösserung Grimselsee. Ausgangspunkt ist der heutige Zustand ohne Umsetzung von gewässerökologischen Massnahmen. In allen grün dargestellten Abschnitten werden künftig ökologische Massnahmen erfolgen. Die verschiedenen Grüntöne geben dabei den Grad der Aufwertung an. Dies wird in einer Klassenverbesserung dargestellt analog der gemeinsam mit den Fachstellen und den Umweltschutzorganisationen entwickelten ökologischen Bewertungsmethode (Schweizer et al. 2012b). 36

Aufwertung basiert dabei auf der gemeinsam mit den kantonalen Fachstellen und den Umweltschutzorganisationen entwickelten Bewertungsmethode (Kap. 2, Schweizer et al. 2012b). Die in den Kapiteln 2.1 bis 2.3 beschriebenen Massnahmen verteilen sich grösstenteils auf fünf geographische Schwerpunkte (Bild 6): (1) Im oberen Gadmertal führen die Erhöhungen von Restwasserabgaben, Verzichte auf künftige Nutzungen, Auen- und Flussrevitalisierungen, die Geschiebedotierung sowie Massnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit im Raum zwischen Fuhren und Obermad zu sehr grossen ökologischen Aufwertungen. Insgesamt werden damit rund 2 km lange Gewässerabschnitte in einem hohen Mass aufgewertet, da diese künftig permanent durchflutet werden. Zusätzlich werden mehrere Kilometer an Fliessgewässern wieder miteinander vernetzt und 12 ha Raum für eine freie Entfaltung von natürlichen Auenprozessen zur Verfügung gestellt. Davon werden insbesondere Bachforellen, Wirbellose und alle Organismen, die vom Lebensraum Flussaue abhängen, profitieren. Ausserdem wird das Geschiebedefizit im Gadmerwasser behoben. (2) Beim Massnahmenschwerpunkt im unteren Gadmertal werden eine Erhöhung der Restwasserabgabe, ein Verzicht auf eine künftige Nutzung, eine Auenrevitalisierung sowie eine Verbesserung der Fischdurchgängigkeit (im Rahmen des Beruhigungsbeckens, vgl. Kap. 2.2) umgesetzt. Diese Massnahmen zielen vor allem auf eine Förderung der Seeforellen und erhöhen die Artenvielfalt in der Aue Hopflauenen. (3) Der Rückbau der Fassungen Moosbach und Mossbachquellen, die Erhöhung der Dotierung Engstlenbach sowie die Reaktivierung des Ausflusses des Engstlensees führen zu einer landschaftlichen und gewässerökologischen Aufwertung des oberen Gentals. Neben Erholungssuchenden werden vor allem auch die dort ansässigen Bachforellen und die Wirbellosenfauna von diesen Aufwertungen profitieren. (4) Die Fluss- und Auenrevitalisierungen im Aareboden werten die Aare und ihre Seitenflüsse hinsichtlich Ökomorphologie, Dynamik, Geschiebehaushalt, Vernetzung und Habitatvielfalt auf. Insbesondere können damit

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

2.5

Reservepool für weitere Massnahmen Bei der Eingabe der Konzessionsunterlagen für die Ausbauprojekte von KWO plus war die Umsetzbarkeit einiger weniger der in Kap. 2.2 und 2.3 beschriebenen gewässerökologischen Massnahmen noch nicht abschliessend gesichert. Aus diesem Grund wurde im Begleitgruppenprozess vereinbart, weitere ökologische Aufwertungen in einem sog. Massnahmenpool zu erfassen und gleichzeitig mit den anderen Massnahmen weiter auszuarbeiten. Es handelt sich hierbei um mehrere Auen -und Flussrevitalisierungen im Gadmer-, Urbach- und Gental sowie im Aareboden zwischen Meiringen und Brienzersee und um Verbesserungsmassnahmen zur Längsvernetzung im Urbachtal. Die Bereitstellung eines entsprechenden Reserve- oder Massnahmenpools wird vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) sowohl bei Schutz- und Nutzungsplanungen als auch bei anderen Wiederherstellungen und Ersatzmassnahmen im Natur- und Landschaftsschutz empfohlen (Bolliger et al. 2009, Kägi et al. 2002). 2.6 Umsetzung der Massnahmen Die Restwassersanierung für die von der KWO genutzten Gewässer wurde Ende 2010 vom Amt für Wasser und Abfall (AWA) verfügt. Sofern es zu keinen Verzögerungen aufgrund von Bewilligungsverfahren oder aufgrund aussergewöhnlich lang anhaltender Schlechtwetterbedingungen kommt (der technische Bau bei einigen Dotiervorrichtungen ist wegen der Zugänglichkeit und des Abflussregimes nur in einem engen Zeitfenster im Spätjahr möglich), werden die Massnahmen fristgerecht bis Ende 2012 umgesetzt. Zusätzlich wird die ökologische Wirkung mit einem detaillierten Monitoring (Dauer 10 Jahre) überprüft (Kap. 2.1, Schweizer & Zeh Weissmann 2011). Der Planungsstand für die gewässerökologischen Aufwertungsmassnah-

men im Rahmen der KWO plus Ausbauprojekte ist bereits sehr weit fortgeschritten. Mit der Umsetzung dieser Massnahmen wird jeweils nach Erhalt der Baubewilligung für das entsprechende Projekt begonnen. Dies dürfte bei den Ausbauvorhaben «Tandem» und «Grimsel 3» in absehbarer Zeit der Fall sein. Aufgrund von Einsprachen und drohenden Beschwerden ist beim Projekt Vergrösserung Grimselsee mit Verzögerungen zu rechnen. 2.7

Grössenordnung der ökologischen Aufwertungen Bisher wurden in der Schweiz elf Schutzund Nutzungsplanungen für die Bewilligung von Wasserentnahmen erstellt (Bolliger et al. 2009). Tabelle 5 stellt die Anzahl der gewässerökologischen Massnahmen, die im Oberhasli im Rahmen der Restwassersanierung und der KWO plus Projekte geplant sind (Spalte 3), der Summe der Massnahmen aus diesen elf Schutz- und Nutzungsplanungen (Spalte 2) gegenüber. Auch wenn die in Tabelle 5 aufgeführten Massnahmen und deren Anzahl nicht direkt miteinander vergleichbar sind, zeigt diese Gegenüberstellung trotzdem sehr deutlich auf in welcher Grössenordnung sich die ökologischen Aufwertungen im Oberhasli bewegen. 3.

Diskussion

3.1

Bezug zum revidierten Gewässerschutzgesetz Die im vorliegenden Artikel beschriebenen Massnahmen gehen in die gleiche Richtung, wie dies der Gesetzgeber mit der Revision des Gewässerschutzgesetzes vorsieht.

An erster Stelle sind die vorgesehenen Fluss- und Auenrevitalisierungen zu nennen, welche die Lebensräume am und im Gewässer aufwerten, die Vernetzung mit dem Umland verbessern und die Landschaft im Oberhasli verschönern. Aufgrund der hohen Geschiebeeinträge von seitlichen Zuflüssen und Gräben, ist der Geschiebehaushalt im Oberhasli grösstenteils natürlich. Mit der Geschiebedotierung des Gadmerwassers (im Rahmen der Restwassersanierung, vgl. Kap. 2.1) wird das einzig nennenswerte Geschiebedefizit im Einzugsbereich der KWO behoben. Die steile Topographie bedingt sehr viele natürliche Abstürze. Deshalb sind die natürlichen Längsvernetzungen durch die bestehenden Wasserfassungen der KWO bis auf die Fassung Fuhren nicht wesentlich beeinträchtigt. Hier wird im Rahmen der Restwassersanierung mit einem Fischlift die Längsvernetzung wieder hergestellt. Bezüglich der künstlichen Pegelschwankungen (Schwall/Sunk) in der Hasliaare hat die KWO bereits die wichtigsten ökologischen Untersuchungen durchführen lassen (Schweizer et al. 2010). Darüber hinaus laufen noch weitere Abklärungen und Forschungsarbeiten. Die bisherigen Untersuchungen (z.B. Limnex 2009 und 2010, Haas & Peter 2009, Technische Universität München 2007, Herzog 2007) haben für die Schwallstrecke unterhalb der Wasserrückgabe in Innertkirchen einen bereits heute ökologisch akzeptablen Zustand bezüglich folgender Aspekte ergeben: • die Sohle bleibt bei Schwall stabil, • aufgrund der Morphologie findet so gut

Tabelle 5. Anzahl gewässerökologischer Massnahmen der elf zwischen 1994 und 2009 in der Schweiz durchgeführten Schutz- und Nutzungsplanungen (Bolliger et al. 2009) und der Aufwertungen im Rahmen der Restwassersanierung und der KWO plus Ausbauprojekte.

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Projekte KWO plus

wertvolle Laichgebiete sowie Lebensräume für die juvenilen Seeforellen geschaffen werden. Unter Umständen können sich diese Massnahmen auch auf den Bestand der Äschen und Groppen positiv auswirken. (5) Beim fünften Massnahmenschwerpunkt werden die Restwassermengen in der Hasliaare und in ihren Zuflüssen Gruben- und Ärlenbach erhöht. Zusätzlich werden die Restwasserabgaben durch Massnahmen zur Verbesserung der Längs- und Quervernetzung in der Aare flankiert.

Projekte KWO plus

wie kein Stranden von Fischen statt (bisher ist nur ein Fall bekannt), • die Schwallstrecke ist für die Seeforelle beim Aufstieg zu ihren Laichplätzen passierbar, • die natürliche Verlaichung der Seeforelle in der Schwallstrecke wird vermutet, • die Artenvielfalt der Fischfauna ist für diese Gewässer natürlich und • die Artenvielfalt der aquatischen Insekten ist trotz Schwall/Sunk und seitlicher Beschränkungen und Verbauungen überraschenderweise hoch. Erwartungsgemäss konnten auch deutliche ökologische Defizite nachgewiesen werden: • die Abundanz und die Biomassen der Fischfauna und der aquatischen Insekten sind deutlich reduziert, • bei Schwall kommt es zu einer signifikanten Verdriftung der Benthosgemeinschaft (aquatische Insekten) und • kurzfristige Änderungen in der Wassertemperatur und -trübung treten regelmässig auf. Welchen Anteil der Schwallbetrieb und welchen Anteil der grösstenteils kanalisierte Gewässerlauf an diesen ökologischen Defiziten haben, wird aktuell detaillierter untersucht. Mit dem Bau des Beruhigungsbeckens (Kap. 2.2) wird vor allem hinsichtlich der Verdriftung von aquatischen Insekten infolge von Schwall eine deutliche Verbesserung erzielt. Ob der Betrieb des Beruhigungsbeckens künftig die ökologischen Beeinträchtigungen in dem Mass beseitigen kann, wie dies vom Gesetz vorgeschrieben wird, kann aus heutiger Sicht noch nicht abschliessend beurteilt werden. 3.2

Entwicklung des Gesamtkonzepts Insgesamt sind für eine Verbesserung der gewässerökologischen Situation neben der Anzahl an Aufwertungen vor allem das Abstimmen der einzelnen Massnahmen aufeinander und deren Qualität entscheidend. Bei der Entwicklung des Gesamtkonzepts wurde dies berücksichtigt. Dabei gaben die zahlreichen gewässerökologischen Untersuchungen im Oberhasli (Schweizer et al. 2010) wichtige Hinweise auf qualitativ hochstehende Aufwertungsmassnahmen. Da ein Grossteil der Arbeiten von der Abteilung Gewässerökologie (KWO) durchgeführt und begleitet wurde, konnte zusätzlich auf die lokalen Besonderheiten optimal eingegangen und so möglichst viele Synergien ausgearbeitet 38

werden. Gleichzeitig wurden bei der Entwicklung des Gesamtkonzepts aber auch die betrieblichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen berücksichtigt und das Konzept mit Vertretern von kantonalen Ämtern, Umweltschutzorganisationen und externen Experten (z.B. Sigmaplan AG) regelmässig besprochen. Daraus resultierte ein breit abgestütztes und insgesamt gut durchdachtes Gesamtkonzept, das mit einem vertretbaren Aufwand (Kosten und Energieverluste) eine ganzheitliche und sinnvolle Aufwertung der gewässerökologischen Situation im Oberhasli zur Folge hat. Zudem liefern die KWO plus Projekte auch einen wichtigen Beitrag für den von der Gesellschaft geplanten Wechsel zu regenerativen Energiequellen, indem sie die Netzstabilität «Tandem» und die Speicherkapazität an überschüssigem Strom «Grimsel 3» und Vergrösserung Grimselsee) markant erhöhen. Die Reduktion der Reibungsverluste in den Stollen im Aaretal «Tandem» bewirkt eine deutliche Erhöhung der Energieausbeute. Trotz künftig höherer Restwasserabgaben kann so mit der gleichen Menge an genutztem Wasser insgesamt deutlich mehr Strom erzeugt werden als heute. Aus ökologischer Sicht profitiert die Gesellschaft damit doppelt: Klima- und Gewässerschutz gehen Hand in Hand.

und Nutzungsplanung nach Gewässerschutzgesetz. Erfahrungen, Beurteilungskriterien und Erfolgsfaktoren. Umwelt-Wissen Nr. 0931. Bundesamt für Umwelt (BAFU), Bern. B+S (2009): Dotierversuche im Einzugsgebiet der KWO. Ermittlung und Beurteilung der landschaftsästhetischen Auswirkungen. Bericht im Auftrag der KWO (Autor Bayer R). BWU Mathez (2009): Abflussüberwachung bei verschiedenen KWO-Fassungen im Winterhalbjahr 2008/2009. Bericht im Auftrag der KWO (Autorin Mathez C.). BWU Mathez (2010): Abflussüberwachung bei verschiedenen KWO-Fassungen im Winterhalbjahr 2009/2010. Bericht im Auftrag der KWO (Autorin Mathez C.). Emch + Berger (1997): Grimsel-West – UVP 1. Stufe – Projektoptimierung. «Dotierversuche 1994». Bericht im Auftrag der KWO. Haas R. & Peter A. (2009): Lebensraum Hasliaare 2009 – eine fischökologische Zustandserhebung zwischen Innertkirchen und Brienzersee. Eawag Kastanienbaum. KTI-Projekt: Nachhaltige Nutzung der Wasserkraft – Innovative Massnahmen zur Reduzierung der SchwallSunk-Problematik. Herzog (2007): Umweltverträglichkeitsbericht Aufwertung KW Innertkirchen 1, 2. Etappe. Fachbereich Hydraulik der Oberflächengewässer. Bericht im Auftrag der KWO. Kägi, B.; Stalder, A., Thommen M. (2002): Wiederherstellung und Ersatz im Natur- und Landschaftsschutz. Hrsg. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft, Leitfaden Umwelt Nr.

Danksagung

11, Bern.

Ein grosser Dank gebührt Dr. L. Vetterli (Pro

Limnex (2008): Restwasserführung in der Has-

Natura), Dr. M. Meyer (BKFV), U. Eichenberger

liaare. Gewässerökologische Untersuchungen

(Grimselverein), H. Zybach, K. Zumbrunn (beide

von Hasliaare und Weisser Lütschine. Beurtei-

Fischereiverein Oberhasli), W. Brog (Gemeinde

lung einer zukünftigen Dotierung. Bericht im

Innertkirchen), H. Habegger (Amt für Wasser und

Auftrag der KWO (Autor Baumann P.).

Abfall), Dr. M. Graf (Abteilung für Naturförde-

Limnex (2009): Schwall/Sunk in der Hasliaare.

rung), Dr. M. Zeh (Gewässer- und Bodenschutz-

Gewässerökologische Untersuchung von Has-

labor), W. Müller (Fischereiinspektorat), N. Häh-

liaare und Lütschine. Beurteilung der Schwall-

len (Tiefbauamt), F. Weber (Amt für Gemeinden

Auswirkungen in je zwei Strecken und Szena-

und Raumordnung), I. Schmidli (vorher Amt für

rien. Bericht im Auftrag der KWO (Autor Bau-

Wasser und Abfall, jetzt Bundesamt für Umwelt)

mann P.).

und B. Oppeliguer (Amt für Wasser und Abfall)

Limnex (2010): Schwall/Sunk in der Hasliaare

für die fachlichen Diskussionen und die damit

– Anhang. Resultate von zusätzlichen Feldauf-

verbundenen Qualitätssteigerungen bei den

nahmen und Auswertungen sowie Zusammen-

ökologischen Aufwertungen. Für die wertvollen

stellung von Rohdaten als Ergänzung zum Be-

Anmerkungen und für das kritische Durchlesen

richt von Limnex (2009). Bericht im Auftrag der

möchten sich die Autoren zudem bei M. Kum-

KWO (Autor Baumann P.).

mer (Bundesamt für Umwelt), A. Keiser (Sigma-

Paccaud G., Bonnard L., Gsteiger P. und Rou-

plan), K. Jucker (Sigmaplan), C. Mathez (BWU),

lier C. (2009): Inclusion des Zones Alluviales

S. Jenni (Advokatur Jost Stämpfli Messerli Streit

Reconstituées dans l’inventaire fédéral – Ein-

Jaun) sowie Dr. H.P. Tscholl, D. Fischlin, R. Borr-

schliessung der neu entstandenen Auen im

mann und S. Schläppi (alle KWO) sowie für die

Bundes-Inventar – Rapport (Bericht der Auen-

Kartenerstellung bei A. Bertiller (Sigmaplan) in

beratungsstelle). Yverdon-les-Bains.

aller Form bedanken.

Service Conseil Zones Alluviales (2010): Aue Obermad. Managementkonzept. Bericht im

Literatur

Auftrag der KWO (Autoren Roulier C. und Pac-

Bolliger R., Zysset A., Winiker M. (2009): Schutz-

caud G.).

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Sigmaplan (2010a): Dotierversuche KWO 2008.

Gewässerökologische Massnahmen. Bericht

und Meyer M. (2008): Ein intelligent gesteuertes

Dokumentation und Ergebnisse. Bericht im Auf-

im Auftrag der KWO (Autoren Zeh Weissmann

Beruhigungsbecken zur Reduktion von künst-

trag der KWO (Autoren Wagner T. & Zeh Weiss-

H. & Keiser A.).

lichen Pegelschwankungen in der Hasliaare.

mann H.).

Thielen R., Tognola M., Roulier C. und Teuscher

«Wasser Energie Luft» 2008 (3): 209–215.

Sigmaplan

KWO

F. (2002): 2. Ergänzung des Bundesinventars

Schweizer S., Meyer M., Heuberger N., Brech-

2008. Fotodokumentation. Bericht im Auftrag

der Auengebiete von nationaler Bedeutung.

bühl S. und Ursin M. (2010): Zahlreiche gewäs-

der KWO (Autoren Dolder M., Wagner T. & Zeh

Technischer Bericht. Schriftenreihe Umwelt Nr.

serökologische Untersuchungen im Oberhasli.

Weissmann H.).

341. Bundesamt für Umwelt, Wald und Land-

Wichtige Unterstützung des partizipativen Be-

Sigmaplan

gleitprozesses von KWO plus. «Wasser Energie

Massnahmen im Rahmen des Investitionspro-

Technische Universität München (2007): Beru-

Luft» 2010 (4): 289–300.

gramms KWO plus und der Restwassersanie-

higungsbecken Innertkirchen. Versuchsbericht

Schweizer S. & Zeh Weissmann H. (2011):

rung nach Art. 80ff GSchG. (Autoren Zeh Weiss-

des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt für

Restwassersanierung der genutzten Gewässer

mann H. & Wagner T.).

Wasserbau und Wasserwirtschaft Obernach im

im Oberhasli. «Wasser Energie Luft» 2011 (1):

Sigmaplan (2010d): Kraftwerke Oberhasli. Rest-

Auftrag der KWO (Autoren Hartlieb A., Sperer A.

25–30.

wasserbericht mit Schutz- und Nutzungspla-

und Rutschmann P.).

Schweizer S., Zeh Weissmann H. und Ursin H.

nung Vergrösserung Grimselsee. Mit einer Ge-

(2012a): Der Begleitgruppenprozess zu den

samtübersicht über sämtliche im Rahmen der

Ausbauprojekten und zur Restwassersanierung

Restwassersanierung nach Art. 80 GSchG sowie

im Oberhasli. «Wasser Energie Luft» in dieser

des Investitionsprogramms KWO plus vorgese-

Ausgabe.

henen gewässerökologischen Massnahmen

Anschrift der Verfasser

Schweizer S., Zeh Weissmann H., Wagner T.

und einer gewässerökologischen Gesamtbilanz

Steffen Schweizer, Matthias Meyer, Thomas

und Brechbühl S. (2012b): Ökologische Bilan-

im Anhang. Bericht im Auftrag der KWO (Autoren

Wagner, Heiko Zeh Weissmann

zierungsmethode für die Schutz- und Nutzungs-

Zeh Weissmann H. & Wagner T.).

Kraftwerke Oberhasli AG, Postfach 63

planung im Oberhasli. «Wasser Energie Luft» in

Sigmaplan (2011): KWO plus Aufwertung Kraft-

CH-3862 Innertkirchen

dieser Ausgabe.

werke Handeck 2 und Innertkirchen 1 (Tandem).

sste@kwo.ch, www.grimselstrom

(2010b):

(2010c):

Dotierversuche

Gewässerökologische

schaft (BUWAL), Bern.

Die nächste Ausgabe von «Wasser Energie Luft» erscheint am Donnerstag, 14. Juni 2012

Foto: MMi

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Projekte KWO plus

Schweizer S., Neuner J., Ursin M., Tscholl H.

Fachtagung

Journées d’étude

Erhöhungen von Betonmauern und Schüttdämmen

Surélévation des barrages en béton et en remblai

mit Exkursion zu den Stauanlagen Lucendro und Göscheneralp, Donnerstag/Freitag, 28./29. Juni 2012, Andermatt

avec visite des barrages de Lucendro et de Göscheneralp, Jeudi 28 et vendredi 29 juin 2012 à Andermatt

Die Arbeitsgruppe Talsperrenbeobachtung des Schweizerischen Talsperrenkomitees lädt zur Teilnahme an der Fachtagung 2012 nach Andermatt ein. Die Tagung ist dem Thema «Erhöhungen von Betonmauern und Schüttdämmen» gewidmet. Im Laufe der Jahrzehnte können sich die Schwerpunkte der Betriebsführung von Stauanlagen wesentlich verschieben. Die Ursachen mögen vielseitig sein. Klimatische, wirtschaftliche oder andere Gründe können Erhöhungsprojekte von Talsperren auslösen. Die Tagung 2012 möchte dieses Thema vertieft diskutieren. Das Einführungsreferat beleuchtet die Energiewirtschaftlichen Aspekte und die Randbedingungen, die zu Erhöhungen führen. Die Erhöhungen von Betonmauern werden in einem ersten Block behandelt. Dabei werden technische Grundlagen erläutert und mehrere Beispiele aus der Schweiz präsentiert. Im zweiten Block wird die gleiche Problematik für Schüttdämme behandelt. Die Exkursion der Tagung führt uns zu den Stauanlagen Lucendro und Göscheneralp. Auf der Exkursion wird das Erhöhungsprojekt Göscheneralp vorgestellt und die spezifischen Eigenheiten der einzigen Pfeilerstaumauer in der Schweiz, Lucendro, gezeigt. Wir freuen uns auf eine rege Teilnahme der Fachwelt und aller, die an Talsperren interessiert sind.

Le groupe de travail pour l’observation des barrages du Comité suisse des barrages a le plaisir de vous inviter aux journées d’étude 2012, à Andermatt, dont le thème sera la surélévation des barrages en béton et en remblai. Au cours de cette décennie, les priorités de la gestion des ouvrages d’accumulation pourraient changer de manière importante. Des projets de surélévation des barrages pourraient en effet voir le jour pour des raisons climatiques, économiques ou autres. Les journées d’étude 2012 ont pour objectif d’approfondir ce sujet. L’exposé d’introduction du jeudi présentera les aspects d’économie énergétique et les conditions aux limites qui conduisent à envisager des surélévations. Une première partie traitera de la surélévation des barrages en béton en expliquant les données techniques et en présentant plusieurs exemples suisses. La même problématique, appliquée aux barrages en remblai, sera abordée au cours d’une deuxième partie. L’excursion du vendredi nous conduira aux barrages de Lucendro et de Göscheneralp. Le projet de Göscheneralp ainsi que les spécificités de l’ouvrage de Lucendro, unique barrage à contreforts en Suisse, seront exposés. Nous nous réjouissons d’ores et déjà d’accueillir tous ceux qui s’intéressent de près ou de loin aux barrages.

Dr. Georges Darbre Präsident

Dr. Georges Darbre Président

Carl-Arthur Eder Sekretär

Carl-Arthur Eder Secrétaire

Organisation: Arbeitsgruppe Talsperrenbeobachtung c/o Bundesamt für Energie, Sektion Talsperren Postfach, CH-3003 Bern talsperren@bfe.admin.ch, Fax +41 (0)31 323 25 10

Organisation: Groupe de travail pour l’observation des barrages c/o Office fédéral de l’énergie, Section Barrages Case postale, CH-3003 Berne talsperren@bfe.admin.ch, fax +41 (0)31 323 25 10

Lucendro

Göscheneralp

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 2011 Rutschungen, Murgänge, Hochwasser und Sturzereignisse Norina Andres, Alexandre Badoux, Nadine Hilker, Christoph Hegg

Zusammenfassung Im Jahr 2011 wurden durch Rutschungen, Murgänge, Hochwasser und Sturzereignisse Schäden von rund 119 Mio. CHF verursacht. Verglichen mit dem teuerungsbereinigten Mittelwert (1972–2010) von etwa 344 Mio. CHF handelte es sich um ein eher schadenarmes Jahr. Am 10. Oktober führten lang anhaltende Niederschläge und Schneeschmelze zu Schäden von rund 85 Mio. CHF in den Kantonen Bern, Wallis und Glarus. Rund 71% der Gesamtschäden 2011 sind auf dieses Ereignis zurückzuführen. Betroffen waren hauptsächlich das Berner Oberland und das Lötschental VS. Sehr starke Niederschläge Ende Juni führten zu unzähligen überschwemmten Kellern und Strassen im Kanton Schwyz. Heftige Gewitter verursachten am 10. Juli in der Ostschweiz massive Überschwemmungen, so z.B. in Herisau AR. Am 13. Juli entstanden vor allem in den Kantonen Aargau, Tessin, Zürich und Solothurn Schäden durch heftige Regenfälle, Windböen und Hagelstürme. Ein Todesfall infolge eines Steinschlags war in Poschiavo GR im Juli zu beklagen.

1. Einleitung Die Forschungseinheit Gebirgshydrologie und Massenbewegungen der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL sammelt seit 1972 systematisch Informationen über Unwetterschäden in der Schweiz. Basierend auf Meldungen aus rund 3000 Schweizer Zeitungen und Zeitschriften werden mit Unterstützung des Bundesamtes für Umwelt BAFU Schäden durch auf natürliche Weise ausgelöste Rutschungen, Murgänge, Hochwasser und (seit 2002) Sturzprozesse aufgezeichnet und analysiert. In Abschnitt 2 werden einige Angaben zu der Methodik der Erfassung der Daten aufgeführt und die Ergebnisse der Auswertungen dargelegt. Abschnitt 3 liefert einen chronologischen Jahresüberblick über die schadenreichsten Unwetterereignisse (im Allgemeinen ohne Angabe der Schadenskosten). Schäden als Folge von Lawinen, Schneedruck, Erdbeben, Blitzschlag, Hagel, Sturm und Trockenheit werden nicht aufgenommen und sind nicht Bestandteil der Auswertungen. Im letzten Abschnitt werden einzelne solche Schadensereignisse aus dem Jahr 2011 ergänzend aufgeführt. Bei Kombinationen von Wasser-, Hagel- und Sturmwindschäden

wird jeweils nur der Wasserschadenanteil berücksichtigt. 2.

Erfassung und Auswertung von Unwetterschadensdaten

2.1 Schadenskosten Die jährliche Schadenssumme gibt die Grössenordnung des entstandenen Sachschadens und der Interventionskosten an. Die Schadensangaben beruhen grundsätzlich auf Informationen aus den Medien oder anderen Quellen. Falls keine monetären Angaben vorhanden sind, werden zur Schadensabschätzung Erfahrungswerte von Versicherungen, Krisenstäben und (halb-) amtlichen Stellen von Gemeinden, Kantonen und vom Bund herbeigezogen. In den gesamten Schadenskosten werden sowohl versicherte Sach- und Personenschäden (Gebäude- und Privatversicherungen) als auch nicht versicherte und nicht versicherbare Schäden berücksichtigt. Indirekte Schäden, spätere Sanierungsmassnahmen, Betriebsausfallskosten und ideelle Schäden (z.B. irreparable Schäden an Natur und Umwelt) werden nicht berücksichtigt. Im Jahr 2011 wurden Unwetterschäden von rund 119 Mio. CHF verzeich-

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net. Obwohl dies beinahe doppelt so hohe Schäden wie im Jahr 2010 waren und mehr als viermal der Summe von 2009 entspricht (Hilker et al., 2011), kann das Jahr 2011 als geringes bis mässiges Unwetterschadensjahr bezeichnet werden, denn das teuerungsbereinigte, langjährige Mittel (1972–2010) beträgt etwa 344 Mio.CHF. Die Schadenssumme 2011 liegt allerdings über dem Median (1972–2010) von rund 89 Mio. CHF. Rund 71% der Gesamtschäden können auf das Hochwasserereignis im Oktober zurückgeführt werden. Das Jahr 2011 verursachte etwa 30-mal weniger Schadenskosten als das Jahr 2005, welches durch Hochwasser im August geprägt war (Hilker et al., 2007a). 2.2

Räumliche Verteilung und Ausmass der Schäden Bei einem Unwetterereignis («Grossereignis»), welches mehrere Gemeinden betrifft, wird grundsätzlich ein Datensatz pro Gemeinde erstellt. Für den Schadensschwerpunkt oder den Ort des am besten lokalisierbaren Schadens jeder betroffenen Gemeinde werden die Koordinaten ermittelt. In Bild 1 sind die Schadensorte und -ausmasse gemäss der in Tabelle 1 beschriebenen Kategorien dargestellt. Die Kantone Bern und Wallis wurden 2011 stärker von Ereignissen heimgesucht als andere Teile der Schweiz. Rund zwei Drittel der Gesamtschäden sind auf die beiden Kantone zurückzuführen. Weitere Schadensereignisse verursachten hohe Kosten in Schwanden GL und Herisau AR. Ein weiteres Ereignis von schwerem Ausmass war im Juli in Poschiavo GR zu verzeichnen, wo ein Steinschlag zu einem Todesfall führte. Die Konzentration von Unwetterschäden mit geringem Ausmass in den Kantonen Aargau und Solothurn ist auf die Gewitterereignisse vom 13. Juli (mit Sturm und Hagel) und 24. August zurückzuführen. Weitere Gewitter im Juni und Juli waren hauptsächlich für die Anhäufung von Unwetterschäden im Gebiet 41

Bild 1. Ort und Ausmass der Unwetterschäden 2011 (Kartengrundlage: BFS GEOSTAT / Bundesamt für Landestopographie).

Tabelle 1. Ereigniskategorien und deren geschätzte Schadenskosten pro Gemeinde. zwischen Vierwaldstätter- und Zürichsee verantwortlich. 2.3 Ursachen der Schäden Die Ursachen für die jeweiligen Schadensprozesse werden entsprechend der vorherrschenden Witterungsverhältnisse in verschiedene Gruppen aufgeteilt (Bild 2): Schneeschmelze und Regen: Niederschläge kombiniert mit Schneeschmelze verursachten 2011 Schäden von rund 85 Mio. CHF. Durch eine solche Kombination entstanden auch im Februar 1999 (im Mittelland) und im Dezember 1991 (v.a. im Berner Oberland und Wallis) hohe Schäden (Hegg et al., 2000; Röthlisberger, 1992). Dauerregen: Schäden durch lang anhaltende, ausgiebige Niederschläge ohne Einfluss von Schneeschmelze mach42

ten 2011 nur etwas mehr als 1% der Schadenskosten aus. Gewitter und intensive Regen: Gewitter führten zu rund 27% der Gesamtschadenskosten. Der Anteil von Gewitterschäden an der Gesamtschadenssumme war im Jahr 2011 deutlich geringer als in den drei Jahren zuvor. In den Monaten Juni und Juli waren Gewitter deutlich die wichtigste Schadensursache. Unbekannte oder andere Ursachen: Bei weniger als 1% der Schadenskosten war die Ursache unklar oder nicht auf die oben erwähnten Auslöser zurückzuführen. 2.4 Schadensprozesse Die aufgenommenen Schadensprozesse wurden in die folgenden drei Kategorien eingeteilt. Aufgrund der grossen Vielfalt

der im Naturgefahrenbereich möglichen Prozesse, sind die Grenzen zwischen diesen Kategorien fliessend (Bild 3). Hochwasser/Murgänge: Diese Gruppe umfasst Schäden, die im weitesten Sinne durch stehendes oder fliessendes Wasser, mit oder ohne Geschiebe und Schwemmholz, verursacht werden. Dazu zählen Hochwasser und Murgänge mit ihren möglichen Auswirkungen in Form von Überschwemmungen, Übersarungen und Übermurungen. 97% der Gesamtschadenssumme des Jahres 2011 sind auf Wasserprozesse zurückzuführen. Dies entspricht in etwa dem Anteil aller Schäden durch Wasserprozesse an den Gesamtschäden seit 1972. Rutschungen: Diese Gruppe umfasst vorwiegend durch Lockermaterial verursachte Schäden, wobei sämtliche Arten von Rutschungsprozessen ausserhalb des unmittelbaren Gewässerbereichs dazugehören. Solche Ereignisse betrafen 2011 nur rund 3% der Gesamtkosten. Die höchsten Schäden entstanden in Urnäsch AR, Sarnen OW und Capolago TI. Sturzprozesse: Dieser Kategorie werden Schäden zugeordnet, die durch

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Bild 2. Anteile der verschiedenen Schadensursachen an den Gesamtkosten des Jahres 2011. Steinschlag, Fels- und Bergsturz entstanden sind. Sturzprozesse verursachten weniger als 1% der Schadenskosten. Jahreszeitliche Verteilung der Schäden Mit rund 71% der Gesamtschadenssumme war der Oktober der schadenreichste Monat des Jahres (Bild 4). Verantwortlich für die Schäden war das Hochwasserereignis vom 10. Oktober im Wallis und Berner Oberland. Hohe Schäden im Oktober sind grundsätzlich selten. Die letzten massiven Oktober-Unwetterschäden wurden im Wallis im Jahre 2000 registriert (Hegg et al., 2001). Zum ersten Mal seit 2006 entstand der Grossteil der Schäden nicht in den Sommermonaten Juni, Juli und August. Der Juli 2011 zeigte mit knapp 19 Mio. CHF die zweithöchste Schadens-

Bild 3. Anteile der verschiedenen Schadensprozesse an den Gesamtkosten des Jahres 2011.

summe des Jahres und wurde durch Gewitterereignisse in der ersten Monatshälfte geprägt (10. Juli rund 12 Mio. CHF und 13. Juli rund 4 Mio. CHF).

2.5

Bild 4. Jahreszeitliche Verteilung der Schadensprozesse und -kosten (ca. 119 Mio. CHF) im Jahr 2011.

Chronologischer Jahresrückblick über die Ereignisse Gemäss MeteoSchweiz (2011a) war das Jahr 2011 geprägt durch landesweite Trockenheit und sehr sonnige Verhältnisse. Es wurde die höchste JahresdurchschnittsTemperatur seit Messbeginn im Jahr 1864 mit einem Überschuss von 2 °C verzeichnet. Der Jahresbeginn war ungewöhnlich mild und niederschlagsarm und die Temperaturanomalie erreichte im Frühling ihren Höhepunkt. Dies widerspiegelt sich auch in den ausgesprochen tiefen Schadensummen der ersten fünf Monate des Jahres 2011 (Bild 4). Der Sommer hingegen war sehr wechselhaft. Vor allem der Juli war geprägt von kühleren Temperaturen und Gewittern mit Hagelschlag. Der Herbst war der zweitwärmste seit Messbeginn, wobei im November Rekordtrockenheit im Norden und Rekordwärme in den Bergen verzeichnet wurden. Die ersten grossen Schneemengen fielen im September und Oktober in den höheren Berglagen. Die folgenden Ausschnitte zum Wettergeschehen wurden aus den monatlichen Witterungsberichten und Klimabulletins von MeteoSchweiz entnommen (MeteoSchweiz, 2011b). 3.1 Januar Ab Jahresbeginn beherrschten milde Luftmassen das Witterungsgeschehen und in weiten Teilen der Schweiz wurden im Januar weniger als zwei Drittel der normalen Niederschlagssummen registriert. Einige Steinschläge wurden in La Chaux-deFonds NE, Maladers GR, Grengiols VS, Luzern LU und Riddes VS verzeichnet. Sie

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verschütteten vor allem Strassen und Geleise und beschädigten Schutzbauwerke in Grengiols VS. Im Gebiet Hintergraben in der Schwendi OW wurden im Januar erste grössere Schäden verzeichnet, weil ein Hang langsam aber kontinuierlich abrutschte. Bereits im Dezember 2010 wurden grosse Risse an einem Stall festgestellt. Auf dem Rutschgebiet befinden sich sechs Wohnhäuser und mehrere Ställe. Im Verlaufe des Jahres entstanden Schäden an Gebäuden, Brücken, Strassen und Bachverbauungen. 3.2 Februar Auf den milden Januar folgte ein noch milderer Februar, wobei die Niederschlagsmengen verbreitet nicht einmal die Hälfte der langjährigen Mittelwerte erreichten. Steinschläge in Seegräben ZH, Arth SZ, Brienz BE und Stansstad NW beschädigten Strassen und Wanderwege leicht. 3.3 März Im März fiel in weiten Landesteilen erneut weniger als die Hälfte der normalen Niederschläge, was dazu führte, dass keine nennenswerten Unwetterschäden verzeichnet wurden. 3.4 April Die Schweiz erlebte den zweitwärmsten April seit Messbeginn 1864. Der Monat war ungewöhnlich sonnig und sehr niederschlagsarm. Vereinzelte Steinschlagereignisse wurden in Leysin VD, Evolène VS und Courrendlin JU registriert, wobei u.a. Strassen und ein Auto beschädigt wurden. 3.5 Mai Insgesamt war der Mai der drittwärmste seit Messbeginn 1864. Landesweit fiel zudem erneut sehr wenig Niederschlag. In Quinto TI führte am 9. die Kollision eines 43

Bild 5. In Wolfenschiessen NW trat am 29. Juni der Eltschenbach über die Ufer (ONZ Obwalden Nidwalden Zeitung). Zuges mit einem Stein zu einer Entgleisung des vorderen Drehgestelles des Zuges. Am 12. kam es im Kanton Genf zu überschwemmten Kellern infolge eines Gewitters. In Poschiavo GR wurde am 15. die Eisenbahnstrecke nach Tirano (Italien) wegen eines weiteren Steinschlags unterbrochen. 3.6 Juni Der Juni war wiederum sehr warm und die Niederschläge verteilten sich unterschiedlich in der Schweiz. Ein heftiges Gewitter verursachte am 4. diverse Wasserschäden in Münchenstein BL. Am 21. führten Gewitter zu überschwemmten Kellern in Buchs AG, Aarburg AG und Wiedlisbach BE. Heftige Gewitter mit Sturmböen und kräftigen Niederschlägen verursachten am 22. vor allem Schäden in den Kantonen Baselland und Aargau. In Baselland wurden knapp 30 Wasserschäden erfasst, so z.B. in Arlesheim, Ettingen, Füllinsdorf, Münchenstein, Pratteln und im Raum Laufen. Im Kanton Aargau waren hauptsächlich die Gemeinden Hausen bei Brugg, Kaiseraugst, Buchs und Aarau von überfluteten Kellern betroffen. Auch in Schaffhausen SH wurden Keller und Strassen überflutet, zudem fiel ein Felsbrocken auf die Fahrbahn eines Veloweges. Von Wolfenschiessen NW über den Urnersee bis ins Muotathal SZ bildete sich am 29. eine Kette von Gewittern, die praktisch ortsfest verharrten. Lokal fielen in kurzer Zeit sehr grosse Regenmengen und in der Nacht auf den 30. regnete es 44

erneut heftig. Die grössten Schäden traten im Kanton Schwyz auf, wo bis am Morgen vereinzelt über 100 mm Regen fiel. Das Zentrum von Pfäffikon war von Überflutungen des Staldenbachs betroffen. Keller, Liftschächte, Untergeschosse und Tiefgaragen wurden überschwemmt und mehrere Strassen überflutet. In Einsiedeln verwandelte sich die Hauptstrasse in einen Fluss und die Bahnstrecke nach Biberbrugg musste wegen eines Erdrutsches gesperrt werden. In Ried im Muotathal trat der Mettelbach oberhalb des Gebiets Tristel über die Ufer, setzte vier Häuser unter Wasser und überflutete die Strasse nach Muotathal. Die Bewohner der betroffenen Häuser wurden evakuiert. In Altendorf wurde eine Niederschlagsrekordmenge gemessen. Diverse Wassereinbrüche und Überschwemmungen von Strassen waren die Folge. Ähnliche Schäden im Kanton Schwyz verzeichneten beispielsweise Galgenen, Illgau, Ingenbohl, Schwyz und Lachen. In Wolfenschiessen NW trat der Eltschenbach über die Ufer und verschüttete die Hauptstrasse nach Grafenort sowie das Geleise der Zentralbahn mit Geschiebe (Bild 5). Das Geleise wurde zudem auf einer Länge von rund 1 km zum Teil stark unterspült. Ein Personenwagen wurde von den Geröllmassen erfasst und beschädigt. Weitere Schäden traten im Kanton Zürich auf, wo in Wädenswil das Gelände des kantonalen Turnfests überschwemmt wurde. In Hirzel blockierten aufgrund einer Rutschung Erde, Steine und Bäume eine Strasse.

Keller, Wohnungen, Tiefgaragen und ein Lagerraum mussten ausgepumpt werden. In Frutigen BE wurden die Baustellen der Lawinengalerien am Ratelspitz, Ratelsgraben und Gempelengraben überflutet. Ein Kran stürzte in den Ratels-Graben, nachdem der Bach dessen Grund unterspült hatte und ein Bagger erlitt Totalschaden. Geringe Schäden gab es in Blumenstein BE, wo einige Keller überflutet wurden. Im Kanton Zug war vor allem Menzingen betroffen, wo ein Erdrutsch die Kantonsstrasse verschüttete. Weitere Schäden waren hauptsächlich in Oberägeri, Baar und Neuheim zu verzeichnen. Im Wallis wurde vor allem die Gemeinde Ardon VS mit 20–25 überschwemmten Gebäuden in Mitleidenschaft gezogen. In Ebnat-Kappel SG traten Girlen- und Buechenbach über die Ufer. Im Kanton Baselland war primär Birsfelden, im Kanton Luzern Weggis und im Kanton Thurgau Kreuzlingen betroffen. 3.7 Juli Der Juli war im Allgemeinen trüb, nass und kühl. Nach einem sonnigen Monatsbeginn führten vom 7.–13. südwestliche Winde schwül-warme Gewitterluft zum Alpenraum. Die Gewitter wurden teils von heftigen Hagelschlägen begleitet, welche viel grössere Schäden anrichteten als die Wasserprozesse (s. Abschnitt 4). Am 7. wütete ein massives Hagelunwetter vom Zugerland bis zum Zürichsee. An ca. 58 Orten musste die Feuerwehr in der Gemeinde Freienbach SZ Wasserwehreinsätze bewältigen und umgestürzte Bäume von Strassen räumen. Eine Unterführung und die Autobahn wurden überschwemmt. In Rapperswil-Jona SG pumpte die Feuerwehr rund zehn Keller aus. Weitere Schäden gab es vor allem in den Gemeinden Baar und Menzingen ZG und im Kanton Schwyz in Wollerau und Küssnacht am Rigi. Im Kanton Aargau rückten die Feuerwehren wegen Wassereinbrüchen vor allem in Baden, Wettingen und Wohlen aus. Kräftige Gewitterniederschläge lösten ausserdem über Teilen des Mittel- und Südtessins Überschwemmungen und Erdrutsche aus. Besonders schwer betroffen war Lugano, wo das Quartier Maghetti unter Wasser stand. In Capolago löste sich ein Erdrutsch aus dem Abhang des Monte Generoso und verschüttete die Autobahn. Das Ereignis mit der zweithöchsten Schadensumme im Jahr 2011 (rund 12 Mio. CHF) ereignete sich am 10. Juli, als heftige Gewitter vor allem in der Ostschweiz massive Überschwemmungen

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verursachten. Besonders schwer betroffen war Herisau AR. Der Sägebach verwandelte die Alpsteinstrasse kurzzeitig in einen reissenden Bach. Strassen, Keller, Garagen, Restaurants, Tiefgaragen, Lagerhallen, eine Tankstelle und ein Sportplatz wurden überschwemmt; Maschinen, Brücken und Autos wurden beschädigt und zerstört (Bild 6). Die Appenzeller Bahnen hatten den Betrieb auf dem ganzen Netz im Appenzeller Hinter- und Mittelland eingestellt. So war z.B. die Strecke zwischen Herisau und Waldstatt AR wegen Murgängen unterbrochen, die Strecke zwischen Herisau und Urnäsch AR wegen eines Erdrutsches und die Strecke zwischen Teufen AR und Gais AR wurde vom Steigbach überflutet. In Waldstatt, Urnäsch, Schwellbrunn, Hundwil und Rehetobel AR standen viele Keller und Garagen unter Wasser. In Schwellbrunn wurde zudem die Hauptstrasse von einem Hangrutsch verschüttet und ein Quartier musste evakuiert werden, nachdem ein weiterer Hang ins Rutschen geraten war. In Gonten und Schlatt-Haslen AI wurden Keller leer gepumpt und in Wittenbach und Mörschwil SG erhielt die Feuerwehr rund 55 Schadensmeldungen. Im Westen und Osten der Stadt St. Gallen traten Bäche über die Ufer, was zur Folge hatte, dass Keller, Tiefgaragen und Produktionshallen überflutet und Wege und Strassen beschädigt wurden. Zudem wurden die Geleise der Trogenerbahn unterspült. Des Weiteren waren vor allem in Waldkirch und Goldach SG Schäden wegen überschwemmten Kellern und Strassen zu beklagen. Die Feuerwehr rückte im Kanton Thurgau in Horn und Roggwil und im Kanton Zürich in Bubikon wegen Wasser in Kellern aus. Zu mehreren lokalen Überschwemmungen kam es zwischen Frutigen und Mülenen BE. Des Weiteren wurden in Gadmen und Aeschi bei Spiez BE Strassen wegen Rutschungen beschädigt. Im Kanton Schwyz mussten die Feuerwehren vor allem in Arth und Freienbach Keller auspumpen. Am 13. entstanden Schäden durch heftige Regenfälle, Windböen und Hagelschlag. Von den Sturmböen am meisten betroffen war die Region Zofingen AG, wo das Gewitter nachts begann und innerhalb weniger Minuten grosse Schäden verursachte. Dutzende Keller wurden überflutet. Im Kanton Aargau mussten vor allem in den Gemeinden Wohlen, Murgenthal, Zofingen, Strengelbach, Safenwil, Rothrist und Dottikon Keller ausgepumpt werden. Im Kanton Zürich mussten die Feuerwehren infolge des Gewitters rund 150-mal ausrücken, um Keller und Wohnungen auszu-

Bild 6. Zahlreiche Autos wurden bei der Überschwemmung in Herisau AR am 10. Juli beschädigt (Marcel Forster, newspictures.ch). pumpen und sich um überflutete Strassen zu kümmern. Die meisten Einsätze hatten sie in den Bezirken Bülach, Dielsdorf und Dietikon zu leisten. Gegen 50 Wassereinbruch-Meldungen gingen bei der Kantonspolizei Solothurn ein, vor allem von den Gemeinden Däniken, Fulenbach, Gretzenbach, Gunzgen, Olten und der Stadt Solothurn. Die Feuerwehr Jurasüdfuss BE musste diverse Keller auspumpen, in welche das Wasser meist durch Rückstau der Kanalisation eingeflossen ist. In Bern wurde eingetretenes Wasser aus Untergeschossen und einer Einstellhalle entfernt. Gegen 20-mal rückte im Kanton BaselStadt die Feuerwehr wegen Wasserschäden aus – mehrheitlich in Riehen. Ähnlich sah es in Steinhausen ZG aus: Zwölf Einsätze wurden wegen überfluteter Keller geleistet. Im Kanton Graubünden mussten aufgrund der starken Regenfälle im Bezirk Surselva einige Feuerwehren ausrücken. Ein Erdrutsch verschüttete die Lukmanierstrasse auf einer Länge von mehreren Metern bei Platta. Auch eine Strasse in Vals wurde von einem Erdrutsch verschüttet und blockiert. In Trun ereignete sich ein Murgang, woraufhin vorsorglich Leute aus dem Dorf Darvella evakuiert wurden. Auch das Tessin wurde am 13. von Unwettern heimgesucht; insbesondere waren das Maggiatal, Locarnese und Sottoceneri betroffen. In Prato (Leventina) kam es zum Ausufern des Ri di Foch, wodurch Strassen, Wiesen und Gärten überschwemmt und zwei kleine Brücken beschädigt wurden. Zehn Personen mussten vorsorglich

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evakuiert werden. Bereits zum zweiten Mal im Jahr 2011 wurde die Autobahn in Capolago durch Erdrutsche blockiert. Auch die Zahnradbahn Monte Generoso wurde an einigen Stellen verschüttet oder unterspült. In Lavertezzo mussten zwei Männer mit einem Helikopter aus der Verzasca gerettet werden, da sie wegen steigendem Wasserpegel nicht ans Ufer zurück konnten. In der Gemeinde Maggia führte die Feuerwehr wegen des steigenden Wasserpegels eine präventive Evakuierung von etwa 40 Pfadfindern durch, welche am Ufer der Maggia in Aurigeno campierten. Am 19. regnete es im Tessin erneut teils intensiv, wobei Tagessummen von 80 mm erreicht wurden. Wegen eines Erdrutsches musste der Betrieb der Zahnradbahn zwischen Capolago und Generoso Vetta zum zweiten Mal im Juli eingestellt werden. Das Geleise und die Fahrleitung zwischen Maroggia-Melano und Melide wurden infolge eines Steinschlags beschädigt. Auf dem Wanderweg rund um den Lago di Poschiavo wurde am 24. eine Wanderin durch einen Steinschlag tödlich verletzt. Todesfälle durch Steinschlag wurden im Jahr 2006 das letzte Mal registriert (Hilker et al., 2007b). Am 27. entlud sich über dem Zürcher Oberland, im Gebiet des Grundtals, ein Gewitter, wobei Gebäude, Autos, Mobiliar und Waschküchen beschädigt wurden. In der Gemeinde Dürnten wurden Strassen überflutet und Gebäude, Tiefgaragen und eine Gärtnerei unter Wasser ge45

setzt. Innerhalb von Minuten verwandelten riesige Wassermassen die Strassen in und um Rüti ZH in reissende Bäche. Es gingen insgesamt ca. 200 Schadensmeldungen ein. In Wald, Hinwil und Wetzikon ZH leisteten die Feuerwehren Wasserwehreinsätze. 3.8 August Die Regenmengen im August waren im Allgemeinen unterdurchschnittlich, vereinzelt sorgten jedoch heftige Gewitterregen für lokal sehr unterschiedliche Werte. Die Schäden im August blieben geringer als im Vormonat. Ein Tief über Nordwesteuropa führte ab dem 3. schwül-warme Luft heran, was zu häufigen Schauern und Gewitterregen führte. Wasserschäden in Gebäuden gab es in den Gemeinden Sargans, Mels und Vilters-Wangs SG. Am 7. entgleiste ein Zug in Finhaut VS, nachdem er auf einen Erdrutsch auffuhr. In der Innerschweiz fiel am 8. ein Steinbrocken auf das Trassee der Zentralbahn und unterbrach die Verbindung zwischen Grafenort und Engelberg OW. Es wurde jedoch lediglich der Kabelkanal beschädigt. Am selben Tag geriet entlang der Hauptstrasse beim Isenhammer in der Gemeinde Oberbüren SG die Erde ins Rutschen. Erste Risse in der Strasse wurden schon zwei Wochen davor entdeckt. Am 15. regnete es in Wila und Wildberg ZH heftig, worauf mehrere Keller, Garagen und sogar Wohnzimmer überflutet wurden. Drei Tage später kam es im Brüniggebiet erneut zu einem intensiven Gewitter. Zwischen Giswil und Lungern OW wurde die Bahnstrecke sowie die Nati-

onalstrasse verschüttet. Am Schlimmsten war die Verwüstung zwischen Giswil und Kaiserstuhl OW, wo das Geleise auf einem Abschnitt von 50 m mit 300 m3 Geröll bedeckt und auf einer Länge von 150 m unterspült wurde. Ähnlich sah die Situation auf der Strecke zwischen Kaiserstuhl und Lungern aus. Ein Hagelgewitter verlagerte sich am 23. von Oberägeri ZG bis Weinfelden TG. Wasserwehreinsätze waren in Münchwilen TG, Sirnach TG und Grüningen ZH zu verzeichnen. Weitere Gewitter ereigneten sich am 24., was vor allem im Kanton Aargau und Solothurn zu Schäden führte. In Oberhof AG trat der Dorfbach über die Ufer und setzte das Dorfzentrum unter Wasser. Keller, Strassen, Wiesen und eine Turnhalle wurden überschwemmt. Im Bezirk Zofingen AG drang ebenfalls Wasser in zahlreiche Keller. Im Raum Lostorf-Stüsslingen-Rohr SO mussten rund 55 Untergeschosse ausgepumpt werden. Auch Olten und Trimbach SO verzeichneten Wasserschäden. 3.9 September Der Monatsanfang war hochsommerlich und schwül. Gegen Abend des 3. September kam es zu heftigen Gewittern, was in diversen Gemeinden des Kantons Neuenburg zu Überschwemmungen von Kellern, Garagen und Liftschächten führte. In Fontaines überströmte zudem ein Schlammstrom eine Strasse und drei Gebäude. In Bourg-Saint-Pierre VS führte eine Aufstauung eines Wildbaches zum Bruch einer Stützmauer, worauf Geröll und Geschiebe

Bild 7. Die Wassermassen rissen in Kandergrund BE am 10. Oktober den gesamten Belag der Kantonsstrasse mit (Philippe Gyarmati). 46

in eine Galerie eindrangen und sich ca. 3 m hoch ablagerten. Infolge starker gewittriger Regenfälle am 4. musste die Feuerwehr in Safenwil AG Einsätze leisten. Am selben Tag kam es im Spreitgraben in der Gemeinde Guttannen BE zu mehreren Murgängen, wobei über 100 000 m3 Geschiebemassen bis ins Flussbett der Aare transportiert wurden. Bereits 2010 ereigneten sich im Spreitgraben mehrere Murgänge (Hilker et al., 2011). Eine Zugkomposition entgleiste in der Gemeinde Valendas GR, weil am Abend des 11. Schutt und Schlamm durch ein Hochwasser auf eine Brücke geschwemmt wurden. Wegen Überschwemmungen infolge intensiver Niederschläge am 18. nahm die Feuerwehr ca. 80 Schadensmeldungen im ganzen Mendrisiotto TI entgegen. Am folgenden Tag stürzte ein Erdrutsch auf einen Wanderweg in der Gemeinde Bäretswil BE. 3.10 Oktober Nach warmen Tagen zu Beginn des Oktobers erreichte in der Nacht zum 7. Polarluft den Alpenraum, was einen Temperaturrückgang und Niederschläge zur Folge hatte. Am 8. sank die Schneefallgrenze vorübergehend unter 1000 m ü.M. In den höheren Lagen nahm die Schneehöhe in der Nacht auf den 9. verbreitet um 50–100 cm zu. Gegen Abend setzten erneut intensive Niederschläge bis am Mittag des 10. ein. In 18 Stunden wurde gebietsweise mehr als 60 mm Niederschlag gemessen. Aufgrund des Anstiegs der Nullgradgrenze bis über 3000 m ü.M., kamen auch noch grosse Wassermassen aus der teilweise intensiven Schneeschmelze hinzu. Dies führte vielerorts zu kritischen Hochwassersituationen. Am schwersten betroffen waren das Berner Oberland und das Lötschental VS. Nach dem 10. waren im Verlaufe des Oktobers keine nennenswerten Unwetterereignisse mehr zu verzeichnen. Kanton Bern In Kandergrund hatte die Kander am Nachmittag des 10. im Bereich unter dem Bühl wegen einer verklausten Brücke ihr Bett verlassen und floss über die Schlossweid und durch den Lawinenschutztunnel Mitholz. Autos und Baumstämme wurden mit durchs Tunnel geschwemmt und die Wassermassen rissen den gesamten Belag mit (Bild 7). Menschen und Tiere mussten evakuiert werden und zahlreiche Gebäude wurden beschädigt. Die Schäden am Landwirtschaftsland in der Gemeinde waren gross und viele Wanderwege wur-

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Bild 8. In Wiler (Lötschen VS) trat der Milibach am 10. Oktober über die Ufer (Jules Seiler, Geoplan AG). den zugeschüttet oder zerstört. Stark verwüstet wurde auch die BLS-Strecke unterhalb des Bahnhofs Blausee-Mitholz. Die Blauseekurve musste auf einem über 1 km langen Streckenstück komplett saniert werden. Die Geleise wurden unterspült und hingen lose in der Luft und eine neue Betonstützmauer musste errichtet werden. Kandersteg war infolge der Ereignisse mehrere Tage weder auf der Strasse noch per Bahn erreichbar. In der Gemeinde Kandersteg war vor allem das Gasterntal betroffen. Mehr als 250 000 m3 Geschiebematerial wurden umgelagert, was die Zerstörung von rund zwei Drittel der dortigen Infrastruktur zur Folge hatte. Rund zwölf Gebäude sowie Strassen wurden beschädigt und die meisten Brücken im Tal waren zerstört. Alle Bewohner des kleinen Tales wurden evakuiert. In Frutigen waren rund 100 Liegenschaften betroffen (gemäss der Kantonalen Gebäudeversicherung Bern). Im Ortsteil Kanderbrück mussten diverse Keller ausgepumpt werden. Bei der Kanderbrücke wurde eine Hauptleitung der Wasserversorgung unterbrochen und auch die ARA erlitt Schäden. Die Baustelle im Gempelengraben war nach den Unwettern im Juli (vgl. Abschnitt 3.7) erneut betroffen. Durch einen Seitenstollen drang eine Mischung aus Wasser, Sand und Schlamm in den Tunnel ein und begrub Baumaterial unter sich.

Im Sandweidli vor Lauterbrunnen uferte die Weisse Lütschine aus und setzte Bahn und Strasse unter Wasser. Sohlenerosion und Unterspülungen am Bahntrassee traten auf. An zahlreichen Stellen entlang der Lütschine haben die Wassermassen Böschungen erodiert oder Unmengen an Geschiebe im Fluss oder Uferbereich abgelagert. Zudem wurde die Lochbrücke überflutet und ein Wanderweg in der Nähe auf einer Länge von 20 m weggerissen. Im Bereich Schmelzi, rund 1 km vor Zweilütschinen, hatte die Weisse Lütschine mehrere 1000 m3 Land weggespült. Über 50 m hing der Schienenstrang der BOB in der Luft. Trotz der Errichtung von mobilen Wassersperren trat die Weisse Lütschine über die Ufer und richtete auch in Zweilütschinen Schäden an den Uferverbauungen an. Die Kantonsstrasse nach Grindelwald wurde im Bereich einer Brücke über die Schwarze Lütschine in Zweilütschinen/ Gündlischwand überflutet. In Grindelwald kam es zu einem kurzzeitigen Stromausfall, weil − verursacht durch einen Erdrutsch − Tannen die Freileitung Richtung Grosse Scheidegg mit zu Boden rissen. Eine weitere Leitung im Gebiet Pfingstegg wurde ebenfalls durch einen Erdrutsch beschädigt. In Wilderswil überflutete die Lütschine Felder. Zudem wurde die Trafostation der Schynige Platte-Bahn überschwemmt. Zwischen Zweisimmen und St.

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Stephan war die MOB-Bahnverbindung unterbrochen, da die Simme an diversen Stellen über das Ufer getreten war und die Geleise teils stark unterspülte. Zudem wurden Wiesland, eine Strasse und ein Flugfeld überschwemmt. Das Trassee der Zentralbahn zwischen Meiringen und Brienzwiler wurde vom Wasser der Aare unterspült und auf einer Länge von mehreren hundert Metern überschwemmt. Zusätzlich wurde der Damm, auf dem das Trassee der Bahn lag, an mehreren Stellen beschädigt. Auch die Hauptstrasse war infolge Überschwemmungen gesperrt. In Guttannen erlitten vor allem die Wasserfassungen von Kraftwerksanlagen Schäden. Murgänge hatten zudem Energie- und Steuerungskabel beschädigt. Die Schäden führten zu Energieausfällen. Zudem mussten im Mattequartier in Bern Pumpen eingesetzt werden um einige überflutete Keller zu leeren. Kanton Wallis Im Lötschental wurden mindestens zehn Brücken entlang der Lonza zerstört und die Uferlandschaft untergraben und weggespült. In Kippel, Wiler (Lötschen) und Blatten wurden aus Sicherheitsgründen ein gutes Dutzend Häuser evakuiert. In Blatten richtete der Bach Gisentella, welcher mitten durch das Dorf verläuft, die grössten Schäden an. Ein 47

Spielplatz und ein Parkplatz wurden verwüstet. Strom-, Telefon- und Internetanschlüsse waren unterbrochen und die Kanalisation wurde mit Schlamm und Geröll gefüllt. Weil die Lonza zwei Häuser zu unterspülen drohte, wurden diese evakuiert. Die Strasse Blatten-Fafleralp war an drei Stellen schwer zerstört und die Strasse zwischen Wiler (Lötschen) und Blatten wurde vom Tennbach auf mehreren hundert Metern Länge mit Unmengen an Geschiebe zugeschüttet. Weil das Fundament der Strasse unterspült war, musste das Trassee verschoben werden. Ein Erholungsgebiet mit einem kleinen Teich beim Talgrund wurde von den gewaltigen Geschiebemassen des Tennbachs vollkommen zugeschüttet. Der Milibach in Wiler (Lötschen) suchte sich auf der Breite von mehreren hundert Metern ein neues Bett und überschüttete die Kantonsstrasse mit Schutt und Geröll (Bild 8). Der Sportplatz, eine Freizeitanlage und ein Getränkedepot wurden arg in Mitleidenschaft gezogen. Auch der Grafenbach trat über die Ufer und überschwemmte die Hauptstrasse nach Kippel. Die Wasserversorgungen nach Fischbiel und zur Industriezone Chumma waren unterbrochen. Die Fassung der Beschneiungsanlage auf der Lauchernalp musste wieder hergestellt werden, ebenso die Leitungen und die Strasse. In Kippel wurde die Strassengalerie vom Golmbach zugeschüttet, blieb aber stabil. Die Strasse von Kippel hinunter zur Lonza konnte aus statischen Gründen einige Tage nicht befahren werden, da mehrere Pfeiler des Fundaments einsturzgefährdet waren. Die Strasse zur ARA wurde auf 100 m weggerissen. Zudem erlitt eine Viehstallung einen Totalschaden und der Sport- sowie Campingplatz wurden beschädigt. Das Trinkwassersystem wurde arg in Mitleidenschaft gezogen, konnte jedoch einige Tage später wieder instand gestellt werden. Im Stausee Ferden VS wurden rund 200 000 m3 Geschiebe und Sedimente abgelagert. Grundablass und Triebwasserfassung wurden überschüttet und Sedimente in die Triebwasserleitung eingetragen. Die Schäden an der Staumauer erwiesen sich als hoch. Der 7 km lange Druckstollen nach Laden/Hohtenn war ebenfalls teilweise gefüllt. Im November musste der Stausee für notwendige Revisionsarbeiten geleert werden. Der Geschiebesammler der Lonza oberhalb von Gampel liess viel Geschiebe durch, worauf sich das Material bei einem Wasserrohr, welches über die Lonza 48

führte, staute und der Fluss beim alten Lonza-Areal über die Ufer trat. Trotz des raschen Eingreifens der Einsatzkräfte entstand gewaltiger Sachschaden, vor allem an der Zentrale des Kraftwerks Lötschen. Im untersten Geschoss hatte das schlammige Wasser die Turbine und zahlreiche Maschinen verdreckt, im oberen Stock wurde der Generator in Mitleidenschaft gezogen. Unmengen an Geröll (150 000 m3) im Gerinneabschnitt der Lonza musste im Dorfbereich von Gampel/Steg ausgebaggert und wegtransportiert werden. Murgänge hatten zudem die Trinkwasserzuleitungen der beiden Gemeinden im Klösterli zerstört. Infolge des Hochwassers der Dala wurde bei deren Einmündung in die Rhone zwischen Varen und Leuk das Elektrizitätswerk überschwemmt. Es konnte nicht verhindert werden, dass die Gebäude des Werks komplett mit Geröll und Wasser eingedeckt wurden. Generator und Turbine erlitten dadurch massive Schäden. Auch die Steuerung sowie periphere Systeme wurden zerstört. In der Nacht auf den 10. staute sich ein Murgang im Pi-

schürgraben an der Brücke der Kantonsstrasse nach Leukerbad auf und verschüttete dabei die Strasse mit Schlamm- und Geröllmassen. Die Dala trat über die Ufer und überschwemmte landwirtschaftliche Flächen. Zudem ereignete sich im Gebiet einer Quellfassung ein Murgang, woraufhin Erde in die Leitungen gelangte und das Wasser verunreinigte. Die Raspille trat zwischen Sierre und Salgesch dreimal über die Ufer. Reben, mehrere Industriegebäude und Privathäuser wurden überschwemmt, wodurch grosser Schaden entstand. Die Kantonsstrasse zwischen Sierre und Salgesch musste gesperrt werden. Eine Trinkwasserfassung in der Gemeinde Mollens wurde von der Raspille komplett zerstört. Auf dem Abschnitt Oberwald– Gletsch sorgten Murgänge für grosse Schäden am Bahntrassee. Die exponierte, 2 km lange Strecke vom Lammenviadukt bis zur Rottenbrücke zeigte 26 Schadenstellen auf. So wurden die Geleise teilweise auf der ganzen Breite unterspült und ein 400 m3 grosser Murgang zerstörte das Geleise auf 50 m Länge. Wegen einem

Bild 9. Murgänge beschädigten die Wildbachsperren in der Guppenrunse in Schwanden GL am 10. Oktober 2011 (Markus Gächter, Marty Ingenieure AG). «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

talseitigen Hangrutsch war zudem ein neues Stützwerk nötig. Auf dem Abschnitt Furka-Tiefenbach UR oberhalb der Siedelenbrücke löste sich viel Material direkt bei der talseitigen Schiene und ging bis zur rund 250 m entfernten Reuss nieder. Das Geleise war in der Folge nicht mehr befahrbar. Weitere Kantone In Schwanden GL beschädigten oder zerstörten Murgänge Wildbachsperren in der Guppenrunse, wobei hohe Schäden entstanden sind (Bild 9). Nach dem Ereignis bestand das Problem, dass der Schutt von den Steilufern und die Steinblöcke von den zerstörten Sperren an verschiedenen Stellen das ganze Bachbett gefüllt hatten. Als Sofortmassnahme wurde die Räumung des Runsenbetts angeordnet. Des Weiteren beschädigte ein Erdrutsch eine Strasse, wobei die Stützmauer zerstört und die Strasse unterhöhlt wurde. Zwischen Matt und Elm GL staute die Britterenrunse den Sernf auf und führte so zu einer Überflutung. Das Bahntrassee zwischen Dallenwil und Grafenort NW wurde an mehreren Stellen überflutet. In Engelberg OW trat die Engelberger Aa über die Ufer, überschwemmte einen Parkplatz, Liegenschaften sowie Kulturland und zerstörte Wanderwege. In der Ostschweiz traten die Thur und zahlreiche Wildbäche im Raum Wildhaus − Alt St. Johann SG über die Ufer. Rund 25 Keller, Strassen, der Fussballplatz und Wiesland wurden überflutet. 3.11 November In weiten Teilen der Schweiz war der November der trockenste seit Messbeginn vor rund 150 Jahren. So wurde zum Beispiel an den Messstationen Engelberg, Säntis und Davos während des gesamten Monats kein Niederschlag gemessen. Grosse Schäden blieben aus. 3.12 Dezember Der Dezember war im Norden und in den Alpen regenreich. Das Sturmtief Joachim vom 16. richtete Schäden in mehreren Kantonen der Schweiz an. Im Kanton Schaffhausen waren vor allem Strassen, Keller und Wiesen in Trasadingen, Neunkirch, Guntmadingen und Wilchingen betroffen. Im Simmental BE gab es vereinzelt Überschwemmungen und die Zugstrecke Zweisimmen-Saanenmöser wurde durch einen Murgang unterbrochen. Der Kanton Fribourg zählte 33 Schadensmeldungen und im Kanton Solothurn wurden vor allem im Schwarzbubenland zahlreiche Keller

überflutet. Im Vergleich zu den Sturmschäden fielen die Wasser- und Murgangschäden jedoch gering aus. Am 17. ereignete sich bei der Dorfzufahrt in Tüscherz BE ein Steinschlag und in Saanen BE ging ein Erdrutsch auf die MOB-Strecke nieder. In Bondo GR gab es am 27. einen Bergsturz, wobei sich im Gipfelbereich des Piz Cengalo rund 2–3 Mio. m3 Fels lösten. Aufgrund der Abgelegenheit verursachte der Bergsturz nur kleine Schäden an einem Wanderweg und am Wald.

Wir danken für die langjährige Unterstützung bei der Erfassung der Unwetterschäden durch das Bundesamt für Umwelt BAFU. Literatur BAFU (2011): Trockenheit im Herbst 2011: Häufige Fragen zu Auswirkungen auf Natur und Umwelt. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern. http://www.bafu.admin.ch/dokumentation/ fokus/11095/11850/index.html?lang=de (Zugriff: 18.01.2012). Hegg, C., Badoux, A., Graf, C., Röthlisberger, G. (2000): Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 1999. «Wasser Energie Luft», 92. Jg., Heft

Schäden durch weitere Naturgefahrenprozesse Dieser Artikel fokussiert auf Schäden, welche durch Hochwasser, Murgänge, Rutschungen und Sturzprozesse verursacht werden. Eine Auswertung der Schadensdaten der Kantonalen Gebäudeversicherungen von 1991–2010 zeigt jedoch, dass neben Hochwasser vor allem Sturm und Hagel einen beträchtlichen Anteil an der Schadenhöhe an Gebäuden aufweisen (Imhof, 2011). Aufgrund erster Schätzungen kann davon ausgegangen werden, dass im Jahr 2011 durch Sturm, Hagel und Trockenheit verursachte Schäden die in diesem Beitrag zusammengestellten Schadenskosten infolge hydrologischer und gravitativer Naturgefahren deutlich übertreffen. So gibt zum Beispiel der Interkantonale Rückversicherungsverband IRV eine geschätzte Gesamtsumme von ca. 25 Mio. CHF für die durch den Sturm Joachim (16.12.2011) entstandenen Gebäudeschäden an (IRV, 2011). Die Hagelereignisse im Sommer 2011 führten im Kanton Aargau zu Schäden an Gebäuden von insgesamt ca. 162 Mio. CHF (AGV Aargauische Gebäudeversicherung). Laut der Schweizerischen Hagel-VersicherungsGesellschaft verursachten die Hagelunwetter vom 7.–13. Juli rund 3500 Meldungen und Schäden von rund 15 Mio. CHF an versicherten landwirtschaftlichen Kulturen (Schweizer Hagel, 2011). Tragischerweise wurden zudem während eines stürmischen Hagelgewitters am 7. Juli in Risch ZG zwei Personen durch einen umfallenden Baum tödlich verletzt. Auch Folgeschäden, welche durch Trockenheit verursacht werden, waren 2011 nicht zu vernachlässigen. Vor allem der Frühling und Herbst 2011 waren durch trockene Verhältnisse geprägt, was Auswirkungen auf die Produktion elektrischer Energie, Fische, Pflanzen und die Schifffahrt hatte (BAFU, 2011).

3/4: 59–68. Hegg, C., Badoux, A., Bassi, A., Schmid, F. (2001): Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 2000. «Wasser Energie Luft», 93. Jg., Heft 5/6: 117–129. Hilker, N., Jeisy, M., Badoux, A., Hegg, C. (2007a). Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 2005. «Wasser Energie Luft», 99. Jg., Heft 1: 31–41. Hilker, N., Badoux, A., Hegg, C. (2007b). Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 2006. «Wasser Energie Luft», 99. Jg., Heft 2: 137–145. Hilker, N., Badoux, A., Hegg, C. (2011): Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 2010. «Wasser Energie Luft», 103. Jg., Heft 1: 1–6. Imhof, M. (2011). Statistische Analyse. Analyse langfristiger Gebäudeschadendaten. Auswertung des Datenbestandes der Schadenstatistik VKF, Interkantonaler Rückversicherungsverband IRV, Rickli + Wyss, Bern, 45 S. IRV (2011): Aussergewöhnliche Ereignisse: Elementarschäden,

Bern.

http://irv.ch/IRV/

Services/Ereignisse/Elementar.aspx

(Zugriff:

04.01.2012). MeteoSchweiz (2011a): Klimabulletin Jahr 2011, Zürich. MeteoSchweiz (2011b): Das monatliche Klimabulletin der MeteoSchweiz, Zürich. http://www. meteoschweiz.admin.ch/web/de/klima/klima_ heute/monatsflash.html (Zugriff: 26.01.2012). Röthlisberger, G. (1992): Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 1991. «Wasser Energie Luft», 84. Jg., Heft 3/4: 37–41. Schweizer Hagel (2011): Hagelunwetter anfangs Juli, Zürich. http://www.hagel.ch/ (Zugriff: 17.01.2012). Anschrift der Verfasser: Norina Andres, Dr. Alexandre Badoux, Dr. Christoph Hegg Eidg. Forschungsanstalt WSL Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf norina.andres@wsl.ch Nadine Hilker Tiefbauamt des Kantons Basel-Landschaft Rheinstrasse 29, CH-4410 Liestal.

Danksagung

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Universität für Bodenkultur Wien

Ausschreibung der Stelle einer Universitätsprofessorin/eines Universitätsprofessors für

Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz (Nachfolge Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Raimund Haberl) An der Universität für Bodenkultur Wien, am Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz im Department Wasser-Atmosphäre-Umwelt (http://www.wau.boku.ac.at/sig.html), ist ab 1.12.2012 die Universitätsprofessur für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz nachzubesetzen. Die Stelle wird gemäß §98 Universitätsgesetz 2002 in Form eines zeitlich unbefristeten vertraglichen Dienstverhältnisses besetzt. In der Lehre zählt diese Professur zu den zentralen Kerneinrichtungen im Bereich der Kulturtechnik und Wasserwirtschaft. Die Studien zur „Kulturtechnik und Wasserwirtschaft“ stellen ihrerseits ein Alleinstellungsmerkmal der BOKU dar. In der Forschung ist das Hauptaugenmerk dem Schutz des Wassers, der Versorgung mit Trink- und Brauchwasser sowie der Ableitung und der Wiederverwendung und Reinigung von Abwasser zu widmen. Dabei sind die konkurrierenden Nutzungsansprüche an die Ressource Wasser zu berücksichtigen und Grundlagen für wissenschaftlich fundierte, objektive und nachvollziehbare Entscheidungen zu schaffen. Die Professorin/der Professor hat das Fachgebiet Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz mit den folgenden Schwerpunkten in Forschung und Lehre unter den Gesichtspunkten der technischen, ökologischen, ökonomischen und sozialen Nachhaltigkeit zu vertreten: • Wasserversorgung • Abwasserentsorgung • Verfahrenstechnik der Wasser- und Abwasserbehandlung • Infrastrukturmanagement • Siedlungsentwässerung • Industriewasserwirtschaft • Ressourcenorientierte Kreislaufsysteme • Chemie und Mikrobiologie im Wasserfach • Wasserversorgung und Abwassermanagement in Entwicklungsländern Für die Bearbeitung dieser vielfältigen Aufgaben steht dem Institut ein interdisziplinär zusammengesetztes Personal sowie eine umfangreiche und moderne Infrastruktur zur Verfügung (z. B. chemisch-mikrobiologische Labors, Versuchstechnikum, anwendungsorientierte EDV-Ausstattung, Feldmessgeräte inklusive (Fern-)Überwachungssysteme). Anforderungsprofil: Von den Bewerberinnnen/Bewerbern wird erwartet: • Eine der Verwendung entsprechende, abgeschlossene, inländische oder gleichwertige ausländische Universitätsausbildung mit facheinschlägigem Doktorat • Eine an einer österreichischen Universität erworbene oder gleichwertige ausländische Lehrbefugnis (venia docendi) oder eine der Lehrbefugnis als Universitätsdozentin/Universitätsdozent gleichzuhaltende wissenschaftliche Befähigung für ein relevantes Fachgebiet • Erfahrung in der Lehre, der Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten sowie der Betreuung von Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern • Bereitschaft zur Internationalisierung in Lehre und Forschung • Forschungserfahrung mit nationaler und internationaler Reputation • Erfahrungen mit der Lösung wasserwirtschaftlicher Probleme in Schwellen- und Entwicklungsländern • Erfahrung mit der Einwerbung nationaler und internationaler, öffentlicher und privater Forschungsmittel, um die Drittmittelforschung als wesentliches Standbein des Instituts zu gewährleisten • Management- und Führungskompetenz, Kommunikations- und Teamfähigkeit, soziale Kompetenz • Fähigkeit zur Koordination eines analytischen Labors und eines Versuchstechnikums • Vertretung des Faches in der Öffentlichkeit sowie in den wesentlichen nationalen und internationalen Fachgremien • Einbindung in einschlägige Schwerpunkt- und Kooperationsprogramme der BOKU • Beteiligung an der Selbstverwaltung der BOKU • Einbindung in die fachrelevante postgraduale und außeruniversitäre Weiterbildung Ihr Bewerbungsschreiben richten Sie bitte in 6-facher Ausfertigung bis spätestens 02.04.2012 (Datum des Poststempels) an den Rektor der Universität für Bodenkultur Wien, A-1190 Wien, Peter-Jordan-Straße 70. Folgende Unterlagen schließen Sie bitte Ihrer Bewerbung bei: • Lebenslauf mit ausführlicher Darstellung der Berufs-, Lehr- und Forschungstätigkeit • Verzeichnis der Publikationen (referiert, nicht referiert), Vorträge und Projektarbeiten • Sechs Publikationen neueren Datums • Grobkonzepte zu Forschung und Lehre; Darstellung von fachlichen Schwerpunkten • Kurze Begründung, warum Sie der Ansicht sind, für diese Position besonders geeignet zu sein (max. 1 A4-Seite) Mit der Abgabe der Bewerbung stimmen Sie gleichzeitig der Mitwirkung einer Personalberatung im Rahmen des Auswahlverfahrens zu. Die Universität für Bodenkultur Wien strebt eine Erhöhung des Frauenanteils in ihrem Personalstand an und lädt daher facheinschlägig qualifizierte Wissenschaftlerinnen ausdrücklich zur Bewerbung ein. Bei gleicher Qualifikation werden Frauen vorrangig aufgenommen, sofern nicht in der Person eines Mitbewerbers liegende Gründe überwiegen. Weitere Informationen zu dieser Ausschreibung und über die BOKU bzw. das Department können dem Web entnommen werden: www.boku.ac.at/professuren-ausschreibungen.html www.wau.boku.ac.at/wau.html Der Rektor Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. DDDr.h.c. Martin H. Gerzabek

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Erodierbarer Damm am Hagneckkanal – Eine Möglichkeit zur Kontrolle des Überlastfalls Esther Höck, Lukas Schmocker, Pierre Mayor, Volker Weitbrecht

Zusammenfassung Die Dammstrecke am Hagneckkanal soll saniert werden. Zusätzlich zur Ertüchtigung und Erhöhung der Dämme soll künftig auch der Überlastfall bewältigt werden können. Um eine kontrollierte Entlastung zu gewährleisten, ist auf einer Länge von rund 300 m ein Streichwehr mit einem aufgesetzten erodierbaren Damm geplant. Da die Erfahrungen mit erodierbaren Dämmen bislang beschränkt sind, wurden der Aufbau und das Erosionsverhalten des Dammes an der Versuchsanstalt für Wasserbau sowie dem Institut für Geotechnik der ETH Zürich untersucht. Der Artikel zeigt einerseits die Problematik und den Stand des Wissens auf, beschreibt anschliessend die Versuchsresultate für zwei untersuchte Dammtypen und gibt letztlich Empfehlungen zu deren Anwendungsbereich.

1. Einleitung In den vergangenen Jahrzehnten fand im Bereich des Hochwasserschutzes ein Umdenken statt. Statt einen Fluss nur auf ein klar definiertes Dimensionierungsereignis auszubauen, soll heutzutage auch der Überlastfall, verursacht durch ein sehr seltenes Extremereignis (EHQ), ohne grossen Schaden bewältigt werden können. Dies erfordert geeignete Sicherheitsventile, die das Schutzsystem gezielt entlasten und dadurch unkontrollierte Prozesse und abrupte Schadenszunahmen verhindern. Erodierbare Dämme (franz.: digue fusible, engl.: fuse plug) werden vor allem als Notenlastungen bei Staudämmen oder bei Hochwasserschutzdämmen entlang von Flüssen eingesetzt, um den Überlastfall sicher abzuleiten. Bei Staudämmen dienen die erodierbaren Dämme meist als zusätzliche Entlastung, sollte die Kapazität der Hochwasserentlastungsanlagen überschritten werden. Sobald ein vorgegebener Wasserstand im Speicherbecken oder im Fluss erreicht wird, wird der erodierbare Damm überströmt und dadurch die Erosion des Dammes ausgelöst. Da infolge der Erosion die Überfallhöhen rasch zunehmen, ermöglichen erodierbare Dämme auch über kurze Distanzen grosse Entlastungsmengen. Ein solcher erodierbarer Damm soll nun im Rahmen des Sanierungspro-

jekts am Hagneckkanal zur Anwendung kommen. Die mittlerweile 140 Jahre alte Dammstrecke weist Schäden auf und kann den Dimensionierungsabfluss heute stellenweise nicht mehr schadlos abführen. Speziell während der Sommerhochwasser 2005 und 2007 stiess der Hagneckkanal an seine Grenzen. Mit baulichen Massnahmen sollen nun künftige Hochwasser wieder sicher bewältigt werden. Die bestehenden Dämme werden saniert und erhöht, so dass ein HQ100 = 1500 m3/s sicher abgeführt werden kann. Um den Überlastfall zu kontrollieren, ist eine ca. 300 m lange seitliche Entlastung mittels Streichwehr vorgesehen. Die feste Streichwehrkante wird dabei entsprechend tief angeordnet, so dass eine genügende Entlastungskapazität erreicht werden kann. Um das Anspringen der Entlastung möglichst spät zu aktivieren, ist ein auf das Streichwehr aufgesetzter erodierbarer Damm geplant

(Bild 1). Durch die seitliche Entlastung soll der Abfluss im Hagneckkanal während eines Extremereignisses um ca. 300 m3/s von EHQ = 1800 m3/s auf 1500 m3/s gesenkt werden. Insgesamt wurden weltweit bisher nicht mehr als ca. 20 erodierbare Dämme gebaut (Khatsuria 2005). Zudem gibt es praktisch keine dokumentierten Fälle von ausgeführten erodierbaren Dämmen, die auch zum Einsatz kamen. Daher ist das generelle Vertrauen in die Funktionsfähigkeit dieser Entlastung eher gering. In der Literatur ist dennoch ein grundsätzliches Prinzip für das Design eines erodierbaren Damms vorhanden, welches nachfolgend beschrieben wird (Chee 1971, Pugh 1985, Engels&Sheerman-Chase 1985, USBR 1987, Gosschalk 1988, Khatsuria 2005). Der generelle Querschnitt ist in Bild 2 dargestellt. Die Initialbresche ist ein kurzer Abschnitt des erodierbaren Damms, der überströmt wird, sobald der Wasserstand knapp unterhalb der Dammkrone steht. Die Initialbresche garantiert, dass die Überströmung des Damms gezielt an einer Stelle beginnt. Eine gleichzeitige Überströmung des gesamten erodierbaren Damms sollte generell nicht erfolgen, da sonst kein kontrolliertes Versagen auftritt. Wird der Damm überströmt, erfolgt zuerst eine hauptsächlich vertikale Erosion im Bereich der Initialbresche. Ist die feste Dammsohle erreicht, erfolgt anschliessend die kontrollierte laterale Erosion des Damms.

Bild 1. Querschnitt der sanierten Dammstrecke am Hagneckkanal und Definition der Dammhöhe w, der Überfallhöhe hü und des Wasserstands hw.

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Die Dichtung eines erodierbaren Damms erfolgt mittels eines schräg vom wasserseitigen Böschungsfuss ansteigenden Dichtungskerns aus schwach durchlässigem feinkörnigem Material. Dieser kann innen liegend oder an der wasserseitigen Dammoberfläche angeordnet werden, minimiert die Durchsickerung und verhindert die Auswaschung des Damms und somit dessen Versagen bei Wasserspiegellagen unterhalb des Anspringpunkts. Bei der Erosion des Damms versagt der Dichtungskern infolge seines Eigengewichts und der Wasserauflast. Um bei Durchsickerung des Dammes ein Auswaschen des Dichtungskerns zu vermeiden, ist eine Filterschicht nötig, die den Dichtungskern auf der Ober- und Unterwasserseite umschliesst. Der Dammkörper selbst besteht aus leicht erodierbarem, grobkörnigem Sand und Kies. Der Oberflächenschutz besteht meist aus grobem Kies oder einem Steinsatz bzw. Steinwurf und wird sowohl auf der Wasser- wie auch auf der Luftseite angebracht. Er verhindert Erosion infolge Wind, Wellen, Regen oder Schneeschmelze. Der Aufbau eines erodierbaren Damms unterscheidet sich damit prinzipiell nur wenig vom Aufbau eines konventionellen Damms. Bis zum Erreichen des Dimensionierungswasserspiegels, bei dem der Damm wegerodiert werden muss, hat der Damm die gleiche Funktion wie ein normaler Damm zu erfüllen. Er muss bei allen Betriebszuständen stabil bleiben. Dabei dürfen keine Schäden am Dammkörper, wie Risse oder unzulässige Setzungen, entstehen. Es darf keine innere Erosion infolge Durchströmung des Damms oder infolge starken Niederschlags eintreten und die Böschungsstabilität muss für alle Lastfälle gewährleistet bleiben. Der erodierbare Damm am Hagneckkanal ist durch relativ kleine Abmessungen charakterisiert. Der Dimensionierungswasserspiegel liegt 1 m über der

Sohle des erodierbaren Damms und die Breite des Damms ist wegen der Lage auf dem Flussdeich begrenzt. Dies führt unter anderem dazu, dass die Schichtdicken nicht nur aus hydraulischen oder geotechnischen Gründen sondern auch aus ausführungstechnischen Gründen festgelegt werden müssen. Des Weiteren hängt die Wahl der Dammmaterialien von deren ausreichender Verfügbarkeit in der näheren Umgebung des Dammes ab. Die bei der Überströmung eines Dammes auftretenden Auslöseprozesse und Erosionsvorgänge sowie der Einfluss der Durchsickerung und der Materialeigenschaften lassen sich rechnerisch nur schwer bzw. mit entsprechender Unschärfe bestimmen. Zudem sind die zurzeit vorhandenen Sedimenttransportformeln nur für Normalabfluss und geringe Gefälle gültig. Aufgrund dieser Unsicherheiten sollte mit Hilfe von physikalischen Modellversuchen untersucht werden, ob durch einen geeigneten konstruktiven Aufbau und geeignete Materialien im Falle einer Überströmung ein rasches Versagen des erodierbaren Damms provoziert und somit eine schnelle Freigabe des Abflussquerschnitts erreicht werden kann. Zusätzlich sind Aussagen über die Dauerhaftigkeit des Dammaufbaus (Material, Dichtungsschichten) und zum Langzeitverhalten (Verhalten des kohäsionslosen Materials, Einfluss einer Vegetation, Eintrag von Feinanteilen) notwendig. Die Untersuchung wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Geotechnik (IGT) an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich durchgeführt. Der Artikel beschreibt den Aufbau der Modellversuche und dokumentiert die zwei untersuchten Varianten des überströmbaren Damms bezüglich Dammaufbau und Erosionsverhalten. Zum Schluss werden Empfehlungen zum Aufbau eines erodierbaren Dammes je nach Anwendungsgebiet gegeben.

Bild 2. Genereller Querschnitt eines erodierbaren Damms. 52

Experimentelle Methoden

2.1 Versuchsaufbau Im hydraulischen Modellversuch wurde der erodierbare Damm in einem Versuchskanal nachgebildet (Bild 3). Der Hauptdamm und die feste Streichwehrkante, auf der der erodierbare Damm zu liegen kommt, waren nicht Gegenstand der Untersuchungen und wurden fest modelliert. Die Anströmung des Dammes erfolgte rein frontal, was aufgrund des vorhandenen Vorlandes und der damit verbundenen geringen Fliessgeschwindigkeiten als zulässig erachtet wurde. Der Damm wurde auf einem kleinen Podest errichtet, so dass der Erosionsprozess nicht infolge eines Rückstaus vom Unterwasser beeinflusst wurde. Um zeitlich und wirtschaftlich effizient verschiedene Dammaufbauten zu untersuchen sowie den Einfluss des Einbau-Wassergehalts des Kerns und die Reproduzierbarkeit der Versuche abzuschätzen, wurden Vorversuche in zwei kleinmassstäblichen Froude-Modellen mit den Massstäben 1:5 und 1:2.5 durchgeführt. Bei den Schlussversuchen wurde auf eine exakte Nachbildung Wert gelegt, weshalb diese im Modellmassstab 1:1 durchgeführt wurden. Für die kleinmassstäblichen Versuche wurde sowohl die zweidimensionale (nur vertikale) Erosion des Damms als auch der dreidimensionale (vertikale und laterale) Erosionsvorgang betrachtet. Im Modellmassstab 1:1 wurde nur die zweidimensionale Erosion untersucht. Der Einfluss der Skalierungsmethode der Kerndicke (Abschnitt 2.2) auf den Erosionsvorgang wurde im Massstab 1:5 qualitativ geprüft. Tabelle 1 zeigt eine Übersicht der durchgeführten Versuche. Zur Dokumentation der Versuche wurde der Zufluss zum Modell mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät (MID) erfasst und der Wasserstand auf der wasserseitigen Dammseite während des Versuchs mit einem Ultraschallpegel (Echolot) aufgezeichnet. Als wichtigstes Auswertungswerkzeug dienten jedoch Fotografien durch die Glasscheibe mit einer 30 Hz-CCD-Kamera, die das Dammerosionsprofil und die Wasserspiegellage während des Versuchs mit einer Frequenz von 12 Hz dokumentierten und dadurch die Bestimmung der Erosionsgeschwindigkeit erlaubten. 2.2 Modellierung Dammmaterial Die 1:1-Versuche erfolgten direkt mit den in Natur zur Anwendung kommenden Materialien, die der VAW von den entspre-

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Bild 3. Versuchsanlage für die 1:1-Versuche und die kleinmassstäblichen Versuche mit lateraler Erosion.

Tabelle 1. Übersicht der an der VAW durchgeführten Versuche. chenden Kieswerken geliefert wurden. Für die kleinmassstäblichen Versuche wurden die Kies- und Schottermischungen nach Froud’scher Ähnlichkeit umgerechnet. Das Kern- und das Filtermaterial konnte aufgrund der kleinen Korndurchmesser und des kohäsiven Verhaltens jedoch nicht verkleinert werden. Für den Kern und den Filter wurde daher auch bei den kleinmassstäblichen Versuchen direkt das im Prototyp zur Anwendung kommende Material verwendet. Die Festigkeit des Materials war somit im Prototyp und im Modell dieselbe. Um dadurch im kleinmassstäblichen Modell die Stabilität des Kerns (Versagen durch Bruch) nicht zu überschätzen, wurde dessen Dicke zusätzlich so verkleinert, dass sich das Widerstandsmoment des Modellkerns zu demjenigen des Prototyps Froudeähnlich verhält (VAW 2010). Eine Grasnarbe konnte im kleinmassstäblichen Modell nicht nachgebildet werden. Im 1:1-Versuch hätte ein Bewuchs durch die Verwendung eines Rollrasens

theoretisch simuliert werden können. Da jedoch nur ein aufgelegter Rollrasen ohne Verwurzelung mit dem Untergrund möglich ist, ist die Übertragbarkeit der Versuche auf den Naturzustand nach mehreren Jahren nicht gegeben. Auf die Modellierung eines Bewuchses wurde daher verzichtet. 3.

Damm mit Dichtungskern – Variante gemäss Literatur

3.1 Dammaufbau Der Dammaufbau wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Geotechnik (IGT) der ETH Zürich entwickelt. Als Ausgangspunkt für die erste untersuchte Variante «Damm mit Dichtungskern» wurden die Resultate der Studie von Pugh (1985) herangezogen. Die Kerndichtung stellt ein Schlüsselelement des erodierbaren Dammes dar (Bild 4, [1]). Sie gewährleistet die Dichtigkeit des Dammes, bevor dieser überströmt wird, und bestimmt im Falle

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eines Überströmens dessen Erosionsgeschwindigkeit. Die Anforderungen an das Kernmaterial sind daher mannigfaltig. Um die Dichtigkeit zu gewährleisten, soll das Kernmaterial einen Durchlässigkeitskoeffizient k ≤ 10-7 m/s aufweisen. Da der Damm über lange Zeit trocken stehen wird, soll das Material zudem günstige Schrumpfeigenschaften aufweisen, um eine Rissbildung in Grenzen zu halten. Zudem soll die Festigkeit des Materials begrenzt sein, damit ein Versagen des Kerns im Überströmungsfall möglich ist. Ein zu plastisches Tonmaterial kommt aufgrund seiner hohen Trockenfestigkeit und seines relativ hohen Schrumpfmasses deswegen nicht in Frage. Die Suche nach einem geeigneten Material konzentrierte sich deshalb auf ein (tonig-)siltiges Material, welches in genügender Menge erhältlich ist. Mit einem Kieswaschschlamm (als magerer Ton, CM, klassifiziert) wurde ein Material gefunden, das diese Anforderungen erfüllt. Dieses «Abfallprodukt» der Kies- und Sandproduktion wird im Allgemeinen deponiert, erwies sich aber für den Aufbau des Kernes als geeignet. Um innere Erosion zu verhindern, werden die verschiedenen Zonen mit Hilfe von Filterschichten voneinander getrennt, wobei die Filterkriterien nach Norm SN 670125a eingehalten werden müssen. Beim Damm mit Dichtungskern trennt eine Filterschicht aus Feinsand (2) den Kern vom erodierbaren Stützkörpermaterial (3). Für das erodierbare Material wurde eine Kiessandmischung gewählt. Der Böschungsschutz (4) aus gewaschenem Schotter wird anschliessend direkt auf den Dammkörper aufgebracht. Mit diesem 53

Bild 4. Geometrie und Dammaufbau des erodierbaren Damms mit Dichtungskern.

= 1.0 m beträgt q = 2.1·10-6 m3/s/m. Dieser Durchfluss kann sich nur bei einem dauerhaften konstanten Wasserspiegel auf der maximalen Höhe von hw = 1.0 m einstellen. Nach 24 Stunden bei hw = 1.0 m beträgt der Durchfluss rund q = 1.5·10-6 m3/s/m und hat noch nicht den Wert des stationären Zustandes erreicht. Die schwarzen Pfeile zeigen den Wasserdurchfluss, wobei ersichtlich ist, dass ein Teil des Wassers durch die ungesättigte Zone, d.h. oberhalb der Sickerlinie (blaue gestrichelte Kurve), fliesst. Die Durchsickerung des Dammes erreicht damit auch im stationären Fall keine Grössen, die als problematisch erachtet werden müssten. Die Standsicherheit ist somit für alle Lastfälle gegeben. 3.3

Bild 5. Kornverteilungskurven der für den Prototyp vorgesehenen Materialien. Aufbau wirkt von innen nach aussen jede Schicht als Filter gegen innere Erosion für die vorgehende Schicht. Die Abmessungen des Damms mit Dichtungskern sind Bild 4 zu entnehmen. Die wasserseitige Böschungsneigung beträgt 2:3, die luftseitige 1:2. Der Kern schliesst mit der Aufstandsfläche einen Winkel von 40° ein. Bild 5 zeigt die Kornverteilungskurven der für den Prototyp vorgesehenen Materialien. 3.2

Porenwasserspannungen und Durchsickerung bei Einstau Die geotechnische Dammmodellierung konzentrierte sich auf zwei Aspekte des Dammverhaltens. Einerseits wurden die Porenwasserdrücke und die Durchsickerung mit der FE-Methode berechnet und anderseits die Böschungsstabilität mit-

tels konventioneller Bruchkreismethode unter Berücksichtigung der mit der FEMethode berechneten Porenwasserdrücke analysiert. Für die Berechnungen ist das Softwarepaket GeoStudio 2007 der Firma GEO-SLOPE International Ltd. zur Anwendung gekommen. Die Aufstandsfläche wurde für die Berechnungen als undurchlässig angenommen. Bild 6 zeigt die Porenwasserspannungen für den stationären Zustand mit hw = 1.0 m sowie die Sickerlinie als blau gestrichelte Kurve. Dargestellt sind sowohl die positiven als auch die im ungesättigten Bereich des Damms vorhandenen negativen Porenwasserspannungen in kN/m2. Die Dammabmessungen sind Bild 4 zu entnehmen. Der berechnete Sickerwasserdurchfluss im stationären Zustand bei hw

Erosionsverhalten im hydraulischen Modellversuch Sowohl die kleinmassstäblichen wie auch der 1:1-Prototypversuch zum Damm mit Dichtungskern zeigten ein ähnliches Erosionsverhalten. Es konnten somit keine signifikanten Massstabseffekte beobachtet werden. Der generelle Erosionsverlauf wird nachfolgend am Beispiel eines 1:1Versuchs erläutert (Bild 7). Alle Angaben beziehen sich auf Naturgrössen. Der Versuch wurde durch Auffüllen des wasserseitigen Reservoirs gestartet. Der Wasserspiegel wurde dabei langsam angehoben, um allfällige Durchsickerungsprozesse erkennen zu können. Bis zu einem Wasserstand hw = 1.0 m (OK SandFilterschicht) konnte keine Durchsickerung des Damms beobachtet werden. Bei höherem Wasserstand setzte zuerst die Durchsickerung des erodierbaren Materials an der Dammkrone ein. Die Durchnässung des luftseitigen Stützkörpers begann erst ab hw = 1.10 m, als die Durchströmung des Böschungsschutzes einsetzte (Bild 7, Startbild). Das am Böschungsfuss austretende Wasser war relativ klar, woraus geschlossen werden kann, dass aufgrund der eingehaltenen Filterkriterien das Auswaschen von Feinmaterial verhindert wurde.

Bild 6. Porenwasserspannungen [kN/m2] beim Damm mit Dichtungskern im stationären Zustand mit hw = 1.0 m. 54

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Ein erstes Abrutschen des luftseitigen Oberflächenschutzes wurde bei einer Überströmhöhe hü ≈ 4 cm (hw ≈ 1.24 m) beobachtet. Der luftseitige Stützkörper wurde durch diesen ersten Rutsch nicht freigelegt, so dass sich bei unverändertem Oberwasserstand wieder ein stabiler Abflusszustand einstellte. Die erste Rutschung wurde daher in der Zeitmessung der Erosion nicht berücksichtigt. Bei fortschreitendem Anstieg des Oberwasserstandes wurden weitere kleine Rutschungen des Oberflächenschutzes beobachtet. Der eigentliche Erosionsprozess setzte bei einer Überströmhöhe des Dammes von hü ≈ 6 cm ein, was einem spezifischen Durchfluss von ca. q = 0.02 m3/s/m entspricht. Die luftseitige Dammkrone war zu diesem Zeitpunkt, der im Folgenden mit t = 0 s bezeichnet wird, infolge der Umlagerung des Oberflächenschutzes bereits ausgerundet (Bild 7, t = 0 s). Der Oberflächenschutz wurde daraufhin innert kurzer Zeit wegerodiert, was zu einer Freilegung des Stützkörpers und damit der Erosion des leicht erodierbaren Materials hinter dem Dichtungskern führte (Bild 7, t = 13 s). Mit zunehmender Erosion des Dammkörpers wurde der schräge Dichtungskern unterspült und freigelegt, wodurch er als Kragarm wirkte und schliesslich infolge Eigengewicht und Wasserauflast versagte (Bild 7, t = 144 s). Mit zunehmender Erosion des Dammkörpers brach der Dichtungskern immer weiter nach, bis er schliesslich nicht mehr unterspült werden konnte (Bild 7, 173 s und 399 s). Das letzte Stück des Kerns, das nicht infolge der Unterspülung abbrechen konnte, wurde nicht erodiert und blieb stehen (Bild 7, t = 800 s). Die Kernhöhe in diesem stabilen Endzustand betrug ca. 25–30 cm. Der gesamte Erosionsprozess dauerte rund 400 s. Beim Einsetzen der Erosion wurde der Zufluss zum Reservoir kontinuierlich gesteigert, um den Wasserstand so lange wie möglich konstant zu halten. Aufgrund der beschränkten Pumpenleistung von 275 l/s, senkte sich der Wasserstand ab ca. t = 173 s (Bild 7) jedoch ab. Somit ergab sich ab diesem Zeitpunkt ein konstanter spezifischer Durchfluss von q = 0.257 m3/s/m. Da der stabile Dichtungskern nicht kontinuierlich mit dem Dammkörper erodiert wurde, bildete sich jeweils ein Absturz, an dessen Fuss Energie umgewandelt wird, siehe z.B. Bild 7, t = 144 s. Der in Natur unter dem erodierbaren Damm liegende bestehende Hochwasserschutzdamm muss gegen diese Beanspruchung entsprechend geschützt werden.

Bild 7. Erosionsverlauf des Damms mit Dichtungskern im 1:1-Versuch. Bis zu einer Überströmhöhe von hü < 4 cm erfolgt keine Erosion des Oberflächenschutzes und der Damm bleibt stabil (Bild oben links). Bei ansteigendem Wasserspiegel erfolgt eine erste Rutschung des Oberflächenschutzes, die sich aber wieder stabilisiert. Beim weiteren Anstieg des Wasserspiegels setzt schliesslich der eigentliche Erosionsprozess ein (ab t = 0 s). Der Erosionsprozess ist nach rund 400 s abgeschlossen. Die Dammhöhe ändert sich ab diesem Zeitpunkt nicht mehr. 3.4 Laterale Erosion Die laterale Erosion wurde im Massstab 1:5 für einen im Modell 1 m langen Dammabschnitt (entspricht im Prototyp einer Dammlänge von 5 m) anhand eines Halbmodells untersucht. An der Glasscheibe wurde der Oberflächenschutz auf einer Breite von 2 Modell-cm entfernt und dadurch eine Initialbresche geschaffen. Somit repräsentiert die Glasscheibe die Mittelachse der Bresche. In Natur würde sich die Bresche nach beiden Seiten lateral ausbreiten. Bild 8 zeigt den Erosionsverlauf seitlich durch die Kanalscheibe sowie von oben, auf die luftseitige Dammböschung blickend. Das Reservoir wurde langsam gefüllt und der Wasserspiegel lag während des gesamten Erosionsprozesses unterhalb der Dammkrone. Somit konnte garantiert werden, dass die Erosion im Bereich der Initialbresche startet. Sobald das Wasser in die Initialbresche fliesst, erodiert der Damm primär vertikal infolge Unterspülung und Nachbrechen des Dichtungskerns wie in Kapitel 3.3 beschrieben (Bild 7). Nach der ersten vertikalen Erosion im Bereich der Initialbresche erfolgte die Erosion des Oberflächenschutzes und des luftseitigen Stützkörpers primär durch seitliches Nachrutschen. Der Kern wirkte nach der Unterspülung als Kragarm und brach

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unter Eigengewicht und Wasserauflast (Bild 8, t = 197 s). Die seitliche Erosionsgeschwindigkeit betrug umgerechnet auf Prototypgrösse ungefähr 0.5 m/min. Ausgehend von einer Initialbresche, die eine beidseitige Erosion zulässt, breitet sich die Bresche somit mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 m/min aus. 3.5 Fazit Damm mit Dichtungskern Die Variante Damm mit Dichtungskern zeigte insbesondere in Bezug auf die Dichtigkeit und die Stabilität des Damms ein günstiges Verhalten. Die Stabilität des Damms war bis zu dessen Überströmung gegeben. Eine Durchsickerung erfolgte erst, wenn der Wasserstand die Kernhöhe überstieg, blieb aber selbst dann gering und führte zu keiner Auswaschung des Filtermaterials. Sobald eine Überströmhöhe von ca. 6 cm erreicht wurde, rutschte der Oberflächenschutz ab und die Erosion des Stützkörpers setzte ein. Der Kern wurde unterspült, wirkte dadurch als Kragarm und brach schliesslich unter Eigengewicht und Wasserauflast. Dieser Erosionsprozess wiederholte sich, solange der Kern unterspült werden konnte. Gegen Ende des Erosionsprozesses blieb ein dreieckiges Stück des Kerns stehen, das nicht mehr unterspült werden konnte und daher nicht wegbrach. Auch unter langer Strömungs55

ob die geforderten Dammeigenschaften bzgl. Dichtigkeit, Standfestigkeit und Erosionsverhalten nicht auch mit einem einfacheren Dammaufbau erreicht werden können. Insbesondere auch, da sich der Einbau des Dichtungskerns infolge der geringen Schichtdicken am Hagneckdamm aufwändig gestalten würde. Nach Abschluss der Versuche zum Damm mit Dichtungskern wurde daher ein Damm mit einem Dammkörper aus Feinsand ohne Dichtungskern untersucht. Diese Untersuchung wird nachfolgend beschrieben. 4.

Damm aus Feinsand – vereinfachte Variante

4.1 Dammaufbau Für den Bau des Damms ohne Dichtungskern wurden die gleichen Materialien verwendet, wie beim Bau des Damms mit Dichtungskern. Der Dammkörper (Bild 9, [2]) wird aus Feinsand gebaut. Dieses Material mit einem geschätzten Durchlässigkeitskoeffizient von k = 7.5·10-5 m/s übernimmt die Dichtungsfunktion. Ein Keil aus kohäsivem Kieswaschschlamm (1) wird auf der Aufstandsfläche eingebaut, um eine direkte Durchsickerung zwischen der Dammbasis und der Aufstandsfläche zu erschweren. Zwischen dem Dammkörper und dem Böschungsschutz aus gewaschenem Schotter (4) wird als Filter die Kiessandmischung (3) eingebaut. Im Vergleich zum Damm mit Dichtungskern wurde beim Damm ohne Kern die Aufstandsbreite bei gleichen Böschungsneigungen um 50 cm gekürzt. Die Dammkrone weist neu eine Breite von rund 71 cm auf. Um ein Austreten der Sickerlinie aus der luftseitigen Böschung zu verhindern, wurde der Filter am Böschungsfuss deutlich verbreitert. Die Dammabmessungen können Bild 9 entnommen werden. 4.2

Bild 8. Laterale Erosion im Modell mit Massstab 1:5. Die Erosion startet infolge Überströmung der Initialbresche an der Scheibe. Die weitere Erosion erfolgt nur durch seitliche Erosion und das Nachrutschen der Böschung (Fliessrichtung von links nach rechts, bzw. von oben nach unten; Zeitangaben in Naturgrössen). belastung erodierte dieses Kernstück nicht. In vereinzelten kleinmassstäblichen Versuchen wurde ein Abgleiten des restlichen Kernstücks auf der Aufstandsfläche beobachtet. Die Forderung nach einer vollständigen Erosion des Damms kann mit dem gewählten Aufbau mit Dichtungskern folglich nicht komplett erfüllt werden. Es ist mit einem Reststück zu rechnen, dessen Höhe 56

ungefähr der Dicke des Dichtungskerns entspricht. Zu beachten sind die Grenzen der Modellierung bezüglich Bewuchs und Langzeitverhalten. Beim erodierbaren Damm am Hagneckkanal handelt es sich mit einer Höhe von 1.2 m um einen kleinen Damm, der über Jahre hinweg trocken stehen wird und nur bei seltenen Hochwassern eingestaut wird. Es stellte sich daher die Frage,

Porenwasserspannungen und Durchsickerung bei Einstau Bild 10 zeigt die mit dem numerischen Modell (Abschnitt 3.2) berechneten Porenwasserspannungen im Damm aus Feinsand für den stationären Zustand mit hw = 1.0 m. Dargestellt sind sowohl die positiven als auch die im ungesättigten Bereich des Damms vorhandenen negativen Porenwasserspannungen in kN/m2. Die Dammabmessungen sind Bild 9 zu entnehmen. Im Gegensatz zum Damm mit Dichtungskern erfolgt der Abbau der Porenwasserspannungen nun kontinuierlich über die Dammbreite. Der berechnete Sickerwasserdurchfluss im stationären Zustand bei

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einem dauerhaften konstanten Wasserspiegel von hw = 1.0 m beträgt q = 2.1· 10-5 m3/s/m. Dieser Durchfluss ist ca. 10mal grösser als beim Damm mit Dichtungskern. Das unterschiedliche Verhalten der beiden Dammvarianten kann durch das Fehlen des Dichtungskerns und durch die kleineren Abmessungen des Damms ohne Kern erklärt werden. Die schwarzen Pfeile zeigen den Wasserdurchfluss, wobei ersichtlich ist, dass ein Teil des Wassers durch die ungesättigte Zone, d.h. oberhalb der Sickerlinie (blaue gestrichelte Kurve), fliesst. Das durchsickernde Wasser wird durch den verbreiterten Filter am Dammfuss gefasst und über die Schotterschicht am Böschungsfuss nach aussen geführt. Damit im Fussbereich der luftseitigen Böschung keine innere Erosion eintritt, müssen die eingebauten Materialien unbedingt die Filterkriterien einhalten. Im physikalischen Modellversuch mit Massstab 1:1 wurde der Damm nach dem Einbau zuerst 4 Wochen trocken stehen gelassen und anschliessend innerhalb von ca. 2 h bis knapp unter die Oberkante des Feinsandkörpers eingestaut (hw ≈ 1.0 m). Die Durchsickerung erreichte den luftseitigen Böschungsfuss nach ca. 4 h, worauf ein kontinuierlicher Wasseraustritt einsetzte. Das austretende Wasser war zu jeder Zeit klar, woraus geschlossen werden kann, dass die Filter funktionierten und kein Feinmaterial ausgewaschen wurde. Um die Durchlässigkeit des Damms unter konstantem Wasserdruck zu untersuchen, wurde der Damm anschliessend während 4 Wochen eingestaut gehalten und die Absenkung des Oberwasserspiegels gemessen. Aus diesen Messungen ergab sich eine Durchsickerung von ca. q = 6.5·10-6 m3/s/m, welche etwa in derselben Grössenordnung liegt, wie die mit dem numerischen Modell berechnete Durchsickerung. 4.3 Erosionsverhalten Das Erosionsverhalten des Damms aus Feinsand wird nachfolgend anhand eines 1:1-Versuchs dokumentiert. In Bild 11 ist der Erosionsprozess von der Seite sowie das Abrutschen des Böschungsschutzes von der Luftseite zu sehen. Alle Angaben beziehen sich auf Naturgrössen. Vor Versuchsbeginn war der Damm während 4 Wochen eingestaut und es kann somit davon ausgegangen werden, dass der Dammkörper gesättigt war. Der Wasserstand wurde von anfangs hw = 0.9 m allmählich erhöht, bis die Erosion des Damms einsetzte. Eine erste Rutschung des Oberflächenschutzes trat im Modell

Bild 9. Geometrie und Dammaufbau des erodierbaren Damms aus Feinsand.

Bild 10. Porenwasserspannungen [kN/m2] beim Damm aus Feinsand im stationären Zustand bei hw = 1.0 m.

Bild 11. Erosionsverlauf im 1:1-Versuch des Damms aus Feinsand. Links: Seitenansicht, rechts: Ansicht von der Luftseite. bei einer Überströmhöhe von hü ≈ 2–3 cm auf. Ohne weiteren Anstieg des Wasserstands stabilisierte sich der Oberflächenschutz bei dieser Überströmhöhe jedoch wieder.

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Die eigentliche Erosion begann bei hü ≈ 5 cm zum so definierten Zeitpunkt t = 0 s. In einem ersten Schritt erodierten der Oberflächenschutz und die Filterschicht aus Kies. Anschliessend setzte die Erosion 57

des Feinsandes ein. Der Feinsand wurde dabei kontinuierlich erodiert, womit sich im Vergleich zum Damm mit Dichtungskern ein lineares Erosionsprofil ohne Abstürze ergab. Schlagartiges Versagen grösserer Dammteile oder Böschungsbrüche wurden nicht beobachtet. Wiederum wird die Aufstandfläche des Damms durch die Strömung stark beansprucht und muss somit in Natur geschützt werden. Bis zum Erreichen des Dichtungskeils verlief die Erosion ungefähr parallel zur ursprünglichen Böschungsneigung, anschliessend wirkte der Dichtungskeil als Fixpunkt und es folgte eine Rotationserosion. Der Damm flachte ab und wurde innert 145 s bis auf die Höhe des Dichtungskeils abgetragen. Dieser wurde auch bei anhaltender Strömungsbelastung während 1 h nicht erodiert und stützte dadurch die davorliegenden Schichten, so dass sich ein stabiler Endzustand mit einer Dammhöhe von 25 cm einstellte. 4.4 Fazit Damm aus Feinsand Der Damm aus Feinsand zeigte sowohl bei Einstau ohne Überströmung, wie auch im Überströmfall ein zufriedenstellendes Verhalten und erfüllte die gestellten Anforderungen. Die Stabilität des Damms war bei wechselndem Wasserstand jederzeit gegeben, die Durchsickerung gering und das durchsickernde Wasser war klar und zeigte keine Anzeichen von Auswaschungen. Nach Überströmung des Damms verlief die Erosion schnell und gleichmässig. Der Sickerschutz aus magerem Ton wurde aber in keinem der Versuche erodiert. Der Damm erodierte innert knapp 3 min. bis auf die Höhe des Sickerschutzes und erreichte dann den stabilen Endzustand. Um eine vollständige Erosion des Damms zu ermöglichen, muss der Sickerschutz weggelassen oder in anderer Weise ausgeführt werden. Anstelle eines hohen Dichtungskeils können z.B. mehrere niedrige Dichtungsbahnen angeordnet werden. 5. Schlussfolgerungen Am Hagneckkanal, der künstlichen Aareableitung zwischen Aarberg und dem Bielersee, wird ein Sanierungsprojekt geplant. Um den Überlastfall zu kontrollieren, ist eine seitliche Entlastung mittels Streichwehr vorgesehen. Die feste Streichwehrkante wird dabei entsprechend tief angeordnet, so dass eine genügende Entlastungskapazität erreicht wird. Um den Anspringpunkt der Entlastung möglichst spät zu aktivieren, ist ein auf das Streichwehr aufgesetzter erodierbarer Damm geplant. Sobald der Damm im Falle eines Extremhochwassers 58

überströmt wird, soll dieser möglichst rasch und vollständig erodieren. Bei Wasserständen unterhalb des Anspringpunkts verhindert eine Dichtung das frühzeitige Versagen des Damms. Die VAW untersuchte in Zusammenarbeit mit dem IGT zwei verschiedene Varianten eines erodierbaren Dammes: einen Damm mit Dichtungskern und einen Damm aus Feinsand. 5.1

Übertragbarkeit der Modellversuche auf die Natur, Anforderungen an den Unterhalt Das Erosionsverhalten beider untersuchter Varianten hängt massgeblich von den Materialeigenschaften und den Verdichtungsmethoden ab. Obwohl im 1:1-Modell und in Natur die gleichen Materialien zur Anwendung kommen, können aufgrund der unterschiedlichen Einbaumethoden und Bedingungen sowie der Verwitterung und des Bewuchses die Verhältnisse im Modell und in Natur voneinander abweichen. Im Modell wurde ein zusätzlich vorhandener Oberflächenschutz, z.B. eine Grasnarbe, welche die Erosion des Böschungsschutzes verzögert, nicht modelliert. Insbesondere in der Anfangsphase der Erosion werden dadurch die Erosionszeiten zu schnell abgebildet bzw. setzt die Erosion im Modell bereits bei verhältnismässig kleiner Überströmhöhe ein. Ein starker Bewuchs kann den Oberflächenschutz einerseits so stark stabilisieren, dass die Erosion verhindert wird. Andererseits wird durch eine tiefgreifende Verwurzelung der Dammkörper durchsetzt, was zu einer grösseren Durchsickerung führt und die Gefahr der inneren Erosion erhöht. Der Bewuchs des Dammes muss daher auf jeden Fall kontrolliert werden. Um im Fall einer stark ausgebildeten Grasnarbe den Erosionsbeginn zu beschleunigen, soll die Dammkrone daher an einzelnen Stellen mit Betonplatten, welche lokal den Bewuchs des Damms verhindern, abgedeckt werden. Wenn ein Extremhochwasser erwartet wird, können diese Betonplatten mit einem Bagger weggehoben werden, wodurch leicht erodierbare Abschnitte entstehen, die als Initialbreschen wirken können. Generell ist jedoch ein kontinuierlicher Unterhalt, regelmässiges Mähen sowie das Entfernen von grösseren Gebüschen für die Funktion des erodierbaren Damms unerlässlich. Die im Modellversuch beobachteten Erosionszeiten können nur erreicht werden, wenn ein Bewuchs des Damms gänzlich verhindert wird. Der Oberflächenschutz weist an der Krone und auf der Luftseite eine Dicke

von nur 10 cm auf, was etwa 3 Lagen Schottersteinen entspricht. Da der Damm direkt neben einem hoch frequentierten Wander- und Veloweg liegt, besteht die Gefahr, dass der Oberflächenschutz nach und nach abgetragen wird. Somit sind anthropogene Beschädigungen des Damms nicht auszuschliessen. Lokale Beschädigungen können bereits bei Starkregen zu Erosionen führen und den Damm destabilisieren. Der Damm sollte daher eingezäunt, regelmässig überwacht sowie beim Auftreten grösseren Fehlstellen ausgebessert werden. 5.2

Überblick und Wahl der Varianten Die Durchsickerungs- und Stabilitätsberechnungen sowie die Modellversuche haben die grundsätzliche Machbarkeit einer gezielten Erosion sowohl des Damms mit Dichtungskern als auch des Damms aus Feinsand aus geotechnischer und hydraulischer Sicht bestätigt. Es sei jedoch anzumerken, dass zur Gewährleistung einer genügenden Böschungsstabilität der Wasserseite der Böschungsschutz einen Reibungswinkel von ϕ´> 45° aufweisen muss. Dieser Wert kann mit einem gewaschenen und gebrochenen Schotter erreicht werden, wenn dieser beim Einbau gut verdichtet werden kann. Die Einbaumethode ist entsprechend zu wählen und, falls ein genügender Verdichtungsgrad nicht erreicht wird, ist die wasserseitige Böschungsneigung zu reduzieren. Der ermittelte Wert der Durchsickerung ist bei der Variante Damm aus Feinsand (q = 21 ml/s/m) ca. 10-mal höher als bei der Variante Damm mit Dichtungskern. Der Damm ohne Kern ist somit einer grösseren Beanspruchung durch Sickerwasser ausgesetzt. Damit keine innere Erosion eintritt, ist besonders bei dieser Variante auf die Einhaltung der Filterbedingungen zu achten. Dabei ist eine Entmischung des Filtermaterials durch eine geeignete Einbaumethode und einen günstigen Einbauwassergehalt zu vermeiden. Die relativ kleinen Abmessungen des erodierbaren Damms stellen grosse Anforderungen an die Bauausführenden. Eine gute Verdichtung ist unerlässlich, damit lassen sich die Verformungen minimieren, die Durchlässigkeit herabsetzen sowie die erforderlichen Werte der Scherfestigkeit erreichen. Die Erosion des Dammes erfolgte bei allen durchgeführten Versuchen zuverlässig und kontrolliert. Der Erosionsstart verlief für beide Varianten ähnlich. Der

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Böschungsschutz begann bei einer Überströmhöhe von wenigen Zentimetern ein erstes Mal zu rutschen, stabilisierte sich aber bis zum weiteren Wasserspiegelanstieg wieder. Die eigentliche Erosion setzte bei einer Überströmhöhe von ca. 5–7 cm ein. Eine vollständige Erosion konnte weder beim Damm mit Dichtungskern noch beim Damm aus Feinsand garantiert werden. Beim Damm mit Dichtungskern wurde der Damm nur in einzelnen kleinmassstäblichen Versuchen komplett erodiert. Bei den 1:1-Versuchen blieb ein Reststück des Kerns mit einer Höhe von ca. 30 cm stehen. Der Damm aus Feinsand erodierte bis auf die Höhe des Dichtungskeils. Für den untersuchten Keil von 25 cm lag die Dammhöhe im stabilen Endzustand somit ähnlich hoch wie beim Damm mit Dichtungskern. Durch die Verkleinerung des Dichtungskeils bzw. die Verwendung eines Dichtungsteppichs kann die Höhe des verbleibenden Dammreststückes beim Damm aus Feinsand aber weiter reduziert werden. Bild 12 zeigt den im Modell ermittelten Erosionsverlauf der beiden Varianten im 1:1-Versuch. Während der Damm mit Dichtungskern stufenweise erodierte – auf Phasen mit schneller Erosion infolge Abbrechen eines Kernstücks folgten Phasen mit einer konstanten Dammhöhe, bis der Kern wieder ausreichend unterspült und destabilisiert war, um ein nächstes Mal abzubrechen – erfolgte die Erosion des Damms aus Feinsand kontinuierlich mit einer gleichmässigen Erosionsgeschwindigkeit. Die Erosionszeit bis zum Erreichen des stabilen Endzustandes betrug für den Damm mit Dichtungskern ca. 4 bis 7 min und für den Damm aus Feinsand knapp 3 min. Für den Damm mit Dichtungskern wurde zudem eine dreidimensionale Ausbreitungsgeschwindigkeit der Bresche von ca. 1 m/min ermittelt. Der Damm aus Feinsand wird eine schnellere seitliche Erosionsgeschwindigkeit aufweisen. Die Erosionszeit in Natur ist massgeblich von der Bausausführung, dem Wasserstand in der Aare sowie von Unterhalt und Bewuchs abhängig. Da der Damm mit grosser Wahrscheinlichkeit nicht über seine gesamte Länge von 300 m überströmt wird, sind zudem die Anordnung und Anzahl an Initialbreschen für die Erosionsgeschwindigkeit massgebend. Zuerst erfolgt die vertikale Erosion bei den vorgesehenen Initialbreschen und danach die laterale Erosion. Die Erosionsgeschwindigkeit kann somit durch die Anzahl der Initialbreschen gesteuert werden. Beide Dammaufbauten erfüllen

Bild 12. Erosionsverlauf des Damms mit Dichtungskern und des Damms aus Feinsand in den 1:1-Versuchen. generell die gestellten Anforderungen an Dichtigkeit und rasche Erosion. Im vorliegenden Fall des Hagneckkanals, bei dem der erodierbare Damm einerseits nur selten eingestaut ist und andererseits nur kleine Abmessungen aufweist, entschied sich der Auftraggeber aufgrund der positiven Versuchsresultate im Konsens mit der VAW und dem IGT für die Variante des Dammes aus Feinsand. Dieser erlaubt insbesondere einen einfacheren und damit wirtschaftlicheren Bau des erodierbaren Dammes, ohne dabei dessen Funktionalität einzuschränken. Der Dammaufbau mit Dichtungskern, wie er aus der Literatur bekannt ist, zeichnet sich insbesondere durch eine höhere Dichtigkeit aus. Zudem ist der Aufbau praktisch beliebig nach oben skalierbar. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet er sich insbesondere für höhere Dämme mit häufigem Einstau, z.B. als Notentlastung bei Stauanlagen. Die Untersuchung konnte somit bestätigen, dass erodierbare Dämme für unterschiedliche Anwendungsbereiche eine zuverlässige und naturnahe Massnahme zur Bewältigung des Überlastfalls darstellen. Die Ausführungsart kann dabei den örtlichen Gegebenheiten und Bedürfnissen angepasst werden. Der Erosionsprozess kann sehr gut vorausgesagt werden. Die exakte Erosionsdauer stellt hingegen eine Unsicherheit dar, da sie von den effektiven Einbauverhältnissen und dem Zustand des Dammes infolge Verwitterung und Bewuchs abhängig ist. Ein kontinuierlicher Unterhalt des Dammes ist daher unerlässlich.

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Danksagung

Zürich, CH-8093 Zürich

Die VAW und das IGT bedanken sich beim Amt für Wasser und Abfall des Kantons Bern für den Auftrag sowie beim Geoplan Team Hutzli Kluser für die gute Zusammenarbeit.

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Messung und Analyse der Verteilung von Schwebstoffkonzentrationen im Querprofil von Fliessgewässern Alessandro Grasso, Dominique Bérod, Hanspeter Hodel

Zusammenfassung Schadstofftransport, Tendenzen der Fliessgewässerqualität, Ablagerung in den Rückhaltebecken, Verschlammung des Gewässerbettes, Erosion, Bodenverlust, sowie die Auswirkungen auf die Ökologie (Biozönose der Gewässer) und die Freizeit sind die Hauptgründe, weshalb der Schwebstofftransport in den Fliessgewässern überwacht wird. Die Schwebstoffkonzentrationen sind in den Querprofilen der Fliessgewässer ungleichmässig verteilt. Sowohl in vertikaler als auch in transversaler Richtung gibt es grosse Konzentrationsunterschiede. Das langfristige Monitoring eines Messnetzes stützt sich auf regelmässige Entnahmen von Wasserproben, die im Labor analysiert werden. Wegen der ungleichmässigen Verteilung der Schwebstoffkonzentration ist die Auswahl der Probenentnahmestelle von grundlegender Bedeutung, denn sie muss für die Schwebstoffkonzentration im gesamten Fliessgewässer repräsentativ sein. Die im gesamten Querprofil entnommenen Wasserproben weisen Schwebstoffkonzentrations-Differenzen von über 100% zwischen Minimal- und Maximalwert auf. Die Abteilung Hydrologie des BAFU entwickelte einen funkgesteuerten Sammler, mit dem Probennahmen in einzelnen Messpunkten des Querschnittes entnommen werden können. Mit den daraus gewonnenen Konzentrationsprofilen konnte für jedes Profil der Schwebstoffmessstationen des BAFU der jeweils repräsentativste Probeentnahmepunkt für die Schwebstoffkonzentration bestimmt werden.

1. Einleitung Die Beobachtung des Schwebstofftransportes in den Fliessgewässern ist nötig um den Schadstofftransport, die Tendenzen der Fliessgewässerqualität, die Ablagerung in den Rückhaltebecken, die Verschlammung des Gewässerbettes, die Erosion, den Bodenverlust, sowie die Auswirkungen auf die Ökologie (Biozönose der Gewässer) und auf die Freizeit zu überwachen. Für das Monitoring der Schwebstoffkonzentration in den Fliessgewässern können direkte oder indirekte Methoden zur Anwendung kommen. Bei den direkten Methoden ergibt sich die Konzentration aus dem Verhältnis

Résumé Transport de polluant, réduction de la qualité des eaux, envasement des bassins de retenue, déposition en fond de lit, érosion, perte de sol, loisirs ainsi que les effets sur l’écologie (biocénose des cours d’eaux) sont les raisons essentielles, qui nécessitent une observation de la concentration des sédiments en suspension dans les cours d’eau. La concentration des sédiments en suspension n’est pas uniformément distribuée dans la section d’un cours d’eau. Elle varie tant verticalement que transversalement. Le monitorage à long terme d’un réseau de mesure se base sur le prélèvement à intervalles réguliers d’échantillons d’eau, analysés en laboratoire. En raison de l’hétérogénéité de la distribution de la concentration des solides en suspension, le choix du point de prélèvement d’échantillon a une importance fondamentale, puis’quil doit être représentatif de la concentration des solides en suspension du cours deau. Les différences dans la même section du cours d’eau entre la valeur maximale et minimale de concentration des solides en suspension peuvent dépasser 100%. Pour déterminer le point d’échantillonnage le plus représentatif de la concentration des solides en suspension du cours d’eau, la division hydrologie de l’OFEV a conçu et réalisé un échantillonneur piloté qui permet l’échantillonnage en différents points de la section du cours deau. Les profils de concentration ainsi réalisés ont permis la détermination du point d’échantillonnage le plus représentatif de la concentration des solides en suspension pour chaque cours d’eau du réseau de mesure de l’OFEV.

zwischen dem Gewicht der Schwebstoffe (suspendierte Partikel) und der Suspension (Mischung von Wasser und Sedimentpartikel). Das Gewicht der Schwebstoffe wird mittels Filtration und Trocknung bestimmt. Bei den indirekten Methoden werden optische und akustische Eigenschaften des Wasser/Sediment-Gemisches wie Durchlässigkeit, Dispersion oder Licht- oder Schallstreuung gemessen. Die Schwebstoffkonzentration wird mit Hilfe einer Korrelationskurve zwischen dem Messwert des Geräts und der Schwebstoffkonzentration (Kalibrierung des Geräts) bestimmt (Gray & Gartner, 2009). Eine Berechnungsmethode zur Ab-

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schätzung der Schwebstoffkonzentration mittels Trübungsmessung ist in Grasso (2007) präsentiert. Die Konzentrationsmessungen sind immer punktueller Natur (Probe-Entnahmestelle oder Position der Sonde). Sowohl bei der direkten als auch bei der indirekten Methode sollte die Messung der Schwebestoffkonzentration repräsentativ für die mittlere Konzentration im gesamten Querprofil des Fliessgewässers sein. Das Ziel dieses Berichts ist die Präsentation der wichtigsten Ergebnisse unserer Studien zur Heterogenität der Verteilung der Schwebstoffkonzentration in den Fliessgewässern. Das Monitoring der Schwebstoffe 61

Bild 1. Schweizer Messnetz der Schwebstoffmessstationen in Fliessgewässern von nationaler Bedeutung. und die Abschätzung der Schwebstofffrachten durch die Abteilung Hydrologie begann anfangs der Sechzigerjahre. Das Ziel dieser Messungen war das vertiefte Studium der Erosionsprozesse und der Schwebstofftransporte in den schweizerischen Fliessgewässern. Im Laufe der Jahre wurde das Messnetz erweitert und neuen Zielsetzungen angepasst (z.B. die Beobachtung der Auswirkungen des Klimawandels). Heute besteht das Beobachtungsnetz für Schwebstoffe aus 12 Stationen, davon sind acht mit einer Trübungssonde ausgerüstet (Bild 1). An allen Messstationen werden die Proben zweimal wöchentlich und zusätzlich während Hochwasserereignissen entnommen. Die Schwebstoffkonzentration wird durch Filtration und Trocknung der ungelösten Stoffe bestimmt. Mittels Aufnahme von Schweb-

stoff-Konzentrationsprofilen wird die Schwebstoff-Verteilung über das gesamte Profil erfasst und die repräsentativen Probeentnahme-Standorte (Vertikale, Tiefe der Probenahme) werden festgelegt. Das Erstellen eines Konzentrationsprofils und die Berechnung der Schwebstoffkonzentration im Fliessgewässer werden im Detail beschrieben. 2.

Verteilung der Schwebstoffkonzentrationen in den Fliessgewässern Die Schwebstoffkonzentrationen variieren je nach Gewässerbereich (Uferbereich, Gewässermitte) und Wassertiefe. Die höchsten Konzentrationen finden sich in den Schichten nahe der Ge-

wässersohle. Die Schwebstoffe werden durch die Schwerkraft (Tendenz: Ablagerung der Schwebstoffe) und die Auftriebskraft (Turbulenzen im Wasserkörper) in einem Gleichgewicht gehalten. Infolge der Turbulenzen werden die Schichten mit den höchsten Schwebstoffkonzentrationen in der Wassersäule nach oben gedrückt. Feine Partikel (< 0.062 mm, Ton, Schluff) unterliegen im Verhältnis zur Mischgeschwindigkeit einer langsamen Absenkung. Die Stärke und die Geschwindigkeit der Durchmischung wird durch den Grad der Turbulenz beeinflusst. In diesem Fall ist die Konzentration der Schwebstoffe über das Profil ziemlich gleichmässig. Grössere Partikel (> 0.062 mm, Feinsand, Sand usw.) senken sich rasch auf die Sohle ab, so dass sich die höchsten Schwebstoffkonzentrationen in Sohlennähe einstellen. Die Verteilung der Konzentration des Schwebstoffes im Querprofil ist abhängig vor der Fliessgeschwindigkeit. Bei unseren Fliessgewässern kann man drei Situationstypen darstellen. a) Wenn die Fliessgeschwindigkeit tief ist (v < 0.6 m/s), kann kein Sand im Schwebzustand transportiert werden. Die Verteilung der Schwebstoffe (Washload) in der Wasserfläche bis zum Flussbett ist ziemlich gleichförmig. In diesem Fall können die Schwebstoffproben am Ufer entnommen werden (Edward und Glysson 1999). b) Wenn die Geschwindigkeit 0.6 < v < 3.7 m/s beträgt, werden Sandpar-

Bild 3. Vertikale Verteilung der Schwebstoffkonzentration im Verhältnis zur Korngrösse der Schwebstoffe

Bild 2. Schematische Vertikale Verteilung der Fliessgeschwindigkeit, der Schwebstoffkonzentration und des Schwebstoffabflusses. 62

(Rouse, 1938, Vanoni, 1984). (Anmerkung: Ca: Referenzkonzentration der Tiefe H; C: Konzentration je nach Tiefe h; P= ws/u*k, Rouse Parameter je nach Schnittgeschwindigkeit u*, nach Ablagerungsgeschwindigkeit der Partikel ws und nach der Karman-Konstante k, α Koeffizient je nach turbulenter Viskosität). «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Bild 4. Querprofile (a) und Ganglinie der mittleren Tiefe (b) der Gewässersohle des Rheins bei Diepoldsau. tikel im Schweb transportiert. Die Verteilung des Schwebstoffes ist nicht gleichförmig. In diesem Fall ist die Wahl der Probenentnahmestelle sehr wichtig (Edward und Glysson 1999). c) Wenn die Geschwindigkeit 3.7 m/s übersteigt, ist die Arbeitssicherheit bei der Probeentnahmen nicht garantiert. In diesem Fall ist zu erwarten, dass, wegen der hohen Wasserturbulenz, die Sedimentpartikel im Fluss gleichförmig gemischt sind. Die Probe kann in der Nähe des Wasserspiegels entnommen werden (Edward und Glysson 1999). Bild 2 zeigt das Schema der vertikalen Verteilung der Fliessgeschwindigkeit, der Schwebstoffkonzentration und des Schwebstoffabflusses. Die Fliessgeschwindigkeit und die Konzentration der Schwebstoffe korrelieren miteinander. In jedem Punkt der Messvertikalen beeinflussen sich Fliessgeschwindigkeit, die Turbulenz und die Schwebstoffkonzentration gegenseitig. Die vertikale Verteilung der Schwebstoffkonzentration kann mit mathematischen Modellen beschrieben werden (vgl. Modell Rouse-Vanoni, Bild 3). Demgegenüber kann die Verteilung der Schwebstoffkonzentrationen im Querprofil (transversale Durchmischung) nicht a priori vorausgesagt werden. Diese Unsicherheiten entstehen aus den Variationen der Querprofile des Flussbettes (Bild 4), Richtungsänderungen der Fliessgewässer, Hindernissen im Bachprofil sowie seitlichen Zuflüssen von Sedimenten durch Einmündung von Nebenflüssen usw. Aus Kosten- und technischen Gründen ist eine umfassendere Probenentnahme mit einem dauerhaften Schwebstoffmonitoring heutzutage nicht möglich. Zum langfristigen Management eines Monitoringnetzes der Schwebstoffkonzentrationen gehört eine regelmässige Stichprobenentnahme an festen Messpunkten. Eine unabdingbare Voraussetzung dabei

Bild 5. Ferngesteuerter Sammler für Schwebstoffe, entwickelt in der Abteilung Hydrologie des BAFU.

Bild 6. Hydrometrischer Flügel zur Messung der Fliessgeschwindigkeit. ist, dass die Stichprobe repräsentativ für die Schwebstoffkonzentration des gesamten Fliessgewässerabschnitts ist. Die Bestimmung des Entnahmepunktes hat einen sehr grossen Einfluss auf die Berechnung der Volumens resp. der Frachten des Schwebstofftransportes. Auf Grund der grossen Unterschiede in den vertikalen und transversalen Verteilungen der Schwebstoffkonzentration kann der Fehler der Konzentration (Querprofil in Rhein-Diepoldsau vom 28.07.2010: Min. Konzentration 117.42 g/m3, max. Konzentration 372,85 g/m3) und damit der Schwebstofffrachten 100% überschreiten. Seit 2010 wird bei den Messstationen des BAFU die Wahl des Standortes

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der Probenahme (Vertikale, Tiefe) mittels Erstellung von Konzentrationsprofilen der Schwebstoffe ausgeführt. Mit diesen Profilen kann der repräsentativste Probe-Entnahmepunkt gewählt werden. 3.

Querprofil der Schwebstoffkonzentration Die Abteilung Hydrologie des BAFU entwickelte einen ferngesteuerten Sammler für die Entnahme von Schwebstoffproben. Der Sammler ist mit einer funkgesteuerten Klappe zum Öffnen und Schliessen der Eintrittsöffnung (Bild 5) ausgerüstet. Mit diesem Sammler können Stichproben aus unterschiedlichen Tiefen des Wasserkörpers entnommen werden. An den für die Probenentnahme ge63

Bild 7. Profil der Schwebstoffkonzentration (a, links oben) und der Fliessgeschwindigkeit (b, rechts oben) in der hydrometrischen Station Rhein-Diepoldsau. wählten Querprofilpunkten wird die Wassergeschwindigkeit mit hydrometrischen Flügeln (Bild 6) gemessen. Daraus ergibt sich das Profil der Schwebstoffkonzentration und der Fliessgeschwindigkeit. Am 28.07.2010 wurde in Diepoldsau ein Profil der Schwebstoffkonzentrationen und der Fliessgeschwindigkeiten erstellt (Bild 7a und 7b). Die Bestimmung der Abflussmenge erfolgt mittels doppelter Integration der gemessenen Fliessgeschwindigkeiten : Wassergeschwindigkeit am Messpunkt i:

poldsau wird in Bild 8 grafisch dargestellt. Für die Berechnung des Schwebstofftransports an der Messstelle wird die an jedem Entnahmepunkt gemessene Konzentration mit der entsprechenden Fliessgeschwindigkeit (Bild 9) multipliziert und die Integration für die gesamte Abflussmessstelle durchgeführt. Dabei wird ähnlich vorgegangen wie bei der Berechnung der Abflussmenge. Schwebstoffkonzentration im Messpunkt:

Höhenabstand zwischen den Messpunkten: h[m] Spezifische Abflussmenge einer Vertikalen:

Fliessgeschwindigkeit im Messpunkt:

Horizontaler Abstand zwischen den Messungen: d[m] Abflussmenge der Messstelle:

Vertikaler Abstand zwischen den Messungen: h[m] Schwebstofftransportrate der einzelnen Vertikalen:

Schwebstofftransport im Messpunkt:

Horizontaler Abstand zwischen den Messungen: d[m] Schwebstofftransport des gesamten Profils:

Das Ergebnis wird in Bild 10 grafisch dargestellt. Die Division des momentanen Schwebstoffabflusses (62.75 fluss

durch den momentanen Ab-

ergibt die mittlere mo(258.9), mentane Schwebstoffkonzentration des Fliessgewässers. Die Messung in Diepoldsau am 28 .7.2010 ergab eine mittlere Schwebstoffkonzentration von 0.24

Die Abflussmessung des Rheins in Die-

Bild 8. Grafische Darstellung der Berechnung der Abflussmenge in der Station Rhein-Diepoldsau.

. Bild 11 zeigt die Prozente der Repräsentativität der verschiedenen Stichproben bezogen auf die Schwebstoffkonzentration des Fliessgewässers. Die Stichprobe mit der höchsten Repräsentativität ist diejenige, die am

Bild 9. Profil des Schwebstoffabflusses. Dieser ergibt sich an jeder Messstelle aus dem Produkt der Schwebstoffkonzentration und der Fliessgeschwindigkeit des Wassers. «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Bild 10. Grafische Darstellung der Berechnung des Schwerstofftransports des Rheins in Diepoldsau.

nächsten an 100% herankommt. Aus Bild 11 kann man schliessen, dass die Probenentnahmen in der hydrometrischen Station Rhein-Diepoldsau repräsentativ sind, wenn diese in der Nähe der Vertikalen bei 50 m und einer Tiefe von ca. 0.2 m gewählt wird. Die repräsentative Probenentnahmestelle ist vom Fliessgeschwindigkeitsund vom Flussbettprofil abhängig. Aus dem vorliegenden Beispiel wird ersichtlich, dass die in der Nähe des linken Ufers entnommenen Stichproben eine um etwa 50% höhere Konzentration (Bild 7a) aufweisen, als die in der Nähe des rechten Ufers entnommenen Proben der Fall ist. Das Schwebstofftransportvermögen hängt von der Geschwindigkeit und der Turbulenz des Wasser ab. Das Fliessgeschwindigkeitsprofil (Bild 7b) der Station Rhein-Diepoldsau zeigt, dass die Fliessgeschwindigkeiten des Wassers in der Nähe des rechten Ufers etwa ein Drittel kleiner sind als die Geschwindigkeiten im Bereiche des linken Ufers. Aus diesem Grund ist die Schwebstofftransportkapazität und damit auch die Schwebstoffkonzentration auf der rechten Uferseite niedriger. Die Konzentrationsprofile der Schwebstoffe variieren je nach Morphologie der Gewässersohle und des Abflussregimes. Deshalb müssen sie für eine Kontrolle der Repräsentativität der Stichprobe periodisch wiederholt werden. Pro Station wird pro Jahr die Aufnahme von mindestens einem Schwebstoffkonzentrationsprofil während einem höheren Pegelstand (Flussgeschwindigkeit > 0.6 m/s) angestrebt. Die Abteilung Hydrologie des BAFU verwaltet das Monitoringnetz des Schwebstofftransports in den Flüssen nationaler Bedeutung. Dieses Monitoring

Bild 11. Repräsentativität der gemessenen punktuellen Konzentration bezogen auf die Konzentration im gesamten Profil.

sieht eine Probeentnahme zweimal wöchentlich vor. Die Wahl des Probeentnahmepunktes (Vertikale und Tiefe) geschieht mit Hilfe von Analysen der Konzentrationsprofile des Schwebstoffes.

ken wir den Mitarbeitern der METAS (Analyse der Schwebstoffkonzentrationen), den Mitarbeitern der Sektion Hydrometrie (Aufnahme der Schwebstoffkonzentrationsprofile) insbesondere Andreas Kohler (Zustellung der Abflussmessungen von Diepoldsau). Wir bedanken uns

4. Schlussfolgerungen Da die Verteilung der Schwebstoffkonzentration in den Querprofilen ungleichmässig ist, muss die Stichprobeentnahme zur Messung der Schwebstoffkonzentration an Punkten erfolgen, in denen die Konzentration der Stichproben als repräsentativ für das gesamte Querschnittsfläche der Fliessgewässer angesehen werden kann. Im vorliegenden Beispiel entspricht der an der Messstelle beobachtete Höchstwert der Konzentration etwa dem dreifachen Minimalwert. In anderen Stationen konnten wir höhere Differenzen zwischen Minimal- und Maximalwert beobachten. Berechnungen und Schätzungen der jährlichen Schwebstofffrachten können je nach Entnahmepunkt und Probenentnahmeplan erhebliche Differenzen aufweisen. Nicht repräsentative Probenentnahmen führen zu falschen Ergebnissen. Für eine korrekte Schätzung der Jahresmenge der Schwebstofffrachten muss die Stichprobe für den Zustand des Fliessgewässers repräsentativ sein. Die Erstellung des Konzentrationsprofils ist erforderlich um die Repräsentativität der Stichprobe kontrollieren zu können.

auch bei Herrn Clemens Mathis, Ingenieur des

Dank

alessandro.grasso@bafu.admin.ch

Für die Unterstützung des Projektes «funkge-

Dr. Dominique Bérod, Tel. +41 31 324 76 67

steuerte Sammler» danken wir Prof. Manfred

dominique.berod@bafu.admin.ch

Spreafico (ehemaliger Chef der Abteilung Hy-

Dr. Hanspeter Hodel, Tel. +41 31 324 76 33

drologie). Für die Herstellung des Sammlers

hanspeter.hodel@bafu.admin.ch

Amtes der Vorarlberger Landesregierung, für seine wertvollen Anmerkungen. Literatur Edwards, T.K., Glysson, G.D., 1999, Field Methods for Measurement of Fluvial Sediment: U.S. Geological Survey Techniques of WaterResources Investigations, Book 3, Chapter C2, 89 p. Grasso, D.A., Jakob, A., M. Spreafico. 2007. Abschätzung der Schwebstofffrachten mittels zweier Methoden. «Wasser Energie Luft» 11/1: 273–280. Gray, J.R., Gartner, J.W. 2009 Technological advances in suspended sediment surrogate monitoring. Water Resources Research, 45, 20 pp. Rouse, H. 1938. Experiments on the mechanics of sediment suspension. Proceeding, 5th International Congress for Applied Mechanics. Vol. 55, 550–555, John Wiley & Sons, New York., Hydrol. Processes, 9, 83–97. Vanoni, V.A., 1984. Fifty years of sedimentation, Journal of Hydraulic Engineering. ASCE 110/8. 1021–1057. Anschrift der Verfasser Abteilung Hydrologie, Bundesamt für Umwelt BAFU, CH-3003 Bern, CH-3063 Ittigen Dr. Alessandro Grasso, Tel. +41 31 324 76 69

danken wir Samuel Graf (ehemaliger Sektionschef der Abteilung Hydrologie). Im weiteren dan-

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Gestärkte Wirtschaft mit Wasserkraft. Quelle unseres Wohlstands: Die Wasserkraft ist unser wichtigster einheimischer Rohstoff. Wasserkraftanlagen decken rund 60% des schweizerischen Strombedarfs.

Arbeit für Tausende: Die Wasserkraftnutzung schafft und sichert lokal Arbeitsplätze und wirkt insbesondere in Bergregionen der Abwanderung entgegen.

100% Swiss Made: Wasserkraft ist einheimische Energie. Die Wertschöpfung erfolgt hier bei uns. Und die Einnahmen kommen unserem Land zugute.

Mehrwerte für den Tourismus: Erholungsgebiete um Stauseen und Erschliessungswege fördern die Standortqualität.

Lebenselixier für das Gemeinwesen:

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mmi · swv · 9/08

Einnahmen aus Wasserzinsen erweitern den Finanzspielraum von Kantonen und Gemeinden.

Flussbau, Hochwasserschutz und Biber in der Schweiz – Synergien nutzen Sabin Nater

1. Einleitung Hochwasserschutz versus Biodiversität in der Schweiz – zwei scheinbar gegensätzliche Thematiken. Können technische Lösungen des Schutzes der Bevölkerung vor Hochwasser mit der Förderung einer hohen Artenvielfalt einhergehen? Können heimische Arten im Gewässer in Wasserbauprojekte miteinbezogen und sogar Synergien genutzt werden? Die Thematik der Revitalisierung der Fliessgewässer in der Schweiz ist aktuell wie noch nie. Ebenso die Förderung und Erhaltung der Artenvielfalt bei zunehmendem Verbau unserer Landschaft, wozu auch die Gewässer gehören. Die Strategie eines Hochwasserschutzes mittels Retention, gutmütigen Schutzbausystemen und Kombinationsprojekten mit Renaturierungen wurde im Jahr 2000 neu definiert und gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die Thematiken Wasserbau, Hochwasserschutz und Artenvielfalt finden somit immer stärkere Berührungspunkte. Als Anschauungsbeispiel dieser Fragestellungen möchte der folgende Artikel Potenziale und Grenzen zwischen dem Wasserbau an Fliessgewässern und den Aktivitäten einer stark landschaftsprägenden Art – dem Biber – aufzeigen. Der Biber – ein naturnaher Wasserbauer Wie keine andere Tierart gestaltet der Biber aktiv seinen Lebensraum. Mit dem Stauen von Bächen, Anlegen von Dämmen, Biberteichen und Sekundärbächen, Fällen von Bäumen, Umgestalten von Ufern und Fliesswegen beeinflusst der Biber das Gewässer in seiner Strukturvielfalt und Dynamik in hohem Masse. Der Nager bedarf im Wasserbau hingegen nicht nur wegen seiner landschaftsverändernden Fähigkeiten erhöhter Aufmerksamkeit. Die Tiere haben als Schlüsselart auch eine immense Bedeutung für die Biodiversität entlang von Bächen und Flüssen. Als Schlüsselart gilt eine Art, von deren das Überleben vieler

Bild 1. Der europäische Biber – Castor fiber (Bildrecht: iStock).

Bild 2. Biberteich mit Winternahrung im Naturschutzgebiet Niederwis TG (Bild: Sabin Nater). anderer Arten abhängt. Der Nager zählt zu den wenigen Spezies, die durch ihre Landschaftsveränderung eine Heterogenität schaffen, welche die Biodiversität signifikant erhöht (Warren 1927, Naiman et al. 1986, Wright et al. 2002, Rosell et. al. 2005, Messlinger 2006, Messlinger 2011, Bayerisches Landesamt für Umwelt 2009).

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Der Biber als grösstes europäisches Nagetier prägt und reguliert durch seine Lebensweise ganze Lebensgemeinschaften. Nicht umsonst wird der Biber als Ecosystem Engineer oder eben als «naturnaher Wasserbauer» bezeichnet. In Hinblick auf die kommenden Herausforderungen der Revitalisierungs67

projekte in der Schweiz kann der Biber, ganz nach dem Motto «Biber statt Bagger», einen wesentlichen Beitrag zur Aufwertung von Fliessgewässern leisten – er revitalisiert gratis (!). Die Lebensraumansprüche des Bibers sind langsam fliessende Gewässer, eine Uferbereichsbreite von 10–20 m zum Fällen, Stauen, Graben usw. und genügend Nahrung in Form von Gehölzen. Sein Aktionsradius entlang des Gewässers beträgt dabei gemäss Stocker (1985) 1.4–4.5 km. 3.

Der Biber und der Wasserbau an den Fliessgewässern in der Schweiz – ein geschichtlicher Abriss Bis in die 1980–90er-Jahre wurden in der Schweiz im Hochwasserschutz vorwiegend technische Lösungen gesucht. Der

Bedeutung der vielfältigen Lebensräume an einem Flusslauf, deren Vernetzung und Biotope wurde zu wenig Wichtigkeit beigemessen und daher praktisch nicht in Hochwasserschutzprojekte integriert. Erst anfangs 1990er-Jahre wuchs das Verständnis für das komplexe Zusammenspiel der Flora und Fauna an und in Gewässern mit deren Umgebung. Dementsprechend wurde man auf die Verarmung der Vielfalt der Flora und Fauna durch den harten Verbau der Gewässer aufmerksam. Dies bildete sich unter anderem in der Herausgabe des Gewässerschutzgesetzes und der Gewässerschutzverordnung ab. Zur gleichen Zeit – anfangs der 1990er-Jahre – erholte sich an den Schweizer Gewässern der Bestand einer Art die zu Beginn des 19. Jahrhunderts vollständig ausgerottet war: der europäische Biber (Ca-

Bild 3. Veränderte Hydraulik des Schwarzbachs in Dinhard ZH durch einen umströmten Biberdamm (Bild: Sabin Nater).

Bild 4. Überströmter Biberdamm bei Hochwasser am Steinerbach bei BadenWürttemberg in der Gde. Wittlekofen (Bild: Christoph Angst). 68

stor fiber). Begehrt wegen seines Felles, Fleisches und des Bibergeils, einem Analdrüsensekret welchem heilende Wirkung nachgesagt wurde, bejagte man den Biber in der Schweiz intensiv bis zum letzten Tier. 1962 wurde der Biber in der Schweiz unter Schutz gestellt. Zwischen 1956 und 1977 wurden an mehreren Stellen in der Schweiz Biber ausgesetzt. Bis in die 1980er-Jahre schien die Wiederansiedlung hingegen recht erfolglos. Erst in den 1990er-Jahren erholte und vergrösserte sich der Bestand auf ca. 350 Individuen. Bei einer nationalen Biber-Bestandesaufnahme im Jahr 2008 erlebte man schliesslich eine Überraschung. Aus den ursprünglich 141 ausgesetzten Bibern war innert knapp 50 Jahren eine Population von rund 1600 Tieren herangewachsen (Angst 2010). Einher mit der Ausbreitung der Tierart gingen Konflikte zwischen dem Nager und vorwiegend Landeigentümern. Gräbt der Biber Wohnbauten in Böschungen, staut er Bäche und flutet damit Felder oder fällt Bäume, sind Konflikte mit ufernaher Landwirtschaft absehbar. Darauf reagierte das BAFU im Jahr 2004 mit der Herausgabe eines nationalen Biberkonzepts (Buwal 2004). Heute ist die Tendenz der Konflikte leicht steigend: der Bestand der Biber in der Schweiz nimmt weiter zu und der Nager erweist sich immer mehr als unglaublich anpassungsfähige und störungstolerante Art. Hinzu kommt, dass Schäden durch Wildtiere in der Landwirtschaft heute praktisch nicht mehr toleriert werden. Generell ist das Konfliktpotenzial zwischen Biber und Mensch umso grösser, je verbauter ein Gewässer ist. Heute sind 46% der Fliessgewässer in der Schweiz wenig bis stark beeinträchtigt und 37% weisen ein Defizit im Gewässerraum auf (Zeh Weissmann et al. 2009). Die meisten dieser Gewässer befinden sich im Schweizer Mittalland, da wo auch der Biber seine bevorzugten, langsam fliessenden Gewässer findet. Auf der anderen Seite wurde die Strategie des Hochwasserschutzes in der Schweiz seit dem Jahr 2000 angepasst. Hochwasserschutzprojekte werden umfassender betrachtet, den Fliessgewässern wird wieder mehr Raum zugesprochen, die Schaffung von Rückhalte- und Freihalteräumen sowie die Anwendung von gutmütigen Schutzbausystemen wie Flutmulden und Gerinneaufweitungen lösen harten Verbau ab. Die Erkenntnis der Notwendigkeit des ausreichenden Raumbedarfs der Fliessgewässer spiegelt sich unter anderem in der Änderung des Gewässerschutz-

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Bilder 5a und 5b. Grabaktivitäten des Bibers im Uferbereich des Halenmattenkanals im Grossen Moos (BE) (Bilder: Peter Lakerveld, AWA Bern). gesetzes GSchG anfangs Jahr 2011 und der geänderten Gewässerschutzverordnung GSchV im Frühsommer 2011 ab. Der Bund legt damit fest, dass die Fliessgewässer und Seen der Schweiz in Zukunft naturnaher werden müssen und als artenreiche Lebensräume ihren Beitrag zum Erhalt der Biodiversität leisten sollen. Neu sind die Kantone verpflichtet, den Gewässerraum festzulegen und zu sichern, welcher notwendig ist, um die natürliche Funktion der Gewässer und den Hochwasserschutz zu gewährleisten. Weiter haben die Kantone die Pflicht zur strategischen Planung und Umsetzung von Revitalisierungen, d.h. eine sogenannte konzeptionelle Revitalisierungsplanung auszuarbeiten. Insgesamt sollen damit in der Schweiz ca. 4000 km im Laufe der nächsten 80 Jahre revitalisiert werden. Im Zuge der Umsetzung dieser Gesetze wird es zur Neugestaltung von Gewässern und zur vermehrten Umsetzung von Revitalisierungsprojekten und Kombinationsprojekten zwischen Hochwasserschutz und Revitalisierung kommen. Der neu auszuscheidende Gewässerraum deckt sich ziemlich gut mit dem vom Biber stark genutzten Uferbereichsstreifen von 10–20 m. Dem Biber kommt die Gesetzgebung folglich entgegen, da ihm in Zukunft mehr hochwertiger Lebensraum zur Verfügung stehen wird. Weiter ist anzunehmen, dass sich durch den grösseren Gewässerraum die Biberkonflikte in der Schweiz langfristig reduzieren werden. 4.

Einfluss des Bibers auf die Fliessgewässer-Hydraulik Die mittels Studien belegten Auswirkungen des Bibers auf Fliessgewässer sind zahlreich. Beispielsweise führen Biberaktivitäten zu erhöhter Infiltration des Gewässers ins Grundwasser und zur Ver-

änderung der physikalischen und chemischen Parameter des Wassers (Harthun 2000, Zahner 1996). Ebenso konnten Auswirkungen auf die Geomorphologie (Butler et al. 2005, Martell et al. 2006, Pollock et al. 2007) und insbesondere auch eine Veränderung der Hydromorphologie des Gewässers belegt werden (Gurnell 1998). Weiter nimmt der Nager Einfluss auf die Hydrologie eines Gewässers, z.B. durch die erhöhte Verdunstung über die Wasseroberfläche, über die Retention und Sedimentation von Biberteichen (Douglas and Shafroth 2010, Hood and Bayley 2008, Persico and Meyer 2009). Ergänzend fällt der Einfluss der Biberbauten auf dieHydraulik des Gewässers ins Auge, mit dem Biber ist eine einst ausgerottete einheimische Tierart zurückgekehrt, welche durch ihre Grab-, Fällund Stautätigkeit erheblichen Einfluss auf die Hydraulik der Fliessgewässer ausübt. Zur Veränderung der Gewässer-Hydraulik durch den Biber liegen bisher praktisch keine Studien vor. Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass sich wesentliche Veränderungen der Hydraulik vor allem durch das Erstellen von Dämmen, das Errichten von Biberteichen und die Neuschaffung von sogenannten Sekundärbächen – wassergefüllten Kanälen in Anbindung an den Hauptlauf des Gewässers, die der Biber selbst gräbt – ergeben. Wichtige Einflüsse der Biberbauten auf die Hydraulik eines Fliessgewässers sind: • Dammbauten: Rückstaueffekt, regulierter Abfluss, Umströmung bei Hochwasser, Sedimentation • Biberseen (einzeln oder als kaskadenartige Kette von Staustufen): Retention, Schaffung von Stillwasserzonen und Zonen mit erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten • Sekundärbäche: Veränderung des Ge-

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rinne Querschnitts, Retention, Ablenkung der Hauptströmung in Seitengerinne, Dämpfung der Fliessgeschwindigkeit Bei Hochwasser verändert sich die Hydraulik eines Fliessgewässers. Bei Hochwasser herrschen im Gerinne in der Regel grössere Abflüsse, höhere Flissgeschwindigkeiten und Wasserspiegel als beim Mittelwasser. Biberdämme und die sich dahinter bildenden Biberseen nehmen im Hochwasserfall eine ähnliche Funktion wie Retentionsbecken war, sie stauen den Wasserkörper zurück und geben ihn reguliert wieder ab. «Indem der Biber mit seinen Bauten das im Ereignisfall anfallende Wasser schon im Oberlauf eines Gewässers zurückhält, betreibt er den heutzutage als zukunftweisend geltenden, klassischen dezentralen Hochwasserschutz.» Dadurch verzögert sich der Abfluss und die Ganglinienspitze kann reduziert werden (Djoshkin & Safonow 1972, MüllerSchwarze & Sun 2003). Einen ähnlichen Effekt nehmen Sekundärbäche wahr, welche der Biber gerne gräbt. Im Ereignisfall dehnen sich die Wassermassen über die Seitengerinne aus und fluten somit grössere Flächen (Hartun 2000). Dammbauten von Bibern reagieren im Hochwasserfall meist gutmütig; in der Regel werden sie über- oder seitlich umströmt. Allerdings kann es bei Extremereignissen auch zur Zerstörung der Biberbauten, z.B. zum Bruch von Dammbauten kommen (Nitsche 2002, Harthun 1997). 5.

Der Biber – gefürchtet an den Schutzbauten Neben den Konflikten mit der Landwirtschaft, kann der Biber, vor allem durch 69

a.)

b.)

Bild 6a und 6b. Einbau eines Hanggitters im Rahmen einer Renaturierung an der Önz in der Gemeinde Graben (BE), (Bild: Peter Lakerveld). seine Grabaktivität, Schutzbauten gefährden. Dringt der Biber in Gewässerabschnitte mit Uferverbau, Böschungsfuss-, Sohlensicherung oder Schutzbauten wie Hochwasserdämme vor, drängt sich ein Konflikt förmlich auf. Besonders anfällig ist dabei harter Verbau, also Massnahmen am Gewässer, die durch Betonarbeiten, Pflästerungen, der Einbau von Blocksteinen und ähnlichem vollzogen werden und oft wenig bis keine natürliche Dynamik des Gewässers zulassen. Aus Deutschland kennt man die Gefährdung von ufernah verlaufenden Hochwasserschutzdeichen und Stauhaltungsdämmen; gräbt der Biber in diese Böschungen Fluchtröhren und Wohnbauten kann die wasserseitige Dichtung geschwächt und der Deichquerschnitt instabil werden (Maier 1994). «Der Biber macht die Schwächen des harten Gewässerverbaus, wie wir ihn Jahrzehnte lang praktiziert haben, sichtbar.» Ebenfalls sind gemäss Nitsche (2008) Fälle bekannt, wo der Nager an der Elbe an der Sohle und dem oberen Abschluss von Blockwürfen Wohnbauten und Fluchtröhren in Böschungen grub und die gesamte Ufersicherung destabilisierte. Weiter können Biber Hochwasserrückhaltebecken oder Pflanzenklärbecken in ihrer Funktion beeinträchtigen, wenn sie im Ausfluss Dämme bauen und damit die Becken aufstauen. Wenn immer aber mit sogenannten «gutmütigen» Systemen an den Gewässern gearbeitet wird, so z.B. mit 70

Aufweitungen, Flutmulden, Rückhaltebecken und ähnlichen Systemen, die eine natürliche Dynamik des Gewässers zulassen und im Überlastfall nicht versagen sondern anpassungsfähig sind, kann auch der Biber wesentlich weniger «Schäden» anrichten. Der Biber macht die Schwächen des harten Gewässerverbaus, wie wir ihn Jahrzehnte lang praktiziert haben, sichtbar. Statt mit Revitalisierungsprojekten wird solchen Biberkonflikten heute meist mit Schutzmassnahmen begegnet. Drahtgittern werden in Böschungen eingebaut um den Biber am Graben zu hindern, man begegnet der Tierart mit Vergrämung, Ablenkfütterung oder dem Wegfang. 6.

6.1

Einbezug des Bibers in Wasserbauprojekte

Synergien nutzen und Kosten sparen Nicht nur in der Schweiz wurde erkannt, dass auf den Biber nicht reagiert sondern agiert werden muss. Nachträgliche Massnahmen «gegen» den Biber führen meist zu hohen Kosten und bringen nicht die gewünschte Wirkung. Wird der Biber erst in der Ausführungsphase in ein Projekt integriert, kann auf den Nager nur noch mittels Schutzmassnahmen reagiert werden. Mit Schutzmassnahmen wie dem Einsatz von Elektrozäunen usw. werden die Symptome des Konflikts Mensch-Biber bekämpft, anstatt die Ursachen anzugehen. Der Biber wird als «Störfaktor» in seinem ursprünglichen Lebensraum wahrgenommen – aus ökologischer Sicht ein Paradoxon seines-

gleichen, denn der Biber prägt, im Gegensatz zu uns Menschen, die Landschaft schon seit Millionen von Jahren mit. Nachhaltiges Projektmanagement heisst daher, präventive Massnahmen zu ergreifen und den Biber möglichst früh in einem Hochwasserschutz-, Revitalisierungs-, oder idealerweise Kombinationsprojekt zu berücksichtigen. Um in einem Wasserbauprojekt dem Biber präventiv zu begegnen, muss dem Nager der notwendige Raum zugesprochen werden. Das ufernahe Land muss ausgeschieden und dem Gewässerraum zugeteilt werden. Gerade dies stellt, vor allem in der Vergangenheit, bei Wasserbauprojekten erfahrungsgemäss oft eine grosse Herausforderung dar. Der Druck auf den Boden in der Schweiz ist gross, unzählige Nutzungsansprüche wie die der Landwirtschaft, der Siedlungen usw. sind daran gebunden. Durch die neue Ausscheidung des Gewässerraums erlangt der Landanspruch der Gewässer in der Schweiz wieder mehr Gewicht und die Ausscheidung der erforderlichen Räume sollte in Zukunft leichter fallen. Weiter können durch den Nager Kosten in einem Revitalisierungsprojekt gespart werden. Zum einen indem nachträgliche Kosten für Massnahmen gegen «Biberschäden» vermieden werden. Zum anderen indem dem Biber aktiv einen Teil der Revitalisierungsarbeiten überlassen werden. Teiche müssen nur teils erstellt werden, Flachuferzonen, Nebengerinne, Riffles und Pools schafft der Biber von selbst. Das Revitalisierungspotenzial des

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Bibers ist hoch, wenn er sein ökologisches Potenzial voll entfalten kann. Die landschaftsgestalterische Kraft der Tiere gilt es zu nutzen. Zwar dauern die Revitalisierungsprojekte des Bibers etwas länger als wenn sie von Menschenhand ausgeführt werden, dafür entstehen dabei «echte, natürliche» Revitalisierungen. In einem Wasserbauprojekt soll klar aufgezeigt werden, wo aktiv verbaut werden muss und wo dem Biber Arbeiten überlassen werden können. Revitalisierungsprojekte generieren in der Regel hohe Kosten. Die gratis ausgeführten Revitalisierungsarbeiten des Bibers können hier entgegenwirken und die Gesamtkosten reduzieren.

•

• «Revitalisierungsprojekte generieren in der Regel hohe Kosten. Der Biber revitalisiert gratis. Der Einbezug des Bibers in Revitalisierungsprojekte kann die Gesamtprojektkosten reduzieren.» Handelt es sich bei einem Wasserbauprojekt nicht um ein reines Revitalisierungsprojekt, sondern auch um ein Hochwasserschutzprojekt, stellen sich die Anforderungen des Schutzes der Bevölkerung vor Hochwasser in den Vordergrund. Eine Idee ist, um den Biber und seine Aktivitäten auch hier berücksichtigen zu können, mit flexibleren Dimensionierungen zu arbeiten. Dies könnte bedeuten, dass z.B. das Freibord bei der Dimensionierung des Projekts höher als vom Hochwasserschutz gefordert festgelegt oder das Volumen eines Rückhaltebeckens unter Berücksichtigung der Aktivität des Bibers dimensioniert wird. Damit würden spätere allfällige Konflikte mit dem Biber präventiv vermieden werden. 7.

Ansätze zum Einbezug des Bibers in ein Wasserbauprojekt Präventive Massnahmen zur Synergienutzung Biber – Wasserbau können wie folgt aussehen: • Der Biber soll so früh wie möglich in der Planung eines Wasserbauprojekts thematisiert werden. Allenfalls schon auf Stufe Submission. • Je nach Dimension des Projekts: Beizug eines Biberexperten in einer möglichst frühen Planungsphase. • Projektbeteiligten müssen auf die Synergien zwischen Biber, Hochwasserschutz und Revitalisierung aufmerksam gemacht werden. • Ausscheidung des Raumbedarfs des Bibers im Gewässerraum

•

Klare Festlegung, wo dem Biber im Projektperimeter Raum zugesprochen werden kann und wo nicht. Eine Gliederung des Wasserbauprojekts in Zonen wo der Biber sein volles ökologische Potenzial entfalten kann (Raumanspruch) und solche wo er, z.B. aufgrund des zu hohen Schadenpotenzials, der Gefahr von Schädigung teurer Infrastruktur usw., nicht toleriert werden kann. Nutzung des Revitalisierungspotenzials des Bibers: Massnahmen zur Revitalisierung vereinfachen und stattdessen den Biber in gewählten Abschnitten wirken lassen. Dimensionierung der Schutzbauten unter Berücksichtigung der Aktivitäten des Bibers. Ergreifen von Sicherungsmassnahmen gegen die Grabtätigkeit der Tiere an neuralgischen Stellen, z.B. bei unmittelbarer Gefährdung von wichtiger Infrastruktur. Anbieten von Nahrungspflanzen / Weichhölzer (z.B. Pappeln, Weiden) als Winternahrung für den Biber > Lenkung der Tiere an Orte, wo sie erwünscht sind. Volkswirtschaftlicher Gesamtnutzen eines Projekts anstelle der einzelwirtschaftlichen Kosten betrachten.

und auch den Aspekten des Hochwasserschutzes gerecht werden. Wird die landschaftsgestalterische Kraft der Tiere zugelassen, können Kosten bei der Realisierung und Folgekosten im Gewässerunterhalt vermindert werden. Nachhaltiges Projektmanagement heisst darum, den Biber von Beginn an in die Projektplanung einzubeziehen. Eine Zusammenarbeit mit Spezialisten hilft Kosten sparen, Leerläufe verhindern und Ärger vermeiden. Idealerweise sollen Hochwasserschutz-, und Revitalisierungsprojekte aufgrund der vielfachen Synergien in Zukunft nicht getrennt, sondern als Kombinationsprojekte aufgegleist werden. «Breitwasser statt Hochwasser» – ein Motto, dass mit der bevorstehenden nationalen Ausscheidung der Gewässerräume gelebt werden sollte. In Hinblick auf die Nutzung der Synergien zwischen Hochwasserschutz, Revitalisierung und dem Biber in der Schweiz liegen – vor allem für die projektierenden Ingenieurbüros – einige spannende Herausforderungen vor uns. Danksagung Einen herzlichen Dank möchte ich an Peter Lakerveld von «Hallo Biber», Mittelland der Pro Natura und Christoph Angst der nationalen Biberfachstelle aussprechen, die mich durch ihre langjährige Erfahrung mit dem Biber und mit

8. Ausblick Der Biber zeigt uns heute auf schmerzliche Art und Weise was wir im Laufe der Zeit vergessen haben: Welcher Raum den Gewässern in ihrer natürlichen Funktion eigentlich zusteht. Wird der Biber in einem Hochwasserschutz-, oder Revitalisierungsprojekt als «Störfaktor» wahrgenommen, also gegen den Biber statt mit dem Biber gearbeitet, sind Konflikte vorprogrammiert. Der Biber verteidigt seinen Lebensraum inbrünstig, er lebt mittlerweile auch in Gebieten, welche vor Jahren noch als unbesiedelbar bezeichnet wurden. Der Nager greift aktiv in seinen Lebensraum ein und dabei oft nicht in den vom Projektteam gewünschten Dimensionen und an gewünschter Stelle. Der Nager bedarf jedoch nicht nur wegen seiner landschaftsverändernden Fähigkeiten erhöhter Aufmerksamkeit im Wasserbau. Die Tiere haben als Schlüsselart auch eine immense Bedeutung für die Biodiversität entlang von Bächen und Flüssen. Die Biodiversität gilt als Pfeiler der natürlichen Funktion eines Gewässers, welche gemäss revidierten Gewässerschutzgesetz und dessen Verordnung sichergestellt werden muss. Bei frühzeitigem Einbezug des Bibers in ein Wasserbauprojekt kann den ökologischen

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ihrem Fachwissen tatkräftig unterstütz haben. Ebenfalls einen herzlichen Dank möchte ich an Andrea Pozzi der Niederer + Pozzi Umwelt AG aussprechen, durch dessen Anstoss die Idee des Artikel entstanden ist. Weiter danke ich Ernst Hunziker des AWA Bern herzlich für das Bildmaterial. Und nicht zuletzt einen Dank an die Redaktion des WELs für die Realisierung des Drucks. Literatur Angst, Ch. (2010): Mit dem Biber leben. Bestandeserhebung 2008; Perspektiven für den Umgang mit dem Biber in der Schweiz. UmweltWissen Nr. 1008. Bundesamt für Umwelt, Bern, und Schweizer Zentrum für die Kartographie der Fauna, Neuenburg. 156 S. Bayerisches Landesamt für Umwelt (2009): Artenvielfalt im Biberrevier – Wildnis in Bayern. 52 S. Bräuer, I. (2002): Artenschutz aus volkswirtschaftlicher Sicht Die Nutzen-Kosten-Analyse als Entscheidungshilfe, Marburg, 322 S. Butler, D.R., Malanson, G.P. (2005): The geomorphic influences of beaver dams and failures of beaver dams, Geomorphology 71, p. 6–48. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft Buwal (2004): Konzept Biber Schweiz, 6 S. Douglas Anderson, C., Shafroth, P.B. (2010): Beaver dams, hydrological thresholds, and con-

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Mit programmierten Beispielen H. Martin

Numerische Strömungssimulation in der Hydrodynamik Grundlagen und Methoden 2011. XII, 183 S. 66 Abb. Mit online ﬁles/ update. Br. ISBN 978-3-642-17207-6

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«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Energieverlustbeiwerte von Rohrverzweigungen Helmut Martin

1. Einführung In der Hydraulikliteratur des Bau- und Wasserwesens findet man für die Energieverlustbeiwerte von Rohrverzweigungen eine grosse Anzahl von experimentellen Ergebnissen, die meistens in Form von Tabellen und Diagrammen bereitgestellt werden. Bereits im Jahre 1973 versuchte Li, die grosse Zahl der experimentell ermittelten Verlustbeiwerte für RohrleitungsT-Stücke zu ordnen und in übersichtlichen Diagrammen zusammenzufassen. Eine umfangreiche Zusammenstellung von Verlustbeiwerten von Rohrverzweigungen findet man bei (Miller 1974). In der Literatur werden für eine Rohrverzweigung zwei Verlustbeiwerte angegeben (Bollrich, 2007), die jeweils auf die Geschwindigkeitshöhe im Rohrabschnitt mit dem Gesamtdurchfluss bezogen werden, also im Bild 1 bei der Stromvereinigung auf die Geschwindigkeitshöhe im Rohrabschnitt 3 und bei der Stromtrennung auf die Geschwindigkeitshöhe im Abschnitt 1. Für die Stromvereinigung wird für den Energieverlust zwischen den Rohrabschnitten 1 und 3 der Beiwert ζ13 und zwischen den Rohrabschnitten 2 und 3 der Beiwert ζ23 ermittelt (Aigner 2008). Für die Stromtrennung wird zwischen den Rohrabschnitten 1 und 3 auch ein Beiwert ζ13 und zwischen den Rohrabschnitten 1 und 2 der Beiwert ζ12 bestimmt. Ausgehend von der Annahme, dass der Energieverlust bei der Stromvereinigung im Wesentlichen zwischen dem Vereinigungspunkt (VP) und der Begrenzung des angedeuteten Kontrollvolumens im Rohrleitungsabschnitt 3 (Bild 1a) und bei der Stromtrennung im Bereich des Trennpunktes (TP) auftritt, wird im Folgenden in einem neuen Ansatz für die Stromvereinigung ein Leistungsverlustbeiwert ζv und für die Stromtrennung ein Leistungsverlustbeiwert ζs eingeführt. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Querschnittsflächen der Rohre in den Abschnitten 1 und 3 gleich gross sind (A1= A3 = A) und die Querschnittsfläche der Rohrleitung 2 gleich oder kleiner A ist (A ≥ A2). Der Abzweigungswinkel α kann von 0° bis 90° variieren (vgl. Bild 1).

Bild 1. Rohrverzweigung: a) Stromvereinigung, b) Stromtrennung.

Ansätze für Energieverlustbeiwerte von Rohrverzweigungen

2.1

Energieverlustbeiwerte für eine Stromvereinigung (4)

2.1.1 Theoretische Ansätze Für das im Bild 1a dargestellte Kontrollvolumen liefert der Impulssatz in Richtung der Rohrachse 1–3:

Durch Umformung erhält man daraus eine Gleichung für Energiehöhen

(1) (5) Darin bezeichnet W1 die unausgeglichene Wandreaktion im Anschlussbereich der Rohrleitung 2, die sich aus

und unter Beachtung der Kontinuität

(6) (2) erhält man weiter ergibt. Wird weiter angenommen, dass im Bereich des Anschlusses der Rohrleitung 2 die Piezometerhöhen h1 und h2 näherungsweise gleich gross sind, so folgt aus Gl. (1) (7)

(3) Als weitere Gleichung wird eine Beziehung für den gesamten Energiestrom mit einem integralen Verlustbeiwert ζv herangezogen:

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Da für die Piezometerhöhe h3 keine Bedingungen eingeführt wurden, sind die Gleichungen (3) und (7) für alle Piezometerhöhen gültig, also auch für h3 = 0. Damit ergibt sich aus Gl. (3)

(14) (8) bzw. mit experimentellen Werten für ζ13 und ζ23 kann geschrieben werden

und aus Gl. (7)

(15) (9) 2.1.3

Aus den Gln. (8) und (9) erhält man schliesslich unter Beachtung von Gl. (6)

(10) 2.1.2

Auswertung von experimentellen Untersuchungen Um den theoretisch berechneten Verlustbeiwert ζv mit den experimentell bestimmten Verlustbeiwerten ζ13 und ζ23 vergleichen zu können, müssen diese Verlustbeiwerte in die Betrachtung der Energieströme einbezogen werden. Mit den Bestimmungsgleichungen erhält man

Vergleich der ermittelten Verlustbeiwerte für die Stromvereinigung mit experimentellen Ergebnissen In den Bildern 2, 3, 4 und 5 sind die sich aus Gl. (15) ergebenden ζvm-Werte für unterschiedliche Kombinationen vom Vereinigungswinkel α und Verhältnissen von A2/A in Abhängigkeit vom Verhältnis Q2/Q3 dargestellt. Dabei wurden die von (Miller, 1974) zusammengestellten experimentellen Werte zugrunde gelegt. Aus einem Vergleich der ζvm-Werte mit den aus Gl. (10) ermittelten Verlustbeiwerten ζv folgt, dass die Gl. (10) den funktionellen Zusammenhang richtig widerspiegelt, aber die Verlustbeiwerte um einen konstanten, von dem Verhältnis Q2/Q3 unabhängigen Anteil zu gross ermittelt werden. Vermutlich kann die Gesamtenergie in den Begrenzungsflächen des Kontrollvolumens mit den angesetzten Mittelwerten nicht richtig erfasst werden. Anstelle der schwierig zu bestimmenden Energieausgleichswerte für die einzelnen Querschnitte wird für die praktische Anwendung ein integraler Korrekturwert c mit dem Ansatz

Bild 3. Vereinigungsverluste ζvm und, ζvc , c = 0.7.

Bild 4. Vereinigungsverluste ζvm und, ζvc , c = 0.7.

(16) (11)

eingeführt. In den folgenden Bildunterschriften werden die ermittelten c-Werte angegeben.

(12) Die Addition von Gl. (11) und Gl. (12) liefert

Bild 5. Vereinigungsverluste ζvm und, ζvc , c = 0.6. 2.1.4

(13) Unter Beachtung von Gl.(4) folgt weiter

Bild 2. Vereinigungsverluste ζvm und, ζvc , c = 0.6.

Berechnung der partiellen Verlustbeiwerte für die Stromvereinigung Aus dem integralen Verlustbeiwert ζv können die partiellen Verlustbeiwerte ζ13 und ζ23 berechnet werden, die z.B. für die Durchflussberechnung in vermaschten Rohrnetzen benötigt werden. Dafür wird die Gl. (11) he-

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rangezogen, aus der sich unter Beachtung von Gl. (9)

(17)

Tabelle 1. Korrekturwerte für unterschiedliche Verzweigungswinkel und Flächenverhältnisse.

ergibt, wenn die Piezometerhöhe h3 wieder gleich null gesetzt wird. Daraus folgt

Durchfluss multiplizierten Bestimmungsgleichungen für ζv12 und ζv13 ausgegangen: (23) Für den gesamten Energiestrom erhält man mit einem integralen Verlustbeiwert ζs

(18) und aus Gl. (15)

(28) Die Addition der beiden Gleichungen liefert

(24) (19)

bzw.

Analog zur Ermittlung der ζvc-Werte sind auch für die partiellen Verlustbeiwerte wieder Korrekturwerte c erforderlich. Die praktische Verlusthöhenberechnung kann daher mit (20)

(29) (25) und unter Beachtung von Gl. (24) ergibt sich daraus

Aus Gln. (23) und (25) folgt weiter

erfolgen. Geeignete c-Werte können der Tabelle 1 entnommen werden. (30) 2.2

Energieverlustbeiwerte für eine Stromtrennung

2.2.3

(26) 2.2.1 Theoretische Ansätze Aus der Anwendung des Impulssatzes auf das im Bild 1b) skizierte Kontrollvolumen in Richtung der Achse 1–3 folgt

mit

(27) (21) 2.2.2

Mit der Annahme, dass die Piezometerhöhen h2 und h3 im Bereich des Trennpunktes (TP) gleich gross sind, kann für die vorliegenden Verhältnisse wieder (22) gesetzt werden. Damit ergibt sich aus Gl. (21)

Auswertung von experimentellen Untersuchungen Um die ermittelten Energieverlustbeiwerte ζs mit den bekannten Energieverlustbeiwerten ζ13 und ζ12 für die Stromtrennung (Miller 1974) zu vergleichen, wird aus den beiden Verlustbeiwerten wieder ein Verlustbeiwert ermittelt, der auf die Geschwindigkeitshöhe im Rohrabschnitt 1 bezogen ist. Dabei wird wieder von den mit dem entsprechenden

Vergleich der ermittelten Verlustbeiwerte für die Stromtrennung mit experimentellen Ergebnissen In den Bildern 6, 7, 8 und 9 sind die sich aus der Gl. (30) ergebenden ζsm-Werte auf der Grundlage der Angaben von (Miller 1974) wieder für unterschiedliche Kombinationen von Verzweigungswinkeln α und Verhältnissen von Q2/Q1 dargestellt. Eine relativ gute Übereinstimmung mit den theoretischen Verlustbeiwerten kann erreicht werden, wenn diese Werte ζs wieder mit einem Korrekturbeiwert c multipliziert werden und

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

(31) gesetzt wird. In den Bildunterschriften werden die ermittelten c-Werte bereitgestellt. 2.2.4

Berechnung der partiellen Verlustbeiwerte für eine Stromtrennung Auch aus dem integralen Verlustbeiwert ζs lassen sich partielle Verlustbeiwerte berech75

nen. Aus Gl. (28) ergibt sich unter Beachtung von Gl. (25) und der Annahme, dass h3 = 0 ist,

(32) Daraus erhält man

(33)

Bild 6. Stromtrennungsverlustbeiwerte ζsm und, ζsc , c = 0.8.

Bild 7. Stromtrennungsverlustbeiwerte ζsm und, ζsc , c = 0.8.

Bild 8. Stromtrennungsverlustbeiwerte ζsm und, ζsc , c = 0.4.

Bild 9. Stromtrennungsverlustbeiwerte ζsm und, ζsc , c = 0.57.

Verzweigungsverluste haben in der Strömungssimulation den Vorteil, dass Verzweigungswinkel und Flächenverhältnisse variiert werden können, ohne dass die Verlustbeiwerte aus Tabellen oder Diagrammen ständig nachjustiert werden müssen.

Bezeichnungen:

und aus Gl. (30) folgt

(34) In der praktischen Anwendung sind diese partiellen Verlustbeiwerte wieder mit Korrekturbeiwerten zu multiplizieren: (35) 3. Schlussfolgerungen Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich aus den bekannten, zwischen den einzelnen Rohrabschnitten ermittelten Verzweigungsverlustbeiwerten für die Teilströmungen Gesamtverlustbeiwerte bestimmen lassen, die auch auf theoretischer Grundlage berechnet werden können. Dabei müssen jedoch Korrekturwerte eingeführt werden. Die aus den durchgeführten Untersuchungen ermittelten Werte sind für die praktische Anwendung in der Tabelle 1 zusammengestellt. Die berechneten Verzweigungsverlustbeiwerte stimmen durch die Einführung von Korrekturwerten relativ gut mit den Werten überein, die auf der Grundlage von experimentellen Ergebnissen ermittelt werden. Sie sind stets positiv und stimmen im Randbereich für Q2/Q1 = 1 und Q2/Q3 = 1 gut mit den Verlustbeiwerten von T- oder Kniestücken überein. Aus den integralen Verzweigungsverlustbeiwerten lassen sich wieder partielle Verlustbeiwerte berechnen. Dabei können bei den partiellen Werten die Korrekturwerte herangezogen werden, die auch für den integralen Ausgangswert gelten. Die ermittelten Funktionen für die 76

Fläche

m³

Durchfluss

Wasserdruckkraft

Korrekturwert

m/s2

Erdbeschleunigung

Piezometerhöhe

Literatur

m/s

Geschwindigkeit

Aigner, D. Berechnung der hydraulischen Ver-

luste der Rohrvereinigung, 3R international (47),

kg/m3

H 1–2/2008.

Verzweigungswinkel Dichte des Wassers Energieverlustbeiwert

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Prof. Dr.-Ing. habil. Helmut Martin

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helmut.martin@tu-dresden.de

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Erfahrungen mit dem Entsanderabzugsystem HSR Martin Küttel, Jürg Meier

Einleitung Mittlerweile sind 18 Entsanderanlagen mit dem patentierten Abzugssystem HSR während längerer Zeit erfolgreich in Betrieb. Mit den Erfahrungen konnten die Anlagen optimiert und vereinfacht werden.

Durch die effiziente Wirkungsweise des Abzugsystems HSR kann auf die klassisch nötige Neigung der Abzugsrinne verzichtet werden. Dadurch reduzieren sich die nötige Aushubtiefe des gesamten Bauwerks und in der Folge auch die Baukosten. Weitere Einsparungen der Aushubtiefe können durch die Schrägstellung der Einlaufkästen und das Verschieben des Abzugsrohrs in die «Schräge» des klassischen Entsanders erreicht werden. Damit wird die relativ komplizierte Beckenform des klassischen Entsanders zu einer rechteckigen «Schachtel», deren Abmessungen nur noch von der Fassungsmenge und dem abzusetzenden Grenzkorn abhängig sind. Optimierungen sind möglich unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten wie z.B. bei Grundwassereinwirkung (Beschwerung durch Ausbetonierten einer Ecke) oder Reduktion des Felsausbruches durch die einseitige Schräge. Bei ungleicher Fassungsmenge kann bei Überlast ein Teil des Absetzraums als Sedimentationsraum genutzt werden. Kompensiert wird dies

Bild 1. Vier umgebaute Anlagen (Beckenform und Spülkanäle der Anlage übernommen, rote Marker). 14 Neuanlagen (Beckenform der örtliche Situation und den Bedürfnissen des Abzugsystems HSR angepasst, gelbe Marker). Abzugsrohre mit DN 400, DN 600 und DN 800 wurden eingebaut. durch eine erhöhte Anzahl der Spülintervalle. Die Sedimentkonzentration ist zu Beginn einer Spülung am höchsten, deshalb bedeutet eine höhere Anzahl kürzerer Spülungen eher eine Einsparung an Spülwasser. Bild 2 zeigt die klassische Form eines Entsanderbeckens mit komplizierten Formen, grosse Aushubtiefe und entspre-

Bild 2. Klassische Form eines Entsanderbeckens

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chend hohen Baukosten (Ausführung Wasserfassung Burglauenen). Im Bild 3 zu sehen, die kostenoptimierte Entsanderform mit minimalem Aushubvolumen. Der einzige Nachteil besteht darin, dass in der nicht verbauten Ecke entsprechend dem Schüttwinkel ein dauerndes Sedimentdepot stehen bleibt. Für Instand-

Bild 3. Kostenoptimierte Entsanderform mit minimalem Aushubvolumen. 77

Bild 4. Hydraulisch optimierte Form.

Bild 5. Typischer Resthaufen bei Normalspülung. Wasser im Abzugskanal wurde anschliessend durch minimalstes Öffnen des Spülschiebers abgelassen. Typischer Wirbel über den Abzugsöffnungen Der Wirbel über der Abzugsöffnung (Bild 7) sorgt mit hohen örtlichen Geschwindigkeiten für den Austrag der Sedimente. Das untere Bild zeigt die Wirkung des Wirbels nach dem Ablassen des Wassers, das mit Pumpen nicht entfernt werden konnte. Die Sedimente in diesem Entsander sind neben feinstem Sand auch Kieskörner im Bereich bis zu 2 cm Durchmesser.

Bild 7. Typischer Wirbel über den Abzugsöffnungen. haltungsarbeiten steht aber ein flacher, bequemer Boden zur Verfügung. Bei grossen Entsanderbecken werden zwei Abzugrohre eingebaut. (Ausführung Rhonefassung Lonza, WF Segnas). Bild 4 zeigt die hydraulisch optimierte Form mit minimalem Ausbruchquerschnitt durch eine betonierte einseitige Schräge. (Ausführung WF Mühlebach, Buoholzbach). Bild 5 zeigt den typischen Resthaufen bei Normalspülung. Bei Normalspülungen (ohne Absenken) bilden sich zwischen den Abzugsöffnungen Resthaufen aus Sedimenten. Mit dieser Spülvariante ist ein maximaler Austrag bei minimal nötigem Spülwasser möglich. Die Restsedimente stellen eine optimale Strömungskontur für den Abzug her. Typischer Füllgrad von Spülrohr oder Spülkanal. Bild 6 zeigt, wie die Sedimente im Spülkanal bzw. im Spülrohr abgelagert werden. Für die Aufnahme dieses Bildes wurde nach dem Sedimenteintrag und dem Schliessen des Einlaufschützen das Wasser aus dem Entsander abgepumpt. Das verbleibende 78

Vorteile des Abzugsystems HSR • Austragen der Sedimente mit wenig Spülwasser • Während der Spülung ist weiterhin Fassungsbetrieb möglich • Keine Neigung des Abzugssystems nötig • Einfache Montage • Einfaches Bauwerk mit Grundplatte und Wänden möglich, die Abzugsteile können in der Bauetappierung verbaut werden. Somit sind keine Schweissplatten und kein Zweitbeton nötig • Tiefe Baukosten • Instandsetzungsarbeiten können durch einfaches Austauschen von Komponenten oder Modulen durchgeführt werden • Spülungen zeitlich begrenzt (wie Büchi, Bieri, Serpent) oder kontinuierlich (wie Dufour) sind möglich • Entsanderbau an Orten mit wenig örtlichem Gefälle möglich • Kurze Spülkanäle nach dem eigentlichen Entsander möglich

Bild 6. Typischer Füllgrad von Spülrohr oder Spülkanal. Becken behindern. Lösungsmöglichkeiten sind mechanische Hilfsmittel, Druckluft- oder Druckwasseranlagen. Der Erfolg ist abhängig von der geometrischen Ausbildung des, bei Umbauten leider bestehenden Entsanderbeckens. Fazit Durch den Einsatz des Abzugssystems HSR kann die Bauform des Entsanderbeckens freier gewählt werden. Die Baukosten reduzieren sich massiv, da keine Tiefe für Gefälle benötigt wird, das Abzugsystem asymmetrisch angeordnet werden kann und die Querschnittsform sehr einfach gehalten werden kann. Dadurch kann an Orten ein Entsander gebaut werden, wo klassischen Entsanderabzüge nicht mehr möglich sind. Der anschliessende Spülkanal, bzw., das anschliessende Spülrohr bis zur Rückgabe des Spülwassers werden kürzer, im Extremfall ist die Spülwasserrückgabe direkt nach der Fassung möglich. Das Entsanderabzugsystem HSR verbindet die Vorteile verscheidener klassischer Abzugsysteme bei tieferen Baukosten und weiter verbreiteten Einsatzorten. Anschrift der Verfasser Martin Küttel, dipl. Masch. Ing. FH Prof. Jürg Meier, dipl. Masch. Ing. ETH HSR, Hochschule für Technik Rapperswil Institut für Anlagen und Sicherheitstechnik SITEC, sitec@hsr.ch, www.sitec.hsr.ch.

Nachteile des Abzugsystems HSR • Abstände zwischen den Spülschlitzen lassen «Resthaufen» entstehen. Bei verfilzenden Ablagerungen (viel organisches Material) können so Sedimentbrücken entstehen, die den Abzug bei flachen «Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Nachrichten Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

Po litik l i tik Räte lockern Aussschreibungspflicht für Wasserkonzessionen Wollen Kantone und Gemeinden Stromnetz- und Wassernutzungskonzessionen erteilen, müssen sie dazu keine Ausschreibung mehr durchführen. Der Ständerat hat als Zweitrat ohne Gegenstimme eine entsprechende Gesetzesänderung gutgeheissen. Das Parlament reagiert mit der Änderung auf ein Gutachten der Wettbewerbskommission (WEKO) vom April 2010. Die WEKO hatte damals erklärt, dass Gemeinwesen Ausschreibungen durchführen müssen, wenn sie die Nutzung ihrer Monopole einem Privatunternehmen übertragen wollen. Die WEKO stellte mit dem Entscheid das gängige Vorgehen der Gemeinwesen bei der Verleihung von Konzessionen für Stromversorgungsnetze in Frage. Analoge Wirkung entfaltet der WEKO-Entscheid aber auch auf die Vergabe von Wasserkraft-Konzessionen. Damit sind die Räte jedoch nicht einverstanden. Die Pflicht, Stromnetz- und Wasserrechtskonzessionen auszuschreiben, führe bloss zu mehr Bürokratie und Kosten, befanden sie. Bei der Vergabe solcher Konzessionen mache Wettbewerb keinen Sinn. Für Stromnetze etwa gehe es in erster Linie darum sicherzustellen, dass die Leitungen zuverlässig betrieben würden. Die Gesetzesänderung, die auf eine parlamentarische Initiative zurückgeht, hatte auch der Bundesrat unterstützt. Eine Ausschreibungspflicht ist nach Ansicht der Regierung nicht sachgerecht. Laut Energieministerin Doris Leuthard stehen die vorgeschlagenen Regeln im Einklang mit den Bestimmungen der EU. (awp/sda)

Bilaterale Abkommen Schweiz–EU: laufende Verhandlungen im Strom/Energie-Dossier Der Bundesrat will die Verhandlungen mit der EU im Strom/Energie-Dossier rasch

vorantreiben. Damit kommt dem Strom/ Energie-Dossier im Rahmen der Konkretisierung des gesamtheitlichen und koordinierten Ansatzes eine prioritäre Behandlung zu. Die Schweiz befindet sich mitten in Europa und ist von den Entwicklungen der EU im Energiebereich direkt betroffen. Ziel eines Abkommens mit der EU im Bereich Strom/ Energie ist es, die Versorgungssicherheit in einem liberalisierten Umfeld zu gewährleisten und zu einem gut funktionierenden europäischen Elektrizitätsmarkt beizutragen. Ausserdem sollen verbindliche Regeln die Rolle der Schweiz als Drehscheibe im europäischen Strommarkt langfristig festigen. Auf der Basis exploratorischer Expertengespräche mit der EU in den Jahren 2004 und 2005 verabschiedete der Bundesrat im Mai 2006 ein Verhandlungsmandat im Hinblick auf den Abschluss eines Abkommens im Elektrizitätsbereich, Die Verhandlungen laufen seit 2007. Mitte 2009 hat die EU ihre Energiepolitik neu definiert und die dafür erforderlichen Massnahmen und Kompetenzen stark ausgebaut, u.a. indem sie das Energieund Klimapaket (20% weniger Energieverbrauch, 20% weniger CO2-Emissionen, 20% Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch bis 2020) sowie das dritte Liberalisierungspaket für den EU.-Energiebinnenmarkt verabschiedet hat. Diese neuen Rechtsentwicklungen wurden vom damaligen Verhandlungsmandat der Schweiz nicht erfasst. Das Verhandlungsmandat wurde 2010 deshalb – nach Konsultation der Kantone und des Parlaments – vom Bundesrat an die neue Ausgangslage angepasst. Auf dessen Basis soll nun in einem ersten Schritt der Verhandlungsabschluss im Strombereich vorangetrieben werden. Darüber hinaus strebt die Schweiz an, das künftige Stromabkommen langfristig durch den Einbezug weiterer Themen (z.B. Energieeffizienz, Energieinfrastrukturen, Krisenmechanismen im Gasbereich) zu einem eigentlichen Energieabkommen auszubauen. Ein Abkommen im Bereich Strom/Energie soll nicht nur eine tragfähige Lösung für die langfristigen Stromimportverträge

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ermöglichen, sondern auch den Zugang zu den Gremien sichern, die seit März 2011 im Rahmen des EU-Energiebinnenmarktes den Aus- und Neubau des europäischen Übertragungsnetzes massgeblich mitbestimmen. Es handelt sich dabei vorab um die Europäische Agentur für die Zusammenarbeit der Energie-Regulierungsbehörden (ACER; in der Schweiz Elektrizitätskommission ElCom), und das Europäische Netzwerk der Übertragungsnetzbetreiber für Elektrizität (ENTSO-E; in der Schweiz: swissgrid). Längerfristig hat die Schweiz ein Interesse, dass der europäische Netzausbau die Schweiz so einbezieht, dass sie auch in Zukunft ihre Stärken (grenzüberschreitender Stromhandel und flexible Stromproduktion dank Speicherseen) wahrnehmen und ausbauen kann. Vor diesem Hintergrund schafft das erweiterte Mandat zudem die Möglichkeit, die Richtlinie zur Förderung von Energie aus erneuerbaren Quellen (RES-Richtlinie) in das geplante Abkommen einzubeziehen. Eine Übernahme der RES-Richtlinie würde jedoch bedeuten, dass sich die Schweiz – wie die EU-Länder – ein Ziel für 3/5 die Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien setzt, das angemessen und wirtschaftlich tragbar sein muss. Ein Einbezug der RES-Richtlinie in die Verhandlungen hängt daher auch eng mit der laufenden Neuausrichtung der Energiestrategie 2050 in der Schweiz zusammen. Bislang fanden drei Verhandlungsrunden zwischen der Schweiz und der EU statt. (EDA/EVD)

Umwelt: 883 Millionen Franken an die Kantone für die Jahre 2012 bis 2015 Für den Vollzug der Umweltgesetzgebung in den Jahren 2012 bis 2015 erhalten die Kantone im Rahmen des Neuen Finanzausgleichs rund 883 Millionen Franken. Gut 200 Programmvereinbarungen wurden zwischen dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) und den 26 Kantonen abgeschlossen. Seit der Neugestaltung des Finanzausgleichs und der Aufgabenteilung zwi79

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schen Bund und Kantonen (NFA) im Jahr 2008 richtet der Bund namentlich im Umweltbereich seine Subventionen auf der Grundlage von Programmvereinbarungen mit einer Laufzeit von vier Jahren aus. In diesen Programmvereinbarungen legen das BAFU und die Kantone gemeinsam die zu erbringenden Leistungen und die verfügbaren Bundesbeiträge fest. Dieses Vorgehen gibt den Kantonen mehr Handlungsspielraum. Die Bilanz der ersten Programmperiode (2008–2011) fällt positiv aus. Die partnerschaftlich mit den Kantonen durchgeführten Kontrollen zeigen, dass die Kantone die vereinbarten Leistungen in der Regel in hoher Qualität und fristgemäss bis Ende 2011 erbracht haben. 200 Programmvereinbarungen in neun Programmen Für die Periode 2012–2015 wurden zwischen BAFU und Kantonen gut 200 Programmvereinbarungen über Bundesbeiträge von insgesamt 883 Millionen Franken abgeschlossen. Die Vereinbarungen betreffen neun Aufgabenbereiche, für die Bund und Kantone im Verbund zuständig sind. Diese umfassen die Umweltbereiche Lärmschutz (126 Mio.), Schutzbauten gemäss Waldgesetz (77 Mio.), Schutzbauten gemäss Wasserbaugesetz (200 Mio.), Schutzwald (237 Mio.), Waldwirtschaft (56 Mio.), Biodiversität im Wald (38 Mio.), Wildund Wasservogelschutzgebiete (10 Mio.), Natur- und Landschaftsschutz (107 Mio.) sowie Pärke von nationaler Bedeutung und UNESCO-Weltnaturerbe (32 Mio.) Neu ist zudem das Programm Revitalisierungen. Da die rechtlichen Grundlagen dazu, nämlich die Änderung des Gewässerschutzgesetzes und der Gewässerschutzverordnung, erst 2011 in Kraft traten, ist der Zeitplan für dieses Programm leicht verschoben; die Vertragsabschlüsse finden im ersten Quartal 2012 statt. Die entsprechenden Subventionen (Anm. d. Redaktion: voraussichtlich rund 40 Mio. CHF pro Jaher, also rund 160 Mio. CHF in vier Jahren) sind zu den bereits zugewiesenen 883 Millionen Franken hinzuzuzählen. Am meisten Mittel für Schutzwald und wasserbauliche Schutzbauten Die Zunahme im Vergleich zur ersten Programmperiode 2008–2011 (rund 650 Mio.) ist darauf zurückzuführen, dass in der ersten Periode Projekte mit einer Gesamtsumme von über 200 Millionen Franken noch durch mehrjährige altrechtliche Verträge abgegolten wurden und somit nicht in den Programmvereinbarungen erfasst waren. Heute bestehen nur noch im Lärmschutz (18 Mio.) und in geringem Ausmass 80

im Bereich Schutzbauten gemäss Wasserbaugesetz altrechtliche Projekte. Mit Abstand am meisten Bundesmittel werden wiederum in den Bereichen Schutzwald und Schutzbauten gemäss Wasserbaugesetz investiert. Auch zwischen den Kantonen gibt es Unterschiede: Am meisten Mittel fliessen in die flächenmässig grössten Kantone, nämlich Bern (125 Mio.), Wallis (101 Mio.) und Graubünden (100 Mio.). Ausnahme Rhônekorrektion Im Rahmen dieser Programmvereinbarungen beteiligt sich der Bund an den Verbundaufgaben von Bund und Kantonen im Umweltbereich. Eine Ausnahme bilden die Dritte Rhônekorrektion sowie grosse Einzelprojekte in den Bereichen Schutzbauten gemäss Wasserbau- und Waldgesetz. Die Abgeltung erfolgt hier mittels Einzelverfügungen. Gesamthaft wird das BAFU den Kantonen für den Zeitraum 2012 bis 2015 rund 1.4 Milliarden Franken aus dem ordentlichen Budget zur Verfügung stellen. (BAFU)

Was s e r kr af tnut zung Digitale Geodaten zur Wasserkraft öffentlich verfügbar Geodaten werden zunehmend öffentlich und gratis verfügbar. Im Bereich Wasserkraft sind das zum einen Geobasisdaten des Bundesamtes für Umwelt und zum anderen eine ebenfalls interaktive Karte des privaten Vereins repowermap.org.

Oberfläche der repowermap auf der Webseite des SWV. •

Lage der Stauanlagen unter Bundesaufsicht • Lage der Wasserkraftanlagen (Zentralen) > 300 kW installierte Leistung Leider beschränken sich die Objektangaben noch auf wenige Informationen. So fehlen unter anderem Angaben zu den Leistungen und Produktionen der verschiedenen Zentralen. Interaktive Karte: repowermap.org Im Aufbau begriffen ist eine ähnliche Karte des Vereins repowermap.org, die auch auf der Webseite des SWV aufgeschaltet ist: www.swv.ch (>Fachinformationen > Interaktive Übersichtskarte). Hier besteht der Anspruch, neben der Lage auch weitere Informationen zu den Kraftwerken bis hin zu Links zu Betreibergesellschaften zusammenzustellen. Die Karte umfasst bis jetzt einige hundert Wasserkraftwerke mit Zusatzinformationen – bisher abgebildet sind aber vor allem die kleineren Anlagen. In Zusammenarbeit mit dem SWV soll die Datenbank in den nächsten Monaten stetig erweitert werden. (SWV/Pfa)

Oberfläche auf map.geo.admin.ch. Geobasisdaten BFE Das Bundesamt für Energie BFE pflegt und unterhält räumliche Daten zu diversen Energiethemen. Gemäss Mitteilung des BFE werden bestimmte Daten, die sogenannten Geobasisdaten, nun auch für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Den Anfang machen Geodaten zum Thema Wasserkraftnutzung. Im Kartenviewer des Bundes unter http://map.geo.admin. ch (> Energie + Wirtschaft > Energiequellen) sind neu darstellbar:

Kraftwerk Eglisau erhält Baubewilligung Das Eidgenössische Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK) hat im Einvernehmen mit den Behörden des Landes Baden-Württemberg im Dezember 2011 die Baubewilligung zum Ausbau des Grenzkraftwerks Eglisau erteilt. Das Kraftwerk kann damit seine Produktion um rund 25 Prozent steigern. Gleichzeitig führen die umfangreichen Umweltmassnahmen zu einer nachhaltigen Verbesserung der

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KW Eglisau-Glattfelden (Axpo). ökologischen Gesamtsituation am Hochrhein. Seit 1920 nutzt das denkmalgeschützte Grenzkraftwerk Eglisau-Glattfelden die Wasserkraft des Hochrheins zwischen der Thur- und der Glattmündung zur Stromerzeugung. Im Dezember 1998 erteilte die Schweiz im Einvernehmen mit dem Land Baden-Württemberg der Kraftwerk Eglisau-Glattfelden AG (KWE) eine neue Konzession bis Ende 2046 (siehe Medienmitteilung vom 17.12.1998). Diese verpflichtet die KWE zum Ausbau des Kraftwerks (Erhöhung der Nutzwassermenge von 400 auf 500 m3/s) sowie zu Massnahmen zum Ausgleich der Umweltbeeinträchtigung durch den Kraftwerksbetrieb. Zu den von der KWE geplanten Ausbaumassnahmen im Maschinenhaus gingen keine Einsprachen ein. Der Bund erteilte der KWE deshalb im Dezember 2005 das Recht zum vorzeitigen Baubeginn. Dies jedoch unter dem ausdrücklichen Vorbehalt, dass die Kraftwerksproduktion erst nach Vorliegen der rechtskräftigen Baubewilligung gesteigert werden darf. Die Ausbaumassnahmen sind inzwischen weit fortgeschritten. Mehrere der für die Nutzung der höheren Nutzwassermenge von 500 m3/s neu eingebauten Kaplanturbinen sind bereits in Betrieb. Sobald die nun vorliegende Baubewilligung rechtskräftig geworden ist, darf die KWE die um 100 m3/s höhere Nutzwassermenge nun auch zur Stromproduktion nutzen. Die Leistung des Kraftwerks erhöht sich dadurch um 37% auf rund 43 Megawatt und die jährliche Produktion um 25% auf rund 306 Millionen Kilowattstunden. Dies entspricht rund 10% der Jahresproduktion des Kernkraftwerks Mühleberg. Das Land Baden-Württemberg und die betroffenen Kantone Aargau, Schaffhausen und Zürich haben der vorliegenden Baubewilligung ausdrücklich zugestimmt

und für die Einsprachen gegen die Ausführungsplanung der Umweltmassnahmen konnten einvernehmliche Lösungen gefunden werden. Zur Reaktivierung des durch das Kraftwerk Eglisau unterbrochenen Geschiebetransports haben sich das Land Baden-Württemberg und die Schweiz auf ein Konzept für die Kieszugabe und Kiesumlagerung verständigt. Es sieht umfangreiche Initialschüttungen und jährliche Nachschüttungen und Umlagerungen vor, die durch ein ausgedehntes Erfolgskontroll-Programm begleitet werden. Weiter sehen die im Rahmen der Konzessionierung bereits definierten umfassenden Umweltmassnahmen beispielsweise die Sanierung oder Vergrösserung von Flachwasserzonen und -ufern oder das kontrollierte Zulassen von Uferanrissen vor. Ausserdem soll auch die Fischdurchgängigkeit des Rheins an beiden Ufern verbessert werden (Neubau Fischlift in Schleuse, Verbesserung Fischpass beim Kraftwerk). (BFE) Info-Box Innerhalb des Gesamtkonzeptes zur Reaktivierung des Geschiebetransports im Hochrhein kommt den Massnahmen beim Kraftwerk Eglisau eine entscheidende Bedeutung zu. Oberhalb des Kraftwerks erfolgt über die Thur ein grosser, für den ganzen Hochrhein relevanter Geschiebeeintrag. Aufgrund der geringen Fliessgeschwindigkeiten im Stauraum des Kraftwerks Eglisau wird der natürliche Geschiebetransport unterbrochen, das Geschiebe lagert sich ab und fehlt somit der unterhalb gelegenen Strecke. Diese negativen Auswirkungen werden durch das Konzept für die aktive Kieszugabe und Kiesumlagerung wesentlich vermindert.

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Projekt Überleitung Lugnez; Eingabe des Konzessionsgesuchs an die Gemeinden Die Kraftwerke Zervreila AG (KWZ) beabsichtigt, Wasservorkommen im hinteren Lugnez zu fassen und in den bestehenden Anlagen zu nutzen. Dadurch kann ihre Stromproduktion um rund 80 GWh erhöht werden. Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit den neuen und bisherigen Konzessionsgemeinden der KWZ und den kantonalen Behörden erarbeitet. Nach einer Planungszeit von rund acht Jahren sowie einem Planungsaufwand von rund CHF 3 Mio. hat die KWZ anfangs Januar 2012 das entsprechende Konzessionsgesuch zusammen mit allen notwendigen Unterlagen den betroffenen Gemeinden eingereicht. Gemäss Bündner Wasserrechtsgesetz liegt die Gewässerhoheit bei den Gemeinden. Die für die Realisierung des Projektes notwendige Wasserrechtsverleihung erfordert deshalb die Zustimmung aller betroffenen 21 Gemeinden, die im Gebiet der Fassungen bis zur Wasserrückgabe beim Zusammenfluss von Vorder- und Hinterrhein bei Reichenau liegen. Ausserdem ist von den bisherigen Konzessionsgemeinden der KWZ die Zustimmung zu den notwendigen Nachträgen der bestehenden Wasserrechtsverleihungen für die Nutzung der Wasserkraft der Rabiusa, vom 15. November 1946 und die Nutzung der Wasserkraft des Valser Rheins, vom 1. Juni 1949, notwendig. Strom für 1800 Haushalte Das Projekt sieht vor, die Wasservorkommen im hinteren Lugnez auf Gebiet der Gemeinden Vrin und Lumbrein zu fassen und in das unterhalb des Stausees Zervreila gelegene Ausgleichsbecken überzuleiten. Dies bedingt den Bau von fünf Wasserfassungen und rund 13 km Stollen. Insgesamt wird rund 32 Mio. m3 zusätzliches Wasser gefasst. Dadurch kann in den bestehenden Anlagen der KWZ im Safiental und in Rothenbrunnen ohne deren Ausbau jährlich ca. 80 GWh zusätzlicher Strom produziert werden. Dies entspricht dem Stromverbrauch von ca. 18 000 Haushaltungen und wird ein Investitionsvolumen von ca. CHF 120 Mio., vorwiegend in der Bauwirtschaft, auslösen. Erwähnenswert ist auch die wirtschaftliche Nachhaltigkeit des Projekts für die Konzessionsgemeinden und den Kanton mit einer jährlichen Wertschöpfung von rund CHF 2.2 Mio. Optimierungen für Natur und Landschaft Das Projekt Überleitung Lugnez wurde im Laufe der mehrjährigen Planungsphase

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Bild 2. Stausee Zervreila (Alpiq).

Bild 1. Karte der bestehenden Anlagen KWZ und geplante Überleitung aus dem Lugnez (KWZ). verschiedentlich angepasst und optimiert, insbesondere auch betreffend der Aspekte des Natur- und Landschaftsschutzes. So wurde beispielsweise im Wissen um den Nutzungskonflikt mit dem betroffenen BLN (Bundesinventar von Landschaften nationaler Bedeutung) – Perimeter «Greina – Piz Medel» und der diesbezüglich ersten (negativen) Beurteilung der Eidgenössischen Natur- und Heimatschutzkommission (ENHK) vom Februar 2010, auf den Bau von mehreren Fassungen verzichtet. Zwei weitere Fassungen konnten nach ausserhalb des Schutzgebietes verschoben werden. Somit verbleibt eine Fassung innerhalb des BLN-Gebietes und eine weitere auf dessen Grenze, wobei letztere durch Verschiebung in den Neubau einer baufälligen Brücke integriert werden kann. Dies reduziert deren Einsehbarkeit wesentlich. Neu sind an allen Fassungen zuflussproportionale Restwasserabgaben vorgesehen, das heisst bei grösseren Zuflüssen werden auch grössere Mengen an Restwasser abgegeben, so dass in den unterliegenden Gewässerstrecken trotz der Wasserentnahme eine gewisse Dynamik 82

erhalten bleibt. Diese Art der Dotierung wird insbesondere auch aus Fischereikreisen begrüsst. Ebenfalls wurden die Restwassermengen sowohl aus naturkundlicher als auch aus landschaftlicher Sicht teilweise weit über das gesetzliche Minimum hinaus erhöht. So sind von der gesamten, im Einzugsgebiet zur Verfügung stehenden Jahreswassermenge rund 40% als Restwasser vorgesehen. Bei den beiden, das BLN-Gebiet tangierenden Fassungen können gar nur rund 45% der Jahreswassermenge genutzt werden. Unter diesen geänderten Voraussetzungen wurde vom Kanton eine Neubeurteilung durch die ENHK verlangt. Die Kommission kam mit Bericht vom 15. September 2011 zum Schluss, dass das nun vorliegende Projekt unter gewissen Voraussetzungen als bewilligungsfähig erachtet werden könne und höchstens zu einer leichten Beeinträchtigung des BLN-Objektes Nr. 1913 führen würde. Projekt von nationaler Bedeutung Gemäss Eidgenössischem Natur- und Heimatschutzgesetz können Bauten und Anlagen in BLN-Gebieten nur zugelassen werden, wenn ein nationales Interesse

vorliegt. Das Amt für Energie und Verkehr (AEV) des Kantons Graubünden verlangte deshalb vom Bundesamt für Energie (BfE) eine Zweckmässigkeitsprüfung nach Art. 5 des Wasserrechtsgesetzes (WRG). In der Stellungnahme vom 12. Oktober 2011 kommt das BfE zum Schluss, dass das vorliegende Projekt aus energiepolitischer und energiewirtschaftlicher Sicht einer äusserst zweckmässigen Nutzbarmachung der Wasserkraft im Sinne des Gesetzes entspreche und einen bedeutenden und wesentlichen Baustein zu den energiepolitischen Zielen des Bundes darstelle. Diesem Projekt müsse daher nationale Bedeutung zugesprochen werden. Im Weiteren beurteilt das BfE das Projekt mit «bescheidenen Eingriffen in die Landschaft» als zweckmässig. Dazu sei die Akzeptanz einzelner Wasserfassungen innerhalb des BLN-Perimeters notwendig. Auch das Bau-, Verkehrs- und Forstdepartement des Kantons Graubünden hält in einem Schreiben fest, dass das Konzessionsprojekt «Überleitung Lugnez» aus bündnerischer und nationaler Sicht energiewirtschaftlich von hoher Bedeutung sei und einen zentralen Baustein der energiepolitischen Ziele des Bundes und des Kantons darstelle. Positive Beurteilung ln der vorgezogenen Beurteilung des Amtes für Natur und Umwelt (ANU) wird festgehalten, dass bei allen fünf Fassungen die Wasserentnahme keinen Einfluss auf die Wasserqualität haben wird, durch die Wasserableitung keine für die Trinkwasserversorgung genutzten oder nutzbaren Grundwasservorkommen und Quellen beeinträchtigt werden und die vorgeschlagenen Restwassermengen den Ansprüchen der weiter unten liegenden

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Nant de Drance: 1700 Tonnen Beton schweben im Lac d’Emosson Die Bauarbeiten für das Pumpspeicherkraftwerk Nant de Drance kommen voran. So auch bei der Wasserfassung: Ende 2011 wurde das erste von zwei 1700 Tonnen schweren Ein-/Auslaufbauwerken eingebaut – mit einem in der Schweiz bisher nicht angewendeten Verfahren.

Bild 1. Fertigung des Ein-/Auslaufbauwerkes am Ufer (Foto: SWV/Pfa).

mit Luft gefüllt und mit einem sehr grossen Ponton etwa 930 Meter über den Lac d’Emosson gezogen. Von dort aus wurde das riesige Bauteil Zentimeter für Zentimeter 120 Meter abgesenkt, bis es nach etwa 24 Stunden seinen Bestimmungsort auf dem Grund erreichte. Diese technische Meisterleistung stützt sich auf das Prinzip der Taucherglocke und ist eine Premiere in der Schweiz. Noch nie hatte jemand dieses Verfahren für die Unterwassermontage einer solchen Konstruktion genutzt. (Alpiq)

G ewäs s e r s c hut z

Bild 2. Start der 900 Meter langen Reise über den Lac d’Emosson (Foto: Alpiq).

Forschungsprojekt Fischabstieg: Modellbau an der ETHZ gestartet Pfa. Der Verband Aare-Rheinwerke (VAR), welcher den Grossteil der Wasserrechtsbesitzer an der unteren Aare, Hochrhein, Reuss und Limmat vereint, hat bereits im Jahre 2010 ein Forschungsprojekt zur Untersuchung des Fischabstiegs an mittelgrossen Fliessgewässern initiiert. Das von der Versuchsanstalt für Wasserbau der ETHZ (VAW) und dem Wasserinstitut des ETH-Bereichs (EAWAG) vorangetriebene Forschungsprojekt bezweckt die fundierte Erarbeitung von möglichen Lösungen.

Bild 3. Und schliesslich das zentimetergenaue Absenken in den See, vom Ponton aus gesteuert (Foto: Alpiq). Technische Meisterleistung bei Pumpspeicherkraftwerk Das Ein-/Auslaufbauwerk soll eine optimale Strömung gewährleisten und die Wasserfassung frei von Stein und Geröll halten. Weil beim Projekt Nant de Drance alles ein bisschen grösser ist, beeindrucken auch die Ein- Auslaufbauwerke der Wasserfassung: 22.5 Meter breit, 10 Meter hoch, 22 Meter lang und rund 1700 Tonnen schwer sind sie. Die Faktoren Zeit und Temperatur waren sicherlich die wesentlichen Gründe dafür, dass die Ingenieure das gewaltige Betonteil am Ufer fertigen liessen. Denn die Mündung des Druckstollens auf dem Grund des Sees ist nur zwischen April und Mai zugänglich, wenn der Seespiegel den tiefsten Stand des Jahres erreicht. Dieses kurze Zeitfenster bei noch winterlichen Temperaturen reichte für den Einbau vor Ort nicht. In 24 Stunden 120 Meter auf den Grund Das Ein- Auslaufbauwerk wurde deshalb auf einer Plattform am Südwestufer des Sees gebaut, die Konstruktion wurde dann

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Bild 1. Fischtreppe am KW Wettingen. Der Unterbruch des Fliesskontinuums bei Flusskraftwerken ist unumgänglich. Um die Durchgängigkeit für Flora und Fauna trotz dieses Unterbruchs möglichst wenig zu beeinträchtigen, sind die Kraftwerksbetreiber bestrebt, mit baulichen Massnahmen die bestehenden Behinderungen auf das wirtschaftlich tragbare Minimum zu begrenzen. Bekannt sind in diesem Zu83

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und fischereilich wertvolleren Abschnitte in Bezug auf die freie Fischwanderung genügen. Mit Ausnahme einer Fassung genügen die vorgeschlagenen Dotierregelungen in der Beurteilung durch das ANU auch, um die in den Restwasserabschnitten enthaltenen, seltenen Lebensräume und Gemeinschaften zu erhalten. An einer Fassung wird zu diesem Zwecke eine Erhöhung der Restwassermenge gefordert. Die KWZ hat sich auch mehrere Male mit Vertretungen verschiedener Umweltschutzorganisationen getroffen und sich dabei zusammen mit diesen mit dem Projekt auseinandergesetzt. Obwohl die vorgenommenen Projektoptimierungen, von denen einige auch auf Anregungen dieser Organisationen aufgenommen wurden, mehrheitlich positiv beurteilt wurden, herrschen in den grundsätzlichen Fragen (Restwasser heutige KWZ, Bauen in BLNGebieten, Nutzung eines der letzten ungenutzten Gewässer, usw.) nach wie vor unterschiedliche Meinungen. Ausgewogenes Projekt Das Vorhaben präsentiert sich heute, nach Ansicht der KWZ, als ökologisch und ökonomisch ausgewogenes Projekt, welches in voller Übereinstimmung mit den energiepolitischen Zielen des Kantons und des Bundes steht. Durch die CO2-freie Produktion von rund 80 GWh Strom, was ungefähr dem Jahresverbrauch von 18 000 Haushaltungen entspricht, wäre es ausserdem ein wertvoller Beitrag zur Verbesserung des Klimas und würde die Pläne zum Ausstieg aus der Kernenergie unterstützen. Zudem leistet es einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Wertschöpfung in der betroffenen Region. Bei Erteilung der entsprechenden Bewilligungen ist die KWZ bereit, die Umsetzung des Projekts, trotz wesentlich höherer Kosten und geringerer Energieausbeute als ursprünglich geplant, unverzüglich in Angriff zu nehmen. Dabei wird sie weiterhin im Dialog mit allen interessierten Kreisen nach ökologisch und ökonomisch tragbaren Lösungen suchen. (Kraftwerke Zervreila AG)

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sammenhang insbesondere die vielerorts vorhandenen Fischaufstiegshilfen, Fischtreppen oder Umgehungsgerinne, welche eine Umgehung von Stauwehr und Krafthaus ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass diese Anlagen insbesondere für den Aufstieg von wandernden Fischen zu recht guten Resultaten führen. Ungenügender Kenntnisstand Fischabstieg Etwas anders sieht es bei der abwärtsgerichteten Wanderung von Fischen aus. Hier ist der aktuelle Kenntnisstand für die typischen Verhältnisse an Aare und Hochrhein noch relativ gering. So weiss man zwar einiges über die Verletzungsgefahr der Fische beim Durchschwimmen der Turbinen. Hingegen ist weitgehend unbekannt, wie viele Fische bei Hochwasser über das Wehr oder über die Fischaufstiegshilfen vom Ober- ins Unterwasser gelangen oder wie man diese gezielte Abwärtswanderung durch bauliche und strömungstechnische Massnahmen verbessern könnte. Die vorhandenen Kenntnisse beruhen auf Erfahrungen aus Nordamerika oder von kleineren Anlagen (vgl. dazu Hinweis auf die neu publizierte Checkliste BAFU in diesem Heft). Sie sind oft nicht direkt auf die Verhältnisse an direkt angeströmten Kraftwerken an den Mittellandflüssen Aare und Hochrhein übertragbar. Transdisziplinärer Ansatz Die Partner des Projektes erwarten aus den Resultaten Hinweise auf mögliche Lösungen und gezielte Massnahmen zur Verbesserung der Bedingungen für die Fischabwärtswanderung bei den Kraftwerken. In diesem Sinne muss das Projekt auch als Grundlage für die Umsetzung des revidierten Gewässerschutzgesetzes in der Schweiz angesehen werden, das seit Januar 2011 vorschreibt, die wesentlichen Beeinträchtigungen der Gewässer innert 20 Jahren zu beseitigen. Das Problem des Fischabstiegs kann nicht einseitig durch biologische oder bautechnische Ansätze angegangen werden, denn die Beeinträchtigung hängt zum einen von der spezifischen Fischfauna ab, zum anderen aber auch von den jeweiligen hydrologischen, hydraulischen und morphologischen Besonderheiten in der Nähe der Kraftwerke. Das Forschungsprojekt verfolgt deshalb einen transdisziplinären Ansatz, an dem sich Fachleute aus der Wasserwirtschaft, dem Wasserbau und der Fischökologie beteiligen. Die Zusammenarbeit ermöglicht einen breiten Einsatz von Untersuchungsmethoden, unter anderem: hydraulische Modellversuche an der VAW. 84

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Bild 2. Grossmodell, Stand Februar 2012 (Foto: VAW-ETHZ).

Dienstag, 12. Juni 2012, Tagesthema: Herausforderungen für Verteilnetze. Patronat: Energietechnische Gesellschaft von Electrosuisse. Der erste Tag steht wiederum ganz im Zeichen der Romandie. Alle Fachreferate werden auf Französisch mit simultaner Übersetzung auf Deutsch vorgetragen. Die Bildschirmpräsentation erfolgt zweisprachig. • Mittwoch, 13. Juni 2012, Tagesthema: Stromzukunft Schweiz Patronat: Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen • Donnerstag, 14. Juni 2012, Tagesthema: Strategien und Rahmenbedingungen in der Stromproduktion. Patronat: Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband Weitere Informationen und das detaillierte Forumsprogramm findet man unter: www.powertage.ch

Bild 3. Fertigung der Wehranlage aus PVC (Foto: VAW-ETHZ). Modellbau für hydraulische Versuche Das Grossmodell für die hydraulischen Versuche ist aktuell im Bau (vgl. Bilder). Die Profile für die Oberwassertopographie sind gesetzt und eingemessen und nun wird mit dem Auffüllen begonnen. Der Einlauf befindet sich links im Bild, wo bereits auch der Wehrrücken aus Beton vorbereitet ist. Parallel dazu wird die Wehranlage aus PVC angefertigt, die dann nach Einmessen des Wehrrückens im Modell eingesetzt werden wird. Über die Resultate des Forschungsprojektes wird zu gegebener Zeit wieder informiert; vgl. auch Webseite des VAR: www. aare-rheinwerke.ch/.

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Powertage 2012 – Lösungen für die Energiezukunft Datum: 12.–14.6.2012 Ort: Messe Zürich Am Vormittag finden jeweils hochwertige Fachreferate zu den Themen Herausforderungen für Verteilnetze und Stromzukunft Schweiz sowie Strategien und Rahmenbedingungen in der Stromproduktion statt. Es referieren Spezialisten aus der Energiewirtschaft, den Bundesbehörden und der Politik. Das Programm wie folgt:

Hochwasserschutz – KOHS-Weiterbildungskurse 3. Serie – Gefahrengrundlagen und Hochwasserbewältigung Die Durchführungstermine für die nächsten Kurse im Jahre 2012 wie folgt: 15./16.3.2012, Martigny (ausgebucht) 25./26.10.2012, Brienz/Interlaken 15./16.11.2012, Sarnen/Stans Die Teilnehmerzahl ist auf rund 25 Personen pro Kurs begrenzt. Die Online-Anmeldeformulare werden jeweils ca. 2 Monate vorher auf der Webseite des SWV aufgeschaltet und über E-Mail-Newsletter angekündigt.

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Age nd a Aarau 20./21.3.2012 PLANAT-Plattformtagung: Instrumente für den Umgang mit Naturgefahren. Nationale Plattform Naturgefahren. Weitere Informationen und Anmeldung: http://www.planat.ch

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Vorankündigung: Wasserwirtschaftstagung und Hauptversammlung SWV 2012 6./7.9.2012, Melchsee-Frutt

Horw 28.–30.3.2012 Hydro-Weiterbildungskurs: Hydraulische Maschinen (d) Fachhochschulen in Zusammenarbeit mit dem SWV. Informationen und Anmeldung: www.weiterbildung-hydro.ch

Die traditionelle Wasserwirtschaftstagung mit Hauptversammlung und Exkursion findet dieses Jahr im Kanton Obwalden statt. Bitte den Termin vorzumerken; weitere Information mit Detailprogramm folgen mit dem nächsten WEL 2/2012 bzw. über Webseite SWV und E-Mail-Newsletter.

Vorankündigung: Fachtagung Wasserkraft 2012: Planung und Betrieb von Wasserkraftanlagen – aktuelle Herausforderungen 8.11.2012, Hochschule Luzern, Horw

Die von der Kommission Hydrosuisse des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) lancierte Tagung bezweckt den Austausch aktueller technischer Entwicklungen rund um die Wasserkraftnutzung. Angesprochen werden insbesondere Ingenieure und Fachleute von Wasserkraftbetreibern, Beratungsbüros und der Zulieferindustrie. Bitte den Termin vorzumerken; weitere Informationen und das Detailprogramm folgen mit dem nächsten WEL 2/2012 bzw. über Webseite SWV und E-Mail-Newsletter.

Sion 24.–26.4.2012 Hydro-Weiterbildungskurs: Elektrische Maschinen (d) Fachhochschulen in Zusammenarbeit mit dem SWV. Informationen und Anmeldung: www.weiterbildung-hydro.ch Lausanne 24.–29.5.2012 Training Workshop MesoHABSIM: A Habitat Model for River Restoration Planning, Laboratoire de constructions hydrauliques LCH-EPFL. Weitere Informationen unter: http://lch.epfl.ch

forderungen der Gewässerschutzgesetzgebung bezüglich der Planung von Massnahmen zur Eindämmung von Schwall/Sunk erfüllt werden können. Ausgabejahr: 2012, 126 Seiten, Herausgeber: Bundesamt für Umwelt BAFU, Nr:, UV1203-D, Reihe: Umwelt-Vollzug, Download: http://www.bafu.admin.ch/publikationen/ (BAFU)

Vollzugshilfe Renaturierung der Gewässer: Modul Revitalisierung Fliessgewässer – Strategische Planung

Zürich 14.6.2012 Fachforum SWV an Powertagen: Strategien und Rahmenbedingungen der Wasserkraftproduktion Powertage 2012 – Branchentreffpunkt der Schweizerischen Stromwirtschaft. Weitere Informationen: http://www.powertage.ch/ Andermatt 28./29.6.2012 STK-Fachtagung: Erhöhung von Betonmauern und Schüttdämmen mit Exkursion, Schweizerisches Talsperrenkomitee STK. Weitere Informationen folgen: http://www.swissdams.ch

L ite i te r atur Vollzugshilfe Renaturierung der Gewässer: Modul Sanierung Schwall/Sunk – Strategische Planung Das vorliegende Modul der Vollzugshilfe «Renaturierung der Gewässer» zeigt ein zweckmässiges Vorgehen auf, wie die An-

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Das vorliegende Modul der Vollzugshilfe «Renaturierung der Gewässer» zeigt ein zweckmässiges Vorgehen auf, wie die Anforderungen der Gewässerschutzgesetzgebung bezüglich der Planung von Revitalisierungen erfüllt werden können. 85

Nachrichten

Ausgabejahr 21012, 42 Seiten, Herausgeber: Bundesamt für Umwelt BAFU, Nr.: UV-1208-D, Reihe: Umwelt-Vollzug. Download: http://www.bafu.admin.ch/publikationen/ (BAFU)

Vollzugshilfe Renaturierung der Gewässer: Modul Wiederherstellung der Fischwanderung – Strategische Planung

Ausgabejahr 21012, 79 Seiten, Herausgeber: Bundesamt für Umwelt BAFU, Nr.: UV-1210D, Reihe: Umwelt-Wissen. Download: http://www.bafu.admin.ch/publikationen/ (BAFU)

Das vorliegende Modul der Vollzugshilfe Renaturierung der Gewässer zeigt ein zweckmässiges Vorgehen auf, wie die Anf orderungen der Gewässerschutz- und Fischereigesetzgebung im Bereich Wiederherstellung der Fischwanderung erfüllt werden können. Ausgabejahr: 2012, 54 Seiten, Herausgeber: Bundesamt für Umwelt BAFU, Nr:, UV1209-D, Reihe: Umwelt-Vollzug, Download: http://www.bafu.admin.ch/publikationen/ (BAFU)

Checkliste Best practice – Wiederherstellung der Fischauf- und -abwanderung bei Wasserkraftwerken Im Laufe seines Entwicklungszyklus unternimmt der Fisch auf- und abwärts gerichtete Wanderungen entlang von Fliessgewässern. Die Sicherstellung eines longitudinalen Kontinuums ist eine wichtige Bedingung für das Überleben der Fischpopulationen. Die vorliegende Publikation erläutert die Problematik und enthält eine Reihe von Empfehlungen, um die Wiederherstellung der Fischwanderung bei kleinen und mittelgrossen Wasserkraftwerken zu gewährleisten. 86

Communication LCH-EPFL Nr. 44: TURBEAU Turbinage des eaux potables J.-L. Boillat, M. Bieri, P. Sirvent und J. Dubois, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 44, EPFL, 2010, 61 Seiten, 20.5×14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 16611179, Verfügbar unter: http://lch.epfl.ch/

DanslecadredelaLoisurl’Approvisionnement en Electricité (LApEI) et l’Ordonnance sur l’Energie (OEne), le Con seil fédéral a édité des recommandations concernant la rétribu-

tion de l’électricité de producteurs indépendants à partir de sources d’énergie renouvelables. Concernant la force hydraulique, cette rétribution favorise les microcentrales et les petites centrales. Une solution potentiellement intéressante est l’installation des microcentrales sur des réseaux d’adduction d’eau potable existants. Les auteurs de la présente communication présentent un outil informatique appelé TURBEAU (TURBinage des EAUx potables) qui permet d’une manière efficace d’identifier les sites favorables à l’installation d’une station de turbinage en calculant leur potentiel énergétique et leur rendement économique. Le logiciel a été développé par le LCH en collaboration avec le bureau d’ingénieurs Hydrocosmos SA. A part les auteurs, plusieurs étudiants sous la direction de Jean-Louis Boillat, Philippe Heller et Martin Bieri ont contribué dans le cadre de leur projet de master ainsi que de projets de semestre au développement et à la vérification du logiciel à l’aide des cas d’étude. Le Canton du Valais a soutenu financièrement ce projet de recherche appliquée par son service de l’énergie et des forces hydrauliques (SEFH). (LCH-EPFL)

Communication LCH-EPFL Nr. 45: Sediment evacuation from reservoirs through intakes by jet induced flow J. Jenzer Althaus, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 45, EPFL, 2011, 248 Seiten, 20.5 ×14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179, Verfügbar unter: http:// lch.epfl.ch/

Today’s worldwide yearly mean loss of storage capacity due to sedimentation is already higher than the increase of capacity by the

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Communication LCH-EPFL Nr. 46: Influence of tributary widening on confluence morphodynamics M.J. Leite Ribeiro, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 46, EPFL, 2011, 279 Seiten, 20.5×14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179 Verfügbar unter: http://lch.epfl.ch/ Confluences are the nodes of the fluvial net-

b. Without having adverse effects on flood safety, the local widening of the tributary was found to considerably enhance the hydraulic and morphologic heterogeneity, which enhances the ecological value. c. The validity of this result for all investigated widening configurations indicates that relatively small interventions conditioned by local constraints can considerably contribute to the rehabilitation of confluences in strongly anthropologized environements. (LCH-EPFL)

work. They are typically characterized by highly heterogeneous conditions that are favorable for a sound fluvial ecosystem, and play a key role in the connectivity of the river system. During the past centuries, many rivers and their tributaries have been channelized and regulated, often resulting in quasi-homogeneous flow and morphologic conditions, deficient flood safety, reduced natural dynamics, impoverished ecological value, and reduced connectivity. Marcelo Leite Ribeiro’s PhD research investigated the potential of river rehabilitation by means of a local widening in the tributary of channelized confluences in an alpine environment. Such confluences are characterized by a dominant discharge in the lowgradient main channel, a dominant supply of poorly graded sediment in the steep tributary, and a pronounced bed discordance at the tributary mouth. Due to considerably different confluence characteristics, none of the existing conceptual models can represent the hydro-morphosedimentary processes in this type of confluences. Dr. Leite Ribeiro’s research was performed in a laboratory set-up that is representative of the 20 major confluences on the Rhône River upstream of Lake Geneva, Switzerland. Measurements of the three-dimensional velocity field, turbulence, sediment transport, morphology and bed material characteristics in a wide range of configurations of the local tributary widening and under various hydraulic conditions provided the following results: a. A conceptual model has been proposed for the hydro-morpho-sedimentary processes in the investigated type of channelized alpine confluences. This conceptual model explains the adaptation to changing hydraulic conditions and to the local widening of the tributary.

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

Kontaminierte Gewässersedimente – Strategie, Fallbeispiele, Empfehlungen (T3/2011) Herausgeber: DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, ISBN : 978-3-942964-04-3, Erscheinungsdatum: 12/2011, Format: DIN A4, Seiten: 135, Preis: 74 Euro, Bezug: www.dwa.de

Sedimentablagerungen in Flüssen und Seen sind Teil des Gewässers und erfüllen wichtige Funktionen im Ökosystem. Darüber hinaus sind Sedimente ein Archiv der stofflichen Gewässerbelastung, da sie Schadstoffe anreichern können (Geoakkumulation). Solche kontaminierten Sedi-mente stellen ein latentes Gefährdungspotenzial für aquatische Lebensgemeinschaften dar. Ein schadstofforientiertes Sedimentmanagement ist daher ein wesentlicher Bestandteil für eine nachhaltige Wasserbewirtschaftung unserer Gewässer. Die aus dem Sedimentmonitoring gewonnenen Erkenntnisse liefern die Grundlage für gegebenenfalls erforderliche Sanierungsmassnahmen. Die Identifizierung von Schadstoffherden, die Bewertung des Schadstoffinventars, die Erkundung der Mo87

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construction of new reservoirs for irrigation, drinking water and hydropower. In Asia for example 80% of the useful storage capacity for hydropower production will be lost in 2035. In Alpine regions the loss rate in reservoir capacity is significantly below world average. The main process in narrow reservoirs is the formation of turbidity currents, which transport the fine sediments regularly near the dam, where they can increase sediment levels up to 1 m per year. The outlet devices such as intakes and bottom outlets are therefore in many reservoirs after 40 to 50 years of operation already affected. The effects of climate change will in future increase the sediment yield entering the reservoirs. Turbidity currents may be stopped and forced to settle down by obstacles situated in the upper part of the reservoir in order to keep the outlet structures free of sediments. Another new idea is to whirl up the fine sediments near the dam and intakes and keep them all the time in suspension, which allows a continuous release through the turbines. Mrs. Dr. Jolanda Jenzer Althaus studied this new idea for the first time with systematic hydraulic model tests combined with numerical simulations. Special water jet arrangements were developed which can be installed near the dam in front of the intake in order to generate an optimum circulation needed to maintain the fine sediments in suspension. In such a way a significant amount of sediment can be released continuously during powerhouse operation. In order to understand the involved physical processes in detail, systematic hydraulic model tests were carried out in a rectangular tank equipped at its front wall with an intake. First a configuration of four jets arranged in a circle on a horizontal plane in front of the intake was tested. For comparison in a second step also a linear jet configuration located parallel to the front wall with the intake was studied. Detailed measurements of flow velocity and sediment release helped to find the optimum combination of the parameters defining the circular jet arrangement. Finally, numerical simulations could reproduce the flow patterns. (LCH-EPFL)

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bilisierbarkeit schadstoffhaltiger Sedimente und die Einschätzung des Schadensrisikos sind wichtige Aufgaben im Vorfeld der anstehenden Sanierungsmassnahmen. Der vorliegende Themenband greift die Thematik auf und skizziert in kurzen Einführungskapiteln ein einzugsgebietbezogenes Grundkonzept und eine strategische Vorgehensweise zur Beurteilung von Schadstoffinventar und Schadensrisiko an beispielhaften Studien für Elbe und Rhein. In den nachfolgenden Kapiteln werden Ergebnisse aus nationalen und EU-Forschungsprojekten (SEDYMO, RIMAX, MODELKEY) vorgestellt und schwerpunktmässig hydrodynamische und sedimentspezifische Aspekte der Ablagerung, Akkumulierung und Mobilisierung kontaminierter Feinsedimente behandelt, wie sie in Flussstauhaltungen, Buhnenfeldern, Stillgewässern, Hochwasserrückhalteanlagen und Überschwemmungsgebieten typischerweise auftreten. Zur Beschreibung der Prozesse zwischen Emission und Immission werden numerische Strömungs- und Transportmodelle eingesetzt, Hochwasserszenarien simuliert und datenbedingte Unsicherheiten beurteilt. Im abschliessenden Kapitel wird ausgehend vom Fallbeispiel Spittelwasser das breite Spektrum neuer Sanierungsmethoden diskutiert und konkrete Möglichkeiten aufgezeigt für die Sanierung von Schadstoffherden, Böden und Sedimenten in Flussauen einschliesslich der Überwachungsmethoden Natural Attenuation und Monitored Natural Attenuation. Für die einzelnen Methoden wird eine Kurzbewertung für die Praxis abgegeben. Der Themenband ist eine praxisorientierte Leitlinie für Planer, Genehmigungsbehörden und Entscheidungsträger im Bereich der Wasserwirtschaft und Umweltbehörden. Es wird ein zielorientiertes Grundkonzept und eine strategische Vorgehensweise bei Planungs- und Sanierungsaufgaben vermittelt. (DWA)

Deiche an Fliessgewässern – Teil 1: Planung, Bau und Betrieb (Merkblatt DWAM 507-1) Herausgeber: DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, ISBN : 978-3-941897-76-2, Erscheinungsdatum: 12/2011, Format: DIN A4, Seiten: 108, Preis: 76 Euro, Bezug: www.dwa.de Im Rahmen der Hochwasserschutz-Strategien der Bundesländer sind Hochwasserschutzdeiche ein wesentliches Element des sogenannten Technischen Hochwasserschutzes. Die Erfahrungen bei Hochwasserereignissen der vergangenen Jahre in Deutschland, nachgeschaltete Untersu88

stellen sind, erfüllen zu können. Das Merkblatt wurde von der DWA-Arbeitsgruppe WW-4.3 «Deiche an Fliessgewässern» des DWA-Fachausschusses WW-4 «Talsperren und Flusssperren», einem gemeinsamen Fachausschuss mit der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) sowie dem Deutschen Talsperren-Komitee (DTK), erarbeitet. (DWA)

Kriterienkatalog Wasserkraft

Österreichischer Wasserkatalog Wasser schützen – Wasser nutzen

chungskampagnen bzw. Bestandsbewertungen von Deichstrecken sowie der hieraus abgeleitete Aufwand haben verdeutlicht, dass umfangreiche Massnahmen zur Ertüchtigung und zum Neubau von Deichen an Fliessgewässern erforderlich sind. Vor diesem Hintergrund wurde das Merkblatt DVWK-M 210 «Flussdeiche» aus dem Jahre 1986 überarbeitet und ergänzt, um den zwischenzeitlich erreichten Stand der Technik zu dokumentieren und zusammenzufassen. Der Anwendungsbereich des Merkblattes wurde von «Flussdeiche» auf «Deiche an Fliessgewässern» erweitert, weshalb eine Klassifizierung von Deichen nach Höhe und Schadenspotenzial eingeführt wurde, die bei verschiedenen Aspekten der ingenieurtechnischen Bemessung dieser Erdbauwerke von Bedeutung ist. Dargelegt werden die erforderlichen hydraulischen Bemessungsgrundlagen und Nachweise sowie das geotechnische Bemessungskonzept. Ebenfalls in das Nachweiskapitel integriert wurde das Konzept zur Bewertung der Erosionssicherheit von Deich und Untergrund. Ein weiterer Schwerpunkt wurde auf bauliche Anlagen im Deichbereich gelegt. In diesem Zusammenhang werden Hinweise zu Leitungsführungen und Lastannahmen gegeben. Da zukünftig grosse Anstrengungen zur Ertüchtigung bestehender Deichstrecken erforderlich sein werden, wurde diesem Aspekt ein eigener Abschnitt gewidmet. Ferner werden Hinweise zur Deichunterhaltung, Deichüberwachung sowie zur Deichverteidigung gegeben. Das Merkblatt soll Fachleuten in Behörden, in Ingenieurbüros und Baufirmen, die mit Planung, Bau und Unterhaltung von Hochwasserschutzdeichen befasst sind, konkrete Hinweise sowie Nachweiskonzepte bzw. Bemessungsansätze liefern, um die Anforderungen, die an diese Erdbauwerke zu

Kriterien zur Beurteilung einer nachhaltigen Wasserkraftnutzung

Der Nationale Gewässerbewirtschaftungsplan 2009 (NGP 2009) sieht im Kapitel 6.10.3 die Erarbeitung eines Kriterienkataloges für die Beurteilung von Wasserkraftprojekten bzw. von Gewässerabschnitten hinsichtlich ihrer Eignung für die Wasserkraftnutzung vor. Basierend auf den Aus-führungen im NGP 2009 wurden für den nun vorliegenden Kriterienkatalog drei Prüffelder festgelegt und für diese Kriterien und zugehörige Indikatoren entwickelt: • Prüffeld 1: energiewirtschaftliche und wasserkraftbezogene wasserwirtschaftliche Kriterien, • Prüffeld 2: ökologische Kriterien, • Prüffeld 3: sonstige wasserwirtschaftliche Kriterien. Primäres Ziel des Leitfadens ist es, einen Überblick über die einschlägigen gesetzlichen Grundlagen des WRG 1959 zu geben. Er soll als Hilfestellung bei der Auswahl und Konkretisierung der Inhalte der Kriterien für die Interessenabwägung dienen. Dabei bezieht sich dieser Leitfaden in erster Linie auf Vorhaben, für welche gem. § 104a WRG 1959 eine Ausnahme vom Verschlechterungsverbot in Anspruch genommen werden soll. Der vorliegende Leitfaden enthält – ohne der unabhängigen Rechtsprechung vorzugrei-

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

•

• Die Themen der deutschen «Wasserwirtschaft» 3–5-2012 • Optimierte Technologie für den erfolgreichen Einsatz von Schlauchwehren Norbert Kessels, Ulrich Dumont • Von der Geschwindigkeit zum Durchfluss – softwaregestützte Kalibrierung kontinuierlich arbeitender Durchflussmesssysteme in offenen Gerinnen Stefan Siedschlag • Experimentelle Untersuchung der Kornbewegungen im Pfeilerkolk Florian Pfleger • Wasserverschmutzung und Umweltprobleme als Folge der Urbanisierung in Hyderabad Kilian Christ, Klaus Baier, KristinaSabine Schmitz, Ramakar Jha, Rafig Azzam • Umweltdaten & INSPIRE – umgesetzt an einem Beispiel der Wasserwirtschaft in Sachsen Uwe Müller, Heino Rudolf • Ein erweitertes Verfahren zur Generierung synthetischer Bemessungshochwasserganglinien Jens Bender, Jürgen Jensen • Rahmenbedingungen für den Bau Europas grösster Fischaufstiegsanlage am Nordufer des Wehres Geesthacht Hans-Jürgen Menzel, Ulrich Schwevers • Massnahmen zur Gewährleistung der Auffindbarkeit des Doppelschlitzpasses Geesthacht Ulrich Schwevers, Christof Neumann • Massnahmen zur Gewährleistung der Passierbarkeit des Doppelschlitzpasses Geesthacht Ulrich Schwevers, Christof Neumann • Numerische Modelluntersuchungen im Rahmen der Planung der Fischaufstiegsanlage Geesthacht

•

Peter Oberle, Mark Musall, Jochen Riesterer, Franz Nestmann Physikalische Begleituntersuchungen zur Fischaufstiegsanlage am Elbewehr bei Geesthacht Boris Lehmann, Frank Seidel, Katrin Läkemäker, Franz Nestmann Aalleitern am Doppelschlitzpass Geesthacht Beate Adam, Christof Neumann Einrichtungen zum Monitoring des Fischaufstiegs im Doppelschlitzpass Geesthacht Beate Adam, Christof Neumann Ergebnisse nach einem Jahr fischökologischen Monitorings am Doppelschlitzpass Geesthacht Beate Adam, Markus Faller, Stefan Gischkat, Henrik Hufgard, Sven Löwenberg, Nicola Mast Bilanz und Ausblick nach dem ersten Betriebsjahr des Doppelschlitzpasses Geesthacht Hans-Jürgen Menzel, Ulrich Schwevers Verbesserung und Wiederherstellung der Durchgängigkeit für Fische in Bundeswasserstrassen Jochen H. E. Koop, Christian von Landwüst, Steffen Wieland, Matthias Scholten Der österreichische Leitfaden für den Bau von Fischaufstiegshilfen – Grundlagen und Vorschläge Paul Jäger Der enature® FISHPASS – eine nachhaltige Lösung mit System und deren Einsatz in der Praxis Michael Pötsch Das Projekt Energiespeicher Riedl Dominik Mayr, Jürgen Schmauss, Sabine Neuwerth Katastrophales Hochwasser im Einzugsgebiet der Lausitzer Neisse im August 2010 Mieczyslaw Ostojski, Ryszard Kosierb Leszek Jelonek Klima-, Vegetations- und Bodenzonen im geotektonischen Spannungsfeld der Erde Peter Janetzko, Stephan Gebhardt

I ndustr ie iemit mit te iilungen lunge n Jonvalturbine aus dem Jahre 1875 revidiert Die Mitglieder des Vereins «Museum Reusskraftwerk Bremgarten» revidierten in mühsamer Kleinarbeit die Jonvalturbine aus dem Jahre 1875. Diese Turbine

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

wurde von 1875 bis 1956 zur Stromerzeugung genutzt.

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fen und ohne Anspruch auf Vollständigkeit – Informationen sowie Lösungsvorschläge für die Verfahrensabwicklung zu in der Praxis aufgetretenen Fragen im Zusammenhang mit der Anwendung der Ausnahmen vom Verschlechterungsverbot. Er soll den vollziehenden Organen des UVP-G 2000 als unverbindliche Richtschnur Hilfestellung bei der Handhabung der einschlägigen Bestimmungen bieten. vgl. auch: http://www.lebensministerium.at/ wasser/wasser-oesterreich/wasserrecht_ national/planung/Kriterienkatalog.html (Österreichisches Lebensministerium)

Jonvalturbine mit dem grossen Kammrad, geliefert von Escher-Wyss 1875 (vor der Renovation). Vor dem Eingang des Museums Reusskraftwerk in Bremgarten ist die Jonvalturbine mit Welle und Kammrad zu sehen. Sie stammt aus dem Kraftwerk Au und stand von 1875 bis 1956 im Einsatz. Zuerst als Antrieb für die Textilmaschinen der Firma Honegger, Hosenträgerfabrik in Bremgarten und später zur Erzeugung von Strom im AEW Kraftwerk Au in Bremgarten. Die Holzzähne des alten Kammrades litten unter Karies. Pilze zerstörten die Zähne aus Eichenholz. Die Mitglieder des Museumsvereins ersetzten die zerstörten Holzzähne durch neue Eichenholzzähne. Diese Arbeit, die eine hohe Präzision erforderte, begann in 2009 mit einer Reinigungsaktion. Im Anschluss mussten die alten Zähne vermasst und für drei Zahnreihen Schablonen mit unterschiedlichem Profil angefertigt werden. Danach wurden die Zähne aus gut gelagerten Eichenbrettern gesägt. Mittels Schleifen und Feilen erhielten die Zähne ihre endgültige Form. Ende 2011 konnten die Reparaturarbeiten abgeschlossen werden. Vereinsmitglieder leisteten mehr als 140 Stunden Freiwilligenarbeit. Unter anderem galt es die Zahnform von 360 einzelnen Zähnen und baute diese in das Zahnrad ein. Mit einem Gesamtaufwand von rund 240 Stunden sowie einem Materialund Werkzeugaufwand von ca. CHF 1000 glänzt das alte Kammrad wieder mit einem intakten Zahnkranz. (AEW ENERGIE AG) 89

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

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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», avant 1976 «Cours d’eau et énergie» Redaktion: Roger Pfammatter (Pfa), Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes Layout, Redaktionssekretariat und Anzeigenberatung: Manuel Minder (mmi) ISSN 0377-905X Verlag und Administration: Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, Rütistrasse 3a, CH-5401 Baden, Telefon 056 222 50 69, Telefax 056 221 10 83, http://www.swv.ch, info@swv.ch, E-Mail: r.pfammatter@swv.ch, m.minder@swv.ch, Postcheckkonto Zürich: 80-32217-0, «Wasser Energie Luft», Mehrwertsteuer-Nr.: 351 932 Inseratenverwaltung: Manuel Minder · Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (SWV) Rütistrasse 3a · 5401 Baden · Telefon 056 222 50 69 · Fax 056 221 10 83 · E-mail: m.minder@swv.ch Druck: buag Grafisches Unternehmen AG, Täfernstrasse 14, 5405 Baden-Dättwil, Telefon 056 484 54 54, Fax 056 493 05 28 «Wasser Energie Luft» ist offizielles Organ des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) und seiner Gruppen: Associazione Ticinese di Economia delle Acque, Verband Aare-Rheinwerke, Rheinverband und des Schweizerischen Talsperrenkomitees. Jahresabonnement CHF 120.– (zuzüglich 2,5% MWST), für das Ausland CHF 140.–, Erscheinungsweise 4 × pro Jahr im März, Juni, September und Dezember Einzelpreis Heft, CHF 30.–, zuzüglich Porto und 2,5% MWST

«Wasser Energie Luft» – 104. Jahrgang, 2012, Heft 1, CH-5401 Baden

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