Wasser Energie Luft 1/2017

1-2017

Seeforellenzaun in der Hasliaare (Foto: Andreas Funk)

9. März 2017

· Flexibilisierung Wasserzinse – eine Chance für alle · Ausbau Wasserkraft seit 2006 · Aufgelöste Blockrampen · Antike Hydrotechnik

Bestellen Sie unsere Verbandsschriften direkt unter: www.swv.ch Der Verband Aare-Rheinwerke 1915 bis 2015 – Rückblick auf ein Jahrhundert Wasserwirtschaft

Verbandsschrift 69 Herausgegeben vom Schweizerischen Wasserwirtschaftsverband zum 100-jährigen Bestehen des Verbandes Aare-Rheinwerke (VAR)

«100 Jahre VAR 1915–2015»

1

VS: Nr. 69, Der Verband Aare-Rhein-

VS: Nr. 68, Symposium CIPC KOHS

VS: Nr. 67, Der Schweizerische Was-

VS: Nr. 66, Die Engadiner Kraftwerke

werke 1915 bis 2015 – Rückblick auf

2014, Anton Schleiss, Jürg Speerli,

serwirtschaftsverband 1910– 2010,

– Natur und Technik in einer aufstre-

ein Jahrhundert Wasserwirtschaft,

Roger Pfammatter (Eds.), 2014, 214

ein Portrait, von Walter Hauenstein,

benden Region, von Robert Meier,

von Hans Bodenmann und Roger

Seiten, Format A4, ISBN 978-1-138-

2010, 156 S. Format 17 × 24 mm,

2003, 207 S., Format 28.5 × 20.5 cm,

Pfammatter, ISBN 978-3-033-05079-

02676-6, CHF 50.–.

ISBN 978-3 85545-155-5, CHF 40.–.

ISBN 3-85545-129-X, CHF 60.–.

VS: Nr. 65, Wasserkraft – die erneu-

VS: Nr. 64, Ökologische (Teil A) und

VS: Nr. 63, Wasserbauer und Hyd-

VS: Nr. 62, Uferschutz und Raumbe-

erbare Energie, Beiträge des inter-

technisch/ökonomische Qualitäten

rauliker der Schweiz, Kurzbiografien

darf von Fliessgewässern/Protection

nationalen Symposiums vom 18./19.

der Wasserkraft, ecoconcept, Zürich

ausgewählter Persönlichkeiten, 2001,

des rives et espace vital nécessaire

Okt. 2001 in Chur, CHF 30.–.

und Schnyder Ingenieure AG, Otten-

von Daniel L. Vischer, CHF 50.–.

aux cours d’eau, 2001, Vorträge in

2, CHF 25.–.

bach, CHF 40.–.

Biel, CHF 40.–.

VS: Nr. 60, Externe Effekte der

VS: Nr. 59, Geschiebetransport und

VS: Nr. 57, Betrieb und Wartung von

VS: Nr. 54, Directives pour l’exploi-

Wasserkraftnutzung/Effets externe

Hochwasser/Charriage et crues,

Wasserkraftwerken, 1998, Bernard

tation et la maintenance des grou-

de l’exploitation des forces hydrauli-

Vorträge in Biel, 1998, CHF 50.–.

Comte, CHF 120.–.

pes hydroélectriques, 1995, Bernard

ques, 1999, CHF 50.–.

II

Comte, CHF 98.–.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Editorial Förderpolitik auf dem Prüfstand

D

Roger Pfammatter Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

ie europäische Stromwelt ist im Umbruch. Solche Phasen sind zwar nützlich, um bisherige Konzepte zu hinterfragen und notwendige Anpassungen einzuleiten. Aber zuweilen entsteht der zwiespältige Eindruck, dass nur zukunftsfähig sein soll, was nach Innovation klingt sowie möglichst klein und teuer ist. Umgebaut wird mit einem riesigen Subventionskarussell. Alleine im vielzitierten Deutschland wird der Zubau an Fotovoltaik- und Windanlagen aktuell mit jährlich 30 Milliarden Euro (!) subventioniert, bezahlt vom deutschen Stromkonsumenten über einen Netzzuschlag von 6.9 Euro-Cents pro Kilowattstunde.

Im Vergleich dazu wirkt das schweizerische Förderpendant, die vor zehn Jahren eingeführte «Kostendeckende Einspeisevergütung» (KEV), geradezu bescheiden: hierzulande werden jährlich 500 Millionen Franken für den Zubau von Fotovoltaik, Wind, Biomasse und Kleinwasserkraft aufgewendet, finanziert über einen Netzzuschlag von 1.5 Rappen pro Kilowattstunde. Aus diesem Topf wird den viel zu teuren Kleinanlagen die Differenz zum Marktpreis kostendeckend vergütet. Beim aktuellen Marktpreis von 4 Rappen resultiert ein durchschnittlicher Förderbeitrag von 16 Rappen pro Kilowattstunde. Spitzenempfän-

ger sind die Fotovoltaik-Anlagen, die im Durchschnitt mit 30 Rappen pro Kilowattstunde unterstützt werden.

Aber auch die Kleinwasserkraft profitiert von der Förderung, wenn auch in bescheidenerem Masse und bei grösserer Wirkung (vgl. dazu den Beitrag zur Entwicklung der Wasserkraft mit und ohne KEV-Unterstützung ab Seite 19 in diesem Heft). In den zehn Jahren seit Einführung der KEV wurden mit dem Förderinstrument insgesamt 3.3 Terrawattstunden erneuerbare Stromjahresproduktion zugebaut, was 5 Prozent des jährlichen Strombedarfs der Schweiz entspricht.

Die bestehende Grosswasserkraft, die 36 Terrawattstunden erneuerbare Stromproduktion bzw.

60 Prozent des jährlichen Strombedarfs liefert und grösstenteils dem verzerrten «Markt» ausgesetzt ist, erhält bis heute keinerlei Unterstützung und schreibt Verluste. Das soll mit dem im Mai zur Abstimmung kommenden Massnahmenpaket zur Energiestrategie zwar geändert werden: vom neu auf 2.3 Rappen angehobenen Netzzuschlag werden 0.2 Rappen (sic!) als Marktprämie für nicht gedeckte Kosten der Grosswasserkraft zur Verfügung stehen. Immerhin, ist man versucht zu sagen – und wagt doch die Frage: ist der Schweiz die Wasserkraft nicht mehr wert?

Politique de subventions à l’épreuve

Le monde européen de l’électricité est en mutation.

Ces phases sont utiles afin de remettre en question les concepts existants et procéder aux ajustements nécessaires. Mais parfois, l’impression ambivalente existe que seul peut être apte au futur ce qui sonne comme innovant et est aussi petit et cher que possible. Les transformations se font avec un gigantesque manège de subventions. En Allemagne seulement, l’ajout de centrales photovoltaïques et éoliennes est actuellement subventionné à 30 milliards d’euro (!) par an, payés par les consommateurs allemands par le biais d’un supplément de 6.9 centimes d’euro perçu sur chaque kilowattheure.

En comparaison, le pendant suisse en matière de subvention, la rétribution à prix coûtant du courant injecté (RPC), est tout à fait modeste: ici 500 millions de franc suisse sont utilisés par an pour la construction supplémentaire de photovoltaïque, éolien, biomasse et petite hydroélectrique, financés par un supplément de 1.5 centime par kilowattheure. De cette somme, la différence entre les prix du marché et la production trop coûteuse est couverte. Au prix actuel du marché de 4 centimes, il en résulte une subvention moyenne de 16 centimes par kilowattheure. Le plus

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

grand bénéficiaire est la photovoltaïque, soutenue en moyenne avec 30 centimes par kilowattheure. Dans une moindre mesure et avec plus d’effets, la petite hydroélectrique bénéficie aussi (cf. l’article sur le développement de la force hydraulique avec et sans le soutien de la RPC dès la page 19 de ce numéro). Au cours des dix années écoulées depuis la mise en place de la RPC, un total 3.3 térawattheures de production annuelle renouvelable a été développé avec cet instrument, correspondant à 5 pourcents des besoins annuels en électricité de la Suisse.

La grande hydroélectrique existante, produisant 36 térawattheures d’électricité renouvelable dit 60 pourcents des besoins annuels, est en grande partie exposée au «marché» biaisé. Elle n’a jusqu’à ce jour reçu aucun soutien et supporte des pertes. Cela devrait changer avec la stratégie énergétique soumis au vote en mai: sur le supplément nouvellement porté à 2.3 centimes, 0.2 centime (sic!) sera mis à disposition à titre de prime de marché pour les coûts non couverts des grandes centrales hydroélectriques.

C’est toujours cela, serait-on tenter de dire, mais l’on pose tout de même la question: la force hydraulique ne vaut-elle plus la peine en Suisse?

III

Inhalt

1l2017

1

Flexibilisierung der Wasserzinse – eine Chance für alle Michel Piot, Roger Pfammatter [ Erstpublikation: «bulletin.ch» 1/2/2017 ]

5

Wirtschaftlichkeit der Wasserkraft in der Schweiz Michel Piot [ Erstpublikation: «WasserWirtschaft» 1/2017 ] 1

11

Die Entleerungen des Räterichsbodensees 2014/15 und 2016 – eine gewässerökologische Bestandsaufnahme Steffen Schweizer, Matthias Meyer, Kurt Wächter, David Tanno, Sandro Schläppi, Peter Büsser, Andrea Baumann, Jan Baumgartner, Martin Flück, Willy Müller, Markus Zeh

19

Entwicklung der Wasserkraftnutzung in der Schweiz seit 2006 – Zahlen und Fakten Stefan Vollenweider, Michel Müller 15

27

Erfolgreiche Sanierungen der Wasserkraft – genügt das vorhandene Fachwissen?

Corinne Spillmann, Felix Walter

33

Aufgelöste unstrukturierte Blockrampen – Einleitung Carlo Scapozza

33

Praxisanleitung zur Dimensionierung – Kurzfassung Simona Tamagni, Volker Weitbrecht, Robert M. Boes

41

Praxisanleitung zur Ausführung – Kurzfassung Lukas Hunzinger, Franziska Opferkuch

IV

29

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Inhalt

1l2017

Euro-Climhist: eine Datenplattform der Universität Bern zur Witterungs-, Klima- und Katastrophengeschichte Christian Pfister, Christian Rohr, Antoine Jover

45

Antike Hydrotechnik oder «konnte man früher auch was mit Wasser»?

Robert Widmer

49

Nachrichten Politik Energiewirtschaft Klima Wasserkraftnutzung Rückblick Veranstaltungen Veranstaltungen Agenda Literatur Industriemitteilungen

53 53 53 54 55 58 59 60 60 67

Stellenangebot

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Branchen-Adressen

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Impressum

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63 42

45

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

V

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«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Flexibilisierung der Wasserzinse – eine Chance für alle Michel Piot, Roger Pfammatter

[ Erstpublikation: «bulletin.ch» 1/2/2017 ]

Zusammenfassung Die aktuelle Regelung zur Erhebung der Wasserzinse ist seit Längerem nicht mehr systemkonform. Aufgrund der Marktöffnung und anhaltend tiefer Grosshandelspreise nimmt die Belastung durch die Wasserzinse zusammen mit den hohen Kapitalkosten für die Wasserkraftanlagen ein existenzgefährdendes Ausmass an. Das im vorliegenden Beitrag hergeleitete «flexibilisierte Modell» ist eine zukunftsfähige Lösung, von der die Schweiz, die Standortkantone und -gemeinden, die Wasserkraftproduzenten und die Schweizer Endverbraucher gleichermassen profitieren. Es bietet die Chance, die Wasserzinse im Hinblick auf die gesetzlich vorgesehene Neuregelung ab 2020 zielführend zu reformieren.

Vor hundert Jahren wurde der Wasserzins ins eidgenössische Wasserrechtsgesetz aufgenommen. Allgemein gilt der Wasserzins als «eine öffentliche Abgabe für das mit der Konzession eingeräumte Sondernutzungsrecht an einem öffentlichen Gewässer, nämlich für das Recht, ein Wasserkraftpotenzial zur Erzeugung von elektrischer Energie zu verwerten» [1]. Während sich methodisch an der Bestimmung des Wasserzinses seither nichts geändert hat, wurde der im Gesetz festgelegte maximale Wasserzinssatz mehrfach nach oben angepasst (Bild 1).

Seit dem letzten Erhöhungsschritt auf 110 Franken pro Kilowatt Bruttoleistung (CHF/kWB) auf Anfang 2015 resultieren jährlich rund 550 Mio. Franken an Wasserzinse, die die Produzenten der Wasserkraft an die konzessionsverleihenden Gemeinwesen zu bezahlen haben.

Bei einer Produktionserwartung von rund 36 Terawattstunden (TWh) pro Jahr und unter Berücksichtigung, dass Wasserkraftwerke unter 2 MWB einen reduzierten Wasserzinssatz bezahlen, liegt die Belastung der grösseren Kraftwerke heute bei durchschnittlich 1.6 Rp./kWh. Während die Wasserzinse für die Betreiber der Wasserkraftanlagen also einen gewichtigen Kostenfaktor darstellen, sind sie für die Standortkantone und je nach kantonaler Gesetzgebung für die Standortgemeinden der Wasserkraftwerke eine bedeutende Einnahmequelle. Über 80 Prozent der Einnahmen entfallen auf nur sechs Kantone beziehungsweise

deren Gemeinden, wobei alleine das Wallis und Graubünden rund die Hälfte der Einnahmen für sich beanspruchen können.

1.

Entwicklung des maximalen Wasserzinssatzes Bei der Einführung des Wasserzinses auf eidgenössischer Ebene per 1. Januar 1918 betrug der maximale Wasserzinssatz 6 Franken pro Pferdekraft (CHF/PS) oder umgerechnet 8.16 CHF/kWB. Das Gesetzgebungsrecht wurde dem Bund übertragen, «damit er die Gewinnung und Verwertung der Wasserkräfte fördere» [2]. Damit wurde festgelegt, dass sowohl auf die Ge-

samtinteressen des Landes zur Nutzung der einheimischen Wasserkraft als auch auf die Bedürfnisse der Wasserherkunftsgebiete Rücksicht zu nehmen ist.

Die beiden ersten Erhöhungen per 1. Januar 1953 und 1. Juli 1968 erfolgten mit dem Argument der Anpassung des Wasserzinssatzes an die allgemeine Teuerung. Erst in der Botschaft von 1975 zur dritten Erhöhung per 1. Januar 1977 nahm der Bundesrat eine breitere Interessenabwägung vor und sprach erstmals davon, dass die Wasserkraft zu einer Beeinträchtigung der natürlichen Schönheit der Gebirgsgegenden führe. Gleichzeitig wurde in dieser Botschaft wie auch in der Botschaft von 1984 zur vierten Erhöhung per 1. Januar 1986 der Solidaritätsgedanke zwischen Industriekantonen beziehungsweise Ballungszentren und wirtschaftlich benachteiligten Kantonen respektive den Berggebieten thematisiert: Da der Wasserzins «letztlich als Bestandteil des Energiepreises vom Energiekonsumenten bezahlt» und am meisten elektrische Energie in den Ballungszentren konsumiert werde, könne die Erhöhung als «Akt

Bild 1. Entwicklung des maximalen Wasserzinssatzes – aufgeteilt in unterschiedliche Komponenten – im Vergleich zum teuerungsbereinigten Anfangswert.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

1

Bild 2. Abwälzungsmöglichkeiten der Wasserzinse (WZ) in den unterschiedlichen Phasen. Über den Markt ist keine Abwälzung möglich. der Solidarität» [3] verstanden werden.

Mit der Botschaft von 1995 zur fünften Erhöhung per 1. Mai 1997 wurde die Interessenabwägung als Folge der Zunahme der zu berücksichtigenden Faktoren als zunehmend schwieriger eingestuft. Über eine im Jahr 2008 eingereichte parlamentarische Initiative erfolgten schliesslich die sechste Erhöhung per 1. Januar 2011 sowie die siebte und letzte Erhöhung per 1. Januar 2015, mit dem Argument, dass «die Strompreise und der Wert der Ressource Wasser insgesamt ansteigen» [4].

Eine detailliertere Aufarbeitung der historischen Entwicklung und Argumentation kann einem früheren Fachbeitrag der Autoren entnommen werden [5].

Der Wasserzins stellt in seiner ursprünglichen Form also eine Abgabe für die Nutzung der Ressource Wasser dar, die vom Energiekonsumenten bezahlt und in unregelmässigen Abständen der Teuerung angepasst wurde. Ab Mitte der 1970er-Jahre wurden zur Begründung einer Erhöhung zunehmend andere Faktoren eingebracht, bis zuletzt vor allem der Wert der Ressource in den Fokus der Argumentation trat (Bild 2 «Monopol» und «Situation heute»). Mit dieser Verschiebung der Argumentation von der Nutzung zum Wert der Ressource hätte bereits früher eine umfassende politische Diskussion über eine Flexibilisierung stattfinden sollen, umso mehr als bereits ab Ende der 1990er-Jahre die Liberalisierung des Strommarktes in den Fokus der energie2

politischen Debatte rückte. Namentlich der Bundesrat signalisierte verschiedentlich seine Bereitschaft zu einer Systemänderung [6], die entsprechenden Debatten wurden aber auf den Zeitpunkt nach der Liberalisierung verschoben.

2.

Reformbedarf Inzwischen ist die Marktöffnung mindestens teilweise Realität geworden. Seit der Inkraftsetzung des Stromversorgungsgesetzes per 1. Januar 2009 sind Kunden mit einem Endverbrauch von über 100 MWh pro Jahr in der Wahl ihres Stromlieferanten frei. Von dieser freien Wahl machen im Jahr 2017 gemäss ElCom 63 % der Berechtigten Gebrauch, was einer jährlichen Strommenge von rund 20 TWh entspricht.

Daneben sind aber auch die Netzbetreiber im Einkauf ihres benötigten Stromes zur Belieferung ihrer gebundenen Endverbraucher frei. Das hat zur Folge, dass die Wasserkraftproduzenten ihre Abgaben nur noch dann abwälzen können, wenn sie selbst gebundene Endverbraucher haben (Bild 2 «Situation heute»). Das entspricht einem fundamentalen Paradigmenwechsel, der in der bestehenden Gesetzgebung nicht berücksichtigt ist.

Bei der Verleihung der Konzessionen für die Wasserkraftanlagen, die zum überwiegenden Teil bereits vor der dritten und mit neuen Argumenten begründeten Erhöhung des Wasserzinsmaximums von 1977 erfolgte, konnten diese Entwicklungen nicht antizipiert werden. Vor

allem konnten und mussten die Produzenten nicht davon ausgehen, dass sich der Wasserzins einmal komplett von der teuerungsbereinigten Abgabe für die Nutzung der Ressource abkoppeln und später auch noch das Monopol und damit die Möglichkeit zur Abwälzung dieser Kosten wegfallen würden. Somit kann nicht argumentiert werden, dass die Kraftwerksgesellschaften mit der Unterzeichnung der Konzession automatisch sämtliche künftige Erhöhungen und Systemänderungen akzeptiert hätten. Die Kraftwerksbetreiber hatten sich einzig dazu bereit erklärt, den Verleihern der Konzession eine Abgabe für die Nutzung der Ressource zu zahlen – die sie ihrerseits im Monopol den Endverbrauchern abwälzen konnten.

3.

Neuer Modellansatz Aus obigen Gründen ist die gesetzlich festgeschriebene Neuregelung auf Anfang 2020 zu nutzen, um das Wasserzinsmodell umfassend zu reformieren. Der Anspruch der Standortkantone und -gemeinden auf ein Entgelt für die Zurverfügungstellung der Ressource ist ebenso zu berücksichtigen wie der Anspruch der Betreiber auf eine wirtschaftliche Ausnutzung der einheimischen Wasserkraft. Während auf der einen Seite die Gemeinwesen gerne konstante und planbare Einnahmen haben, können die Betreiber von Wasserkraftwerken nur dann Abgaben bezahlen, wenn sie mit dem Verkauf von Strom genügend Einnahmen erzielen. Um diesen beiden Ansprüchen

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zu genügen, ist ein Modell zur Flexibilisierung der Wasserzinse mit einem fixen und einem variablen Teil nach der folgenden Logik angezeigt: • eine fixe Abgabe für die Nutzung der Ressource und • eine variable Abgabe, abhängig vom Wert der Ressource.

Die Nutzung der Ressource Wasser zur Stromproduktion unterliegt einem nationalen Interesse, da damit auslandunabhängig, erneuerbar und vergleichsweise günstig ein substanzieller Beitrag an die sichere Stromversorgung der Schweiz geleistet wird. Somit handelt es sich um einen volkswirtschaftlichen und energiepolitisch gewollten Nutzen. Dieser ist in Form einer fixen Abgabe durch die Schweizer Endverbraucher abzugelten (Bild 2 «Neue Regelung»).

Der Wert der Ressource Wasser zur Stromproduktion ergibt sich als Differenz zwischen den erzielbaren Erträgen und den Gestehungskosten und ist somit variabel. Ist die Differenz positiv, erzielt der Kraftwerksbetreiber einen Gewinn, ist sie negativ, schreibt er Verluste. Beim Wert der Ressource handelt es sich also um einen betriebswirtschaftlichen Nutzen.

Die Verleiher der Konzessionen sollen bei positivem Geschäftsgang und abhängig vom Wert der Ressource in Form einer variablen Abgabe partizipieren können.

Das Modell zur Flexibilisierung der Wasserzinse mit einem fixen und einem variablen Teil vermag beide Ansprüche somit hinreichend zu erfüllen, wenn (Bild 3): • die fixe Abgabe für die Nutzung der Ressource, die einem energiepolitischen und damit volkswirtschaftlichen Nutzen entspricht, von den Schweizer Endverbrauchern abgegolten wird; • eine zusätzliche variable Abgabe, abhängig vom Wert der Ressource, der einem betriebswirtschaftlichen Nutzen entspricht, durch die Kraftwerksbetreiber bezahlt wird.

Wirtschaftlichkeit der Wasserkraft Die Marktpreise sind in den vergangenen Jahren stark gefallen, und der Ausblick auf die erwarteten Preise an den Börsen für die nächsten Jahre lässt keine Besserung erwarten. So liegen die Terminpreise für Bandenergie in der Schweiz für die Jahre 2018 und 2019 aktuell um 34–36 EUR/ MWh, was durchschnittlich 38 CHF/MWh beziehungsweise 3.8 Rp./kWh entspricht.

Das sind gerade noch gut die Hälfte der Preise der Jahre 2009–2011 oder weniger als ein Drittel des Spitzenjahres 2008.

In einer breit angelegten Branchenuntersuchung wurden die Kosten und Erträge am Markt von Lauf- und Speicherkraftwerken für die Jahre 2011– 2015 erhoben [7]. Die untersuchte Stichprobe deckt rund drei Viertel der Produktion aus Speicherkraftwerken und rund ein Viertel der Produktion aus Laufwasserkraftwerken ab. Trotz guter hydrologischer Bedingungen in den Jahren 2012–2015 ist bei den Laufwasserkraftwerken ein Verlust von durchschnittlich 0.9 Rp./kWh und bei Speicherkraftwerken von 0.5 Rp./ kWh angefallen, wobei die Verlustwerte für das Jahr 2015 sogar bei 1.7 Rp./kWh beziehungsweise 1.6 Rp./ kWh liegen. Während die Kosten im Verlaufe dieser Jahre dank Sparanstrengungen bei Betrieb und Instandhaltung sowie zurückgestellten Investitionen für Substanzerhalt und Modernisierung trotz Erhöhung der Wasserzinse leicht gesenkt werden konnten, gingen die Erträge massiv zurück.

Da die weiteren Sparmöglichkeiten beschränkt sind und sich die Marktsituation vorerst kaum verbessern wird, bleibt die Wirtschaftlichkeit der bestehenden Wasserkraftwerke kritisch. Folglich bleibt die Schweizer Wasserkraft doppelt benachteiligt: einerseits im Vergleich zu anderen einheimischen Technologien, die keine vergleichbaren Abgaben kennen, und andererseits im Vergleich zu ausländischen Wasserkraftwerken, die substanziell tiefere oder gar keine Wasserzinse zu bezahlen haben.

5.

Auswirkungen der Flexibilisierung an einem Beispiel Um die Auswirkungen einer Flexibilisierung zu veranschaulichen, wird im Folgenden beispielhaft von einem Wasserkraftwerk

mit einer installierten Leistung von 11 MW und einer mittleren Produktionserwartung von 44 GWh ausgegangen. Die Fallhöhe beträgt 330 m und die konzessionierte Wassermenge 2 m3/s. Damit ergibt sich für dieses Kraftwerk eine mittlere Bruttoleistung von 6475 kWB. Der jährlich durch die Kraftwerksgesellschaft zu bezahlende Wasserzins errechnet sich als mittlere Bruttoleistung mal Wasserzinssatz – aktuell 110 CHF/kWB –, was rund 0.7 Mio. Franken oder umgerechnet 1.6 Rp./kWh entspricht.

Gestützt auf die oben erwähnte Untersuchung des Kraftwerksparks wird angenommen, dass die Gestehungskosten auf Stufe Kraftwerksgesellschaft 7.2 Rp./ kWh mit Wasserzins beziehungsweise entsprechend 5.6 Rp./kWh ohne Wasserzins betrage. Die Abgabe für die eigentliche Nutzung der Ressource – die dem fixen Teil entspricht –, die 1918 bei 8.16 CHF/kWB lag, beträgt heute teuerungsbereinigt 41 CHF/kWB (Bild 3). Es werden folgende zwei Modelle miteinander verglichen (siehe Tabelle 1): • «Heutiges Modell»: fixer Wasserzinssatz von 110 CHF/kWB oder umgerechnet 1.6 Rp./kWh; • «Flexibilisiertes Modell»: a) durch den Schweizer Endverbraucher finanzierter fixer Teil von 41 CHF/kWB als Abgabe für die Nutzung der Ressource und b) durch die Kraftwerksgesellschaft finanzierter variabler Teil, abhängig vom Wert der Ressource und beginnend bei 5.6 Rp./kWh. Die zu definierende Steigung gibt an, um wie viel CHF/kWB der Wasserzinssatz bei einem Anstieg des Marktpreises um 1 Rp./kWh steigt.

4.

Bild 3. Modell zur Flexibilisierung der Wasserzinse.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

3

nanzieren und iv) die Schweiz verschafft dem bereits heute geltenden gesetzlichen Grundsatz Nachdruck, wonach die Abgaben die wirtschaftliche Ausnutzung der Wasserkräfte nicht gefährden dürfen, und leistet damit einen Beitrag zu Erhalt und Modernisierung der wichtigsten einheimischen Stromproduktionstechnologie.

Somit ist das hier vorgeschlagene «flexibilisierte Modell» in der Tat eine Chance für alle, die es bei der Neugestaltung zu nutzen gilt.

Referenzen [1] BWG (2002): Der Wasserzins – die wichtigste Abgabe auf der Wasserkraftnutzung in der Schweiz.

[2] Bundesrat (1912): Botschaft zum Entwurfe eines Bundesgesetzes über die Nutzbarmachung der Wasserkräfte. Bundesblatt 1912 II. [3] Bundesrat (1984): Botschaft betreffend die

Bild 4. Wasserzinssatz-Isolinien beim «flexibilisierten Modell» als Durchschnitt über die Marktpreise der Jahre 2004–2015 in Abhängigkeit der Preisuntergrenze und der Steigung bei einer fixen Abgabe von 41 CHF/kWB.

Änderung des Bundesgesetzes über die Nutzbarmachung der Wasserkräfte (WRG). Bundesblatt 1984 III. [4] UREK-S (2009): Parlamentarische Initiative Angemessene Wasserzinse – Bericht der Kommission der UREK-S. [5] Pfammatter R., M. Piot (2016): Der Wasserzins – Reformbedarf im neuen Marktumfeld.

«Wasser Energie Luft» 3/2016, 173–180.

[6] Bundesrat (1995): Botschaft über die Teilrevision des Bundesgesetzes über die Nutzbarma-

Tabelle 1. Auswirkungen auf die Höhe der Wasserzinse bei beiden Modellansätzen.

Der variable Teil wurde, basierend auf den Jahren 2004–2015, simuliert. Beitrag der Produzenten (grau), der Schweizer Endverbraucher (blau).

chung der Wasserkräfte. Bundesblatt 1995 IV. [7] Piot M. (2017): Wirtschaftlichkeit der Wasserkraft in der Schweiz. «WasserWirtschaft» 1/2017.

Könnte beim «flexibilisierten Modell» der fixe Teil nicht abgewälzt werden, müsste die Kraftwerksgesellschaft die Abgabe zur Nutzung der Ressource von 41 CHF/kWB oder umgerechnet 0.6 Rp./kWh ebenfalls bezahlen. Die variable Abgabe für den Wert der Ressource würde folglich erst bei 6.2 Rp./kWh starten. Das zeigt, dass der Verleiher der Konzession bei gleichbleibender Steigung im «flexibilisierten Modell» eine höhere Vergütung bekommt als im Modell ohne Abwälzung (Bild 4 schwarze Linien). Mit Hilfe dieser Abbildung kann auch die Sensitivität der variablen Abgabe bei Änderungen der Steigung abgeschätzt werden: Die Änderung der Steigung um eins bei gleichbleibender Preisuntergrenze von 5.6 Rp./kWh führt zu einer Änderung der variablen Abgabe um 1.6 CHF/kWB beziehungsweise 0.02 Rp./ kWh. Bei diesem Beispielkraftwerk hätte der Wasserzinssatz im Jahr 2008 nach dem «flexibilisierten Modell» 103 CHF/ kWB oder 1.5 Rp./kWh betragen. Damit würde das Modell den Willen des Gesetz4

gebers bei der letzten Anpassung, wonach bei hohen Marktpreisen die Summe aus Nutzung und Wert der Ressource über 100 CHF/kWB betrage, gut wiedergeben.

Anschrift der Verfasser Michel Piot, Public Affairs Manager, Swisselectric, CH-3001 Bern michel.piot@swisselectric.ch

6.

Fazit Mit dem in diesem Beitrag vorgeschlagenen «flexibilisierten Modell» werden sämtliche Ziele an ein faires Modell erreicht: i) die Standortkantone und -gemeinden können weiterhin auf eine fixe Einnahmequelle für die Zurverfügungstellung der energiepolitisch gewollten Nutzung der Ressource zählen und erhalten marktabhängig eine zusätzliche Abgeltung; ii) die Belastung für die Schweizer Endverbraucher durch die Abwälzung der fixen Abgabe fällt nicht höher aus als in Monopolzeiten, also zu jenen Zeiten, als die Wasserzinse gesetzlich verankert wurden und Teil des gegenseitigen Verständnisses bei der Konzessionsvergabe waren; iii) die Kraftwerksbetreiber werden substanziell entlastet, indem sie sachlogisch richtig nur den variablen Teil, abhängig vom Wert der Ressource, zur Stromproduktion fi-

Roger Pfammatter, Geschäftsführer Schweizerischer Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) CH-5401 Baden, roger.pfammatter@swv.ch Originalpublikation Dieser Artikel ist in der Zeitschrift «bulletin.ch» 108. Jahrgang, 2017, Heft 1/2, Seiten 29–33 (d) und Seiten 35–39 (f) unter dem gleichen Titel erschienen.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Wirtschaftlichkeit der Wasserkraft in der Schweiz Michel Piot

[ Erstpublikation: «WasserWirtschaft» 1/2017 ]

Zusammenfassung Die Wirtschaftlichkeit der Wasserkraft in der Schweiz hat sich stark verschlechtert.

Der Verlust hat sich 2015 trotz guter hydrologischer Bedingungen weiter ausgeweitet.

Eine Besserung ist nicht in Sicht. Kostensenkungen bei den Betreibern alleine reichen nicht aus. Es müssen auch die hohen fixen Abgaben dem Marktumfeld und das Marktdesign angepasst werden, damit die einheimische Wasserkraft als Fundament der Energiestrategie 2050 auch langfristig ihren Beitrag an die sichere und umweltfreundliche Versorgung leisten kann.

1.

Ausgangslage Die Strompreise an den europäischen Märkten sind in den letzten Jahren massiv gefallen. Der Wertzerfall des Euros gegenüber dem Schweizer Franken hat zu einer zusätzlichen Verschlechterung der Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Wasserkraftproduzenten geführt. Es ist aber nicht nur der Strompreiszerfall, der der Wasserkraft Probleme macht, nein, es sind auch die im Vergleich zu anderen Technologien hohen Abgaben, die die Produzenten von Wasserkraftwerken zu bezahlen haben, allen voran die Wasserzinse in der Schweiz.

Ging die Schweizer Regierung unmittelbar nach den Ereignissen in Fukushima bei der Präsentation der Energiestrategie 2050 noch davon aus, dass die Wasserkraft ausgebaut wird, hat sich die Einschätzung unterdessen fundamental geändert. Es stehen Kraftwerksbeteiligungen zum Verkauf, mit Investitionen in den Substanzerhalt der bestehenden Kraftwerke wird möglichst zugewartet und zahlreiche Ausbauprojekte sind sistiert.

In diesem Umfeld stellt sich die Frage, wie es mit der bestehenden Schweizer Wasserkraft weitergehen soll. Ab 2020 soll ein neues Wasserzinsregime in Kraft treten. Beim Wasserzins handelt es sich um eine Entschädigung für die Nutzung der Ressource Wasser zur Stromproduktion. Die Zahlungen erfolgen heute unabhängig vom Wert des produzierten Stromes. Die Strombranche setzt sich dafür ein, dass künftig die Ertragsmöglichkeiten eines Produzenten am Markt berücksichtigt werden, das heisst, es wird eine

Flexibilisierung der Abgaben angestrebt.

Zahlreiche Fragen sind in diesem Zusammenhang noch offen.

Die Schweizer Wasserkraft wirtschaftet mit Verlusten; eine Besserung ist nicht in Sicht.

Der Wasserzins wäre bei marktgerechter Bewertung der Ressource Wasser im jetzigen Umfeld null.

Das Marktdesign ist anzupassen, damit Wasserkraft auch langfristig zur Versorgungssicherheit beitragen kann.

Im Jahr 2014 hatte swisselectric eine Untersuchung über die Wirtschaftlichkeit der bestehenden Wasserkraftwerke durchgeführt. Aufgrund der weitergesunkenen Preise an den Strommärkten und den anlaufenden Diskussionen zur Regelung der Wasserzinse ab 2020 haben grosse Wasserkraftproduzenten der Schweiz beschlossen, eine Aktualisierung durchzuführen. Nachfolgend werden die Datengrundlagen zu den Kosten und Erträgen sowie die Methodik dargestellt, um dann Ergebnisse zur aktuellen Wirtschaftlichkeit präsentieren zu können.

2.

Datengrundlagen

2.1

Wasserkraftwerke in der Schweiz Gemäss Wasserkraftstatistik des Bundesamtes für Energie (BFE) sind per 1. Januar

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

2016 insgesamt 632 Zentralen mit einer Leistung über 300 kW in Betrieb. Die Produktionserwartung dieser Zentralen liegt bei 34.7 TWh/a, wobei in dieser Zahl bei Grenzkraftwerken nur der Schweizer Teil berücksichtigt wird. Die beiden grössten Wasserkraftwerke sind die Grande Dixence SA im Unterwallis sowie die Kraftwerke Oberhasli AG im Berner Oberland mit jährlichen Produktionserwartungen über je 2 TWh/a.

Zahlreiche grosse Wasserkraftwerke sind als Partnerwerke organisiert.

Das heisst, die Kraftwerke sind im Besitz mehrerer Aktionäre – im Falle der Kraftwerke Oberhasli AG die BKW mit 50 % sowie die Städte Bern, Basel und Zürich mit je einem Sechstel –, die sich verpflichten, im Verhältnis zu ihrem Aktienanteil die Jahreskosten des Kraftwerkes zu übernehmen. Im Gegenzug erhalten sie anteilsmässig die produzierte Energie. Damit war (und ist) es möglich, die beim Bau und mit dem Betrieb solcher Werke verbundenen Risiken unter mehreren Partnern aufzuteilen. Da die Partnerwerke ihre Jahreskosten vollständig den Aktionären überwälzen und die produzierte Energie nicht selber vertreiben, tragen sie keine finanziellen Risiken. Folglich sind in den Jahreskosten die Kosten für die Energieverwertung durch den Handel und für Aufgaben, die zentrale Stellen der Partneraktionäre übernehmen, nicht enthalten.

Technisch zusammenhängende Zentralen werden zu einer Kraftwerksgruppe, oder kurz zu einem Kraftwerk, zusammengefasst. So umfasst die Kraftwerke Oberhasli AG vierzehn Zentralen, wovon sich per 1. Januar 2016 drei im Bau befanden. Eine Kraftwerksgruppe kann aber auch ein regionaler Zusammenschluss verschiedener, nicht notwendigerweise technisch zusammenhängender Zentralen sein, wie beispielsweise die Kraftwerksgruppe Bergell des Elektrizitätswerkes der Stadt Zürich, oder eine juristische Einheit, wie die Aletsch AG, mit den beiden Zentralen Aletsch und Ackersand 2.

5

2.2 Datenerhebung Ziel der nun vorliegenden Erhebung war es, die wirtschaftliche Situation der Schweizer Wasserkraft in den letzten fünf Jahren aufzuzeigen, das heisst, nebst den Kosten auf Stufe Aktionär wurden auch die Erträge am Markt sowie Zusatzerträge durch das Anbieten von Systemdienstleistungen und weiteren Optimierungen erhoben, was eine kraftwerksspezifische Aussage zur Wirtschaftlichkeit zulässt. Die zur Verfügung stehende Stichprobe deckt insbesondere bei den Speicherkraftwerken, die in vielen Fällen als Partnerwerke betrieben werden, einen hohen Anteil der Schweizer Produktion ab (Tabelle 1). Auf eine Differenzierung zwischen Speicherund Pumpspeicherkraftwerken wird verzichtet, da innerhalb der Kraftwerksgruppen der Anteil von Pumpenzentralen gering ist und somit der überwiegende Anteil als Speicher klassifiziert wird. Im Weiteren ist zu bemerken, dass eine Kraftwerksgruppe, wie beispielsweise die Kraftwerke Oberhasli AG, sowohl Speicher- als auch Laufwasserzentralen aufweist; insgesamt überwiegt aber der Speicheranteil bei Weitem.

Bei den Laufwasserkraftwerken wird mit der Stichprobe lediglich ein Viertel der Gesamtproduktion abgedeckt. Dies liegt erstens daran, dass etliche Kraftwerke am Rhein und an der Rhône nur einen einzelnen Aktionär haben und somit keine Partnerwerke sind. Zweitens wird bei vielen dieser Kraftwerke die Geschäftsführung inklusive Buchführung durch das Kraftwerk selber übernommen, was den Zugriff auf die Daten erschwert. Und drittens ist bei Grenzkraftwerken die Auswertung aufgrund der unterschiedlichen Jahreskosten für Schweizer und deutsche Aktionäre, als Folge der unterschiedlichen Höhe von Wasserzinse und Steuern, sehr aufwendig.

Insgesamt sind in der Stichprobe 18 Laufwasser- und 28 Speicherkraftwerksgruppen enthalten.

2.3 Methodisches Einerseits werden verallgemeinerte Aussagen zur Wirtschaftlichkeit der Wasserkraft angestrebt, andererseits zeigt sich, dass eine grosse Heterogenität zwischen den einzelnen Kraftwerksgruppen besteht, und zwar nicht nur in der technischen Komplexität der Anlagen, die sich sowohl in den Jahreskosten als auch in den Erträgen manifestiert, sondern auch in Form von konzessionsbedingten Spezifika und kraftwerksspezifischen Einzelereignissen.

Beispiel: In den meisten Fällen sind 6

Tabelle 1. Summarische Übersicht über die Stichprobe, aufgeteilt nach Laufwasserund Speicherkraftwerken (Quelle: BFE-Wasserkraftstatistik (WASTA), eigene Berechnung).

Bild 1. Durchschnittliche Gestehungskosten von Wasserkraftwerken auf Stufe Partnerwerke in der Schweiz (Quelle: [1]). die Kosten für die Pumpenergie in den Jahreskosten des Partnerwerkes enthalten.

Bei einzelnen Kraftwerken fallen sie aber nicht direkt beim Partnerwerk an, sondern bei den Partneraktionären, da diese die Pumpenergie selber liefern, was somit systemisch bedingt beim Partnerwerk zu erheblich tieferen Jahreskosten führt als bei den Vergleichskraftwerken.

Beispiel Kraftwerke Hinterrhein AG: Im Geschäftsjahr 2012/13 wurde aufgrund der zweiten Sanierungsphase der Gesamterneuerung der Stausee Lago di Lei entleert, so dass die Jahresproduktion knapp 40 % unter dem langjährigen Mittelwert lag, die Jahreskosten allerdings im Wesentlichen gleich hoch waren wie im Jahr zuvor, so dass folglich die Gestehungskosten gegenüber dem Vorjahr um knapp 40 % stiegen.

Die Hydrologie hat einen massgeblichen Einfluss auf die Gestehungskosten.

Während in erster Näherung die Jahreskosten eines Kraftwerks als konstant angesehen werden können, kann die Jahresproduktion von Jahr zu Jahr erheblich schwanken. So lag die effektive Wasser-

kraftproduktion in den hydrologischen Jahren 2011/12–2014/15 jeweils knapp zehn Prozent über der Produktionserwartung, 2010/11 lag sie dagegen rund sechs Prozent darunter. Dieser Effekt führt dazu, dass die Gestehungskosten in den letzten vier Jahren tiefer als in Erwartung ausgefallen sind, was sich für die Wirtschaftlichkeit der Wasserkraft als positiv herausstellt.

Obschon die hydrologischen Verhältnisse auch innerhalb eines Jahres regional stark unterschiedlich ausfallen können, wurde diese Differenzierung nicht berücksichtigt.

3.

Kosten der Wasserkraft Die detaillierte Kostenstruktur von Partnerwerken wurde kürzlich in einer Studie vom Centre for Energy Policy and Economics im Auftrag des BFE analysiert [1].

Darin werden die Partnerwerke je nach Dominanz der verschiedenen Zentralen in Nieder- und Hochdruck-Laufwasserkraftwerke bzw. in Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke unterteilt. Analysiert wurden die Kosten auf Stufe Partnerwerk gemäss Jahresbericht («pagatorische Gestehungskosten»). Gemittelt über

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die Jahre 2000–2013, betrugen diese im Durchschnitt 5.8 Rp./kWh (Bild 1). In Ergänzung zu dieser Studie und um die Kosten auf Stufe Aktionär auszuweisen, wird nachfolgend auf einige Kostenblöcke gesondert eingegangen.

3.1 Wasserzinse Der Wasserzins wurde vor 100 Jahren in der Schweiz eingeführt und ist eine Entschädigung für die Nutzung der Ressource Wasser zur Stromproduktion. Im Schweizer Wasserrechtsgesetz wird auf Bundesebene ein maximaler Wasserzinssatz in Franken pro Kilowatt Bruttoleistung (kWB) festgesetzt. Die Wasserzinsabgabe errechnet sich im Grundsatz als Produkt aus Wasserzinssatz und der mittleren Bruttoleistung des Kraftwerks, das heisst aus dem Produkt des nutzbaren Gefälles und der durchschnittlich nutzbaren Wassermenge. Diese entspricht dem effektiv zufliessenden Wasserdargebot, das durch das Kraftwerk technisch gefasst und turbiniert werden kann. Da die Kantone innerhalb der gesetzlichen Vorgaben des Bundes in der Umsetzung frei sind, fallen die kantonalen Regelungen sehr unterschiedlich aus. Daneben kommen teilweise zusätzlich noch konzessionsspezifische Vereinbarungen zum Tragen.

Insgesamt wurde der maximale Wasserzinssatz bereits siebenmal erhöht, letztmals auf 1. Januar 2015, und beträgt mittlerweile 110 CHF/kWB [2]. Gemäss BFE [3] ergeben sich bei voller Ausschöpfung des Maximums durch die Kantone Wasserzinse in Höhe von rund CHF 570 Mio. pro Jahr, was rund 1.6 Rp./kWh entspricht.

In der vorliegenden Stichprobe wurde jeweils für sämtliche Kraftwerksgruppen die jährliche Wasserzinsbelastung ausgewiesen. Dies erlaubt eine Aussage über den Anteil der Wasserzinse an den Jahreskosten. Bei der Angabe und damit für die obige Verifizierung der spezifischen Wasserzinsbelastung in Rp./kWh ist Vorsicht geboten: i) bei Speicherkraftwerken mit Pumpenzentralen fallen nur Wasserzinse für die Stromproduktion aus natürlichen Zuflüssen an, nicht aber für die Produktion aus gepumptem Wasser und ii) bei Grenzkraftwerken gelten unterschiedliche Wasserzinssätze für den Schweizer und den ausländischen Anteil.

Beispiel Kraftwerke Oberhasli AG: Gemäss Geschäftsbericht wurden im Jahr 2015 an die Partneraktionäre 2266 GWh/a abgegeben, davon stammten 1692 GWh/a

aus Zuflüssen. Der Rest stammt aus dem Pumpbetrieb und Speicherseereserven.

Die Jahreskosten zulasten der Aktionäre beliefen sich auf 124.4 Mio. CHF, davon fielen Wasserzinse in Höhe von 26.2 Mio. CHF an. Die durchschnittliche Belastung auf der durch Zuflüsse basierenden Produktion liegt somit bei 1.55 Rp./kWh. Beispiel Kraftwerke Birsfelden AG: Die Wasserzinsbelastung in der Schweiz ist höher als in Deutschland. Sie betrug im Jahr 2015 für den Schweizer Anteil von 60.15 % in den Kantonen Basel-Land und Basel-Stadt 4 Mio. CHF, während die Wasserzinse für den deutschen Anteil für das Land Baden-Württemberg bei 0.2 Mio. CHF lagen; dies bei Jahreskosten von 13.6 Mio. CHF. Fakt ist, dass die in der Stichprobe enthaltenen Kraftwerke in den Jahren 2011–2015 jeweils Jahreskosten von 1.1 Mrd. CHF aufwiesen und dass die effektiv bezahlten Wasserzinse im Jahr 2015 mit 0.3 Mrd. CHF einen Rekordwert angenommen haben und damit über 25 % der Kosten auf Stufe Kraftwerksgruppe ausmachten.

3.2 Overheadkosten Die Jahreskosten auf Stufe Kraftwerksgruppe enthalten nicht alle Kosten, es fallen zusätzliche auf Stufe Aktionär an [4]. Insbesondere sind die Kosten für die Energieverwertung durch den Handel und für Aufgaben, die zentrale Stellen beim Aktionär übernehmen, darin nicht enthalten.

Diese Kosten werden als Overhead- oder Gemeinkosten bezeichnet.

Den Erträgen aus dem Energieverkauf am Markt und den Systemdienstleistungen sind somit auf der Kostenseite sämtliche Kosten bis zum Verkauf am Markt gegenüberzustellen. Die Energieverwertung verlangt insbesondere eine Vermarktungsorganisation, den Zugriff auf internationale Handelsplätze, den Kontakt zu Handelskunden, die Bereitstellung von Reserveenergie, die Umformung in handelbare Produkte und die technische Aufrüstung für die Bereitstellung von Systemdienstleistungen.

Ein Vergleich der Overheadkosten

zwischen den einzelnen Aktionären erweist sich deshalb als schwierig, weil sie nicht einheitlich definiert sind und folglich aus unterschiedlichen Kostenblöcken bestehen. Grundsätzlich ist die Vermarktung von flexibler Produktion aufwendiger als die Vermarktung von Bandenergie. Im Weiteren ist dieser Kostenblock über die Jahre im Wesentlichen konstant, so dass die spezifischen Angaben in Abhängigkeit der Jahresproduktion schwanken können.

Die Abschätzungen zeigen aber, dass für die betrachtete Zeitperiode 2011–2015 für diesen Kostenblock durchschnittlich 0.8 Rp./kWh anfallen. Angesichts der momentanen Ertragslage erscheint dieser Wert relativ hoch. Da aber gerade für die Energieverwertung hohe fixe Kosten anfallen, sind die Overheadkosten kurzfristig wenig beeinflussbar.

3.3 Eigenkapitalkosten In den Jahreskosten des Partnerwerkes wird oft eine Dividende ausgewiesen, die allerdings nicht mit der wirtschaftlichen Ertragskraft des Kraftwerkes in Zusammenhang steht, sondern faktisch eine steuerlich motivierte Grösse ist.

Beispiel Kraftwerke Linth-Limmern AG: Die Dividende wird aufgrund der durchschnittlichen Rendite der 10-jährigen Schweizer-Bundesobligationen während des Geschäftsjahrs plus 150 Basispunkte, gerundet auf das nächste halbe Prozent, berechnet.

Ein Aktionär muss gewisse Erwartungen an die Eigenkapitalrendite seines finanziellen Engagements haben, die vom Risiko seines Geschäftes abhängen. Das BFE hat in einer Studie einen Eigenkapitalkostensatz von 7.97 % angenommen [5]. In der Stichprobe wurde also für die Bestimmung der Kosten auf Stufe Partneraktionär die sogenannte Pflichtdividende aus den Jahreskosten herausgerechnet und dafür auf dem Eigenkapital des Partnerwerkes ein Kapitalkostensatz von 7.97 % dazugerechnet. Bei Kraftwerken, die keine eigenständige juristische Einheit sind, wurde der Buchwert des Kraftwerkes verwendet.

Im Weiteren wurden in der Datenerhebung auch noch andere Korrekturgrös-

Tabelle 2. Durchschnittliche Gestehungskosten, Erträge und Gewinne, aufgeteilt nach Laufwasser- und Speicherkraftwerken für die Jahre 2011–2015 (schwarz), 2015 (rot) und 2011–2015 produktionserwartungsbereinigt (blau) in Rp./kWh.

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sen berücksichtigt [4]. Da diese allesamt verhältnismässig gering ausgefallen sind, werden sie in Tabelle 2 unter «Korrektur Andere Effekte» subsummiert.

also zum jetzigen Zeitpunkt davon ausgegangen werden, dass der Marktwertfaktor der Schweizer Wasserkraft ziemlich genau bei eins liegt.

4.

Erträge der Wasserkraft Um eine Vergleichbarkeit der Erträge sicherzustellen, wird unterstellt, dass die effektive Produktion der Kraftwerke am Spotmarkt Schweiz verkauft wurde. Daneben können vor allem Speicherkraftwerke noch Zusatzerträge durch Anbieten von Systemdienstleistungen erzielen. Da diese Erträge in der Regel nicht direkt einem Kraftwerk zugeordnet werden können, da sie aus einem Pool von Kraftwerken angeboten werden, wurden die Gesamterträge auf Stufe Aktionär auf die einzelnen Kraftwerke aufgeteilt, die Systemdienstleistungen anbieten können.

5.2 Gewinn und Verlust Bild 3 zeigt die Gestehungskosten auf Stufe Aktionär, die optimierten Erträge und die daraus resultierenden Gewinne bzw. Verluste. Der Übersichtlichkeit halber wurde bei der Gewinngrafik der Speicherkraftwerke die Achse unten abgeschnit-

5.

Resultate Um verallgemeinerte Resultate zur Wirtschaftlichkeit der Schweizer Wasserkraft zu erhalten, sind die kraftwerksspezifischen Angaben der Stichprobe zusammenzufassen. Dazu bietet sich einerseits die Mittelwertbildung an, andererseits, um der grossen Heterogenität der Kraftwerksgruppen gerecht zu werden, die Medianbildung. Während Erstere geeignet ist, die Wirtschaftlichkeit der bestehenden Stichprobe zu beurteilen, ist der Median geeigneter, um generalisierte Aussagen über die Schweizer Wasserkraft zu machen.

Die Mittelwertbildung führt nämlich dazu, dass atypische Eigenschaften bei grossen Kraftwerksgruppen einen starken Einfluss haben.

5.1 Marktwertfaktoren Die jährlichen Marktwertfaktoren für Laufwasserkraftwerke, gemessen am Schweizer Spotmarkt, sind in der betrachteten Zeitperiode 2011–2015 in etwa konstant geblieben (Bild 2). Die Mediane liegen im Bereich von 0.93–0.97. Bei den Speicherkraftwerken liegen sie im Bereich von 1.07–1.16. Über die letzten vier Jahre kann jedoch eine sinkende Tendenz beobachtet werden. Auch wenn diese Differenz statistisch nicht nachweisbar ist, kann sie sachlogisch erklärt werden: In den Jahren 2012–2015 hat sich der Spread zwischen Peak- und Base-Preisen kontinuierlich von knapp 14 CHF/MWh auf unter 8 CHF/ MWh reduziert, das heisst, die PeakPreise sind insgesamt stärker gefallen als die Offpeak-Preise, was zu einer relativen Verschlechterung der Speicherkraftwerke gegenüber den Laufwasserkraftwerken geführt hat. Gesamthaft betrachtet, kann 8

ten, so dass Kraftwerke mit Verlusten über 10 Rp./kWh nicht aufgeführt sind. Aus dieser Darstellung wird ersichtlich, dass sich die Situation für die Schweizer Wasserkraft gegenüber den Jahren 2011–2013 in den Jahren 2014 und 2015 nochmals drastisch verschlechtert hat. Bei der Laufwasserkraft sind die erzielten Erträge von 6.7 Rp./kWh im Jahr 2011 um knapp 40 Prozent auf 4.1 Rp./kWh im Jahr 2015 gesunken, was im Median zu einem Verlust von 0.2 Rp./kWh im Jahr 2011 und 1.9 Rp./kWh im Jahr

Bild 2. Marktwertfaktoren für Laufwasser- und Speicherkraftwerke, gemessen am Schweizer Spotmarkt.

Bild 3. Gestehungskosten auf Stufe Aktionär, Erträge und resultierender Gewinn.

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2015 geführt hat. Bei den Speicherkraftwerken sind die Erträge von 8.0 Rp./kWh auf 5.0 Rp./kWh gefallen, was im Median im Jahr 2011 noch zu einem Gewinn von 0.6 Rp./kWh geführt hat; im Jahr 2015 resultierte ein Verlust von 1.4 Rp./kWh. Tabelle 2 zeigt die mengengewichteten Durchschnitte der einzelnen Kostenblöcke mit den relevanten farbig hinterlegten Ergebnissen in drei Varianten. In Schwarz sind die Angaben für die Jahre 2011–2015 dargestellt. Da sich die Märkte innerhalb dieser fünf Jahre stark verschlechtert haben, werden in Rot die Werte für das Jahr 2015 ausgewiesen.

Aufgrund der erwarteten weiteren Entwicklung gemäss Futures-Notierungen an der European Energy Exchange (EEX) muss davon ausgegangen werden, dass die Erträge nochmals sinken werden.

In Blau werden für die gesamte Periode 2011–2015 die «produktionserwartungsbereinigten» Gestehungskosten auf Stufe Kraftwerk bzw. auf Stufe Aktionär ausgewiesen, das heisst, es wurde abgeschätzt, welche Gestehungskosten unter Normproduktion entstanden wären.

6.

Ausblick und Folgerungen Der Ausblick der Strommärkte für die folgenden Jahre lässt keine Besserung der Erträge erwarten. Die Preiserwartungen liegen für die nächsten Jahre sogar noch tiefer als sie im Jahr 2015 waren, so dass sich die Situation für die nichtsubventionierten Produzenten weiter verschlechtern wird. Dies äussert sich in hohen Wertberichtigungen bei den Aktionären. Wie die Analyse gezeigt hat, konnten die Stromproduzenten in den vergangenen vier Jahren von guten hydrologischen Bedingungen profitieren. Dadurch wird die Situation in der vorliegenden Betrachtung zu optimistisch dargestellt.

Um die Lage der Schweizer Wasserkraft, die als Fundament der Schweizer

Stromversorgung und somit als wichtigster Pfeiler für die Umsetzung der Energiestrategie 2050 gilt, zu verbessern, ist sowohl auf der Kosten- als auch auf der Ertragsseite anzusetzen. Bei den Kraftwerken selber werden laufend grosse Sparanstrengungen umgesetzt. So werden bei der Kraftwerke Oberhasli AG rund 50 Stellen abgebaut. Und die Investitionen in den Substanzerhalt, die gemäss BFE bei 1 Mrd. CHF pro Jahr liegen, werden auf das Nötigste zurückgefahren, denn diese Investitionen können auf absehbare Zeit nicht gedeckt werden. Die Aktionäre überarbeiten ihre Strukturen und passen sie den neuen Realitäten an. Den Sparmöglichkeiten sind jedoch enge Grenzen gesetzt, da ein grosser Teil der Kosten der Wasserkraftproduktion kaum beeinflussbar ist. So wurde in dieser Analyse gezeigt, dass die Stromproduzenten mit den Wasserzinse einen hohen fixen Kostenblock zu finanzieren haben, den sie seit der Marktöffnung nicht mehr den Endkunden überwälzen können, notabene in einer Zeit, in der der Wert der Ressource Wasser zur Stromproduktion gering ist. Auch hier ist der Hebel anzusetzen. Würde man den Kraftwerken eine marktgerechte Bewertung der Ressource Wasser verrechnen, das heisst, im jetzigen Umfeld wäre sie null, dann würde sich der Verlust stark verringern und in die Nähe der Nullzone führen sowie gleichzeitig auch die Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Wasserkraft im nationalen und internationalen Vergleich stärken.

Auf der Ertragsseite ist zu klären, welche Bedeutung der Wasserkraft, insbesondere der flexiblen Produktion, und damit einer sicheren sowie umweltverträglichen Versorgung in der Schweiz künftig beigemessen wird. Die Schweizer Stromproduzenten profitieren im Unterschied zu zahlreichen Ländern in Europa nicht von Kapazitätsmechanismen. Die daraus resultierenden Strompreisreduktionen auf

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den europäischen Märkten wirken sich für die Schweiz zusätzlich negativ aus. Mit einem geeigneten Marktdesign sollte der Wert der sicheren Versorgung denjenigen Produktionstechnologien angerechnet werden, die für die jederzeitige und ausreichende Befriedigung der Nachfrage einen Beitrag leisten können, um damit den wirtschaftlichen Betrieb dieser Technologien, der letztlich Voraussetzung für den Erhalt der langfristig sicheren Versorgung ist, zu sichern.

Literatur [1] Centre for Energy Policy and Economics: Kostenstruktur und Kosteneffizienz der Schweizer Wasserkraft. Studie im Auftrag des Bundesamtes für Energie, Bern, 2014.

[2] Pfammatter, R., Piot, M. Der Wasserzins – Reformbedarf im neuen Marktumfeld. In: «Wasser Energie Luft» 108 (2016), Heft 3, S. 173–180.

[3] Bundesamt für Energie: Bestehende Wasserkraft: Unterstützungsvarianten und ihre Wirkung. Bericht der UREK-S, Bern, 2015.

[4] Piot, M. Steigende Kosten, sinkende Preise – Wirtschaftlichkeit der bestehenden Wasserkraftwerke. In: VSE Bulletin 106 (2015), Heft 2, S. 9–12.

[5] Bundesamt für Energie: Perspektiven der Grosswasserkraft in der Schweiz – Wirtschaftlichkeit von Projekten für grosse Laufwasserund Speicherkraftwerke und mögliche Instrumente zur Förderung der Grosswasserkraft.

Bern, 2013.

Anschrift des Verfassers Michel Piot, Public Affairs Manager, Swisselectric, CH-3001 Bern michel.piot@swisselectric.ch Originalpublikation Dieser Artikel ist in der Zeitschrift «WasserWirtschaft» 107. Jahrgang, 2017, Heft 1, Seiten 33–38, unter dem gleichen Titel erschienen. Die Originalpublikation ist erhältlich auf springerprofessional.de.

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Die Entleerungen des Räterichsbodensees 2014/15 und 2016 – eine gewässerökologische Bestandsaufnahme Steffen Schweizer, Matthias Meyer, Kurt Wächter, David Tanno, Sandro Schläppi, Peter Büsser, Andrea Baumann, Jan Baumgartner, Martin Flück, Willy Müller, Markus Zeh

Zusammenfassung Im Zuge des KWO-plus-Ausbauprojekts «Tandem» und der Erneuerung einer Drosselklappe musste der Räterichsbodensee jeweils in den Wintern 2014/15 und 2015/16 entleert werden.

Mit umfangreichen Schutzmassnahmen konnten die ökologischen Beeinträchtigungen deutlich reduziert werden. Für die Entleerungen fungierte das Fischereiinspektorat des Kantons Bern als Leitbehörde und war für die Bewilligung und Koordination der Arbeiten verantwortlich. Die gewässerökologisch relevanten Arbeiten erfolgten unter seiner Aufsicht. Ein detailliertes Monitoringprogramm erlaubte eine relativ gute Einschätzung der Situation.

Aufgrund des Auftauens von Permafrostboden werden künftig wahrscheinlich deutlich mehr Murgangereignisse mit z. T. sehr hohen Konzentrationen an Trübstoffen auftreten. Ausserdem dürfte auch der Sedimenteintrag in die Stauseen künftig deutlich zunehmen.

1.

Rahmenbedingungen der Entleerungen

1.1 Projekt Tandem Zwischen 2009 und 2010 erfolgte u. a. für das Ausbauprojekt «Tandem» ein breit angelegter Begleitgruppenprozess, bei dem Vertreter von kantonalen Ämtern, von Umwelt- und Fischereiverbänden, der Region und der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) beteiligt waren (Schweizer et al.

2010a und 2010b). Dabei konnte eine Einigung hinsichtlich der umweltrelevanten Rahmenbedingungen erzielt werden. Das Projekt «Tandem» trägt einen wesentlichen Beitrag zur geplanten Energiewende in der Schweiz hinsichtlich zusätzlicher Stromproduktion (mit der gleichen Menge an gefasstem Wasser) sowie zur Flexibilitätssteigerung der Energieproduktion bei.

Aus gewässerökologischer Sicht musste zunächst die mit dem Ausbau

verbundene Akzentuierung des Abflussregimes (Schwall/Sunk) berücksichtigt werden. Dies führte dazu, dass sowohl ein Variantenstudium zur Schwalldämpfung als auch die Festlegung auf die entsprechende Massnahme bereits vor dem offiziellen Terminplan der Sanierung Schwall/ Sunk angegangen wurden (vgl. Schweizer et al. 2013a, 2013b, 2013c und 2013d).

1.2

Auswirkungen einer See-Entleerung und Einbezug der kantonalen Fachstellen Im Zuge einer umfassenden technischen Prüfung zeigte sich, dass eine Realisierung des Ausbauprojekts nur mit einer vollständigen Absenkung des Räterichsbodensees möglich ist. Entleerungen von Stauseen verursachen i. d. R. sehr hohe Trübstoffwerte in den Gewässern unterhalb der Dämme. Die direkten Auswirkungen auf die aquatischen Organismen hängen dabei von der Kombination aus Schwebstoffkonzentration und Expositionsdauer ab. Eine Stauraumentleerung verursacht zudem fast immer eine Kolmation der Sohle (sowohl innerhalb als auch auf dem Gewässerbett). Im Fall der Räterichsbodensee-Entleerung muss zudem der Einfluss der Schwebstofffracht auf die Verhältnisse im Brienzersee berücksichtigt werden. Ausserdem können grossflächige Ablagerungen von Sedimenten die Hochwassersicherheit in der Hasliaare beeinträchtigen.

Aufgrund dieser verschiedenen, z. T. schwer vorhersehbaren Auswirkungen auf das Gewässer wurden die Vertreter der kantonalen Fachstellen und der betroffenen Schwellenkorporationen frühzeitig in die Planung miteinbezogen. Als Leitbehörde fungierte das Fischereiinspektorat des Kantons Bern, das für die Bewilligung und Koordination der gewässerökologisch relevanten Arbeiten zuständig war. Immerhin konnte bei der Detailplanung der ökologischen Schutzmassnahmen auf wichtige Erfahrungswerte von verschiedenen Grundablasskontrollen des Räterichsbo-

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densees, auf die jährlichen Beckenentleerungen in Hopflauenen sowie auf die Entleerung des Räterichsbodensees von 1991 zurückgegriffen werden. Dabei konnten wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich Ausbreitungsgeschwindigkeit der Trübstoffe und des physikalischen sowie biologischen Monitorings gewonnen werden.

Grundsätzlich beeinflusst eine Seeentleerung auch die Energieproduktion. Während der Entleerung des Räterichsbodensees konnten die Zuflüsse aus mehreren Fassungen im Aaretal nicht mehr gefasst werden. Hinzu kommt, dass der Hauptstrang «Räterichsbodensee–Handeck–Innertkirchen» in dieser Zeit nicht mehr für die Stromproduktion zur Verfügung stand und dadurch die Leistungsfähigkeit und Flexibilität der Kraftwerke im Oberhasli sehr stark eingeschränkt waren.

1.3

Festlegung des Zeitraums für die Entleerung 2014/15 Für die Realisierung der baulichen Massnahmen ist in erster Linie die Hochwassersicherheit massgebend. Nur während der Wintermonate ist das Risiko von Hochwasserereignissen so gering, dass die Sicherheit der Baustellen im Stollen und am Seeufer ausreichend gewährleistet ist. Zusätzlich wurde versucht, den Zeitraum der Entleerung möglichst kurz zu halten, damit die oben aufgeführten Beeinträchtigungen der aquatischen Organismen und der Stromproduktion möglichst gering ausfallen. Im Widerspruch dazu stand das Bestreben, neben den eigentlichen Arbeiten für das Projekt Tandem (Anschluss des neuen Stollens zwischen KW Handeck und Räterichsbodensee) auch möglichst viele zusätzliche Revisionsarbeiten durchzuführen, die nur unter trockenen Bedingungen des Kraftwerkssystems möglich sind. Letztlich musste ein Kompromiss zwischen diesen verschiedenen Ansprüchen gefunden werden. In Absprache mit allen Beteiligten, inklusive den kantonalen Ämtern, wurde der Entleerungszeitraum vom 8. November 2014 bis Ende März 2015 festgelegt.

11

Bild 1. Übersichtskarte mit allen Schutzmassnahmen und Lage Spreitlaui (Grafik; Benjamin Berger).

Angesichts der unzähligen Abhängigkeiten dieser verschiedenen Arbeiten bedurfte es eines sehr detailliert ausgearbeiteten Arbeitsprogramms, einer ausgefeilten Logistik, einer grossen Flexibilität aller Beteiligten und einer effizienten Koordination.

Für die Realisierung des gesamten Ausbauprojekts Tandem wurde der Leitgedanke der «einfachen Lösung» in der KWO entwickelt (Biasiutti & Fischlin 2013; Stamm et al. 2016). Dieser Ansatz kam im Zuge der See-Entleerung bei allen durchzuführenden Arbeiten zum Tragen.

minplanung war bei dieser Entleerung insbesondere wieder die Baustellensicherheit ausschlaggebend. Zusätzlich wurde versucht, die ökologischen Rahmenbedingungen (möglichst im tiefen Winter mit geringen Zuflüssen in den Stausee) und die Ausnutzung möglichst vieler Synergien mit den Abschlussarbeiten zum Projekt Tandem zu berücksichtigen. Die zweite SeeEntleerung fand zwischen dem 6. Februar und 4. März 2016 statt.

1.4 Entleerung 2016 Während der Entleerung 2014/15 war u. a. auch eine Revision der bestehenden Drosselklappe zwischen Räterichsbodensee und Handeck geplant. Eine detaillierte Untersuchung dieser Drosselklappe konnte allerdings erst bei leerem Stausee durchgeführt werden. Während der Entleerungsphase wurde festgestellt, dass das Gehäuse irreparabel beschädigt war. Daher musste die bestehende Drosselklappe durch eine neue ersetzt werden. Grundsätzlich benötigt die Planung und Fertigstellung eines entsprechenden Abschlussorgans mehrere Monate. Ausserdem musste der Zugangsstollen zur Ersetzung dieser Drosselklappe vergrössert werden. Aus diesen Gründen war eine erneute See-Entleerung im Winter 2016 unumgänglich. Für die genaue Ter-

2.1

12

2.

Ökologische Schutzmassnahmen und Monitoring

Grundlagen des Schutzkonzepts Aufgrund der in Kap. 1 beschriebenen Auswirkungen auf die aquatischen Organismen wurde bereits im Jahr 2011 mit der Ausarbeitung eines umfangreichen Schutzkonzepts begonnen (Limnex 2014; Meyer et al. 2014). Bei der Konzeptentwicklung wurden bereits frühzeitig die kantonalen Fachstellen Fischereiinspektorat (FI), Gewässer- und Bodenschutzlabor (GBL), Amt für Wasser und Abfall (AWA) und das Tiefbauamt (TBA) sowie externe Umweltbüros (Limnex AG, Fischbiologe Peter Büsser und eQcharta) miteinbezogen. In einem ersten Schritt wurde ein umfangreiches Untersuchungsprogramm hinsichtlich Makrozoobenthos, Wasserpflanzen, Fische und Sohlenkolmation durchgeführt. Zum Teil konnte dabei auf

frühere Untersuchungen im Rahmen der Restwassersanierung (Schweizer et al.

2010, Schweizer & Zeh Weismann 2011), des Investitionsprogramms KWO plus sowie auf die Entleerung des Räterichsbodensees von 1991 zurückgegriffen werden. Aus Vorversuchen (z. B. bei Grundablasskontrollen) konnten zudem wichtige Erfahrungswerte gewonnen werden.

2.2 Trübstoffe und Fische Ein wesentliches Element des Schutzkonzepts war die zeitweise Verdünnung des abgelassenen Seewassers mit klarem Wasser aus dem Gelmersee ab Handeck (Bild 1). Dafür wurden – basierend auf einem von der Limnex AG vorgeschlagenen Online-Überwachungskonzept – der Abfluss, die Trübung und der Sauerstoffgehalt an verschiedenen Stellen in der Hasliaare gemessen. Als grundlegende Basis für die Wahl der Verdünnungsmenge mit Gelmerseewasser wurden die Untersuchungsergebnisse von Newcombe & Jensen (1996; Limnex 2014) verwendet. Newcombe & Jensen (1996) protokollierten die Auswirkungen von Schwebstoffkonzentration und Expositionsdauer auf die Fischfauna.

Für über einen längeren Zeitraum wiederkehrende Trübstoffbelastungen wurde die Methode von Newcombe & Jensen (1996) gemäss Limnex (2014) angepasst: Sobald über 24 Stunden keine Trübstoffbelastung auftrat, wurde die Situation neu bewertet.

Auf dem Abschnitt zwischen Räte-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

2008) als Erstnachweis in der Schweiz gefunden. Da der Einfluss einer See-Entleerung auf diese seltene Art nicht bekannt ist, wurde beschlossen, Steine mit dieser Art in andere Gewässer umzusiedeln (Bild 3).

Bild 2. Seeforellenzaun in der Hasliaare (Bild: Andreas Funk). richsbodensee und Handeck gab es keine technische Möglichkeit, die Hasliaare bei Bedarf mit klarem Wasser zu verdünnen.

Deshalb wurden die in diesem Abschnitt vorkommenden Bachforellen und -saiblinge vorgängig zur Entleerung grossflächig und aufwendig ausgefischt.

Neben Bachforellen kommen im unteren Abschnitt der Hasliaare natürlicherweise auch Seeforellen vor. Diese steigen im Herbst vom Brienzersee zum Laichen in die Hasliaare auf. Die befruchteten Eier werden in der Sohle vergraben und entwickeln sich bei ausreichender Frischwasserzufuhr bis zum darauffolgenden Frühling. Aufgrund der hohen Trübstoffbelastung bei der Entleerung musste mit einer grossflächigen inneren Sohlenkolmation gerechnet werden, die eine ausreichende Frischwasserzufuhr nicht mehr erlaubt. Daher wurde mit einem Leitsystem versucht, die aufsteigenden Seeforellen daran zu hindern, oberhalb von Innertkirchen in ihre Laichhabitate zu gelangen.

Dafür wurde eine neue Methodik entwickelt, bei der die aufstiegswilligen Tiere mit einer Art Bambuszaun am weiteren Aufstieg gehindert werden (Bild 2) (Meyer

et al. 2015a). Das Leitsystem wurde in der Hasliaare direkt oberhalb des Zuflusses des Urbachwassers eingesetzt, um die Seeforellen bei ihrer Laichwanderung in letzteres umzuleiten.

Eine weitere Schutzmassnahme bestand darin, die Brutanstalt Meiringen auszubauen und den Laichfischfang zu intensivieren. Damit war es möglich, deutlich mehr Forelleneier zu erbrüten. Die Verteilung der Brütlinge auf die Gewässer im Einzugsgebiet des Brienzersees erfolgte durch das kantonale Fischereiinspektorat. Hier sei auch noch die Bedeutung der transparenten und offenen Kommunikation gegenüber allen betroffenen Fischereivereinen erwähnt.

2.3 Makrozoo- und Phytobenthos Aufgrund der vielen Untersuchungsstellen (in der Aare und in ihren Zuflüssen) konnte das Wiederbesiedlungspotenzial durch Invertebraten und Wasserpflanzen im Nachgang an eine Entleerung sehr gut abgeschätzt werden. Im Zuge der Restwassersanierung wurde bei den Probenahmen zudem die seltene Rotalgenart Paralemanea torulosa bzw. Lemanea fucina (Limnex

2.4 Nachspülung Um den ursprünglichen Zustand der Sohle nach der Entleerung möglichst rasch wiederherzustellen, wurde ein Konzept für eine Nachspülung mit klarem Räterichsbodenseewasser erarbeitet. Im Sommer 2015 nach der ersten Entleerung erfolgte eine entsprechende Nachspülung mit einem Abfluss, der zwischen 10 und 20 m3/s variierte.

2.5 Monitoring Begleitend zu den o. g. Schutzmassnahmen erfolgte vor, während und nach der See-Entleerung ein umfassendes Monitoring. Dabei wurden Daten zum Bestand des Makrozoobenthos und der Fische (Abfischungen, Laichboxenversuche) erhoben. Für das Monitoring der Seeforellen wurde zudem eine neue Methodik entwickelt, bei der die Seeforellengewässer in Innertkirchen begangen wurden und mit einer Unterwasserkamera Fotos von den wichtigsten potenziellen Unterständen erstellt wurden (Meyer et al. 2015a). Ausserdem wurde das kantonale Messprogramm (Trübung, Wassertemperatur und Sauerstoff) im Brienzersee intensiviert.

3.

Die Entleerungen

3.1

Die Entleerung 2014/15

3.1.1 Schutzmassnahmen im Vorlauf Im Vorlauf zur ersten See-Entleerung konnten die im Kap. 2 beschriebenen Schutzmassnahmen vollständig umgesetzt werden.

Bild 3a links und 3b rechts. Umsiedlung Rotalgen (Bild 3a: Matthias Meyer; Bild 3b: Andrea Baumann).

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

13

3.2 Absenken via Turbinen Auf betrieblicher Seite wurde bereits im Oktober 2014 damit begonnen, den Wasserstand im Räterichsbodensee kontinuierlich über die Kraftwerksturbinen abzusenken. Dabei wurden die Konzentration und die Menge an Feststoffpartikeln beim Einlauf in das Kraftwerk Handeck mit einer Trübungssonde online gemessen und damit wurde der mechanische Abrieb der Turbinenschaufeln sowie das Ausmass der Sedimentablagerungen im System abgeschätzt. Auf diese Weise wurde versucht, den Stausee möglichst tief über die Maschinen abzusenken, ohne einen zu grossen Verschleiss der Anlagenteile zu riskieren. Schliesslich konnte der See am 7. November bis zur Kote 1709.5 m ü. M. ausschliesslich über die Turbinen der Kraftwerke Handeck 2 und Innertkirchen 1 abgesenkt werden.

3.3 Öffnung des Grundablasses Gemäss Absprache zwischen der KWO und den kantonalen Fachstellen erfolgte die eigentliche Entleerungsphase mit der Öffnung des Grundablasses am 8. November 2014 um 8:00 Uhr morgens. Dabei wurde der Grundablass so weit geöffnet, dass maximal 8 m3/s (i. d. R. 5 m3/s) über diesen aus dem Räterichsbodensee ausfliessen konnten. Bereits um 6:00 Uhr hatte man vorgängig begonnen, den Abschnitt der Hasliaare unterhalb von Handeck mit Wasser aus dem Gelmer- und teilweise aus dem Mattenalpsee langsam steigernd (von 2 auf 13 m3/s) zu dotieren.

3.4

Entwicklung der Trübstoffkonzentrationen Wie zu erwarten war, nahm die Trübung in der Hasliaare in den ersten Stunden nach Öffnung des Grundablasses deutlich zu.

Die nach Newcombe und Jensen (1996;

Limnex 2014, Kap. 2) definierten Grenzwerte konnten allerdings im Abschnitt unterhalb Handeck eingehalten werden.

Nach den Erfahrungen der letzten SeeEntleerung von 1991 konnte aber davon ausgegangen werden, dass in der letzten Phase des Entleerungsvorgangs – kurz bevor der See ganz leer ist – ein äusserst starker Anstieg der Trübstoffkonzentrationen zu erwarten ist. Dieser Vorgang lässt sich bildlich mit der Entleerung einer stark schmutzhaltigen Badewanne erklären: Sobald die ersten Flächen trocken sind, werden vermehrt Schmutzpartikel aufgenommen und in Richtung des Badewannenauslaufs abtransportiert. Am 8. November 2015 begann dieser Prozess etwa um 19:00 Uhr. Dabei wurden die erwarteten Trübstoffkonzentrationen bei Weitem überschritten (Bilder 4a und 4b) und führten selbst im Abschnitt unterhalb von Handeck trotz einem Verdünnungsfaktor von 13 zu 1 zu einem Ausfall der Messsonden und Verfehlen der angestrebten Grenzwerte gemäss Newcombe und Jensen (1996; Limnex 2014). In Absprache mit dem Fischereiinspektorat wurde beschlossen, bis auf Weiteres von Hand Wasserproben zu entnehmen und die Schwebstoffkonzentrationen mit Imhoff-Trichter in situ zu messen. Spätere Laborauswertungen ergaben kurzzeitige «Spitzenwerte» von rund 340 g/l unterhalb von Handeck. Zwar nahmen die Schwebstoffkonzentrationen am 9. November wieder ab, blieben aber aufgrund einer extremen Wetterlage für rund eine Woche auf sehr hohem Niveau (30 bis 140 g/l unterhalb Handeck; Limnex 2015). In dieser Zeit führten sehr hohe Niederschlagsmengen, verbunden mit einer für diese Jahreszeit ungewöhnlich hohen Schneefallgrenze, zu Zuflüssen in den Räterichsbodensee von über 1 m3/s. Diese Wassermengen genügten,

Bild 4a. Foto der Trübstoffbelastung in der Hasliaare (Bild: Steffen Schweizer).

14

um grosse Mengen des sehr feinen Seesediments zu erodieren und innerhalb von einer Woche Rinnen von über 50 m Breite und 20 m Tiefe auf dem Seegrund zu formen (Bild 5). Entsprechend hoch waren die Schwebstoffkonzentrationen in dieser ersten Woche nach dem Öffnen des Grundablasses. Deshalb wurde das Hasliaarewasser während dieser Zeit unterhalb von Handeck weiterhin mit 5 bis 10 m3/s Gelmerseewasser verdünnt.

Die Fischfauna dürfte in den ersten beiden Tagen (8. und 9. November) am stärksten geschädigt worden sein. Trotz den sehr hohen Schwebstoffkonzentrationen und der langen Dauer konnten aber regelmässig lebende Forellen in der Hasliaare beobachtet werden. Wegen zweier Baustellen erfolgten Ende November und Anfang Dezember im Raum Innertkirchen und Guttannen zwei Abfischungen in der Hasliaare. Trotz der immensen Trübstoffbelastung und der relativ langen Expositionsdauer konnten in diesen Abschnitten Bachforellen verschiedener Altersstufen nachgewiesen werden. Verglichen mit den Kontrollmessungen vor der See-Entleerung wurde teilweise sogar eine Zunahme der Anzahl Fische beobachtet – dies ist wahrscheinlich unter anderem auch auf eine Abwärtsverdriftung der Fischfauna zurückzuführen. In jedem Fall überraschten diese Ergebnisse und standen im Widerspruch zu den Einschätzungen nach dem Ansatz von Newcombe & Jensen (1996; Limnex 2014). Nach diesen hätte mit einem Totalausfall der Fischfauna gerechnet werden müssen.

Ab Mitte November 2014 erfolgte eine deutliche Abkühlung der Witterung, die, ausgenommen von einer kurzen Warmphase Anfang Januar 2015, bis zur Schliessung des Grundablasses im März 2015 anhielt. Entsprechend sanken die

Bild 4b. Ausfluss aus dem Grundablass des Räterichsbodensees, November 2014 (Bild: Steffen Schweizer).

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Bild 5. Foto vom leeren Stausee mit Erosionsrinnen (Bild: Steffen Schweizer).

Trübstoffwerte auf unter 1 g/l in der Region Handeck, und auf eine Dotierung mit Gelmerseewasser konnte verzichtet werden.

3.5

Ökologisches Monitoring nach der ersten Entleerung Zwischen Frühling und Herbst 2015 erfolgte ein umfangreiches Monitoring aller relevanten gewässerökologischen Aspekte. Die ersten Ergebnisse der Baustellenabfischungen (s. o.) wurden bei zusätzlichen Abfischungen grösstenteils bestätigt und legen den Schluss nahe, dass viele Forellen die Entleerung überlebten und ein erheblicher Teil von ihnen flussabwärts verdriftet wurde. Insgesamt wiesen die gefangenen Tiere ausser einer relativ geringen Fettreserve keine auffälligen Schädigungen oder Anomalien auf. Fotodokumentationen und verschiedene Methoden zur Bestimmung der Sohleneigenschaften (Schälchli 2002, Strohmeier et al. 2005, Binderheim et al. 2007, Guthruf 2013a und 2013b) zeigten eine wesentliche Zunahme der äusseren und inneren Kolmation. Auch für die Wirbellosenfauna wurden erhebliche Reduktionen von Biomasse, Anzahl und Artenvielfalt beobachtet.

In Absprache mit den kantonalen Fachstellen erfolgte eine kontrollierte Nachspülung (10 und 20 m3/s), die zu einer gewissen Dekolmatierung und Sohlenumlagerung führte (eQcharta 2015).

Unterstützt wurden diese Prozesse der Sohlenreinigung von Feinmaterial durch natürlicherweise auftretende Hochwasserereignisse, die im vergleichsweise trockenen Sommer 2015 aber tendenziell unterhalb des jährlichen Durchschnitts blieben.

Im September 2015 entsprach die innere Kolmation grob dem Zustand vor November 2014. Auch die Auswertung der ersten Makrozoobenthosproben vom Herbst

2015 zeigte eine relativ schnelle Wiederbesiedlung der Invertebraten.

Die im Rahmen des intensivierten kantonalen Monitoringprogramms gefahrenen Tiefenprofile an verschiedenen Stellen im Brienzersee zeigten die Dynamik der in Bild 6. Tiefenprofil vom 11. November 2014 von Leitfähigkeit, den See eingetra- Sauerstoff, Wassertemperatur und Transmission im Brienzergenen Feststoffe. see (in der Nähe der Einmündung der Aare in den Brienzersee, Das Material sank aus GBL 2014). Bemerkung: Die Einlagerung der Schwebstoffe bereits im Bereich erfolgte gemäss Grafik unterhalb von 130 m Wassertiefe (vgl. der Mündung der grüne Linie für Transmission).

Hasliaare schnell in grössere Tiefen ab und breitete sich see- 3.6 Der Murgang Spreitlaui 2015 abwärts in der Tiefe aus. Drei Tage nach Seit 2009 treten regelmässig Murgänge dem Öffnen des Grundablasses nahm an des Spreitlauigrabens auf. Dabei werden der tiefsten Stelle im See die Trübung erst sehr hohe Mengen an Feststoffen aus dem unterhalb von rund 130 m kontinuierlich zu Einzugsgebiet des über 3000 m hohen (Bild 6). Trotz Vollzirkulation des Sees im Ritzlihorns mobilisiert und fliessen unterFebruar 2015 fand kein vertikaler Trans- halb von Guttannen in die Hasliaare (Bild 1). port der Feststoffe in die oberen Wasser- In den letzten sechs Jahren gelangten auf schichten statt. Das Material war einerseits diese Weise schätzungsweise mehrere bereits am Seegrund angelangt und sedi- Hunderttausend Kubikmeter in die Haslimentiert und anderseits schlicht zu schwer aare und in den Brienzersee. Im Raum Infür einen solchen Mischungsprozess. Eine nertkirchen hob sich die Gewässersohle erhöhte Trübung in der photischen Zone der Hasliaare innerhalb von drei Jahren um (Region mit möglicher Primärproduktion rund 2 m, nachdem ihre Lage rund hundert durch pflanzliches Plankton und Algen) Jahre stabil gewesen war. Diese im wörtwurde nicht festgestellt. Auch die weiteren lichen Sinn zu bezeichnenden NaturgeParameter wie Wassertemperatur, Phyto- walten bedingten u. a. eine Verlegung der und Zooplanktondichte zeigten keine Auf- internationalen Erdgasleitung und ein umfälligkeiten. Inwieweit der z. T. über 200 m fassendes Hochwasserschutzprogramm unterhalb der Wasseroberfläche liegende mit Ausbaggerungen der Sohle, DammSeeboden und die dort ablaufenden bio- verstärkungen und -erhöhungen sowie den logischen Prozesse durch das Absinken Bau einer aufgeweiteten Strecke oberhalb der Schwebstoffe beeinträchtigt wurden, von Innertkirchen, in der sich im Ereignisfall bleibt unklar. ein Grossteil des Geschiebes ablagert.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

15

4.

Diskussion und Schlussfolgerungen

4.1 Bauliche Umsetzungen Aus baulicher Sicht konnten mit den beiden Entleerungen alle vorgesehenen Massnahmen erfolgreich umgesetzt werden. Dabei konnte der zum Teil sehr ambitionierte Zeitplan sogar noch unterschritten werden. Weiter kam es aufgrund der dynamischen Projektführung (Biasiutti & Fischlin 2013, Stamm et al. 2016) zu keinen Überschreitungen der budgetierten Kosten.

4.2 Bild 7. Bathymetrische Aufnahme vom Seegrund 2012 und 2015 (aus R.B.R. Geophysics 2015).

Auch die ökologischen Wirkungen auf die aquatischen Organismen sind bei diesen Ereignissen extrem. Dabei können sehr hohe Trübstoffkonzentrationen erreicht werden. Am 1. September 2015 fand der bislang letzte Murgang statt.

Bei zwei Stichproben im Bereich Innertkirchen wurde eine Schwebstoffkonzentration von rund 800 g/l gemessen. Aufgrund des sprunghaften und für Fische unvorhersehbaren Anstiegs der Trübung, kann davon ausgegangen werden, dass höchstens einzelne Fische das Ereignis überleben konnten. Dies wurde durch anschliessende Feldbegehungen bestätigt, bei denen unzählige Fische verendet am Ufer der Hasliaare gefunden wurden.

Im Rahmen einer Erfolgskontrolle für Instream Measures (Schweizer et al. 2016) erfolgte zwei Monate nach dem Ereignis eine Abfischung der Hasliaare in Innertkirchen. Dabei konnte eine relativ schnelle Wiederbesiedlung der Fischfauna in diesem Abschnitt beobachtet werden.

3.7 Die Entleerung 2016 In Absprache mit den kantonalen Fachstellen wurden die ökologischen Schutzmassnahmen entsprechend der ersten Entleerung wiederholt bzw. den neuen Verhältnissen angepasst. Die umgesiedelten Fische und Rotalgen wurden vorerst nicht wieder in die Hasliaare zurückversetzt, die anderen Massnahmen erfolgten wie bei der ersten See-Entleerung.

Zusätzlich wurde im September 2015 eine bathymetrische Aufnahme des Seegrunds vom Räterichsbodensee durchgeführt (Bild 7). Dabei zeigte sich, dass die Erosionsrinnen, die sich während der Entleerung 2014/15 gebildet hatten, trotz anschliessendem Wiederaufstau 16

und Seebewirtschaftung weitestgehend unverändert geblieben waren.

Aufgrund der Erkenntnisse aus der Entleerung von 2014/15 konnte der Räterichsbodensee am 5. Februar 2016 bis auf 1705.1 m ü. M. über die Turbinen abgesenkt werden – also rund 4 m tiefer als bei der vorgängigen Entleerung. Die vollständige Entleerung erfolgte anschliessend am 6. Februar über den Grundablass. Ein Grossteil des vom Murgang des Spreitlauigrabens herrührenden Materials (Kap. 3.6) befand sich am 6. Februar am Rand des Gewässerbetts der Hasliaare. Die Zugabe vom Gelmersee musste daher so gewählt werden, dass sich möglichst wenig von diesem Material remobilisieren würde. Aufgrund des noch bestehenden Schluchtsystems und einer der Jahreszeit entsprechend kalten Witterung, lagen die maximalen Trübstoffkonzentrationen während der gesamten Entleerung mit kurzzeitig rund 20 g/l im Bereich Innertkirchen unvergleichbar tiefer als bei der ersten Entleerung. Um diese Werte in Relation zu natürlicherweise auftretenden Trübstoffwerten zu setzen, sei hier erwähnt, dass die höchsten Trübstoffkonzentrationen in Innertkirchen am 6. Februar während der Vorspülphase (bevor das Räterichsbodenseewasser Innertkirchen erreicht hatte) auftraten. Dieser Effekt ist höchstwahrscheinlich auf die Remobilisierung von abgelagertem Spreitlauimaterial zurückzuführen und wäre beim nächsten Frühjahrshochwasser auch natürlicherweise aufgetreten.

Die kantonalen Untersuchungen des Brienzersees ergaben ein vergleichbares Bild wie bei der ersten See-Entleerung (GBL 2016).

Ökologische Wirkung der Entleerungen und der Schutzmassnahmen

4.2.1 Umsetzung der Schutzmassnahmen Bei beiden See-Entleerungen konnten die Schutzmassnahmen wie geplant umgesetzt werden (Meyer et al. 2015b). Dabei verursachten das Seeforellenleitsystem (Kap. 2, Meyer et al. 2015a) und die Ausfischungen der Hasliaare oberhalb von Handeck den mit Abstand grössten Arbeitsaufwand. Aus finanzieller Sicht dürfte die Schutzmassnahme «Verdünnung mit Gelmerseewasser» am stärksten ins Gewicht fallen, da hier das Wasser weder über die gesamte Fallhöhe noch flexibel zur Stromproduktion genutzt werden konnte.

4.3 Vergleich mit Spreitlauigraben Die ökologischen Auswirkungen der beiden Seeentleerungen müssen auch in Relation zum Murgang des Spreitlauigrabens betrachtet werden. Bei diesem natürlichen Ereignis traten unterhalb von Innertkirchen deutlich höhere Schwebstoffkonzentrationen als während der beiden Entleerungen auf. In Zukunft wird die Klimaerwärmung zum weiteren Auftauen von Permafrostböden führen, wodurch heute noch stabile Hangflanken künftig destabilisiert werden.

Daher ist eine Zunahme von solchen Murgängen wahrscheinlich. In der Regel treten Murgänge überwiegend in den wärmeren Monaten auf und die Dauer solcher Ereignisse erstreckt sich nur über einen geringen Zeitraum. Trotzdem sind die ökologischen Folgen dieser Extremsituationen auf Flora und Fauna häufig radikal (vgl. Kap. 3.6).

4.4

Schutzmassnahmen und Wiederherstellung des Zustands vor den See-Entleerungen Unabhängig vom Spreitlaui-Murgang, zeigen die bisherigen Untersuchungen

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Schluchtensystem (Bilder 5, 7 und 8b) «ein Tropfen auf den heissen Stein». Auch ein Ausspülen in den Vorfluter wird in vielen Fällen aus Gründen des Hochwasser- und/ oder Naturschutzes nicht möglich sein. Die Möglichkeiten, einer Stauseeverlandung zu begegnen, sind vielfältig und werden zurzeit in verschiedenen Forschungsprojekten und Fachgruppen diskutiert und behandelt.

Danksagung An erster Stelle möchten sich die Autoren posthum bei Peter Baumann bedanken, der bereits in der Anfangsphase zur Planung der ersten See-Entleerung in der Konzeptarbeit sehr viele wichtige Aspekte einbrachte. Für die aktive Mitarbeit danken wir allen beteiligten lokalen Fischern, Daniel Göz, Michael Döring sowie den KWO-Mitarbeitern Janick Frei, Jérémy Gerion, Andreas Funk, Magdalena Nägeli, Sonja Fahner, Claudia Holenstein, Stephanie von Bergen, Maria Winterberger, Jan Stamm, Ralf Grand, Andres Fankhauser, Theo Winkler, Marcel Kuhn, Gian Marco Maier, Rene Wiegenbröker, Daniel Bürki, Kristof Reuther und Benjamin Berger.

Ausserdem möchten wir uns für die sehr gute Kommunikation mit dem Fischereiinspektorat (insbesondere Karin Gafner) und dem Bernisch Kantonalen Fischerei Verband (insbesondere Otto Naef) bedanken. Ausserdem sei an dieser Stelle noch Guido Konrad und Jakob Grünenfelder gedankt, die uns bereits im Vorfeld der Planungen wichtige Erfahrungswerte mitgeben konnten.

Bild 8a (ganz oben) und 8b. Vergleich des entleerten Räterichsbodensees, oben Situation von 1974 (Bild 8a) und unten Situation von 2014 (Bild 8b). Anhand des eingekreisten Bauwerks (Vorsortierwerk für den Bau der Staumauer) lässt sich die Verfüllung mit Sediment gut erkennen.

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und Erkenntnisse, dass alle Schutzmassnahmen gegriffen haben. Damit konnten einerseits die z. T. schweren ökologischen Auswirkungen der See-Entleerungen (z. B. hinsichtlich Makrozoobenthos und Fischfauna) deutlich reduziert werden. Andererseits erlaubten die getroffenen und umgesetzten Massnahmen eine möglichst rasche Erholung der gewässerökologischen Situation in der Hasliaare.

5.

Ausblick Im Nachgang zur zweiten See-Entleerung wurde im Anschluss an eine Begehung mit den kantonalen Ämtern und den Schwellenkorporationen von der Leitbehörde (Fischereiinspektorat des Kantons Bern) beschlossen, dass aufgrund der geringen Sedimentablagerungen der zweiten SeeEntleerung auf eine erneute Nachspülung verzichtet werden kann. Seit Herbst 2016

läuft ein weiteres Monitoring der Seeforellen und des Makrozoobenthos an ausgewählten Stellen. Eine detaillierte fischereiliche Schadensbilanz ist noch ausstehend.

Eine Einschätzung der Sedimentfüllung in anderen Stauseen ist grundsätzlich schwierig. Die Situation im Räterichsboden (Bild 8a und 8b) zeigt aber deutlich, dass die Verlandung von Stauseen innerhalb weniger Dekaden verlaufen kann und sich u. U. durch das Auftauen weiterer Permafrostböden in Zukunft noch weiter beschleunigen wird. Ein Patentrezept, wie mit dem hohen Geschiebeeintrag umgegangen werden kann, gibt es sicherlich nicht. Ein Abtransport des Sediments mit Lastwagen erscheint aufgrund der riesigen Mengen unrealistisch, sehr teuer und unökologisch. Während der ersten Seeentleerung wurden rund 500 000 m3 Sediment ausgespült – verglichen mit dem

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Telefon direkt +41 33 982 20 19

hauser, A. (2015): Räterichsbodensee-Entlee-

Schwall/Sunk-Sanierung in der Hasliaare –

Mobil +41 76 491 61 29

rung 2014/15 (2015b): Eine erste Einschätzung.

Phase 1b: Ökologische Bewertung des Ist-Zu-

sste@kwo.ch

BKFV-Info, 2, 1–3.

stands anhand der 12 Indikatoren der aktuellen

Kraftwerke Oberhasli AG

Newcombe, C.P., Jensen, J.O.T. (1996): Chan-

BAFU-Vollzugshilfe. «Wasser Energie Luft», 3,

Grimselstrasse 19

nel suspended sediment and fisheries. A syn-

200–207.

CH-3862 Innertkirchen

thesis for a quantitative assessment of risk and

Schweizer, S., Bieri, M., Tonolla, D., Monney, J.,

Tel. +41 33 982 20 11

impact. «N. Am. J. Fish. Man», 16/4, 693–727.

Rouge, M., Stalder, P. (2013c): Schwall/Sunk-

Fax +41 33 982 20 05

R.B.R. Geophysics GmbH (2015): Fächerlotpei-

Sanierung in der Hasliaare – Phase 2a: Kons-

www.grimselstrom.ch

lung am Räterichsbodensee. Bericht im Auftrag

truktion repräsentativer Abflussganglinien für

der KWO.

künftige Zustände. «Wasser Energie Luft», 4,

Schälchli, U. (2002): Innere Kolmation. Metho-

267–274.

den zur Erkennung und Bewertung. Bericht im

Schweizer, S., Schmidlin, S., Tonolla, D., Büs-

Auftrag von Fischnetz c/o EAWAG, Dübendorf.

ser, P., Maire, A., Meyer, M., Monney, J.,

18

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Entwicklung der Wasserkraftnutzung in der Schweiz seit 2006 Zahlen und Fakten Stefan Vollenweider, Michel Müller

Zusammenfassung Seit 2006 wird Strom aus Kleinwasserkraftwerken mit der kostendeckenden Einspeisevergütung, KEV, gefördert. Ein Gesamtbild für alle seit 2006 neu in Betrieb gesetzten Wasserkraftanlagen ergibt sich, wenn die Wasserkraftstatistik, WASTA, mit Informationen aus dem KEV-Erfassungssystem verbunden wird: In den letzten 10 Jahren sind 521 neue oder umgebaute Wasserkraftanlagen in Betrieb gegangen.

Mehr als 90 % der Anlagen werden durch die KEV unterstützt, und mehr als die Hälfte nutzt bestehende Infrastrukturen (insbesondere die Trink- und Abwasserinfrastruktur). Schliesslich haben mehr als 400 aller Anlagen eine Leistung von weniger als 1 MW. Der Zuwachs der mittleren Produktionserwartung durch diese 521 Kraftwerke beträgt 1329 GWh/a, wobei nur knapp die Hälfte der Zunahme durch die KEV gefördert wird. Für die andere Hälfte sind 50 Wasserkraftanlagen verantwortlich, die meist mehr als 10 MW Leistung haben.

1.

Einleitung Die kostendeckende Einspeisevergütung, KEV, (Kasten 1) wurde am 1. Mai 2008 eingeführt und fördert die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien. Wasserkraftanlagen werden unterstützt, wenn sie a. neu erstellt oder erheblich erweitert wurden, b. eine mittlere mechanische Bruttoleistung von max. 10 MW haben und c. nach dem 1. Januar 2006 in Betrieb genommen wurden.

Gemäss Artikel 1 Absatz 4 des Energiegesetzes, EnG, vom 26. Juni 1998 ist bis 2030 die durchschnittliche Jahreserzeu-

gung von Elektrizität aus Wasserkraftwerken gegenüber dem Stand im Jahr 2000 um mindestens 2000 GWh/a zu erhöhen.

Das entspricht rund 36 600 GWh/a.

Bereits ein knappes Jahr nach Einführung der KEV, am 22. April 2009, waren der zuständigen Swissgrid 620 Wasserkraftprojekte mit einer mittleren Produktionserwartung von 1910 GWh/a gemeldet (BAFU 2009) worden. 10 Jahre nach Inbetriebnahme der ersten durch die KEV unterstützten Wasserkraftanlagen stellen sich verschiedene Fragen: • Wie viele Wasserkraftanlagen wurden seit 2006 tatsächlich neu in Betrieb genommen und wie gross ist der Zuwachs

der mittleren Produktionserwartung?

Wie viele dieser Wasserkraftanlagen werden durch die KEV gefördert?

• Was für Wasserkraftanlagen sind das (Leistung, Kraftwerkstyp, Projektart), und welchen Beitrag leisten diese für den Produktionszuwachs?

• Welche Standorte und welche Gewässersysteme werden genutzt?

Zur Beantwortung dieser Fragestellungen hat Wasser-Agenda 21 (Kasten 2) im Rahmen eines Projekts die verfügbaren Informationen zur Nutzung der Wasserkraft analysiert (Kasten 3). In die Analyse einbezogen wurden die Statistik der Wasserkraftanlagen der Schweiz, WASTA, (BFE 2016a), die Schweizerische Elektrizitätsstatistik (BFE 2016b) und die Liste der KEV-Bezüger (BFE 2016c). Verwendet wurden ausserdem ergänzende Informationen, die durch das Bundesamt für Energie, BFE, zur Verfügung gestellt wurden (BFE 2016d).

Die wichtigsten Zahlen zur Entwicklung der Wasserkraftnutzung wurden in Faktenblättern zu den einzelnen Jahren zusammengestellt und auf der Website 1 von Wasser-Agenda 21 veröffentlicht. Dieser Artikel erläutert die zusammengestellten Zahlen und wichtigsten Ergebnisse.

•

2.

Anteil der Wasserkraft an der schweizerischen Elektrizitätsproduktion Die Wasserkraft ist die wichtigste Stromerzeugungsart in der Schweiz. Ausserdem ist die Wasserkraft in der Lage, bedarfsgerecht Strom zu produzieren und die Energie über Stunden und Monate zu speichern.

Die effektiv erzeugte Strommenge unterscheidet sich von Jahr zu Jahr. Dafür

1

Bild 1. Entwicklung der Stromerzeugung in der Schweiz und Anteil der Wasserkraft.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

www.wa21.ch/de/ThemenDossiers/Nutzung-der-Wasserkraft/Faktenblaetter

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verantwortlich sind der sich verändernde Kraftwerkspark, die von Jahr zu Jahr unterschiedlichen hydrologischen Bedingungen sowie andere Gründe, wie der unterschiedliche Füllstand der saisonalen Speicherseen zu Beginn und am Ende der betrachteten Perioden.

Die Elektrizitätsstatistik der Schweiz gibt jährlich Auskunft über die erzeugten Strommengen. Seit 2006 erreichte die Wasserkraftproduktion Werte zwischen 32.6 TWh (2006) und 39.9 TWh (2012) 2. Das waren zwischen 52.5 % (2006) und 59.9 % (2015) der gesamten Stromproduktion (Bild 1).

3.

Entwicklung der mittleren Produktionserwartung Die mittlere Produktionserwartung (ab Generator, ohne Umwälzbetrieb) beruht

bei Neu- und Umbauten auf einer theoretischen Berechnung aufgrund der hydrologischen Daten eines Durchschnittsjahres und der Auslegung bzw. der vorgesehenen Betriebsweise der Wasserkraftanlage. Bei bestehenden Anlagen ist die mittlere Produktionserwartung gleich der im langjährigen Mittel möglichen Energieerzeugung im Normalbetrieb aufgrund des aktuellen Ausbaustandes der Wasserkraftanlage (BFE 2016a). Im Tabellenblatt 5 der WASTA wird die mittlere Produktionserwartung aller enthaltenen Zentralen zusammengestellt.

In Bild 2 ist die Entwicklung der mittleren Produktionserwartung seit 2006 aufgetragen. 2006 betrug diese 35 510 GWh und hat sich bis 2015 auf 36 410 GWh/a erhöht. Dies entspricht einer Zunahme von 900 GWh/a oder 2.5 %. Sofern bei der

WASTA gemeldet, sind Neuanlagen und Wertberichtigungen, z. B. wegen Restwasserabgaben, Umbauarbeiten oder Stilllegungen, in diesen Zahlen berücksichtigt. Da Kleinwasserkraftwerke mit einer Leistung von weniger als 300 kW in der WASTA nicht enthalten sind, wurden die Werte bis 2013 pauschal mit 190 GWh/a abgeschätzt. Seit 2014 werden Werte aus dem Herkunftsnachweissystem, HKNS, verwendet. Für 2014 betrug dieser Wert 226 GWh/a. 2015 wurde ein Wert von 235 GWh/a eingerechnet.

4.

Gesamtbild aller neuund umgebauten Wasserkraftwerke Ein Gesamtbild für alle seit 2006 neu- und umgebauten Wasserkraftanlagen ergibt sich, wenn die WASTA mit Informationen aus dem KEV-Erfassungssystem ergänzt wird. Dazu wurden die Informationen aus dem Tabellenblatt 6 der WASTA mit dem KEV-Stammdatenreport des BFE (BFE 2016d) zu einer neuen Datenbank zusammengeführt und abgeglichen. Damit konnte ein umfangreicher Datensatz erstellt werden, der auch detaillierte Informationen zu Kleinwasserkraftwerken mit einer Leistung von weniger als 300 kW enthält und sich hinsichtlich unterschiedlichen Fragestellungen auswerten lässt. Die wichtigsten Informationen aus diesem Da-

2

Darin eingerechnet sind die rund 2 TWh pro Jahr, welche die Pumpen der Pumpspeicherkraftwerke verbrauchen.

Bild 2. Entwicklung der mittleren Produktionserwartung seit 2006.

Bild 3. Anzahl und mittlere Produktionserwartung der 2006–2015 in Betrieb genommenen Kraftwerksanlagen.

20

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Bild 4. Projektart nach Leistungsklassen der 2006–2015 in Betrieb genommenen Kraftwerksanlagen. tensatz sind in Form eines Excel-Files auf einer Website von Wasser-Agenda 21 verfügbar 3.

4.1 Übersicht In Bild 3 ist die Anzahl, der seit 2006 in Betrieb gesetzten Wasserkraftanlagen und die zusätzliche Produktionserwartung nach Leistungskategorien zusammengestellt.

Seitdem mit der KEV 2006 die ersten Kraftwerksanlagen unterstützt werden, sind insgesamt 521 neue oder umgebaute Wasserkraftanlagen (mit oder ohne KEV) in Betrieb gegangen. Diese 521 Anlagen haben zu einer Zunahme der mittleren Produktionserwartung um rund 1329 GWh/a geführt. Mit einer Mehrproduktion von 208 GWh/a 4 leistet die mit einem kompletten Neubau erreichte Erweiterung des nicht mit der KEV geförderten Kraftwerks Rheinfelden den mit Abstand grössten Beitrag zu diesem Wert. Demgegenüber stehen Kleinstwasserkraftwerke mit einer mittleren Produktionserwartung von wenigen MWh/a.

Anmerkungen: • Für den Wert von 1329 GWh/a wurde bei umgebauten oder erweiterten Kleinwasserkraftwerken mit einer Leistung von mehr als 300 kW nur die Zunahme der mittleren Produktionserwartung berücksichtigt. Für die umgebauten oder erweiterten Wassserkraftanlagen kleiner als 300 kW ist der Zuwachs im KEV-Stammdatenreport nicht enthalten. Für diese rund 100 Anlagen wurde die totale mittlere Produktionserwartung verwendet, was einen Wert von etwa 40 GWh/a ergab.

Die tatsächliche Zunahme der mittleren Produktionserwartung dürfte daher minim tiefer sein als der ausgewiesene Wert von 1329 GWh/a.

• Im neu zusammengestellten Datensatz wurden nur Anlagen berücksichtigt, die neu oder umgebaut wurden. Dies erklärt den Unterschied zum Wert von 900 GWh/a, der durch die WASTA ausgewiesen wird. Die WASTA berücksichtigt auch Veränderungen durch Stilllegungen, Wertberichtigungen (Berichtigung falscher oder veralteter Werte) und Minderproduktion, z. B. durch Restwassersanierungen.

• Für die Einteilung in die Leistungskategorien (vgl. Kapitel 4.3) wurde aus der WASTA die Leistung ab Generator verwendet. In der KEV-Datenbank wird üblicherweise die Leistung ab Turbine ausgewiesen. Das kann in Einzelfällen zu einer ungenauen Einteilung führen. Für die Produktionserwartung wurde der Wert ab Generator, ohne reinen Umwälzbetrieb verwendet.

Die hohe Zahl von 521 neuen oder umgebauten Anlagen macht Eindruck und bedarf einer näheren Betrachtung.

Anteil der Kraftwerksanlagen mit KEV Mehr als 90 % der 521 neuen oder umgebauten Anlagen werden durch die kostendeckende Einspeisevergütung gefördert.

Mit einer mittleren Produktionserwartung von rund 591 GWh/a leisten die übrigen 50 Anlagen ohne KEV-Unterstützung allerdings einen deutlich überproportionalen Beitrag von knapp 45 % an die zusätz-

liche mittlere Produktionserwartung von 1329 GWh/a.

Die überwiegende Mehrheit der neuen oder umgebauten Kraftwerke mit einer Leistung von weniger als 10 MW, nämlich knapp 95 %, beanspruchen die kostendeckende Einspeisevergütung. Nur ein kleiner Teil, nämlich 33 Kraftwerksanlagen, bezieht keine KEV, befindet sich noch auf der Warteliste oder hat aus unterschiedlichen Gründen keinen Anspruch auf die KEV. 4.3 Leistungsklassen Für die Auswertung nach der Leistung wurden die Kraftwerke in Leistungsklassen eingeteilt, wie sie z. B. das BAFU im Monitoring Kleinwasserkraft (BAFU 2009) verwendet hat.

Es erstaunt nicht, dass die Anlagen mit weniger als 1 MW Leistung einen unterproportionalen Beitrag an die mittlere Produktionserwartung leisten. Allerdings ist das Missverhältnis doch sehr deutlich: Mehr als 50 % oder eben 275 der neuen oder umgebauten Anlagen fallen in die Leistungsklasse bis 100 kW. Der Beitrag dieser Leistungsklasse an die Produktion fällt mit gut 3 % oder 44 GWh/a kaum ins Gewicht.

4.2

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

3

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4

Schweizer Produktionsanteil

21

Bild 5. Anzahl und mittlere Produktionserwartung der 2006–2015 in den Kantonen in Betrieb genommenen Kraftwerksanlagen.

Kasten 1: Kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) für Wasserkraftwerke Im Rahmen der Verabschiedung des Stromversorgungsgesetzes wurde am 23. März 2007 (in Kraft seit 1. Januar 2009) auch das Energiegesetz, EnG, revidiert. Das Gesetz setzt in Artikel 1 das Ziel, die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2030 um mindestens 5400 GWh zu erhöhen. Die durchschnittliche Jahreserzeugung von Elektrizität aus Wasserkraftwerken soll dazu einen Beitrag in der Höhe von 2000 GWh leisten.

Um diese Zielsetzungen zu erreichen, setzte das Parlament u. a. auf eine kostendeckende Einspeisevergütung (KEV). Die KEV soll die Differenz zwischen Produktionskosten und Marktpreis decken und garantiert den Produzentinnen und Produzenten die Abnahme von erneuerbarem Strom zu einem Preis, der ihren Produktionskosten entspricht.

Die Bestimmungen über die KEV sind im Energiegesetz, EnG, und der Energieverordnung, EnV, geregelt. Sie gelten für Neuanlagen, die nach dem 1. Januar 2006 in Betrieb genommen wurden. Als Neuanlagen werden auch Anlagen bezeichnet, die nach demselben Stichdatum erheblich erweitert oder erneuert wurden (EnG Art. 7a).

Als erheblich erweitert oder erneuert gelten gemäss EnV Anlagen, bei denen: a. die Neuinvestitionen der letzten fünf Jahre vor Inbetriebnahme mindestens 50 % der für eine Neuanlage erforderlichen Investitionen ausmachen; b. nach Abzug der durch behördliche Auflagen bedingten Produktionseinschränkungen mindestens gleich viel Elektrizität wie im Durchschnitt der letzten fünf vollen Betriebsjahre vor dem 1. Januar 2015 erzeugt wird; c. die Nutzungsdauer zu zwei Dritteln der Zeit, die als Vergütungsdauer vorgesehen ist, abgelaufen ist.

Ebenfalls als erheblich erweitert oder erneuert gelten Anlagen, bei denen die Elektrizitätserzeugung oder der Stromnutzungsgrad gegenüber dem Durchschnitt der letzten fünf vollen Betriebsjahre vor dem 1. Januar 2015 gemäss den Anforderungen der Anhänge der Energieverodnung gesteigert wird.

Für Wasserkraftwerke gilt zudem eine Leistungsgrenze von 10 MW. Die Leistungsgrenze bezieht sich dabei auf die Bruttoleistung (EnV Art. 2c). Diese wird aus dem nutzbaren Gefälle und der mittleren nutzbaren Wassermenge berechnet (WRG Art 51). Daraus folgt, dass auch Kraftwerksanlagen eine Vergütung erhalten können, die eine installierte Leistung von mehr als 10 MW ausweisen.

Die Finanzierung der KEV erfolgt über einen Zuschlag auf den Strompreis.

Damit trägt jeder Endverbraucher zur Förderung der erneuerbaren Energien bei.

Der Zuschlag ist aktuell per Gesetz auf maximal 1.5 Rp./kWh (inkl. 0.1 Rp./kWh für Gewässerschutzmassnahmen) begrenzt und wird 2017 erstmals vollständig ausgeschöpft. Mit dem aktuellen Stromverbrauch in der Schweiz stehen damit maximal rund 850 Mio. Franken jährlich als Fördermittel zur Verfügung.

Demgegenüber sind die 23 Kraftwerke mit einer Leistung von mehr als 10 MW für über die Hälfte der Zunahme der mittleren Produktionserwartung verantwortlich, nämlich für knapp 700 GWh/a 5.

Mit der Energiestrategie 2050 hat das Parlament beschlossen 6, zusätzlich zur bestehenden Obergrenze von 10 MW auch eine Untergrenze für die kostendeckende Einspeisevergütung von 1 MW Leistung einzuführen. Anhand der vorliegenden Daten lässt sich nun aufzeigen, wie viele Kleinwasserkraftwerke von dieser neuen Regelung hypothetisch betroffen gewesen wären, wenn die Regelung bereits 2006 gegolten hätte.

Da Infrastrukturkraftwerke, wie Trink- und Abwasserkraftwerke oder Dotierturbinen, von dieser Regelung ausgenommen sind, wären rund 180 Kleinstwasserkraftwerke betroffen gewesen. Dies entspricht einem Drittel aller neu in Betrieb gegangenen Anlagen. Der Zuwachs der mittleren Produktionserwartung durch diese Kraftwerke beträgt etwa 133 GWh/a und damit 10 % des gesamten Zuwachses von 1329 GWh/a.

4.4 Kraftwerkstypen und Projektart Interessant ist auch die Frage, welche Kraftwerkstypen für den Zuwachs verant-

5

Eingerechnet sind auch KEV-geförderte Kraftwerke mit einer max. Leistung ab Generator von mehr als 10 MW (KEV verwendet die mechanische Bruttoleistung, vgl. Kasten 1).

6

EnG, Art. 19; tritt frühestens am 1. Januar 2018 in Kraft.

22

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

wortlich sind und wie viele Kraftwerke effektiv neu gebaut wurden. Bild 3 zeigt den Zuwachs nach Kraftwerkstypen. Dabei fällt der hohe Anteil der Infrastrukturkraftwerke (grün/violett markiert), v. a. Trinkwasserkraftwerke aber auch Abwasser- und Dotierkraftwerke, auf. Mehr als die Hälfte aller neu- oder umgebauten Anlagen fallen in die Kategorie der Infrastrukturkraftwerke.

Der Beitrag an die Zunahme der mittleren Produktionserwartung beträgt rund 13 % oder 175 GWh/a. Die Dotierwasserkraftwerke von Wettingen, Rüchlig, Rupperswil und Rheinfelden sind speziell zu erwähnen, der Zuwachs durch diese vier Anlagen beträgt alleine rund 37 GWh/a.

Bild 4 gibt einen Überblick über die Projektart. Unterschieden wurde zwischen Neubauten von Infrastrukturkraftwerken, Neubauten übriger Kraftwerke 7 und Umbauten. Neu gebaut wurden im betrachteten Zeitraum vor allem kleine Infrastrukturkraftwerke mit einer Leistung bis 3 MW. 241 Anlagen fallen in diese Kategorie. Demgegenüber stehen knapp 100 neue Ausleit- und Flusskraftwerke und ein einzelnes Speicherkraftwerk. 183 Kraftwerke wurden im selben Zeitraum zwischen 2006 und 2015 umgebaut und/ oder erweitert – meist verbunden mit einer Produktionssteigerung. Fast die Hälfte des gesamten Produktionszuwachses lässt sich mit diesen Umbauvorhaben erklären.

Dazu beigetragen haben insbesondere die Umbauten und Erweiterungen bei den grossen Kraftwerken Rheinfelden, Innertkirchen, Eglisau und weiteren Anlagen an den grösseren Mittellandflüssen und im Alpenraum, die aufgrund ihrer Grösse meist ohne KEV-Finanzierung umgesetzt wurden.

4.5 Entwicklung in den Kantonen Mit Bild 5 lässt sich die Entwicklung in den Kantonen etwas genauer betrachten.

Spitzenreiter nach Anzahl neu in Betrieb genommener Anlagen sind die grossen Alpenkantone Bern (92), Graubünden (80) und Wallis (79) sowie der Kanton St. Gallen (61). In diesen vier Kantonen stehen mehr als die Hälfte der neu in Betrieb gesetzten Anlagen.

Wendet man den Blick auf die mittlere Produktionserwartung, so zeigt sich ein leicht verändertes Bild. Am stärksten für den Zuwachs verantwortlich sind die Kantone Aargau (335 GWh/a), Bern (254 GWh/a), Graubünden (246 GWh/a) und Wallis (158 GWh/a). Die Anlagen in diesen Wasserkraftkantonen tragen knapp drei Viertel zur zusätzlichen mittleren Produktionserwartung bei. In den Kan-

Kasten 2: Wasser-Agenda 21 und Arbeitsgruppe Dialog Wasserkraft In Wasser-Agenda 21 sind wichtige Akteure der Schweizer Wasserwirtschaft zusammengeschlossen. Als Plattform übernimmt Wasser-Agenda 21 wichtige Funktionen für den Dialog und den interessenübergreifenden Informations- und Erfahrungsaustausch.

Zu den Mitgliedern gehören die Bundesämter BAFU und BFE, die Eawag, die KVU, die Fach- und Branchenverbände SVGW, SWV und VSA sowie die Umwelt- und Interessenverbände Aquaviva, Pro Natura, Pusch und WWF. In der Arbeitsgruppe Dialog Wasserkraft von Wasser-Agenda 21 wird ein interessenübergreifender fachlicher und lösungsorientierter Dialog geführt. Ziel ist es, den Informationsaustausch und das Problemverständnis zwischen den Interessenvertretern zu verbessern sowie Lösungsansätze, welche die Rahmenbedingungen für die Wasserkraftnutzung und den Gewässerschutz verbessern, zu diskutieren.

Weitere Informationen: www.wa21.ch

Kasten 3: Informationsquellen Für die Analyse wurden verschiedene Informationsquellen genutzt: Schweizerische Elektrizitätsstatistik Die Elektrizitätsstatistik der Schweiz wird vom BFE jährlich herausgegeben. Die Statistik wertet die Erzeugung und den Verbrauch elektrischer Energie in der Schweiz aus und vergleicht die Ergebnisse mit dem Ausland. Zur Wasserkraft enthält die Elektrizitätsstatistik Informationen zum Anteil der Wasserkraftproduktion an der gesamten Elektrizitätserzeugung sowie zum Verbrauch der Speicherpumpen.

Statistik der Wasserkraftanlagen der Schweiz, WASTA Die Statistik der Wasserkraftanlagen der Schweiz, WASTA, wird vom BFE jährlich herausgegeben und ist die umfangreichste Informationsquelle zur Wasserkraft. Enthalten sind vielfältige Informationen zur Entwicklung der Wasserkraftnutzung und zu den einzelnen Anlagen. Die WASTA erfasst Informationen zur Inbetriebnahme und Stilllegung von Wasserkraftanlagen. Es werden auch Anpassungen durch Wertberichtigungen, Revisionen und Umbauten aufgeführt. Wasserkraftanlagen mit einer Leistung von weniger als 300 kW Leistung werden von der Statistik nicht erfasst. Der Anteil dieser Kleinwasserkraftwerke an der mittleren Produktionserwartung wurde bis 2013 geschätzt und mit 190 GWh angegeben. Seit 2014 werden Informationen aus dem Herkunftsnachweis, HKNS, verwendet und es werden jährlich angepasste Werte aufgeführt.

Liste der KEV-Bezüger Die Liste der KEV-Bezüger wird vom BFE jährlich als Excel-File herausgegeben und umfasst umfangreiche Informationen zu Anlagen, welche die kostendeckende Einspeisevergütung beanspruchen. Ausgewiesen wird die Bruttoleistung der Anlage, der im entsprechenden Jahr produzierte Strom, die ausbezahlte Vergütung, der Anlagentyp, das Inbetriebnahmedatum sowie der Standort der Anlage. Aus Datenschutzgründen ist der Name der Anlage aber nicht aufgeführt.

KEV-Stammdatenreport Der KEV-Stammdatenreport wurde vom BFE zur Verfügung gestellt und ist nicht öffentlich verfügbar. Der Report enthält ergänzende Informationen zu den in der WASTA nicht enthaltenen Kleinwasserkraftwerken mit einer Leistung von weniger als 300 kW.

tonen Zürich, Tessin und Genf sind es einzelne grössere Kraftwerke, die dafür sorgen, dass in diesen Kantonen ebenfalls ein substantieller Zubau stattgefunden hat. In den Kantonen St. Gallen und Glarus sind es primär viele kleine Wasserkraftwerke, welche neu in Betrieb gegangen sind. Die mittlere Produktionserwartung hat daher eher marginal zugenommen.

läufig zu einem Eingriff in ein Gewässerökosystem. Um einen Eindruck zu gewinnen, welche Gewässerökosysteme durch neu in Betrieb genommene Anlagen genutzt werden, wurden in einer ergänzenden Analyse die betroffenen Standorte

5.

Genutzte Standorte Die Nutzung der Wasserkraft und der Bau einer Wasserkraftanlage führen zwangs-

7

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

In diese Kategorie fallen auch neu gebaute Kraftwerke an einem bereits genutzten Standort (Bsp. Hagneck).

23

Bild 6. Rechtliche Situation der 2006–2015 in Betrieb genommenen Ausleit- und Durchlaufkraftwerke.

Tabelle 1. Zusammenfassung der betrachteten Kriterien für alle untersuchen 251 Standorte. näher betrachtet. Diese Untersuchung folgte dem Beispiel einer früheren Analyse des BAFU zu geförderten Kleinwasserkraftwerken (BAFU 2009).

Es gilt festzuhalten, dass im Rahmen des Konzessions- und Baubewilligungsverfahrens die zuständigen Behörden bei jeder Nutzung überprüfen, ob der Eingriff in das Gewässerökosystem rechtskonform ist. Die Einhaltung der Vorgaben aus dem Gewässerschutz-, Fischerei- und Natur- und Heimatschutzgesetz ist eine zwingende Voraussetzung für die Erteilung neuer Konzessionen; bei Umbauten oder Erweiterungen im Rahmen bestehender Konzessionen kann bis zu ihrem Ablauf von der Anwendung des heutigen Umweltrechts teils abgesehen werden. Ausserdem muss erwähnt werden, dass eine Zusage für die Förderung durch die KEV keinerlei Auswirkungen auf das Bewilligungsverfahren hat.

24

5.1 Genutzte Gewässerökosysteme Insgesamt wurden 248 Standorte von Wasserkraftanlagen, die seit 2006 neu genutzt oder umgebaut wurden, näher betrachtet. Infrastrukturkraftwerke wurden in diese Analyse nicht einbezogen und doppelt aufgeführte Kraftwerke 8 wurden nur einmal untersucht. 98 der Standorte betreffen neugebaute, 150 betreffen umgebaute Wasserkraftwerke. Die Klassifizierung «Neubau» kann dabei auch ein neu gebautes Kraftwerk an einem bereits genutzten Standort umfassen (Bsp. Kraftwerk Hagneck).

Untersucht wurde das genutzte Gewässerökosystem und nicht nur der Standort der Zentrale. Dafür wurden durch eine Recherche auf www.map.geo.admin. ch das betroffene System und die genutzten Gewässerstrecken anhand der Wasserentnahme und der Wasserrückgabe bestimmt.

Untersucht wurde: • Ökomorphologie: Ist es ein Gewässer der Klasse 1 (natürlich/naturnah) oder der Klasse 2 (wenig beeinträchtigt?

• Fischgewässer: Ist ein Fischgewässer betroffen? Für die Einstufung als Fischgewässer wurden wenn möglich auch kantonale Grundlagen verwendet.

• Laichgebiete von nationaler Bedeutung: Ist eine Laichgebiete von nationaler Bedeutung betroffen? Betrachtet wurde das Verbreitungsgebiet der Äschen und die Nasenlaichgebiete von nationaler Bedeutung.

• Potenzielle Konflikte mit Schutzgebieten: Ist ein BLN-Gebiete oder ein regionales Schutzgebiet betroffen?

Betrachtet wurden auch Ramsar- und Smaragd-Schutzgebiete.

• Auengebiete: Ist ein Auengebiet von nationaler Bedeutung betroffen?

• Moorgebiete: Ist ein Moorgebiet von nationaler Bedeutung betroffen?

• Amphibienlaichgebiete: Ist ein Amphibiengebiet von nationaler Bedeutung betroffen?

• Grundwasserschutz: Betrachtet wurde, ob Grundwasserschutzzonen von Wasserkraftanlagen betroffen sind.

Bewertet wurde der Status quo, der in den verwendeten Karten und Grundlagen abgebildet ist. Wie gross der Einfluss der Kraftwerksanlagen auf die Gewässer und Schutzgebiete ist, wurde mit dieser Analyse nicht untersucht.

Die gesamten Informationen zu den genutzten Standorten sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Es fällt auf, dass bei knapp drei Vierteln der Standorte eine natürliche und naturnahe oder wenig beeinträchtigte Gewässerstrecke betroffen ist. Dies sowohl bei neu gebauten Kraftwerken als auch bei Umbauten. Bei neu gebauten Kraftwerken ist mit 52 % öfter eine natürlich/naturnahe Strecke betroffen als bei Umbauten (35 %).

In der grossen Mehrheit der Fälle sind die durch die Kraftwerksanlagen genutzten Gewässer Fischgewässer. Bei knapp einem Viertel der genutzten Standorte sind Gebiete betroffen, die unter

8

Bspw. wegen Neu- und Umbau zu einem späteren Zeitpunkt.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Tabelle 2. Bewertung von ausgesuchten Kriterien nach Leistungsklassen der Kraftwerke.

Schutz gestellt sind.

Tabelle 2 zeigt für zwei ausgesuchte Kriterien die Standortanalyse nach Leistungsklassen der Kraftwerke. Dabei betreffen Anlagen aller Leistungsklassen Standorte mit Gewässerstrecken mit intakter Morphologie und Gebiete, die unter Schutz gestellt sind. Ein grosser Anteil dieser Standorte betrifft Kleinwasserkraftwerke mit weniger als 300 kW Leistung.

5.2 Rechtliche Situation Mit der Analyse der genutzen Standorte wurde auch die rechtliche Situation der betrachteten Anlagen untersucht. Dazu wurde die Restwasserkarte auf www. map.geo.admin.ch konsultiert. Die Ergebnisse sind in Bild 6 zusammengestellt. Mit 59 % hat die Mehrheit der Kraftwerke eine Konzession. 13 % der Kraftwerke stützen sich auf ein ehehaftes Recht. Dies sind vor allem leistungsmässig kleinere Kraftwerke. Für 23 % der Kraftwerke konnte die rechtliche Situation nicht festgestellt werden 9. Die übrigen Kraftwerke haben eine andere Rechtsgrundlage, wie z. B. eine Bewilligung oder eine Verfügung.

6.

Zielsetzungen im Energiegesetz und in der Energiestrategie Die Bedeutung der Wasserkraft als wichtiger Pfeiler der Energiestrategie 2050 wird von keiner Interessengruppe infrage gestellt. Es besteht aber Uneinigkeit darüber, wie stark ein weiterer Ausbau der Wasserkraft erfolgen soll. Konflikte entzünden sich in vielen Fällen an konkreten Projekten in Zusammenhang mit ökologischen Anliegen. Nachfolgend wird erläutert, wie die zusammengestellten Informationen zu bestehenden Zielsetzungen stehen.

6.1 Energiegesetz Im geltenden Energiegesetz, EnG Art. 1 Abs. 4, ist Folgendes festgehalten: «Die durchschnittliche Jahreserzeugung von Elektrizität aus Wasserkraftwerken ist bis zum Jahr 2030 gegenüber dem Stand im Jahr 2000 um mindestens 2000 GWh/a zu erhöhen.»

Betrachtet man die Wasserkraftstatistik der Schweiz WASTA und vergleicht die Entwicklung der mittleren Produktionserwartung der bestehenden Zentralen, so stellt man fest, dass diese Zielsetzung schon fast erfüllt wird. Rechnet man die geschätzten 190 GWh/a für die Kleinwasserkraftwerke kleiner 300 kW mit ein, so wird im Jahre 2000 für die mittlere Produktionserwartung ein Wert von 34 643 GWh/a angegeben. 2015, also auf halbem Weg, wird ein Wert von 36 410 GWh/a errechnet, was einer Zunahme von 1767 GWh/a entspricht. Bezieht man die im Bau befindlichen Anlagen mit ein (plus weitere 321 GWh/a), so wäre der angestrebte Wert von 2000 GWh/a schon vor der Zielvorgabe erreicht.

Ist das Ziel also tatsächlich erfüllt? Selbstverständlich greift eine solche Schlussfolgerung zu kurz. Einerseits werden mindestens 2000 GWh/a angestrebt. andererseits sieht die Energiestrategie 2050 höhere Ziele vor.

6.2 Energiestrategie 2050 Am 25. Mai 2011 hat der Bundesrat beschlossen, mittelfristig aus der Kernenergie auszusteigen und eine Energiestrategie 2050 auszuarbeiten. Um auch weiterhin eine hohe Stromversorgungssicherheit zu garantieren, setzt die Energiestrategie u. a. auf den weiteren Ausbau der Wasserkraft. Im Artikel 2 Absatz 2 des vom Par-

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lament beschlossenen, aber noch nicht in Kraft gesetzten Energiegesetzes, EnG, wird u. a. konkretisiert, was der weitere Ausbau der Wasserkraft bedeutet: «Bei der Produktion von Elektrizität aus Wasserkraft ist ein Ausbau anzustreben, mit dem die durchschnittliche inländische Produktion im Jahre 2035 bei mindestens 37 400 GWh liegt. Bei Pumpspeicherkraftwerken ist nur die Produktion aufgrund natürlicher Zuflüsse in diesen Richtwerten enthalten.»

Falls die Energiestrategie 2050 bei der Volksabstimmung vom 21. Mai 2017 eine Mehrheit findet, müssten mindestens weitere 1000 GWh zugebaut werden, um diese minimale Zielsetzung zu erreichen.

7.

Schlussfolgerungen Seit 2006 wird Strom aus neuen oder erweiterten Kleinwasserkraftwerken mit einer mittleren mechanischen Bruttoleistung von maximal 10 MW mit der KEV gefördert. Die Analyse zeigt, dass in den zehn Jahren seit der Einführung der KEV 521 neue oder umgebaute Wasserkraftanlagen in Betrieb gegangen sind. Mehr als 90 % der neuen oder umgebauten Anlagen werden durch die KEV gefördert. Mehr als die Hälfte dieser Anlagen nutzt bestehende Infrastrukturen (insbesondere der Trink- und Abwasserinfrastruktur). Und schliesslich haben mehr als 400 aller Anlagen eine Leistung von weniger als 1 MW. Der Zuwachs der mittlere Produktionserwartung durch diese 521 Kraftwerke beträgt rund 1329 GWh/a, wobei nur knapp die Hälfte dieses Zuwaches durch die KEV gefördert wird. Gemäss Swissgrid (Swissgrid 2016) wurden dafür 2015 knapp CHF 133 Mio. aufgewendet.

Die andere Hälfte des Zuwachses wurde ohne Förderung durch die KEV erzeugt.

Dafür verantwortlich sind 50 Wasserkraftanlagen, die meist mehr als 10 MW Leistung haben.

Im Hinblick auf die im Energiegesetz festgehaltenen Ziele sind diese Zahlen erfreulich. Sie bestätigen die wichtige Bedeutung der Wasserkraft für die Energiestrategie 2050. Die hohe Anzahl der

9

Dies betrifft überwiegend Kraftwerke unter 300 kW Leistung, die in der Restwasserkarte nicht vollständig erfasst sind.

25

neu in Betrieb genommenen Anlagen hat aber auch eine Kehrseite. Jede Wasserkraftnutzung, vielleicht mit Ausnahme der Infrastrukturkraftwerke, ist mit einem Eingriff in ein Gewässerökosystem verbunden. So ist bei drei Vierteln der neu in Betrieb genommenen Ausleit- oder Durchlaufkraftwerken eine natürliche und naturnahe oder wenig beeinträchtigte Gewässerstrecke betroffen, bei einem Viertel sind Gebiete betroffen, die unter Schutz gestellt sind. Die grosse Anzahl der neu in Betrieb gesetzten Anlagen ist für die Verwaltung eine grosse Herausforderung. Die Überprüfung der Einhaltung der gültigen Gesetzgebung im Konzessions- und Baubewilligungsverfahren ist unabhängig von der Grösse eines Kraftwerks sehr aufwendig und zeitintensiv.

Die Entscheide des Parlaments sind daher nachvollziehbar, mit der Revision des Energiegesetzes in Zukunft nur noch Kraftwerke mit einer Leistung von mindestens 1 MW mit der KEV zu fördern und den politisch erwünschten Zubau bei der Grosswasserkraft mit Investitionsbeiträgen zu unterstützen.

26

Dank

Anschrift der Verfasser

Dieser Artikel ist in enger Zusammenarbeit mit

Stefan Vollenweider, Geschäftsleiter Wasser-

der Arbeitsgruppe Dialog Wasserkraft entstan-

Agenda 21, Dipl. Umwelt-Natw. ETH, MAS

den. Die Autoren bedanken sich ganz herzlich

MTEC ETH

bei den Mitgliedern der Arbeitsgruppe für die

Forum Chriesbach, Überlandstrasse 133,

wertvolle Unterstützung. Ein spezieller Dank

CH-8600 Dübendorf,

geht auch an das BFE für die Zuverfügungstel-

Tel. +41 58 765 54 27,

lung der Informationsgrundlagen.

stefan.vollenweider@wa21.ch, www.wa21.ch Michel Müller, Ernst Basler und Partner AG

Literatur

Dr. Sc. ETH. Dipl. Phys. ETH

BAFU (Hrsg.), 2009: Monitoring BAFU der ge-

Zollikerstrasse 65, CH-8702 Zollikon

förderten Kleinwasserkraft. Analyse der Anmel-

Tel. +41 44 395 11 26, michel.mueller@ebp.ch,

dungen für die kostendeckende Einspeisever-

www.ebp.ch

gütung (KEV, Stand 22.4.2009).

BFE (Hrsg.), 2016a: Statistik der Wasserkraftanlagen der Schweiz 2015, WASTA. BFE (Hrsg.), 2016b: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2015.

BFE (Hrsg.), 2016c: Liste aller KEV-Bezüger im Jahr 2015.

BFE (Hrsg.), 2016d: KEV-Stammdatenreport (unveröffentlicht).

Swissgrid (Hrsg.), 2016: KEV-Cockpit 2015

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Erfolgreiche Sanierungen der Wasserkraft – Genügt das vorhandene Fachwissen?

Corinne Spillmann, Felix Walter

Zusammenfassung Für die «Sanierung der Wasserkraft» wird in den nächsten knapp 15 Jahren rund 1 Milliarde Franken investiert – Grund genug, sich auch zu fragen, ob das Fachwissen und das Wissensmanagement für diese Generationenaufgabe ausreichen. WasserAgenda 21 hat diese Frage mit einer Studie abklären lassen.

Das Ergebnis stützt sich auf über 20 Gespräche mit relevanten Akteuren und weiteren Recherchen, und es besteht weitgehend Einigkeit: In allen drei Fachbereichen – Schwall und Sunk, Geschiebe sowie Fischgängigkeit – fehlen heute noch Wissensbausteine, die einen wichtigen Beitrag zu nachhaltigen Sanierungsprojekten leisten könnten. Und ebenso gibt es auf allen Stufen des Wissensmanagements – von der Wissensproduktion über die -vermittlung und die -anwendung – trotz vielfältigen Anstrengungen noch Handlungsbedarf.

Welche Massnahmen Priorität verdienen, um hier Abhilfe zu schaffen, wurde im Rahmen eines Expertenworkshops diskutiert: Als übergreifende Massnahme soll eine bessere Vernetzung von Forschung und Praxis mittels einer Koordinationsstelle oder -plattform geschaffen werden. Bei der Wissensproduktion sind u. a. die anwendungsorientierten Forschungsinstitutionen zu stärken. In der Wissensvermittlung wird nebst Weiterbildungskursen ein Austausch in kleinen Arbeitsgruppen (Communities of Practice, CoP) vorgeschlagen.

Mit einem verbesserten Wissensmanagement kann ein substanzieller Beitrag zur Erhöhung des Nutzens der Generationenaufgabe «Sanierung der Wasserkraft» geleistet werden.

Résumé Dans les 15 prochaines années, près de 1 milliard de francs seront investis dans l'assainissement de la force hydraulique. Cette tâche devra être poursuivie par les générations futures et il est tout à fait justifié de se demander si nous disposons des connaissances suffisantes pour la mener à bien et si les instruments de gestion de ces connaissances seront à la hauteur du défi. Pour le savoir, l’Agenda 21 pour l’eau a commandité une étude.

Le résultat obtenu au terme de recherches approfondies et d’une vingtaine d’entretiens avec les acteurs du secteur est édifiant: dans les trois domaines concernés – les éclusées, le charriage et la migration piscicole – des connaissances décisives manquent encore pour mettre en place des projets d’assainissement véritablement durables. De même, et malgré tous les efforts déjà fournis dans ce domaine, des lacunes perdurent à tous les niveaux de la gestion des connaissances, allant de la production à l’application du savoir en passant par sa transmission.

Un workshop a été organisé pour discuter des actions à mener en priorité pour améliorer cette situation. Il a ainsi été proposé de créer une plate-forme ou un service de coordination afin d’améliorer les échanges entre chercheurs et professionnels de terrain. Au niveau de la production du savoir, les institutions mettant l’accent sur la recherche appliquée doivent être encouragées. Et en matière de transmission du savoir, il a été proposé de miser à la fois sur la formation continue et sur les groupes de travail et de communication (communautés de pratique).

Si elle est optimisée, la gestion des connaissances peut aider à tirer un profit maximal du grand projet de société qu’est l’assainissement de la force hydraulique.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

1.

Einleitung Schweizweit verhindern gemäss Auswertungen des Bundesamts für Umwelt (BAFU) ca. 1000 Hindernisse die freie Fischwanderung, rund 100 Wasserkraftwerke verursachen künstliche Abflussschwankungen (Schwall/Sunk) und 500 Wasserkraftwerke und andere Anlagen sind für Geschiebedefizite verantwortlich.

Solche durch die Wasserkraftnutzung bedingten Beeinträchtigungen der Gewässer sollen, basierend auf gesetzlichen Bestimmungen, bis ins Jahr 2030 reduziert werden. Dafür stehen finanzielle Mittel im Umfang von rund 1 Mrd. CHF zur Verfügung.

2.

Voraussetzungen gut – aber reicht das Fachwissen?

Die Voraussetzungen für die erfolgreiche Sanierung der Wasserkraftnutzung sind in der Schweiz grundsätzlich gut. Insbesondere sind die Pflicht zur Sanierung und die Anforderungen klar verankert, und die Sanierungsprojekte werden vollständig finanziert. Vollzugshilfen sowie Gefässe für den Informations- und Erfahrungsaustausch sind vorhanden, und so können erste Sanierungsprojekte auf Basis der vorliegenden Kenntnisse realisiert und zur Gewinnung weiterer Erkenntnisse genutzt werden.

Doch reicht das Fachwissen für diese komplexen Aufgaben? Wird das nötige Wissen produziert, effizient und bedürfnisgerecht an die wichtigen Akteure weitervermittelt und schliesslich auch genutzt? Ungeklärt sind z. B. die folgenden Fragen: • Wer begleitet die Sanierungsprojekte, hält die Erkenntnisse und Erfahrungen für die nächsten Projekte fest und stellt sicher, dass die Umsetzungsberichte frei zugänglich sind?

• Wie können die Hochschulinstitute und Fachhochschulen zu einem stärkeren Engagement in der anwendungsorientierten Forschung zur Sanierung Wasserkraft, aber auch im Wissensmanagement bewogen werden?

27

•

Welche zusätzlichen Angebote in der Wissensvermittlung (z. B. Veranstaltungen, Dokumente, Kurse) sollten aus Sicht der relevanten Akteure eingeführt werden?

• Welche Möglichkeiten gibt es, um das bestehende Wissensvermittlungsangebot verschiedener Institutionen und Verbände kondensiert, zentral und zeitnah zur Verfügung zu stellen?

• Welche Massnahmen zur Verbesserung der Wissensproduktion und -vermittlung sollen in Anbetracht der knappen verfügbaren finanziellen und personellen Mittel und des kurzen Zeithorizonts in Angriff genommen werden?

Als ersten Schritt zur Klärung dieser Fragen hat Wasser-Agenda 21 eine Auslegeordnung über die laufenden Aktivitäten der Akteure sowie deren Bedürfnisse erstellen lassen 1. Dafür wurden u. a. Gespräche mit 22 Akteuren im Bereich Sanierung Wasserkraft geführt. Darauf basierend wurden wesentliche Lücken identifiziert und Handlungsempfehlungen bestimmt, die im Rahmen eines Workshops mit Experten diskutiert und priorisiert wurden.

3.

Vom Informationstransfer zum Wissensaustausch Wissensproduktion und -vermittlung ist nicht eine Einbahnstrasse, kein blosser «Informationstransfer», sondern vielmehr ein gemeinsames Lernen. Für die Sanierung der Wasserkraft ist daher der Wissensaustausch als Denkmodell hilfreich, wie Bild 1 zeigt: Wissen wird zwischen den verschiedenen involvierten Akteuren kontinuierlich ausgetauscht. Es finden wechselseitige Wissensflüsse statt zwischen der Forschung (Wissensproduktion), den Akteuren der Wissensvermittlung (z. B. Kursanbieter) und der Praxis (Wissensanwendung): Die Praxis verfügt z. B. über Wissen zu den Problemen, kann die praxisrelevanten Wissens- und Forschungsfragen stellen und verfügt zudem über empirische Erkenntnisse. Diese werden direkt oder via Informationsplattformen zur Ebene Wissensproduktion zurückgespiesen (grüne Pfeile in Bild 1).

Das Modell «Wissensaustausch» wird für die Sanierung der Wasserkraft als das richtige Modell betrachtet, weil

1

Ecoplan (2016), Fachwissen für erfolgreiche Sanierungen im Bereich Wasserkraft. Auslegeordnung und Handlungsempfehlungen.

Download: www.ecoplan.ch

28

u. a. noch verschiedene Fragen offen und die Wissensgrundlagen unvollständig sind, sodass ein Austausch zwischen den verschiedenen Ebenen zentral ist für ein erfolgreiches Gelingen der Sanierungsmassnahmen. Ein linearer und planbarer Vorgang nach dem Modell «Informationstransfer», bei dem der Informationsfluss «von oben nach unten», d. h. von der Forschung und Entwicklung bzw. Beratung zu den Empfängern in der Praxis geschieht, könnte diesem Anspruch nicht genügen.

«Gemeinsames und Disziplinen übergreifendes Lernen der Wissenschaft und der Praxis ist wichtig für die erfolgreiche Umsetzung der revidierten Gewässerschutzgesetzgebung.» (Christine Weber, Eawag)

4.

sanne, ETH Zürich und WSL. Allerdings gibt es noch kaum Erfahrungen zu den Geschiebesanierungen und daher noch viele Unklarheiten z. B. bei der erforderlichen Geschiebefracht und bei der resultierenden Geschiebedynamik. Der Handlungsbedarf für weitere Forschungsaktivitäten wird deshalb als mittelgross eingestuft.

Im Vergleich zum Bereich Geschiebe beurteilen die befragten Akteure die Wissensproduktion in der Schweiz zu den Bereichen Schwall und Sunk sowie zum Fischabstieg zurzeit als noch stärker verbesserungsbedürftig.

Der Schwall-/Sunk-Betrieb hat mit seinen kurzfristigen Änderungen des Wasserabflusses weitreichende Auswirkungen und kann z. B. auch Fischgemeinschaften weit unterhalb der Kraftwerke beeinträchtigen. Mit der Vollzugshilfe wird ein mögliches Vorgehen vorgegeben. Dieses ist aber noch kaum erprobt, d. h., es gibt noch kaum Erfahrungen zur Sanierung und zu den übergeordneten Auswirkungen. Deshalb wird der Handlungsbedarf bezüglich der Wissensproduktion zu Schwall und Sunk als gross eingestuft.

Hinsichtlich der Fischgängigkeit ist in den Gesprächen mehrmals erwähnt worden, dass ein Grossteil des benötigten Wissens vorhanden ist, aber noch einige Lücken bestehen. Insbesondere fehlt auf Hochschulniveau ein Lehrstuhl bzw. eine

Wissensproduktion: Erste Aktivitäten gestartet, langfristige Strukturen nicht gesichert In der Schweiz wird im Rahmen von verschiedenen Forschungsprogrammen und Pilotprojekten Wissen zu allen drei Bereichen produziert: zu Geschiebe, Schwall und Sunk sowie zur Fischgängigkeit. Ein Bedarf zur Verbesserung der Wissensproduktion besteht überall, wird aber als unterschiedlich gross eingestuft.

Das Geschiebe hat für die Gewässerökologie eine wichtige Bedeutung, denn es bestehen zahlreiche Wechselwirkungen zwischen Hydrologie, Morphologie, Geschiebe und Biologie. Das Grundlagenwissen beispielsweise zur Gewässerökologie und zum Flussbau sowie zu bestehenden Methoden ist grundsätzlich vorhanden.

Zudem laufen verschiedene Forschungsaktivitäten, z. B. das vom BAFU unterstütze Projekt «Geschiebe- und Habitatsdynamik» an den vier Forschungsinstitutionen Bild 1. Vom Informationstransfer zum Wissenssystem und Eawag, EPF Lau- -austausch.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

entsprechend ausgerichtete Forschungsgruppe mit einem Fokus auf den fischbiologischen Grundlagen. Für den Bau von Fischaufstiegsanlagen ist das Wissen grundsätzlich vorhanden, und es wurden bereits Sanierungsanlagen gebaut. Der Handlungsbedarf für weitere Aktivitäten zum Fischaufstieg wird entsprechend als mittelgross eingeschätzt. Im Gegensatz zum Fischaufstieg gibt es bezüglich des Fischabstiegs noch weniger Wissen, weil u. a. das Problem hinsichtlich des Fischaufstiegs früher erkannt wurde und man es deshalb auch früher angegangen ist. Der Handlungsbedarf für Forschungsaktivitäten wird als gross beurteilt: Ein Wissensdefizit besteht hauptsächlich zum Verhalten der Fische beim Abstieg an grossen Wasserkraftanlagen.

Für alle Bereiche gilt, dass zu wenig Anreize für die angewandte Forschung gesetzt werden und deren Bedeutung zu klein ist. Zudem fehlt eine übergeordnete Betrachtungsweise über alle drei Bereiche. Für die heute noch notwendigen Forschungsaktivitäten ist darauf zu achten, dass die Wissenslücken bis ca. 2020 geschlossen bzw. deutlich vermindert werden, damit die Sanierungsmassnahmen fristgerecht abgeschossen werden können und das Wissen in die Planung der Sanierungsmassnahmen einfliessen kann. Es muss ein Prozess des kontinuierlichen Lernens möglich sein: Wir können nicht alles wissen, bevor wir mit den Sanierungsprojekten starten. Vielmehr geht es darum, Erfahrungen aus den umgesetzten Projekten zu sammeln sowie spezifische Fragestellungen an Pilotprojekten detailliert zu untersuchen, sodass die Erkenntnisse umgehend in kommende Projekte integriert werden können. Das ist bei einem System mit 26 Kantonen eine Herausforderung.

5.

Wissensvermittlung: Erfahrungsaustausche und Vollzugshilfen Die Vermittlung des spezifischen Wissens für die Sanierung Wasserkraft erfolgt primär im Rahmen von Anlässen zum Erfahrungsaustausch und mittels Publikationen. Für die Bereiche Schwall und Sunk wie auch für die Fischgängigkeit sind die von der Wasser-Agenda 21 durchgeführten Erfahrungsaustausche etabliert.

Demgegenüber fanden für den Bereich Geschiebe noch kaum Austausche statt.

Vereinzelt wird Wissen auch von Verbänden weitergegeben. Lücken sehen die betroffenen Akteure v.a. beim Austausch von internationalem und interdisziplinärem Wissen, z. B. aus Deutschland, und beim

Bild 2a. Ausgleichsbecken Kraftwerke Oberhasli (KWO); Foto: Markus Zeh, Bremgarten.

Bild 2b. Kraftwerk Rheinfelden mit Umgehungsgewässer (links) und Vertical-SlotFischpass (rechte Uferseite); Foto: Energiedienst.

Angebot an (mehrtägigen) Aus- und Weiterbildungskursen.

Von der Vielzahl an Publikationen und Studien sind für die Planung und Umsetzung der Sanierungsmassnahmen insbesondere die Module der Vollzughilfe des BAFU relevant. Diese zeigen die Methoden zur Planung, Umsetzung, Finanzierung und Kontrolle der Massnahmen auf und weisen auf den aktuellen Stand der Technik und des Wissens hin. Bis auf den Bereich Schwall und Sunk sind diese allerdings zurzeit noch teilweise ausstehend.

Infolge des knappen Zeithorizonts zur Durchführung der Sanierungsmassnah-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

men ist es wichtig, dass die noch ausstehenden Module der Vollzughilfen zu den Bereichen Geschiebe und Fischgängigkeit bald publiziert werden.

Ein weiteres zentrales Bedürfnis ist, dass Projektinformationen, Monitoring-Ergebnisse und andere Erkenntnisse ausgetauscht werden, z. B. über eine Plattform mit einer Projektdatenbank und einem Verzeichnis der relevanten Akteure. Mit der Plattform Renaturierung besteht bereits eine internetbasierte Plattform zur Thematik Sanierung Wasserkraft, die entsprechend ausgebaut werden könnte.

29

6.

Wissensanwendung: Grosse Bandbreite bei der Qualität des Fachwissens – aber fast überall Handlungsbedarf In allen drei Bereichen wurden noch wenig Erfahrungen mit Sanierungsprojekten gemacht und ausgewertet. Die wichtigsten Lücken in der Anwendung sind die folgenden: • Für den Bereich Schwall und Sunk liegt mit der Vollzugshilfe ein Dokument zur Umsetzung der Massnahmen vor.

Zurzeit gibt es aber noch wenig umgesetzte Massnahmen, d. h., es liegen noch kaum Erfahrungen vor. Zudem bestehen Herausforderungen in der fachgebietsübergreifenden Zusammenarbeit und bei grossräumigen Auswirkungen von Schwall- und Sunk-Ereignissen.

• Das Grundlagenwissen zu Geschiebe ist in der Praxis grundsätzlich bekannt, aber es gibt noch grosse Unsicherheiten z. B. zur erforderlichen Geschiebefracht, zum Zusammenhang zwischen Geschiebe und Ökologie sowie zum Umgang mit Unsicherheiten.

• Für den Fischaufstieg bestehen vergleichsweise ausreichende Grundlagen, die auch gut angewendet werden.

Dennoch gibt es auch Lücken, z. B. bezüglich des Fischverhaltens im Unterwasser (Aufstieg) und Oberwasser (Abstieg) und insbesondere zum Abstieg bei Grossanlagen.

Das Fachwissen ist stark personenabhängig und bewegt sich, über alle Akteure betrachtet, in einer Bandbreite von ungenügend bis gut. In Gesprächen wurde darauf hingewiesen, dass Kraftwerke, Bund und Kantone für die Planung und Umsetzung der Sanierungsmassnahmen hauptsächlich über ein Prozessverständnis und eine gewisse Sensibilisierung für die Thematik verfügen müssen. Dieses Wissen kann z. B. im Rahmen von (mehrtägigen) Kursen vermittelt und vertieft werden. Demgegenüber benötigen insbesondere Fachbüros, die die Sanierungsplanungen erfolgreich durchführen und begleiten sollen, ein spezialisiertes Wissen. Der entscheidende Hebel liegt somit bei den Fachbüros. Deshalb ist sicherzustellen, dass die Büros über das nötige Wissen verfügen, z. B. indem spezifische Nachdiplomkurse angeboten werden. Des Weiteren ist zu gewährleisten, dass es genügend Fachbüros für die Bearbeitung der zukünftig anstehenden Projekte gibt.

Stark vereinfacht lassen sich die Einschätzungen wie in Bild 3 zusammenfassen. Sie basieren auf den Informationen der Befragten, die sich in weiten Teilen 30

Bild 3. Umfang des Handlungsbedarfs. einig waren, sowie auf eigenen Abklärungen: Es ist somit in allen drei Fachbereichen und auf allen Stufen (von der Wissensproduktion über die -vermittlung bis zur -anwendung) noch Handlungsbedarf vorhanden.

«Wir brauchen Plattformen für den Fachaustausch zwischen Wissenschaft und Praxis – der SWV trägt dazu bei, mit eigenen Veranstaltungen und der Zeitschrift WEL.» (Roger Pfammatter, SWV)

• 7.

Massnahmen zur Wissensproduktion und -vermittlung als Gesamtpaket Im Rahmen der Studie wurden zahlreiche Vorschläge zur Verbesserung der Wissensproduktion und -vermittlung erarbeitet. Allerdings sind die Ressourcen knapp und die Zeit drängt. Daher wurden die Vorschläge am Expertenworkshop priorisiert: • Eine Basis für viele Verbesserungsvorschläge ist die bessere Koordination und Vernetzung von Forschung und Praxis. Eine Koordinationsstelle bzw.

Koordinationsplattform ist daher eine zentrale übergreifende Massnahme.

Eine solche Koordinationsstelle könnte Informationen zu Sanierungsprojekten zusammenstellen, Forschungsergebnisse aus dem In- und Ausland sammeln, synthetisieren und das Wichtigste auf einer (Web-)Plattform und z. B. mit einem Newsletter zugänglich machen. Eine weitere themenübergreifende Massnahme ist die Bildung und Betreuung eines Expertenpools. Auch die Festlegung von Zielen und Schwerpunkten des Wissensmanagements in den mittel- und langfristigen Strategien z. B. des BAFU und weiterer Akteure wäre ein wichtiger übergeordneter Beitrag, nicht zuletzt, um angesichts knapper Fristen und Ressourcen die nötigen Prioritäten zu setzen und wenn möglich mit wichtigen Akteuren abzustimmen. Bei der Schaffung einer neuen Koordinationsplattform ist darauf zu achten, dass sich verschiedene Akteure bereits heute in spezifischen Teilbereichen um die Wissensproduktion und -vermittlung kümmern und auch über Plattformen verfügen.

•

Als weitere übergreifende Massnahme wird zudem vorgeschlagen, Beiträge konsequent an Anforderungen zu knüpfen. Laut verschiedenen Gesetzesvorlagen sind bereits heute bestimmte Anforderungen, wie z. B. Monitoring und Evaluation, zu erfüllen, damit Beiträge gewährt werden. Als weitere Anforderung könnte verlangt werden, dass die Zugänglichkeit zu Berichten und Daten sicherzustellen ist. Denn indem die Ergebnisse öffentlich zugänglich gemacht werden, könnten sie in die Wissensproduktion und in eine Projektdatenbank einfliessen.

Bei der Wissensproduktion stehen zwei prioritäre Massnahmen im Fokus: · Die nationalen Forschungsinstitutionen sollen sich verstärkt engagieren.

Dafür kann es notwendig sein, dass diese stärker zu unterstützen sind, insbesondere in den Bereichen Fischgängigkeit sowie Schwall und Sunk. Schlussendlich ist das Ziel, dass Kompetenzzentren zur Sanierung Wasserkraft aufgebaut und betrieben bzw. gestärkt werden. In diesem Zusammenhang wird insbesondere empfohlen, eine mit genügend Ressourcen ausgestattete Forschungsgruppe zu schaffen, die sich der anwendungsorientierten Forschung in allen Teilbereichen widmet.

«Wir brauchen ein wissenschaftliches Institut, das die Sanierungen langfristig fundiert unterstützt.» (Andreas Knutti, Bundesamt für Umwelt)

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

«Die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) an der ETH Zürich ist bereit, die Koordination bzw. den Lead einer Forschungsgruppe zu übernehmen. Dafür ist die VAW auf personelle und finanzielle Unterstützung angewiesen.» (Prof. Robert Boes, Direktor der VAW)

•

· Des Weiteren sollen die Forschungslücken mithilfe der Auftragsforschung geschlossen werden, z. B. indem umgesetzte Massnahmen vermehrt für Forschungszwecke und Wissensproduktion genutzt werden.

Im Rahmen der Wissensvermittlung werden wiederum zwei Massnahmen als prioritär beurteilt: · Im Vordergrund steht die Einführung eines Wissensaustausches in Kleingruppen. Solche Kleingruppen werden auch Communities of Practice (CoP) genannt und dienen der Diskussion über ein gemeinsames, spezifisches Problem unter Beizug von Forschung und Praxis.

· Nebst dem soll die Wissensvermittlung mithilfe eines Angebots an Ausund Weiterbildungskursen zu wichtigen Methoden und Vorgehensweisen gestärkt werden. Dies kann z. B. im Rahmen von jährlichen Kursen, Intensivkursen, Peak-Kursen an der Eawag, Nachdiplomstudium wie CAS- oder DAS-Kurse, 2 in der Lehre auf Hochschulebene usw. durchgeführt werden. Das Ziel solcher Kurse ist v. a. der Wissensaustausch und eine Harmonisierung.

Letztendlich braucht es auch qualifizierte Fachleute – und somit personelle sowie finanzielle Ressourcen – auf allen Stufen, z. B. um die Projekte zu begleiten und das Wissensmanagement umzusetzen.

«Energiefachstellen und Naturschutzfachstellen müssen zusammenwirken – es braucht stärkere Bestrebungen, um alle Akteure an einen Tisch zu bringen.»

(Frédéric Zuber, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei der Dienststelle für Energie und Wasserkraft, Kanton Wallis).

und teilweise fehlender Ressourcen nur ungenügenden Support für anwendungsorientierte Fragen bieten. Es ist zwar genügend Wissen vorhanden, um die Projekte zu starten, aber für den langfristigen, nachhaltigen Erfolg des Sanierungsprogramms müssen die Anstrengungen im Wissensmanagement und im Zusammenspiel aller Akteure bei diesem gemeinsamen Lernprozess wesentlich verstärkt werden.

Die aufgezeigten prioritären Massnahmen und viele weitere, die im Bericht aufgeführt sind, könnten deshalb einen substanziellen Beitrag leisten für eine wirksame und nachhaltige Bewältigung dieser Generationenaufgabe: der Sanierung der Wasserkraft.

«Wasser-Agenda 21 wird sich in Zusammenarbeit mit dem BAFU der weiteren Konkretisierung und Umsetzung der Handlungsempfehlungen annehmen.» (Stefan Vollenweider, WasserAgenda 21)

Weitere Informationen Ecoplan-Studie: http://www.ecoplan.ch/down-

«Wir sind für unsere Projekte auf die Erfahrungen aus Wissenschaft und Praxis angewiesen, und wir stellen unsere Erfahrungen auch gerne für andere zur Verfügung, damit möglichst überall wirksame Sanierungen möglich werden.» (Steffen Schweizer, KWO)

2

CAS = Certificate of Advanced Studies DAS = Diploma of Advanced Studies

8.

Fazit In der Schweiz sind das Fachwissen und das Wissensmanagement zurzeit noch nicht ausreichend, um die Wasserkraftsanierung langfristig bestmöglich umzusetzen: Dies trotz ansonsten guter Ausgangslage, denn die Finanzierung ist gesichert, die Fristen sind klar und die allermeisten Akteure sind sehr engagiert und offen für eine Zusammenarbeit. Ein Mangel zeigt sich v. a. bei den Forschungsinstitutionen, die zurzeit aufgrund anderer Prioritäten

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

load/swf_sb_de.pdf BAFU: http://www.bafu.admin.ch/wasser Wasser-Agenda 21, das Akteurnetzwerk der Schweizer Wasserwirtschaft: www.wa21.ch Anschrift der Verfasser Corinne Spillmann, Felix Walter, Ecoplan Monbijoustrasse 14, CH-3011 Bern

31

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Aufgelöste unstrukturierte Blockrampen

Carlo Scapozza

Eine der grössten Herausforderungen im Wasserbau ist die Realisierung von Schutzbauten, welche stabil und überlastbar sind und gleichzeitig den ökologischen Anforderungen entsprechen. Die aufgelösten unstrukturierten Blockrampen schaffen diesen Spagat und sind deshalb eine gute Alternative zu konventionellen Absturzbauwerken.

In einer Kombination aus praxisorientierter Forschung und Reflexion über realisierte Projekte haben sich die Autoren mit Stabilität, Durchgängigkeit, Dimensionierung, baulicher Ausführung, Bauab-

lauf, Qualitätskontrolle und Monitoring von aufgelösten unstrukturierten Blockrampen auseinandergesetzt. Die daraus entstandene Praxisanleitung gibt einen ersten guten Überblick über die Möglichkeiten und Grenzen der aufgelösten Blockrampen und wirft ebenso neue Forschungsfragen auf, z. B. zur Stabilität im Rampenfussbereich und zum Verhalten im Unterwasser, die es sich lohnt zu vertiefen.

Das Bundesamt für Umwelt begrüsst die bisher geleistete Arbeit und die entstandene Praxisanleitung als wichtigen Beitrag zur Entwicklung der Wasserbau-

kunst in der Schweiz. Ebenso unterstützt das BAFU die Vertiefung der noch offenen Fragen.

Anschrift des Verfassers Carlo Scapozza, Sektionschef Hochwasserschutz, Eidg. Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation, UVEK Bundesamt für Umwelt (BAFU) Abteilung Gefahrenprävention Worblentalstrasse 68, CH-3003 Bern carlo.scapozza@bafu.admin.ch

Praxisanleitung zur Dimensionierung – Kurzfassung Simona Tamagni, Volker Weitbrecht, Robert Boes

Zusammenfassung Im Rahmen einer Forschungsarbeit an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich wurde die Stabilität von aufgelösten unstrukturierten Blockrampen mittels physikalischen Modellversuchen untersucht. Mittels eines Feldversuchs der Eawag wurde zusätzlich die Fischdurchgängigkeit dieses Rampentyps überprüft. Im Auftrag des Bundesamts für Umwelt (BAFU) wurde mit Hilfe dieser Arbeit eine Praxisanleitung zur Dimensionierung von unstrukturierten Blockrampen verfasst. Der vorliegende Artikel fasst die wichtigsten Erkenntnisse zur Dimensionierung zusammen; die praktische Ausführung wird im nachfolgenden Artikel der Flussbau AG SAH präsentiert.

Résumé Dans le cadre d’un projet de recherche au Laboratoire d’hydraulique, d’hydrologie et de glaciologie de l’EPF Zurich (VAW), la stabilité des rampes en enrochements régulièrement répartis a été étudiée à travers des essais hydrauliques à l’échelle réduite. De plus, la franchissabilité de ce type de rampe pour des poissons a été analysée à l’aide d’un essai in situ par l’Eawag. Sur ces bases, un manuel de dimensionnement pour les rampes en enrochements régulièrement répartis a été composé pour le compte de l’Office fédéral de l’environnement (OFEV). Le présent article résume les résultats principaux sur le dimensionnement, tandis que la mise en œuvre pratique est présentée dans l'article suivant de la Flussbau AG SAH.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Riassunto Nell'ambito di uno studio di ricerca al Laboratorio di idraulica, idrologia e glaciologia (VAW) del Politecnico federale di Zurigo è stata esaminata la stabilità delle rampe in pietrame sciolto tramite delle prove su modello. Tramite rilievi sul terreno effettuati dall'Eawag è stata inoltre testata l'effettiva libera migrazione dei pesci per questo tipo di rampe. Su incarico dell'Ufficio Federale dell'Ambiente (UFAM) è stata allestita una linea guida per il dimensionamento delle rampe in pietrame sciolto. Il presente articolo ne riassume le parti più importanti; la realizzazione pratica è presentata nell'articolo successivo, redatto dalla Flussbau AG SAH.

33

Blockrampen

Einleitung

Blockrampen

1.

Einleitung In den schweizerischen Fliessgewässsern finden sich etwa 100 000 Absturzbauwerke mit einer Höhendifferenz grösser als 0.5 m zur Stabilisierung der Flusssohle (Zeh Weissman et al. 2009). Für die meisten Fischarten stellt diese Höhendifferenz eine Wanderbarriere dar, was zu einer starken Fragmentierung der Habitate und zu einer deutlich verarmten Fischfauna führt (Werth et al. 2011, Alp et al. 2011). Zusätzlich sind die ökologischen Anforderungen an flussbauliche Massnahmen in den letzten Jahrzehnten immer wichtiger geworden; sie sind mit der Revision des schweizerischen Gewässerschutzgesetzes von 2011 nun zum Teil auch gesetzlich verankert. Ein wichtiges Ziel zur Verbesserung der Gewässerqualität ist die Entfernung von Wanderhindernissen und die Verbesserung der Vernetzung der Habitate entlang der Flüsse. In dieser Hinsicht spielen Blockrampen und speziell aufgelöste unstrukturierte Blockrampen (UBR) eine wichtige Rolle und werden vermehrt als eine Alternative zu Absturzbauwerken zur Sohlensicherung eingesetzt, die unter bestimmten Voraussetzungen eine deutlich verbesserte Fischdurchgängigkeit gewährleisten.

In jüngerer Vergangenheit wurden bereits etliche Abstürze durch Blockrampen ersetzt, weitere sind in Planung. Leider zeigt sich an einigen Beispielen, dass solche Rampen aufgrund ungenügender Dimensionierungsgrundlagen bereits bei Belastungen unterhalb des Bemessungsabflusses versagten (Bezzola und Hegg 2008) oder die massgebenden Zielfischarten nicht in der Lage sind, das Bauwerk zu überwinden (Weibel und Peter 2012).

Bei der Dimensionierung von UBR müssen somit zwei übergeordnete Kriterien beachtet werden, und zwar 1.) Stabilität gegen Versagen; und 2.) Fischdurchgängigkeit. In den letzten 25 Jahren wurden an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich diverse physikalische Modellversuche zu verschiedenen Blockrampentypen speziell im Hinblick auf deren Verhalten im Hochwasserfall durchgeführt. Die bis 2006 gesammelten Erfahrungen wurden in VAW (2007) publiziert. Zum Verhalten und zu den Dimensionierungsgrundlagen der verschiedenen Blockrampentypen gibt es eine breite Palette an Fachliteratur. Eine ausführliche Literaturübersicht ist in Tamagni (2013) zu finden. Hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang zwei Veröffentlichungen, bei denen die verschiedenen Blockrampentypen zusammenfassend beschrieben werden: Hunziker, Zarn und 34

Partner (2008) und DWA (2009). Speziell im Hinblick auf UBR sind diese Publikationen jedoch nicht ausreichend für eine Dimensionierung.

Mit dem Ziel, durch den Einsatz von UBR im Hochwasserfall einen wirksamen Schutz gegen Sohlenerosion und gleichzeitig möglichst gute ökologische Bedingungen zu erreichen, wurde ein Forschungsprojekt an der (VAW) der ETH Zürich durchgeführt (Tamagni 2013). Mit Hilfe dieser Arbeit wurde im Auftrag des Bundesamts für Umwelt (BAFU) eine Praxisanleitung zur Dimensionierung von UBR (VAW 2017) verfasst. In einem ersten Teil der Praxisanleitung (Tamagni et al. 2017) werden die dimensionierungsrelevanten Ergebnisse zu UBR zusammengestellt, und in einem zweiten Teil (Hunzinger und Opferkuch, 2017a) wird auf die bauliche Ausführung von UBR eingegangen. Hunzinger und Opferkuch (2017b) und der vorliegende Artikel sind jeweils eine Kurzfassung davon.

2.

Konzept der aufgelösten unstrukturierten Blockrampen (UBR) Die grundlegende Idee von UBR ist einerseits eine optimierte Energieumwandlung durch isolierte Rauheitselemente zur Stabilisierung der Sohle, die andererseits zu einer möglichst grossen Variabilität von Fliessgeschwindigkeiten und Wassertiefen zur Verbesserung des Fischaufstiegs führt (Tamagni et al. 2014). Im hydraulischen Überlastfall kann sich eine UBR dem Strömungsverhalten durch eine Abflachung in Längsrichtung anpassen, was einem gutmütigen Verhalten entspricht.

Die einzelnen Rauheitselemente bzw. die Blöcke einer UBR werden isoliert und zufällig über die gesamte Rampenfläche verteilt, so dass kein Kontakt zwischen den Blöcken besteht und kein geometrisches Muster erkennbar ist (Bild 1). Die Blöcke sind dabei mit einer bestimmten Belegungsdichte  (Anteil der mit Blöcken belegten Fläche im Verhältnis zur gesamten Rampenfläche) direkt auf das bestehende Sohlenmaterial gesetzt und teils eingeschüttet; sie bilden keine starre Struktur. UBR können im Wesentlichen durch den Blockdurchmesser D, die Belegungsdichte  und die charakteristischen Korndurchmesser dm und d90 des Untergrundmaterials charakterisiert werden (Bild 2).

Mit UBR sollen die folgenden Ziele erreicht werden: 1.) Wirkung als Höhenfixpunkt und Überwindung eines Sohlenversatzes, 2.) Sicherung der Flusssohle gegen Erosion, und 3.) Ermöglichung der Fischwanderung. Eine UBR muss demnach die Sohle stabilisieren, sich gleichzeitig im Überlastfall gutmütig verhalten (Kap. 3.1) und in einem gewissen Abflussbereich (Kap. 3.2) ökologisch wirksam sein. Die Verwendung einer UBR für gegebene Verhältnisse hängt im Wesentlichen von folgenden Kriterien ab (Tamagni et al. 2017): • Verhältnis zwischen dem Blockdurchmesser und dem charakteristischen Korndurchmesser des Untergrundmaterials D/d90 (Kap. 3.1.1); • Mittleres Sohlengefälle in Längsrichtung nach Dauerbelastung JG (Kap. 3.1.2); • Fischdurchgängigkeit während ca. 300 Tagen im Jahr (Kap. 3.2).

Bild 1. Aufgelöste unstrukturierte Blockrampe (UBR) an der Wyna (Kanton AG) mit einem spezifischen Abfluss q ≈ 0.03 m3/(sm), entspricht in etwa einem Niederwasserabfluss Q329 (Blick in Fliessrichtung).

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Je nach hydraulischer Belastung treten unterschiedliche Prozesse und Zustände auf, die je nach Zielsetzung als Versagen einer UBR zu definieren sind: • Abflachung der Rampe unter einen bestimmten Grenzwert. Bei stabilen Unterwasserverhältnissen führen Erosionsprozesse auf der Rampe zu einer Rotation um den Rampenfuss (s. dominierender Prozess des Einsinkens, Kap. 3.1.1). Wird ein bestimmtes Sohlengefälle unterschritten, geht die Fixpunktwirkung im Oberwasser verloren und es kann zu einer Destabilisierung der Ufersicherung kommen.

• Abgleiten der Blöcke. Kommt es im Überlastfall auf der Rampe zu einem Abgleiten der Blöcke, geschieht dies meist flächenhaft und abrupt. Ein schlagartiges, nicht gutmütiges Versagen ist die Folge (s. dominierender Prozess des Abgleitens, Kap. 3.1.1), bei der die Rampe ihre sohlenstabilisierende Wirkung verliert.

• Fehlen von Wanderkorridoren. Falls die Rampenkonfiguration als Kombination der Blockanordnung mit den entsprechenden Abflüssen keine geeigneten Wanderkorridore für den Fischaufstieg bietet, erfüllt die UBR die ökologischen Anforderungen nicht; damit versagt das Konzept.

3.

Dimensionierungsgrundlagen

3.1 Stabilität gegen Erosion Die Rampenstabilität muss bis zu einem definierten Dimensionierungsabfluss gewährleistet sein. Bei grösseren Abflüssen werden allmähliche Abflachungen und daraus entstehende Schäden in Kauf genommen. In vielen Fällen entspricht der Dimensionierungsabfluss einem hundertjährlichen Hochwasser HQ100. Die Ram-

penstabilität wurde von Weitbrecht et al.

(2016) ausführlich diskutiert; im Folgenden werden die zwei massgebenden Aspekte zur Stabilität von UBR betrachtet.

3.1.1 Wahl der erforderlichen Blockgrösse Vereinfacht lassen sich UBR als ein System mit einer bimodalen Sedimentmischung betrachten. Bimodale Mischungen wurden durch Raudkivi und Ettema (1982) experimentell untersucht, wobei eine Schicht von gröberen Körnern (Blöcken) mit Durchmesser D, platziert auf einer Schicht von feineren Körnern mit Durchmesser d, betrachtet wurde. Um diese Ergebnisse auf UBR zu übertragen, bei denen das Untergrundmaterial eine breite Kornverteilung besitzt, wird d = d90 der Unterschicht gesetzt: zwischen den Blöcken bildet sich eine Deckschicht aus, die Stabilität und Kornrauheit wird durch das Verhalten der grossen Kornfraktionen der Unterschicht dominiert. Raudkivi und Ettema (1982) beobachteten zwei dominierende Prozesse bzw. Versagensmechanismen: • Einsinken der Blöcke für D/d90 ≥ 17 Die Blöcke bleiben zwar an Ort und Stelle, sinken jedoch nach und nach in das Untergrundmaterial ein. Im Lauf dieses Prozesses verkleinert sich der exponierte Teil der Blöcke P (Bild 2) und somit auch der Fliesswiderstand der Rampe. Die Belastung des Untergrundmaterials wird grösser, wodurch das Sohlengefälle kleiner wird. Dieser Prozess erfolgt meist langsam und graduell.

• Abgleiten der Blöcke für 1 ≤ D/d90 ≤ 6 Die Blöcke werden über die Deckschicht des Untergrundmaterials rollend oder gleitend abtransportiert. Der resultierende Blockverlust auf der Rampe führt zu einer Verminderung der Belegungsdichte und somit des Fliess-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

3.1.2 Maximales Sohlengefälle Ein zweites Stabilitätskriterium für UBR betrifft die Beziehung zwischen dem Sohlengefälle im Grenzzustand JG und einem bestimmten Dimensionierungsabfluss bzw. dem spezifischen Abfluss q = Q/B, mit Q = Abfluss [m3/s] und B = Querschnittsbreite [m]. Im Allgemeinen gibt es kein absolutes 35

Blockrampen

Bild 2. Schematischer Längsschnitt durch eine UBR mit den massgebenden Parametern.

widerstands der Rampe. Dieser Prozess erfolgt meist schlagartig. Sobald der kritische Widerstand der Blöcke überschritten wird, werden viele Blöcke in Bewegung gesetzt, was im Weiteren zu einer schnellen Erosion des Untergrundmaterials führt. Dieses rasche Versagen bei Abflüssen grösser als das Dimensionierungsereignis sollte unbedingt vermieden werden. Ausnahme: Falls jedoch die Stabilität des Einzelblocks gegen direkte Erosion bei einem Dimensionierungsabfluss und auch im Überlastfall gegeben ist, ist das Verhältnis D/d90 ≤ 6 durchaus einsetzbar.

Daraus folgt ein erstes Stabilitätskriterium: UBR sollten mit einem Verhältnis von 6 < D/d90 < 17 dimensioniert werden. Wenn die bestehenden Randbedingungen (vorhandenes Sohlenmaterial, maximal möglicher Blockdurchmesser) ein D/d90 nur ausserhalb von 6 < D/d90 < 17 zulassen, sollte der Bau einer UBR infrage gestellt werden. In Ausnahmefällen empfiehlt sich zur Einhaltung dieses Dimensionierungskriteriums der Einbau einer Filterschicht als Untergrundmaterial.

Die durchgeführten Modellversuche (Tamagni 2013) haben gezeigt, dass für die grösste Stabilität respektive das grösste Sohlengefälle bei gleichzeitig gutmütigem Versagensverhalten D/d90 im Bereich von 6.5 < D/d90 < 7.4 liegen sollte.

Bei grösserem D/d90 (z.B. 12) passt sich die Rampe zwar auch der zunehmenden Belastung allmählich an, weist aber bei gleicher Belastung im Vergleich mit einem kleineren D/d90 eine geringere Stabilität auf, was im Überlastfall zu einer grösseren Abflachung der Sohle führt. Bei Versuchen mit D/d90 = 5 sowie mit D/d90 = 18 haben sich die Ergebnisse nach Raudkivi und Ettema (1982) bestätigt, indem ein schlagartiges Abgleiten der Blöcke bzw. ein Einsinken beobachtet wurde. Bei der Dimensionierung ist somit die Wahl der Blöcke bzw. ein geeignetes Verhältnis D/d90 sehr wichtig. Der maximal ausführbare Blockdurchmesser (< 2 m oder < 5–6 t) sowie das vorhandene Untergrundmaterial können somit einen limitierenden Faktor darstellen.

Blockrampen

Maximum für das Sohlengefälle von UBR, sondern jeweils ein maximales Gefälle für einen bestimmten spezifischen Abfluss q.

Die Erfahrungen im alpinen und voralpinen Raum haben jedoch gezeigt, dass UBR bis zu einem Gefälle von maximal ca. 3 % gebaut werden können, um eine gewisse hydraulische Belastung unbeschadet mit leichter Anpassung des Sohlengefälles zu überstehen. In steilen Wildbächen können UBR im Allgemeinen nicht eingesetzt werden. Die gängige Dimensionierungsgrundlage für UBR ist das Blockmodell nach Whittaker et al. (1988). Die Anwendungsbereiche des Blockmodells sind auf eine Belegungsdichte n D2 < 0.15 begrenzt (mit n = Anzahl der Blöcke pro m2 und D = äquivalenter Kugeldurchmesser der Blöcke), was in der Praxis aus Stabilitätsgründen oft überschritten werden muss. Zusätzlich wurde gezeigt, dass die Rampenstabilität mit Whittaker et al. (1988) für flachere Sohlengefälle eher unterschätzt und für steilere Gefälle eher überschätzt wird (Janisch et al. 2007). Mit den Ergebnissen aus Tamagni (2013) wurde eine Beziehung zwischen dem Gleichgewichtsgefälle JG und dem dimensionslosen spezifischen Abfluss qd* ermittelt:

für qd* < 1700

(1)

mit (2)

Hierbei ist g = Erdbeschleunigung und s = S/, mit S = Sedimentdichte und  = Dichte des Wassers. Das Gleichgewichtsgefälle JG entspricht dem Gefälle, das sich für einen gegebenen Abfluss ohne Sedimentzufuhr langfristig einstellt. Dieser Zustand wurde in den Modellversuchen nach sehr langer Belastung mit konstantem Abfluss erreicht. JG stellt somit für ein bestimmtes q ein minimales Gefälle dar, der Ansatz kann somit als konservativ betrachtet werden. Die hier vorgestellten Ansätze gelten streng genommen nur in dem Parameterraum, der durch die vorliegenden Versuche abgedeckt ist. Von einer Extrapolation der Ergebnisse auf einen erweiterten Parameterraum ist abzuraten.

Gl. (1) gilt für 4.9 ≤ D/d90 ≤ 18.6,  = 15–25 % und qd* < 1700. Zusätzliche Versuche mit Sedimentzugabe ergaben ein rund 10 % höheres Gleichgewichtsgefälle (Tamagni 2013).

Für den oben genannten Anwendungsbereich wurde eine Beziehung zur Bestimmung der relativen Überdeckung hm/D (mit hm = mittlere Abflusstiefe) in Abhängigkeit eines leicht modifizierten dimensionslosen spezifischen Abflusses qd** ermittelt. hm/D = 0.69qd**0.64

für qd** < 10

(3)

mit (4)

Wichtig: Dieser Ansatz gilt nur für den Grenzzustand, der sich nach langer Belastung mit einem bestimmten Abfluss einstellen würde, also immer nur für ein bestimmtes Sohlengefälle. Wenn dieser Grenzzustand nicht gegeben ist, muss zur Bestimmung der Abflusstiefe auf andere Widerstandsformeln zurückgegriffen werden, z.B. auf den von Tamagni (2013) für UBR angepassten Ansatz von Pagliara und Chiavaccini (2006).

Zur qualitativen Betrachtung der Stabilität von UBR im Vergleich zu anderen Blockrampentypen sind in Bild 3 die Beziehungen zwischen dem Sohlenge-

Bild 3. Sohlengefälle auf der Rampe JR [%] in Abhängigkeit des kritischen spezifischen Abflusses qcrit [m2/s] für unterschiedliche Blockrampentypen bzw. Ansätze mit konstantem Blockdurchmesser D = 1.3 m ( = 0.15 für Tamagni (2013) und  = 0.67 für Vogel (2003), wobei  = 0.67 der minimal untersuchten Belegungsdichte entspricht).

36

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

3.2 Ökologische Kriterien Eine wichtige Voraussetzung für den Fischaufstieg möglichst vieler verschiedenen Arten und deren Altersstadien ist eine grosse strukturelle und damit hydraulische Variabilität des Bauwerks. Diese Vorgaben begrenzen die Anwendbarkeit von UBR und müssen deshalb frühzeitig während der Planung in Zusammenarbeit mit Fischökologen geprüft werden.

UBR müssen, ähnlich wie andere Bauwerke, innerhalb eines bestimmten Abflussbereichs ökologisch wirksam sein, der vom Abflussregime abhängig ist (DWA 2009). In der Schweiz wird üblicherweise angenommen, dass die ökologische Wirksamkeit während mindestens 300 Tagen im Jahr gewährleistet sein soll, und zwar zwischen dem Abfluss Q347 ( = Abfluss, der statistisch gesehen an 347 Tagen im Jahr erreicht oder überschritten wird) und Q36 (analog zu Q347). Eine UBR ist dann optimal ökologisch wirksam, wenn für alle Fische, die im betrachteten Fluss leben, während mindestens 300 Tagen im Jahr Wanderkorridore zur Verfügung stehen. Ein Wanderkorridor muss grundsätzlich zwei Anforderungen erfüllen: • Die herrschenden Fliessgeschwindigkeiten müssen der Schwimmleistung der betrachteten Fische entsprechen, d.h., der schwimmschwächste Fisch ist massgebend. Die kritische Schwimmgeschwindigkeit Ucrit (Kap. 3.2.1) des schwimmschwächsten Fischs darf während ca. 300 Tagen im Jahr nicht überschritten werden; es ist zumindest ein durchgehender Wanderkorridor mit u < Ucrit zu finden.

• Die Abflusstiefen müssen für die Körpergrössen der betrachteten Fische ausreichend sein, d.h., der grösste Fisch ist massgebend. Der grösste Fisch bestimmt mit seiner Körperhöhe HFisch,max die minimale erforderliche

Wassertiefe hmin, die zumindest in einem Wanderkorridor während ca.

300 Tagen im Jahr nicht unterschritten werden darf, d.h. h > hmin.

Tabellen mit den charakteristischen Grössen und Schwimmgeschwindigkeiten für Fische sind z.B. in DWA (2005), DWA (2009) oder Tamagni (2013) zu finden. Auf eine detailliertere Beschreibung der Schwimmleistung, der speziellen Eigenschaften hinsichtlich des Wanderverhaltens und der Anforderungen an die Habitatbedingungen einzelner Fischarten wird hier verzichtet. Generell wird eine Abklärung mit Experten vor Ort (Fischbiologen oder -ökologen) während der Dimensionierungsphase sehr empfohlen, um die spezifischen Gegebenheiten und Charakteristika des betrachteten Flussabschnitts mit in die Planung aufzunehmen.

Zusätzlich sollten bestimmte Grenzwerte für die spezifische Leistungsdichte nicht überschritten werden (s. u.a. DWA 2010 und Kap. 3.2.2).

3.2.1 Schwimmgeschwindigkeit und Ausdauer der Fische Die Schwimmgeschwindigkeit, Wanderdistanz und die Zeit bis zur Ermüdung sind fischartspezifisch und stark von der Körperlänge LFisch und der Muskulatur sowie von mehreren Umweltfaktoren abhängig (Adam und Lehmann 2011). Die unterschiedlichen Schwimmgeschwindigkeiten sind wie folgt definiert (u.a. Pavlov 1989, Hammer 1995, Pavlov et al. 2000): • Die Dauergeschwindigkeit UDauer kann für lange Zeiten (>> 200 min) als aerobe Bewegung eingehalten werden, ohne dass die Energiereserven ausgeschöpft werden.

• Die gesteigerte Geschwindigkeit Ugesteigert kann zwischen 20 s und 200 min eingehalten werden, ist stark von der Fischart abhängig und kann zur Erschöpfung führen.

• Die Sprintgeschwindigkeit USprint kann nur für kurze Zeiten bis ca. 15–20 s eingehalten werden. Sie entspricht einer sehr schnellen anaeroben Bewegung und führt zur Erschöpfung.

Diese Schwimmgeschwindigkeit kommt nur in aussergewöhnlichen

Situationen vor, wie z.B. zur Überwindung eines Hindernisses oder auf der Flucht.

In der Literatur können mehrere nichtdimensionsreine Beziehungen zwischen Schwimmgeschwindigkeit und Körperlänge gefunden werden (z.B. Pavlov 1989, Adam und Lehmann 2011). Die kritische Geschwindigkeit Ucrit ist definiert als die Geschwindigkeit, die nicht überschritten werden darf, um eine sichere Überwindung von Hindernissen zu gewährleisten. Sie sollte von der gesteigerten Geschwindigkeit Ugesteigert als Ucrit ≈ Ugesteigert LFisch [m/s] und nicht von USprint (DWA 2009) abgeleitet werden. Die kritische Geschwindigkeit ist massgebend für die Bestimmung der Wandermöglichkeiten auf der betrachteten UBR (s. Fliessgeschwindigkeitsmessungen mit Hilfe der LaserDoppler-Anemometrie in Tamagni 2013).

3.2.2 Spezifische Leistungsdichte und Fliessgewässerregion Die spezifische Leistungsdichte ist definiert als die hydraulische Leistung, die in ein betrachtetes spezifisches Wasservolumen eingetragen wird. Diese Leistung ist entlang eines Flussbauwerks als Turbulenz der Strömung wahrnehmbar (DWA 2010).

Je nach Bauwerkstyp und herrschenden hydraulischen Bedingungen wird diese Leistung entlang dem Flussbauwerks mehr oder weniger stark abgebaut. Für UBR ist die spezifische Leistungsdichte PD [W/m3] definiert zu (DWA 2010).

PD = gUJR ,

(5)

wobei U = mittlere Fliessgeschwindigkeit auf der UBR und JR = Rampengefälle.

Wenn die spezifische Leistungsdichte PD zu hoch ist, kann die Fischwanderung beeinträchtigt oder gar verhindert werden. PD kann als Mass der Turbulenz betrachtet werden und wird bei zu grossen Werten von den Fischen als natürliche Barriere wahrgenommen. PD darf deswegen bestimmte Grenzwerte während des oben genannten Abflussbereichs (zwischen Q36 und Q347) nicht überschreiten. Tabelle 1 zeigt die Grenzwerte für die spezifische Leistungsdichte (adaptiert nach DWA

Fliessgewässerregion

spezifische Leistungsdichte PD

Forellenregion Äschenregion Barbenregion Brachsenregion

275 W/m3 250 W/m3 200 W/m3 175 W/m3

Tabelle 1. Grenzwerte der spezifischen Leistungsdichte PD für UBR, abhängig von der Fliessgewässerregion (DWA 2010, adaptiert).

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

37

Blockrampen

fälle JR einer Rampe und dem kritischen spezifischen Abfluss qcrit für unterschiedliche Ansätze dargestellt. Berücksichtigt wurden zwei Ansätze für UBR (Whittaker et al. 1988 und Tamagni 2013), ein Ansatz für natürliche Absturz-Becken-Sequenzen (Aberle 2000), einer für strukturierte Blockrampen (Vogel 2003) und einer für klassische Blockrampen (Whittaker und Jäggi 1986). Bei allen Ansätzen wurden dieselben Block- und Sedimenteigenschaften angenommen. Aus dieser Darstellung ist klar ersichtlich, dass klassische Blockrampen im Vergleich zu strukturierten bzw. unstrukturierten Blockrampen auch bei deutlich höherem Gefälle stabil bleiben.

Blockrampen Bild 4. Wichtige Prozesse zur Betrachtung des Systems «Rampe+Fluss», die im Dimensionierungskonzept einer UBR zu berücksichtigen sind. Oben: Eintiefung der Kote des Rampenkopfs/-fusses. Unten: Prinzipskizze der Funktion der Pufferzone (der gezeigte neue Rampenkopf entspricht der Situation nach der vollständigen Inanspruchnahme der Pufferzone).

2010) in Abhängigkeit der Fliessgewässerregion. Huet (1949) und Müller (1950) unterteilen die Fliessgewässer von der Quelle bis zur Mündung in vier typische Fliessgewässerregionen, die von einer charakteristischen Artengemeinschaft besiedelt werden: Forellen-, Äschen-, Barben- und Brachsenregion. Diese Unterteilung wird oft als Grundlage für die Dimensionierung der fischpassierbaren Anlagen verwendet. Oft sind die massgebenden Grenzwerte für die Dimensionierung (hmin, Ucrit und PD) in der Literatur in Abhängigkeit dieser Regionen angegeben. Zusätzliche Informationen darüber sind u. a. in DWA (2010) oder in Schager und Peter (2004) zu finden. Für UBR ist vor allem die Forellenregion von Interesse, da in den anderen Fliessgewässerregionen flachere Verhältnisse typisch sind. Charakteristische in der Schweiz bzw. in der Forellenregion vorkommende Fischarten (Schager und Peter, 2004) sind die Bachforelle (Salmo trutta fario), die Groppe (Cottus gobio), das Bachneunauge (Lampetra planeri), die Schmerle (Barbatula barbatula) und die Elritze (Phoxinus phoxinus).

3.3 Einbindung in das Flusssystem Neben den Prozessen, die sich auf der Rampe selbst abspielen, müssen die Auswirkungen einer UBR auf die Flussabschnitte ober- und unterhalb der Rampe berücksichtigt werden. Die physikalischen Modellversuche (Tamagni 2013) spiegeln den idealisierten Fall einer UBR in einer geraden Fliessstrecke wider. Es ist deswegen sehr wichtig, dass Abweichungen in der Natur von diesem idealisierten Fall und die daraus folgenden möglichen Aus38

wirkungen analysiert und in die Planung aufgenommen werden. Im Folgenden sind drei solcher Aspekte kurz erläutert; andere Aspekte werden in der Praxisanleitung (VAW 2017) betrachtet.

3.3.1 Auswirkung auf Geschiebebilanz Der Bau einer UBR innerhalb eines Flussabschnitts hat keine ausgeprägte Auswirkung auf die Sedimentbilanz ober- und unterhalb der Rampe. Eine UBR ist immer steiler als der Flussabschnitt, in dem sie gebaut wird, und weist dementsprechend eine höhere Transportkapazität auf. Von oben ankommendes Sediment wird somit fast immer durchtransportiert. Lokal können temporär sowohl Erosionen als auch Ablagerungen resultieren. Im Bereich der Pufferzone (PZ, Kap. 3.3.3) kann es lokal zu Auflandungen kommen, da die Transportkapazität in diesem vergleichsweise flachen Abschnitt durch das Einbringen der Blöcke herabgesetzt wird. Gemessen an der Gesamtsedimentbilanz, ist dieser Einfluss auf den unterliegenden Flussabschnitt jedoch meist vernachlässigbar.

Wird ein Absturzbauwerk durch eine UBR ersetzt, ist in erster Näherung davon auszugehen, dass der geplante Rampenkopf auf der gleichen Höhenlage wie das ursprüngliche Absturzbauwerk liegt. Damit bleiben das Sohlengefälle oberhalb der Rampe und der Sedimenttransport unbeeinflusst.

3.3.2 Entwurfsüberlegungen zum Rampenkopf und -fuss Mit dem Bau einer UBR wird lokal eine rauere Strecke mit grösserem Fliesswiderstand erstellt, was zu Übergängen zwischen der «normalen» Flusssohle und der

rauen Rampe führt. Bei diesen Übergängen sollte die konstruktive Ausführung besonders beachtet werden, um unerwünschte lokale Effekte (z. B. Eintiefungen) zu vermeiden. Eine Eintiefung des Rampenkopfs (Bild 4, oben) beeinflusst die Strecke flussaufwärts der Rampe und führt zu einem Verlust der Fixpunktwirkung und somit zu einer Änderung der Sohlenlagen im Oberwasser. Eine Eintiefung der Kote des Rampenfusses (Bild 4, oben) beeinflusst direkt das Sohlengefälle, was wiederum zu einer Änderung der Rampenkopflage und somit zu dem zuvor erwähnten Effekt führt.

In beiden Fällen ändert sich das Längenprofil der Flussstrecke, was zu Problemen mit an die Rampe anschliessenden Bauwerken (z. B. Absturzbauwerk, Uferschutz) führen kann.

3.3.3 Pufferzone und Anschluss an ein bestehendes Bauwerk UBR sind im Regelfall so dimensioniert, dass sie sich während Abflussereignissen über dem Dimensionierungsabfluss den Belastungen anpassen. Deswegen wird das Einbaugefälle oft etwas grösser gewählt als das Grenzgegefälle für den Dimensionierungsabfluss. Durch den Erosionsprozess verschiebt sich der Rampenkopf flussaufwärts in den Bereich, der nicht durch Blöcke geschützt ist. Um dort eine erhöhte Erosion zu vermeiden, kann eine Pufferzone vorgesehen werden, die ebenfalls mit Blöcken belegt ist (Bezzola et al. 2005, Janisch et al. 2007). Die Blöcke in der Pufferzone müssen denselben Durchmesser D haben und mit derselben Belegungsdichte  wie auf der Rampe eingebaut werden, wobei das Einbaugefälle JPZ in der Pufferzone dem Sohlengefälle der Flussstrecke und nicht dem Sohlengefälle auf der Rampe entspricht (Bild 4, unten). Auf diese Weise kann sich die Rampe der hydraulischen Belastung durch leichte Erosion anpassen, ohne sofort ihre stabilisierende Wirkung im Oberwasser zu verlieren.

Wird ein bestehendes Absturzbauwerk durch eine UBR ersetzt, wird es in einigen Fällen nicht entfernt, sondern die Rampe wird direkt an das bestehende Bauwerk angeschlossen. Speziell in diesem Fall empfiehlt sich der Einbau einer Pufferzone, so dass ein nahtloser Übergang vom Absturzbauwerk auf die Rampe hergestellt werden kann. Die Gefahr eines Sohlenversatzes unmittelbar flussabwärts des Bauwerks, der zu einem Wanderhindernis werden kann, wird damit verhindert (Bezzola et al. 2005). Ein lokaler, in der Tiefe begrenzter Kolk kann sich aber aufgrund

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Bild 5. Fliessdiagramm zur Dimensionierung einer aufgelösten unstrukturierten Blockrampe (UBR). des Übergangs von zwei unterschiedlichen Rauheiten trotzdem bilden (s. angedeuteter Kolk in Bild 4, unten). In gewissem Rahmen kann der Kolk sogar positiv sein, indem er Fischen als Ruhezone dient.

•

4.

Dimensionierungskonzept Im Folgenden wird das Dimensionierungskonzept für eine UBR schrittweise erläutert. Die Schritte sind grafisch in einem Fliessdiagramm (Bild 5) dargestellt und können wie folgt zusammengefasst werden: 1. Schritt: Ermittlung der Grundlagen, Festlegen der Randbedingungen und Bestätigung der Anwendbarkeit einer UBR • Massnahmen- oder Projektziele festlegen

•

•

Grundlagen erfassen: Sohlengefälle J, Flussbreite B, charakteristische Korndurchmesser des Sohlenmaterials dc (dc = d90, falls Deckschickt vorhanden, sonst dc = dm), hydrologische Kenngrössen (z. B. HQ100 und EHQ) Randbedingungen der UBR definieren: Höhendifferenz Δh, die zu überwinden ist, gewünschtes Sohlengefälle auf der Rampe JR und daraus die Rampenlänge LR = Δh/JR (oder umgekehrt, falls die Länge vorgegeben ist: JR = Δh/LR), Dimensionierungsabfluss (QDim) Anwendbarkeit prüfen: Ist der Bau einer UBR mit dem gewählten JR möglich (JR ≤ Jmax = 3 %)? Wenn ja, weiter mit Schritt 2, wenn nicht, andere Mass-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

39

Blockrampen

nahme zur Stabilisierung der Sohle ausarbeiten 2. Schritt: Nachweis der Stabilität • Äquivalenten Kugeldurchmesser D annehmen, so dass das Verhältnis D/d90 dem gewünschten Rampenverhalten 6.5 < D/d90 < 7.4 (bzw. 6 < D/d90 < 17) entspricht • Belegungsdichte  wählen • Mit der angenommenen Parameterkombination (QDim, D/d90 und ) das Sohlengefälle im Gleichgewichtszustand JG für QDim mit den Gln. (1) und (2) abschätzen. Ist JG gleich oder grösser als JR? Wenn ja, weiter mit Schritt 3, sonst neue Parameterkombination wählen 3. Schritt: Systemanalyse • Betrachtung des Gesamtsystems: Welche Besonderheiten gibt es flussaufwärts, flussabwärts und seitlich der Rampe? Linienführung (Krümmung)?

• Mit der angenommenen Parameterkombination (QDim, D/d90 und ) die Fliesstiefe hm bei Dimensionierungsabfluss mit den Gln. (3) und (4) abschätzen. Ist hm für die betrachtete Flussstrecke tolerierbar? Welches Freibord liegt dann vor? Wenn zulässig, weiter, sonst neue Parameterkombination wählen • Uferschutz, Pufferzone usw.

4. Schritt: Ökologische Wirksamkeit • Abschätzung der Fliessgeschwindigkeiten, der Fliesstiefen und der spezifischen Leistungsdichte für Q347 und Q36. Sind sie für die Zielfischart/-en tolerierbar?

• Eine Zusammenarbeit mit Biologen und/oder Ökologen wird empfohlen 5. Schritt: Überlastfall • Abschätzung des Sohlengefälles im Gleichgewichtszustand JG und der Fliesstiefe hm für den Überlastfall (z. B. 1.5 × QDim) mit den Gln. (1), (2), (3) und (4). Was sind die Konsequenzen für das Gesamtsystem (z. B. Anschluss an Uferverbau nach einer zusätzlichen Sohleneintiefung)? Erfüllt die Rampe immer noch die Ziele? Sind JG und hm für das betrachtete Projekt tolerierbar?

Welche Prozesse sind bei einem Wasseraustritt oberhalb der Rampe zu erwarten? Wenn diese Überlegungen zeigen, dass nicht mit plötzlichem Systemversagen zu rechnen ist, kann die Dimensionierung als abgeschlossen betrachtet werden. Ist dies nicht der Fall, müssen entweder Gegenmassnahmen überlegt werden, oder es muss erneut bei Schritt 3 begonnen werden.

Blockrampen

Ein Dimensionierungsbeispiel wird in der Praxisanleitung gezeigt (Tamagni et al.

2017).

cherung. Entwurf. Merkblatt DWA M 509, DWA,

mensionierung. In: Boes, R., ed., Aufgelöste

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unstrukturierte Blockrampen – Eine Praxisan-

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leitung, VAW-Mitteilung 240, ETH Zürich.

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VAW (2007). Blockrampen: Anforderungen und

Danksagung

siology 112(A), 1–20.

Bauweisen. VAW-Mitteilung 201, Minor, H.-E.,

An dieser Stelle möchten wir uns ganz herzlich

Huet, M. (1949). Aperçu des relations entre la

ed., ETH Zürich.

bei allen bedanken, die diese Forschungsarbeit

pente et les populations piscicoles des eaux

VAW (2017). Aufgelöste unstrukturierte Block-

ermöglicht, begleitet und dazu wesentlich bei-

courantes. Revue Suisse d’Hydrologie 11(3/4),

rampen – Eine Praxisanleitung. VAW-Mitteilung

getragen haben, insbesondere bei Dr. Gian Reto

332–351.

240, Boes, R., ed., ETH Zürich.

Bezzola (BAFU), Prof. S. Pagliara (Università di

Hunziker, Zarn & Partner (2008). Blockrampen

Vogel, S. (2003). Ansätze zur Bemessung rauer

Pisa), Dr. Armin Peter (vormals Eawag), das

Normalien: Manual zur Sanierung von Abstür-

Rampen in aufgelöster Bauweise. Mitteilung

technische Team der VAW und den beteiligten

zen. Projekt Nr. A-300. HZP: Aarau.

des Instituts für Wasserwesen, Heft 88, Univer-

Masterstudenten.

Hunzinger, L., Opferkuch, F. (2017a). Aufgelöste

sität der Bundeswehr, München.

unstrukturierte Blockrampen, Ausführung. In:

Weibel, D., Peter, A. (2012). Effectiveness of dif-

Finanzierung

Boes, R., ed., Aufgelöste unstrukturierte Block-

ferent types of block ramps for fish upstream

Die Forschungsarbeit sowie die Verfassung der

rampen – Eine Praxisanleitung. VAW-Mitteilung

movement. Aquatic Science 75(2), 251–260.

Praxisanleitung wurden vom Bundesamt für

240, ETH Zürich.

Weitbrecht, V., Tamagni, S., Boes, R.M. (2016).

Umwelt (BAFU) finanziert.

Hunzinger, L., Opferkuch, F. (2017b). Aufgelöste

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unstrukturierte Blockrampen, Praxisanleitung

of Hydraulic Engineering, New York, NY, ASCE,

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Aufgelöste unstrukturierte Blockrampen, Di-

40

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Blockrampen

Praxisanleitung zur Ausführung – Kurzfassung Lukas Hunzinger, Franziska Opferkuch

Zusammenfassung Aufgelöste unstrukturierte Blockrampen aus grossen, isolierten Einzelblöcken werden in Hochwasserschutz- und Revitalisierungsprojekten vermehrt als Alternative zu klassischen Absturzbauwerken eingesetzt. Der folgende Artikel befasst sich mit ihrer baulichen Ausführung. Es werden konkrete Hinweise zu Bauablauf und Wasserhaltung gegeben und verschiedene Vorgehensweisen vorgestellt. Anschliessend werden Anforderungen an die Ausschreibung, Qualitätskontrolle, Dokumentation und das Monitoring formuliert.

Résumé Dans le cadre de projets de protection contre les crues ou de revitalisation, des rampes en enrochement non-structurées composées de blocs isolés sont de plus en plus construites comme alternative aux ouvrages de chute. L’article suivant traite de la réalisation de la construction des rampes en enrochement non-structurées. Dans la première partie, le déroulement des travaux, l’épuisement des eaux ainsi que les différentes options de réalisation sont précisés. Ensuite, les exigences de l’appel d’offres, du contrôle de la qualité, de la documentation et de la surveillance sont définis.

1.

Einleitung Aufgelöste unstrukturierte Blockrampen bestehen aus grossen, isolierten Einzelblöcken. Sie dienen als Sohlenfixpunkte, garantieren gleichzeitig die Fischdurchgängigkeit und verhalten sich bei Überlast gutmütig. Aufgrund des wirksamen Schutzes gegen Sohlenerosion und der möglichen ökologischen Aufwertung des Gewässers werden aufgelöste unstrukturierte Blockrampen (sowie auch konventionelle Blockrampen) vermehrt als eine Alternative zu klassischen Absturzbauwerken in Hochwasserschutz- und Revitalisierungsprojekten eingesetzt.

Im vorliegenden Artikel wird gezeigt, worauf bei der Bauausführung zu achten ist. Die Ausführungen stützen sich auf Erfahrungen, welche die Autoren in den letzten zehn Jahren mit dem Bau von insgesamt sechs aufgelösten Rampen an den Flüssen Simme, Fildrich und Kander gewonnen haben.

Der Artikel ist eine Kurzfassung der Publikation Hunzinger & Opferkuch 2017.

2.

Bild 1. Schematische Darstellung des Anfangszustands (oben), des Zustands nach Ausführung (Mitte) und des Endzustands (unten) einer aufgelösten unstrukturierten Blockrampe.

Bauablauf

2.1 Schütten des Rampenkörpers Zu Beginn der Ausführung wird zunächst der Rampenkörper mit Material aufgeschüttet. Dazu wird vorzugsweise Sohlenmaterial des betreffenden Gewässers oder eines Zubringers verwendet. Ist das anstehende Material zu fein für die laut Bemessung erforderliche Blockgrösse, kann das verwendete Material durch Zugabe grober Körner angereichert werden. Wird für die Zugabe gebrochenes Material verwendet, sollte dessen Anteil nicht mehr als 30 % betragen. Die neue Zusammenset-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

zung des Rampenkörpers sollte möglichst einer natürlichen Korngrössenverteilung entsprechen. Weil es jedoch schwierig ist, Material in grossen Mengen zu mischen und damit eine natürliche Korngrössenverteilung zu erreichen, wird empfohlen, eine Anreicherung nur in Ausnahmefällen vorzunehmen.

Nach der Aufschüttung wird der Rampenkörper mit einer Walze oder einem Raupenbagger verdichtet. Die Höhe des Planums wird dabei je nach Vorgehen für das Setzen der Blöcke bestimmt (Kapitel 2.2).

41

Blockrampen

2.2 Versetzen der Blöcke Nach dem Aufschütten des Rampenkörpers werden im Bereich der Rampe in regelmässigen Abständen Blöcke in die Sohle versetzt. Der Blockdurchmesser und die Belegungsdichte sind durch die Bemessung der Blockrampe vorgegeben und müssen auf die Zusammensetzung des Untergrundmaterials abgestimmt sein (Tamagni et al., 2017).

Es resultiert ein Rampenkörper mit erhöhter Sohlenlage auf der Höhe der Oberkante der Blöcke (Bild 1, Mitte). Beim ersten Hochwasserereignis nach Ausführung werden die feinen Sohlenanteile des Untergrundmaterials ausgewaschen, und auf der projektierten Endhöhe entsteht eine neue Deckschicht (Bild 1, unten).

Blöcke, welche am Fuss der Rampe zum Schutz gegen Sohlenerosion im Unterwasser gesetzt werden, werden direkt in die Sohle eingegraben. Dasselbe gilt für Blöcke, die im Oberwasser für die Sicherung bei Überlast angeordnet werden (Kapitel 2.3).

Die Rampe kann auf zwei verschiedene Arten aufgebaut werden, die im Folgenden genauer beschrieben werden. Der wichtigste Unterschied ist dabei die Höhe des Planums nach Aufschütten des Rampenkörpers.

Variante 1 – Aufsetzen der Blöcke: Das Planum wird auf der Höhe der angestrebten Sohlenlage erstellt, und die Blöcke der aufgelösten unstrukturierten Blockrampe werden einzeln auf das Planum aufgesetzt. Die Blöcke werden dabei in kleine Mulden gesetzt, um sie gut in das Planum einzubetten. Anschliessend werden die Zwischenräume der Blöcke mit dem vorgesehenen Untergrundmaterial aufgefüllt (Bild 2). Ein Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass die Anordnung der Blöcke sehr einfach kontrolliert und bei Bedarf nachgebessert werden kann. Ein Nachteil ist jedoch, dass die Rampe vor

Bild 2. Ausführung einer ausgelösten unstrukturierten Blockrampe an der Kander: Die Blöcke werden auf das Planum aufgesetzt und anschliessend mit Untergrundmaterial überschüttet.

42

dem Überschütten der Blöcke nicht mit Maschinen befahren werden kann. Ausserdem ist es schwierig, nach dem Überschütten der Blöcke das Untergrundmaterial in den Zwischenräumen zu verdichten.

Variante 2 – Eingraben der Blöcke: Das Planum wird auf der angestrebten Höhe der Oberkante der Blöcke erstellt.

Die Blöcke der aufgelösten unstrukturierten Blockrampe werden anschliessend in das Planum eingegraben (Bild 3). Die Rampe ist während der gesamten Ausführung mit Maschinen befahrbar. Ausserdem sind die Zwischenräume zwischen den Blöcken mit dieser Vorgehensweise gut verdichtet. Ein Nachteil ist jedoch der Materialüberschuss, der durch den Voraushub entsteht. Im Weiteren lassen sich die Blöcke für eine Kontrolle von Lage und Höhe weniger gut identifizieren.

stellen, kann die Rampe flussabwärts unter die bestehende Sohle verlängert werden.

2.3

Schutz vor Überlast und vor Erosion am Fuss der Rampe Die fachgerechte Bemessung und Ausführung einer Blockrampe garantiert ihre Stabilität bis zum Bemessungsabfluss. Bei Überlast verhält sich das Bauwerk gutmütig. Ein komplettes Versagen ist auch bei einer Überlastung wenig wahrscheinlich.

Es können jedoch einzelne Blöcke abrollen oder einsinken, oder das Gefälle der Rampe kann sich abflachen (Tamagni et al., 2007).

Zum Schutz vor Überlast kann die Blockrampe im Oberwasser durch zusätzliche Blockreihen ergänzt werden. Die Blöcke müssen so angeordnet werden, dass die hydraulischen Bedingungen oberhalb der Blöcke gegenüber dem Zustand vor Bau der Rampe nicht verändert werden.

Durch die zusätzlichen Blöcke im Oberwasser kann die Blockrampe auch bei einer Abflachung bei Überlast ihre Funktion weiterhin erfüllen.

Um die Stabilität der Rampe bei Sohlenerosion im Unterwasser sicherzu-

2.5 Anschluss an die Ufersicherung Um den Anschluss der Blockrampe an die Ufersicherung zu gewährleisten, wird immer zuerst die Ufersicherung erstellt.

Erst dann werden die Blöcke der Rampe versetzt (Bild 4). Die Blöcke können an den Uferschutz anlehnen, sie müssen sich aber bewegen können, ohne die Blöcke des Uferschutzes zu tangieren. Dieser könnte sonst aufgelockert und beschädigt werden.

Bild 3. Ausführung einer aufgelösten unstrukturierten Blockrampe an der Simme in St. Stephan: Die Blöcke werden in das Planum eingegraben.

Bild 4. Anschluss der aufgelösten unstrukturierten Blockrampe an die Ufersicherung: Die Ufersicherung wird zuerst erstellt, dann werden die Blöcke der Rampe versetzt (Kander).

2.4

Belegungsdichte und Anordnung der Blöcke Die in der Bemessung definierte Belegungsdichte entspricht in der Regel der minimalen Belegung, welche erforderlich ist, um die Stabilität der Deckschicht zu garantieren. Die Blöcke einer aufgelösten unstrukturierten Blockrampe werden nach Definition isoliert und zufällig über die Rampenfläche verteilt (Tamagni et al., 2017). Eine zufällige Verteilung lässt sich auf der Baustelle jedoch schlecht anleiten.

Eine Alternative zur zufälligen Verteilung der Blöcke ist das Einsetzen der Blöcke im Schachbrettmuster, sodass keine geradlinigen freien Fliessstrecken in Fliessrichtung auftreten.

2.6 Wasserhaltung Für die Wasserhaltung während der Ausführung der aufgelösten unstrukturierten Blockrampe werden im Folgenden drei verschiedene Vorgehensweisen beschrieben: • Option 1 – Erddamm: Ein Erddamm wird im Gerinne aufgeschüttet (Bild 5) und das Wasser auf einem Teil der Flussbreite abgeleitet. Die andere Hälfte wird dadurch trockengelegt.

Nachdem die erste Hälfte der Blockrampe fertiggestellt ist, wird das Was-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Blockrampen Bild 5. Aufschütten eines Erddamms in der Mitte des Gerinnes.

Das Wasser wird auf einem Teil der Flussbreite abgeleitet. Die Blockrampe wird in zwei Etappen ausgeführt.

Bild 6. Einbringen einer Spundwand. Das Wasser wird auf einem Teil der Flussbreite abgeleitet. Die Blockrampe wird in zwei Etappen ausgeführt.

Bild 7. Ableitung des Wassers in einem Umleitgerinne.

•

•

ser über diesen Teil umgeleitet und die Blockrampe auf der zweiten Hälfte fertiggestellt (Bild 5, unten). Der Erddamm muss dafür versetzt werden. Um den Anschluss der zweiten Blockrampenhälfte an die erste Hälfte sicherzustellen, werden die Blockreihen am Ufer markiert und Blockoberkanten mit Farbe markiert.

Option 2 – Spundwand: Eine weitere Möglichkeit der Wasserhaltung ist das Einbringen einer Spundwand in der Gerinnemitte (Bild 6). Ähnlich wie bei Option 1 wird die Rampe schrittweise erstellt. Die Blöcke in der Gerinnemitte werden erst dann gesetzt, wenn die Spundwandelemente gezogen werden. Nach Fertigstellung der Blockrampe auf der zweiten Flusshälfte werden die Larssen Schritt für Schritt entfernt und wird jeweils ein Block an die Stelle der Spundwand gesetzt. Dabei wird vom unteren Ende der Rampe an flussaufwärts gearbeitet.

Option 3 – Umleitgerinne: Eine dritte Option ist der Bau eines Umleitgerinnes und die Umleitung des gesamten Wassers (Bild 7). Voraussetzung für ein Umleitgerinne ist eine geringe Risikowassermenge. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass durch das Umleiten des Wassers die Baustelle kom-

plett im Trockenen liegt und so ein rascher Baufortschritt gewährleistet werden kann.

3.

Ausschreibung Eine Ausschreibung zur Ausführung einer aufgelösten unstrukturierten Blockrampe sollte folgende Anforderungen erfüllen: • Bereits in der Projektierungsphase sollte die Materialquelle des Schüttmaterials festgelegt werden. Nach Möglichkeit sollte Flusskies verwendet werden. Die Toleranz für die Korngrössenzusammensetzung erschliesst sich aus der Bemessung (Tamagni et al., 2017). Sie muss in der Ausschreibung festgelegt sein.

• Die Streuung der Blockgewichte sollte maximal ± 0.25 t betragen.

• In der Ausschreibung muss festgelegt werden, welche Qualitätskontrollen vor und während des Baus vergütet werden und welche Qualitätskontrollen zulasten der Unternehmung gehen.

• Um eine hohe Qualität zu gewährleisten, sollte das Qualitätsbewusstsein der Unternehmung hoch gewichtet werden.

4.

Bauzeiten Die Bauzeiten für den Bau aufgelöster unstrukturierter Blockrampen können je nach Rahmenbedingungen stark variie-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

ren (erfahrungsgemäss 40–150 m2/Tag).

Die effektive Bauzeit hängt unter anderem davon ab, welcher Aufwand für die Wasserhaltung betrieben werden muss, ob zwei Maschinen gleichzeitig im Einsatz stehen können (Platzverhältnisse) und ob für den Rampenkörper Material gemischt werden muss oder nicht. Bei Blockrampen in breiten Flüssen ist der Baufortschritt (in m2/Tag) in der Regel grösser als bei kleineren und mittleren Gewässern.

5.

Qualitätskontrolle Verschiedene Kontrollen sollen vor und während des Baus durchgeführt werden, um die Qualität der Ausführung einer aufgelösten unstrukturierten Blockrampe zu gewährleisten.

Um die Zusammensetzung des Untergrundmaterials zu kontrollieren, muss eine Siebanalyse durchgeführt werden.

Dafür werden an verschiedenen Standorten Volumenproben des Untergrunds entnommen und die grobe Fraktion wird noch vor Ort ausgesiebt (Bild 8). Die Korngrössenverteilung der groben Fraktion wird mit Hilfe einer Volumenzahlanalyse bestimmt. Der Feinanteil der Probe kann in einem Baustofflabor ausgesiebt werden.

Das Probevolumen muss genügend gross sein, so dass die groben Komponenten gut repräsentiert sind. Als Grundregel gilt für das Probevolumen: VProbe [m3] ≥ 2.5 dmax [m], wobei dmax der grösste zu erwartende Korndurchmesser des Untergrundmaterials ist.

Je nach tatsächlicher Zusammensetzung des Untergrundmaterials können das Rampengefälle und die Belegungsdichte auf der Rampe aus der Projektierung übernommen werden oder müssen neu bestimmt werden. Unter Umständen 43

Blockrampen

Bild 8. Siebanalyse des Untergrundmaterials (Simme, Bäuertweidli), Aussieben der groben Komponenten. muss das zur Schüttung des Rampenkörpers vorgesehene Material zurückgewiesen werden. Bei der Kontrolle des Untergrundmaterials ist deshalb eine enge Zusammenarbeit zwischen der örtlichen Bauleitung und dem Verfasser/der Verfasserin des Projekts besonders wichtig.

Weitere Qualitätskontrollen umfassen die Kontrolle der Höhenlage des Planums und der Positionierung der Blöcke (Bild 9). Die verwendeten Blockgrössen können entweder durch Wiegen beim Lieferanten oder auf der Baustelle kontrolliert werden.

Die hier beschriebenen Qualitätskontrollen erfordern eine regelmässige Präsenz der örtlichen Bauleitung auf der Baustelle.

6.

Dokumentation Die Dokumentation der ausgeführten Arbeiten ist ein wichtiger Bestandteil der Bauwerksdokumentation. Bei etwaigen Schadensfällen dient die Dokumentation der Beweissicherung. Dabei sind vor allem diejenigen Grössen von Interesse, die die Stabilität der aufgelösten unstrukturierten Blockrampe gewährleisten. Die Dokumentation des ausgeführten Bauwerks sollte daher mindestens folgende Punkte beinhalten:

44

• • • • 7.

Bild 9. Kontrolle der Positionierung der Blöcke (Simme, Latterbach).

Siebkurven des anstehenden und des eingebauten Materials Verwendete Blockgrössen auf der Blockrampe Belegungsdichte in Blöcke/m2 Position und Einbauhöhe der Blöcke

Monitoring und Nachbesserung Eine aufgelöste unstrukturierte Blockrampe ist ein unterhaltsarmes Bauwerk.

Ein regelmässiger Unterhalt des Bauwerks ist nicht notwendig, jedoch müssen nach einer Überlastung der Rampe möglicherweise einzelne Blöcke neu positioniert werden. Um die Rampenstabilität langfristig zu gewährleisten, ist ein regelmässiges Monitoring zu empfehlen. Das Monitoring kann in Form von Kontrollen der Blockrampen nach Belastung mit Hochwassern durchgeführt werden. Folgende Punkte sollten dabei kontrolliert werden: • Kontrolle der Veränderung der Lage der Blöcke: Vermessung von Position und Höhenlage der Blöcke und Vergleich zu den Lagen bei Ausführung.

• Kontrolle der Veränderung der Sohlenlage in Ober- und Unterwasser.

Im Bedarfsfall müssen Nachbesserungen an aufgelösten unstrukturierten Blockrampen durchgeführt werden. Mögliche Mass-

nahmen zur Nachbesserung einer Rampe sind die Neupositionierung von Blöcken, das Ergänzen der Rampe im Ober- oder Unterwasser oder das Verkürzen der Rampe. In Einzelfällen ist auch eine Erhöhung der Belegungsdichte möglich.

Dank Die Recherchen zu dieser Publikation wurde vom Bundesamt für Umwelt unterstützt.

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unstrukturierte

Blockrampen,

Praxisanleitung zur Dimensionierung – Kurzfassung. «Wasser Energie Luft» 109(1), 33–40.

Anschrift der Verfasser Dr. Lukas Hunzinger, Franziska Opferkuch Flussbau AG SAH, Schwarztorstrasse 7, CH-3007 Bern lukas.hunzinger@flussbau.ch franziska.opferkuch@flussbau.ch

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Euro-Climhist: eine Datenplattform der Universität Bern zur Witterungs-, Klimaund Katastrophengeschichte Christian Pfister, Christian Rohr, Antoine Jover

Zusammenfassung Bei der Erstellung der Gefahrenkataster und -karten zur Umsetzung der Wald- und Wasserbaugesetzgebung spielt die Kenntnis von vor- und frühinstrumentellen Extremereignissen eine zentrale Rolle. Die Witterungs- und Klimageschichte dokumentiert die natürliche Klimavariabilität vor dem Einsetzen der globalen Erwärmung, nicht zuletzt sehr seltene Extremereignisse mit potenziell verheerender Wirkung. Die Datenplattform Euro-Climhist enthält mehr als 160 000 einschlägige Daten zum Themenbereich Witterung und Klima sowie zu deren Auswirkungen auf Menschen und Gesellschaften aus Archiven der Natur und der Gesellschaft für die Zeit seit 1501. Sie ist in Form von regionalen Modulen gegliedert, wobei vorerst jenes für die Schweiz zur Verfügung steht. Erstmals erlaubt es Euro-Climhist, verschiedene Datentypen wie Klimazeiger (z. B. Baumringe oder Weinlesedaten) unmittelbar mit zeitgleichen Witterungsbeschreibungen zu vergleichen oder bei vorinstrumentellen Überschwemmungen die klimatische Disposition und die auslösende Wetterlage abzuschätzen.

Das Konzept ist in inhaltlicher, räumlicher und sprachlicher Hinsicht anpassungsfähig.

1.

Eine umfassende Zielsetzung Der tief greifende Klimawandel in den letzten 150 Jahren ist unbestritten. Eindrücklich tritt er in der Gegenüberstellung der beiden Fotografien des Rhonegletschers um 1856 bzw. 2009 in Erscheinung (vgl.

Bilder 1 und 2).

Die Öffentlichkeit nimmt von Naturkräften nur dann Notiz, wenn diese die tägliche Routine stören. Bei länger anhaltenden extremen Wetterlagen oder Katastrophen stellen die zuständigen Wissenschaften oder Institutionen das Ereignis in einen grösseren Zusammenhang, was eine Rückschau voraussetzt. Die Witterungs-

Bild 1. Um 1856 füllte der Rhonegletscher die Talebene bei Gletsch mit seinem gewaltigen Eiskuchen vollständig aus.

Damals erreichte er nahezu den historischen Maximalstand von 1602 (Foto: Alexandre Pierre Bertrand 1856).

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

und Klimageschichte ist mehr als ein akademischer Spielplatz. Bei der Erstellung der Gefahrenkataster und -karten zur Umsetzung der Wald- und Wasserbaugesetzgebung spielt die Dokumentation von vor- und frühinstrumentellen Extremereignissen, etwa extremen Hoch- und Niedrigwassern am Rhein und seinen Zuflüssen (Pfister 2012; Wetter 2012), schweiz- und europaweit eine zentrale Rolle. Nicht zuletzt dokumentiert die Klimageschichte die natürliche Klimavariabilität vor dem Einsetzen der globalen Erwärmung, namentlich sehr seltene Extremereignisse mit potenziell verheerender Wirkung wie die zehnmonatige europaweite Dürreperiode im Jahr 1540 (Wetter et al. 2014; Orth et al. 2016). Wirtschaftsund sozialgeschichtlich bedeutsam sind die Auswirkungen auf die Nahrungsmittelpreise und die Lebenshaltungskosten. Kulturgeschichtlich aufschlussreich ist es, wie vergangene Generationen die Witterung und ihre Auswirkungen wahrgenommen und gedeutet haben bzw. welche präventiven Massnahmen sie getroffen haben.

Bild 2. Heute ist der Rhonegletscher so weit zurückgeschmolzen, dass er vom Tal aus nicht mehr zu sehen ist. Ende des Jahrhunderts wird er völlig abgeschmolzen sein (Foto: Samuel Nussbaumer, 22. Juli 2009).

45

Die einschlägigen institutionellen Datenbanken sind thematisch zersplittert und reichen zeitlich unterschiedlich weit zurück. Ab 1864 werden Wetter und Klima von MeteoSchweiz dokumentiert, ab 1972 Hochwasser und Murgänge von der Eidg.

Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL), ab dem Winter 1936/37 Lawinen vom WSL-Institut für Schneeund Lawinenforschung SLF, in Davos.

Die Datenbank Euro-Climhist (http://www.euroclimhist.unibe.ch/de/) verfolgt das Ziel, einschlägige Daten zum Themenbereich Witterung und Klima aus Archiven der Natur und der Gesellschaft raumzeitlich zu dokumentieren. Erstmals erlaubt es Euro-Climhist, verschiedene Datentypen wie Klimazeiger (z. B. Baumringe oder Weinlesedaten) unmittelbar mit zeitgleichen Witterungsbeschreibungen zu vergleichen oder bei vorinstrumentellen Überschwemmungen die klimatische Disposition und die auslösende Wetterlage abzuschätzen. Alle Kalenderdaten sind auf den heute verwendeten Gregorianischen Kalender umgerechnet. Zur Qualitätskontrolle wird grafisch zwischen zeitgenössischen erstklassigen und nicht zeitgenössischen zweitklassigen Angaben unterschieden.

1. Ebene Deskriptive Daten

2. Ebene Witterung

2.

Ein flexibles Konzept Der Name Euro-Climhist ist zugleich Überlieferung und Programm. Eine erste Datenbank namens Euro-Climhist wurde 1992–1994 im Rahmen eines Projekts der «European Science Foundation» zur Untersuchung der europäischen Witterung im Zeitfenster 1675–1715 aufgebaut (Pfister et al. 1994), in dem sich kalte Extreme als Folge einer schwächeren Sonnenaktivität häuften.

Seit 2010 wird Euro-Climhist im Auftrag des Bundesrates durch das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz im Rahmen des globalen Klima-Beobachtungssystems GCOS (www.meteoschweiz.admin.ch) langfristig mitfinanziert. Die heutige Internetversion in Form von regionalen Modulen wurde von 2011 an aufgebaut. 2015 ging als erstes das Modul Schweiz online, das in Deutsch, Französisch, Italienisch und Englisch angeboten wird (http://www.euroclimhist. unibe.ch/de/). Weitere Sprachversionen können ohne grossen Aufwand implementiert werden. Das Modul diente als Pilotprojekt zur Erarbeitung einer problemadäquaten Methodik in Wechselwirkung mit einer benutzerfreundlichen Software.

Der Zugang ist öffentlich und kostenlos.

Detailergebnisse sind Angehörigen von

3. Ebene Meteorologische Schäden

4. Ebene Sturm Hagel Gewitter Sturmflut Überschwemmung

Klimatologische Schäden Naturgefahren Messreihen Proxy Daten Wirtschaftsdaten Soziopolitische Daten Indizes

Tabelle 1. Das Kategorienschema von Euro-Climhist. Basiskategorien und Feingliederung der Unterkategorie «Meteorologisch bedingte Schäden».

CAT Deskriptive Daten

CAT

CAT

CAT

COMP

Witterung Meteorologische Schäden Sturm

Gebäude

Messreihen Niederschlag Tage mit Niederschlag Nass Proxy Daten Phänologie Obstbäume blühen Birnen Früh

Tabelle 2. Beispiele für die Erweiterung des Kategorienschemas durch das Ergänzungselement COMP. 46

Wissenschaft, Schulen und Medien sowie internen und externen Mitarbeitenden vorbehalten. Weitere regionale Module sollen unter Leitung regionaler Arbeitsgruppen entstehen. In Arbeit ist das Modul Mittelalter unter Leitung von Christian Rohr und Chantal Camenisch, Universität Bern. Es umfasst europaweit Daten aus der Zeit vor 1501. Regionale Module machen in dieser Periode wenig Sinn, weil zum einen die Dokumentation zu wenig dicht ist und sich zum anderen historische Territorialeinheiten nur in den wenigsten Fällen mit modernen decken. Zudem ist ein gesamteuropäisches Übersichtsmodul ab 1501 mit saisonalen und ab dem späten 17. Jahrhundert auch monatlichen Wetterkarten für Europa in Vorbereitung, das von Jürg Luterbacher (Universität Giessen) geleitet wird.

Das Kategorienschema (Tabelle 1) umfasst die Gesamtheit der in Abschnitt 1 erwähnten Themenbereiche.

Die «Wirtschaftsdaten» umfassen zurzeit Angaben zur Grösse der landwirtschaftlichen Produktion sowie Nahrungsmittelpreise; die soziopolitischen Daten beschreiben adaptive Massnahmen zur Krisenbekämpfung. Unter der Kategorie (Temperatur und Niederschlags-)Indizes werden Klassifizierungen der vorinstrumentellen Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse auf einer Skala von –3 (extrem kalt) bis +3 (extrem heiss) bzw.

–3 (extrem trocken) bis +3 (extrem feucht) verstanden (Pfister 1999:46). Die Daten können in beliebigen Kombinationen abgefragt werden.

Das Kategorienschema kann bei Bedarf erweitert werden, aus Gründen der Übersichtlichkeit allerdings nur in begrenztem Umfang. Zur differenzierteren Codierung von Ereignissen wurde deshalb ein individuell adaptierbares Ergänzungselement COMP geschaffen (vgl. Tabelle 2).

Einerseits dienen die Ergänzungselemente dazu, Beschreibungen der Witterung und ihrer Folgen näher zu charakterisieren, etwa die Auswirkungen von Naturgefahren wie Stürmen oder die Tragfähigkeit des Eises auf gefrorenen Seen, und zwar in fast unbeschränktem Umfang. Alle Ergänzungselemente werden in die vier Datenbanksprachen übersetzt. In den meisten Fällen entfallen damit die Bemühungen um sprachlich oft schwer verständliche, halbmundartliche oder fremdsprachliche Originalquellen, die sich für Aussenstehende nur mit grossem Aufwand übersetzen liessen.

Andererseits erlaubt es COMP, quantitative Daten, etwa die monatliche Häufigkeit von Niederschlagstagen oder

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

den phänologischen Zeitpunkt der Birnenblüte, nach statistischen Kriterien in sprachlicher Form zu bewerten. Die Vergleichsbasis für Bewertungen ist stets die Periode 1901–1960. Die mittlerweile über 500 Elemente lassen sich ohne grossen Aufwand erweitern. Allerdings kann COMP vorläufig noch nicht abgefragt werden.

Räumlich werden die Daten einerseits nach der administrativen Gliederung (Kantone, Gemeinden, Ortschaften), andererseits nach geografischen Raumeinheiten (Flüsse, Bäche, Seen, Gletscher, Täler, Berggipfel, Pässe, Wälder usw.) verortet und kartografisch dargestellt.

Weitere Typen wie Wüste, Insel, Meeresteil etc. können bei Bedarf leicht für zukünftige Module definiert werden.

Daneben können historische und bestehende Regionen, in Grenznähe auch länderübergreifend (wie z. B. die Regio Basiliensis), definiert werden. Das Schema lässt sich problemlos um deutsche Landkreise (Bundesländer als Hauptgliederungsbereich sind zu gross, lassen sich aber als solche abfragen), französische Departements oder italienische Provinzen erweitern.

Abfragen sind entweder nach Themen oder nach derzeit 60 Zeitreihen möglich. Letztere umfassen jeweils gleichartige Elemente, beispielsweise monatliche Witterungsberichte (1760 bis vorläufig 1890), die örtliche Anzahl der Tage mit Niederschlag, den Zeitpunkt der Getreideernte im Mittelland, die Überschwemmungen des Lago Maggiore, die Auftaudaten des St. Moritzersees (Livingstone 2000) oder die homogenisierten Getreidepreise in Zürich seit 1540 (Studer 2015).

3.

Ein vielfältiges Datenmaterial Das Modul Schweiz umfasst für den Zeitraum seit 1501 derzeit rund 160 000 Daten.

Vom Entstehungszusammenhang her sind vier verschiedene Datentypen zu unterscheiden: • Chronikalische Daten: Zeitgenössische Beobachter beschreiben die Witterung in Worten, manchmal von Tag zu Tag. Häufig erwähnen sie die Schädigung von Kulturen und Infrastruktur durch Extremereignisse, gelegentlich auch präventive Massnahmen von Behörden und Haushalten. Bei der Auswahl der Ereignisse, weniger bei deren Bewertung, sind Chronisten in der Regel subjektiv (Pfister 1999). Eine zuverlässige Rekonstruktion von Extremereignissen sollte sich deshalb auf mehrere unabhängige Beobach-

Kategorie Tägliche deskriptive Wetterbeobachtungen Messreihen und serielle Witterungsdaten Übrige deskriptive Daten Phänologische Beobachtungen Temperatur- und Niederschlagsindizes Schadenereignisse und Naturgefahren Eis- und Schneeereignisse Wirtschaftsdaten Übrige Total

N 86 413 30 895 9624 7681 7536 5609 4715 3136 93 155 702

% 55 20 6 5 5 4 3 2 100

Tabelle 3. Euro-Climhist nach Kategorien (Stand 26. November 2015).

Raumelemente Nordostschweiz: Kantone ZH, SH, SG, TG, AI, AR Kantone Bern und Luzern Nordwestschweiz: Kantone AG, BS, BL, SO Westschweiz: Kantone GE, VD, NE, JU, FR Regionen (kantons- und länderübergreifende Raumstrukturen) Gewässer, Berge, Täler, Gletscher, Pässe, Wälder Zentralschweiz: Kantone UR, SZ ,OW, NW, ZG, GL Kantone Wallis, Tessin, Graubünden Nachbarländer Total

N 49 074 33 151 27 119 19 620 10 884 7468 3816 3017 1553 155 702

% 32 21 18 13 7 5 2 2 <1 100

Tabelle 4. Euro-Climhist nach Raumstrukturen (Stand 26. November 2015). tungen stützen.

Akten von kirchlichen oder politischen Behörden können jährlich wiederkehrende Ereignisse enthalten, etwa Temperaturzeiger wie den Zeitpunkt der Weinlese. Die Ergebnisse in Form langer Reihen können statistisch ausgewertet werden.

• Frühinstrumentelle Messungen: Vor der Schaffung des staatlichen Messnetzes im Jahre 1864 sind vereinzelte Niederschlagsmessungen (Zürich) vom frühen 18. Jahrhundert an greifbar, Temperaturmessungen verbreitet dann von den 1760er-Jahren an.

• Messwerte der heutigen MeteoSchweiz (ab 1864): Sie dürfen aufgrund des geltenden Meteo-Gesetzes nicht öffentlich angeboten werden. Für wissenschaftliche Zielsetzungen steht als Datenportal für Lehre und Forschung IDAWEB (www.meteoschweiz. admin.ch) unentgeltlich zur Verfügung.

Private müssen die Daten durch MeteoSchweiz beziehen. In Euro-Climhist wird die Grössenordnung numerischer Werte in Worten angegeben, bezogen auf die Periode 1901–1960.

Tägliche Wetterbeobachtungen machen den Löwenanteil aus. Messreihen und serielle Witterungsdaten (z. B. Tage mit Niederschlag) stehen an zweiter Stelle. Dahinter folgen die übrigen deskriptiven Daten, pflanzen- und tierphänologische Daten, Witterungsschäden und Naturgefahren, Eis- und Schnee sowie Wirt•

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Periode 1501–1550 1551–1600 1601–1650 1651–1700 1701-1750 1751–1800 1801–1850 1851–1900 1901–1950 1951–2000 2001–2012

N 1805 14041 6596 12728 30747 27198 29749 12964 8222 7310 1557

% 1 9 5 8 20 18 19 8 6 5 1

Tabelle 5. Euro-Climhist nach Fünfzigjahresperioden (Stand 26. November 2015). schaftsdaten (z. B. Grösse der Getreide-, Wein- und Obsternten sowie Lebensmittel-, meistens Getreidepreise) (Pfister, Rohr 2015).

Verhältnismässig am meisten Daten stammen aus der Nordostschweiz, gefolgt von den Kantonen Bern und Luzern, der Nordwestschweiz und der Westschweiz, aus denen die meisten täglichen Wetterbeobachtungen und langen Messreihen erhalten sind. Für die Zentralschweiz sowie Graubünden, Wallis und Tessin liegen vor allem Berichte über Naturkatastrophen vor. Kaum vertreten sind derzeit noch die Kantone Waadt und Freiburg (Pfister, Rohr 2015).

Die numerische Bedeutung der täglichen Beobachtungen, der langen Messreihen und der seriellen Witterungsdaten wird vor allem bei einem Blick auf 47

1629 Feb. Sturmschäden: Gebäude / Raum Zürichsee / Q: Escher, Zürich-See* 1629 Feb. 1.–10. Sturmschäden: Gebäude / Fischingen (TG) (613 m) / Q: Brunschwiler, Diarium 1629 Feb. 1.–10. Sturmschäden: Gebäude / Bern (BE) (540 m) / Q: Küpfer, Tagebuch 1629 Feb. 1.–10. Sturmschäden: Gebäude / Stein am Rhein (ZH) (402 m) / Q: Vetter, Chronik* 1629 Feb. 1.–10. Sturmschäden: Gebäude / Winterthur (ZH) (439 m) / Q: Graf, Chronik 1629 Feb. Sturmschäden: Gebäude / Zürich (ZH) (408 m) / Q: Steiner, Chronik 1629 Feb. Sturmschäden: Gebäude / Fischingen (TG) (613 m) / Q: Brunschwiler, Diarium 1633 Jan. 11.–20. Sturmschäden: Gebäude / Fischingen (TG) (613 m) / Q:Brunschwiler, Diarium 1633 Jan, 11.–20. Sturmschäden: Wald / Zürich (ZH) (408 m) / Q:Steiner, Chronik 1633 Jan. 21.–31. Sturmschäden: Gebäude / Winterthur (ZH) (439 m) / Q: Graf, Chronik 1645 Jan. 21.–31. Sturmschäden: Gebäude / Raum Zürichsee / Q: Escher, Zürich-See* 1645 Jan. 21.–31. Sturmschäden: Gebäude / St. Gallen (SG) (670 m) / Q: Kessler, Begebenheiten* 1645 Jan. 21.–31. Sturmschäden: Gebäude / Solothurn (SO) (432 m) / Q: Haffner, Schaw-Platz 1645 Jan. 21.–31. Sturmschäden: Gebäude / Zürich (ZH) (408 m) / Q: Steiner, Chronik 1645 Jan, 29. Sturmschäden: Fenster zerschlagen / Genf (GE) (383 m) / Q: Roset, Chroniques_ Genève*

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Wetter, Oliver: Hochwasser-«Katastrophen» in

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Tabelle 6. Winterstürme mit Gebäudeschäden 1629–1645.

tion, Deutung und Lerneffekte. In: Schweizerisches Jahrbuch für Wirtschafts- und Sozialge-

die zeitliche Entwicklung der Datenmenge nach Fünfzigjahresperioden deutlich. Die Daten erreichen ein Maximum im 18. Jahrhundert. Für die Periode nach 1864 sind nur noch wenige lange Reihen eingeschlossen (Pfister, Rohr 2015).

4.

Ein Beispiel: Schwere Winterstürme von 1629 bis 1645 Drei schwere Winterstürme mit Gebäudeschäden sind in den 17 Jahren zwischen 1629 und 1645 dokumentiert (Tabelle 6).

In der Ergebnisliste sind Berichte aus zehn zeitgenössischen und drei unzeitgenössischen Quellen aufgeführt. Die bibliografischen Nachweise und die einzelnen Quellenbelege im Wortlaut können per Mausklick angezeigt werden. Der Wintersturm «Gerd» vom 29. Januar 1645 (benannt nach dem Tagesheiligen) ist das stärkste im 17. Jahrhundert in der Schweiz dokumentierte Sturmereignis. Nach der für 1645 unzeitgenössischen Chronik von Michel Roset zerschlug der Orkan in Genf die Fenster der Kathedrale, worauf die Gläubigen in Panik aus dem Gottesdienst flohen. Der Druck des Westwinds staute den Genfersee so stark zurück, dass die Schiffsmühlen beim Ausfluss in die Rhone wiederholt rückwärts liefen.

5.

Fazit Anhand der Datenbank Euro-Climhist lässt sich eine Vielzahl von Daten zum Themenbereich Witterung und Klima sowie zu deren Auswirkungen auf Menschen und Gesellschaften unmittelbar vergleichen. Eine problemadäquate Methodik und Software wurde anhand des Moduls Schweiz (1501–2015) erarbeitet. Der modulare Aufbau erlaubt die Erweiterung auf

48

andere Räume und das Mittelalter. Mit Blick auf die zu erwartenden Erweiterungen ist das Konzept anpassungsfähig, und zwar in inhaltlicher, räumlicher und sprachlicher Hinsicht. So wird es möglich sein, wetter- und klimageschichtliche Daten auf mehreren zeitlichen Ebenen bereitzustellen, wie dies für das Verständnis von Wechselwirkungen zwischen Mensch und Klima erforderlich ist.

schichte 27 (2012): 47–64.

Wetter, Oliver; Pfister, Christian; Werner, Johannes P.; Zorita, Eduardo; Wagner, Sebastian, Seneviratne, Sonia I.; Herget, Jürgen; Grünewald, Uwe; Luterbacher, Jürg; Alcoforado, Maria-Joao; Barriendos, Mariano; Bieber, Ursula; Brázdil, Rudolf; Burmeister, Karl Heinz; Camenisch, Chantal; Contino, Antonio; Dobrovolný, Petr; Glaser, Rüdiger; Himmelsbach, Iso; Kiss, Andrea; Kotyza, Oldřich; Labbé, Thomas; Limanówka, Danuta; Litzenburger, Laurent;

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«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Antike Hydrotechnik oder «konnte man früher auch was mit Wasser ?»

Robert Widmer

Zusammenfassung: Dank modernen Computern und ausgefeilten Programmen sind wir heute in der Lage, Flussläufe zu modellieren, Wirbelstrassen zu beschreiben und komplexe hydraulische Aufgaben zu lösen. Wir können Wasser mit einer Fallhöhe von fast 2000 m turbinieren, haben Drücke und Wassermengen sicher im Griff und stellen damit zuverlässig elektrische Energie her. Die hydraulischen Grundlagen dazu stammen vorwiegend aus dem späten Mittelalter. Zum Beispiel der Satz von Bernoulli (1740), die Energieverluste nach Darcy (1860), die Zahl nach Reynolds (1880), um nur einige zu nennen.

Nicht zu vergessen ist natürlich die Erkenntnis über den Auftrieb nach dem Griechen Archimedes (ca. 230 v. Chr.). Über hydraulische Bauwerke der Antike überliefert uns die Geschichte jedoch sehr wenig. Zweifellos wurde schon damals Wasser vielfältig genutzt, sei es als Trinkwasser oder für die Bewässerung von Feldern. Der Mensch war und ist mit dem Wasser sehr eng verbunden. Wenn sich die gängige Geschichte über antike Hydrotechnik äussert, dann wird vorwiegend von Katastrophen und Unglücken berichtet.

Auf Wikipedia sind lange Listen davon vorhanden. Man hält es kaum für möglich, aber die grösste Wasserhaltung war im antiken Ägypten, und ein Staudamm welcher über 1000 Jahren in Betreib war, stand im Jemen. Im folgenden Artikel wird anhand dieser beiden Beispielen veranschaulicht, dass man in der Antike sehr wohl das Wasser zu nutzen wusste und auch in den angliederten Disziplinen wie Dammbau oder Betrieb der Anlagen etwas verstand. Der Damm «Sadd el-Kafara» in Ägypten oder der Damm in der Nähe der jemenitischen Stadt Ma’rib sind leuchtende Beispiele dafür. Die Geschichtsschreibung darf kritisch hinterfragt werden. Sie ist zum Teil lückenhaft oder greift zu kurz, weil der bautechnische und hydraulische Aspekt oft vernachlässigt wird.

Wenn wir an antike hydraulische Bauten denken, so kommen uns meistens der «Pont du Gard» in Frankreich oder die Wasserversorgung des antiken Roms in den Sinn. Der «Pont du Gard» selbst ist ein überaus schönes und imposantes Bauwerk. Er ist jedoch nur ein Teil eines grossartigen Trinkwasserversorgungssystems.

Das Quellwasser aus der Region des heutigen Uzès wird über eine Distanz von rund 50 km Länge in die römische Stadt Nimes transportiert. In der Stadt Rom lebten bereits vor über 2000 Jahren circa eine Million Menschen – dass dies ein entsprechendes Frisch- und Abwassersystem benötigte, versteht sich von selbst. Der «Curator aquarum» Sextus Julius Frontinus berichtet schon im Jahr 97 n. Chr. von den enormen Kosten und Aufwendungen, die für den zuverlässigen Betrieb und den Erhalt des Werkes notwendig waren.

Ein erstes interessantes Beispiel von antiker Hydrotechnik ist südlich von

Kairo in Ägypten. Das ägyptische Reich besass zweifellos eine Hochkultur. Über viele Jahrhunderte lebte die Gesellschaft harmonisch mit und vom Fluss Nil und dessen jährliche Hochwasser. Die Ägypter hatten Wohlstand, Kultur, grosses Wissen und Geld. Doch gerade im mittleren Reich wird von einem Unglück im Zusammenhang mit einem Staudamm berichtet. Es handelt sich um den Erddamm von Sadd el-Kafara. Landläufig gilt sie als die «älteste Talsperre der Welt». Sie lag am Ende des Wadis (Trockental) Garawi und ist rund 30 km südlich des heutigen Grossraums Kairo entfernt. Die Bauzeit des Dammes ist nicht genau dokumentiert. Sie wird auf acht bis zehn Jahre geschätzt und soll zwischen 2600 und 2500 v. Chr. stattgefunden haben. Von den Einheimischen wird er «Damm der Ungläubigen» oder «Damm der Heiden» genannt. Dies kann einerseits daher rühren, dass die Errichtung aus vorislamischer Zeit stammt und er somit von

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

«Ungläubigen» errichtet wurde oder auch daher, dass das fertig erstellte Bauwerk derartig grossartig und überwältigend war, dass es kaum zu glauben war. Aus den wenigen historischen Quellen entnimmt man, dass der Damm kurz vor der Fertigstellung oder kurz danach überschwemmt und zerstört wurde. Er wurde nicht mehr instand gestellt. Was war geschehen? Waren die Ägypter leichtsinnig, Pfuscher, hatten sie nur Pech und keinen Mut mehr für einen Wiederaufbau? Über den Zweck des Bauwerkes sind mehrere undifferenzierte Thesen bekannt. Der Entdecker Georg Schweinfurth notierte im Jahre 1885 die Vermutung, dass es sich um ein Rückhaltebecken für Wasser der regenreichen Winter für die trockenen Sommer handeln könnte. Eine These beschreibt, dass der Damm zum Hochwasserschutz des Niltales gedacht war, eine weitere, dass er zum Schutz der Nekropole Dahschur gewesen sein soll. Diese Totenstätte besteht aus 22 kleineren und grösseren Pyramiden.

Die höchste war ursprünglich 109.5 m hoch (Rote Pyramide des Snofru) und liegt etwa 29 km vom Damm entfernt. Die antike ägyptische Kultur ist bekannt für ihre ausgeprägte Totenkultur. War der Damm dafür da, den Göttern eine ungestörte Ruhe zu ermöglichen?

Da kaum Sedimente im Stauraum vorhanden sind, ist der Damm wohl wirklich nur eine kurze Zeit in Funktion gewesen. Geländeaufnahmen und Vermessungen der Überreste zeigen, dass der Damm 12 m hoch war, eine Kronenlänge von rund 113 m hatte und eine Basis von 102 m Länge besass. In der Dammmitte am Grund ist eine circa 2 m tiefe und rund 15 m breite Vertiefung erkennbar. Das Dammvolumen beträgt eindrückliche 99 500 m3. Das linksufrige, anschliessende Gelände ist auf einer Länge von circa 100 m um 1.5 m tiefer als die Dammkrone gelegen. Hier könnte die Hochwasserentlastung angeordnet gewesen sein. An den Talflanken sind noch Staudammreste vorhanden (linksseitig 27 m und rechtsseitig 23 m). Wird 49

der Querschnitt des Dammes betrachtet, so bestand der Damm aus einem durchgehend 32 m breiten Kern aus Sand und feinem Kies. Anschliessend ist ein beidseitiger Stützkörper aus grobem Kies und Steinen geschüttet worden. Als Verklei-

dung wurde eine vollständig umhüllende Schicht aus Kalksteinquadern von durchschnittlich 300 kg Gewicht regelmässig aufgeschichtet und gut verkeilt. Auffallend ist, dass die wasserseitige Neigung mit 1:1.3 steiler als die luftseitige Neigung mit 1:1.7 war. Leider sind keine weiteren Überbleibsel wie Mauern, Breschen, Tosbecken oder andere Betriebseinrichtungen mehr erkennbar. In unmittelbarer Nähe des Dammes sind luftseitig drei Steinbrüche, zahlreiche Arbeiterunterkünfte und Überreste von Infrastruktur ausBild 1. Situation 1, (Quelle; Günther Garbrecht, «Meisterwerke gegraben worantiker Hydrotechnik», angepasst von Robert Widmer). den, welche zum

Bild 2. Querschnitt, (Quelle; Günther Garbrecht, «Meisterwerke antiker Hydrotechnik», angepasst von Robert Widmer).

Bild 3. Längsschnitt (Quelle; Günther Garbrecht, «Meisterwerke antiker Hydrotechnik», angepasst von Robert Widmer).

Bild 4. Das rechtseitige Ufer mit eingezeichnetem Damm (Quelle; Wikipedia, angepasst Robert Widmer).

50

Dammbau benötigt wurden. Heutige Nachrechnungen haben ergeben, dass das maximale Stauvolumen beachtliche 470 000 m3 Wasser war und die Seelänge fast 650 Meter betrug. Erdstatische Berechnungen haben gezeigt, dass der Damm überdimensioniert war. Jedoch ist der gewählte Aufbau nicht genügend dicht. Müsste der Damm dauerhaft Wasser zurückhalten, käme es zu Durchsickerungen. Weiter ist ermittelt worden, dass das HQ100 bei rund 150 m3/s und das HQ1000 zwischen 200 m3/s und 250 m3/s ist.

Der eindeutig strukturierte Aufbau ist beachtlich und erinnert an unsere modernen und gezonten Erddämme. Damit vergleichbar ist der 12.6 m hohe Hünermattdamm des Etzelwerks, aufgebaut mit Lehmkern, anschliessenden Stützkörpern aus lehmigem Kies, reinem Kies, Brechschotter und schlussendlich mit einer wasserseitigen Trockenplästerung.

Diese Analyse führt zum Schluss, dass der Damm Sadd el-Kafara genau geplant und präzise erstellt wurde.

Nun ist die nächste Frage wofür hat man ein solches Bauwerk errichtet. Betrachtet man die These, dass er als Hochwasserschutz der Nekropole Dahschur gewesen sein soll, so ist schon beim Vergleich der Jahreszahlen augenfällig, dass der Dammbau, zwischen 2600 und 2500 v. Chr., nicht mit der Entstehungszeit der Pyramiden einhergeht (12. und 13. Dynastie, zwischen 2200 und 1780 v. Chr.) und er rund 300 Jahre vor dem Bau der Pyramiden realisiert wurde. Nach dem Dammbau wäre aber auch der Betrieb und der Unterhalt über diese Zeit sicherzustellen gewesen. Wie die Pyramiden, welche für die Ewigkeit gemacht worden waren, so hätte denn auch der Damm für die Ewigkeit sein müssen. Daher erscheint diese These als unwahrscheinlich.

Der Bau der grossen und bekannten Pyramiden von Gizeh in der 4. Dynastie (2620 bis 2500 v. Chr.) hingegen stimmt zeitlich gut mit der Bauzeit des Dammes überein. Auch in Gizeh wurden mehrere Pyramiden gebaut, total 12 Stück. Ausgrabungen belegen unter anderem einen Hafen. Es ist auch bekannt, dass Kalk- und Granitsteine per Schiff angeliefert wurden.

Die entsprechenden Steinbrüche waren aber vorwiegend auf der rechten Nilseite zwischen Sadd el-Kafara und Kairo gelegen. Ein zweiter antiker und rechtsufriger Hafen wurde etwa in der Hälfte der Distanz zwischen dem Damm Sadd el-Kafara und Kairo entdeckt. Dieser Hafen, der Damm und die diversen Steinbrüche waren mit einer Strasse verbunden. Die Distanz von

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Bild 5 (oben). Situation 2, (Quelle; Wikipedia, ergänzt durch Robert Widmer).

Bild 6 (rechts oben). Übersicht, (Quelle; Google Earth, ergänzt durchRobert Widmer).

Bild 7. Linke Talseite mit Schleusenbauwerk, (Quelle; Wikipedia, angepasst von Robert Widmer).

Gizeh nach Sadd el-Kafara beträgt 51 km.

Aus den erwähnten Überlieferungen, Funden und Fakten ergibt sich eine neue These. Sie ist aus bautechnischer und ökonomischer Sicht schlüssig: Der Damm war der temporäre Hochwasserschutz während der Bauphase der Pyramiden von Gizeh. Heute würde man ihn als ein Teilprojekt «Provisorien und Wasserhaltung» bezeichnen. Er war in der Lage, ein Hochwasser aus dem Wadi so zu drosseln, dass der rechtsseitige Hafen und die Strassen zu den zahlreichen Steinbrüchen nicht überschwemmt und unterbrochen wurden. Damit konnte kontinuierlich während des ganzen Jahres gearbeitet werden. Die gewonnenen Kalksandsteine wurden zum Hafen transportiert und dort verschifft. Im linksufrigen Hafen von Gizeh angekommen, wurden sie umgeladen und auf den nahen Baustellen umgehend verbaut oder, wie wir heute sagen würden, «just in time». Somit war das Risiko eines saisonal bedingten Unterbruchs auf den Baustellen minimiert und der Baufortschritt erlitt keine transportbedingten Verzögerungen. Nach Abschluss der Bautätigkeit wurde der Damm obsolet, aufgegeben und vernachlässigt.

Hydraulisch könnte die Anlage wie folgt konzipiert gewesen worden sein: Eine mittige und 14 m hohe gemauerte Bresche drosselte den Abfluss (ca. 50 m3/s) derart, dass der Hafen und die Strasse nicht beeinträchtigt wurden. Das vorhandene Staubecken ermöglichte, Abflüsse bis ca.

120 m3/s über mehrere Stunden zurückzuhalten (HQ50). Die sehr breite Hochwasserentlastung diente zur schadlosen Um- und Überleitung von grossen Hochwassern, wie ein HQ100. Die vollständig umhüllende Deckschicht des Dammes mit den schweren Kalksteinquader erlaubte sogar ein leichtes Überströmen bei extremen Hochwasser, wie ein HQ1000.

Ein Vergleich mit der heutigen Zeit: Um auf Baustellen erfolgreich zu sein, sind eine gute Logistik, ein kontinuierlicher Baufortschritt und ein reibungsloser Bauablauf zwingend. Um dies zu erreichen, werden oft aufwendige und ausgeklügelte Provisorien erstellt. Die Ägypter waren nicht nur sehr gute Baumeister, sie planten auch detailliert, ökonomisch und handelten pragmatisch. Demzufolge ist diese neue These durchaus wahrscheinlich.

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Bild 8. Rechte Talseite mit Schleusenbauwerk, (Quelle; Wikipedia, angepasst von Robert Widmer).

Ein zweites Beispiel ist der Damm von Ma’rib im Jemen.

Wenn heute über den Jemen berichtet wird, so sind es oft schlechte Nachrichten. Das Land ist «mausarm», die Kriminalität hoch, Korruption und religiöser Fanatismus grassieren. Doch das war nicht immer so. Zu Zeiten des Königreiches von Saba (1000 v. Chr. und 400 n. Chr.) gab es verbreitet Wohlstand. Die antike Stadt Ma’rib hatte über 50 000 Einwohner und lag in einer Oase im trockenen Hochland auf 1200 m ü. M. Sie war die grösste Stadt im antiken Südarabien und lag an der Weihrauchstrasse. Der Handel und Transport von Weihrauch sowie eine florierende Landwirtschaft waren die Lebensgrundlage der Gesellschaft. Die Römer bela51

gerten erfolglos die stark befestigte Stadt im Jahr 24 v. Chr. während eines ganzen Jahres.

Um genügend Wasser zur Verfügung zu haben, wurden bereits im 3. Jahrtausend v. Chr. erste Stauanlagen und Hochwasserdämme in der Umgebung von Ma’rib errichtet. Der Zweck war stets, die spärlichen Niederschläge zu speichern und die tiefer gelegenen Siedlungen und Kulturen mit ausreichend Wasser zu versorgen, sowie vor Hochwasser zu schützen. An der nun beschriebenen Sperrstelle wurden erste Dämme bereits im 8.

Jh. v. Chr. erstellt. Der jüngste und auch grösste Erddamm wurde hier zwischen dem Ende des 6. Jh. v. Chr. und Mitte des 4. Jh. v. Chr. erbaut. Seine Länge betrug 680 m und seine Höhe war 20 m. An den Talflanken und zugleich den Dammenden waren je zwei Schleusenbauwerke von 145 m Länge, 50 m Breite und 13 m Höhe errichtet worden. Diese bestanden aus drei Pfeilern mit zwei Durchlässen, ergänzt mit gemauerten Überläufen und Tosbecken. Mit dem anschliessenden System aus Haupt- und Nebenkanälen konnte die Oase mit seiner Fläche von 96 km2 inklusive dem umliegenden Kulturland von

52

168 km2 gut und zuverlässig mit Wasser versorgt werden.

Es ist überliefert, dass die Schlammablagerungen mehrere Zentimeter pro Jahr betrugen. Der Damm und die Bauwerke mussten daher mehrmals erhöht oder gar abgerissen und vollständig neu aufgebaut werden. Dokumentiert sind auch diverse Reparaturen und Dammbrüche infolge von Hochwasser.

Die letzte Inschrift eines Dammbruches mit anschliessender Reparatur ist aus dem Jahr 542 n. Chr. Dabei sind unter anderem die Versorgungsgüter für die Arbeiter erwähnt: 200 000 Schafe und Ziegen, 50 000 Sack Mehl und 26 000 Kisten Datteln. Nach einem erneuten Hochwasserereignis im Jahr 572 n. Chr. blieb die Reparatur aus.

Das Kulturland versteppte und die antike Stadt Ma’rib wurde aufgegeben.

Der Hauptgrund für den Niedergang ist jedoch nicht das zerstörende Hochwasser gewesen, sondern ein geopolitischer Grund. Die Römer etablierten und betrieben den Handel über das Rote Meer auf dem Seeweg. Dadurch reduzierten sich der Landtransport und der Handel von Weihrauch dramatisch. Die lokale Bevölkerung verlor nach und nach die wirt-

schaftliche Grundlage. Schlussendlich konnte das gesamte aufwendige System aus Damm, Kanälen und Brunnen nicht mehr unterhalten und betrieben werden.

Nun offenbart sich die Erkenntnis, dass die Anlagen während 1100 Jahren betrieben und unterhalten wurden. Dies ist eine historische Leistung.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass in den frühen 80er-Jahren des letzten Jahrhunderts unweit oberhalb der alten Sperrstelle erneut ein Erddamm errichtet wurde. Er ist 40 m hoch und hat eine Länge von 760 m. Das heutige Ma’rib zählt knapp 21 000 Einwohner.

Zusammenfassend kann eindeutig festgehalten werden: In der Antike konnte man auch was mit Wasser.

Über den Verfasser Robert Widmer ist dipl. Bauingenieur FH und dipl. Wirtschaftsingenieur STV. Er arbeitet bei den Kraftwerke Hinterrhein AG in Thusis, ist Lehrbeauftragter an der HTW Chur für Hydraulik und Wasserkraft und wohnt in Thusis. r.widmer@khr.ch

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Nachrichten Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

P ol iti k Politi Referendum zum Energiegesetz zustande gekommen Das Referendum gegen das vom Bundesparlament am 30. September 2016 verabschiedete Energiegesetz (EnG) ist im Januar 2017 zustande gekommen. Die Vorlage kommt somit am 21. Mai 2017 zur Abstimmung.

Am 19. Januar 2017 haben die Referendumskomitees 68 755 Unterschriften gegen das Energiegesetz (EnG) vom 30. September 2016 eingereicht. Die Überprüfung durch die Bundeskanzlei hat ergeben, dass davon 68 390 Unterschriften gültig sind. Damit ist das Referendum formell zustande gekommen.

Gemäss Entscheid des Bundesrates vom 11. Januar 2017 wird diese Vorlage somit am 21. Mai 2017 zur Abstimmung gelangen.

(Bundeskanzlei)

Vernehmlassung zu den Verordnungsrevisionen der Energiestrategie 2050 Der Bundesrat hat Anfang Februar 2017 die Vernehmlassung zu den Verordnungsrevisionen zum ersten Massnahmenpaket der Energiestrategie 2050 eröffnet. Damit werden die Verordnungen an die vom Parlament im September 2016 verabschiedeten Gesetzesänderungen, insbesondere an das totalrevidierte Energiegesetz, angepasst. Die revidierten Bundesgesetze samt Verordnungen sollen am 1. Januar 2018 in Kraft treten, falls das Volk die vom Parlament verabschiedete Vorlage in der Abstimmung vom 21. Mai 2017 gutheisst. Die Vernehmlassung dauert vom 1. Februar bis zum 8. Mai 2017.

Am 30. September 2016 hat das Parlament das erste Massnahmenpaket zur Energiestrategie 2050 verabschiedet. Dieses beinhaltet eine Totalrevision des Energiegesetzes sowie Anpassungen weiterer elf Bundesgesetze. Die Änderungen auf Gesetzesebene machen teilweise auch Anpassungen auf Verordnungsstufe notwen-

dig. Gegen das erste Massnahmenpaket der Energiestrategie 2050 ist das Referendum zustande gekommen. Die Referendumsabstimmung wird am 21. Mai 2017 stattfinden. Um eine Inkraftsetzung der Gesetzes- und Verordnungsänderungen auf den 1. Januar 2018 zu ermöglichen, muss das Vernehmlassungsverfahren bereits vor dieser Abstimmung durchgeführt werden. Im Falle einer Annahme des Referendums bliebe alles wie bisher und die angelaufenen Arbeiten würden eingestellt.

Sieben Verordnungsrevisionen Insgesamt sieben Verordnungsrevisionen sind notwendig, namentlich: • Totalrevision der Energieverordnung: Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit werden die Themen der bisherigen Energieverordnung neu auf drei separate Verordnungen verteilt: - Energieverordnung - Energieförderungsverordnung - Energieeffizienzverordnung • Totalrevision der HerkunftsnachweisVerordnung • Teilrevision der Kernenergieverordnung • Teilrevision der Stromversorgungsverordnung • Teilrevision der CO2-Verordnung • Teilrevision der Gebührenverordnung im Energiebereich • Teilrevision der Landesgeologieverordnung Die Verordnungen enthalten unter anderem die neuen Ausführungsbestimmungen zu den Einmalvergütungen und Einspeisevergütungen, zur Direktvermarktungspflicht und zum Eigenverbrauch von selbst produziertem Strom, zu den Investitionsbeiträgen und zur Marktprämie für die Grosswasserkraft.

(UVEK/BFE)

Ene E ne r g iiewi ewi r ts t s c haf t Auslegeordnung des Bundes zu möglichen Marktmodellen ab 2020 Das Eidgenössische Umwelt- und Energiedepartement (Uvek) hat sich in einem Kurzbericht mit den möglichen Marktmo-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

dellen für die Zeit nach 2020 beschäftigt.

Er trägt den Namen «Auslegeordnung Strommarkt nach 2020» und beschäftigt sich mit «weitergehenden Massnahmen für bestehende Kraftwerke und erneuerbare Energien». Den Bericht hatte das Uvek im Zusammenhang mit der Diskussion über das Klima- und Energielenkungssystem (Kels) in Aussicht gestellt.

Es gehe um die langfristige Sicherstellung einer hohen Versorgungssicherheit in der Schweiz und den effizienten Ausbau der erneuerbaren Energien.

Zur differenzierten Stromabgabe heisst es, dass aufgrund der fehlenden Kompatibilität mit dem europäischen sowie dem internationalen Recht eine Implementierung problematisch sei. Bei einer differenzierten Stromabgabe würde der Stromverbrauch je nach Energieträger unterschiedlich belegt. Für Ökostrom würde die Abgabe tiefer liegen als für Strom aus Kernkraftwerken oder fossilen Energien. Zu einem weiteren Ansatz, einem Quotenmodell für erneuerbare Energien, vermerkt das Uvek, dieses sei in der Schweiz eher ungeeignet, da nicht genügend Liquidität im Markt bestehe. Sobald das Quotenmodell auf bestehende erneuerbare Energien ausgedehnt werde, sei die Parametrierung sehr schwierig und es könnten sehr hohe Mitnahmeeffekte entstehen. Auktionen hingegen böten den Vorteil, dass die Festsetzung des Vergütungssatzes beziehungsweise des Investitionsbetrags entfalle und die Parametrierung in jeder Ausschreibungsrunde angepasst werden könne.

Als «geeignete Instrumente für kurzfristige Massnahmen» hat das Departement das vom Nationalrat beschlossene Marktprämienmodell für die Wasserkraft, eine strategische Speicherreserve sowie ein Kapazitätsmarktmodell untersucht. Zum Marktprämienmodell hiess es, würde dieses bei einer vollen Marktöffnung weitergeführt, wäre es mit hohen Kosten verbunden respektive es sei eine eher geringe Wirkung zu erwarten. Bei einer strategischen Speicherreserve würden Speicherbetreiber den Anreiz erhalten, ihr verfügbares Wasser nicht in einer Hochpreisphase (Herbst/ Winter) vollständig zu turbinieren, sondern für spätere, kritischere Zeitpunkte 53

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vorzuhalten. Bei beiden Modellen liegen die jährlichen Kosten bei 100 bis 200 Mio. Franken. Sie würden jedoch keine hohen Deckungsbeiträge erzielen und keine Anreize für Reinvestitionen setzen.

«Sollen langfristig Anreize bei tiefen Strompreisen vorhanden sein, um Reinvestitionen in den Kraftwerkspark zu tätigen, so sollte das Instrument eines Kapazitätsmarkts gewählt werden», empfiehlt das Uvek. Er helfe den Kraftwerken, genügend Deckungsbeiträge an die Kapitalkosten zu erwirtschaften. Die Kosten würden zwischen mehreren Hundert Mio. und rund 1.5 Mrd. Franken liegen. Bei einem Kapazitätsmarkt wird eine vorgegebene Leistung langfristig auktioniert. Der Vorteil einer Kapazitätsauktion sei, dass die Behörden weniger Informationen zur Kostenstruktur der Produzenten benötigten als beispielsweise etwa bei der Marktprämie oder einem Quotenmodell.

Das Uvek resümiert, dass die aufgezeigten Modelle alle umsetzbar seien – mit mehr oder weniger grossen Hindernissen.

Der Bericht «Auslegeordnung Strommarkt nach 2020» kann auf der Webseite des Bundesamtes für Energie als pdf-File heruntergeladen werden.

(Energate)

K l i ma Europas Strom wird etwas klimafreundlicher Der CO2-Ausstoss im europäischen Stromsektor war 2016 rückläufig. Der EU-weite Kraftwerkspark stiess mit 1.02 Mrd. Tonnen rund 48 Mio. Tonnen beziehungsweise 4.5 Prozent weniger CO2 aus als im Vorjahr, geht aus einer Studie der Beratungsorganisationen Agora Energiewende und Sandbag hervor. Hauptgrund war der vermehrte Einsatz von Erdgas zur Stromerzeugung – zulasten der CO2-intensiven Kohleverstromung. Dies gelte insbesondere für den britischen Markt, der sich allein für die Hälfte des CO2-Rückganges verantwortlich zeigte. Agora und Sandbag heben hervor, dass diese Entwicklung trotz einem EU-weiten Anstieg des Stromverbrauchs um 0.5 Prozent möglich war. Die steigende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien habe den zusätzlichen Strombedarf ausgeglichen.

2016 ging die Kohleverstromung in den EU-Ländern um 94 Mrd. kWh zurück, während die Stromerzeugung aus Gas um 101 Mrd. kWh zulegte. Einen dauer54

haften Trend im Strommarkt von Kohle zu Gas machen die Berater aber nicht aus.

Die Schliessung etlicher Kohlekraftwerke und günstige Gas-preise in der zweiten Jahreshälfte 2016 hätten den Coal-toGas-Switch begünstigt. Eine vergleichbare Situation werde es absehbar wohl nicht mehr geben, so die Studie. Bis 2020 seien bislang nur wenige Schliessungen von Kohlekraftwerken angekündigt, und die Gaspreise übersteigen inzwischen wieder das Niveau der Kohlepreise. Auch die Pläne zur Reform des Emissionshandels machten signifikante Preisänderungen nicht wahrscheinlich.

Emissionshandel weiterhin ohne Wirkung Die Studie räumt dem Emissionshandel auch bei der erreichten CO2-Vermeidung keine entscheidende Rolle ein. Die Menge der ausgegebenen Zertifikate habe auch 2016 das Volumen der verbrauchten Zertifikate bei Weitem überschritten, heisst es in dem Papier. Die Menge überschüssiger Zertifikate, die das Emissionshandelssystem bereits seit einigen Jahren aufbaut, wachse damit weiter an und habe 2016 erstmals die Marke von 3 Mrd. Tonnen überschritten. Die Kombination erheblicher Überschüsse und der gigantischen Bugwelle führe dazu, dass der Emissionshandel ohne tiefgreifende Reform bis Ende der 2020er-Jahre keine Signale für klimafreundliche Investitionen senden wird. Verlässliche Signale gebe es nur dort, wo ein

Mindestpreis für CO2-Emissionen eingeführt wurde – wie etwa in Grossbritannien.

Vor allem deshalb sei dort die Verstromung von Kohle zurückgegangen.

Anteil Erneuerbarer an Stromproduktion bei rund 30 % Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung hat sich im vergangenen Jahr derweil kaum erhöht. Er wuchs EU-weit von 29.2 auf 29.6 %, geht aus der Studie hervor. Als Gründe führt das Papier einen vergleichsweise geringen Zubau und schlechte Wind- und Solarbedingungen an. Dennoch kommen die Erneuerbaren damit unter den Energieträgern auf den grössten Anteil, gefolgt von der Kernenergie (26.3 %). Für 2017 und spätere Jahre erwarten die Autoren der Studie wieder ein stärkeres Wachstum beim ErneuerbarenStrom – unter anderem, weil insbesondere die Kosten für Strom aus Solarenergie und aus Offshore-Windkraft in den vergangenen Monaten drastisch gesunken sind.

Windkraft und Fotovoltaik gehörten in weiten Teilen Europas inzwischen zu den günstigsten Stromquellen überhaupt.

Die von den Instituten Agora Energiewende und Sandbag verfasste Studie «Energy Transition in der Power Sector in Europe: State of the Affairs in 2016» kann auf der Webseite: https://sandbag.org.uk heruntergeladen werden. (energate)

Bild: Entwicklung Stromerzeugung 2010–2016 in der EU-28 (Quelle: Agora/Sandbag, 2017).

RES: Erneuerbare Nuclear: Kernenergie Lignite: Braunkohle Hardcoal: Steinkohle Gas: Erdgas Other Fossil: Andere Fossile

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Die neue Kraftwerkszentrale von FMHL+ ist voll einsatzfähig Seit Beginn des Jahres 2017 ist die neue Kraftwerkszentrale von Forces Motrices Hongrin-Léman SA (Projekt FMHL+) voll einsatzfähig. Die Leistung der Pumpspeicheranlage von FMHL ist damit doppelt so gross wie zuvor: 480 Megawatt (MW) gegenüber 240 MW, wobei 60 MW als Reserve dienen. Trotz besonders schwierigen Rahmenbedingungen für die Wasserkraft leistet das Pumpspeicherkraftwerk von FMHL einen bedeutenden Beitrag zur Stromversorgungssicherheit der Schweiz und stellt eine unerlässliche Ergänzung zu den neuen erneuerbaren Energien dar.

Nach über zehn Jahren Planungs- und Bauarbeiten sind die beiden neuen Pumpturbinengruppen der Kraftwerkszentrale von FMHL+ in Veytaux nun in Betrieb. Die definitive Inbetriebnahme der ersten Gruppe von FMHL+ erfolgte noch vor Weihnachten, jene der zweiten Gruppe zum Jahresbeginn. Die Kraftwerksanlage von FMHL umfasst die vier bereits vorhandenen Maschinengruppen des Kraftwerks Veytaux sowie die beiden neuen Maschinengruppen von FMHL+ und verfügt damit über eine maximale Turbinenleistung von 420 MW (mit einer Reserve von 60 MW). Umgekehrt kann die Anlage das Wasser vom Genfersee mit einer Leistung von 420 MW in den 880 Meter höher gelegenen Hongrin-Stausee hochpumpen. Mit rund einer Milliarde Kilowattstunden (kWh) Spitzen-

Bild: Die neuen Pumpturbinengruppen sind nun in Betrieb (Foto: David Picard).

energie wird das Pumpspeicherkraftwerk seine Jahresproduktion praktisch verdoppeln (bisher: 520 Millionen kWh), was dem Stromverbrauch von etwa 300 000 Haushalten entspricht.

Eine ergänzende Investition zu den neuen erneuerbaren Energien Die von den Partnern von FMHL, Romande Energie (4114 %), Alpiq (39.29 %), Gruppe E (13.14 %) und Stadt Lausanne (6.43 %), getätigte Investition von 331 Millionen CHF steht vollkommen im Einklang mit dem aktuellen energiepolitischen Kontext Europas, wie Pierre-Alain Urech, Verwaltungsratspräsident von FMHL, erklärt: «FMHL ist eine unerlässliche Ergänzung zu den neuen erneuerbaren Energien. Das Pumpspeicherkraftwerk ist ein Energiereservoir, das jederzeit Strom ins Netz einspeisen kann und dadurch eine sofortige und effiziente Lösung zur Überbrückung von Erzeugungsengpässen und zur Lagerung von überschüssiger Elektrizität bietet. Angesichts der weiter zunehmenden, aber schwankenden Stromproduktion aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen sind solche Lösungen unverzichtbar zur Erhaltung der Netzstabilität in der Schweiz und in Europa.»

Die Bedeutung der Pumpspeicherkraftwerke für die Versorgungssicherheit und die Netzstabilität wird folglich in den nächsten Jahren zunehmen. So pumpte die neue Kraftwerksanlage FMHL+ beispielsweise über die Festtage zum Jahresende, als der europäische Stromverbrauch am geringsten war, über 20 Millionen Kubikmeter Wasser in den am 23. Dezember 2016 teilweise leeren Hongrin-Stausee. Als der Verbrauch aber infolge der Kältewelle anstieg, erzeugte die Kraftwerkszentrale FMHL zwischen dem 30. Dezember 2016 und dem 8. Januar 2017 insgesamt 30 Millionen kWh Strom.

Die Inbetriebnahme von FMHL+ erfolgt dennoch in einem für die Wasserkraft schwierigen wirtschaftlichen Umfeld. Der Strommarkt leidet unter tiefen Grosshandelspreisen, und die regulatorischen Rahmenbedingungen erlauben zurzeit keine wirtschaftliche Nutzung solcher Anlagen.

Offizielle Einweihung der neuen Anlage FMHL wird die fertiggestellte Kraftwerksanlage am 11. Mai 2017 offiziell einweihen und sie dem Publikum im Rahmen eines Tages der offenen Tür am Samstag, 13.

Mai 2017, vorstellen.

Forces Motrices Hongrin-Léman SA ist eine 1963 als Partnergesellschaft gegründete Aktiengesellschaft. Unternehmenszweck war die Realisierung einer Wasserkraftanlage mit einem Speicher- und

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einem Pumpturbinensystem. Der Betrieb der Anlage obliegt heute im Rahmen des «Groupement d’exploitation hydraulique du Chablais» der Gesellschaft Hydro Exploitation SA. Folgende Aktionäre sind an Forces Motrices Hongrin-Léman SA beteiligt: Romande Energie 41.14 %, Alpiq 39.29 %, Groupe E 13.14 %, Stadt Lausanne 6.43 %.

(FMHL)

EW Schils AG in Flums – erfolgreiche Sanierung des Triebwasserwegs Die St.Gallisch-Appenzellische Kraftwerke AG (SAK) hat per 1. Januar 2014 die Kraftwerksanlagen im Schilstal der Innobas AG, eine ehemalige Gross-Spinnerei in Flums, erworben. Die EW Schils AG, ein Tochterunternehmen der SAK, investierte über 13 Mio. Franken in das Kraftwerk und damit in die erneuerbare Energie aus Wasserkraft. Das Triebwassersystem, bestehend aus Druckstollen und Druckleitung, wurde innerhalb von sieben Monaten einer kompletten Sanierung und Erneuerung unterzogen.

Die EW Schils AG wird seit dem Jahr 2014 als Tochterunternehmen der SAK geführt.

Die EW Schils AG umfasst im Wesentlichen Wasserkraftanlagen mit einer jährlichen Produktion von rund 40 GWh und ein lokales Verteilnetz mit einem Umsatz von 37 GWh pro Jahr. Mit der Übernahme ging die SAK die Verpflichtung ein, den in die Jahre gekommenen Triebwasserweg ab der Fassung Bruggwiti bis zur Zwischenstufe Pravazin einer umfassenden Sanierung und Erneuerung zu unterziehen. Die behördlichen Auflagen seitens Konzessionsgeber, dem Amt für Umwelt und Energie des Kantons St.Gallen (AfU), einen sicheren Kraftwerksbetrieb zu gewähren und eine Reduktion von Reibungsverlusten zu erreichen, stützen das Bauprojekt.

Vor dem Stollen Die Sanierung des Triebwasserwegs war aufgrund ihrer Vielfältigkeit ein äusserst interessantes Projekt und dauerte von September 2015 bis März 2016. Verschiedenste Verfahren kamen dabei zur Anwendung: Im oberen Bereich, zwischen dem Ausgleichsbecken der Fassung Bruggwiti und der Apparatekammer, wurde in das rund 70 Meter lange alte Druckrohr ein neues GFK-Rohr mittels «Inlining»Verfahren eingezogen. Damit dieses Inlining überhaupt realisiert werden konnte, wurden zwei Schächte ausgehoben und der vorhandene Krümmer ausgebaut und erneuert. Danach standen der Spezialfirma zwei gerade Rohrstücke zur Verfü55

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Was s e r kr af tnut zung

gieverluste bei Normalbetrieb um über 6 auf rund 4 Prozent reduziert.

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gung, sodass die vorfabrizierten Glasfasermatten, die bereits komplett mit den entsprechenden Harzen getränkt waren, in die Rohre eingeführt, aufgeblasen und schliesslich ausgehärtet werden konnten.

Bild 1. Blick in den Arbeitsschacht: Das Inlining wird in das alte Rohr eingezogen.

Die Aushärtung erfolgte mit ultraviolettem Licht. Den Abschluss bildeten ein Dichtheitstest, ein neu gesetzter und komplett einbetonierter Krümmer und ein zweiter Dichtheitstest.

Bild 3. Die neue Druckleitung zwischen der Apparatekammer Bruggwiti und dem Druckstollen.

Druckstollen Das Kernelement des Triebwasserweges stellt der Druckstollen zum Wasserschloss dar. Bis 2006 wurde der Stollen im Freispiegel betrieben, dann fand eine Druckerhöhung im System statt. Mit Spritzbetoneinbauten und Gewölbe- und Felsinjektionen wurden die Schäden an der Auskleidung des Freispiegelstollens behoben.

Der Ausbau des ehemaligen Rohrstollens Marmiez unterscheidet sich alle paar Meter. Klüftungen und Drücke im Fels, variierende Bergüberdeckungen, lokale Wassereintritte und Störungen in der bestehenden Sohle liessen keine uniforme Bauweise zu: Lokale Injektionen mit flüssigem Mörtel ermöglichten das Füllen der Hohlräume und Fugen. Bei Bergwasserdrücken wurden Drainagen gebaut, welche Schäden an der Verkleidung auch bei entleertem Stollen verhindern. Bei verschiedenen Abschnitten (z. B. der Kalotte – also die Kopfstelle im Stollen – oder dem gesamten Profil) wurde Gunit aufgetragen. Auf einer Zone von 19 Metern wurden sogar sehr starke Eisenprofile eingebaut, um Bewegungen des Berges aufzunehmen. Oberflächennah wurde der Stollen vollflächig abgedichtet. Dies erfolgte mit dem Einbau einer «Gummischicht», welche auf zwischen zwei Lagen gespritztem Gunit eingebracht wurde.

Bild 2. Für ein einfacheres Arbeiten wurde die Apparatekammer Bruggwiti oben komplett geöffnet.

Im Anschluss an die Inlining-Strecke steht die Apparatekammer Bruggwiti, welche komplett erneuert wurde. Zum einen wegen der vorgesehenen baulichen Anpassungen, zum anderen, um mit grossen Gerätschaften effizient arbeiten zu können. Hier findet sich die erste Drosselklappe des Systems.

Vor dem Umbau floss das Wasser nach der Apparatekammer durch eine 600 Meter lange Druckleitung im Rohrstollen Bruggwiti in den eigentlichen Druckstollen. Der enge und einsturzgefährdete Rohrstollen wurde durch eine neue Trasse aussen am Berg ersetzt. Die neue, 380 Meter lange erdverlegte Druckleitung verläuft ab der Apparatekammer parallel zum Schilsbach und mündet im Druckstollen. Der Rohrstollen Bruggwiti wurde komplett saniert und dient der SAK nun als Zugangsstollen.

Die neue Druckleitung, gefertigt aus GFKRohren, weist einen Durchmesser von 1.4 Meter auf: Dadurch werden die Ener56

Bild 4. Vor der Sanierung: Einblick in den einbruchgefährdeten Druckstollen.

Anschliessend an den Druckstollen führte der 630 Meter lange Rohrstollen bis zum Wasserschloss und zur Apparatekammer Marmiez. Aufgrund umfassender Bohrungen, Analysen zum Bergwasserspiegel und geologischer Strukturen entschied man sich zum Umbau des begehbaren Rohrstollens in einen Druckstollen.

Bild 5. Vor dem Umbau: der Rohrstollen Marmiez.

Bilder 6 und 7. Während des Baus: Im Stollen Marmiez Einbau der schweren Eisenträger (oben) und eingebaute Abdichtungsschicht wird mit einer weiteren Lage Spritzbeton abgedeckt (unten).

Bereich Wasserschloss Das Betonbauwerk der Apparatekammer Marmiez schliesst an den Stollen Marmiez an. Den Übergang bildet ein hydraulisch optimal ausgebildeter Konus, welcher sich an das Stahlrohr (im Übergang zur Apparatekammer) anschliesst. Der Konus wurde vor Ort betoniert und war – wegen seiner Geometrie – eine Herausforderung.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Das Rohr zur Apparatekammer wurde nicht ersetzt. Einerseits ersparte man sich Abbrucharbeiten, andererseits ist dieses Stahlrohr auch ein sogenanntes «Hosenrohr». Der eine Hosenstoss (Abgang) davon führt in die Apparatekammer zur zweiten Drosselklappe im System und schliesslich in die eigentliche Druckleitung.

Die Drosselklappe wurde von der SAK ausgebaut und revidiert. Der andere Hosenstoss leitet Wasser ins Wasserschloss. Die nachfolgenden Gründe sprachen für das bestehende Hosenrohr: • Wegen der geringen Druckhöhe und des Betriebs der Anlage sind in diesem Bereich keine hohen Anforderungen an die Statik gestellt.

• Die künftige Bewirtschaftung des Kraftwerks verlangt keine Änderung der Zuleitung zum Wasserschloss. Die vorhandene Struktur genügt auch in Zukunft den hydraulischen Anforderungen.

Das bestehende Hosenrohr wurde mit einer Innenkorrosionsschutz-Beschichtung versehen. Der betroffene Abschnitt wurde gegen die anderen Baustellenabschnitte komplett verschlossen, sodass im Innern der Rohre ein Klima herrschte, welches die fachmännische Ausführung dieser Erneuerung erlaubte.

Druckleitung Ab der Apparatekammer erfolgte der komplette Ersatz der 1.2 Kilometer langen Druckleitungsrohre bis zur Zentrale Pravazin. Hier teilt sich die Leitung in zwei Stränge zu den verschiedenen Turbinen.

Im angestrebten Neubauprojekt der Zentrale soll die Stufe Pravazin aufgehoben werden, weshalb hier ein neues Hosenrohr so ausgebildet wurde, dass die künftige Druckleitung geradlinig weiterverläuft und nur ein Abgang verschlossen werden muss. So hat die SAK bereits heute einen Einstieg in die zukünftige Druckleitung.

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Bild 8. Übergang vom Stollen Marmiez (unten) und der Apparatekammer (oben) mittels eines vor Ort erstellten Konus aus Beton.

Bild 9. Montage der Druckleitung oberhalb der Zentrale Pravazin.

Die neuen Druckrohre weisen mit DN 1000 einen grösseren Durchmesser als die bisherige Leitung (DN 900) auf, was zusätzliche Aushub- und Ausbrucharbeiten benötigte. Rund 90 Prozent der Druckleitung wurde durch Gussrohre ersetzt. Die alten Druckrohre, mit PAK-haltiger Beschichtung, wurden Stück um Stück ökologisch korrekt geschnitten. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Wärmeentwicklung, denn PAK setzt seine toxikologischen Stoffe mit zunehmender Wärme frei. Die Schnittstellen wurden mit Wasser gekühlt und das Schneidegut aufgefangen. Der Schneidabfall wurde zusammen mit den Rohren fachgerecht entsorgt. Der gesamte Entsorgungsprozess wurde vom Amt für Umwelt und Energie (AfU) des Kantons St.Gallen begleitet.

Bei der Linienführung in Portels wurden, wo immer möglich, die Wünsche der Anwohner berücksichtigt.

Bild 10. Blick entlang der Druckleitungstrasse in Portels in Richtung Flums/ Berschis.

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Bild 11. Einbau der neuen Druckrohre mit dem Helikopter «KAMOV».

Die Druckleitungsabschnitte aus GFK und die Gussrohrabschnitte wurden vor der Rückfüllung und dem Einbau mehrere Male auf ihre Dichtigkeit geprüft. Damit wurden lange Unterbruchszeiten aufgrund undichter Rohre bei der Inbetriebnahme verhindert. Die eigentliche Druckprüfung erfolgte aber im Rahmen der Inbetriebsetzung ohne nennenswerte Probleme.

Nachfolgend die Verfahren, welche für die Sanierung des Triebwasserwegs angewendet wurden: • 2 × Inlining (Total 70 Meter) • Bau einer erdüberdeckten, 380 Meter langen Druckleitung (Durchmesser 1.4 Meter) • Umbau des Rohrstollens Bruggwiti in einen Fensterstollen, Sanierung verschiedener Einbrüche • Sanierungen im Druckstollen mittels Injektionsarbeiten • Umbau eines Rohrstollens Marmiez in einen Druckstollen (30 Meter Innendruck), Einbau von Eisenträgern und Einbau einer vollflächigen Abdichtung • Sanierung des Korrosionsschutzanstrichs in der Druckleitung Apparatekammer Marmiez und Wasserschloss, Sanierung der Drosselklappe • Ersatz der 1.2 Kilometer langen Druckleitung durch eine Gussrohrleitung • Ersatz Hosenrohr in der Zentrale Pravazin Autoren Remo Baumann, Bauingenieur, rebau engineering ag, Poschiavo Reto Zuglian, Leiter Betrieb Produktion SAK, St.Gallen Adriano Tramèr, Mitglied der Geschäftsleitung und Leiter Produktion SAK, St.Gallen (Bildquellen: SAK)

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Mehr Wasser für die Julia und die Alp Flix: Restwassermengen für ewz-Kraftwerke Mittelbünden festgelegt

Bild: Übersicht zur Restwassersanierung ewz-Mittelbünden (Quelle: ewz).

Mit den involvierten Gesprächsparteien hat ewz an einem runden Tisch ökologische sowie wirtschaftlich tragbare Restwassermengen erarbeitet. Diese Lösungen beinhalten mehr Wasser für die Julia unterhalb des Marmorerasees und in der Rona-Ebene sowie Aufwertungsmassnahmen für Flachmoore auf der Alp Flix.

Das eidgenössische Gewässerschutzgesetz verlangt die Sanierung von Gewässern, welche durch die Stromproduktion in Kraftwerken wesentlich beeinflusst werden. Nach intensiven ökologischen Abklärungen wurde für die ewz-Wasserkraftwerke Mittelbünden an einem runden Tisch festgelegt, welche Massnahmen zur sogenannten Restwassersanierung umgesetzt werden. An dieser tragfähigen Lösung wirkten Vertreterinnen und Vertretern von ewz, dem Kanton, den Konzessionsgemeinden sowie den Fischerei- und Umweltverbänden mit.

Die am 20. Dezember 2016 von der Kantonsregierung verfügte Lösung erfüllt die vom eidgenössischen Gewässerschutzgesetz verlangte Sanierung von Gewässern, welche durch die Entnahme von Wasser wesentlich beeinflusst sind. Das Hauptaugenmerk der Massnahmen wurde auf eine hohe Restwassermenge in der Rona-Ebene gelegt. Voraussichtlich im Zeitraum 2018/2019 wird vom Fallertal sowie vom Staudamm Marmorera so viel Wasser abgegeben, dass die Julia auf der Strecke bis zur Mündung des Errbachs bei Tinizong ganzjährig wesentlich mehr Wasser führen wird. Zusätzlich zu diesen Restwasserabgaben ist eine Aufwertung der ökologisch sowie landschaftlich wert58

vollen Moorlandschaft auf der Alp Flix vorgesehen. Indem ursprüngliche Bachläufe wieder hergestellt werden, verbessert sich der Wasserhaushalt bestehender Flachmoore.

Im Ausgleich zur wesentlichen Restwassererhöhung in der Julia sowie zu den Aufwertungsmassnahmen auf der Alp Flix werden die bestehenden Restwasserverhältnisse bei den anderen ewz-Wasserfassungen in Mittelbünden unverändert beibehalten.

Die notwendigen baulichen Anpassungen bei der Wasserfassung Faller werden bereits per Ende 2016 umgesetzt sein, diejenigen beim Staudamm Marmorera voraussichtlich im Zeitraum 2018/2019. Die Revitalisierung der Wasserläufe auf der Alp Flix erfordert komplexere Vorabklärungen.

Die involvierten Parteien streben hier eine Umsetzung 2019 an. Für die baulichen Anpassungen sowie die Revitalisierungsmassnahmen auf der Alp Flix sind seitens ewz Investitionen von über zwei Millionen Franken notwendig. (ewz)

Rüc kbl ic k Ve r anstaltunge n Schweizerischer Stromkongress 2017 Am 11. Schweizerischen Stromkongress vom 12./13. Januar 2017 im Kursaal Bern beschäftigten sich rund 400 hochrangige Vertreter aus Politik, Wirtschaft und Strombranche mit der Gegenwart und Zukunft der schweizerischen Energielandschaft. Die Referierenden erörterten

die grossen Umwälzungen im Stromsektor, die Chancen und Risiken der digitalen Schweiz, neue Geschäftsmodelle für die Energiewende, die Vorbereitung auf Krisensituationen («Blackout») sowie das zentrale Thema der Nachhaltigkeit.

Organisiert wurde der Schweizerische Stromkongress vom Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) und Electrosuisse.

Eröffnet wurde der 11. Schweizerische Stromkongress im Berner Kursaal durch Urs Rengel, Präsident Electrosuisse und CEO EKZ, sowie durch Kurt Rohrbach, Präsident des VSE. In seinem Referat betonte Kurt Rohrbach die dramatischen Veränderungen in der Stromwirtschaft: «Die technische Entwicklung und die Massenproduktion bei Sonnen- und Windenergie liessen die Gestehungskosten für Strom dramatisch sinken. Der Zubau von Produktionsanlagen wurde gefördert. Die Überkapazitäten in der Erzeugung stiegen dadurch an. Und wir lassen sie weiter ansteigen, sodass Energie kaum mehr einen Preis hat.» Doch diese Entwicklung – steigendes Angebot und sinkende Preise – spiele auch in anderen Branchen eine Rolle. Die Herausforderung für heutige Energieversorger sei es, neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen zu finden, um ihre festen Werte – Strom, Anlagen und Netze – gewinnbringend zu vermarkten.

Der VSE-Präsident zeichnete letztlich die Vision der Branche für die Energiezukunft: «Energie soll auch in Zukunft ausreichend und erschwinglich verfügbar sein.» Die Energiewirtschaft übernehme weiterhin Verantwortung für die Versorgungssicherheit. Sie setze sich tatkräftig für geeignete Rahmenbedingungen ein – und für eine gut ausgebaute Netzinfrastruktur. «Langfristig streben wir in der Schweiz mit Nachdruck eine CO2-arme Energieversorgung und Stromproduktion sowie umweltgerechte Lösungen an, in Einklang mit dem Klimaabkommen von Paris», so Rohrbach.

Tag 1: Energiepolitik quo vadis?

Am ersten Tag umriss Bundesrat Guy Parmelin, wie sich die Schweiz für den möglichen Fall eines kompletten Stromausfalls wappnet. «Das Risiko eines Blackouts ist real. Wir müssen diese Eventualität in unsere strategischen Planungen einbeziehen», so Parmelin. «Die Konsequenzen eines Blackouts würden nicht nur unsere Sicherheit bedrohen, auch die finanziellen Auswirkungen wären gravierend!» Das VBS rechnet aktuell mit Blackout-Kosten von 2 bis 4 Milliarden Franken pro Tag. Die Sicherheitsverbundsübung 2014 habe indes gezeigt, dass bei Bundesstellen, in

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

KOHS-/IRR-Tagung 2017 Wasserbau an grossen Gebirgsflüssen am Beispiel des Alpenrheins Dienstag/Mittwoch, 20./21. Juni 2017, Dornbirn (AT)

Bild 1. Am Stromkongress 2017 im Kursaal Bern (Quelle: zvg).

Bild 2. Podiumsdiskussion mit Mitgliedern der UREK-N zur Energiestrategie (zvg). den Kantonen sowie bei weiteren involvierten Stellen bereits heute umfangreiche Vorbereitungen getroffen worden seien, um eine solche Krise erfolgreich zu bewältigen. «Zentral bleibt, dass die Dienstleister – ob Banken, Telekommunikationsfirmen oder Grossverteiler – die Risiken eines Blackouts in ihre Strategien einplanen.

Zudem muss die Bevölkerung vermehrt dafür sensibilisiert werden.» Viel beachtet waren am ersten Kongresstag zudem die Referate von Ernst Ulrich von Weizsäcker, dem Ko-Präsidenten des Club of Rome, zum Thema «Energie im Kontext der Nachhaltigkeit», von Lino Guzzella, dem Präsidenten der ETH Zürich, zu den Chancen und Risiken einer digitalen Schweiz sowie die Rede von Benoît Revaz, dem neuen BFE-Direktor. Revaz erörterte die Chancen und Herausforderungen der Marktgestaltung im Energiemarkt. Schliesslich diskutierten Nationalräte sechs verschiedener Parteien auf dem Podium die Zukunft der Energiepolitik.

Tag 2: Drei Start-ups, drei Ideen und je fünf Minuten Zu den Höhepunkten am Freitag gehören die «Elevator Pitches» von gleich drei innovativen Schweizer Start-ups. Die Themen: Solardächer im Crowdfunding, Bitcoins für das grosse Publikum und Applikationen für Gebäude. Im Referatsteil sprachen: Christoph Frei, Generalsekretär und CEO World Energy Council, über neue Energierealitäten und die Bewältigung der Grossen Wende. Zudem Carlo Schmid-Sutter, Präsident Eidgenössische Elektrizitätskommission (ElCom), über aktuelle Probleme aus der Sicht der Regulierungsbehörde.

Wie können e-fuels von Audi als Teil und Treiber der Energiewende fungieren? Dieser Frage ging Tobias Block, Entwickler bei der Audi AG, nach. Den Abschluss des Kongresses bildete ein Plädoyer für eine marktwirtschaftliche Energiepolitik von Peter Grünenfelder, Direktor von Avenir Suisse.

(VSE)

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Die traditionelle Wasserbautagung der «Kommission Hochwasserschutz» (KOHS) des SWV findet 2017 anlässlich des 125-jährigen Jubiläums der Internationalen Rheinregulierung (IRR) im Rheintal statt. Die 1 ½-tägige Veranstaltung stellt am Beispiel der laufenden Arbeiten am Alpenrhein Wasserbauprojekte an grossen Gebirgsflüssen in den Vordergrund. Am ersten Tag referieren und diskutieren ausgewiesene Fachleute zu den Herausforderungen solcher Projekte, während der zweite Tag der regionalen Exkursion gewidmet ist.

Zielpublikum Angesprochen werden Wasserbauer und weitere mit Hochwasserschutz beschäftigte Fachleute aus der Privatwirtschaft und der Verwaltung. Die Tagung ist zudem immer auch ein ausgezeichneter Treffpunkt der Wasserbau-Fachwelt.

Inhalt, Sprache Das detaillierte Tagungsprogramm ist diesem Heft als Flyer beigelegt bzw. kann der Webseite entnommen werden. Die Vorträge werden in Deutsch gehalten; bei genügend grosser Zahl von Anmeldungen seitens französischsprechender Teilnehmer werden die Referate simultan übersetzt werden.

Kosten Für Einzelmitglieder und Vertreter von Kollektivmitgliedern des SWV und des ÖWAV gelten vergünstigte Tarife: 59

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Ve r anstaltunge n

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Tagung vom 20. Juni 2017 inkl. Abendessen: • Mitglieder CHF 300.– • Nichtmitglieder CHF 390.– • Studierende CHF 150.– Exkursion vom 21. Juni 2017: • Mitglieder CHF 120.– • Nichtmitglieder CHF 160.– • Studierende CHF 60.– Die Preise verstehen sich inkl. Mittagessen, Pausengetränke.

Anmeldung Anmeldungen bitte ausschliesslich über die Webseite des SWV: www.swv.ch/KOHS/IRR-Tagung-2017 Die Anmeldungen werden nach Eingang berücksichtigt. Als Anmeldebestätigung gilt die automatisch generierte Antwort-Mail auf die Online-Anmeldung.

Hotelreservation Zimmer sind durch die Teilnehmenden selbst zu buchen. Mit der Online-Anmeldung zur Tagung erhalten Sie einen Link zum Reservationssystem von Convention Partner Voralberg. Das Kontingent für die «KOHS/IRR-Tagung 2017» ist bis zum 28. April 2017 in verschiedenen Hotels vorreserviert.

Anreise/Busshuttle Zum Tagungsort im Kulturhaus Dornbirn werden Busshuttle ab dem Bahnhof Sargans angeboten. Details werden nach der Anmeldung bekanntgegeben. Bitte bei der Online-Anmeldung den Wunsch nach Shuttle auswählen.

Age nda Landquart 15.3.2017 Vortragsreihe Rheinverband, Referat 3: Hochwasserschutzprojekt RHESI Alpenrhein (d) Rheinverband (RhV), eine Verbandsgruppe des SWV. www.rheinverband.ch Wädenswil ab 18.3.2017 CAS-Zertifikatslehrgang Fische: Süsswasserfische Europas – Ökologie und Management (d) Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW). 21 Kurstage. Weitere Informationen und Anmeldung: www.zhaw.ch, ZHAW-Kurs 1 Wädenswil ab 24.3.2017 CAS-Zertifikatslehrgang Phytobenthos: Wasserpflanzen und Algen (d) Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW). 21 Kurstage.

Weitere Informationen und Anmeldung: www.zhaw.ch, ZHAW-Kurs 2 60

Chur 26.4.2017 Vortragsreihe Rheinverband, Exkursion 1: Besichtigung Pulvermühle Chur (d) Rheinverband (RhV), eine Verbandsgruppe des SWV. www.rheinverband.ch Bern 26.4.2017 Workshop on Dam Breach Analysis (e) Schweizerisches Talsperrenkomitee (STK) und VAW, ETH Zürich, www.swissdams.ch Klosters 10.5.2017 Vortragsreihe Rheinverband, Exkursion 2: Besichtigung Hochwasserschutzprojekt Landquart (d) Rheinverband (RhV), eine Verbandsgruppe des SWV. www.rheinverband.ch

L ite i te r atur Influence of air entrainment on rock scour development and block stability in plunge pools R. Duarte, Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 59, EPFL, 2014, 191 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179, doi: 10.5075/ epfl-lchcomm-59

Dornbirn (A) 20./21.6.2017 KOHS-/IRR-Tagung 2017: Wasserbau an grossen Gebirgsflüssen am Beispiel des Alpenrheins (d/f) Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV, zusammen mit IRR. Programm und Anmeldung: www.swv.ch

Baden-Baden, D 28.6.2017 AGAW-Symposium Wasserkraft 2017: Alpine Wasserkraft – Stütze der Energiewende (d) Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft (AGAW). www.alpine-wasserkraft.com Altdorf 7./8.9.2017 Wasserwirtschaftstagung mit 106.

SWV-Hauptversammlung (d/f) Bitte den Termin reservieren. Weitere Informationen folgen: www.swv.ch

Chur 19.9.2017 Fachtagung und Exkursion CoandaRechen: Coanda-Rechen – eine innovative Wasserfassung (d) HTW Chur mit BFE. Weitere Informationen und Anmeldung: www.htwchur.ch Olten 17.11.2017 Hydrosuisse-Fachtagung Wasserkraft 2017: Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftwerken (d/f) Kommission Hydrosuisse des SWV. Bitte Termin reservieren. Weitere Informationen folgen: www.swv.ch Dübendorf 22.11.2017 PEAK/KOHS-Kurs V46/17: Sedimentmanagement in Fliessgewässern (d) Eawag, mit Unterstützung Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV. Weitere Informationen: www.eawag.ch

Rock scour occurring near dam foundations due to high-velocity jets of spillways impinging into the plunge pool is a major concern regarding dam safety. Scour in fractured rock resulting from high-velocity jet impact is a complex phenomenon, which involves the three phases: water, air and rock. Since 1998, the Laboratory of Hydraulic Constructions (LCH) of the Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) is conducting research in order to better understand the physical processes that contribute to rock scour. An innovative experimental facility, which can reproduce prototype jet velocities, was built and continuously improved. With the help of this experimental set-up, a new, completely physically based engineering model has been developed for the prediction of the ultimate scour depth of jointed rock, called Comprehensive Scour Method (CSM). The impact of high-velocity plunging jets produce highly dynamic pressures at the pool bottom, which are transferred into rock joints by transient flow governed by the propagation of pressure waves. The latter is strongly influenced by the air content in the plunge pool and the underlying rock

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Hydraulic-hydrologic model for the Zambezi River using satellite data and artificial intelligence techniques J. P. Matos Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 60, EPFL, 2014, 303 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179, doi: 10.5075/epfl-lchcomm-60

The development of hydraulic-hydrologic models is a challenge in the case of large

catchment areas with scarce or erroneous measurement data and observations. With his study Mr. Dr. José Pedro Matos made several original contributions in order to overcome this challenge. The scientific developments were applied at Zambezi River basin in Africa in the framework of the interdisciplinary African Dams research project (ADAPT). First of all, procedures and selection criteria for satellite data regarding topography, rainfall, land use, soil types and cover had to be developed. With the goal to extend the time scope of the analysis, Dr. Matos introduced a novel PatternOriented Memory (POM) historical rainfall interpolation methodology. When POM interpolated rainfall is applied to hydrologic models it effectively opens up new possibilities related to extended calibration and the simulation of historical events, which would otherwise be difficult to exploit. A new scheme for rainfall aggregation was proposed, based on hydraulic considerations and easily implemented resorting to remote sensing data, which was able to enhance forecasting results. Dr. Matos used machine-learning models in an innovative way for discharge forecast. He compared the alternative models (e. g.

Autoregressive Moving-Average [ARMA], Artificial Neural Networks [ANN] and Support-Vector Regression [SVR]). Dr. Matos made then significant contributions to the enhancement of rainfall aggregation techniques and the study of limitations inherent to SVR forecasting model. He proposed also a novel method for developing empirical forecast probability distributions.

Finally Dr. Matos could successfully calibrate, probably for the first time, a daily hydrological model covering the whole Zambezi River basin (ZRB).

Hydro-morphodynamics of open-channel confluences with low discharge ratio and dominant tributary sediment supply S. Guillén Ludeña Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 61, EPFL, 2015, 158 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179, doi: 10.5075/epfl-lchcomm-61 River confluences are not only hot spots of diversity but also main elements for the connectivity in water catchments. In the past century many of the Alpine rivers in Europe as well as their tributaries have been channelized. Especially the confluences have often been transferred to rigid channels. Even sills were installed bet-

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fissures. Dr. Rafael Duarte studied for the first time the effect of active jet aeration on the scour process in fractured rock. Systematic experiments allowed assessing the response of a block in a plunge pool impacted by high-velocity jets having different amount of active aeration. He could show that the air entrained by the jet influences the pressures on the bottom by two opposed effects. On one hand, the airwater mixture reduces the apparent density of the jet and thus its momentum. The kinetic energy per unit volume reaching the pool bottom is lower and consequently the pressures are also lower compared to similar clear-water jet. On the other hand, the air bubbles reduce the shear stress of the diffusing jet in the plunge pool. The velocity decay of aerated jets is therefore less resulting in higher velocities reaching the bottom, and thus higher pressures. Which of the two effects will be stronger depends above all on the pool depth. Based on the experimental study and a comprehensive analysis of the results Dr. Duarte could enhance the Comprehensive Scour Method CSM in order to include active air entrainment at jet issuance.

ween the tributary and the main river. The result is that the connectivity of the river system was severely interrupted. In order to restore these confluences, its hydromorpho-sedimentary processes have to be known. Alpine confluences have steep tributaries with a high supply of coarse sediment, which strongly influences the hydro-morpho-sedimentary processes.

They differ fundamentally from existing conceptual models of confluence dynamics mainly developed on lowland river confluences. In his research project Mr. Dr. Sebastian Guillen conducted for the first time a systematic experimental study on hydro-morphodynamic processes in alpine confluences with simultaneous sediment supply in the tributary and in the main channel. The candidate studied systematically the influence of two junction angles, namely 90 ° and 70 °, as well as two different grain size distributions, with high and low gradation coefficients and the same median diameter. It could be observed that with continuous sediment supply into the main channel, deeper scour along the bank-attached bar was observed since the armouring of the bed was not easily possible. Dr. Guillen could also highlight that increasing discharge ratios produce deeper scour at the tributary mouth. With non-uniform sediments, the size of the bank-attached bar decreased with increasing discharge ratio. On the other hand the bank-attached bar was larger with increasing discharge ratio when uniform sediments were used in the tests. Furthermore Dr. Guillen demonstrated that lower junction angle (α = 70°) facilitates the penetration of the tributary-mouth bar and the delivery of tributary sediment load into the main channel. This deeper penetration of 61

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the tributary-mouth bar with α = 70 ° reduced the erosion at the tributary mouth and enlarged the bank-attached bar compared to α = 90 °. When using uniform sediments in the experiments it could be also shown that the bank-attached bar and the scour hole are strongly under-reproduced as compared to natural confluences, where a wide grain size distribution is normally predominant.

Time-dependent failure analysis of large block size riprap as bank protection in mountain rivers M. Jafarnejad Chaghooshi Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 62, EPFL, 2016, 178 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179, doi: 10.5075/epfl-lchcomm-62

The protection of riverbanks with blocks, called riprap, is the most used method in alpine rivers to avoid uncontrolled lateral erosion. For rivers with significant bed slopes large boulders have to be used in order to withstand high flow forces. Such large boulders cannot be dumped anymore, like in the case of lowland rivers, but they have to be placed individually by machines because of their weight. Consequently the blocks are better interlocked even if a rough surface of the riprap is required. Thus a higher resistance of such individually placed or «compressed» riprap may be expected. The existing design methods have been developed for dumped riprap with relatively small block sizes. Dr. Mona Jafarnejad studied for the first time systematically the effect of compressed riprap that means with individually placed 62

blocks having a good interlocking, on the failure resistance. Based on a relative roughness and modified Froude number, Dr. Jafarnejad proposed an empirical relationship which can assess the limit between stable and failure conditions of the blocks and thus gives a criterion for the required minimum block size. Furthermore, and also for the first time, the time-dependent failure was analysed which is also not considered in existing design methods. Dimensionless empirical relationships between the time to failure and the bed shear stress as well as flow depth were developed. The results revealed that for a total failure of the compressed riprap a relatively high number of blocks have to be eroded. In loose dumped riprap, normally the erosion of a few blocks results in a fast failure knowing that the time to failure is very important in practice since the flood peaks have only a limited duration. Additionally Dr. Jafarnejad studied the effect of a second layer of individually placed riprap on the time-dependent failure process, which is novel. She developed also an empirical relationship, which takes into account the influence of such a second layer. For the same longitudinal channel slope and side bank slopes, the second layer stabilizes the section and postpones failure. The effect of a second layer is more significant for higher bed slopes and bank side slopes. Finally, compared to the traditional design methods, using a safety factor approach, Dr. Jafarnejad developed a probabilistic failure analysis method for riprap, which considers uncertainties of the design parameters and the future evolution of bed load transport under climate change.

Hydraulic performance of stepped spillway aerators and related downstream flow features S. Terrier Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 63, EPFL, 2016, 317 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179, doi: 10.5075/epfl-lchcomm-63 Roller compacted concrete gravity dams are built since several decades. In combination with such dams stepped spillways are very often used as efficient flood release structures. More recently stepped spillways are also excavated into rock along the abutments of embankment dams. Over the last years the specific design discharge over stepped spillways has increased significantly. Specific discharge higher than 30 m3/sm for skimming

flow regime are not rare anymore. For such high specific discharges risk of cavitation may occur at the beginning of the stepped chute. This risk can be mitigated by implementing in the first step of the stepped chute a specially designed aerator. In order to prepare design guidelines for such aerators, Dr. Stéphane Terrier carried out for the first time a systematic experimental study regarding the hydraulic performance of a deflector aerator by varying the chute angle, the step height, the approach flow Froude number, the approach flow depth, the deflector angle as well as the deflector height. He systematically analyzed the lower and upper surfaces of the jet issued by the deflector and could derive empirical equations for the lower and upper effective takeoff angles. Together with an equation to obtain the takeoff velocity, the candidate could then describe the lower and upper jet surfaces with ballistic equations. Then the maximum jet elevation, the jet length and the jet impact angle on the pseudo-bottom can then be obtained, which are the most important parameters to predict the aerator performance. Dr. Terrier demonstrated that the air entrainment coefficient of the aerator could be derived from the relative jet length. Finally, he proposed an empirical relationship, which allows obtaining the air entrainment coefficient as a function of the Froude number and the deflector geometry.

As main result, he gives relations estimating the average and bottom air concentrations at significant locations along the flow, proving a sufficient value to counter cavitation. With this information Dr. Terrier could present for the first time a procedure for the design of a stepped spillway aerator.

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Stepped spillways have been built since several decades in combination with roller compacted concrete dams. More recently stepped spillways are also excavated into rock along the abutments of embankment dams. According to the prevailing topography these stepped spillways are designed with variable step heights and slope changes along the channel. In his research project Dr Mohammad Javad Ostad Mirza studied for the first time systematically with laboratory tests the influence of abrupt slope changes on the flow characteristics over stepped spillways. The air-water flow behaviour was studied in detail at several cross-sections along the chute, upstream and downstream of the slope change by measuring the evolution of water surface based on the equivalent clear water depth, flow bulking, flow velocities and air concentration profiles. Furthermore, dynamic pressures were measured on both vertical and horizontal faces at several steps in the vicinity and far downstream of the slope change. The systematic experiments give new insights in the flow characteristics over stepped spillways in the vicinity of slope changes, which is helpful for practical applications

Wasser für die Dekapolis Römische Fernwasserleitung in Syrien und Jordanien Publikation: 2016; Autoren: Mathias Döring, Werner Eck, Patrick Keilholz; Format 19 × 27 cm, Hartcover; 292 Seiten, ca. 200 Farbfotos, 90 Skizzen und Karten, Literatur, Glossar, technischer Anhang; Preis: 40,- CHF/36,- € zzgl. Versand; ISBN 9783-9815362-3-2. Bestellung: parmenios@tonline.de; Fax: ++49 (0)5060-6581.

Der Dekapolis/Zehn-Städte-Bund – Aquädukt, ein wasserhistorisches Projekt in Jordanien und Syrien Als der Verfasser Mathias Döring, Professor für Wasserbau, zur Begutachtung eines Stollens unter der bronzezeitlichen Siedlung Zeraqon im Norden Jordaniens hinzugezogen wurde, der als Wassergewinnungsanlage der Siedlung galt, stand für ihn bereits bei der ersten Begehung fest, dass dieser keineswegs im 3. Jt. v. Chr. entstanden sein konnte.

Der von Flinthorizonten durchzogene Kalkstein wäre mit Bronzewerkzeug nicht zu bearbeiten gewesen. Geräumige, regelmässige Querschnitte, verputzte Wände und Sinter liessen dagegen auf eine systematische Planung, einen gut organisierten Bauablauf, wie sie für römische Aquädukte typisch waren, sowie auf eine längere Betriebszeit schliessen. Da sich in der Nähe keine grösseren Wasserabnehmer fanden, wurde eine überregionale Versorgung in Betracht gezogen. Um den Verlauf der Fernwasserleitung in einem 400 km2 grossen Suchgebiet zu finden, entwickelte der Autor und Projektleiter von Zeraqon aus hypothetische Trassen, die auch der Orientierung im Gelände dienten.

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Dieser Einstieg führte schliesslich zum Nachweis des längsten, bisher bekannten Aquädukttunnels der Antike (ca. 86 km), der in bis zu 70 m Tiefe das jordanische Bergland unterquert und – soweit zugänglich – unter erheblichem physischem Einsatz mit Studierenden verschiedener Hochschulen und mit Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG systematisch erkundet und dokumentiert wurde.

Dabei zeigten sich auch eklatante Baufehler, Erdbebenschäden und Bergstürze, die zu verblüffend grossräumigen Lösungen und Innovationen geführt hatten, sodass der Aquädukt bis ins 7. Jh., in Teilen sogar noch bis ins 11. Jh., in Betrieb gewesen sein dürfte.

• Die Fernwasserleitung beginnt an einem grossen Grundwasserreservoir im Süden Syriens, ein zweiter Arm an einer römischen Talsperre. Der Aquädukt endet im Stadtgebiet von Gadara, 500 m über dem Jordan. Unterwegs waren weitere Dekapolis-Städte angeschlossen.

• Mit seinen Alleinstellungsmerkmalen reiht sich das ca. 207 km lange Aquäduktsystem in die Spitzengruppe der hellenistisch-römischen Wasserbauten ein, der die Druckleitung von Pergamon und die Aquädukte von Rom, Karthago, Nîmes, Lyon oder Byzanz zuzurechnen sind.

• In dem reich bebilderten und mit zahlreichen Skizzen und Karten versehenen Band ist der Dekapolis-Aquädukt unter Einbeziehung der Geologie, Hydrogeologie, Landeskunde und der wechselvollen Geschichte Transjordaniens erstmals in seiner ganzen Ausdehnung erfasst.

• Beiträge von Prof. Dr. Dr. h.c. Werner Eck, Dr. Dirk Kossmann (UNI Köln) und Dr. Patrick Keilholz (TU München) befassen sich mit den im Aquädukttunnel gefundenen Inschriften und der Wasserverteilung im Stadtgebiet Gadara.

• Der spannend geschriebene Forschungsbericht zeigt das Aufblühen hellenistischer und nabatäischer Städte, in Abhängigkeit von einer gesicherten Wasserversorgung, und die Römer als grossartige Baumeister, die selbst aus halbariden Gebieten an der Grenze ihres Imperiums fruchtbare Kornkammern und Stützpunkte des Fernhandels mit Arabien und dem Zweistromland machten.

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Experimental study on the influence of abrupt slope changes on flow characteristics over stepped spillways M. J. Ostad Mirza Communication du Laboratoire de constructions hydrauliques – LCH N° 64, EPFL, 2016, 180 Seiten, 20.5 × 14.5 cm. Herausgeber: Prof. A. Schleiss, ISSN 1661-1179, doi: 10.5075/epfl-lchcomm-64

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Pelton Turbines Publication: 2016; Author: Zhengji Zhang, ISBN 978-3-319-31908-7; Hardcover; Number of pages: 311; 124 b/w illustrations, 6 illustrations in colour; Price: CHF 110.–; Publisher: Springer International Publishing; www.springer.com

Content: This book concerns the theoretical foundations of hydro mechanics of Pelton turbines from a viewpoint of engineering. For reference purposes all relevant flow processes and hydraulic aspects in a Pelton turbine have been analyzed completely and systematically. The analyses especially include the quantification of all possible losses existing in the Pelton turbine and the indication of most available potential for further enhancing the system efficiency. As a guideline the book therefore supports further developments of Pelton turbines with regard to their hydraulic designs and optimizations. It is thus suitable for the development and design engineers as well as those working in the field of turbo machinery. Many laws described in the book can also be directly used to simplify aspects of computational fluid dynamics (CFD) or to develop new computational methods. The well-executed examples help better understanding the related flow mechanics. The book is an extended Version of the translation German language Edition «Freistrahlturbinen – Hydromechanik und Auslegung» (see below).

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Freistrahltubinen Publication: 2009; Author: Zhengji Zhang, ISBN 978-3-540-70771-4; Hardcover; 260 Seiten; 100 schwarz-weiss Abbildungen; Kosten: CHF 122.–; Verlag: Springer-Verlag Berlin Heidelberg; www.springer.com

Beschrieb: Dieses Fachbuch beinhaltet die wesentlichen Erkenntnisse der Hydromechanik von Freistrahlturbinen aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht. Basierend auf theoretischen Grundlagen und im Sinne eines Nachschlagewerks werden die Strömungsprozesse und alle relevanten hydromechanischen Aspekte von Freistrahlturbinen möglichst vollständig und systematisch beschrieben. Sämtliche Verluste inklusive der hydraulischen Reibungseffekte werden behandelt und quantifiziert. Das Buch unterstützt somit die gezielte Weiterentwicklung von Freistrahlturbinen sowie deren hydraulische Optimierung und mechanische Dimensionierung. Es richtet sich an Entwicklungsund Design-Ingenieure, an Turbinenhersteller, Kraftwerksbetreiber und Interessierte aus dem Bereich der Lehre und Forschung im Fachbereich «Strömungsmaschinen». Die zahlreichen angeführten Gesetzmässigkeiten können zur Vereinfachung von numerischen Methoden in der Strömungssimulation (CFD) oder zur Entwicklung neuer Rechenmethoden verwendet werden. Ausgeführte Beispiele ergänzen einzelne Kapitel des Buches und tragen zum besseren Verständnis bei.

Quantensprung in der Hydromechanik von Pelton-Turbinen von Zhengji Zhang Die Freistrahlturbine, auch als Peltonturbine bezeichnet, ist bereits seit über 100 Jahren für die Stromproduktion aus Wasserkraft im Einsatz. Peltonturbinen eignen sich bei grossen Fallhöhen und sind dementsprechend weit in der Schweiz verbreitet, hauptsächlich angesiedelt in den Alpenregionen. Hierzulande werden 60 % des Stromes aus Wasserkraft erzeugt.

Etwa die Hälfte davon stammt aus Peltonturbinen. Die maximale Leistung einer einzelnen Peltonturbine beträgt 423 MW (Kraftwerke Bieudron). Der maximal erreichbare Wirkungsgrad liegt in der Regel bei 91 %.

Obwohl die über die lange Zeit angesammelten Erfahrungen dazu beigetragen haben, dass Peltonturbinen heute sehr leistungsfähig und effizient sind, fehlte es bis zu Beginn dieses Jahrhunderts an fundierten physikalischen Erklärungen zur Hydromechanik dieses Turbinentyps. Lediglich die bekannte Bernoulli-Gleichung wurde angewandt. Der erreichte Wissensstand in der Hydromechanik von Peltonturbinen war vor allem auf Laborversuche, praxisnahe Beobachtung von Strömungsvorgängen sowie Erfahrungen von Kraftwerksbetreibern zurückzuführen.

Im Jahr 2004 hat die Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) ihr operatives Geschäft neu strukturiert und im Rahmen von Entwicklungsarbeiten zielgerichtete Untersuchungen zur Hydromechanik von Peltonturbinen angeordnet. Die geplanten Arbeiten sind in den anschliessenden Jahren erfolgreich durchgeführt und in der Monografie «Freistrahlturbinen» systematisch dokumentiert worden. Es handelt sich dabei um die erste Fachliteratur in Bezug auf Peltonturbinen. Diese deutschsprachige Monografie wurde in 2016 ins Englisch übersetzt und publiziert. Die englische Version der Monographie «Pelton Turbines» ist gleichzeitig durch das Einbinden von zusätzlichen neuen Erkenntnissen erweitert worden. Dazu gehören primär die Regulierung der Turbinenleistung, das Verhalten der Sandpartikeln in der Strömung und der Einfluss der Abnutzung der Mittelschneide von Turbinenschaufeln auf den Turbinenwirkungsgrad. Das neue Buch «Pelton Turbines» besteht aus 23 Kapiteln, welche alle hydromechanischen Aspekte der Peltonturbine quantitativ erfassen.

Wesentliche Inhalte – Strömungsreibung als grösste Verlustquelle Seit vielen Jahren wird versucht, den Wirkungsgrad von Peltonturbinen noch weiter

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Schaufelfestigkeit und Ähnlichkeitsgesetze Die Schaufeln einer Peltonturbine unterliegen starken dynamischen und periodischen Belastungen durch den Wasserstrahl und sind daher festigkeitsmässig hoch beansprucht. Die intensivste Materialbelastung tritt im Schaufelwurzelbereich auf. Bei der Auslegung der Schaufelgeometrie muss stets darauf geachtet werden, dass die maximale Spannung am Querschnitt im Schaufelwurzelbereich den vorgegebenen Wert nicht überschreiten darf. Die Kräfte, welche sich auf die Schaufel auswirken, sind die periodische Strahlkraft und die konstante Fliehkraft. Zur Auslegung der Schaufelfestigkeit muss die Strahlkraft immer unter Volllast berechnet werden.

Die mechanische Beanspruchung der Schaufel kann mit Hilfe der Finite-Elemente Methode (FEM) heutzutage exakt berechnet werden. Für einen Auslegungsingenieur ist es oft notwendig, die Schaufelfestigkeit abzuschätzen, bevor eine aufwendige FEM-Berechnung durchgeführt werden muss. In vielen Fällen reicht eine Abschätzung vollkommen aus. Zu diesem Zweck sind drei Ähnlichkeitsgesetze abgeleitet worden, welche die direkte Abschätzung der Schaufelfestigkeit, ausgehend von einem bekannten Fall, ermöglichen.

Verstellungsgesetz zur Leistungsregulierung Das hydraulische System mit Peltonturbinen unterliegt der Wirkung der Druckstösse, während sich die Turbineninjektoren öffnen oder schliessen. In der erweiterten Monografie «Pelton Turbines» ist ein parabolisches Verstellungsgesetz des Turbineninjektors konzipiert worden, mit welchem die im hydraulischen System auftretenden Druckstösse auf ein Minimum reduziert werden können. Mit Hilfe der modernen Reglungstechnik kann das parabolische Verstellungsgesetz leicht implementiert werden.

Sandabrasion und Konsequenz Sandabrasion oder abrasiver Verschleiss in den rotierenden Schaufeln ist ein ernstzunehmendes Problem bei vielen Peltonturbinen. Zum einen wird die Mittelschneide der Turbinenschaufel abgestumpft, was einen zusätzlichen Verlust im Turbinenwirkungsgrad direkt verursachen kann. Des Weiteren bewirkt die Sandabrasion die Zunahme der Rauheit der Schaufeloberfläche. Dies hat zur Folge, dass der reibungsbedingte Verlust drastisch zunehmen wird.

Man verknüpfe dies mit dem Statement im Abschnitt «Strömungsreibung als grösste

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Verlustquelle», was darauf hindeutet, dass die Reibung an der Schaufeloberfläche die grösste Verlustquelle darstellt.

In der erweiterten Monografie «Pelton Turbines» ist die Wirkung der abgestumpften Mittelschneide bei Turbinenschaufeln auf den Turbinenwirkungsgrad erörtert worden. Die Übereinstimmung zwischen Berechnungen und Messungen deutet darauf hin, dass ein derartiger Effekt hinreichend genau vorausgesagt werden kann.

Als Grundlage zur Beurteilung der Sandabrasion an der Schaufeloberfläche ist die Sandtrajektorie in der Strömung anhand eines Beispiels genau berechnet worden.

Die Berechnungen gelten als Universalfallstudien und können ebenfalls auf andere Fälle angewendet werden.

Schlusswort Der Autor stellt die wesentlichen Erkenntnisse der Hydromechanik von Peltonturbinen aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht dar. Im Sinne eines Nachschlagewerks werden die Strömungsprozesse und alle relevanten hydromechanischen Aspekte der Peltonturbine möglichst vollständig und systematisch wiedergegeben. In der Praxis finden diese theoretischen und hydromechanischen Grundlagen sowohl bei der Auslegung als auch beim Betrieb von Peltonturbinen Anwendungen. Der Autor dankt der KWO-Geschäftsleitung für die Unterstützung bei den Entwicklungsarbeiten.

Raumnutzung und Naturgefahren – Umsiedlung und Rückbau als Option Jahr: 2016, Seiten: 24, Nummer: UD1099-D, Hrsg.: Bundesamt für Umwelt BAFU, Reihe: Umwelt-Diverses.

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zu erhöhen. Dies deutet darauf hin, dass ein Verbesserungspotenzial vorhanden und ebenfalls bereits erkannt worden ist. Beide Monografien zeigen deutlich auf, dass die Reduzierung der Reibungsverluste in der Schaufelströmung das grösste Verbesserungspotenzial darstellt. Dieses Statement basiert auf der Ableitung des Zusammenhangs zwischen der Strömungsreibung im rotierenden Relativsystem und dem Turbinenwirkungsgrad im absoluten System.

Vermutlich ist das Fehlen dieses Zusammenhangs der Grund dafür, dass bisher erst wenige Arbeiten zur Frage vorliegen, wie und mit welcher Intensität die Reibung den Wirkungsgrad einer Peltonturbine beeinflusst. Aus der entsprechenden Analyse ist zum ersten Mal nachgewiesen worden, dass die Reibung zwischen Wasserströmung und Schaufeloberfläche die grösste Verlustquelle darstellt. Je nach Qualität der Schaufeloberfläche beträgt der Wirkungsgradverlust zwischen fünf bis zehn Prozent. Keine andere bisher bekannte Verlustquelle an einer Peltonturbine wirkt sich so intensiv auf den Wirkungsgrad aus. Daraus resultiert die Empfehlung, die Schaufeloberfläche möglichst glatt zu halten.

Durchgangsdrehzahl Im Hinblick auf die Betriebssicherheit des Systems ist die Durchgangsdrehzahl einer Peltonturbine ein relevanter Parameter.

Diese wird erreicht, wenn alle externen Widerstände entfallen. Unter der Strahlkraft beschleunigt sich das Rad bis zur Durchgangsdrehzahl. Die genaue Bestimmung erfolgt bisher fast ausschliesslich durch Messungen in Laborversuchen. Aus der Literatur und anderen Quellen wird die Durchgangsdrehzahl für Peltonturbinen beim 1.8–1.9-Fachen der Nenndrehzahl angegeben. Die maximale Abweichung beträgt somit über fünf Prozent.

Eine einfachere Rechenmethode zur genauen Bestimmung der Durchgangsdrehzahl wurde in beiden Monografien dargestellt. Die Einfachheit ist gegeben, da das Ergebnis innert einer Minute mit Hilfe eines gewöhnlichen Taschenrechners und der entsprechenden Formel kalkulierbar ist und die Abweichung unter ein Prozent liegt. Die Rechenmethode basiert auf der Analyse der Interaktion zwischen dem Wasserstrahl und den rotierenden Schaufeln. Die errechnete Genauigkeit wurde bei den bisher bearbeiteten Peltonturbinen bestätigt. Ferner kann nun auch der genaue Beschleunigungsprozess bis hin zur Durchgangsdrehzahl berechnet werden, was für Auslegungs- und Betriebsingenieure von wesentlicher Bedeutung ist.

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Der Rückbau von Bauten und die vorgängige Umsiedlung der betroffenen Personen oder Unternehmen fordern von Betroffenen und Behörden meist schwierige Entscheidungen. Die in der Broschüre vorgestellten Beispiele zeigen, dass Lösungen auch in solch schwierigen Fällen möglich sind.

Bestellung und Download: https://www.bafu.admin.ch/ud-1099-d

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• Die Themen der «Wasserwirtschaft» 2–3-2016 • Fischaufstiegsanlagen in Österreich – Vorgaben der WRRL, Stand der Umsetzung und Ausblick Veronika Koller-Kreimel • Fischlift Runserau – Eine innovative Lösung für schwierige Standorte Stefan Thonhauser, Martin Oberwalder, Frank Mühlbacher, Erwin Frick, Reinhold Gracner, Martin Schletterer • Planung einer Fischschleuse am Kraftwerk Kniepass am Tiroler Lech Christian Triendl • Fischpassierbarkeit und Doppeldrehrohrschnecken: Eine geeignete Alternative zur Wiederherstellung der Durchgängigkeit?

Bernhard Zeiringer, Simon Führer, Stefan Auer, Nino Struska, Walter Albrecht • Innovative Lösung: Fischaufstiegsschnecke System Rehart/Strasser Christian Mitterlehner, Klaus Schülein, Bernhard Strasser

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Fischliftschleuse nach System «der Wasserwirt» – Neuartige Fischaufstiegsanlage Bernhard Monai, Birgit Zraunig Der Fischlift – Eine attraktive und moderne Lösung Bernhard Pelikan Erfahrungen beim Monitoring von Fischschleusen mit einfachen Videosystemen Maria Schmalz FishCam – Videomonitoring zur Funktionsanalyse von Fischaufstiegsanlagen Helmut Mader, Sabine Käfer, Frederik Kratzert Fischdetektion an grossen Flusskraftwerken – Fallbeispiel Kirchbichl Marc Schmidt, Martin Schletterer Abstiegswege ausgewählter Fischarten an den Abstiegsanlagen der Wasserkraftanlage ECI Gereon Hermens, Rob Gubbels Der Fischlift am Gadmerwasser – Erfahrungen und Optimierungsvorschläge Matthias Meyer Massnahmen zum Schutz der Fischpopulation – die Sicht der Betreiber grosser Wasserkraftanlagen Walter Reckendorfer, Georg Loy, Jochen Ulrich, Tobias Heiserer, Giorgio Carmignola, Christian Kraus, Friedrich Zemanek, Martin Schletterer

Die Themen der «Wasserwirtschaft» 4-2016 • Themen des Grundwasserwiederanstiegs im Rheinischen Braunkohlenrevier Christian Forkel, Sara Hassel, Piercristian Rinaldi , Christian Müller • Restseen- und Kippenwasserentwicklung im Rheinischen Braunkohlenrevier Christian Forkel, Christian Müller, Sara Hassel, Piercristian Rinaldi, Marcel Rüping • Tiefenschärfe – die hochauflösende Vermessung des Bodensees Martin Wessels, Nils Brückner, Stefanie Gaide, Paul Wintersteller • Hydromorphologisch-numerische Simulation des Sedimenttransports in einem Tagebaurestsee Carsten Schulz • Sedimentumleitstollen – eine nachhaltige Massnahme gegen Stauraumverlandung Christian Auel , Robert Boes • Bestimmung der Erdbebensicherheit von Gewichtsstaumauern: Ansätze im Vergleich Katharina Sauer, Jan Görtz , Kristina Terheiden

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«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Risikolandschaft Reppisch Die Reppisch entspringt am Albis und führt durch das Reppisch-Tal nach Dietikon, wo sie das Stadtgebiet durchquert und in die Limmat mündet. Die Naturgefahrenkarte zeigt, dass in Dietikon ab 100-jährlichen Ereignissen vor allem im Zentrum und im Entwicklungsgebiet der Industrie mit grossflächigen Überflutungen zu rechnen ist.

Im Rahmen des Aufwertungs- und Gestaltungskonzepts Reppisch stellte sich die Frage, welche Massnahmen zum Schutz vor Hochwasserschäden zielführend, effizient und wirksam sind. Das Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL) des Kantons Zürich hat aufgrund erster Hinweise aus der Risikokarte Hochwasser Kanton Zürich eine vertiefte Untersuchung und Ermittlung des bestehenden Schadenpotenzials in Auftrag gegeben.

Anhand von Begehungen, Interviews und Workshops vor Ort wurden die potenziell betroffenen Objekte hinsichtlich ihrer Lage, Art, Nutzung und Wert analysiert. So konnte ein vollständiges Bild der betroffenen Schutzgüter gewonnen und konnten mögliche indirekte Auswirkungen erkannt werden. In einem zweiten Schritt wurden die Verletzlichkeit und das Schadenausmass im Ereignisfall ermittelt und in CHF ausgedrückt. Dabei sind nicht nur Sachschäden, sondern zum Beispiel auch Kosten für Betriebsunterbrüche, Versorgungsengpässe und Personenrisiken erhoben und monetarisiert worden. Als Resultat liegen die jährlichen Risiken pro Hochwasserszenario in der Stadt Dietikon vor.

Es konnte gezeigt werden, dass der Risikozuwachs vom 100- zum 200-jährlichen Ereignis relativ gross ist und bis zu einem Extremereignis (EHQ) weiter ansteigt.

Basierend auf der Risikokarte, wurde eine

Nachrichten

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Bild. Karte Gesamtrisiko. vertiefte Analyse und monetäre Berechnung der Hochwasserrisiken unter Einbezug von verschiedenen Risikoarten durchgeführt. Die nun vorliegenden Grundlagen liefern wertvolle Hinweise und konkrete Zahlen für die weitere Massnahmenpla-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

nung und die Diskussion von Schutzzielen in Dietikon.

Weitere Infos: Egli Engineering AG, Martina Lehner-Zahnd, lehner@naturgefahr. ch / Markus Federer, AWEL, markus.federer@bd.zh.ch

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Nachrichten

Tauchen Sie ein in unsere Welt

Taucher im Einsatz.

Tauchen ist unsere Leidenschaft. Und unser Beruf. Die TAF Taucharbeiten AG mit Sitz in Lyss ist der Schweizer Spezialist für sämtliche Arbeiten unter Wasser.

Psychische und physische Belastbarkeit, Zuverlässigkeit, handwerkliches Geschick, Teamgeist und unbändige Freude am Tauchen. Das alles braucht es, um das zu tun, was wir jeden Tag tun. Die TAF Taucharbeiten AG mit Sitz in Lyss arbeitet unter Wasser, in allen Bereichen.

Das Kerngeschäft unserer Firma ist der konstruktive Unterwasserbau. Wir führen aber auch alle Arbeiten in fliessenden oder stehenden Gewässern, in technischen Anlagen, in kontaminiertem Wasser oder anderen Flüssigkeiten durch. Wir arbeiten für den Bund, die Kantone, für Gemeinden, Firmen und Privatpersonen.

Wir sind in Kernkraftwerken im Einsatz, bei Entschlammungen und bei Brückenabbrüchen.

Unsere Arbeit ist nur in den seltensten Fällen direkt sichtbar. Deshalb sind Vertrauen, Flexibilität und Professionalität unsere wichtigsten Gebote. Wir betreuen unsere Auftraggeber bei jedem Projekt von A bis Z. Wir analysieren, planen, führen aus und kontrollieren. Dabei helfen uns unsere langjährige Erfahrung und unser fundiertes Fachwissen. Bei uns arbeiten festangestellte Profis, die alle einen handwerklichen Beruf erlernt haben und bei uns zu Berufstauchern ausgebildet worden sind. Unsere Gerätschaften sind stets auf dem neuesten technischen Stand. Nur Ausrüstung in Topqualität garantiert Arbeit in Topqualität.

Die Sicherheit und Gesundheit unserer Mitarbeiter ist uns sehr wichtig. Seit der Firmengründung im Jahr 2000 hat es noch nie einen Unfall gegeben. Wir halten uns strikt an gesetzliche Vorschriften und Verordnungen. Unsere Berufstaucher unterziehen sich regelmässig arbeitsmedizinischen Vorsorgeuntersuchungen.

Wir tauchen für Sie ab. Tauchen Sie mit uns ein in unsere Welt.

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Amphimaster beim Seegras schneiden.

Im Schlamm, Schilf und Seegras, in Häfen, auf Golfplätzen, in Naturschutzgebieten: Wir werten Uferzonen auf. Fast überall. Und fast immer mit unserem amphibischen Gewässerpflegeboot, dem Amphimaster.

Wir schneiden Seegras, wir saugen Schlamm ab. Wir sammeln und entsorgen Wasserpflanzen, Schilf oder schwimmenden Unrat. Wir legen Material frei, um Leitungen einzubauen. Wenn es darum geht, Uferzonen aufzuwerten, sind wir der richtige Partner, egal ob in Häfen, auf Golfplätzen oder in Naturschutzgebieten.

Mit unserem amphibischen Gewässerpflegeboot, dem Amphimaster, kommen wir überall dorthin, wohin es herkömmliche Maschinen nicht schaffen. Im Wasser schwimmt der Amphimaster, an Land fährt er auf Raupen. Weil diese Raupen sehr geringen Druck auf den Boden ausüben, kann unser Multifunktionsgefährt auch heikle Gewässer, Golfplätze oder Naturreservate überqueren, ohne den Boden zu beschädigen. Der Amphimaster ist auch mit einer Baggereinheit ausgerüstet. Sie hilft, zum Beispiel Ein- und Ausflüsse bei Weihern und Teichen zu bearbeiten und kommt um Brückenpfeiler herum zum Einsatz.

Für Entschlammungen mit dem Mudmaster – Der Mudmaster ist unser Schlamm-Meister. Preiswerter und umweltfreundlicher als mit diesem Gerät lässt sich Schlamm nicht entsorgen.

Wo Gewässer entschlammt werden müssen, braucht es den Meister. Und den Meister haben wir. Den Mudmaster, den Meister des Schlamms. Preiswerter und umweltfreundlicher als mit diesem Gerät lässt sich Schlamm nicht entsorgen.

Mit dem Amphimaster saugen wir Schlamm ab, der dann durch den daran angeschlos-

Mudmaster im Einsatz. senen Mudmaster geleitet wird. Dort werden Steine, Holz und Unrat herausgefiltert und landen direkt in der Mulde – das Prinzip ist ähnlich wie bei einem Fettabscheider in professionellen Küchen. Der übriggebliebene Schlamm wird im Mudmaster so bearbeitet und ausgetrocknet, dass er umweltfreundlich entsorgt werden kann.

Das gereinigte Wasser fliesst zurück ins Gewässer.

Die Vorteile der Arbeit mit dem Mudmaster sind eindeutig: Während der Entschlammung wird das Gewässer kaum beeinträchtigt und die Umwelt gar nicht weil der Prozess in einem geschlossenen System mit permanenter Überwachung stattfindet. Dank der hohen Kapazität der Schlammsaugpumpe (bis 130 m3 pro Stunde) geht die Arbeit rasch und kostengünstig voran.

An Ufern, Mauern und Bauwerken – Einfach, preiswert, nachhaltig: Wir sanieren unterspülte Bauwerke aller Art. Dabei kommen Gewebeschalungen oder Gewebecontainer zum Einsatz.

Unterspülte Bauwerke wie Bootshäuser oder Ufermauern sind oft starken Wellenschlägen ausgesetzt. Das spült das Material mit der Zeit aus. Hier kommen wir ins Spiel. Wenn es nötig wird, solche Bau-

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

Nachrichten Ufermauer vor Sanierung.

Taucher bei Ufermauersanierung.

Ufermauer nach Sanierung.

werke zu sanieren, stehen wir mit Gewebeschalungen und Gewebecontainern im Einsatz. Wir «impfen» diese mit einem speziellen Unterwasserbeton. Das macht das Gewebe reissfest und schützt es nachhaltig vor Auswaschungen.

Die Vorteile unserer Arbeit liegen auf der Hand: Durch den Wegfall von Wasserhaltung und Spundwänden spart der Auftraggeber viel Geld. Es gibt keine Erschütterungen in Problemzonen. Und nicht zuletzt ist die Bauplatzinstallation einfach und preiswert.

Vom Abbruch bis zum Unterwasseranstrich UW-Inspektionssystem. abzudichten, sandzustrahlen, Farbe aufzutragen oder Kernbohrungen vorzunehmen, sind wir zur Stelle. Fast alles, was auf einer Baustelle an der Oberfläche möglich ist, tun wir auch unter Wasser. Wir finden für jedes Problem eine Lösung.

Taucher bei Brückenpfeiler.

Wir sägen, spitzen, schweissen, bergen, bohren und malen. Schwerstarbeit unter Wasser ist unsere Fachkompetenz.

Geschäftsführer André Fankhauser kennt die Faustregel. «Sechs Stunden Schwerstarbeit an der Oberfläche sind ungefähr gleich anstrengend wie zwei bis drei Stunden identische Arbeit unter Wasser», sagt er.

Genau das ist unser Gebiet, genau deshalb sind unsere Mitarbeiter austrainierte Profis. Wenn es darum geht, Brücken abzubrechen, unter Wasser Munition zu bergen, zu sägen, zu schweissen, Bojen zu setzen,

Für ferngesteuerte Inspektionen unter Wasser – Wir sprechen vom Fliegen und meinen die Arbeit mit unserem ferngesteuerten Unterwasser-Inspektionssystem.

Auf Englisch heisst es Remotely Operated Vehicle, kurz ROV. Es sieht aus wie ein ferngesteuertes U-Boot. Es kann bis zu 300 Meter tief tauchen. Es ist handlich und leicht und kann deshalb auch in schwer zugänglichen Gewässern wie Bergseen eingesetzt werden. Es ist mit einer um 180 Grad schwenkbaren HD-Kamera ausgerüstet, die zoomen und so sämtliche Details in Rohren, Stollen oder Seeleitungen dokumentieren kann. Dank dem hochauflösenden 360-Grad-Sonar-System kann das ROV auch bei schlechter Sicht einen Überblick über die Beschaffenheit des

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Geländes verschaffen und die Form und Grösse von Anomalien und Objekten aufzeigen.

Unser Unterwasser-Inspektionssystem kommt überall dort zum Einsatz, wo Leitungen, Stollen und Röhren kontrolliert werden müssen. Und es leistet auch bei Such- und Bergungseinsätzen und als Unterwasserplattform für Archäologie- und Forschungsprojekte wertvolle, aber preiswerte Dienste.

Die Arbeit mit dem ROV nennen die Profis «Fliegen», erklärt Geschäftsführer André Fankhauser. Gesteuert werden kann das Gerät mit einem Videospiel-Controller.

«Wer gut fliegt, ist in der Regel auch gut auf der Playstation», sagt Fankhauser und lacht.

Weitere Infos: TAF Taucharbeiten AG, Südstrasse 21 CH-3250 Lyss Tel. +41 (0)32 392 73 20 Fax +41 (0)32 392 73 21 info@taf-taucharbeiten.ch www.taf-taucharbeiten.ch 69

Stellenangebot Eidgenössisches Departement für Umwelt,Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK Bundesamt für Energie BFE

FACHSPEZIALISTIN/FACHSPEZIALIST STAUANLAGENSICHERHEIT 80–100% / ITTIGEN

Mit Expertise in die Zukunft.

In dieser verantwortungsvollen Funktion sind Sie zuständig für die Grundlagen der Aufsicht über die Sicherheit der Talsperren.

Ihre Aufgaben • Erarbeiten, bewirtschaften und vermitteln von sicherheitstechnischen Grundlagen • Begleiten von Forschungsvorhaben und Studienaufträgen sowie sicherheitstechnische Studien und Abklärungen durchführen • Beraten und unterstützen des Sicherheitsaufsichtsteams sowie übernehmen von Querschnittsaufgaben • Mitglied der Notfallorganisation bei ausserordentlichen Ereignissen und Talsperrenbrüchen • Verfassen von Antworten und Stellungnahmen zuhanden des Bundesrates und Parlaments sowie der Öffentlichkeit Ihre Kompetenzen • Masterabschluss als Bauingenieurin/Bauingenieur (ETH oder gleichwertig), vorzugsweise mit Promotion • Mehrjährige Erfahrung im Talsperrenbau oder in der Talsperrensicherheit oder einem verwandten Bereich • Fähigkeit, komplexe Prozesse zu synthetisieren und darzustellen, analytisches und strukturiertes Denken, redaktionssicher und Verständnis für politische Zusammenhänge • Kommunikative, teamfähige und organisierte Persönlichkeit • Gute aktive Kenntnisse in zwei Amtssprachen sowie Englisch und wenn möglich passive Kenntnisse einer dritten Amtssprache

Das Bundesamt für Energie (BFE) ist zuständig für die sichere, wirtschaftliche und nachhaltige Energieversorgung der Schweiz und setzt sich für eine effiziente Energienutzung und für die Erhöhung des Anteils an erneuerbaren Energien ein.

Es ist Teil des Eidgenössischen Departements für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK).

Als Mitarbeiterin oder Mitarbeiter des BFE gestalten Sie die Zukunft der Schweiz. Sie übernehmen in herausfordernden Projekten Verantwortung für die erfolgreiche Entwicklung unseres Landes. Das BFE bietet Ihnen die Möglichkeit, in einem modernen Arbeitsumfeld einen wesentlichen Beitrag für eine nachhaltige Schweiz zu leisten.

Die Bundesverwaltung achtet die unterschiedlichen Biografien ihrer Mitarbeitenden und schätzt deren Vielfalt.

Gleichbehandlung geniesst höchste Priorität.

Da die französische und italienische Sprachgemeinschaft in unserer Verwaltungseinheit untervertreten ist, freuen wir uns über Bewerbungen von Personen dieser Sprachgemeinschaften.

Onlinebewerbung unter www.stelle.admin.ch, Ref. Code 30188 Ergänzende Auskünfte erteilt Ihnen gerne: Herr Georges Darbre, Leiter Talsperren, Tel. 058 465 54 91

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Weitere interessante Stellenangebote der Bundesverwaltung finden Sie unter www.stelle.admin.ch

«Wasser Energie Luft» – 109. Jahrgang, 2017, Heft 1, CH-5401 Baden

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Ingenieurdienstleistungen

Impressum «Wasser Energie Luft» Schweizerische Fachzeitschrift für Wasserrecht, Wasserbau, Wasserkraftnutzung, Gewässerschutz, Wasserversorgung, Bewässerung und Entwässerung, Seenregulierung, Hochwasserschutz, Binnenschifffahrt, Energiewirtschaft, Lufthygiene. / Revue suisse spécialisée traitant de la législation sur l’utilisation des eaux, des constructions hydrauliques, de la mise en valeur des forces hydrauliques, de la protection des eaux, de l’irrigation et du drainage, de la régularisation de lacs, des corrections de cours d’eau et des endiguements de torrents, de la navigation intérieure, de l’économie énergétique et de l’hygiène de l’air.

Gegründet 1908. Vor 1976 «Wasser- und Energiewirtschaft». / Fondée 1908. Avant 1976 «Cours d’eau et énergie».

Redaktion Roger Pfammatter (Pfa) Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV)

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Layout, Redaktionssekretariat und Anzeigenberatung Manuel Minder (Mmi)

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Französische Übersetzung Editorial und SWV-Jahresbericht Rolf T. Studer

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ISSN 0377-905X

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Verlag und Administration SWV · Rütistrasse 3a · CH-5401 Baden Tel. +41 56 222 50 69 · Fax +41 56 221 10 83 www.swv.ch · info@swv.ch roger.pfammatter@swv.ch manuel.minder@swv.ch Postcheckkonto Zürich: 80-1846-5 Mehrwertsteuer-Nr.: CHE-115.506.846

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Druck/Lektorat Binkert Buag AG Baslerstrasse 15 · CH-5080 Laufenburg Tel. +41 62 869 74 74 · Fax +41 62 869 74 80

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Sichere Versorgung dank Schweizer Wasserkraft

Wasserkraft als Rückgrat unserer Stromversorgung: Schweizer Wasserkraft trägt rund 60 % zur einheimischen Stromproduktion bei und spielt somit für die Umsetzbarkeit der Energiestrategie 2050 eine zentrale Rolle.

Wasserkraft als regionaler Wirtschaftsmotor: Die Wertschöpfung erfolgt in der Schweiz.

Sie wirkt der Abwanderung in Bergregionen entgegen und sichert lokal Arbeitsplätze.

Wasserkraft als Tourismusattraktion: Stauseen und Wasserkraftwerke bieten Erholungsgebiete in einmaligen Gebirgs- und Flusslandschaften.

Wasserkraft als Energie der Schweiz: Wasserkraft ist unser wichtigster einheimischer Rohstoff – er ist erneuerbar, klimaschonend, flexibel einsetzbar und auch zukünftig verfügbar.

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