Wasser Energie Luft 2/2013 by Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband SWV

2-2013

Hochwasserereignis am Kraftwerk Mühlau an der Thur, Bild: Entegra.

13. Juni 2013

· Bewältigung Geschiebe · Beurteilung Massnahmen Schwall/Sunk · Methodenset Hochwasser · SWV-Jahresbericht 2012

Zusammen läufts nicht aus dem Ruder. Steigende Abwassermengen und immer neue Schadstoffe belasten die Abwasserentsorgung über Gebühr. Wenn Sie sich mit Ihrer Nachbargemeinde zusammentun, sind dringend nötige Investitionen tragbar. Kooperationen sind auch bei der Wasserversorgung, beim Hochwasserschutz oder bei der Revitalisierung von Gewässern von Nutzen. Weshalb sie sich lohnen und «Wasser wie SieEnergie vorgehen zeigt2013, derHeft Wasserkompass II Luft» –können, 105. Jahrgang, 2, CH-5401 Baden für Gemeinden. Bestellen Sie ihn unter www.wasser2013.ch

Editorial Importierter Förderteufel

Roger Pfammatter Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

ie Strommarktpreise kennen seit Monaten nur noch eine Richtung: nach unten. An einem durchschnittlichen Tag bekommt man am wichtigsten Handelsplatz Europas, der EEX-Börse in Leipzig, für eine Kilowattstunde gerade mal noch umgerechnet 5 Rappen oder weniger. Das liegt bereits unter den Gestehungskosten von so manchem bewährtem Wasserkraftwerk der Schweiz. Und das sollte uns allen zu denken geben. Wenn die weitaus effizienteste und wirtschaftlichste aller erneuerbaren Stromquellen und überdies das wichtigste Standbein der einheimischen Energieversorgung am Markt nicht mehr bestehen kann, dann ist am Modell doch einiges schief. Der Preiszerfall in Europa lässt sich zum einen mit der dümpelnden Wirtschaft und gedrosseltem Strombedarf bei bestehenden Überkapazitäten, erklären. Zum anderen ist das aber Resultat der Überschwemmung des Marktes mit hoch subventionierter Produktion aus Photovoltaik und Wind. Alleine Deutschland pumpt Fördergelder von aktuell rund 20 Milliarden Euro pro Jahr (sic!) in neue Produktionsanlagen, was den Endverbraucher im Nachbarland be-

reits eine Abgabe von umgerechnet rund 6.5 Rappen pro kWh kostet (also mehr als die eigentliche Produktion am Markt wert sein soll). Der geförderte Strom wird zudem prioritär und faktisch ohne Produktionskosten ins Netz eingespeist, was den Markt verzerrt und die nicht subventionierte Produktion diskriminiert. Die durch Subventionen angeheizten Überkapazitäten lassen die Marktpreise weiter sinken, was zwangsläufig zu weiteren Fördergeldern führt. Das ist ein Teufelskreis, dem nur schwer zu entrinnen ist. Investiert wird nur noch in subventionierte Anlagen, seien sie noch so klein oder ineffizient. Und leider besteht keine Aussicht auf baldige Korrektur am Markt, denn die Vergütungen sind auf 20 und mehr Jahre garantiert. Da sich die vor allem von Deutschland verursachten Verzerrungen dem Einflussbereich der Schweizerischen Politik weitgehend entziehen, bleibt uns nur: 1) den Fehler nicht zu wiederholen, und 2) dessen schädliche Wirkung zu dämpfen. Der Bedarf finanzieller Anreize und Stützungsmechanismen für die unverzichtbaren Leistungen unserer Wasserkraft rückt zunehmend in den Vordergrund.

Subventionnement vicieux

epuis plusieurs mois, les prix du marché de l’électricité ne connaissent plus qu’une seule tendance: à la baisse. Lors d’une journée normale à la bourse européenne de l’énergie EEX à Leipzig, un kilo-wattheure s’échange à tout juste 5 centimes si ce n’est moins. Ce prix est déjà en-dessous des coûts de production de maintes centrales hydroélectriques éprouvées en Suisse. Cela devrait nous pousser à la réflexion. Lorsque la source d’énergie renouvelable de loin la plus efficace et la plus économique, de surcroît le pilier le plus important de notre approvisionnement énergétique indigène, ne peut plus subsister sur le marché, alors le modèle est certainement tordu. L’érosion des prix en Europe s’explique d’une part par l’économie stagnante et un besoin en électricité limité en présence des surcapacités existantes. D’autre part, c’est également le résultat de l’inondation du marché par une production subventionnée issue du photovoltaïque et de l’éolien. Actuellement, l’Allemagne seule injecte des subventions d’environ 20 milliards d’euros par an (sic !) dans de nouvelles unités de production. Ce qui revient à une redevance

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équivalente à 6.5 centimes par kWh au consommateur final de notre pays voisin (soit plus que la valeur de la production sur le marché). En outre, cette électricité est introduite dans le réseau en priorité et de facto sans coûts de production, ce qui biaise le marché et discrimine la production non-subventionnée. Les surcapacités atti-sées par les subventions poussent à la baisse les prix du marché, ce qui inévitablement conduit à d’autres subsides. C’est un cercle vicieux auquel il est difficile d’y échapper. On n’investit plus que dans les installations subventionnées, même si elles sont encore petites ou inefficaces. Et malheureusement, aucune perspective de correction prochaine du marché n’existe, car les indemnités sont garanties sur 20 ans et plus. Puisque les distorsions causées surtout par l’Allemagne échappent à la sphère d’influence de la politique suisse, il nous reste alors à: 1) ne pas répéter l’erreur, et 2) atténuer son effet nuisible. Le besoin d’incitations financières et de mécanismes de soutien pour les prestations indispensables de notre force hydraulique vient de plus en plus au premier plan.

III

Inhalt

2l2013

Bewältigung von Geschiebe an Kleinwasserkraftanlagen – Erfolgskontrolle von ausgeführten baulichen und betrieblichen Massnahmen Peter Eichenberger, Ivo Scherrer, Matthias Wiget

Beurteilung von Massnahmen zur Reduktion von Schwall und Sunk – Fallbeispiel Hasliaare Martin Bieri, Emilie Person, Armin Peter, Anton J. Schleiss 85

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Hochwasserstatistik am BAFU – Diskussion eines neuen Methodensets Eva Baumgartner, Marc-Olivier Boldi, Caroline Kan, Simon Schick

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Hochwasser-Risikokarten für den Risikodialog in den Gemeinden – Risikoübersicht für den kommunalen Risikodialog im Kanton Schaffhausen Jürg Elsener Metz, Jürg Schulthess, Annemarie Schneider, Christian Willi, Sonja Stocker, Martin Rauber

117

drought.ch – Auf dem Weg zu einer Trockenheits-Informationsplattform für die Schweiz Manfred Stähli, Sylvia Kruse, Felix Fundel, Massimiliano Zappa, Kerstin Stahl, Luzi Bernhard, Irmi Seidl

122

La revanche dans les projets de protection contre les crues et de l’analyse de dangers – Recommendations de la Commission pour la protection contre les crues (CIPC) CIPC

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La revanche dans les projets de protection contre les crues et de l’analyse de dangers – Examples des cas CIPC

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Inhalt

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2l2013

Jahresbericht 2012 des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes SWV

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Rapport annuel 2012 de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux ASAE

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Nachrichten Wasserkreislauf/Wasserwirtschaft Wasserkraftnutzung Hochwasserschutz/Wasserbau Gewässer/Revitalisierung Energiewirtschaft Klima Rückblick Veranstaltungen Veranstaltungen Agenda Personen Literatur Industriemitteilungen

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Stellenangebot

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Branchen-Adressen

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Impressum

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Bewältigung von Geschiebe an Kleinwasserkraftanlagen Erfolgskontrolle von ausgeführten baulichen und betrieblichen Massnahmen Peter Eichenberger, Ivo Scherrer, Matthias Wiget

Zusammenfassung Methoden zur Geschiebeabwehr und zum Geschiebeabzug an Wasserfassungen in geschiebeführenden Flüssen sind seit Langem bekannt, doch liegen über deren Wirksamkeit an ausgeführten Anlagen kaum Berichte vor. Am neuen Kraftwerk Mühlau an der Thur in Bazenheid (SG) wurde während 2½ Jahren ein Geschiebemonitoring durchgeführt, welches sich der indirekten Messung des Geschiebetransports mit Geophon-Messkörpern an und in der Wasserfassung bediente. Aufgrund der Messresultate konnten Schwachstellen der Wasserfassung erkannt und durch die Implementierung von zusätzlichen Massnahmen grösstenteils eliminiert werden. Darüber hinaus wurde das Geschiebemonitoring im Laufe der Projektlaufzeit mehr und mehr zu einem Werkzeug für die Optimierung des Kraftwerkbetriebs im Hochwasserfall und erbrachte damit dem Kraftwerkseigner einen zusätzlichen Nutzen.

Problemstellung und Lösungsansatz Bei bis zu 70% aller Wasserfassungen im Niederdruckbereich werden Probleme mit Geschiebeablagerungen beobachtet, die nicht nur zu Betriebsunterbrüchen während und nach geschiebeführenden Hochwasserereignissen, sondern auch zu regelmässigen Baggerungen mit hohen Kostenfolgen und weiteren Betriebsunterbrüchen führen. Während einige neuartige Kraftwerkskonzepte die übliche Seitenfassung bei Buchtenkraftwerken komplett verlassen (z.B. bewegliches, überströmbares Krafthaus oder das Schachtkraftwerk), halten andere Konzepte an der konventionellen Entnahme fest und schlagen dafür betriebliche und bauliche Massnahmen vor, welche die Geschiebeprobleme mindern können. Die Methoden des Geschiebeabzugs und der Geschiebeabwehr an Wasserfassungen sind in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts von verschiedenen Versuchsanstalten für Wasserbau intensiv studiert worden (Scheuerlein 1984; Schöberl 1989, Bouvard 1992); Entwurfsprinzipien zu den verschiedenen Massnahmen liegen seit Langem vor, doch ist wenig über deren Wirksamkeit an ausgeführten Anlagen bekannt.

Am neuen Kleinwasserkraftwerk Mühlau an der Thur in Bazenheid (Einzugsgebiet 493 km2, 1.3 MW elektrische Leistung), welches in der Zeit von Juni 2008 bis Juni 2010 an einer wenig vorteilhaften Innenkurve der Thur gebaut worden ist, wurden vier verschiedene Massnahmen umgesetzt, die sich sowohl der Methode der Geschiebeabweisung als auch des

Geschiebeabzugs aus der Wasserfassung bedienen. Die Tauglichkeit und Wirksamkeit dieser Massnahmen wurde mittels Geschiebemonitoring während den ersten 2½ Betriebsjahren dieses Kraftwerks untersucht. Dieses Monitoring bestand aus einer indirekten Messung des Geschiebetransports mit Geophon-Messkörpern an und in der Wasserfassung. 2.

Massnahmen zur Geschiebeabweisung am Kraftwerk Mühlau (Thur) Wie an vielen bestehenden Wasserkraftwerken lag die Wasserfassung der alten Anlage Mühlau in Bazenheid nicht an dem für das Abweisen von Geschiebe optimalen Standort; die Anordnung auf der unvorteilhaften Innenkurve der Thur ging auf historische Tatsachen zurück und liess sich an dieser felsigen Engstelle des Flusses mit Verkehrsübergang auch mit dem Neuund Ausbau der Anlage in den Jahren 2008 bis 2010 nicht mehr verändern.

Bild 1. Geschiebebaggerungen an einer Wasserfassung eines Niederdruckkraftwerks im Mittelland bei abgesenkter Stauhaltung.

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Bild 2. Übersicht über das neue Kraftwerk Mühlau an einer Innenkurve der Thur in Bazenheid (SG); Ausbauwassermenge 31 m3/s. 2.1

Geschiebeabzug durch bauliche Massnahmen Es ist bekanntlich die sohlennahe Strömung, die im Hochwasserfall Geschiebe in die Wasserfassung trägt und zu Betriebsunterbrüchen führt. Ziel ist es deshalb, diesen sohlennahen Anteil des Triebwassers nicht zu entnehmen, sondern über ein System von Kanälen und Regulierorganen wieder dem Fluss zurückzugeben. Am Kraftwerk Mühlau wurde dies mit den folgenden Massnahmen versucht: 1. Einbau einer Trennschwelle mit anschliessender Geschiebesammel- und Geschiebespülrinne (Breite B = 2.5 m und Länge L = 17 m) vor der eigentlichen Einlaufschwelle der Fassung, die als sogenannte Grazer Kragschwelle ausgebildet wurde. Die Sammelrinne wird mit einem Grundablass B × H = 3 m × 2.75 m gereinigt. Die Kragschwelle soll eine wirbelbehaftete Strömung erzeugen, die das Geschiebe beim Spülen in Suspension halten kann. 2. Einbau einer Wirbelröhre in der Wasserfassung, welche bereits gefasstes Geschiebe einfängt und dem Triebwasser entzieht. 3. Einbau einer Spülschütze vor der Rechenanlage, mit welcher abgelagertes Geschiebe lokal in die Thur zurückgespült werden kann. 2.2

Geschiebeabweisung durch betriebliche Massnahmen Erfahrene Hydrauliker definieren die Kunst der Geschiebeabwehr bei Wasserfassungen mit der griffigen Formel: den Fluss die Arbeit selber machen lassen! Durch eine günstige Nutzung der Sekundärströmung 86

in Flussbiegungen, welche die Aussenseite einer Kurve geschiebefrei hält, soll der Fluss das mitgeführte Geschiebe im Hochwasserfall neben der Fassung vorbei ins Unterwasser lenken. Falls eine solche Biegung wie beim Kraftwerk Mühlau fehlt, kann durch einen asymmetrischen Betrieb der Wehrklappen eine künstliche Biegung provoziert werden, welche das Geschiebe durch die Spiralströmung in der Kurve weg von der Fassung treibt. In Mühlau werden die beiden Wehrklappen im Hochwasserfall so gesteuert, dass sich zuerst das orografisch rechte Wehrfeld öffnet, während die linke Wehrklappe geschlossen bleibt (siehe Bild 2). Wie die vorliegende Untersuchung zeigt, funktioniert diese Massnahme aber nur innerhalb bestimmter Grenzen und kann nicht als Universallösung angewandt werden. 2.3 Dimensionierung Der Grundablass anschliessend an die Geschiebesammelrinne und das Abschlussorgan der Wirbelröhre werden im Hochwasserfall automatisch geöffnet und zwar ab einem Abfluss der Thur von bereits ca. 70 m3/s. Obwohl der eigentliche Geschiebetrieb in der Thur im Gewässerabschnitt Lütisburg–Bazenheid erst bei ca. 130 m3/s beginnt (Aufreissen der Deckschicht), gibt es auch schon bei geringeren Abflüssen lokale Geschiebebewegungen, die zu Ablagerungen an der Fassung führen können. Bei Hochwasser mit Geschiebetrieb wird permanent mit ca. 16 m3/s gespült, was einer Öffnung des Grundablasses von weniger als 1/3 entspricht. An diese eher geringe Öffnung hat man sich erst im Laufe des Projekts herangetastet;

Bild 3. Trennschwelle mit anschliessender Geschiebesammel- und -spülrinne und Grazer Kragschwelle an der Wasserfassung Mühlau bei abgesenkter Stauhaltung. es ist ein Kompromiss aus zwei gegensätzlichen Anforderungen: einerseits eine eher geringe Öffnung, um die Entnahmewassermenge und den Geschiebeeinzug nicht unnötigerweise zu erhöhen, aber andererseits eine genügend grosse Öffnung, um die Spülwirkung des Grundablasses nicht zu unterbinden und keine Verklausung zu provozieren. Die Wirbelröhre ist auf ein Grösstkorn von 60 mm ausgelegt und transportiert bei geöffnetem Abschlussorgan im Hochwasserfall rund 1.25 m3/s Wasser aus der Wasserfassung. Die Dimensionierung erfolgte in Anlehnung an Versuche an der TU München in Obernach (Mtalo 1988) und der VAW/ETHZ (Schmidt/Bezzola 2002). Die Spülschütze direkt vor dem Einlaufrechen ist nicht für eine kontinuierliche Spülung während Hochwasserereignissen gedacht, da ohne ein Absenken des Stauzieles nur unmittelbar am Organ ein Spüleffekt erzielt werden kann; für weiter entfernte Ablagerungen bleibt die Spülwirkung aus. Diese Spülschütze wird deshalb nur manuell während Reinigungsarbeiten bedient. 3.

Konzept zur Überprüfung der Wirksamkeit der Massnahmen

3.1

Geschiebemonitoring mittels Geophonen Das Messen von Geschiebebewegungen in der Natur während Hochwasserereignissen stellt auch heute noch eine

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zentrale Herausforderung der Geschiebetransportforschung dar (Rickenmann 2007). Nach eingehender Evaluation der verschiedenen Messmethoden wurde der Einzug von Geschiebe in die Wasserfassung des KW Mühlau indirekt mit Hilfe von in die Sohle integrierten Geophon-Messkörpern gemessen. Gesteinskörner, die auf die Stahl-Abdeckplatte der Messkörper aufschlagen, verursachen Vibrationen, die über die Geophone in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Anhand der Signale kann ein Mass für den Geschiebetrieb durch den Messquerschnitt extrahiert werden. Die Geophone werden in verschiedenen Messquerschnitten entlang des Triebwasserwegs installiert, sodass sich die Wirksamkeit der oben aufgeführten Massnahmen im Einzelnen bestimmen lässt. Beim Entwurf der Messanordnung wurde vor allem auf den bereits im Einsatz stehenden Geophon-Systemen der Eidg. Forschungsanstalt Wald, Schnee und Landschaft (WSL) aufgebaut, die für das Detektieren von Murgängen eingesetzt werden (Turowski 2008). Die Abmessungen der Messplatten pro Geophon (400 mm × 800 mm) wurde jedoch gegenüber dem WSL-System vergrössert, um die Kontrollquerschnitte im Triebwasserweg mit einer möglichst geringen Anzahl Geophonen vollständig abdecken zu können. Dadurch konnten die Kosten in einem vernünftigen Rahmen gehalten werden. Schlussendlich wurden 22 Messplatten mit dazugehörenden Geophonen installiert (siehe Bild 4): eine erste Reihe von 11 Platten an der Trennschwelle vor der Fassung, eine zweite Reihe von 10 Platten nach der Wirbelröhre in der Fassung vor dem Feinrechen und eine einzelne Platte am Auslauf der Wirbelröhre. Die Messplatten mussten mit einer Körperschalldämmung vom Gehäuse getrennt gelagert werden, sodass sich die Impulse nicht auf benachbarte Platten übertragen. Die Gehäuse wurden anschliessend noch mit einer Holzverschalung umgeben, damit Geschiebe und Geschwemmsel keine Schäden an den Gehäusen und den abgehenden Kabelschutzrohren verursachen konnten (siehe Bild 5). Für die Registrierung und Auswertung der Signale (nur jene über einem bestimmten Grenzwert zur Eliminierung von Hintergrundrauschen) wurde ein Datenerfassungsgerät eingesetzt, welches zusammen mit einem Laptop-Computer in einem Schaltschrank vor Ort installiert wurde. Auf dem Laptop wurde eine Soft-

ware installiert, welche die Signale laufend auswertete und Einschlagsimpulse herausfilterte. Das Auswertegerät wurde auf jedem Geophon-Kanal einzeln gegen Überspannungen aus Blitzschlag gesichert. Zusätzlich im Schaltschrank eingebaut wurde ein Modem, welches über das GSM-Netz täglich Status- und wenn nötig Alarmmeldungen an die Projektverantwortlichen sendete. 3.2 Messkampagnen Die Anlage war Mitte Juli 2010 betriebsbereit. Noch vor dem Aufstau der Stauhal-

tung ereignete sich am 17./18. Juli 2010 ein kleines Hochwasser, welches eine kleine Menge Geschiebe (0.250 m3 ohne Sandanteile) über die zweite Geophon-Reihe in die Wasserfassung spülte. Mit den dabei ausgelösten Impulsen konnte eine grobe Eichmessung durchgeführt werden, welche die Anzahl Impulse zum Geschiebevolumen in Beziehung bringt. Es konnte ein Verhältnis von rund 13 000 Impulsen pro m3 Geschiebe mit einem Korndurchmesser >10 mm bestimmt werden. Für die Analyse der Hochwasserereignisse wurden jeweils die Abflussgang-

Bild 4. Anordnung der Geophone, nummeriert, vor und in der Wasserfassung des KW Mühlau; der erwartete Weg des Geschiebes ist als Arbeitshypothese schematisch eingezeichnet (blaue Pfeile).

Bild 5. Zweite Geophon-Plattenreihe mit Holzverschalung nach der Wirbelröhre (Schlitz in Einlaufsohle) kurz nach der Montage.

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linien des Pegels Thur-Jonschwil der Landeshydrologie (LH 2303) herangezogen, der in nur 300 m Entfernung flussabwärts des Kraftwerks liegt. Zwischen Juli 2010 und Dezember 2012 konnten insgesamt 14 Hochwasserereignisse mit Geschiebetrieb aufgezeichnet und analysiert werden. Das Hochwasserereignis vom 10. Oktober 2011 verzeichnete mit knapp 300 m3/s den grössten Spitzenabfluss der 30 Monate dauernden Messkampagne. Dieses grösste analysierte Ereignis hat eine Wiederkehrperiode von knapp 2 Jahren. 4.

Analyse der Messresultate

4.1 Beginn des Geschiebetriebs Der Flussabschnitt im Bereich der Wehrund Kraftwerksanlage Mühlau befindet sich praktisch im Gleichgewichtszustand, d.h., das Geschiebe aus dem Thur-Ober-

lauf wird ohne Erosionen oder Auflandungen durchtransportiert. Die Kornverteilung des Geschiebes ist sehr breit. Der mittlere Korndurchmesser dm beträgt dabei für das Grundmaterial 6.7 cm, während d50 mit 5.9 cm und d90 mit 13.8 cm bestimmt werden konnten. Das Material der Deckschicht, welche die Stabilität des Gerinnes resp. den Geschiebetrieb bestimmt, ergibt folgende Kornzusammensetzung: dm = 10.8 cm, d50 = 10.9 cm und d90 = 17.5 cm. Der Geschiebetrieb in diesem Abschnitt oberhalb des Kraftwerks mit einem geschätzten Energieliniengefälle von JE = 3.5‰ bis 4.5‰ setzt mit dem Aufbrechen der Deckschicht ein, was bei Abflüssen in der Thur von Q0 = 120 m3/s bis 160 m3/s auftritt. Dieses theoretische Ergebnis konnte nun durch die Messresultate der Geophone an der Trennschwelle vor der Fas-

Bild 6. Beginn des Hochwasserereignisses vom 27. Juli 2010 vom Unterwasser der neuen Wehranlage aus gesehen.

sung bestätigt werden. Obwohl der Grundablass bereits bei ca. 70 m3/s geöffnet wird, konnte erst ab einem Thur-Abfluss von ca. 130 m3/s eine markante Zunahme der Impulse auf den Geophon-Messkörpern Nr. 1 bis 11 registriert werden. Bild 7 zeigt aber auch, dass der Geschiebetrieb nicht stetig ist, sondern schubartig verläuft. Darüber hinaus ist auch der Einfluss des Turbinendurchflusses sichtbar, der bei höheren Thur-Abflüssen abnimmt (Unterwasserniveau steigt an) und die gefasste Wassermenge und entsprechend den Geschiebeeinzug über die Trennschwelle reduziert. 4.2

Geschiebeeinzug in die Wasserfassung Die Frage, welcher Anteil des Geschiebes jeweils während den Hochwasserereignissen in die Wasserfassung gezogen wird, konnte mit der Analyse der Messdaten der zweiten Reihe (Geophon-Messkörper Nr. 12 bis 21 in der Fassung vor dem Rechen gemäss Bild 4) untersucht werden. Bei der Kontrolle der Fassungssohle vor dem Rechen wurden jeweils im Anschluss an die ersten Hochwasserereignisse nach der Inbetriebnahme nur ganz geringe Geschiebemengen und erwartungsgemäss eine geringe Anzahl Einschlagsimpulse registriert. Nach den ersten vier Hochwasserereignissen zwischen Juli und September 2010 bekam man das Gefühl, dass die umgesetzten Massnahmen zur Geschiebeabwehr überdurchschnittlich gut funktionieren würden. Das änderte sich jedoch schlagartig: Beim Ereignis vom 12. November 2010 handelte es sich um ein kleines Hochwasserereignis mit einem Spitzenabfluss von nur 160 m3/s (also nur knapp über dem eigentlichen Beginn des Geschiebetriebs). Trotzdem wurde im Vergleich zu den vorangehenden Ereignissen ein erhöhter Geschiebeeintrag in die Fassung registriert. Der resul-

Bild 7. Impulse auf die Geophone Nr. 1 bis 11 hinterlegt mit dem Hydrograf (schematisch) des Pegels Thur-Jonschwil LH 2303 für das Ereignis vom 6. August 2010. Markiert ist der Beginn des Geschiebetriebs. 88

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tierende Geschiebeeintrag konnte aus den Messungen zu ca. 1 m3 mit Korngrössen >10 mm geschätzt werden. Die gleichen Ergebnisse mit hohen Einschlägen auf den Geophonen Nr. 11 bis 21 (in der Fassung vor dem Rechen) wurden während den nachfolgenden Hochwasserereignissen vom 9. Dezember 2010, vom 30. Juni 2011 und vom 13. Juli 2011 registriert. Die Schätzung der Geschiebemengen liess vermuten, dass sich mittlerweile mehrere Kubikmeter Geschiebe mit Korndurchmesser >10 mm in der Wasserfassung befinden müssten. Aufgrund dieser Vermutung aus dem Geschiebemonitoring wurden in Absprache mit dem Besitzer und Betreiber des Kraftwerks, dem Regionalwerk Toggenburg AG (rwt) Kirchberg, am 30. August 2011 Profil- und Fotoaufnahmen durch einen Taucher durchgeführt. Es wurden neben Geschiebeablagerungen auch Baumstämme, Wurzelstöcke und andere Baumteile vor dem Rechen vorgefunden. Das Volumen der gesamten Ablagerungen konnte aufgrund der Profilaufnahmen zu rund 61 m3 bestimmt werden, welche auf einer Fläche von ca. 60 m2 lagerten. Das Ausmass der Ablagerungen bewog die Betreiberin dazu, das Material während der Niederwasserperiode vom September 2011 entfernen zu lassen: • Anfänglich wurde das Schwemmholz mit einem Autokran mit Greifer unter Mithilfe eines Tauchers gehoben; die darunterliegenden Geschiebe-, Sandund Geschwemmselablagerungen wurden anschliessend mit Hilfe einer Injektorpumpe, die vom Taucher eingesetzt und schrittweise verschoben wurde, in den Grundablass gepumpt. Diese Arbeit gestaltete sich sehr zeitintensiv; Taucher und Gehilfe waren rund fünf Arbeitstage lang damit beschäftigt, ca. 50 m3 Geschiebe und Sedimente unter Wasser zum Grundablass zu verschieben. • In der Zwischenzeit hatte die Betreiberin des Kraftwerks bei den kantonalen Behörden ein Gesuch für eine vollständige Absenkung der Stauhaltung eingereicht. Nachdem die Bewilligung vorlag, wurde die Stauhaltung in der Woche vom 26. September 2011 abgesenkt und das Material mit einem Saugwagen hochgepumpt und entsorgt. Eine Rückgabe an das Gewässer kam nicht in Frage, weil auch Ablagerungen (von ca. 30 m3) hinter dem Rechen vorgefunden wurden, die vor allem Feinanteile mit Geschwemmsel enthielten.

Dieses sandige, schlammige Feinmaterial <10 mm Durchmesser wie auch die Baumstämme vor den Rechen wurden von den Geophon-Messkörpern nicht registriert; so konnte das gesamte Ausmass der Ablagerungen in der Fassung vom Geschiebemonitoring-System nicht vollständig erfasst werden. Die Analyse der Hochwasserereignisse zwischen Juli 2010 und Juli 2011 zeigte Folgendes: • Bei den ersten Hochwasserereignissen im Sommer 2010 waren die Abflüsse relativ geschwemmselarm. Erst ab Herbst/Winter kamen jeweils grosse Mengen Geschwemmsel und Schwemmholz hinzu, die Probleme beim Grundablass verursachten. Dieser musste zeitweise von Hand gefahren werden und konnte wegen Antriebsstörungen nicht konsequent durch das Hochwasserereignis hindurch offen bleiben, sodass der Geschiebeabzug an der Grazer Kragschwelle unwirksam wurde. • Während den ersten, erfolgreich gemeisterten Hochwasserereignissen zwischen Juli und September 2010 waren noch nicht beide Turbinen der Anlage im Dauerbetrieb. Erst ab Herbst/Winter wurden die beiden Maschinengruppen auch im Hochwasserfall im Automatikbetrieb mit maximaler Leistung gefahren. Dabei betrug die turbinierte Wassermenge immer nahezu 30 m3/s; entsprechend hoch war auch der Einzug an Geschiebe in die Fassung.

•

Der Vergleich der Daten zwischen der ersten und der zweiten Messkörperreihe während den Hochwasserereignissen von November 2010 bis Juli 2011 zeigte auf, dass grössere Mengen an Geschiebe an der ersten Messkörperreihe vorbei in die Fassung gelangt sein mussten, für die es aus der Datenanalyse vorerst keine Erklärung gab. Anlässlich der abgesenkten Stauhaltung im September 2011 fiel aufgrund von Verfärbungen an der Wand und von Ablagerungen auf, dass das Geschiebe vorwiegend der bergseitigen Kanalwand entlang in die Fassung gespült worden sein musste. Die nicht plankonform ausgeführte Trennschwelle am oberen Ende des Spülkanals (siehe Bild 9) erlaubte offensichtlich grossen Mengen an Geschiebe über die Sammelrinne zu springen und dabei auch an der ersten Messkörperreihe vorbei in die Fassung zu gelangen.

Zusätzliche Massnahmen und deren Überprüfung Die aufwendige Reinigung der Fassung vom September 2011 zeigte, dass die Geschiebeabwehrmassnahmen noch nicht überzeugten. In Absprache mit der Bauherrschaft wurden noch während der abgesenkten Stauhaltung die folgenden baulichen Massnahmen ergriffen (siehe Bild 10): 1. Ausschneiden der Kragplatte an der Einlaufschwelle, um die lichte Weite des Spülkanals von 1.5 m auch am oberen Ende zu erreichen.

Bild 8. Vorgefundene Ablagerungen hinter dem Rechen, nachdem die Stauhaltung Ende September 2011 aufgegeben und die gesamte Wasserfassung sowie die Turbineneinläufe entwässert worden waren.

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Bild 9. Geschiebe überspringt die Rinne an dessen oberen Ende, weil dort die Breite ungenügend ist / nicht nach Plan gebaut werden konnte.

Bild 10. Zusätzliche Massnahmen zur Geschiebeabwehr an der Fassung: a) Zurückschneiden der Kragschwelle und b) Sporn aus Holz.

Bild 11. Impulse auf die Geophone Nr. 1 bis 11 hinterlegt mit dem Hydrograph (schematisch) des Pegels Thur-Jonschwil LH 2303 für das Ereignis vom 10./11. Oktober 2011. 2. Einbau eines Sporns aus Holz, welcher den Eintrag von Geschiebe entlang der bergseitigen Ufermauer direkt in die Fassung verhindern soll. Im Sommer 2012 wurde dieser Sporn in Beton ausgeführt und damit als permanente Einrichtung etabliert. Zudem wurde auch eine weitere betriebliche Massnahme eingeführt: Der Turbinendurchfluss wird ab einem ThurAbfluss von 100 m3/s gedrosselt, und zwar werden die Turbinenöffnungen auf 50% des Maximalwertes zurückgesetzt. Je nach Höhe des Unterwasserspiegels 90

und damit der anstehenden Fallhöhe entspricht dies einer Drosselung des Turbinendurchflusses um 50% und mehr. Mit dieser betrieblichen Massnahme sollen neben dem Geschiebeeintrag auch das Einziehen von Schwemmholz in die Fassung reduziert werden. Der Energie- und Ertragsverlust durch diese Drosselung kann wie folgt abgeschätzt werden: • Bei einem Thur-Abfluss von 100 m3/s und mehr kann ohne Drosselung eine Leistung von rund 1.0 MW gefahren werden. Mit der Drosselung sind es noch rund 500 kW.

•

Am KW Mühlau treten Abflüsse von >100 m3/s im Durchschnitt an rund sechs Tagen im Jahr auf. Der Jahresverlust beträgt damit rund 144 Stunden × 500 kW = 72 000 kWh. Bei einem Marktpreis von Rp. 8/kWh für Bandenergie beträgt der Verlust weniger als CHF 6000.–/Jahr. Wird mit der kEV-Vergütung von rund Rp. 18/ kWh gerechnet, beträgt der Verlust ca. CHF 13 000.–/Jahr. Die Aufwendungen für die Bergung von Schwemmholz mittels Autokran sowie die Reinigung der Fassung mit Taucher

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und Saugwagen, jeweils unterstützt durch mindestens zwei Betriebswarte der rwt, kosteten hingegen mehr als der Wert dieser Produktionsverluste. Die im September 2011 ausgeführten zusätzlichen Massnahmen zur Geschiebeabwehr konnten im Hochwasserereignis vom 10./11. Oktober 2011 bereits ausgiebig geprüft werden, war doch dieses Ereignis mit einem Spitzenabfluss von fast 300 m3/s das grösste der gesamten Monitoring-Periode. Der Geschiebeeinzug in die Fassung konnte sehr gering gehalten werden; an der zweiten Messkörperreihe in der Fassung (Geophon-Messkörper Nr. 12 bis 21) wurde weniger als 0.25 m3 Geschiebe mit Korndurchmesser > ca. 10 mm registriert. Dies ist wohl zu einem grossen Teil auf die positive Wirkung der Turbinendrosselung zurückzuführen, denn auch an der ersten Messkörperreihe an der Trennschwelle (Geophon-Messkörper Nr. 1 bis 11) wurden weit weniger Impulse registriert als während früheren Hochwasserereignissen. Das durch den Grundablass gespülte Geschiebe kann zu ca. 4 m3 bestimmt werden, während der gesamte Geschiebetrieb (Korngrössen >10 mm) in der Thur beim Hochwasserereignis vom 10./11. Oktober 2011 auf ca. 550 m3 geschätzt werden kann. Aus Bild 11 lässt sich auch erkennen, dass beim manuellen Aufheben der Turbinendrosselung durch den Betriebswart um 06:00 Uhr des 11. Oktober 2011 wieder eine markante Zunahme des Geschiebetriebs über die Trennschwelle (Geophon-Messkörper 1 bis 11) erfolgte, die noch bis zum Schliessen des Grundablasses bei einem Thur-Abfluss von ca. 50 m3/s anhielt (Hysterese der Hubschützenregelung: Öffnen bei 70 m3/s; Schliessen bei 50 m3/s). Diese Erscheinung kann als Rückwärts-Erosion an der Trennschwelle gedeutet werden: Am offenen Grundablass steht noch ein hoher Gradient an, der Geschiebe an der Trennschwelle zu bewegen vermag, während der Geschiebetrieb in der Thur bereits zum Erliegen gekommen ist. 6.

6.1

Wirksamkeit der Abwehrmassnahmen

Geschiebeabweisung (betriebliche Massnahme) Bei Wasserfassungen aus geschiebeführenden Flüssen wird man immer versuchen, das Geschiebe abzuweisen, bevor es die Fassung erreicht. Dies kann mit

Bild 12. Geschiebeabweisung durch unsymmetrische Klappenöffnung bei ThurAbflüssen bis ca. 250 m3/s. Hilfe von Sekundärströmungen, wie sie in Flussbiegungen vorkommen, sehr gut gelingen, aber nur wenn: a) die Fassung an die Aussenseite der Krümmung gelegt wird und b) nach der Entnahme noch genügend Wasser im Fluss verbleibt, um die geschiebeabweisende Strömung aufrechtzuerhalten und das Geschiebe an der Fassung vorbeizutransportieren. Nach Bouvard 1992 soll das Verhältnis des Gesamtabflusses bei Geschiebetriebbeginn Qc zur gefassten Wassermenge QA mehr als 3 betragen, also Q = Qc/QA > 3.0, um eine sichere Geschiebeabweisung zu ermöglichen. Modellversuche zeigen, dass bei einer Anordnung der Fassung an der Innenkurve eines Flusses und bei einer Entnahme von 50% des Abflusses praktisch das gesamte Geschiebe in die Fassung gezogen wird. Am KW Mühlau mit der Fassung an der Innenkurve, also genau dort, wo sie nicht sein sollte, wurde diese ungünstige Ausgangslage mit den folgenden Massnahmen zu korrigieren versucht: a) Im Hochwasserfall werden die beiden Wehrklappen so gesteuert, dass durch Öffnen der fassungsfernen Klappe eine Krümmung im Strömungsverlauf und dadurch eine Spiralströmung entstehen soll; es kann eine künstliche Flussbiegung geschaffen werden. Die sohlennahe Strömung soll dabei das Geschiebe weg von der Fassung in Richtung der geöffneten Wehrklappe treiben. Bis zu einem Thur-Abfluss

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Bild 13. Vollständiges Öffnen des Grundablasses wegen Schwemmholzproblemen erzeugt – trotz markantem Anstieg der Trennschwelle zum Pfeiler hin – vor allem eine starke Strömung in Schützennähe und entsprechend hohem Geschiebeeinzug, was durch die Impulszunahme auf den dortigen Geophonen nachgewiesen werden konnte. von rund 250 m3/s lässt sich dieser Zustand aufrechterhalten; für höhere Thur-Abflüsse muss die fassungsnahe 91

Bild 14. Verteilung der Impulse auf der ersten Messkörperreihe (Trennschwelle) während zweier Hochwasserereignisse des Jahres 2010 mit Angabe der Dauer des Geschiebetriebs (QThur >130 m3/s) und des Spitzenabflusses.

Bild 15. Verteilung der Impulse auf der ersten Messkörperreihe (Trennschwelle) nach Ausführung der Zusatzmassnahmen des Jahres 2011 mit Angabe der Dauer des Geschiebetriebs (QThur >130 m3/s) und des Spitzenabflusses. Klappe auch umgelegt werden und der Krümmungseffekt nimmt ab. b) Das Verhältnis Q des Gesamtabflusses bei Geschiebetriebbeginn Qc zur gefassten Wassermenge QA wurde dadurch verbessert, dass der Grundablass nicht vollständig, sondern nur 80 cm hoch geöffnet wird, so dass ein Abfluss durch den Grundablass von nur ca. 16 m3/s besteht. Damit wird eine gesamte Wassermenge QA von rund 48 m3/s abgezweigt, nämlich 31 m3/s durch die Turbinen, 1.25 m3/s über die Wirbelröhre und 16 m3/s über den Grundablass, so dass sich zu Beginn des Geschiebetriebs bei einem ThurAbfluss von ca. 130 m3/s ein Verhältnis Q von rund 2.7 ergibt, was knapp der Empfehlung entspricht. Würde der Grundablass vollständig gezogen (2.75 m hoch), was einem Ausfluss von rund 52 m3/s entspricht, so würde sich das Verhältnis Q auf rund 1.5 verschlechtern. Der Grundablass wird jeweils nur für kurze Zeit zum Spülen von Treibholz und anderem grossem Schwemmgut ganz geöffnet. 92

Diese beiden betrieblichen Massnahmen konnten nicht bei allen Hochwasserereignissen konsequent umgesetzt werden. Es gab Situationen, während denen sowohl der Grundablass wie auch die Wehrklappen wegen grossem Schwemmholzanfall nicht nach den Vorgaben geöffnet werden konnten. 6.2

Geschiebeabzug 1: Trennschwelle mit anschliessender Geschiebesammelrinne Die Wirkung des Geschiebeabzugs durch die Sammelrinne konnte aufgrund der Differenz zwischen den Impulsen auf der ersten und zweiten Messkörperreihe nachgewiesen werden. Mit Ausnahme der Ereignisse vom November 2010 und Juli 2011, bei welchen ein hoher Geschiebeeintrag über das nicht plangemäss ausgeführte obere Ende der Sammelrinne festgestellt wurde, war die Wirkung gut. Die Impulse auf der 2. Messkörperreihe und damit der Geschiebeeintrag in die Fassung waren um ein Vielfaches geringer als die Impulse auf der 1. Messkörperreihe. Entscheidend beim Geschiebe-

abzug durch eine Sammelrinne mit anschliessendem Grundablass ist aber die Frage der abnehmenden Spülwirkung mit zunehmender Distanz vom Grundablass. Am Kraftwerk Mühlau ist die Sammelrinne 17 m lang. Bei einer Grundablassöffnung von nur B × H = 3.0 m × 0.8 m wären – ohne Ausbildung einer vorteilhaften Spiralströmung – am oberen Ende der Sammelrinne Ablagerungen zu erwarten. Solche konnten nach den total 14 Hochwasserereignissen auch verschiedentlich festgestellt werden. Ein guter Indikator für das ablagerungsfreie Funktionieren der Sammelrinne war eine gleichmässige Verteilung des geschiebebehafteten Zuflusses über die gesamte Rinnenlänge. Die Bilder 14 und 15 zeigen die Summen der Messkörperimpulse auf der Trennschwelle für ausgewählte Hochwasserereignisse vor und nach der Ausführung der Zusatzmassnahmen. Die Interpretation der gesammelten Daten zeigte Folgendes: 1. Bei kleineren Hochwasserereignissen mit geringen Spitzenabflüssen ist eine relativ gleichmässige Verteilung des geschiebebehafteten Zuflusses über

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die gesamte Rinnenlänge vorhanden. 2. Bei grösseren Ereignissen konzentrierte sich der geschiebebehaftete Zufluss mehr und mehr auf den pfeilernahen Bereich; die Tendenz zu Geschiebeablagerungen am oberen Ende der Geschiebesammelrinne nahm zu; das entsprach der Beobachtung bis zur Ausführung der Zusatzmassnahmen. 3. Mit den nachträglich eingeführten Zusatzmassnahmen, insbesondere dem Einbau des Sporns am oberen Ende der Sammelrinne/der Fassung änderte sich die Verteilung auch für grosse Abflussereignisse. Der Sporn produziert offensichtlich Verwirbelungen, die auch über die Geophone 1 bis 4 geschiebebehafteten Zufluss bewirken. Dass diese nicht einfach zu einem zusätzlichen Eintrag von Geschiebe und zu Ablagerungen am oberen Ende der Sammelrinne und schliesslich zu einer Zunahme des Geschiebeeinzugs in die Fassung führten, konnte anhand der Impulse auf der 2. Messkörperreihe in der Fassung leicht festgestellt werden: Die Impulse blieben gering und Ablagerungen am Rechen wurden kaum festgestellt. Die Anzahl der Impulse in den obigen Darstellungen (Achtung: Skalen sind nicht in jedem Bild einheitlich) sind nicht eine direkte Funktion des Thur-Abflusses, sondern hängen von verschiedenen anderen Faktoren ab. So kann der Geschiebetrieb bei gleichen Thur-Abflüssen unterschiedlich sein, je nachdem welcher Teil des 493 km2 grossen Einzugsgebiets besonders zum Hochwasserereignis beigetragen hat und entsprechend seiner Beschaffenheit ein grösseres oder kleineres Geschiebeaufkommen ermöglichte. 6.3 Geschiebeabzug 2: Wirbelröhre Die Wirksamkeit der Wirbelröhre konnte nicht zweifelsfrei nachgewiesen werden, da die Aufzeichnungen des Geophons Nr. 22 am Auslauf der Röhre durch zusätzliche Schwemmholzeinschläge gestört worden waren, die schliesslich zum Abreissen und zum Verlust des GeophonMesskörpers führten. Anlässlich von Stauraumabsenkungen wurde beobachtet, dass der 60 mm breite Schlitz der Wirbelröhre durch festgeklemmte Steine teilweise belegt war und die Wirkung dieser Massnahme wohl reduzierten. Es muss davon ausgegangen werden, dass die 10.8 m lange Wirbelröhre wegen Verklausungstendenz nicht immer über die gesamte Kanalbreite wirksam ist.

Bild 16. Wirbelröhre mit teilweiser Verklausung des 60 mm breiten Schlitzes, links die Geophone der zweiten Reihe. 7.

Schlussfolgerungen und Ausblick Die baulichen und betrieblichen Massnahmen zur Abwehr von Geschiebe an der Wasserfassung des Kraftwerks Mühlau funktionieren mittlerweile, nach rund 2½ Jahren Betrieb der Anlage, zufriedenstellend. Das war jedoch nicht immer so: Massive Geschiebeablagerungen in der Fassung nach einigen Hochwasserereignissen im Herbst/Winter 2010/11 liessen zuerst heftige Zweifel an der Wirksamkeit der Massnahmen aufkommen. Nur dank der Erkenntnisse aus dem Betrieb der Geschiebe-Monitoring-Anlage konnten die Mechanismen des Geschiebetriebs an der Fassung zusammen mit Beobachtungen anlässlich von Stauabsenkungen analysiert und bis zu einem gewissen Grad verstanden werden. Daraus konnten Schwachstellen erkannt und durch die Im-

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plementierung von zusätzlichen Massnahmen grösstenteils eliminiert werden. Es zeigte sich schon zu Beginn des Projekts, dass die Prozesse des Feststofftransports während eines Hochwasserereignisses schubweise und kaum vorhersehbar verlaufen. Dabei kann der Betriebswart rasch überfordert werden, wenn es gilt, die Spülorgane, die Verschlüsse und die Turbinen gleichzeitig so zu bedienen, dass weder Verklausungen durch Schwemmholz noch Geschiebeanlagerungen in der Fassung oder am Turbinenauslauf entstehen. War das Geschiebemonitoring ursprünglich nur für die Überprüfung der implementierten baulichen Abwehrmassnahmen konzipiert worden, so wurde es aufgrund der praxisnahen Daten mehr und mehr zu einem Werkzeug für die Optimierung des Betriebs im Hochwasserfall. Als vorläufiges Resultat konnte 93

schliesslich eine sichere Grundeinstellung resp. Programmierung von Grundablass, Stauklappen und Turbinen eingeführt werden, die dem Betreiber im Hochwasserfall eine risikoarme Beobachterposition bietet, um auf überraschende Ereignisse ohne Hektik reagieren zu können. Dabei orientiert sich diese Grundeinstellung weniger an einer Energiemaximierung während Hochwasserabflüssen als vielmehr an einer Minimierung von Risiken und Schäden. Insgesamt präsentiert sich dem Bauherrn nun ein Kraftwerk, welches ihm trotz der sehr unvorteilhaften Anordnung der Wasserfassung auf der Kurveninnenseite des geschiebeführenden Flusses keine übermässigen Produktionsausfälle und keine häufigen Geschiebebaggerungen beschert. Die relativ kostengünstige, qualitative Geschiebetransportmessung mittels Geophonen hat sich dabei als ein überaus hilfreiches Instrument auch für die Betriebsoptimierung erwiesen.

(SG) wurde vom Forschungsprogramm Was-

J.M. Turowski, et al. (2008): Erfassung des Se-

serkraft des Bundesamtes für Energie (BfE) un-

dimenttransportes in Wildbächen und Gebirgs-

terstützt. Bei der Dimensionierung des Mess-

flüssen – Anwendungsmöglichkeiten von Geo-

systems für den Geschiebetransport und bei der

phonmessanlagen, in «Wasser Energie Luft»,

Auswertung der Daten wurde durch die Eidg.

2008, Heft 1.

Forschungsanstalt Wald, Schnee und Land-

Dr. D. Rickenmann, B.W. McArdell (2007): Con-

schaft (WSL) wertvolle Unterstützung geleistet;

tinuous measurement of sediment transport in

dabei kam diese Partnerschaft zwischen For-

the Erlenbach stream using piezoelectric bed-

schungsinstitution und KMU im Rahmen eines

load impact sensors, Earth Surface Processes

Cleantech-KTI-Projekts zustande.

and Landforms, published online 12 January 2007 in Wiley InterScience.

Literatur

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H. Scheuerlein (1984): Die Wasserentnahme aus

schiebehaushalt Thur und Einzugsgebiet; Pro-

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jekt 1: Thur–Toggenburg, Juni 2005.

Sohn. F. Schöberl (1989): Hydraulisch-technische

Anschrift der Verfasser:

Entwurfsprinzipien von Wasserfassungen im

Peter Eichenberger und Ivo Scherrer

alpinen Wasserkraftbau, in: Die Österreichische

Entegra Wasserkraft AG, Reichsgasse 3

Wasserwirtschaft, Jahrgang 41 (1989), Heft 3/4.

CH-7000 Chur

M. Bouvard (1992): Mobile Barrages and Intakes

Tel. +41 81 511 11 60, www.entegra.ch

on sediment transporting rivers, Balkema.

peter.eichenberger@entegra.ch

F. Mtalo (1988): Geschiebeabzug aus Kanälen

ivo.scherrer@entegra.ch

mit Hilfe von Wirbelröhren, Bericht Nr. 58, Versuchsanstalt Obernach, TU München.

Matthias Wiget

A.P. Schmidt, G.R. Bezzola (2002): Geschiebe-

Eturnity GmbH, Reichsgasse 3

Verdankung

abzug in Kraftwerkskanälen mit Hilfe von Wirbel-

CH-7000 Chur, Tel. +41 79 446 80 92

Die vorliegende Untersuchung zum Geschiebe-

röhren – Fallbeispiel Kraftwerk Schiffmühle, VAW

www.eturnity.ch

monitoring am Kraftwerk Mühlau in Bazenheid

ETHZ, in «Wasser Energie Luft» 2002, Heft 11/12.

matthias.wiget@eturnity.ch

SUISSE PUBLIC Schweizer Fachmesse für öffentliche Betriebe + Verwaltungen Exposition suisse pour les collectivités publiques

Bern, 18.– 21. 6. 2013 Messeplatz | Site d’exposition www.suissepublic.ch

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Beurteilung von Massnahmen zur Reduktion von Schwall und Sunk Fallbeispiel Hasliaare Martin Bieri, Emilie Person, Armin Peter, Anton J. Schleiss

Zusammenfassung Das revidierte Gewässerschutzgesetz schreibt für Schwall- und Sunk-beeinträchtigte Gewässer eine Sanierung des Abflussregimes vor. Um Massnahmen in komplexen Kraftwerkssystemen wirtschaftlich und ökologisch zu beurteilen, ist ein interdisziplinärer Ansatz sinnvoll. Der Betrieb des Kraftwerks wird mit dem Softwaretool Routing System simuliert. Daraus resultiert die Ganglinie im Fluss sowie die durch die zu testende Sanierungsmassnahme entstandenen Kosten. Die Beurteilung der Bachforellenhabitate berücksichtigt nebst den kritischen Entwicklungsstadien der Forelle auch den Einfluss der Gerinnemorphologie.

Résumé La nouvelle loi pour la protection des eaux prescrit l’atténuation du marnage dans des cours d’eau exploités pour la production d’énergie hydraulique. Pour l’évaluation économique et écologique des mesures dans des aménagements d’accumulation complexe, une approche interdisciplinaire a été choisie. La gestion de l’aménagement hydroélectrique a été simulée avec le logiciel Routing System permettant de générer l’hydrogramme du cours d’eau et les couts lies aux mesures d’intervention. L’évaluation des habitats de la truite fario considère différents stades critiques du cycle de vie de la truite ainsi que la géomorphologie de la rivière.

1. Einleitung Die Wasserkraft ist die wichtigste erneuerbare Energiequelle weltweit. In Europa werden mehr als 40% des Stroms aus Wasserkraft im Alpenraum produziert. Speicherkraftwerke sind für die Erzeugung von Spitzenstrom und die Netzregulierung von zentraler Bedeutung (Schleiss, 2007). Die Wasserkraft wird in Zukunft mit grossen Herausforderungen konfrontiert, wie die durch den Klimawandel veränderte Wasserverfügbarkeit sowie neue rechtliche, politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen. Der Betrieb von Speicherkraftwerken führt zu einer instationären Wasserabgabe in das unterhalb liegende Fliessgewässer. Schwall und Sunk erzeugen erhebliche Veränderungen im Abflussregime des Vorfluters und beeinträchtigen somit das aquatische Ökosystem (Moog, 1993; Bunn und Arthington, 2002; Young et al., 2011). Obwohl bis heute die biotischen Beeinträchtigungen qualitativ nicht vollständig und quantitativ wenig verstanden werden, schreibt das neue Schweiz. Gewässerschutzgesetz eine Reduktion der negativen Auswirkungen von Schwall und

Sunk mit baulichen Massnahmen oder auf Kraftwerksantrag auch mit betrieblichen Massnahmen vor.

Im KTI-Forschungsprojekt «Nachhaltige Nutzung der Wasserkraft – Innovative Massnahmen zur Reduktion der Schwall- und Sunkproblematik», das von der EAWAG und der EPFL gemeinsam angegangen wurde, konnte ein neuartiger integrativer Ansatz zur Modellierung und Beurteilung der Auswirkungen der Wasserkraftnutzung auf unterhalb liegende Fliessgewässer erarbeitet, angewendet und wissenschaftlich publiziert werden (Person et al., 2013). 2. Fallstudie Die Hasliaare zwischen Innertkirchen und Brienzersee in der Schweiz ist ein schwallbeeinträchtigtes alpines Gewässer unterhalb eines komplexen Wasserkraftwerks, bestehend aus mehreren Speichern und Zentralen (Bild 1). Das Einzugsgebiet der Hasliaare in Brienzwiler hat eine Fläche von ca. 554 km2. Der mittlere Jahresabfluss in Brienzwiler beträgt 35 m3/s auf (Schweizer et al., 2008). Die Hasliaare ist als Forellen-

Bild 1. Karte des Einzugsgebietes der Hasliaare mit den Anlagen der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO).

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zone ausgewiesen, wobei die Bachforelle (Salmo trutta fario) die meistverbreitete Fischart ist (Haas und Peter, 2009). Seit den 1930er-Jahren nahm der saisonale Wassertransfer vom Sommer in den Winter sowie die täglichen Abflussschwankungen durch die sukzessiven Kraftwerksausbauten stetig zu. Die Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) bewirtschaftet heute rund 60% des Aareeinzugsgebietes oberhalb des Brienzersees. In Innertkirchen wird das Grimselwasser von der Zentrale Innertkirchen 1 mit einer Ausbaukapazität von 39 m3/s in die Hasliaare abgegeben. Das Wasser aus dem Sustengebiet wird via Zentrale Innertkirchen 2 als Laufwasser in die Hasliaare eingeleitet. Die KWO plant im Rahmen des Ausbauvorhabens KWO plus nebst einer Vergrösserung des Grimselsees und dem Zubau des Umwälzwerks Grimsel 3 die Abflusskapazitäten der Zentralen Handeck 2 und Innertkirchen 1 (Tandem) um 25 m3/s zu erhöhen. Gleichzeitig sind mehrere ökologische Aufwertungsmassnahmen vorgesehen, wie zum Beispiel ein Beruhigungsbecken sowie ein Speicherstollen in Innertkirchen. Bereits im 19. Jahrhundert musste das ursprünglich verzweigte Gerinne der Hasliaare mit räumlich variablem Gefälle, Fliessgeschwindigkeit und Fliesstiefe (Mesohabitatstypen) aus Gründen des Hochwasserschutzes und der Landnutzung einer meist monotonen, kanalisierten Gewässermorphologie weichen. Zwischen

der Wasserrückgabe in Innertkirchen und der Aareschlucht wurden beidseitig Buhnen eingebaut (650 m). Unterhalb der Aareschlucht (1.4 km) befindet sich eine Kiesbankstrecke (1.3 km) gefolgt von einer monotonen Kanalstrecke (11 km), die bis zum Brienzersee führt. Abflussmessreihen der Hasliaare sind zwischen 1925–1929 und 1974–2012 für den Pegel Brienzwiler (BAFU) und seit September 2006 für den Pegel MeiringenSchattenhalb (Kanton Bern, AWA) erhältlich (Bild 1). Zwischen 1974 und 2004 wurde während 5% der Tage im Jahr in Brienzwiler ein Schwall/Sunk-Verhältnis Qmax/Qmin grösser als 8:1 gemessen (VAWLCH, 2006). Die hydrologischen und morphologischen Eingriffe führten zu einer Reduktion der Biomassen. Diskussionen über eine Sanierung der Hasliaare morphologischer und hydrologischer Art sind im Gange. Das Einzugsgebiet der Hasliaare ist darum als Fallstudie zur Untersuchung der Zusammenhänge zwischen hydrologischen, hydraulischen, wirtschaftlichen sowie ökologischen Einflussgrössen sehr gut geeignet. 3. Beurteilungsmethode Die im Rahmen des KTI-Forschungsprojekts erarbeitete Methode beinhaltet ein Betriebssimulationstool für Speicherkraftwerke, ein 2D-hydrodynamisches Modell der Schwallstrecke sowie ein Fischhabitatsmodell (Bild 2) zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit und der Habitatsbedin-

gungen der definierten Massnahmen zur Reduktion von Schwall und Sunk. Ein heuristischer Modellierungsansatz wurde im Simulationsprogramm Routing System zur Optimierung des Betriebs von Kraftwerkskomplexen verwendet (Bieri, 2012). Im Rahmen der Fallstudie der Kraftwerke Oberhasli – und trotz der Komplexität des Systems – konnte der Einfluss der Klimaänderung, Veränderungen im Strommarkt, Ausbauvorhaben sowie ökologische Randbedingungen untersucht werden. Prinzipiell können Flexibilitätssteigerungen durch den Zubau von Turbinen- sowie Pumpspeicherkapazitäten den künftigen zu erwartenden natürlichen Zuflussrückgang weitgehend kompensieren, sofern gleichzeitig die Variabilität der Stromnachfrage und somit der Strompreise zunimmt. Mehrere betriebliche und bauliche Massnahmen zur Verminderung der Auswirkungen von Schwall und Sunk sind im Modell implementiert und simuliert sowie deren resultierende Ganglinien und Kosten bestimmt worden. Fischbiologische Untersuchungen ermöglichten es, die resultierenden Ganglinien mit einem gewässerspezifischen Habitatsmodell zu bewerten, indem für vier Referenzmorphologien die Habitatseignung für drei Entwicklungsstadien der Bachforelle bestimmt wurde. Stationäre und dynamische Indikatoren quantifizieren die Habitatseignung, was eine Kosten-Nutzen-Beurteilung der Schwallsanierungsmassnahmen erlaubt. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine wissenschaftliche Arbeit, die teilweise praxisrelevante und gewässerspezifische Randbedingungen vernachlässigt. 4.

Bild 2. Bewertungsmethode für Schwallsanierungsmassnahmen unterhalb von Speicherkraftwerken. 96

Massnahmen zur Reduktion von Schwall und Sunk Bei den Massnahmen zur Reduktion von Schwall und Sunk wird zwischen baulichen und betrieblichen unterschieden. Im Gegensatz zu letzteren beeinflussen erstere den Kraftwerksbetrieb nicht. Im Rahmen der Forschungsarbeit wurden folgende Szenarien evaluiert (Tabelle 1): • Reduzierter Spitzenabfluss: Qmax der Zentralen Innertkirchen 1 und 2 wurde um 90%, 80% respektive 70% reduziert (Tabelle 1, Szenario D). • Limitiertes Schwall/Sunk-Verhältnis: Die Zentralen Innertkirchen 1 und 2 wurden so betrieben, dass Qmax/Qmin von 12:1, 8:1 respektive 5:1 wenn immer technisch möglich eingehalten wurde (Tabelle 1, Szenario E). • Wasserabgabe in einen Kanal oder direkt in den See: Das Turbinenwasser

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der Zentralen Innertkirchen 1 und 2 wurde nicht in die Hasliaare, sondern über einen Stollen direkt in den Brienzersee abgegeben (Tabelle 1, Szenario F). • Kraftwerksausbau KWO plus ohne Kompensationsmassnahmen: Das Kraftwerk wurde so simuliert wie vorgesehen mit KWO plus, jedoch ohne das geplante Beruhigungsbecken. Besonders relevant ist die Erhöhung der Turbinenkapazität der Zentrale Innertkirchen 1 um 25 m3/s (Tabelle 1, Szenario G). • Ausbauprojekt KWO plus mit Brienzerseekraftwerk: Ein Pumpspeicherkraftwerk zwischen Räterichsbodenund Brienzersee von 124 m3/s Turbinen- und 100 m3/s Pumpenkapazität wurde implementiert. Gleichzeitig wurde versucht, ein Schwall/Sunk-Verhältnis von 2:1 in der Hasliaare einzuhalten (Tabelle 1, Szenario H). • Ausgleichsbecken: Verschiedene Rückhaltevolumina zwischen 50 000 und 1 000 000 m3 wurden unterhalb der Turbinenauslässe der Zentralen Innertkirchen 1 und 2 eingesetzt, unabhängig der reellen Platzverhältnisse (Tabelle 1, Szenario I). Das Becken wurde so gesteuert, dass die Schwall/SunkVerhältnisse möglichst tief ausfielen. Die Auswahl der Szenarien wurde anhand systematischer Kriterien vorgenommen, die eine direkte Anwendung im Projektgebiet mangels Berücksichtigung lokaler Gegebenheiten teilweise ausschliessen. So wäre zum Beispiel eine direkte Einleitung des Turbinenwassers in den Brienzersee (Szenario F) nur über einen 16 km langen Stollen möglich, was unverhältnismässige Kostenfolgen hätte. Auch die Planung für den Bau eines Pumpspeicherkraftwerks zwischen Brienzersee und Räterichsbodensee wird aus ungünstigen politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen aktuell nicht vorangetrieben. Generell sollen die Szenarien einen Überblick über möglichst verschiedene Massnahmen geben. 5.

Simulation des Kraftwerksbetriebs Die hydrologisch-hydraulische Modellierungssoftware Routing System wurde zur Simulation von hydrologischen Prozessen in hochalpinen Einzugsgebieten sowie zur Optimierung des Kraftwerksbetriebs entwickelt (García Hernández et al., 2007). Verschiedene Klima-, Strommarkt-, Kraftwerksausbau- und Ökologieszenarien wurden untersucht. Die täglichen Ab-

flussschwankungen sind dominiert vom Kraftwerksbetrieb. Darum wurden für die wirtschaftliche Bewertung der Szenarien der Zeitraum von 2005 bis 2009 und ein Strompreisszenario mit einem ausgeglichenen Produktionsmix gewählt. Systemdienstleistungen, die erst in den vergangenen Jahren aktuell wurden, sind somit nur teilweise abgebildet. Die Simulation des heutigen Kraftwerkkomplexes ohne Betriebseinschränkungen diente als Referenzszenario (Tabelle 1, Szenario C). Wirtschaftliche Einbussen durch betriebliche Massnahmen werden als Abweichungen zum Referenzszenario angegeben. Für die baulichen Massnahmen wurde versucht, sowohl die Kapital- als auch die Unterhaltskosten zu berücksichtigen. Es handelt sich um eine erste grobe Kostenschätzung. Routing System simulierte auch die Ganglinie in Innertkirchen. Die SchwallQmax und Sunkwerte Qmin wurden in der vorliegenden Studie als 10%- sowie 90%-Perzentile der kritischen Monate bestimmt. Die simulierten Ganglinien wurden den gemessenen vor (1926–29) und nach (2009) der Kraftwerkinbetriebnahme gegenübergestellt. 6.

Hydrodynamische Modellierung Die Modellierung der Habitatsbedingungen der gemessenen und simulierten Ganglinien wurde für vier verschiedene Morphologien direkt unterhalb der Wasserrückgabe in Innertkirchen durchgeführt. Die vorhandenen Buhnen-, Kiesbank- und Kanalstrecken (Bild 4a, b und c) unterscheiden sich durch Fliessbreite und -tiefe sowie Sohlsubstrat. Eine vierte Morphologie eines verzweigten Gerinnes eines alpinen Fliessgewässers, jene des Vorderrheins bei Illanz (Bild 4d), wurde als potenzielle Flussrevitalisierung untersucht. Der mittlere Abfluss, das Abflussregime und die Fischregion dieses morphologisch wenig beeinträchtigten Teilstücks entsprechen ungefähr jenen der Hasliaare in Innertkirchen. Alle vier Morphologien wurden topografisch vermessen, was in einem digitalen Geländemodell mit einer Gitternetzlänge von 0.5 m resultierte. Die Fliessgeschwindigkeiten zu Modellkalibrierung sowie Substrat wurden ebenfalls aufgezeichnet. Mit dem 2D-hydrodynamischen Modellansatz HYDRO_AS-2D (Tolossa et al., 2009) wurden Fliesstiefe und -geschwindigkeit für Abflüsse zwischen 3 und 100 m3/s und sämtliche Zellen der vier Flussabschnitte bestimmt.

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Simulation der Habitatsdynamik Zur Bewertung der Bachforellenhabitate in Bezug auf Schwall und Sunk wurde das Fischmodul von CASiMiR mit Präferenzkurven aus Feldarbeit in der Hasliaare für Adulten, Juvenile (YOY) und das Laichen kombiniert. Für jede Zelle der vier Morphologien und für sämtliche Abflüsse wurde der Suitability Index (SI) bestimmt. Dabei handelt es sich um einen Indikator für die Habitatsqualität, der jeweils zwischen 0 (tief) und 1 (hoch) liegt und von der Fliesstiefe, der Fliessgeschwindigkeit sowie dem Sohlsubstrat abhängt. Um jedoch die dynamischen Habitatsbedingungen zu evaluieren, wurden insgesamt vier Indikatoren wie folgt definiert: Als Suitable Area (SA) [m2] wird nur jene Fläche bezeichnet, die eine Habitatsqualität von mindestens SIlim aufweist. In dieser Studie wurde der Grenzwert SIlim auf 0.5 festgelegt. Zudem wurden nur Fliesstiefen H von entwicklungsspezifischen mindestens Hlim berücksichtigt (5 cm für Juvenile und 10 cm für Adulte und Verlaichung):

(1) wobei Ai [m2] die Fläche der Zelle i ist, SIi(Q) [-] der Suitability Index des Abfluss Q, SIlim der Grenzwert des Suitability Index, Hi(Q) die Fliesstiefe bei Abfluss Q und Hlim der Grenzwert der Fliesstiefe. Der Suitable Habitat Ratio (SHR) [-] stellt SA der effektiv benetzten Fläche WAeff [m2] für Q gegenüber. WAeff berücksichtigt nur die benetzte Fläche mit Wassertiefen von mindestens Hlim und ist somit tiefer oder gleich WAtot.

(2) Der Wetted Habitat Loss (WHL) [-] weist das ökologisch wertvolle Habitat (SI  SIlim) aus, das beim Abflusswechsel von Q1 zu Q2 verlorengeht (SI < SIlim) und somit unbeständig ist:

(3) Der Drained Area Ratio (DAR) [-] beziffert den Anteil an ökologisch wertvollem Ha97

bitat (SI  SIlim), das beim Abflusswechsel von Q1 zu Q2 trockenfällt (H < Hlim):

(4) Bild 3a zeigt für die stationären Abflüsse Qmin und Qmax das ökologisch wertvolle Habitat (blau) in einem fiktiven Gerinneabschnitt. Um die fluktuierenden Bedingungen (Bild 3b) zu berücksichtigen wird das ökologisch wertvolle Habitat für Qmin und Qmax überlagert. Dies erlaubt für beide Zustände, das beständige (grün), das unbeständige (gelb) sowie das trockenfallende Habitat (rot) zu bestimmen. Ersteres ist somit bei Qmin wie auch Qmax vorhanden, wobei letzteres nur bei Abflussrückgang auftreten kann. Für jede simulierte Ganglinie (Qmin und Qmax) wurden die stationären und dynamischen Habitatsbedingungen der drei Entwicklungsstadien der Bachforelle für die vier Morphologien mit den entsprechenden Indikatoren bestimmt. 8. Abflussregime Die natürlichen Abflussschwankungen in Brienzwiler variierten vor der Inbetriebnahme des Kraftwerkkomplexes (Tabelle 1, Szenario A) im August zwischen 80 und 60 m3/s. Im November traten nur geringe Schwankungen auf. Das Mittel beträgt für die Periode 1926–29 14 m3/s. In Meiringen-Schattenhalb variierte der Abfluss (Tabelle 1, Szenario B) im November zwischen

27 und 9 m3/s und im August zwischen 70 und 37 m3/s. Die mit Routing System simulierten Werte für das Szenario ohne Betriebseinschränkungen (Tabelle 1, Szenario C) hat grössere Fluktuationen als der heutige Zustand. Der rein marktorientierte Betrieb (theoretische Annahme) kann häufiges und plötzliches An- und Runterfahren der Turbinen zur Folge haben. Der heutige Betrieb hingegen ist dank den zu erbringenden Systemdienstleistungen deutlich ausgeglichener gestaltet. Das Szenario C diente als Referenzszenario für die Bewertung der Massnahmen. Eine Reduktion der Spitzenabflüsse der Zentralen Innertkirchen 1 und 2 (Tabelle 1, Szenario D) hat nur eine Auswirkung auf das Schwall/Sunk-Verhältnis bis ca. 80%. Zu grosse Einschränkungen, zum Beispiel 70%, beeinträchtigen den Betrieb der oberhalb liegenden Zentralen Handeck und Hopflauenen. Das Fehlen von ausreichend Speichervolumen im Falle der Letzteren kann das Anspringen der Auslassorgane des Ausgleichsbeckens in Hopflauenen und somit zusätzliche unkontrollierte Abflussschwankungen zur Folge haben. Die vorgegebenen Schwall/Sunk-Verhältnisse (Tabelle 1, Szenario E) können im Sommer problemlos und im Winter während ca. 75% der Tage eingehalten werden. Wobei die Untersuchungen an der Aare gezeigt haben, dass vor allem eine Dämpfung der Abflussgradienten ökologisch wirksam ist. Eine Umleitung des Turbinenwassers direkt in den Brienzersee (Tabelle 1, Szenario F) belässt in der Hasliaare im

November und August einen mittleren Abfluss von 6 m3/s. Unter den theoretischen Annahmen, dass keine Revisionen anfallen, immer genügend Zufluss vorhanden ist und eine Stromproduktion ohne Systemdienstleistungen gefahren wird, würde das Ausbauvorhaben KWO plus ohne ökologische Aufwertungsmassnahmen (Tabelle 1, Szenario G) den Spitzenabfluss im November und August auf 93 respektive 94 m3/s erhöhen. Das Niedrigwasser im Sommer würde zudem etwas verringert. Das Pumpspeicherwerk Brienzersee (Tabelle 1, Szenario H) könnte mit Betriebseinschränkungen in Innertkirchen die Schwankungen zwischen 40 und 10 m3/s im November und 48 und 22 m3/s im August beschränken. Um den Spitzenabfluss zu reduzieren resp. das Niedrigwasser zu erhöhen, ist ein Rückhaltebecken (Tabelle 1, Szenario I) von mindestens 100 000 m3 Volumen erforderlich. Die erzielten Werte der baulichen Massnahmen sind meist besser als jene der betrieblichen. Zusätzlich erlauben die baulichen Massnahmen eine gedämpftere Wasserrückgabe, womit höhere Reaktionszeiten für die aquatische Fauna erreicht werden können. In wieweit eine Reduktion des Schwall/Sunk-Verhältnisses oder des maximalen Abflusses ökologisch effektiv wirksam wäre, wurde hier nicht quantifiziert. Wie verschiedene Untersuchungen in der Hasliaare gezeigt haben (Schweizer et al. 2010), dürfte ein sehr grosses ökologisches Potenzial in der Reduktion von Schwall- und Sunkraten liegen.

Bild 3. Schematische Bestimmung der stationären (a) und dynamischen (b) Habitatsbedingungen für Qmax und Qmin an einem fiktiven Gerinneabschnitt. 98

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Tabelle 1. Szenarien mit Spitzenabfluss und Niedrigwasser (Qmax und Qmin als 90%- resp. 10%-Perzentile der 10’-Abflussreihen) der gemessenen und simulierten Ganglinien in Innertkirchen (ausser für A und B) für November und August sowie der jährliche relative Ertragsausfall infolge der betrieblichen und baulichen Massnahmen. 9.

Wirtschaftlichkeit des Kraftwerkbetriebs Die hier ausgewiesene Wirtschaftlichkeit beruht auf sehr stark vereinfachten Annahmen, die einen ersten quantitativen Vergleich zwischen den verschiedenen Szenarien erlauben sollen. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ergibt eine Reduktion der Spitzenabflüsse um 2.4% und um 7.2% die grössten Ertragsausfälle (Tabelle 1, Szenario D). Eine Limitierung des Schwall/Sunk-Verhältnis Qmax/Qmin auf 12:1 bewirkt 0.7% Ertragsausfall, bei 5:1 wären es 3.3% (Tabelle 1, Szenario E). Das Pumpspeicherkraftwerk Brienzersee mit reduziertem Schwall/Sunk-Verhältnis in der Hasliaare würde den jährlichen Ertrag um 8% reduzieren (Tabelle 1, Szenario H). Ein Rückhaltebecken von

50 000 m3 hätte jährliche Ertragseinbussen von rund 0.7% und ein Volumen von 1 Mio. m3 von 3.8% zur Folge (Tabelle 1, Szenario I). Anstatt Ausgleichsbecken im Freien müssten bei fehlendem Platz auch Kavernen oder Stollen in Betracht gezogen werden. Grosse unterirdische Rückhaltevolumina für eine Reduktion der Schwallspitzen sind mit enorm hohen Kosten verbunden. Hinzu kommen landschaftliche Eingriffe bei der Deponierung des Ausbruchmaterials. 10. Laichhabitat der Bachforelle Für sämtliche Szenarien (Tabelle 1) wurden für die drei Entwicklungsstadien der Bachforelle sowie die vier Morphologien das ökologisch wertvolle Habitat und dessen Beständigkeit bei Schwall und Sunk be-

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stimmt. Im Folgenden werden nur die Resultate für das Laichen in der Kanalstrecke sowie im verzweigten Gerinne erläutert. Bild 4 zeigt die Habitatsbedingungen für das Laichen der Bachforelle respektive die verfügbaren Laichplätze für die vier Referenzmorphologien für das Niedrigwasser (5 m3/s) und den theoretischen Spitzenabfluss (68 m3/s) im November des simulierten Szenario C sowie den mittleren Abfluss ohne Kraftwerk für 1926–29 (14 m3/s). Die Buhnenstrecke (Bild 4a) hat einen konzentrierten Abfluss mit hohen Fliesstiefen und -geschwindigkeiten in der Gerinnemitte. Die Kiesbankstrecke (Bild 4b) zeigt ein differenzierteres Strömungsbild mit Seichtwasserzonen am rechten Ufer. Die Kanalstrecke (Bild 4c) ist äussert monoton, und es tritt nur für 99

Bild 4. Habitatsqualität anhand des Suitability Index (SI) für das Laichen der Bachforelle im November für die Buhnen- (a), Kiesbank- (b) und Kanalstrecke (c) sowie das verzweigte Gerinne (d) für Niedrigwasser (5 m3/s) und Spitzenabfluss (68 m3/s) des simulierten Szenario C sowie für das nicht bewirtschaftete Einzugsgebiet des Szenario A (14 m3/s). ganz tiefe Abflüsse ökologisch wertvolles Laichhabitat auf. Das verzweigte Gerinne (Bild 4d) lässt höhere Variabilität als die vorhandenen Hasliaaremorphologien zu. Im Speziellen an der Kurveninnenseite entsteht ökologisch wertvolles Laichhabitat. Für die Buhnen- und Kanalstrecke nimmt die Habitatsqualität mit zunehmendem Abfluss ab, ab 8 m3/s sogar drastisch. Für die natürlich belassene Morphologie sind die ökologisch wertvollen Laichflächen über den gesamten Abflussbereich ziemlich konstant. Bild 5 zeigt die vorhandenen Laichhabitate bei einem Abflusswechsel von Qmax nach Qmin. In der Kanalstrecke ergibt sich weder für die Ganglinie des simulierten Normalbetriebs (Szenario C) noch mit einem Rückhaltebecken (Szenario I1) stabiles, ökologisch wertvolles Habitat. Beim verzweigten Gerinne kann für das Szenario mit Rückhaltebecken dank des erhöhten Niedrigwassers und dem tieferen Spit100

zenabfluss beständiges Laichhabitat gefunden werden. Die Fläche und die Beständigkeit der Laichhabitate der Bachforelle für die verschiedenen Szenarien sind in Bild 6 ersichtlich. Die Suitable Habitat Ratio-Werte liegen unter 30% der effektiv benetzten Fläche WAeff. Szenarien A und G ohne Kraftwerk respektive ohne Turbinenwasser in der Hasliaare erzeugen beständiges Ablaichhabitat für alle untersuchten Morphologien. Das verzweigte Gerinne (Bild 6b) erlaubt als einzige Morphologie für die simulierten schwallreduzierenden Massnahmen beständiges Ablaichhabitat, so zum Beispiel für das Pumpspeicherwerk Brienzersee (Szenario H) und das Rückhaltebecken (Szenario I1). Buhnen-, Kiesbank- und Kanalstrecke (Bild 6a) haben alle höhere Suitable Habitat Ratio-Werte für Qmin als für Qmax, wo Habitat nur spärlich oder gar nicht vorhanden ist. Das verzweigte Gerinne (Bild 6d) hat leicht höhere Suitable Habitat Ratio-Werte

für Qmax, ausgenommen für KWO plus (Szenario G) mit einem theoretischen Spitzenabfluss von 93 m3/s. Unter Annahme von Abflusswechseln zwischen den 10%- und 90%-Perzentilen ist das meiste Ablaichhabitat, abgesehen von den Szenarien A und F, unbeständig oder fällt trocken. In der Praxis wäre das Trockenfallen mit den vorhandenen, respektieve vorgegebenen Restwassermengen zu evaluieren. Allerdings kann eine Bewertung von Massnahmen nicht ausschliesslich mit der aufgezeigten Methode erfolgen. Für die Verlaichung günstige Bedingungen hinsichtlich Fliesstiefe und -geschwindigkeit sind zum Beispiel nur für mehrstündige Zeitfenster nötig. Nach dem Ablaichen gelten neue Randbedingungen. So darf die Laichgrube nicht trockenfallen und Sohlbewegungen müssen vermieden werden. Um eine genauere Beurteilung der Laichhabitate vornehmen zu können, müsste die gesamte Ganglinie und nicht lediglich

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Bild 5. Dynamische Habitatsbedingungen für das Laichen der Bachforelle im November (grün = beständig; gelb = unbeständig; rot = fällt trocken) für den Wechsel von Niedrigwasser (Qmin) zu Spitzenabfluss (Qmax) und umgekehrt der Szenarien C (simulierter Normalbetrieb) und I1 (Einbau eines Rückhaltebeckens mit einem Volumen von1 Mio m3) für die Kanalstrecke (a, c) und das verzweigte Gerinne (b, d).

Bild 6. Suitability Habitat Ratio (SHR) für das Laichen der Bachforelle im November (grün = beständig; gelb = unbeständig; rot = fällt trocken) für den Wechsel von Niedrigwasser (Qmin) zu Spitzenabfluss (Qmax) und umgekehrt der gemessenen und simulierten Ganglinien (Tabelle 1) für die Kanalstrecke (a) und das verzweigte Gerinne (b). die Extremwerte berücksichtigt werden. Eine Auswertung der Suitable Habitat Ratio-Werte für das relevante Zeitfenster ist somit für eine abschliessende Bewertung einer Massnahme in einem nächsten Schritt unabdingbar. Gewisse dynamische

Parameter sind zudem nicht abhängig vom Kraftwerksbetrieb. So hängt die Korngrössenverteilung des Laichsubstrats massgeblich von der Anzahl und Magnitude der auftretenden Hochwasser und des Geschiebeeintrags und -transports ab.

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11. Schlussfolgerungen Der angewandte interdisziplinäre Ansatz beinhaltet einerseits die Simulation des Kraftwerkbetriebs zu Bestimmung der Ganglinie sowie der durch die Sanierungsmassnahmen anfallenden Kosten. Ande101

rerseits werden die Fischhabitate für die kritischen Entwicklungsstadien sowie für verschiedene Morphologien unter wechselnden Abflussbedingungen bestimmt. Die wirtschaftlichen Auswirkungen von Massnahmen zur Reduktion von Schwall und Sunk bei komplexen Speicherkraftanlagen können nur mit einem effizienten Simulationswerkzeug, wie zum Beispiel Routing System, evaluiert werden. Für die ökologische Beurteilung sind rein hydraulische Grössen unzureichend, und Habitatsmodelle mit geeigneten Datensätzen und Berücksichtigung der dynamischen Bedingungen, wie z.B. CASiMiR, werden benötigt (Smokorowski et al., 2011). Die definierten Indikatoren zeigen im Fall der Hasliaare, dass Abflusskorrekturen zur Reduktion von Schwall und Sunk nur gemeinsam mit morphologischen Anpassungen zu einer Aufwertung des aquatischen Lebensraums führen. Der natürliche mittlere Monatsabfluss der Hasilaare liegt im August bei rund 80 m3/s. Trotzdem weisen die vorhandenen Buhnen-, Kiesbank- und Kanalstrecken für Ganglinien mit Schwall bereits über 20 m3/s grosse Habitatsdefizite für alle Entwicklungsstadien der Bachforelle auf. Ein verzweigtes Gerinne würde bereits mit einer Reduktion von Schwall und Sunk durch geeignete Massnahmen ausreichend ökologisch wertvolles und beständiges Habitat für die Bachforelle aufweisen. Eine sehr kostenintensive Reduktion des Maximalabflusses dürfte somit nur bei einer gleichzeitigen morphologischen Aufwertung wirksam sein. Betriebliche Einschränkungen, wie zum Beispiel eine Begrenzung des Maximalturbinenabflusses oder eines limitierten Schwall/Sunk-Verhältnisses, haben meist erhebliche Ertragseinbussen zur Folge und schlagen sich in einem unausgewogenen Kosten-Nutzen-Verhältnis nieder. Aus wirtschaftlicher, aber auch aus ökologischer Sicht sind Speichervolumen unterhalb der Wasserrückgabe von Kraftwerken zu bevorzugen. Zur Aufwertung des Abflussregimes können Kraftwerkserweiterungen mit ökologischen Aufwertungsmassnahmen für besonders sensitive Teilstücke kombiniert werden. In der vorliegenden Studie wurden bewusst nur der Maximal- und Minimalabfluss der Ganglinie mit Schwall und Sunk betrachtet. In einem weiteren Schritt kann die Analyse zum Beispiel auf Pegelanstiegs- (Drift von Makroinvertebraten) und Pegelrückgangsraten (Stranden von Jungfischen) sowie auf Frequenz und Dauer der Schwallereignisse erweitert werden. Dabei 102

muss das Verhalten der Individuen (Lernfähigkeit der Fische) sowie ein intelligenter Betrieb der Massnahme (zum Beispiel Vorschwall, Minimalwerte für kritische Abflüsse, Temperaturen und Tageszeit) kombiniert betrachtet werden. Der Ansatz kann auf andere aquatische Lebewesen erweitert werden. Zudem sollten Kriterien wie Längs- und Quervernetzung, physikalische (Wassertemperatur, Sedimenttransport) und chemische Bedingungen in die Beurteilung miteinbezogen werden. Wie in der Wegleitung des Bundesamtes für Umwelt (Baumann et al., 2012) bereits enthalten, müssen die ökologischen Bewertungskriterien je nach Indikatorlebewesen demnach angepasst werden. Die entwickelte Methode ist für eine erste Beurteilung von Schwallsanierungsmassnahmen unterhalb von Speicherkraftwerken geeignet. Die Flexibilität der Methode erlaubt Betreibern, Behörden und Wissenschaftlern eine ökologischökonomische Modellierung und somit die Möglichkeit einer zielgerichteten Sanierung von Schwall und Sunk.

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potentiel

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Danksagung

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Das Forschungsprojekt (9676.1 PFIW-IW)

ment of environmentally based flow restrictions

wurde von der Kommission für Technologie und

for maintaining ecosystem integrity: A compari-

Innovation (KTI) und der Kraftwerke Oberhasli

son of a modified peaking versus unaltered river.

AG (KWO) sowie weiteren privaten und öffent-

Ecohydrology 4(6): 791–806.

lichen Partnern finanziert. Spezieller Dank ge-

Tolossa, H.G., Tuhtan, J., Schneider, M., Wie-

bührt Dr. Steffen Schweizer, Leiter der Abteilung

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stets mit Rat und Tat begleitet hat.

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martin.bieri@poyry.com

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emilie.person@eawag.ch,

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Hochwasserstatistik am BAFU – Diskussion eines neuen Methodensets Eva Baumgartner, Marc-Olivier Boldi, Caroline Kan, Simon Schick

Zusammenfassung Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) hat sich entschieden, das bisher verwendete Standardverfahren des DVWK (1979) zur statistischen Abschätzung der Hochwasserwahrscheinlichkeit HQT abzulösen. Am Fallbeispiel der Muota bei Ingenbohl wird ein Set von Auswertungsmethoden vorgestellt. Es beinhaltet ein semi-parametrisches Verfahren zur explorativen Datenanalyse sowie drei parametrische Verfahren zur Abschätzung der Hochwasserwahrscheinlichkeit HQT. Alle vorgestellten Methoden haben ihre Stärken und Schwächen. Da unbekannt ist, welcher Modellansatz die Realität am besten widerspiegelt, scheint es nicht zulässig, sich auf nur eine Methode zu beschränken. Das BAFU sieht daher vor, künftig für alle aktuellen Abflussmessstationen die Ergebnisse der hier vorgestellten Methoden in kurzen Berichten zusammenzustellen. Ziel des Artikels ist es, das angestrebte Methodenset der Fachwelt vorzustellen, eine Diskussion auszulösen und zahlreiche Rückmeldungen zu erhalten.

1. Einleitung Das Wissen über Hochwasserwahrscheinlichkeiten ist von grosser Bedeutung – sei es zum besseren Verständnis von hydrologischen Prozessen, zur Ausarbeitung von Gefahrenkarten, zur Dimensionierung von Bauwerken entlang von Fliessgewässern, zur Analyse nach Hochwasserereignissen oder für versicherungstechnische Fragestellungen. Die Abschätzung von seltenen Ereignissen verlangt nach einer Extrapolation über die Beobachtungsreihen hinaus. Dies erfordert ein geeignetes statistisches Modell, um die Wahrscheinlichkeitsverteilung dieser Zufallsvariablen abzuschätzen. Die Extremwerttheorie bietet hierfür die stochastische Basis (Chavez-Demoulin und Davison 2005). Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) berechnet seit 1986 statistische Kenngrössen zur Hochwasserwahrscheinlichkeit (Spreafico und Stadler 1986/1988, Spreafico und Aschwanden 1991a/b), welche seit 2004 auch im Internet veröffentlicht werden (www.hydrodaten.admin.ch). Das aktuell verwendete Standardverfahren stammt aus dem Jahr 1979 (DVWK 1979). Seit dessen Entwicklung haben sich die statistischen wie auch computertechnischen Möglichkeiten stark weiterentwickelt. Aus diesem Grund hat sich das BAFU entschieden, neu ein Verfahren

anzuwenden, das die technischen Möglichkeiten und die Datengrundlage besser ausschöpft. Die Methoden, welche in diesem Artikel vorgestellt werden, wurden durch die EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Mathematics Institute for Analysis and Applications, Chair of Statistics) vorgeschlagen und durch das BAFU an seine Bedürfnisse angepasst. Dieser Artikel stellt die wichtigsten Eigenschaften des neuen Verfahrens vor sowie mögliche Produkte, welche zukünftig auf der Webpage des BAFU publiziert werden sollen. Hauptziel ist es, von der Leserschaft Rückmeldungen zur Praxistauglichkeit der neuen Methodik zu erhalten. Die Methodik wird am Fallbeispiel des Flusses Muota vorgestellt. Die verwendeten Abflussdaten wurden an der eidgenössischen hydrologischen Messstation in Ingenbohl in der Innerschweiz erhoben. Die Messstation ist seit 1917 in Betrieb, allerdings war sie bis 1923 nicht mit einem Limnigraphen ausgerüstet und der Wasserstand wurde nur einmal täglich abgelesen (BAFU 2009). Da die Extremwertstatistik Abflussspitzen, beispielsweise Tagesmaxima oder Jahresmaxima, auswertet, werden für diese Studie nur die Abflussdaten der Periode 1923–2010 verwendet. Die Station Muota-Ingenbohl wurde als Teststation ausgewählt, da

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sie eine der längsten, digital verfügbaren Messreihen der Schweiz aufweist. Vorteilhaft ist ausserdem, dass der hydrologische Charakter des Einzugsgebiets und Gründe für einige Nicht-Stationaritäten bekannt sind. Die Muota weist ein Abflussregime «nival de transition» mit hohen Abflüssen im Sommer und tiefen im Winter auf (Weingartner und Aschwanden 1989). Im Jahr 1970 wurde das Wasserkraftwerk Sahli-Stufe Glattalp in Betrieb genommen, welches seither den Abfluss der Muota beeinflusst. Bei der Mehrheit der Messstationen des BAFU stehen Jahresmaxima (bzw. Monatsmaxima) des Abflusses ab Messbeginn, Tagesmaxima aber erst ab 1974 digital zur Verfügung. Nur bei sehr wenigen Stationen, unter ihnen auch die Station Muota-Ingenbohl, wurden die analogen Aufzeichnungen (Limnigramme) aus der Zeit vor 1974 digitalisiert. Um aufzuzeigen, welchen Einfluss die fehlende Verfügbarkeit von kontinuierlichen Daten auf die Resultate hat, werden in dieser Studie einerseits die vollständige Datenreihe der Muota-Ingenbohl von 1923 bis 2010 («lange Periode») und andererseits eine gekürzte Datenreihe von 1974 bis 2010 («kurze Periode») analysiert. 2. Methodenüberblick Die neue Methodik, welche das BAFU zukünftig in der Extremwertstatistik einsetzen will, besteht aus zwei Teilen (Tabelle 1). Der erste, semi-parametrische Teil ermöglicht eine detaillierte explorative Datenanalyse, welche Nicht-Stationaritäten aufdeckt. Diese Erkenntnisse verbessern generell das Verständnis der Daten und dienen der Einschätzung der Validität und zeitlichen Beständigkeit der HQ-Abschätzungen, welche mit den Ansätzen des zweiten Teils berechnet wurden. Der zweite, parametrische Teil beinhaltet drei Ansätze, um die Hochwasserwahrscheinlichkeit HQT abzuschätzen: der Block-Maximum (BLOCK-), r-LargestOrder (R5LARG-) und der Peaks-Over 103

Ansatz

SemiͲ Ansatz von ChavezͲ parametrisches Demoulin und Verfahren Davison (2005), M.ͲO. Boldi Parametrische Block Maximum Verfahren (BLOCK) rͲLargest Order Statistik (R5LARG) Peaks Over Threshold (POT)

nigt werden. Beard (Cunnane 1989 zitiert in Meylan et al. 2008) berechnet den Zeitabstand L zwischen zwei unabhängigen Ereignissen über die Einzugsgebietsfläche A in Quadratmeilen (Formel 4).

Modelleingangsdaten Anwendung

Stationär

NichtͲ stationär

Kap. 4

Tagesmaxima

Kap. 3.1.1

Kap. 3.2

Jahresmaxima

Kap. 3.1.2

Kap. 3.2

Tagesmaxima

Kap. 3.1.3

Kap. 3.2

Tagesmaxima

Explorative Datenanalyse

‫ ܮ‬ൌ ͷ ܶܽ݃݁ ൅ ሺ‫ܣ‬ሻ

Abschätzung von HQT Abschätzung von HQT Abschätzung von HQT

Die Untersuchung der BAFU-Abflussdaten hat ergeben, dass sich diese Formel gut zur Abgrenzung unabhängiger Ereignisse eignet, sofern ein Mindestabstand von 11 Tagen eingehalten wird.

Tabelle 1. Übersicht über das vom BAFU neu verwendete Methodenset. Threshold (POT-nsatz. Sie unterscheiden sich in der Methode, wie die Extremwerte identifiziert werden. Für ein besseres Verständnis werden im Folgenden zuerst die parametrischen Verfahren (Kap. 3) und aufbauend darauf das semi-parametrische Verfahren erklärt (Kap. 4). 3.

Parametrische Verfahren

3.1

Stationärer Fall

3.1.1 Block-Maximum-Ansatz (BLOCK) Der Block-Maximum-Ansatz (BLOCK) definiert den höchsten Wert innerhalb eines Zeitintervalls (Block) als Extremwert. In dieser Studie wird eine Blockgrösse von einem Jahr gewählt. Wie beim bisher verwendeten DVWK-Verfahren (1979) werden also Jahresmaxima ausgewertet. Die Extremwerttheorie zeigt, dass die Wahrscheinlichkeitsverteilung von Jahresmaxima der Allgemeinen Extremwertverteilung (Generalized Extreme Value Distribution, GEV) folgt. Die GEV wird durch den Lageparameter µ, den Skalenparameter  und den Formparameter  beschrieben. Durch Maximierung der log-LikelihoodFunktion, welche aus dem GEV-Modell folgt, können die drei Parameter geschätzt werden (Formel 1).

3.1.2 r-Largest-Order-Statistik (R5LARG) Bei der r-Largest-Order-Statistik werden die r höchsten Messwerte innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls analysiert. Dieser Ansatz ist die Verallgemeinerung des BLOCK-Ansatzes: Bei gleicher Wahl des Zeitintervalls und r = 1 entspricht die r-Largest-Order-Statistik der BlockmaximumMethode. Die Grundidee ist, dass durch den Beizug von mehr Werten pro Datenblock der Informationsgehalt steigt und damit die Datengrundlage besser genutzt wird. Je grösser r ist, desto sicherer werden die Schätzungen – allerdings besteht die Gefahr eines Bias, wenn Nicht-Extremereignisse in die Analyse einfliessen. Die Wahl von r geschieht meist heuristisch. Verschiedene Tests am BAFU haben ergeben, dass bei Verwendung von Abflusstagesmaxima und einer Blockgrösse von einem Jahr mit r = 5 ein guter Kompromiss eingegangen wird. Der Ansatz wird im Folgenden R5LARG genannt. Die Parameter werden durch Maximierung folgender log-Likelihood-Funktion abgeschätzt (Formel 3).

݈ሺߤǡ ߪǡ ߢሻ ൌ െ ቀͳ ൅ ߢ

݉௥ െ ߤ ቁ ߪ

ଵ ି ఑

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ͳ ‫ݕ‬௜ െ ߤ ݈ሺߤǡ ߪǡ ߢሻ ൌ െ ෍ ቀͳ ൅ ߢ ቁ ߢ ߪ

௜ୀଵ

(1)

(3)

yi entspricht dem Jahresmaximum des Jahres i. Anhand der Schätzer für µ,  und  wird schliesslich mit Formel 2 der T-jährliche Erwartungswert des Abflusses HQT (T=1/p) bestimmt.

Die Werte m1 …  mr entsprechen den r grössten Abflussereignissen pro Jahr. Da die Parameter beim R5LARG-Ansatz jenen des BLOCK-Ansatzes entsprechen, kann dieselbe Formel zur Abschätzung der HQT verwendet werden (Formel 2). Die log-Likelihood-Funktion (Formel 3) darf nur unter der Annahme verwendet werden, dass die Tagesmaximadaten unabhängig voneinander sind. Daher müssen die Daten vorher von Clustern berei-

௜ୀଵ

ߪ ߤ െ ሾͳ െ ሼെ ሺͳ െ ‫݌‬ሻሽି఑ ሿǡ ݂݅ ߢ ് Ͳ ‫ ்ܳܪ‬ൌ ൝ ߢ ߤ െ ߪ ሼെ ሺͳ െ ‫݌‬ሻሽ ǡ ݂݅ ߢ ൌ Ͳ

(2)

104

(4)

3.1.3 Peaks-Over-Threshold (POT) Beim POT-Ansatz gelten Werte als Extremereignisse, wenn sie einen hohen Schwellenwert u überschreiten. Gemäss der Extremwerttheorie ist bei einem hohen u die Anzahl Schwellenwertüberschreitungen poisson-verteilt mit der Ereignisrate . Die Beträge der Schwellenwertüberschreitungen folgen der Allgemeinen Paretoverteilung (Generalized Pareto Distribution, GPD). Im Verfahren, wie es das BAFU anwendet, ist die Serie der Tagesmaxima die Eingangsgrösse. Der Schwellenwert u wird anhand der grafischen Methoden «mean residual life plot» und «fitrange plot» (vgl. Coles 2001) festgelegt. Danach werden die Schwellenwertüberschreitungen bestimmt und die Parameter durch Maximierung der log-Likelihood-Funktion, abgeleitet aus der Poisson- und GPD-Verteilung, geschätzt (Formel 5).

݈ሺߣǡ ߪǡ ߢሻ ൌ ݊ ߣ െ ݊ ߪ െ ௡

ͳ ߢ‫ݓ‬௜ ൬ͳ ൅ ൰ ෍ ቀͳ ൅ ቁ ߢ ߪ ௜ୀଵ

(5)

wi ist ein Element der Serie der n beobachteten Schwellenwertüberschreitungen. Parameter  entspricht der Ereignisrate, das heisst der mittleren Anzahl Schwellenwertüberschreitungen während des Zeitintervalls von einem Jahr. Parameter  entspricht auch beim POT-Ansatz dem Skalenparameter, ist aber numerisch nicht identisch mit dem  des BLOCK- oder R5LARG-Ansatzes. Das HQT lässt sich durch Einsetzen der Parameterschätzer in Formel 6 berechnen. ߪ ߣ ఑ ͳ ‫ ்ܳܪ‬ൌ ‫ ݑ‬൅ ቊ൬ ൰ െ ͳቋ ǡ ܶ ൌ ߢ ͳെ‫݌‬ ‫݌‬

(6)

Da es sehr wahrscheinlich ist, dass Schwellenwertüberschreitungen an aufeinander folgenden Tagen dasselbe Hoch-

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wasserereignis repräsentieren, werden die Daten gleich wie beim R5LARG-Ansatz vorgängig von solchen Clustern bereinigt (Kap. 3.1.2). 3.2 Nicht-stationärer Fall Im stationären Fall wird angenommen, dass alle Parameter der Verteilungsfunktion über den gesamten Untersuchungszeitraum konstant sind. Wenn die Datenanalyse oder die Stationsgeschichte jedoch eine zeitliche Veränderung vermuten lassen, können die Parameter der entsprechenden Verteilungsfunktion zeitlich abhängig modelliert werden. Die Verwendung von nicht-stationären Parametern führt dazu, dass sich auch die berechneten HQT über die Zeit verändern. Innerhalb des vom BAFU neu angewendeten Methodensets wird die Nicht-Stationarität der Parameter µ und  untersucht. Beispielsweise geht die Modellvariante «mul» von einem linearen Trend des Lageparameters µ aus. Die Modellvariante «mujump» berücksichtigt eine nicht-kontinuierliche Veränderung von µ zum Zeitpunkt t0 (Wendepunkt) und versucht damit abrupte, strukturelle Veränderungen im Einzugsgebiet, wie den Bau einer Talsperre, zu berücksichtigen. Alle Modellvarianten, welche vom BAFU beim BLOCK- und R5LARG-Ansatz untersucht werden, sind in Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 3 zeigt die Modellvarianten des POT-Ansatzes. 3.3 Modelldiagnostik Die Güte der Modelle kann grafisch mit den sogenannten Diagnostikplots, einem Wahrscheinlichkeits- und einem Quantilplot, beurteilt werden (z.B. Bild 4). Je besser die Daten auf der Einheitsdiagonale liegen, desto eher kann davon ausgegangen werden, dass die Modellannahmen korrekt sind (vgl. Coles 2001). Anhand der Devianzstatistik, bei der die log-Likelihood verschachtelter Modellvarianten verglichen wird (vgl. Coles 2001), wird überprüft ob sich die Modellvarianten signifikant unterscheiden. Ist dies nicht der Fall, wird das einfachere Modell gewählt. Der Unsicherheit der Berechnungen wird mit Konfidenzintervallen Rechnung getragen. Das BAFU berechnet diese anhand der Deltamethode. Die Methode basiert auf einer Taylor-Entwicklung der Funktion zur Berechnung der HQT und einer asymptotischen Normalverteilung. Die Güte der so berechneten Intervalle ist schwierig einzuschätzen und von Fall zu Fall unterschiedlich. Die Deltamethode ist aber für alle, auch nicht-stationären

Modellvarianten Stat Mul Muq Sigl Musigl Mujump

Parameter (t: Jahr) μ, ʍ, ʃ μ=a1+a2*t, ʍ, ʃ μ=a1+a2*t+a3*t2, ʍ, ʃ μ, ʍ=b1+b2*t, ʃ μ=a1+a2*t, ʍ=b1+b2*t, ʃ μ=a1+a2*i, ʍ, ʃ; i=0 für tчt0, i=1 für t>t0

Anzahl Parameter 3 4 5 4 5 4

Tabelle 2. Verwendete Modellvarianten des BLOCK- und R5LARG-Ansatzes, µ: Lage (mu), σ: Skala (sigma), κ: Form (kappa). Modellvarianten Stat Sigl Sigjump

Parameter (t: Jahr) ʍ, ʃ ʍ=b1+b2*t, ʃ ʍ= b1+b2*i, ʃ; i=0 für tчt0, i=1 für t>t0

Anzahl Parameter 2 3 3

Tabelle 3. Verwendete Modellvarianten des POT-Ansatzes, σ: Skala (sigma), κ: Form (kappa). Modellvarianten einfach verwendbar. Für technische Details verweisen wir auf Coles (2001). 4.

Semi-parametrisches Verfahren Das semi-parametrische Verfahren ist im Wesentlichen eine Erweiterung des nichtstationären POT-Ansatzes. Anders als bei den parametrischen Verfahren, bei welchen eine Verteilung mit bestimmten Parametern vorgegeben wird, sind nicht-parametrische Verfahren verteilungsfrei. Es werden keine Hypothesen über die Veränderung der Parameter ,  und  aufgestellt, sondern die Daten selber sind ausschlaggebend für die funktionale Form. Es ist jedoch unrealistisch, dass ein hypothesenfreies Modell in der Praxis anwendbar ist. Ein solches Modell wäre entweder unmöglich an die Daten anzupassen oder aber das Modell wäre überangepasst, sodass das Modell nicht mehr aussagekräftig wäre. Chavez-Demoulin und Davison (2005) haben deshalb ein semi-parametrisches Verfahren verwendet. Der Ansatz wird anhand des Parameters  illustriert. Das Vorgehen ist für die Parameter  und  analog. Um den Verlauf von  zu modellieren wird ein Verallgemeinertes Additives Modell (Generalized Additive Model, GAM) verwendet. Das Modell ist die Summe aus zwei zeitabhängigen Komponenten, wovon die erste die Saisonalität innerhalb eines Jahres und die zweite Trends von einem Jahr zum nächsten berücksichtigt (Formel 7). ߢሺ‫ݐ‬ሻ ൌ ݃ଵ ൫‫ݎܻܽ݁ ݂݋ ݕܽܦ‬ሺ‫ݐ‬ሻ൯ ൅ ݃ଶ ൫ܻ݁ܽ‫ݎ‬ሺ‫ݐ‬ሻ൯

(7) Day of Year ist ein Laufindex von 0 bis 1, wobei 0 für den ersten Tag im Jahr, also den 1. Januar und 1 für den letzten Tag im Jahr,

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also den 31. Dezember steht. Jede Komponente ist eine Smoothing-Spline-Kurve deren Flexibilität über den Freiheitsgrad df (degree of freedom) kontrolliert wird. In der Literatur werden verschiedenste Möglichkeiten für die automatische Wahl von Smoothing-Parametern und den dazugehörenden Freiheitsgraden vorgeschlagen (vgl. Ruppert et al. 2003). Jedoch ist es hinsichtlich der Komplexität von solchen Verfahren effizienter, den df grafisch zu bestimmen. Durch verschiedene Tests an Abflussdaten des BAFU hat sich gezeigt, dass es sinnvoll ist, für alle Messstationen dieselben, fix festgelegten Freiheitsgrade zu untersuchen. Am geeignetsten erwiesen sich df = 2, df = 5 und df = 10. Im Resultateteil dieses Artikels (Kap. 5) wird hauptsächlich auf die Beschreibung der Resultate mit df = 5 eingegangen. Die Kurven für jeden Parameter werden durch Maximierung der Likelihood-Funktion angepasst unter Verwendung eines lokalen Scoring-Algorithmus, welcher auf der log-Likelihood-Funktion des POT-Ansatzes beruht. Der Algorithmus erfordert aufwendige numerische Techniken, wobei die Annäherungsprozesse teilweise nicht robust sind. Die Konfidenzintervalle werden mit einem Bootstrap-Verfahren berechnet. Durch Einsetzen der geschätzten Parameterkurven in die Formel zur Berechnung der HQT gemäss POT-Ansatz erhält man für jeden einzelnen Tag des Untersuchungszeitraums einen Wert. Diese Werte sind nicht vergleichbar mit den HQT aus den parametrischen Verfahren, welche für eine ganze Periode (stationärer Fall) bzw. ein einzelnes Jahr (nicht-stationärer Fall) gelten. Der semi-parametrische Ansatz ist daher auf die Datenexploration beschränkt. Anders als bei den parametrischen Verfahren ist es unmöglich, Prognosen ausserhalb der beobachteten Zeit105

periode zu machen. Ausserdem sind auch keine statistischen Tests beispielsweise bezüglich Trends möglich.

Bild 1. HQ30 [m3/s] für Muota-Ingenbohl, berechnet mit dem semi-parametrischen Verfahren (lange Periode, df = 5): a) Gesamtbetrachtung, b) in spezifischen Jahren, c) an spezifischen Tagen.

Bild 2. Parameterkurven des semi-parametrischen Verfahrens, angepasst an die Abflussdaten der Muota-Ingenbohl (lange Periode, df = 5). 106

Resultate der Fallstudie Muota-Ingenbohl

5.1

Semi-parametrisches Verfahren

Resultate für die lange Periode Die Kurven der modellierten HQT und ,  und  können optisch in mehreren Dimensionen untersucht werden, wie dies in den Bildern 1 und 2 dargestellt ist. Die ausgeprägte Saisonalität, mit hohen Abflüssen im Sommer und niedrigen im Winter, widerspiegelt sich deutlich im Verlauf der HQ30 (Bild 1a und b). Die Modellierung der Saisonalität ermöglicht, dass das HQ30 im Winter tiefer liegt als im Sommer; ein bestimmter Abfluss, welcher im Sommer gewöhnlich ist, also im Winter als Extremereignis erkannt wird. Zusätzlich zeigt Bild 1, wie sich die modellierten HQ30 über die Jahre verändern. Während die Werte zwischen den 1920er- und den 1950er-Jahren ungefähr innerhalb derselben Bandbreite variieren, steigen sie ab den 1960er-Jahren an und pendeln sich ab Mitte der 1970er-Jahre wieder auf einem höheren Niveau ein. Eine fokussierte Betrachtung der Saisonalität in ausgewählten Jahren innerhalb des Untersuchungszeitraums (Bild 1b) zeigt, dass im Sommer die Erhöhung der modellierten HQ30 besonders ausgeprägt ist und dass 2010 das Maximum früher erreicht wird als in den Jahren zuvor. Der Langzeitverlauf der Werte, betrachtet an einzelnen Tagen (Bild 1c) deckt eine wesentliche Veränderung in den 1960er- bis 1980er-Jahren auf. Der Erwartungswert für ein 30-jährliches Ereignis am 1. Juli steigt seither stetig an. An den anderen untersuchten Tagen sinkt der Erwartungswert nach einem Anstieg um ca. 1975 wieder auf ein ähnliches Niveau wie zu Beginn der Untersuchungsperiode. Ein vertieftes Verständnis der Daten erhält man bei der Analyse der Parameterkurven (Bild 2). Parameter  beschreibt die Ereignisrate (Bild 2a). Der saisonal angepasste Schwellenwert u, der zur Ausscheidung von Extremereignissen herangezogen wird, wird generell am 1. Juli deutlich häufiger überschritten als an den anderen drei Tagen. Allerdings variiert die Ereignishäufigkeit am 1. Juli, welcher hier als stellvertretend für den Sommer betrachtet wird, über die Jahre stark. Der Formparameter  steht direkt im Zusammenhang mit der sogenannten Hea-

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viness of Tail der Verteilung. Je höher , desto schwerer ist der Tail, was bedeutet, dass sich der rechte Ast der Verteilungsfunktion bis zu sehr hohen Abflusswerten erstreckt. Bei negativen Werten für  wird die Extremwertverteilung als endlich angesehen. Alle Kurven in Bild 2b zeigen einen anfänglich minimen Anstieg von  ab circa 1970, welcher ab ungefähr 1990 stark zunimmt. Vor 1930 war  am 1. Oktober und am 1. Juli negativ. Parameter , ein Mass für die Varianz der Verteilungsfunktion, ist im Oktober am höchsten und im Januar am tiefsten (Bild 2c). Im Verlauf der Jahre hat  an allen untersuchten Tagen zugenommen. Der Verlauf der drei Parameter ,  und  und der modellierten HQ30 lässt darauf schliessen, dass 2010 Hochwasserereignisse an der Muota in Ingenbohl insbesondere im Sommer seltener sind als zu Beginn der Untersuchungsperiode, die Varianz und das Ausmass der Ereignisse jedoch stark gestiegen sind. Im Bereich der 1970er-Jahre verändert sich die Abflusscharakteristik der Muota markant, was wahrscheinlich auf den Bau des KW Glattalp zurückzuführen ist. Resultate für die kurze Periode In der kurzen Periode können keine markanten Veränderungen der modellierten HQ30 über die Zeit festgestellt werden (Bild 3). 1975–2010 ist der Verlauf in der kurzen und der langen Periode ähnlich. 5.2

Bild 3. HQ30 [m3/s] für Muota-Ingenbohl, berechnet mit dem semi-parametrischen Verfahren (kurze Periode, df = 5).

Bild 4. Diagnostikplots der Modellvariante «mujump» mit Wendepunkt 1970 des BLOCK-Ansatzes, Muota-Ingenbohl, lange Periode. Modellparameter: µ vor 1970: 141.9257, µ nach 1970: 162.1620, σ: 30.5639, κ: 0.1985.

Parametrische Verfahren

5.2.1 Block-Maximum-Ansatz (BLOCK) Resultate für die lange Periode Die Diagnostikplots zeigen, dass das stationäre Modell mittlere Abflussmaxima gut abbildet, jedoch im Bereich der tiefen und insbesondere auch der sehr hohen Jahresmaxima die Anpassung an die beobachteten Werte eher schlecht gelingt. Die nicht-stationären Modellvarianten «mul» und «mujump» bringen gemäss Devianzstatistik und grafischer Beurteilung eine signifikante Verbesserung der Modellgüte. Obwohl Modellvariante «mul» eine leicht bessere log-Likelihood aufweist als «mujump», wird im Wissen über die Inbetriebnahme des KW Glattalp eher von einer abrupten als von einer kontinuierlichen Veränderung ausgegangen und deshalb «mujump» bevorzugt (Bild 4). Die mit einem nicht-stationären Modell berechneten HQT gelten jeweils nur für ein bestimmtes Jahr (Kap. 3.2); dargestellt wird das aktuellste Jahr, im vorliegenden Artikel 2010. Auf-

Bild 5. HQT [m3/s] für Muota-Ingenbohl, berechnet mit einer nicht-stationären Modellvariante und der stationären Modellvariante des BLOCK-Ansatzes für das Jahr 2010, lange Periode (N: 88), kurze Periode (N: 37). Konfidenzintervalle gemäss Deltamethode, α = 0.05. grund der verbesserten Modellierung von grossen Jahresmaxima liegen die HQT generell höher als beim stationären Modell, allerdings sind auch die Konfidenzintervalle grösser (Bild 5).

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Resultate für die kurze Periode Wenn nur mit der gekürzten Datenserie ab 1974 gearbeitet wird, kann der Betriebsbeginn des Kraftwerks in den Daten nicht festgestellt werden. Aufgrund der Befunde aus dem semi-parametrischen Ansatz 107

Bild 6. Diagnostikplots der Modellvariante «mul» des BLOCK-Ansatzes, Muota-Ingenbohl, kurze Periode. Modellparameter: a1: 145.8375, a2: 0.8627, σ: 26.5763, κ: 0.4315.

Bild 7. Diagnostikplots der Modellvariante «mujump» mit Wendepunkt 1970 des R5LARG-Ansatzes, Muota-Ingenbohl, lange Periode. Modellparameter: µ vor 1970: 149.6835, µ nach 1970: 167.0304, σ: 40.8593, κ: -0.0539.

alle nicht-stationären Modellvarianten signifikant vom stationären Modell unterscheiden, wobei die Modellauswahl auf «mul» und «mujump» mit Wendepunkt 1970 eingeschränkt werden kann. Der Entscheid zwischen diesen Modellvarianten muss schliesslich hydrologisch begründet werden. Die Wahl fällt wie bei der BLOCKMethode auf die Modellvariante «mujump» (Bild 7). Bild 8 zeigt, dass die HQT berechnet mit «mujump» generell leicht tiefer liegen als beim stationären Modell. Die Konfidenzintervalle sind grundsätzlich bei beiden Varianten sehr eng, wenn auch bei «mujump» etwas grösser. Resultate für die kurze Periode Die Devianzstatistik zeigt bei keiner der nicht-stationären Modellvarianten signifikante Unterschiede zum stationären Modell. Die Modellwahl fällt deshalb auf «stat». Von dieser Modellvariante wird also angenommen, dass sie die Realität am besten abbildet. Die Diagnostikplots zeigen jedoch, dass auch mit dem stationären Modell besonders im Extrembereich keine ideale Anpassung an die beobachteten Abflüsse gelingt. Die Konfidenzintervalle sind hingegen auffallend klein (Bild 8). 5.2.3 Peaks Over Threshold (POT) Resultate für die lange Periode Die drei untersuchten Modellvarianten sind im Bereich der tiefen und mittleren Abflüsse recht gut, die Anpassung an sehr hohe Abflüsse ist jedoch nicht ideal. Da die Devianzstatistik keinen signifikanten Unterschied aufdeckt, wird die einfachste Modellversion «stat» ausgewählt (Bild 9). Die Erwartungswerte, welche basierend auf «stat» berechnet wurden, sind aus Bild 10 ersichtlich.

Bild 8. HQT [m3/s] für Muota-Ingenbohl, berechnet mit einer nicht-stationären Modellvariante und der stationären Modellvariante des R5LARG-Ansatzes für das Jahr 2010, lange Periode (N: 435), kurze Periode (N: 185). Konfidenzintervalle gemäss Deltamethode, α = 0.05. wurde für die Modellvariante «mujump» als Wendepunkt das Jahr 1990 ausgewählt (Bild 3). Von allen untersuchten Modellvarianten unterscheidet sich aber einzig die Variante «mul» signifikant von «stat». Wie die Diagnostikplots zeigen, ist deren Anpassung insbesondere an hohe Werte recht gut (Bild 6). Die Konfidenzintervalle für ein HQ2 und HQ10 sind bei der Modell108

variante «mul» grösser als bei «stat», für ein HQ30, HQ100 und HQ300 ist dies jedoch umgekehrt (Bild 5). 5.2.2 r-Largest-Order-Statistik (R5LARG) Resultate für die lange Periode Die Devianzstatistik deckt auf, dass sich

Resultate für die kurze Periode Werden nur Daten ab 1974 verwendet, unterscheiden sich die drei Modellvarianten wie in der langen Periode nicht signifikant voneinander. Die Wahl fällt auf das einfachste Modell «stat». 5.2.4 Zusammengefasste Resultate der parametrischen Verfahren Bild 11 zeigt die HQT jener Modellvarianten, welche jeweils am besten an die Daten angepasst waren. Sowohl die Werte wie auch die Grösse der Konfidenzintervalle, welche ein Mass für die Unsicherheit sind, variieren stark. Generell werden diese Unterschiede grösser, je höher die Wiederkehrperiode T ist. Der R5LARG-Ansatz zeigt bei allen Wiederkehrperioden durch-

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gängig die kleinsten Konfidenzintervalle, was vermuten lässt, dass dieser Ansatz für die Daten der Muota vergleichsweise robust ist. Die HQ2 und HQ10 der einzelnen Ansätze streuen um weniger als 10 m3/s. Die Differenz zwischen einem HQ100 berechnet mit R5LARG bzw. BLOCK beträgt jedoch beinahe 60 m3/s. Die Konsequenz ist, dass ein HQ100 gemäss BLOCK-Ansatz höher liegt als das HQ300 des R5LARG-Ansatzes. Die HQT für die kurze Periode liegen, unabhängig vom gewählten Ansatz, durchwegs höher als jene für die lange Periode und die Konfidenzintervalle sind, aufgrund der verringerten Datenbasis, grösser (Bilder 5, 8 und 10). Schlussfolgerungen und Ausblick Im Vergleich mit dem bisher vom BAFU verwendeten Standardverfahren (DVWK 1979) verbessert das neue Set von Auswertungsmethoden die Ausschöpfung der Datengrundlage, ermöglicht eine vertiefte Datenanalyse und die Berücksichtigung von Nicht-Stationaritäten. Das semi-parametrische Verfahren erlaubt interessante Aussagen über Veränderungen der Häufigkeit, des Ausmasses und der Variabilität von Hochwasserereignissen. Dies gilt insbesondere für lange, rückdigitalisierte Reihen. Die berechneten HQT sind aber nicht direkt verwendbar, da sie nur für einen expliziten Tag in einem expliziten Jahr gelten. Im Fallbeispiel der Muota kann mit nicht-stationären Varianten der parametrischen Ansätze BLOCK und R5LARG die Modellgüte verbessert werden, da die Zunahme extremer Hochwasser in den letzten Jahren einbezogen wird. Die einfachen mathematischen Formeln zur Berücksichtigung von Nicht-Stationaritäten (Tabelle 2 und 3) bilden die Realität allerdings nur annäherungsweise ab. Zudem bleibt unklar, ob sich ein Trend in der Zukunft unverändert fortsetzt. Die berechneten HQT gelten jeweils nur für einen bestimmten Zeitpunkt, in diesem Artikel für das Jahr 2010. Der grundlegende Unterschied zwischen allen parametrischen Verfahren liegt bei der Extremwertidentifikation. Der BLOCK-Ansatz verwendet grundsätzlich fünfmal weniger Werte als R5LARG. Da bei den meisten eidgenössischen Abflussmessstationen die Grundlagendaten für R5LARG erst ab 1974, für BLOCK dagegen meist wesentlich weiter zurück vorliegen, ist der Unterschied im Stichprobenumfang N in der Praxis häufig etwas kleiner. Bei R5LARG besteht zudem verstärkt die Gefahr, Abflussdaten auszuwer-

Bild 9. Diagnostikplots der Modellvariante «stat» des POT-Ansatzes, Muota-Ingenbohl, lange Periode. Modellparameter: σ: 31.18, κ: 0.14.

Bild 10. HQT [m3/s] für Muota-Ingenbohl, berechnet mit der stationären Modellvariante des POT-Ansatzes, lange Periode (N: 171), kurze Periode (N: 120). Konfidenzintervalle gemäss Deltamethode, α = 0.05.

Bild 11. HQT [m3/s] für Muota-Ingenbohl, berechnet mit den jeweils bestangepassten Modellvarianten des BLOCK-, POT- bzw. R5LARG-Ansatzes, lange Periode. ten, die nicht extrem sind. Dieses Risiko kann beim POT-Ansatz mit einer guten Wahl des Schwellenwerts u minimiert werden. Zusätzlich wird beim POT-Ansatz die Bildung von Datenblöcken umgangen, was verhindert, dass Extremwerte weggelassen werden, nur weil im selben Block ein bzw. fünf höhere Werte vorkommen (Coles 2001). Die meist fehlenden digitalen Grundlagendaten vor 1974 schränken

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jedoch auch die Anwendung des POTAnsatzes ein. Alle Modellansätze haben Vor- und Nachteile, was eine generelle Modellwahl ausschliesst. Auch bei einer einzelnen Auswertung bleibt unbekannt, welcher Ansatz die Realität am besten widerspiegelt. Das BAFU strebt daher an, in naher Zukunft neben den HQT des stationären BLOCK-Ansatzes, welcher das DVWK109

Verfahren von 1979 ablöst, weitere Resultate zu publizieren. Die Ergebnisse der hier vorgestellten Methoden sollen in kurzen Berichten für alle aktuellen Abflussmessstationen zusammengestellt werden. Diese Unterlagen könnten in der Praxis dazu dienen, NichtStationaritäten in den Daten zu erkennen und die Unterschiede in den über die verschiedenen Ansätze berechneten HQT zu beurteilen. Für die Beantwortung konkreter Fragestellungen, z.B. bei einer Bemessung, bilden die Resultate dieser statistischen Auswertungen nur eine Grundlage. Kenntnisse über die hydrologischen Prozesse im Einzugsgebiet, Überlegungen zu Worst-Case-Szenarien für Niederschlag und Abfluss usw. sind unerlässlich, um das Hochwasserrisiko abzuschätzen. Die Abteilung Hydrologie des BAFU befürwortet eine «hydrologisch-argumentative Vorgehensweise», wie sie Merz und Blöschl (2008 zitiert in DWA 2012:52) vorschlagen. Zurzeit wird das vorgestellte Methodenset an Daten anderer Abflussmessstationen intensiv getestet und der Erfahrungsschatz wird erweitert. Anregungen und Rückmeldungen zum Methodenset und zu den vorgesehenen Produkten sind dem BAFU sehr willkommen.

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«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Hochwasser-Risikokarten für den Risikodialog in den Gemeinden Risikoübersicht für den kommunalen Risikodialog im Kanton Schaffhausen Jürg Elsener Metz, Jürg Schulthess, Annemarie Schneider, Christian Willi, Sonja Stocker, Martin Rauber

Zusammenfassung Nach der Festsetzung der Gefahrenkarten auf kantonaler Ebene kommen auf die Gemeinden verschiedene anspruchsvolle Umsetzungsaufgaben zu. Insbesondere kleinere Gemeinden sind bei der Bewältigung von solchen Aufgaben oft personell, aber auch finanziell stark gefordert. Der Kanton Schaffhausen motiviert und unterstützt die Gemeinden bei der Umsetzung der Gefahrenkarten und dem integralen Hochwasserschutz. Die Erarbeitung der Risikoübersicht im Kanton Schaffhausen zeigt, dass die gewählte Methodik zur Ermittlung des Hochwasserrisikos (Schadenerwartung in CHF/Jahr) mit vertretbarem Aufwand durchgeführt werden kann und aussagekräftige Ergebnisse liefert. Durch die räumliche Auswertung, welche den zu erwartenden Schaden je Gemeinde und Risiko-Perimeter darstellt, kann der prioritäre Handlungsbedarf im Hinblick auf die Massnahmenplanung aufgezeigt werden. Die Darstellung der Resultate in Risikokarten hilft dem Kanton, die Gemeinden zu eruieren, die über die grössten Hochwasserrisiken verfügen. Die Gemeinden selber erhalten einen einfach verständlichen Überblick, wo die grössten Hochwasserrisiken im Gemeindegebiet bestehen. Die vorgeschlagenen, einfachen und kostengünstigen, baulichen Hochwasserschutzmassnahmen liefern den Gemeinden positive Beispiele für die Umsetzung der Gefahrenkarten. 1. Einleitung Nach der Festsetzung der Gefahrenkarten auf kantonaler Ebene kommen auf die Gemeinden verschiedene Umsetzungsaufgaben zu. Dazu gehören beispielsweise planungsrechtliche Festlegungen, die Berücksichtigung der Gefahrenstufe in baurechtlichen Verfahren oder die Information von betroffenen Grundeigentümern. Aber auch bauliche Schutzmassnahmen müssen von den Gemeinden in Erwägung gezogen werden. Der kommunale Hochwasserschutz kann in wasserbauliche Massnahmen (Flächenschutz) sowie in Objektschutzmassnahmen eingeteilt werden. Insbesondere kleinere Gemeinden sind bei der Bewältigung von solch anspruchsvollen Aufgaben oft personell, aber auch finanziell stark gefordert und stehen diesen Aufgaben daher oftmals kritisch gegenüber. Der Kanton Schaffhausen motiviert und unterstützt die Gemeinden bei der Umsetzung der Gefahrenkarten und dem integralen Hochwasserschutz. Er orientiert sich am integralen Risikomanagement. Das kantonale Tiefbauamt hat Ernst Basler + Partner beauftragt, für den Gefahrenprozess Hochwasser eine Risiko-

übersicht zu erstellen und für die einzelnen Gemeinden darauf aufbauend kosteneffiziente Massnahmen für den Hochwasserschutz zu skizzieren. Die erarbeiteten Risikokarten helfen bei der Priorisierung in der Umsetzung und dienen dem Risikodialog in den Gemeinden. Als Einleitung in die Thematik zeigen die beiden Beispiele im nächsten Kapitel auf, wie der Kanton Schaffhausen von der Gefahrenkarte zur Risikokarte gelangt ist. Beide Beispiele zeigen die Relevanz für den Risikodialog auf kommunaler Ebene.

Der Hintergrund zum Risikodialog wird in Kapitel 3 aufgezeigt, die Methodik in Kapitel 4. In Kapitel 5 wird aus den Arbeiten ein Fazit gezogen. 2.

Kosteneffiziente Massnahmen im Kanton Schaffhausen Im Kanton Schaffhausen herrscht insgesamt eine im Vergleich zur übrigen Schweiz unterdurchschnittliche Gefährdung durch Naturgefahren. Dennoch treten insbesondere bei kommunalen Gewässern Hochwasser auf, die die Kapazitäten zur Ereignisbewältigung in den Gemeinden übersteigen und präventive Schutzmassnahmen erfordern. Dies war beispielsweise bei den Überschwemmungen im Kanton Schaffhausen anfangs Mai 2013 der Fall. Die Gefahrenkarten zeigen zwar die Intensität von Hochwasser mit verschiedenen Wiederkehrperioden auf. Damit die Gemeinden aber wissen, welche Gebiete die grössten Risiken bergen, bedarf es einer Risikoübersicht. Sind die Risiken (Schadenerwartung in CHF/Jahr) identifiziert, können Flächenschutzmassnahmen auf ihre Kosteneffizienz überprüft werden. 2.1

Neunkirch: Von der Risikoübersicht zu den Massnahmen am Fochtelgraben Gemäss der Gefahrenkarte entstehen in Neunkirch durch zu kleine Kapazitäten an verschiedenen Schwachstellen bereits ab

Bild 1. Übersichtsplan Gemeinde Neunkirch und Darstellung der zwei Risiko-Perimeter.

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

111

einem 30-jährlichen Hochwasser (HQ30) Überflutungen, die zu einer mittleren Gefährdung (blau – Gebotszone) führen, siehe Bild 4. Aufgrund der Gefährdungssituation bei zwei bestehenden Schwachstellen wurden basierend auf der Gefahrenkarte zwei Risiko-Perimeter ausgeschieden. In beiden Perimetern wurde die jähr-

liche Schadenerwartung berechnet: Bei allen untersuchten Szenarien (HQ30, HQ100 und HQ300) sind Gebäude, Bahn, Flächenobjekte sowie Fahrhabe potenziell gefährdet und tragen zum Risiko bei. Strassen sind nur am Rande betroffen. Neunkirch weist aufgrund dieser Berechnungen ein gesamtes kollektives Hochwasserrisiko (Summe aller Hochwas-

Bild 2. Kollektives Hochwasserrisiko [CHF/Jahr] pro Szenario innerhalb der Risiko-Perimeter und der gesamten Gemeinde.

serrisiken HQ30, HQ100 und HQ300) von gut CHF 410 000.– pro Jahr auf. Dieses Gesamtrisiko wird mit CHF 236 000.– pro Jahr stark durch das 30-jährliche Ereignis bestimmt (Bild 2, Bild 3). Basierend auf dieser Risikobetrachtung wurden nun bei den zwei oben genannten Schwachstellen mögliche Hochwasserschutzmassnahmen geprüft. Für Neunkirch wurde beim «Fochtelgraben» (Risiko-Perimeter 1) aufgezeigt, wie bei einem Strassendurchlass oberhalb des Siedlungsraumes ein Rückhalteraum geschafft werden kann (Bild 4, QP 157). Aufgrund der Topografie eignet sich das Gebiet dafür sehr gut (Bild 5, Bild 6): Das durch den Rückhalteraum gewonnene Rückhaltevolumen reicht aus, um die Abflussspitze bei einem 30-jährlichen Ereignis zu dämpfen. Damit wird die Abflusskapazität der heutigen Schwachstelle im Siedlungsgebiet nach der Massnahme ausreichen. Die Investitions- und jährlichen Unterhaltskosten für diese Massnahme entsprechen jährlichen Kosten von CHF 23 000.– bei einer angenommenen Lebensdauer der baulichen Massnahmen von 30 Jahren und einem Amortisationszinssatz von 2%. Das Risiko kann schätzungsweise um CHF 300 000.– pro Jahr vermindert werden. Somit ergibt sich für das KostenNutzen-Verhältnis ein Faktor von 13. Jeder investierte Franken bewirkt somit eine jährliche Schadensreduktion von 13 Franken. Die Gemeinde hat diese Massnahme entsprechend den Vorschlägen mittlerweile umgesetzt. 2.2.

Bild 3. Kollektives Hochwasserrisiko [CHF/Jahr] über alle Szenarien innerhalb der Risiko-Perimeter und der gesamten Gemeinde.

Bild 4. GK-Ausschnitt Gemeinde Neunkirch. 112

Trasadingen: Plausibilisierung der Ereignisse In Trasadingen wurden aufgrund der potenziellen Überschwemmungsgebiete des Vorder- und Hindertalbaches sowie des Landgrabens zwei Risiko-Perimeter definiert (Bild 7). Das gesamte Hochwasserrisiko in der Gemeinde beträgt pro Jahr knapp CHF 190 000.–. Das 30-jährliche Ereignis trägt massgebend zum Gesamtrisiko bei. Im Juni 2010 hat in Trasadingen gemäss der Gebäude- und der Mobiliar Versicherung ein Unwetter zu einem Schaden von rund CHF 550 000.– geführt (Gebäude CHF 450 000.– und Fahrhabe CHF 100 000).–. Gemäss einer Medienmitteilung im Juli 2010 resultierte für das Unwetter 2010 insgesamt ein Schaden von mehr als einer Million Franken. Darin dürften auch Aufwendungen für Feuerwehreinsätze, Schäden an Flurwegen, Strassen,

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Gewässern, Infrastrukturanlagen wie Strom- und Wasserversorgung usw. berücksichtigt sein. Das Unwetter entsprach ungefähr einem 100- bis 300-jährlichen Ereignis. Die errechneten Risikowerte wurden mit den Schäden, die beim Hochwasserereignis vom Juni 2010 aufgetreten sind, verglichen. Bei der Annahme, dass das Hochwasser etwa einem 100- bis 300-jährlichen Hochwasser entsprach, ist mit einem jährlichen Risiko für Gebäude, Fahrhabe und Betriebsunterbruch im Bereich von rund CHF 5000.– bis 10 000.– zu rechnen. Aus den Berechnungen resultiert für diese Objektarten bei einem HQ100 ein Risiko von etwas über CHF 20 000.– pro Jahr. Bei den berechneten Werten wird das Risiko also leicht überschätzt, liegt aber in der gleichen Grössenordnung. Die Überflutungen beim Unwetterereignis stimmten gut mit den in der Gefahrenkarte prognostizierten Gefährdungsflächen überein. Die Einläufe bei Eindolungen des Hinder- und des Vordertalbaches waren beim Ereignis vom 17. Juni 2010 grösstenteils mit Geschiebe und Geschwemmsel verstopft. Zwei Abflussäste suchten sich ihren Weg durch das Dorf und führten zu grossen Überflutungen. Die Gewährleistung einer genügenden Abflusskapazität im Dorf könnte nur durch eine massive Vergrösserung der bestehenden Eindolungen (Länge 1.8 km) erreicht werden. Aus Kostengründen wurde diese Option in der vorliegenden Studie nicht weiter verfolgt. Als sinnvolle Massnahme zum Schutz vor einem 100-jährlichen Ereignis wurde ein zweistufiger Rückhalt mit Dämmen oberhalb des Siedlungsgebietes vorgeschlagen. Dieses Gebiet wird heute als Ackerland bzw. als Sportplatz genutzt. Bei grösseren Ereignissen kommt es zu einem Überströmen des Dammes (Bild 9). Eine grobe Abschätzung der Erstellungs- und Unterhaltskosten für den zweistufigen Rückhalteraum ist schwierig, weil es sich um ein grösseres Bauvorhaben mit vielen Randbedingungen und technischen Details handelt. Als erste Schätzung wurde mit Investitionskosten von rund CHF 800 000.– bis CHF 1 000 000.– gerechnet, plus die jährlichen Unterhaltskosten. Daraus ergeben sich jährliche Kosten von rund CHF 115 000.– bis CHF 140 000.– (Kapital- und Unterhaltskosten; Lebensdauer 30 Jahre und 2% Zins). Gegenüber einer Risikoreduktion von rund CHF 130 000.– pro Jahr ist die Kosteneffizienz mit einem Faktor 1 neutral und eine Realisierung der Massnahme ist zu prüfen.

Bild 5. Übersicht über die Rückhaltemassnahmen am Fochtelgraben.

Bild 6. Ausdehnung des Rückhalteraums am Fochtelgraben.

Bild 7. Übersichtsplan Gemeinde Trasadingen und Darstellung der zwei Risiko-Perimeter. Als Fazit aus den obigen Fallbeispielen ist hervorzuheben: Risikoübersichten und Massnahmenvorschläge mit Hinweisen zu deren Kosteneffizienz helfen, die

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Bevölkerung zu sensibilisieren und unterstützen den Dialog mit den Bürgern rund um die Frage, welche Risiken die Gemeinschaft und welche die Eigentümer tragen sollen.

113

Bild 8. 17. Juni 2010: Überschwemmungen im Dorf in Trasadingen (Quelle: TBA Kt. Schaffhausen). 3. Risikodialog Integrales Risikomanagement bedingt unter anderem das Begrenzen des Ausmasses sowie das Verringern der Verletzlichkeit. Zur Prävention gehören die Bewusstseinsbildung bei der Bevölkerung und damit ein Risikodialog. Dem liegt die Gefahren- und die Risikobeurteilung zu Grunde (Bild 10). Mit dem Risikodialog bezüglich Naturgefahren soll in der Schweiz das Bewusstsein gestärkt werden, welche Gefahren einerseits und – damit verbunden – welche Risiken andererseits bestehen. Der Dialog soll Handlungsmöglichkeiten aufzeigen, was die öffentliche Hand präventiv für den Schutz unternehmen kann und unternimmt (Flächenschutzmassnahmen) und welchen Beitrag jeder Einzelne zur Sicherheit beitragen kann (Objektschutz). Obwohl zwischen Behörden, Verwaltungsstellen und Bevölkerung auf kommunaler, kantonaler und Bundesebene dieser Dialog initiiert wurde, fehlt in den meisten Kantonen eine einfache und verständliche Risikoübersicht für die Priorisierung von Flächenschutzmassnahmen. Solche Risikokarten könnten den Risikodialog unterstützen und vereinfachen sowie die Priorisierung objektiver ausgestalten. Schliesslich ist die Kosteneffizienz von möglichen Massnahmen als erste entscheidende Grösse (neben politischen und ökologischen) beizuziehen. 4.

Risikoübersicht und Massnahmenplanung Im Folgenden wird die Methodik zur Erstellung der Risikoübersicht mit den dazugehörenden Massnahmenvorschlägen vorgestellt, wie sie im Kanton Schaffhausen angewendet wurde. Dabei war besonders wichtig, dass die Berechnungen eine Übersicht der Risiken für die Priorisierung

114

Bild 9. Situation mit dem Verlauf der Dämme, zweistufiger Rückhalt für HQ100.

von Massnahmen ermöglichen – und keine Aussagen über einzelne Objekte machen. 4.1 Risikoübersicht Für jede Gemeinde wurden Risiko-Perimeter ausgeschieden; diese orientieren sich an den Gefahrenprozessquellen, (in der Regel einzelne Bäche) die zu bestimmten Gefahrenbereichen führen. Anschliessend wurde die durch Hochwasser verursachte Schadenerwartung (in CHF/Jahr) für diese einzelnen Risiko-Perimeter GIS-basiert berechnet. Das Vorgehen stützt sich dabei auf den methodischen Ansatz des Risikokonzeptes für Naturgefahreni , wie er auch in den IT-Tools EconoMeii und RiskPlaniii verwendet wird. Zur Berechnung der direkten Schäden wurde die Beschädigung oder Zerstörung der Objektkategorien Gebäude, Bahn, Strassen, Flächenobjekte und Fahrhabe berücksichtigt. Dazu kamen indirekte Schäden infolge von Betriebsunterbrüchen. Nicht bewertet wurden hingegen Personenschäden und weitere indirekte Schäden wie zum Beispiel die Verfügbarkeit von Strassen. Eine zentrale Grundlage für die Ermittlung des Schadenausmasses waren die Intensitätskarteniv. Diese enthalten die Ausdehnung der Gefahrenbereiche mit den Intensitäten für die drei Szenarien 30-, 100und 300-jährliches Ereignis und sind in die vier Intensitätsklassen (keine Gefährdung, schwache, mittlere, starke Intensität) unterteilt. Das Extremhochwasser wurde nicht berücksichtigt. Durch das Überlagern der Intensitätskarten mit dem Übersichtsplan wurden die potenziell betroffenen Objekte identifiziert. Das direkte Schadenausmass an einem Objekt ergibt sich aus dem Produkt des Objektwertes und der Schadenempfindlichkeit des betroffenen Objektes.

Awji = Wi · SEi · EM [CHF] Awji Schadenausmass aus direkten Sachschäden für ein Objekt i in einem Szenario j [CHF] Wi Wert des Objektes i [CHF/EM] SEi Schadenempfindlichkeit des Objektes i in Abhängigkeit der Intensität [-] EM Einheitsmass (entspricht zum Beispiel der Länge eines betroffenen Verkehrsweges oder der Fläche eines gefährdeten Waldgebietes) Die indirekten Schäden werden infolge der versicherten Betriebsunterbruchkosten berechnet. Das jährliche Hochwasserrisiko für ein bestimmtes Szenario setzt sich aus dem Produkt von Schadenausmass infolge direkter und indirekter Sachschäden und der Häufigkeit des Szenarios zusammen: Rj = Aj · pj[CHF/J.] Rj Hochwasserrisiko im Szenario j pro Jahr [CHF/J.] Aj Schadenausmass direkter und indirekter Schäden im Szenario j (= Awji + A(id)j) pi Häufigkeit des Szenarios j [-]. Die Häufigkeit eines Szenarios j wurde dabei angenähert als Differenz der Überschreitungswahrscheinlichkeiten zweier «benachbarter» Szenarien Pj und Pj+1 aufgefasst. Das gesamte jährliche Hochwasserrisiko wird aus der Summe der jährlichen Hochwasserrisiken pro Szenario (HQ30, HQ100, HQ300) berechnet. Daraus lassen sich Risikokarten erstellen, wie beispielsweise in Bild 11 gezeigt: Die Risiken in CHF/Jahr werden für die Risiko-Perimeter wie auch aggregiert für die Gemeinden dargestellt. 4.2

Massnahmenplanung Hochwasserschutz Auf der Grundlage der vorliegenden Gefah-

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Bild 10. Zur Grundlagenerarbeitung gehören Gefahren- und Risikobeurteilungen. renkarten wurden in einem zweiten Schritt diejenigen Schwachstellen (resp. Gerinneabschnitte) identifiziert, welche massgebend zum Hochwasserrisiko beitragen. Es sind dies insbesondere Stellen und Abschnitte, welche bereits bei Hochwasserereignissen ab HQ30 eine ungenügende Abflusskapazität aufweisen – sei dies, weil die hydraulische Abflusskapazität zu klein ist oder weil der Gerinnequerschnitt durch Geschiebe und/oder Schwemmholz (Verklausung) verlegt ist. Häufig war der Einlauf in eine Eindolung die gravierendste Schwachstelle. Im Rahmen von Feldbegehungen mit Vertretern der Gemeinde sowie einem Vertreter des kantonalen Tiefbauamtes wurden die betreffenden Schwachstellen vor Ort gesichtet und beurteilt, mögliche Massnahmenvarianten und deren Vor- und Nachteile diskutiert. Es wurden ausschliesslich permanente, bauliche Hochwasserschutzmassnahmen diskutiert, wie beispielsweise Rückhaltebecken/-räume, Ausdolungen, Gerinneaufweitungen, Geschiebesammler, Schwemmholzrechen, Dämme oder Umgehungsgerinne. Temporäre Massnahmen, Objektschutzmassnahmen oder Anpassungen des Alarm- und Notfallkonzeptes wurden nicht berücksichtigt. Für Schwachstellen mit besonders kosteneffizienten Massnahmenvarianten erfolgte die Planung schliesslich auf Stufe Konzept. Basierend auf einfachen Annahmen wurde eine grobe Abschätzung der Erstellungs- und Unterhaltskosten vorgenommen. Diese wurden schliesslich unter Berücksichtigung der Lebensdauer und entgangener Zinserträge auf die jährlichen Kosten heruntergerechnet.

Bild 11. Darstellung der Hochwasserrisiken im Kanton Schaffhausen.

4.3

Priorisierung, Dialog mit den Gemeinden Für den Dialog mit den Gemeinden wurde schliesslich beurteilt, ob die vorgeschlagenen Hochwasserschutzmassnahmen kosteneffizient sind: Die jährlichen Kosten für die baulichen Massnahmen und die Reduktion des jährlichen Hochwasserrisikos wurden einander gegenübergestellt.

Objekte, behaftet. Die berechneten Hochwasserrisiken hatten jedoch zum Ziel, eine kantonale Übersicht über die Hochwasserrisiken in den Gemeinden zu geben und den prioritären Handlungsbedarf bezüglich der Hochwasserschwachstellen aufzuzeigen, was trotz den bestehenden Unsicherheiten erreicht werden kann. 5.3

Fazit

5.1 Vorgehen Die Erarbeitung der Risikoübersicht im Kanton Schaffhausen zeigt, dass die gewählte Methodik zur Ermittlung des Hochwasserrisikos (Schadenerwartung in CHF/Jahr) mit vertretbarem Aufwand durchgeführt werden kann und aussagekräftige Ergebnisse liefert. Durch die räumliche Auswertung, welche den zu erwartenden Schaden je Gemeinde und Risiko-Perimeter darstellt, kann der prioritäre Handlungsbedarf im Hinblick auf die Massnahmenplanung aufgezeigt werden. Die Darstellung der Resultate in Risikokarten hilft dem Kanton, die Gemeinden zu eruieren, die über die grössten Hochwasserrisiken verfügen. Die Gemeinden selber erhalten einen einfach verständlichen Überblick, wo die grössten Hochwasserrisiken im Gemeindegebiet bestehen. Die vorgeschlagenen, einfachen und kostengünstigen, baulichen Hochwasserschutzmassnahmen liefern den Gemeinden positive Beispiele für die Umsetzung der Gefahrenkarten. 5.2 Risikoübersicht Die Risikoanalyse ist mit Unsicherheiten, insbesondere auch im Bereich der verwendeten Schadenempfindlichkeit der

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Risikodialog in den Beispielgemeinden Anhand des Beispiels in Neunkirch konnte gezeigt werden, dass es Flächenschutzmassnahmen gibt, die kosteneffizient Risiken für ganze Siedlungsgebiete vermindern. Die Gemeinde Neunkirch hat die vorgeschlagenen Rückhaltemassnahmen weiter konkretisiert und im Sinne der von Ernst Basler + Partner vorgelegten Studie umgesetzt. In einer Gemeinde wie Trasadingen, die stark von Überschwemmungen betroffen war und deren Bevölkerung für Naturgefahren sensibilisiert ist, kann auch eine aus Sicht Kosteneffizienz neutrale Massnahme trotzdem interessant sein. Risikoübersicht und transparente Massnahmenvorschläge helfen, den Risikodialog mit der Bevölkerung zu führen. Die Untersuchungen können als Ausgangspunkt dienen, um den Einbezug anderer Massnahmen wie temporäre Hochwasserschutzmassnahmen, Objektschutzmassnahmen oder Anpassungen des Alarm- und Notfallkonzeptes im Sinne des integralen Risikomanagements zu überprüfen. Schliesslich entscheidet die Bevölkerung zusammen mit der Politik, welche Prioritäten gesetzt werden – und zwar basierend auf transparenten Grundlagen.

115

5.4 Risikodialog generell Die Risikoübersicht, zum Beispiel in Form von Risikokarten, dient dazu, mit kommunalen Behörden und der Bevölkerung transparent zu diskutieren, welche Risiken existieren, welche Risiken in den Gemeinden mit Flächenschutzmassnahmen und welche mit Objektschutzmassnahmen vermindert werden sollen, oder welche weiteren Massnahmen überhaupt zu prüfen sind.

Dank

Literatur

Wir möchten allen am Projekt Beteiligten herzlich

Bründl Michael (Ed.; 2009): Risikokonzept für Na-

für die konstruktive und angenehme Zusammen-

turgefahren – Leitfaden. Nationale Plattform für

arbeit danken. Dazu gehören das Tiefbauamt

Naturgefahren, PLANAT, Bern. 420 S.

des Kantons Schaffhausen, die Gemeindever-

Bundesamt für Umwelt BAFU: Wirtschaftlichkeit

treter, die Gebäudeversicherung des Kantons

von Schutzmassnahmen gegen Naturgefahren,

Schaffhausen sowie die Mobiliar Versicherung

EconoMe 2.0. Zugriff Oktober 2010.

(für Schadendaten Fahrhabe und Betriebsun-

Bundesamt für Umwelt BAFU, Bundesamt für

terbrüche).

Bevölkerungsschutz BABS: Pragmatisches Risikomanagement, RiskPlan 2.2. ARGE Gefahrenkarte Schaffhausen (Naturkonzept AG und Niederer + Pozzi Umwelt AG) (2009): Gefahrenkarte Kanton Schaffhausen: Teilgebiete 1 bis 3. Ernst Basler + Partner AG (2010): Massnahmenplanung Hochwasserschutz und Risikoübersicht im Kanton Schaffhausen – Gemeinden Merishausen, Schleitheim, Neunkirch, Guntmadingen, Hallau, Beringen. Ernst Basler + Partner AG (2011): Massnahmenplanung Hochwasserchutz und Risikoübersicht im Kanton Schaffhausen – Gemeinden Schaffhausen, Neuhausen, Bargen, Beggingen, Siblingen, Oberhallau, Wilchingen/Osterfingen, Trasadingen. Ernst Basler + Partner AG (2012): Massnahmenplanung Hochwasserschutz und Risikoübersicht im Kanton Schaffhausen – Gemeinden Thayngen (inkl. Bibern, Barzheim, Opfertshofen, Hofen und Altdorf), Stein am Rhein, Ramsen, Buch, Dörflingen, Hemishofen. Anschrift der Verfasser Jürg Elsener Metz, Annemarie Schneider, Christian Willi, Sonja Stocker, Martin Rauber Ernst Basler + Partner Zollikerstrasse 65, CH-8702 Zollikon Tel. +41 44 395 11 11 juerg.elsener-metz@ebp.ch, www.ebp.ch Jürg Schulthess, Kanton Schaffhausen, Tiefbauamt, Rosengasse 8, CH-8200 Schaffhausen Tel. +41 52 632 73 29 juerg.schulthess@ktsh.ch

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116 «Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden HYDROGRAPHIE I STRÖMUNGSMESSUNG I SEEGRUNDKARTIERUNG Inserat_quer_RZ.indd 1 Prozessfarbe CyanProzessfarbe MagentaProzessfarbe GelbProzessfarbe Schwarz

23.03.12 13:25

drought.ch – auf dem Weg zu einer Trockenheits-Informationsplattform für die Schweiz Manfred Stähli, Sylvia Kruse, Felix Fundel, Massimiliano Zappa, Kerstin Stahl, Luzi Bernhard, Irmi Seidl

Zusammenfassung Zukünftige Situationen mit lokaler, temporärer Wasserknappheit erfordern eine integrale Information der Wassernutzer bezüglich aktueller und bevorstehender Trockenheit. Weltweit gibt es hierfür schon einige Beispiele und Finanzierungsmodelle, aber in der Schweiz ist erst vor Kurzem eine entsprechende Informationsplattform – drought. ch – entwickelt worden. Der ganze Planungs- und Entwicklungsprozess, welcher eine umfassende Diskussion zwischen Forschenden und Vertretern der Bundesämter und Wassernutzungssektoren beinhaltet hat, wird in diesem Artikel dargelegt. Ein Testbetrieb von drought.ch ist ab diesem Sommer geplant.

1. Einleitung Trotz unserer günstigen Lage im «Wasserschloss Europas» (Weingartner et al., 2007) kommt es in der Schweiz immer wieder zu Situationen mit temporärer Wasserknappheit. Diese betreffen in der Regel unterschiedliche Wassernutzungssektoren und treten oft regional oder lokal auf. Mit dem Klimawandel dürften Trockenheiten in Zukunft auch bei uns zunehmen. Vor diesem Hintergrund sind in letzter Zeit politische und forschungsspezifische Initiativen für einen verbesserten Umgang mit Wasserknappheit lanciert worden. Das Postulat 10.353 von Nationalrat Hansjörg Walter forderte den Bundesrat auf, eine Strategie zur Bewältigung von Trockenheiten in der Schweiz zu entwickeln. In der Beantwortung des Postulats schlägt der Bundesrat verschiedene Massnahmen vor, so zum Beispiel die Bereitstellung eines Frühwarnsystems für Trockenheit (BAFU, 2012). Gleichzeitig untersuchen zahlreiche Forschungsgruppen im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms 61 (2010– 2014) offene Fragen des integralen Wasserressourcen-Managements. Eines der NFP61-Projekte, Drought-CH, beschäftigt sich mit Eigenschaften von Trockenheit in der Schweiz und geht insbesondere der Frage nach, wie man solche frühzeitig erkennen kann. Als konkretes Ergebnis dieses Projekts ist eine Pilotversion einer Internetbasierten Informationsplattform – drought.ch

– entstanden, welche den verschiedenen Wassernutzungssektoren umfassende Informationen zu aktueller und bevorstehender Trockenheit liefern soll. In der Schweiz werden aktuelle Informationen zu den Wasserressourcen momentan von verschiedenen Seiten im Internet angeboten. So können die Abflüsse in den mittleren und grossen Fliessgewässern, die See- und Grundwasserpegelstände des Bundesamts für Umwelt in Echtzeit abgerufen werden, und das Bundesamt für Energie informiert wöchentlich über die Füllgrade der Speicherseen. MeteoSchweiz liefert aktuelle Niederschlagsmesswerte, und das WSL Forschungsinstitut SLF publiziert Karten zum aktuellen Schneevorkommen. Eine integrierende Informationsplattform zur Früherkennung von Trockenheit hat es jedoch bisher in der Schweiz noch nicht gegeben. Auf internationaler Ebene jedoch existieren bereits zahlreiche Warn-, resp. Informationssysteme zu Trockenheit. Einen Überblick, wie existierende Systeme weltweit über ein übergreifendes Webportal zu einem globalen Trockenheitsinformationsund Frühwarnsystem verbunden werden können, geben Pozzi et al. (2013). Die meisten Informationssysteme stellen die aktuelle Situation dar (Echtzeit-Monitoring), da eine Langfristvorhersage momentan noch sehr schwierig ist, sich aber die Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit während einer Trockenperiode meist langsam entwickeln. Globale Monitoring-Systeme zeigen des-

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halb oft Karten mit flächenhaft interpolierten, auf Niederschlagsanomalien beruhenden Trockenheitsindizes wie zum Beispiel den standartisierten Niederschlagsindex (SPI), den auf Wasserhaushaltsberechnungen beruhenden Palmer-Drought-Severity-Index (PDSI) oder Bodenfeuchteanomalien aus Landoberflächenmodellierung. Beispiele hierfür sind die globalen Plattformen des University College London (drought.mssl. ucl.ac.uk) und der Princeton University (hydrology.princeton.edu/~justin/research/ project_global_monitor). Neuerdings wird versucht, Trockenheitskarten stärker in Richtung ihrer Einflüsse auf die Wasserverfügbarkeit zu interpretieren, zum Beispiel durch kombinierte Indizes, abgeleitete Modelldaten oder durch die Integration von Satellitendaten. Die meisten Indizes integriert der US Drought Monitor (droughtmonitor. unl.edu/monitor.html), das System mit der längsten Geschichte und wahrscheinlich dem grössten Nutzerkreis (Svoboda et al., 2002). Das Europäische Trockenheitsobservatorium (EDO) am Joint Research Centre der Europäischen Kommission in Ispra zeigt die momentane Trockenheitssituation an Hand eines kombinierten Indizes aus SPI und Vegetationszustand (http://edo.jrc. ec.europa.eu/). Viele der internationalen Informationssysteme decken also grosse Gebiete ab und zeigen Karten mit wenigen Stufen von Trockenheitsintensität. Somit bieten sie stark generalisierte Informationen an. Viele der momentan existierenden Systeme entstanden zuerst aus Forschungsprojekten. Die erfolgreich operationell arbeitenden Systeme wurden jedoch über viele Jahre hinweg mittels Konsultation verschiedener Akteure verändert und verbessert. Pionierarbeit bezüglich interpretierter Information und Bürgerbeteiligung haben die USA mit ihrem «Drought Monitor» geleistet. Die einmal pro Woche im Internet veröffentlichte Karte zeigt von Trockenheit betroffene Regionen auch mit farbcodierten Intensitätsstufen, macht aber zusätzlich 117

auch Angaben zur Art der Auswirkung: eher langfristige Angaben bezüglich Hydrologie und Ökologie und eher kurzfristige Angaben zu Gras- und Landwirtschaft. Eine Gruppe von über 350 Experten und Nutzern trägt hierfür zur Validierung und Konvergenz der datenbasierten Indikatoren und den aktuell erfahrenen Einflüssen bei. Auch das Europäische Trockenheitsobservatorium wird momentan erweitert. Die Mitgliedsinstitutionen erstellen eine Liste als sinnvoll erachteter Indikatoren, die dann sukzessive in das EDO implementiert werden sollen. «Drought Monitor» ist ein gutes Beispiel dafür, dass zur Entwicklung einer solchen Informationsplattform eine partizipative Vorgehensweise zielführender ist als ein

reines Fertigprodukt aus der Wissenschaft. Darum wurde bereits zu Beginn des Projekts Drought-CH ein Workshop mit Vertretern verschiedener Wassernutzungssektoren durchgeführt. Wir konnten dabei feststellen, dass Trockenheit sich in der Schweiz sehr unterschiedlich auf die verschiedenen Wassernutzungssektoren auswirkt. Sie kann beispielsweise bei der Wasserkraftproduktion oder in der Landwirtschaft zu Ertragsverlusten führen oder einen Mehraufwand verursachen (Stichwort «Bewässerung»). Sie kann ein erhöhtes Risiko bedeuten, zum Beispiel in Bezug auf Waldbrand oder Ökologie. Und schliesslich kann sie den Betrieb verhindern, beispielsweise bei der Schifffahrt. Diese vielfältigen möglichen Auswirkungen bedeuten

aber auch, dass der Informationsbedarf der verschiedenen Sektoren und die damit verbundenen Anforderungen an eine Informationsplattform sehr unterschiedlich sind (Kruse et al., 2010). Mit Hilfe der Erkenntnisse und Bedarfsabklärungen dieses Workshops entstand in den letzten zwei Jahren drought. ch, der erste Prototyp einer solchen integralen Informationsplattform (Bild 1). In diesem Artikel möchten wir die wichtigsten Überlegungen und den Prozess darlegen, welche zum aktuellen Produkt geführt haben. Ebenso werden hier ein paar Hinweise zum möglichen Nutzen einer solchen Informationsplattform geliefert. Abschliessend werden ein paar Hinweise zum anstehenden Testbetrieb geliefert. 2.

Grundsätzliche Merkmale/ Ziele der Infoplattform Inhalte, Gliederung und Design der Informationsplattform orientieren sich an übergeordneten Grundsätzen, welche uns zum Teil schon von Projektanfang an wichtig waren oder sich im Laufe der Diskussionen herauskristallisierten. Diese Grundsätze seien im Folgenden vorgestellt:

Bild 1. Einstiegsseite der Informationsplattform drought.ch (Stand: April 2013).

Bild 2. Klimatologie (Zeitraum: 1904–2008; farbige Flächen im Hintergrund, dargestellt in 10% Perzentilschritten) und aktuelle Messung (ausgezogene Linie) des mittleren täglichen Abflusses des Rheins bei Neuhausen. 118

2.1 Informationen für wen? Das ursprüngliche Ziel von drought.ch war es, möglichst vielen, wenn nicht sogar allen Wassernutzungssektoren eine nützliche Informationsquelle zur Trockenheit in der Schweiz zur Verfügung zu stellen. Entsprechend breit war die Beteiligung am ersten Workshop im Mai 2010 mit Vertretern aus insgesamt 8 Sektoren (Kruse et al. 2010). An diesem Grundsatz wird weiterhin festgehalten, obschon es sich im Laufe des Projekts gezeigt hat, dass die Interessen und der potentielle Nutzen einer solchen Plattform nicht für alle Sektoren gleich ist (siehe dazu Abschnitt 3). Dabei wurde diskutiert, ob drought. ch (ähnlich wie die Naturgefahren-Infoplattform GIN) nur für einen eingeschränkten Kreis von Fachleuten und Entscheidungsträgern oder ohne Einschränkung für die breite Öffentlichkeit zugänglich sein soll. Die Antwort auf diese Frage hängt davon ab, wie stark die aufgezeigten Informationen auf der Internetseite interpretiert werden. Wenn die Informationen (zum Beispiel aktuelle Messungen oder Prognosen von ausgewählten Wasserressourcen) frei verfügbar sind und interpretationslos dargestellt werden, können sie ohne Bedenken öffentlich gemacht werden. Die Teilnehmer an einem zweiten Projekt-Workshop im Sept. 2012 regten jedoch an, dass eine Interpretation respektive Einordnung der dargestellten Information

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wichtig wäre. Damit aus automatisierten Interpretationen keine falschen Schlüsse bei fachlich unkundigen Personen entstehen und da nicht alle gezeigten Daten frei verfügbar sind, wird der Nutzerkreis für den Testbetrieb eingeschränkt. 2.2

Klimatologien: Benchmark für die Intensität/den Grad der Trockenheit Wie kritisch respektive wie aussergewöhnlich bezüglich Trockenheit ist eine aktuelle oder bevorstehende Situation? Das ist wohl die Kernfrage jedes potentiellen Nutzers einer solchen Informationsplattform. Drought.ch hat nicht den Anspruch, für jeden einzelnen Wassernutzungssektor Aussagen über das Ausmass oder die möglichen Auswirkungen einer bestimmten Situation zu machen. Die Interpretation einer gewissen Situation obliegt jedem einzelnen Betroffenen, sei er/sie Gemüsebauer, Kapitän oder Wasserkraftproduzent. Dies ist im ersten Workshop sehr deutlich geäussert worden. Was drought.ch jedoch sehr wohl darstellen kann, ist die statistische Einordnung einer gewissen Situation. Es ist also ein wichtiges Ziel der Infoplattform, anhand von langjährigen Klimatologien aufzuzeigen, wie selten ein aktueller Wasserstand oder eine aktuelle Schneesituation ist. Wenn es langjährige Messdaten gibt, wie zum Beispiel beim Abfluss in den Fliessgewässern (BAFU) oder Niederschlag (MeteoSchweiz), werden die daraus abgeleiteten Klimatologien für das Benchmarking der Trockenheit verwendet. Wir zeigen dies hier am Beispiel des Rheins in Neuhausen (Bild 2): Man sieht, dass in der Zeit von März bis April 2011 der gemessene Abfluss nach und nach von der klimatologischen Norm abweicht. Im Mai und Juni wurden dann gar die für diese Jahreszeit tiefsten Messwerte der letzten hundert Jahre unterboten. Eine Nassperiode im Juli korrigiert die Abflussspende wieder zurück in den durchschnittlichen Bereich. Für viele trockenheitsrelevante Informationen, wie zum Beispiel Bodenfeuchte oder Trockenheit im Wald, gibt es aber keine langjährige Messreihe. Hier stützt sich die Informationsplattform auf modellierte Klimatologien (Zappa et al., 2012). Bild 3 veranschaulicht den modellierten Verlauf des Bodenfeuchtespeichers und der gesamten Wassermenge im Einzugsgebiet der Thur vom März 2011 bis Juli 2012. Die Modellsimulation für den Zeitraum 1980 bis 2009 liefert die Grundlage für die Ableitung einer mittleren Klimatologie der dargestellten Variablen. Durch eine Gegenüberstellung der Echtzeitsimulation mit der Klimatologie kann eine Abweichung von der Norm rasch identi-

fiziert werden. Im abgebildeten Beispiel wird es ersichtlich, dass die Bodenfeuchte- und Wasserressourcendefizite im Mai und November 2011 neue saisonale Tiefstwerte gegenüber der Klimatologie gewesen sind. Beide Defizite sind mehrheitlich auf das Ausbleiben von bedeutenden Niederschlägen zurückzuführen. Der grosse Überschuss an Wasserressourcen im Winter 2011/2012 entstand durch ergiebige Schneefälle. 2.3

Räumliche Skala: für die Schweiz Wasserknappheit äussert sich häufig nur auf lokaler oder regionaler Skala. Wie verschiedene NFP-61-Projekte aufzeigen (Leibundgut, 2010), können Wassernutzungsengpässe dort entstehen, wo sich auf kleinem Raum Wasseransprüche von zum Beispiel Tourismus, Wasserkraft und

Landwirtschaft sowie Schutzbedürfnisse der Ökologie überlagern. Drought.ch hat nicht den Anspruch, Trockenheit auf lokaler Skala darzustellen. Viel mehr will die Plattform eine schweizweite Übersicht liefern. Eine regionale Differenzierung soll trotzdem vorgenommen werden. Als Lösungsansatz dafür wird die Schweiz in neun Teilregionen unterteilt (Bild 1). Für ausgewählte Referenzstationen des BAFU, der WSL oder der MeteoSchweiz werden zudem auch lokale Informationen dargestellt, beispielsweise Trockenheitsindizes, aktuelle Abflüsse oder Bodenfeuchtemessungen. 2.4 Keine Warnplattform! Bereits von Anfang des Forschungsprojekts an war es das klare Ziel, dass drought. ch Informationen zu Trockenheit, aber keine Warnungen bereitstellen soll. Dieser Punkt

Bild 3. Modellierte Klimatologie (Zeitraum: 1980–2009; farbige Flächen im Hintergrund) und operationelle Simulation respektive Vorhersage (ausgezogene Linie) der Bodenfeuchte (a) sowie der gesamten mobilisierbaren Wasserressourcen (b) im Einzugsgebiet der Thur für den Zeitraum März 2011 bis Juli 2012.

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wurde auch im Verlauf der Diskussionen im letzten Jahr immer wieder deutlich gefordert. Damit diesbezüglich keine Missverständnisse aufkommen können, wird der Darstellung der Informationen (Farbwahl) und den Formulierungen (Moderation) besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Ob drought.ch zu einem späteren Zeitpunkt als Warninstrument in Frage kommt, muss sich erst noch weisen. Dafür sind praktische Erfahrungen mit der Plattform im Rahmen eines Testbetriebs sicher hilfreich. 2.5

Forschungsbasiert, und doch einfach verständlich Drought.ch ist aus einem Forschungsprojekt heraus entwickelt worden. Dies birgt Chancen und Risiken zugleich. Als wichtige Chance sehen wir, dass neue Modelle oder Methoden zur Darstellung von Trockenheit (zum Beispiel neue Indices) jederzeit in die Plattform eingebaut werden können und deren Nutzen unmittelbar von den Anwendern beurteilt werden kann. Anderseits besteht das Risiko, dass die Komplexität der gezeigten Informationen und somit die Anforderungen an die Nutzer recht gross sind. Wir sind uns dieser Gefahr bewusst und legen Wert auf einen einfachen, intuitiven Zugang zu den Informationen, auf eine einfache Darstellung und auf unmissverständliche Informationen. Dies sicherzustellen, war ein Ziel der beiden Workshops im Verlauf des Projektes. 3.

3.1

Nutzen von Früherkennung von Trockenheit und Finanzierungswege für eine Informationsplattform

Nutzen von Früherkennung für verschiedene Sektoren Eine zentrale und bisher noch nicht vollständig beantwortete Frage im Zusammenhang mit der Informationsplattform ist die des effektiven Nutzens für die Wassernutzungssektoren. Das NFP-61-Forschungsprojekt Drought-CH hat diesbezüglich erste Abklärungen gemacht, hat aber sehr rasch festgestellt, dass dieser Nutzen schwer zu quantifizieren ist. In einer Interviewstudie mit Vertretern aus den Bereichen Obstbau, Wasserkraftproduktion und Waldbrandprävention haben wir den Nutzen von frühzeitiger Information erfragt (Kruse und Seidl, 2013). Informationen zur Früherkennung führen bei den Akteuren nur dann zu einem ökonomischen Nutzen, wenn sie in der Folge Massnahmen realisieren können, die Schäden verhindern oder vermindern. So kann frühzeitige Information eine gezielte Bewässerung im Obst120

bau ermöglichen und damit effektiv Ernteverluste reduzieren. Dies setzt voraus, dass mobile oder fest installierte Bewässerungsanlagen vorhanden sind, wobei Letztere eine langfris-tige Investition erfordert. Die Interviews mit Vertretern der Wasserkraft ergaben, dass insbesondere bei Laufkraftwerken nur geringe Möglichkeiten bestehen, Produktionsverluste durch Trockenheit zu reduzieren, auch wenn frühzeitig Informationen vorliegen. Bei Speicherkraftwerken lässt sich über den Zeitraum der Turbinierung der Produktionszeitpunkt steuern und damit die Gewinneinbussen je nach aktuellem Strompreis in geringem Mass abdämpfen. Bei der Waldbrandprävention stellt sich die Situation anders dar. Dank Früherkennung kann ein komplexes Set an Gegenmassnahmen zum Einsatz kommen: Bereitschaftsdienste können mobilisiert und eine schnelle Reaktion auf Waldbrände ausgelöst werden, womit sich Notfall- und Folgenkosten deutlich reduzieren lassen. Damit Früherkennung einen Nutzen erbringt, muss neben der beschriebenen materiellen Handlungsmöglichkeit auch Wissen vorhanden sein, was getan werden kann bzw. wie vorhandene Instrumente zweckmässig eingesetzt werden können. Dies kann den richtigen Einsatz von Bewässerungsanlagen umfassen oder aber auch das Wissen, wie Boden gemulcht werden kann, damit er weniger schnell austrocknet. Weiter kann Früherkennung möglicherweise derzeit einen anderen Nutzen entfalten als künftig: Jetzt sind möglicherwiese Handlungsmöglichkeiten begrenzt, aber längerfristig könnten neue Handlungsmöglichkeiten entstehen (zum Beispiel Bewässerung, neue Handlungsstrategien), sodass Früherkennung nutzbringend(er) werden könnte. Eine Schwierigkeit bei einer Beurteilung des ökonomischen Nutzens von Früherkennung sind die Opportunitätskosten, hier also die Kosten durch Verluste. Die Schwierigkeit liegt darin, dass unbekannt ist, wie hoch der Schaden gewesen wäre, hätten keine Gegenmassnahmen auf Grund von Früherkennung von Trockenheit stattgefunden. Unbekannt sind Preise, Produktionsreduktionen und sonstige Schäden, die sich in einer Schadenssituation ergeben hätten. Hinzu kommt, dass in manchen Sektoren wie dem Strommarkt der Marktpreis rasch schwankt, sodass unklar ist, welcher Preis in einer Schadenssituation angesetzt werden sollte. Vor dem Hintergrund dieser Argumente erscheint eine Abschätzung des Nutzens von Früherkennung (und damit einer Informationsplattform) zu spekulativ, um glaubwürdige quantitative Aussagen zu generieren.

3.2

Finanzierungsmodelle von Trockenheits-Informationsplattformen Eine Befragung bei bestehenden Trockenheitsinformations- und Frühwarnplattformen weltweit hat gezeigt, dass fast alle Plattformen hauptsächlich mit öffentlichen Geldern aufgebaut und unterhalten werden. Die Finanzierung erfolgt entweder direkt über feste Budgets staatlicher Dienststellen (zum Beispiel den meteorologischen Diensten), indirekt über die Finanzierung von Forschungsprojekten oder über den Unterhalt der Plattformen durch Universitäten oder öffentliche Forschungseinrichtungen. Nur vereinzelt decken Einnahmen einen geringen Teil des Budgets für den Unterhalt, zum Beispiel durch Datenverkauf (dies ist zum Beispiel der Fall bei der Informationsplattform des Umweltamtes in Grossbritannien). Die wesentlichen Kostenblöcke einer Informationsplattform sind der Aufbau und die Inbetriebnahme, der Unterhalt und die Weiterentwicklung. Die Höhe der Kosten abzuschätzen, fiel den befragten Dienststellen der bestehenden Trockenheitsplattformen überwiegend schwer, sodass nur wenig detaillierte Angaben über die Höhe der Budgets und Ausgaben vorliegen. Die Befragung ergab, dass die Kosten für den Aufbau und die Inbetriebnahmen sehr unterschiedlich hoch ausfallen können, je nach räumlicher Abdeckung, nach Umfang und Ausrichtung der Informationen sowie nach vorhandenen Vorarbeiten. Manche Plattformen wurden graduell aufgebaut oder konnten in bestehende Informationsdienste integriert werden; andere wiederum mussten neu, zusammen mit Messstellen geschaffen werden. Für den operationellen Betrieb und den Unterhalt der Plattformen scheint in vielen Fällen ein Betrag notwendig zu sein, der einer halben Personenstelle entspricht (0.5 full-time equivalent). Dies reicht allerdings nicht, wenn die Plattform weiterentwickelt und die dargestellten Daten interpretiert werden sollen. 4.

Stakeholder-Feedback und Ausblick Nach der Fertigstellung des Prototyps drought.ch fand im September 2012 ein zweiter Workshop mit Vertretern verschiedener Wassernutzungssektoren und Bundesämter statt. Dabei ging es darum, konkrete Rückmeldungen zum Aufbau (Layout, Struktur) der Plattform, zu ihren Inhalten und zur Darstellung der Informationen zu erhalten. Insgesamt schien den Teilnehmenden das Produkt auf dem richtigen Weg. Geschätzt wurde das Zusammenführen der unterschiedlichen trockenheitsrelevanten

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trockenheitsspezifischen Produkten zur Informationsplattform bei. Ein Grossteil der Entwicklungsarbeit wurde durch den Schweizerischen National Fonds (SNF) im Rahmen des NFP-61 finanziert. Der Testbetrieb der Plattform bis zum Abschluss des NFP61 Ende 2014 wird durch das BAFU mitfinanziert. Literatur BAFU (Bundesamt für Umwelt) 2012. Umgang mit lokaler Wasserknappheit in der Schweiz. Bericht des Bundesrates zum Postulat «Wasser und Landwirtschaft. Zukünftige Herausforderungen», Bern. Kruse, S., Seidl, I., Stähli, M. 2010. Informationsbedarf für die Früherkennung von Trockenheit in der Schweiz. Die Sicht potentiell betroffe-

Bild 4. Kritische Begutachtung des Prototyps drought.ch anlässlich eines Workshops im September 2012. (Foto: Sabine Rock).

ner Nutzergruppen. Wasser Energie Luft, 102, 301–304. Kruse, S., Seidl, I. 2013. Social capacities for

Informationen und der Einbezug der verschiedenen involvierten Institutionen bzw. Nutzergruppen. Eingehend diskutiert wurde, wie Nutzer Zugang zu den verschiedenen Informationen haben sollen. Insbesondere gab es unterschiedliche Auffassungen, ob für spezifische Nutzergruppen (zum Beispiel Wasserkraft oder Landwirtschaft) ein Schnellzugang mit einer vorgegebenen Auswahl an Informationen eingerichtet werden soll oder nicht. Mehrheitlich wurde eine solche Hilfestellung als zu einschränkend empfunden und deshalb nicht empfohlen. Ein anderer Punkt, welcher eingehend diskutiert wurde, betraf die typisierte Darstellung einzelner Variablen (zum Beispiel Bodenfeuchte oder Trockenheit im Wald) für die ganze Schweiz. Grundsätzlich wurden solche Darstellungen mehrheitlich begrüsst. Gleichzeitig kamen aber auch Bedenken zum Ausdruck, dass entsprechende Darstellungen als Warnungen missverstanden werden könnten. Ebenfalls diskutiert wurde die Gefahr von Doppelspurigkeiten mit anderen ähnlichen Informationskanälen des BAFU und der MeteoSchweiz. Das Projektteam ist sich dieser Problematik bewusst. Ausserdem schliesst es eine langfristige Integration (zum Beispiel mit GIN) nicht aus. Für eine kurzfristige Betriebsaufnahme ist jedoch eine solche Integration (mit den vorhandenen Mitteln) nicht realisierbar. Als Fazit des Workshops wurde das Projektteam aufgefordert, den eingeschlagenen Weg weiterzuverfolgen und möglichst bald mit einer einfachen, automatisierten Version einen Testbetrieb aufzunehmen. Erst die konkreten Erfahrungen mit der Plattform während einer Trockenheitsituation würden es erlauben, richtige Schlussfolgerungen bezüglich ihres Nutzens zu ziehen.

Das Projektteam hat in der Zwischenzeit die zahlreichen Anregungen grösstenteils aufgenommen und eine neue Version von drought.ch erarbeitet, welche ab Sommer 2013 für einen Testbetrieb bereitsteht. Erfreulicherweise konnten neu auch trockenheitsspezifische Produkte der MeteoSchweiz und bereits verfügbare Informationen des BAFU in die Plattform eingebunden werden. Diese werden einmal pro Tag aktualisiert und automatisch an drought. ch weitergeleitet. Die Plattform steht interessierten Nutzern zur Verfügung. Notwendig dazu ist eine einmalige Registrierung auf der Einstiegsseite. Mit dem Testbetrieb der Informationsplattform geht das Forschungsprojekt Drought-CH 2014 zu Ende. Die Forschung im Hinblick auf eine verbesserte Früherkennung von Trockenheit ist jedoch noch lange nicht abgeschlossen. Es gibt immer noch zahlreiche offene Fragen bezüglich der Modellierung von Wasserressourcen oder hinsichtlich neuer Mess- und Beobachtungstechnologien. Diese werden auch nach dem NFP 61 weiterverfolgt. Die Informationsplattform drought.ch wird es erlauben, neue Erkenntnisse und Messmethoden den verschiedenen Wassernutzungssektoren möglichst rasch nutzbar zu machen.

drought risk management in Switzerland. Natural Hazards and Earth System Siences Disussions 2013(1) 1355-81. Leibundgut, C. 2010. Nachhaltige Sicherung von Wasserressourcen – das NFP 61 im Spiegel globaler und nationaler Herausforderungen. «Wasser Energie Luft», 102 (3): 222–228. Pozzi, W. et al. 2013. Towards Global Drought Early Warning Capability: Expanding international cooperation for the development of a framework for global drought monitoring and forecasting. Bulletin of the American Meteorological Society. In press. doi: http://dx.doi. org/10.1175/BAMS-D-11-00176. Svoboda, M., LeComte, D., Hayes, M., Heim, R., Gleason, K., Angel, J., Rippey, B., Tinker, R., Palecki, M., Stooksbury, D., Miskus, D., Stephens, S. 2002. The Drought Monitor. Bulletin of the American Meteorological Society, 83(8):1181–1190. Weingartner, R. Viviroli, D., Schädeler, B. 2007. Water resources in mountain regions: a methodological approach to assess the water balance in a highland-lowland-system. Hydrol. Process. 21, 578–585. DOI: 10.1002/hyp.6268. Zappa, M., Bernhard, L., Fundel, F., Jörg-Hess, S. 2012. Vorhersage und Szenarien von Schneeund Wasserressourcen im Alpenraum. Forum für Wissen 2012, pp. 19-27. ISSN 1021-2256. Anschrift der Verfasser

Verdankung

Manfred Stähli, Sylvia Kruse, Felix Fundel, Mas-

Bei der Konzeption und Umsetzung der Infor-

similiano Zappa, Luzi Bernhard, Irmi Seidl

mationsplattform war das ganze Projektteam

Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald,

Drought-CH beteiligt, bestehend aus Forschen-

Schnee und Landschaft (WSL)

den des Instituts für Atmosphäre und Klima der

Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf

ETH Zürich, des Geographischen Instituts der

Tel. +41 44 739 24 72, manfred.staehli@wsl.ch

Universität Zürich, des Instituts für Hydrologie der

Kerstin Stahl

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und der Eidg.

Institut für Hydrologie

Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Land-

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

schaft (WSL). Das Bundesamt für Meteorologie

Fahnenbergplatz, DE-79098 Freiburg

und Klimatologie MeteoSchweiz trägt mit eigenen

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121

Recommendation sur la revanche

La revanche dans les projets de protection contre les crues et de l’analyse de dangers Recommendations de la Commission pour la protection contre les crues (CIPC) CIPC

Résumé La Commission pour la protection contre les crues (CIPC) a élaboré une méthode pour déterminer la revanche nécessaire pour assurer la capacité hydraulique des cours d’eau. La revanche requise est composée de plusieurs revanches partielles. Ces dernières intègrent soit les incertitudes liées au calcul hydraulique, soit des processus hydrauliques tels que la formation des vagues, les remous d’exhaussement causé par des obstacles ou l’espace nécessaires pour assurer le transport de flottants sous les ponts. L’article propose également une méthode pour prendre en considération la revanche lors de l’analyse d’impact dans le cadre de l’évaluation des dangers.

Zusammenfassung Die Kommission für Hochwasserschutz (KOHS) hat eine Methode erarbeitet, nach welcher das für die Gewährleistung der Abflusskapazität erforderliche Freibord in Fliessgewässern bestimmt werden kann. Das erforderliches Freibord setzt sich aus mehreren Teilfreiborden zusammen. Diese berücksichtigen einerseits Unschärfen, die bei der Berechnung einer Wasserspiegellage auftreten, und andererseits hydraulische Prozesse wie die Wellenbildung, den Rückstau an Hindernissen oder den Platz, welcher unter Brücken für das Abführen von Treibgut benötigt wird. Es wird auch eine Methode vorgeschlagen, wie das Freibord bei der Wirkungsanalyse im Rahmen von Gefahrenbeurteilungen berücksichtigt werden kann. Der vorliegende Artikel wurde in der vorangehenden Ausgabe von «Wasser Energie Luft» (WEL 1-2013) in deutscher Sprache veröffentlicht.

Pourquoi une recommandation relative à la revanche? Lors de l’estimation de la capacité d’écoulement d’un cours d’eau et lors du dimensionnement des ouvrages de protection contre les crues, une revanche est généralement prise en compte. Celle-ci désigne la distance entre le niveau de l’eau et le sommet d’une berge ou le bord inférieur d’un pont. Il existe différentes approches pour la fixation de la revanche nécessaire; par ex. une grandeur fixe (0.5 m, 1.0 m), l’énergie cinétique v2/2g ou une fraction de celle-ci. Parfois, la revanche nécessaire est aussi fixée par rapport aux objets à protéger, du type d’ouvrages de protection ou en fonction du temps de retour du débit de dimensionnement et reçoit ainsi la fonction d’une grandeur liée à l’objectif de protection. En Suisse, aucune méthode unique ne s’est imposée jusqu’à présent dans la pratique hydraulique. De plus, des approches et des critères différents sont souvent utilisés lors du dimensionnement des ouvrages de protection contre les crues et lors d’une évaluation des dangers. L’utilisation de critères différents sèment la confusion, provoquent des incertitudes pour les responsables des projets et les autorités compétentes quant au choix «correct» de la 122

revanche et complique la comparabilité de différents projets de protection contre les crues et d’évaluations des dangers. L’exemple suivant montre l’importance de la revanche lors de l’évaluation de la capacité d’écoulement du Rhin alpin à Diepoldsau (Figure 1). Le Rhin alpin atteint son niveau de débordement avec un débit de 4500 m3/s (revanche = 0 m). La ligne d’énergie (vitesse moyenne de la surface mouillée totale) atteint la couronne de la digue avec un débit de 3750 m3/s (revanche d’environ 0.5 m) et la capacité d’écoulement s’élève encore à 3200 m3/s avec une revanche de 1 m.

Pour ce débit, une profondeur d’écoulement d’environ 7.5 m est constatée dans le lit mineur du cours d’eau. Selon les calculs, dans le mètre supérieur jusqu’au sommet de la digue, environ 1300 m3/s ou 40% de la capacité d’écoulement avec une revanche de 1 m peuvent être acheminés. Selon le critère utilisé pour la revanche nécessaire, on définit alors la capacité d’écoulement dans cette section du Rhin alpin entre 3200 m3/s (environ HQ100) et 4500 m3/s (environ HQ300). Avec une recommandation sur le thème de la revanche, la Commission pour la protection contre les crues (CIPC) a

Figure 1. Influence de la revanche sur la capacité d’écoulement (géométrie 1995). Adapté selon [8]. «Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Pratiques actuelles

2.1 Méthodes d’investigation Les méthodes appliquées actuellement en Suisse et à l’étranger visant à la détermination de la revanche fe et son application ont été inventoriées sur la base d’une recherche bibliographique, d’une enquête auprès des services en aménagement hydraulique et des établissements d’enseignement supérieur suisses et étrangers au moyen de questionnaires et d’entretiens avec des spécialistes du domaine [3]. Les pratiques cantonales en matière d’application de la revanche pour les évaluations des dangers ont été rassemblées par l’Office fédéral de l’environnement.

Figure 2. La revanche f désigne la distance verticale entre le niveau de l’eau et le sommet d’une berge.

Figure 3. Pour les ponts, la revanche se réfère à la cote moyenne du bord inférieur. 2.2

Méthodes et leur application en Suisse En Suisse les approches les plus fréquemment utilisées sont: • fe = grandeur fixe • fe = v2/2g • fe = fonction du degré de protection visé et du potentiel de dommages. Les valeurs suivantes ont été mentionnées pour les grandeurs fixes: • Sous les ponts fe = min. 1.0 m • Ruisseaux fe = min. 0.5–1.0 m • Fleuves/Rivières fe = min. 0.8–1.0 m • Torrents fe = min. 1.5–2.5 m Ces valeurs peuvent varier selon les différentes institutions. Selon les résultats de l’enquête, les processus suivants sont pris en considération: • Bois flottants • Variation du niveau du lit du cours d’eau • Surélévation dans les courbes • Débits non stationnaires • Formation de vagues. Pratiquement toutes les institutions interrogées ont indiqué que la revanche ne doit pas être utilisée pour couvrir les incertitudes liées à l’hydrologique ou à la construction. En règle générale, une revanche est exigée dans les projets. Lors de l’évaluation des dangers, la pratique est très différente: la répartition est relativement homogène entre les cantons qui considèrent une revanche systématiquement, dans certains cas ou jamais. Elle est toutefois assez fréquemment prise en considération lors de l’évaluation de la capacité d’écoulement au passage de ponts. 2.3

Méthodes et leur application à l’étranger Les institutions interrogées ont chacune

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une approche différente par rapport à la détermination de la revanche nécessaire, notamment: • fe = une approche probabiliste (PaysBas, Haut-Adige, Angleterre) • fe = fonction des processus, par un calcul (Autriche, Allemagne) • fe = v2/2g (Autriche, Italie) • fe = selon l’objectif de protection visé (Autriche) • fe = revanche minimale (Allemagne) • fe = 0.17 · Fr1/3 · hm, prise en considération d’un développement de vagues générées par le courant avec Fr = le nombre de Froude et hm = la profondeur d’écoulement moyenne (Allemagne). Pour la détermination de la revanche, on considère les processus suivants: • Vent • Déferlement des vagues • Embâcle (en raison de bois flottants) • Obstruction (par arrivée d’une avalanche ou de lave torrentielle) • Niveau variable du lit du cours d’eau • Glace • Courant transversal • Tolérance d’exécution. Les incertitudes hydrologiques ne sont pas considérées dans la détermination de la revanche nécessaire. 3.

Concept de la revanche: principes

3.1 Définition de la revanche «La revanche désigne la distance verticale entre le niveau de l’eau et le sommet d’une berge ou d’un ouvrage de construction hydraulique (par ex. barrage, digue), ou le bas d’un pont» ([1], cité dans [3], cf. Figure 2). Pour les ponts avec une bordure inférieure non horizontale (incliné, voûté), la revanche 123

Recommendation sur la revanche

pour objectif de contribuer à une prise en considération harmonisée de la revanche dans la pratique hydraulique en Suisse. La présente recommandation a été adoptée par la CIPC le 17 janvier 2013. Elle décrit les pratiques utilisées jusqu’à présent dans l’application de la revanche en Suisse et dans les pays voisins (chapitre 2), définit les principes pour l’utilisation de la revanche lors des projets de protection et des évaluations de danger (chapitre 3) et propose une méthode de calcul pour la revanche nécessaire (chapitre 4). Enfin, l’application de la revanche lors de l’analyse des effets sera également examinée (chapitre 5). Il existe peu de normes en Suisse pour le dimensionnement des ouvrages de protection ou pour l’évaluation des dangers naturels. Il faut comprendre la présente méthode pour la détermination de la revanche nécessaire comme recommandation de la Commission pour la protection contre les crues de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux. Elle s’adresse aux ingénieurs hydrauliciens de la pratique et de l’administration. Les approches ont été développées dans le souci d’être les plus transparentes possible, universellement valables, cohérentes en soi et pouvant être appliquées dans la majorité des cas pratiques. Toutefois, il est laissé à l’utilisateur le soin d’adapter et d’améliorer la méthode compte tenu du contexte et des cours d’eau étudiés. La détermination de la revanche est un élément clé de l’analyse des dangers de crues ou de la conception et le dimensionnement des mesures de protection. D’autres éléments tels que la définition des objectifs de protection, la définition des événements de dimensionnement ou la maîtrise des cas de surcharge doivent être considérés séparément.

Recommendation sur la revanche

se réfère à la cote moyenne du bord inférieur (Figure 3). La revanche nécessaire fe désigne la revanche devant être respectée afin de garantir une capacité d’écoulement du chenal déterminée par calcul. 3.2

La revanche comme grandeur hydraulique La revanche nécessaire est considérée comme une grandeur hydraulique. D’une part elle décrit les incertitudes dans le calcul de la ligne d’eau en une section transversale donnée, d’autre part elle prend également en compte des processus tels que la formation de vagues et le remous sur des obstacles, ainsi que le transport de matériaux flottants. 3.3 Charge, sollicitation et capacité Dans un tronçon de cours d’eau, l’écoulement, l’apport de matériaux charriés, de bois flottants et d’autres matières1 peuvent être considérés comme des grandeurs de charge. Afin de mesurer l’effet de la charge sur la section transversale, la cote du niveau d’eau – déterminée par la cote du fond (variable) et la profondeur d’écoulement –, la vitesse d’écoulement ainsi qu’une mesure t au-dessus du niveau d’eau seront définies. Cette dernière décrit l’espace sollicité par les débris flottants. La géométrie du chenal, sa pente, sa rugosité ainsi que la revanche déterminent la capacité du chenal d’écouler les grandeurs de charge. Les grandeurs de charge et de capacité influencent tout deux les niveaux de sollicitation et tout en s’influençant mutuellement (Figure 4). Ainsi par exemple, la cote du niveau d’eau zw et la vitesse d’écoulement v sont autant une fonction de l’écoulement qu’une fonction de la géométrie et de la rugosité du chenal, ou par ex. la géométrie de la section transversale dépend d’une éventuelle obstruction par des débris flottants. Inversement, la formation de vagues et ainsi la revanche nécessaire sont déterminées par la vitesse d’écoulement v et la profondeur d’écoulement h. 3.4

Incertitudes prises en considération Lors du calcul du niveau d’eau, la revanche nécessaire couvre les incertitudes générés par celles relatives au pronostic de la cote du fond en période de crue et par celles du calcul hydraulique. Les incertitudes dans le calcul du niveau d’eau peuvent être déterminées d’après les méthodes présentées au 1

124

Figure 4. Délimitation de système entre charge, sollicitation et capacité d’un tronçon de cours d’eau. La revanche f est un élément de la capacité. chapitre 4.2. La revanche ne couvre pas les erreurs consécutives à l’application d’un modèle hydraulique inadapté ou résultant d’une configuration erronée du modèle. Les incertitudes doivent être identifiées lors du calcul hydraulique. Elles ne doivent pas «être couvertes» par des hypothèses conservatrices en relation au gabarit d’écoulement, la cote du fond ou aux rugosités déterminantes. 3.5 Processus pris en considération La revanche nécessaire couvre les processus spécifiques ci-dessous. Cela signifie que la revanche garantit la capacité d’écoulement d’un chenal malgré l’apparition de ces processus: • Vagues formées par l’écoulement, • Remous d’exhaussement sur des obstacles à l’écoulement locaux (par ex. sur des arbres ou des coins de mur avancés), • Charriage de bois flottant et de glaces flottantes. La revanche s’ajoute au niveau d’eau, lequel est calculé en tenant compte des processus suivants: • Modifications du lit du cours d’eau pendant une crue, • Modifications du lit du cours d’eau à long terme , • Surélévation du niveau d’eau sur le côté extérieur des courbes, • Vitesses d’écoulement différentes dans le lit principal et dans les glacis dans le cas de sections transversales composées , • Accumulations de bois et de glaces flottantes sur des piliers ou des culées de ponts. Dans le cas des laves torrentielles, la revanche s’additionne par analogie à la section d’écoulement transversale exigée par le front de la coulée.

Le concept défini ici ne considère pas les vagues dues au vent (elles sont d’une importance secondaire pour les cours d’eau considérés) et les défaillances géotechniques des digues. 3.6 Domaine d’application Le présent concept pour la définition de la revanche nécessaire est appliqué lors des projets d’aménagement hydraulique et lors d’évaluations des dangers sur des rivières, ruisseaux et torrents. Le profil d’écoulement peut être simple ou composé. Pour des ponts et des voûtages, une revanche doit en général être respectée. A défaut, la preuve doit être fournie qu’un écoulement en charge est possible. Les critères de la revanche valent alors pour le tronçon amont. La méthode a été développée afin de traiter la plupart des cas pratiques. Dans les cas particuliers, par ex. dans le cadre de grands projets ou pour des ouvrages spéciaux comme des déversoirs de crues, la présente méthode peut, respectivement doit être complétée ou étendue. Les exigences en matière de revanche pour les lacs de barrage et les installations de rétention des cours d’eau sont définies dans l’Ordonnance sur la sécurité des ouvrages d’accumulation [7]. Elles ne seront pas traitées ici. 3.7

A quoi la revanche ne doit pas servir La revanche ne doit pas être utilisée pour couvrir les incertitudes des scénarios hydrologiques (fixation d’un débit ou d’un apport en charriage d’une certaine période de retour) ou des incertitudes dans le dimensionnement géotechnique ou statique des ouvrages de protection. Elle ne doit non plus pas servir à justifier un plus haut niveau de sécurité pour un potentiel de dommages élevé (et donc implicitement une capacité

Par ex. ballots de foin, marchandise encombrante, glaces flottantes, etc.

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Calcul de la revanche nécessaire

4.1 Structure La revanche nécessaire fe est composée de différentes revanches partielles. Chaque revanche partielle prend en considération une des sollicitations définies au point 3.3:

(1) avec fe = revanche nécessaire fmin = revanche nécessaire minimale fmax = revanche nécessaire maximale fw = revanche nécessaire en raison d’incertitudes dans l’estimation de la ligne d’eau fv = revanche nécessaire en raison de la formation de vagues et des remous d’exhaussement sur des obstacles ft = revanche nécessaire en raison d’une section d’écoulement supplémentaire nécessaire pour le passage de débris flottants sous les ponts Selon la situation, les différents éléments prennent plus ou moins d’importance. Selon les circonstances, les incertitudes sur le niveau d’eau en raison de l’estimation de la cote du fond (petits cours d’eau sans modifications du chenal), la formation de vague (cours d’eau s’écoulant lentement) ou la section d’écoulement nécessaire supplémentaire (chenal à ciel ouvert) peuvent ne jouer aucun rôle. Dans ces cas, les termes correspondants peuvent être remplacés par zéro. Pour la définition de la revanche nécessaire, les revanches partielles sont

additionnées géométriquement. De cette façon, on considère que les incertitudes ou les processus ne se manifestent pas toujours de manière cumulée. 4.2

Revanche nécessaire en raison des incertitudes dans l’estimation de la ligne d’eau

4.2.1 Introduction Chaque calcul de la ligne d’eau comporte des incertitudes. Celles-ci sont liées: • à l’estimation de la cote de fond déterminante • au calcul hydraulique en fonction de la cote de fond déterminante (Figure 5). En raison des incertitudes dans l’estimation de ligne d’eau, la revanche comprend une erreur moyenne σw dans le calcul de la ligne d’eau. Celle-ci se compose de l’erreur moyenne provoquée par les incertitudes de l’estimation de la cote de fond déterminante σwz et de l’erreur moyenne du calcul de l’écoulement σwh.

(2) 4.2.2

Erreur dans la ligne d’eau, provoquée par des incertitudes dans l’estimation de la cote de fond déterminante En principe, des modifications possibles du lit pendant une crue doivent être pronostiquées et prises en considération lors du calcul hydraulique. Ainsi, le paramètre σwz ne sert pas à considérer d’éventuels atterrissements dans la revanche, mais à couvrir les incertitudes dans le pronostic de la cote de fond. Ces incertitudes doivent être justifiées au cas par cas. Les incertitudes dans le pronostic de la cote de fond déterminante sont surtout importantes là où, lors d’un événement de

Figure 5. Erreur moyenne σw dans l’estimation de la ligne d’eau. La profondeur d’écoulement h est calculée d’après une cote de fond z estimée et détérminante. Les estimations de la cote de fond et de la profondeur d’écoulement comportent des erreurs.

crue, il faut s’attendre à des atterrissements (par ex. sur des tronçons avec rupture de pente ou lors d’un apport latéral de matériaux charriés), ou encore lorsque le risque existe de variations à long terme de la cote de fond. Elles sont d’autant plus grandes que la modification attendue du chenal est élevée. Jusqu’à présent, il n’existe que peu de valeurs empiriques pour la détermination de σwz. Des valeurs comprises entre 0.1 m (grand cours d’eau de plaine) et 1.0 m (torrent de montagne) sont plausibles2. Si la cote de fond est déterminée par des simulations numériques, la justification peut être donnée par une analyse de sensibilité, par ex. par une variation des grandeurs de grain déterminantes ou par l’application de lois de transport différentes. Si un chenal est qualifié de stable, les incertitudes de la cote de fond peuvent être négligées (σwz = 0). 4.2.3

Erreur dans la ligne d’eau, provoquée par des incertitudes dans le calcul de l’écoulement Les incertitudes dans le calcul hydraulique peuvent être provoquées par des incertitudes dans la géométrie du profil en travers ou par des erreurs dans l’estimation de la rugosité du chenal. Un ordre de grandeur de cette erreur a été déterminé par une analyse de sensibilité pour des calculs d’écoulement de différents cours d’eau en Suisse [3]. Pour ce faire, on a supposé que chaque variable d’entrée pour le calcul d’écoulement comporte une erreur moyenne. L’influence des différentes erreurs sur le résultat du calcul a été déterminée à partir de la formule de l’écoulement de Strickler et en combinant les résultats respectifs à l’aide de la loi de propagation des erreurs selon Gauss. Le calcul d’erreur a été réalisé pour 18 cours d’eau et un total de 52 débits différents. Les valeurs du Tableau 1 ont été estimées comme erreur sur les variables

Tableau 1. Erreur moyenne estimée sur les variables d’entrée d’un calcul hydraulique.

La valeur σwz décrit l’erreur moyenne dans la ligne d’eau sur la base des incertitudes dans la cote du lit. À fin de simplification, la valeur peut être égalée aux incertitudes de la cote du lit, avec σwz = σz. 2

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125

Recommendation sur la revanche

d’écoulement plus élevée). De tels critères devraient être pris en compte par le choix du scénario de dimensionnement.

Recommendation sur la revanche

Figure 6. Erreur moyenne σwh sur la profondeur d’écoulement calculée, en fonction de la profondeur d’écoulement h des cours d’eau tests.

Tableau 2. Revanche partielle ft pour bois flottants en relation avec la constitution du pont, le type et la quantité de bois flottants. d’entrée. Les résultats sont présentés à la Figure 6. On constate que l’erreur moyenne sur la profondeur d’écoulement calculée augmente linéairement avec celle-ci. Les résultats peuvent être approchés avec une équation linéaire: σwz = 0.06 + 0.06 h

(3)

Plus la profondeur d’écoulement est grande, plus l’erreur dans le calcul hydraulique est également élevée. C’est l’erreur sur la rugosité qui se répercute le plus sur l’erreur sur la profondeur d’écoulement, car selon la loi de l’écoulement de Strickler, le coefficient de rugosité agit linéairement sur le calcul de l’écoulement. Avec des profils en travers composés, une profondeur d’écoulement moyenne pondérée entre les écoulements partiels du chenal principal et du lit majeur doit être utilisée dans l’équation 3. Dans les situations spécifiques, l’erreur sur le calcul hydraulique doit être déterminée individuellement, par ex. lors d’une géométrie très variable du chenal ou lors de grandes rugosités ou enfin lorsque, pour de grands projets, des calculs hydrauliques complets sont réalisés de toutes façons, permettant de préciser les erreurs dans le calcul hydraulique à l’aide d’une analyse de sensibilité. De même l’observation d’événements de crue antérieurs peut être intégrée dans l’estimation de l’erreur. 126

4.3

Revanche en raison de la formation de vagues et des remous d’exhaussement sur des obstacles L’écoulement est par endroit perturbé par des obstacles dans le gabarit d’écoulement (par ex. piliers ou culées de pont, coins de mur avancés). Le niveau d’eau s’élève dans les remous d’exhaussement au maximum jusqu’à la hauteur de la ligne de charge, se trouvant ainsi tout au plus à une hauteur v2/2g plus élevée que le niveau d’eau moyen dans la section transversale. Avec des écoulements proches de l’écoulement critique, des vagues apparaissent à la surface de l’eau. Les plus hautes se forment aux emplacements où la vitesse d’écoulement est la plus élevée (au milieu du profil transversal d’une section de cours d’eau rectiligne). Une crête de vague se trouve tout au plus à une hauteur v2/2g plus élevée que le niveau d’eau moyen dans la section transversale. C’est pourquoi, la revanche due à la formation des vagues et des remous d’exhaussement sur des obstacles est déterminée par

(4) avec v désignant la vitesse d’écoulement locale. En principe, elle est une fonction

de la profondeur d’écoulement locale, de la déclivité longitudinale et de la rugosité du fond, et peut être dérivée des formules hydrauliques habituelles. Les règles suivantes doivent être appliquées: • Pour des lits à section simple trapézoïdale ou rectangulaire, on assimile la vitesse d’écoulement locale à la vitesse moyenne. • Pour un profil composé (profil avec lit majeur, glacis), la vitesse d’écoulement en fonction de la profondeur d’écoulement moyenne sur le glacis est déterminante. La largeur du glacis doit au minimum correspondre à 5× la profondeur d’écoulement. • Pour les ponts, on considère la vitesse d’écoulement moyenne des sections transversales partielles respectives (lit mineur ou glacis) comme vitesse locale. • Sur le côté extérieur d’une forte courbure, la vitesse locale est jusqu’à environ 30% plus élevée que la vitesse d’écoulement moyenne dans la section transversale. • Avec une végétation dense à proximité de la rive, la vitesse d’écoulement locale peut être fixée à zéro si les conditions suivantes sont remplies: · La bande de végétation est suffisamment large. · La bande de végétation est considérée comme non-perméable dans le calcul de l’écoulement. · La conservation de la bande de végétation est assurée dans le concept d’entretien. 4.4

Revanche en raison d’une section d’écoulement supplémentaire nécessaire pour le passage sous les ponts Lors de passage sous les ponts, les débris flottants exigent de l’espace supplémentaire au-dessus du niveau d’eau afin d’être évacués sans encombres. En principe, l’espace nécessaire dépend de la quantité et des dimensions des débris (troncs, souches, blocs de glace, ballots de foin, etc. transportés individuellement ou groupés en tapis), et de la constitution du revêtement inférieur du pont. Un système de classe est proposé afin de déterminer la revanche partielle ft pour les bois flottants. ft est une dimension fixe comprise entre 0.3 m et 1.0 m. La valeur de ft sera définie en fonction de la constitution du pont et en fonction du type et de la quantité de bois flottants attendus (Tableau 2). On considère un pont avec un revêtement rugueux par ex. un pont avec

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charpente, piliers saillants ou des conduites suspendues. Dans un cours d’eau avec d’autres types de débris flottants que du bois (ballots de foin, glace), ft doit être déterminée par analogie. 4.5 Choix de la revanche partielle Avec le choix des revanches partielles fw, fv et ft dans l’équation (1), le calcul de la revanche nécessaire peut être adapté à la situation spécifique d’un tronçon de cours d’eau. Selon la situation, l’une ou l’autre revanche partielle peut être considérée comme nulle. Lors de la détermination de la revanche nécessaire, les critères du Tableau 3 doivent être appliqués. Revanche nécessaire minimale et maximale La revanche nécessaire déterminée par calcul est arrondie au décimètre et délimitée par des limites inférieures et supérieures. Avec la limite inférieure fmin = 0.3 m,

une pondération plus élevée est attribuée à l’erreur moyenne sur la profondeur d’écoulement calculée pour de petits cours d’eau à vitesse d’écoulement modérée. Avec la limite supérieure fmax, on évite que la revanche nécessaire pour une vitesse d’écoulement élevée ne soit trop grande. Pour les cours d’eau avec charriage, une limite supérieure fmax = 1.5 m est proposée. Dans les torrents où un risque de lave torrentielle existe, une revanche maximale plus élevée peut tout à fait être exigée. La revanche nécessaire est calculée par section transversale et uniformisée par tronçons de cours d’eau. 5.

Effet d’un dépassement de la capacité d’écoulement

4.6

5.1

Revanche et analyse de points faibles La revanche est considérée dans l’analyse de points faibles dans le cadre de la planification des mesures de protection contre

5.2

Figure 7. Prise en considération de la revanche lors d’une analyse de points faibles. «Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Effet pour des lits de cours d’eau avec berge résistante à la submersion Dans un chenal délimité par le terrain ou par un ouvrage de protection submersible (digues ou murs résistants à la submersion), un scénario de débordement en fonction du niveau d’eau est défini lors du dépassement de la capacité d’écoulement. Un niveau d’eau zw' est considéré 127

Recommendation sur la revanche

Tableau 3. Critères d’application des revanches partielles.

les crues ou dans le cadre d’une évaluation des dangers. Dans ces cas, l’analyse de points faibles répond aux questions suivantes: • Pour un écoulement donné, où est-ce que l’eau peut sortir du chenal? • Quel est la cause pour laquelle l’eau s’échappe (submersion, rupture de digue, embâcle)? • Quelle est la quantité d’eau qui s’échappe? Selon la méthode du chapitre 4, la revanche nécessaire fe est déterminée pour un débit Q, un apport de matériaux charriés G, de bois H et d’autres matières flottantes. Cela n’importe pas si le débit en question Q est défini comme un débit de dimensionnement QDim, un débit en cas de surcharge ou comme un débit d’un scénario de crue donné HQx ou EHQ. Si pour un débit Q donné et son niveau d’eau calculé zw, la revanche f est plus grande que la revanche nécessaire fe, alors la capacité d’écoulement du tronçon considéré est suffisante pour écouler sans dommages le débit Q. Le tronçon considéré ne présente pas de points faibles quant à sa capacité d’écoulement (Figure 7). D’autres mécanismes de défaillance (par ex. embâcle sur des piliers de ponts, érosion latérale, défaillance géotechnique d’un barrage, affouillement, etc.) restent réservés. Si pour un débit Q donné et son niveau d’eau calculé zw, la revanche f est plus petite que la revanche nécessaire fe, alors la capacité d’écoulement du tronçon considéré ne suffit pas pour écouler sans dommages le débit Q. Dans la terminologie de l’évaluation des dangers, le tronçon considéré présente un point faible et un effet peut se produire en-dehors du lit du cours d’eau. Il faut alors examiner si de l’eau peut sortir du chenal. Jusqu’à présent, cette évaluation n’est pas homogène dans l’estimation des dangers en Suisse. Dans certains cantons, une inondation est identifiée lorsque la revanche nécessaire n’est plus disponible; dans d’autres, lorsque la revanche n’existe plus. Une approche uniforme est proposée aux chapitres suivants.

Recommendation sur la revanche

Figure 8. Dépassement de la capacité d’écoulement dans un tronçon avec berge résistant à la submersion et scénario d’inondation avec un niveau d’eau envisageable.

Figure 9. Dépassement de la capacité d’écoulement dans un tronçon avec berge résistant à la submersion sans scénario d’inondation.

Figure 10. Dépassement de la capacité d’écoulement dans un tronçon avec endiguement ne résistant pas au déversement et scénario d’inondation. comme niveau d’eau déterminant. Ce niveau d’eau pourrait être atteint compte tenu des incertitudes définies au point 4.2. zw' est égal à:

(5) Dans l’équation, zw désigne le niveau d’eau qui a été déterminé par un calcul hydraulique et en tenant compte des processus spécifiés au point 3.5. C’est le niveau d’eau le plus probable. zw' correspond au niveau d’eau plus élevé tenant compte de l’erreur moyenne. Avec cette approche, une surface d’inondation est toujours identifiée lorsque la capacité d’écoulement est considérée comme insuffisante (Figure 8). Ainsi, les mêmes critères sont appliqués lors d’une évaluation des dangers et lors du dimensionnement d’un ouvrage de protection. Il est également possible d’envisager le niveau d’eau zw pour l’évaluation de l’inondation. Jusqu’à présent, cette approche a souvent été appliquée pour la cartographie des dangers lorsque les surfaces d’inondation ont été directement

dérivées de simulations hydrauliques à deux dimensions. La probabilité d’inondation est alors certainement plus proche de la probabilité du scénario de base3. La méthode a cependant le désavantage qu’aucune inondation n’est identifiée dans les cas où la revanche existante est insuffisante (f < fe) et que par conséquent la capacité hydraulique est considérée comme non garantie. Le danger d’inondation doit alors être signalé sous une autre forme sur la carte d’inondation, d’intensité ou de danger (Figure 9). 5.3

Effet pour des lits de cours d’eau avec endiguement ne résistant pas à la submersion Dans le cas où un chenal est délimité par une berge ne résistant pas au déversement (digue ou mur), un scénario de défaillance de la digue ou du mur est défini lors du dépassement de la capacité d’écoulement. Afin de pouvoir déterminer la quantité de sortie d’eau, un niveau d’eau possible zw' ou le niveau le plus probable zw peuvent à nouveau être considérés comme déterminants (Figure 10). Il faut néanmoins garder à l’esprit que dans la plupart des cas, d’autres facteurs tels que la grandeur de la

brèche, le moment de rupture de la digue ou le dépôt de matériaux charriés lors du déversement peuvent avoir une plus grande influence que le choix d’un niveau d’eau significatif. Dans le cadre de l’analyse des effets, la vitesse d’écoulement sera utilisée pour justifier le cas échéant un scénario de rupture de digue, mais pas pour déterminer les quantités d’eau sortantes. 5.4

Effet pour des ponts ou des voûtages Dans le cas où la capacité hydraulique de la section transversale d’un pont ou d’un voûtage est insuffisante, un scénario d’embâcle sera défini, c’est-à-dire que l’on va définir quelle est la proportion de la surface A diminuant le profil transversal du pont ou du passage (Figure 11). Dans ce cas, les dimensions et la forme du profil transversal, la constitution de la face inférieure et du lit (affouillement possible ou pas) et la quantité de bois charriés jouent un rôle. Pour des profils avec une surface plus petite que 30 m2, les propositions suivantes ont été faites dans le cadre des scénarios d’embâcle du projet Protect [6]: • Diminution de 100% de la section

Des déviations sont possibles, si la probabilité du scénario de base se réfère seulement à la pointe de débit et non au volume d’écoulement.

128

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

d’écoulement (embâcle total), lorsque · La plus petite dimension de la section est < 1 m ou · Le lit du cours d’eau ne peut s’adapter par affouillement ou · La quantité de bois flottants est trop élevée. • Diminution de 50% de la section d’écoulement (embâcle partiel), lorsque · La quantité de bois flottants est faible et le lit du cours d’eau peut s’adapter par affouillement. Dans le cas où le passage d’un pont est forcé par un écoulement en charge, le critère de la revanche ne vaut pas pour la section transversale du pont en soi, mais pour le secteur amont où le remous se crée. Le comportement d’un pont en charge lors de l’arrivée de débris flottants doit faire l’objet d’un examen spécifique. 6. Conclusion Le présent document contient la description d’une méthode par laquelle la capacité d’écoulement d’un cours d'eau peut être évaluée compte tenu d’une revanche. La revanche nécessaire est interprétée comme une grandeur hydraulique et prend en considération des processus comme la formation des vagues, des remous d’exhaussement suite à des obstacles d’écoulement, le transport de bois flottants, ainsi que les incertitudes dans le calcul du niveau d’eau. D’autres incertitudes telles que celles relatives à la détermination des débits doivent être examinées indépendamment. Il faut toutefois considérer qu’une section transversale d’un cours d’eau peut aussi présenter un point faible même lorsque la revanche nécessaire est garantie pour un certain débit donné. La Commission pour la protection contre les crues de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux recommande de déterminer la revanche selon la méthode décrite dans le présent document. Elle recommande d’appliquer la méthode à tous les projets de construction hydrauliques futurs ainsi que lors de l’élaboration de nouvelles cartes de danger ou la révision des cartes existantes.

fmax

[m]

Limite supérieure pour la revanche nécessaire

Sources [1] Bezzola G.R., Hegg C. (Hrsg.) 2008: Ereigni-

fmin

[m]

sanalyse Hochwasser 2005, Teil 1 – Prozesse, Schäden und erste Einordnung. Bundesamt für

Limite inférieure pour la revanche nécessaire

[m]

Revanche partielle en raison

Umwelt BAFU, Eidgenössische Forschungs-

d’une section d’écoulement

anstalt WSL. Umwelt-Wissen Nr. 0707. 215 S.

supplémentaire

[2] Bundesamt für Wasserwirtschaft (1982):

pour le passage de débris

Hochwasserschutz an Fliessgewässern. Wegleitung.

nécessaire

flottants fv

[m]

Revanche partielle en raison

[3] KOHS (2012): Literaturrecherche Freibord.

de la formation de vague et

HSR Hochschule für Technik Rapperswil – Insti-

des remous d’exhaussement

tut für Bau und Umwelt. [4] KOHS Arbeitsgruppe Freibord (2010):

sur des obstacles [m/s2]

Accélération due à la pesanteur

Fehlerschätzung am berechneten Wasser-

[m3/évén.] Apport en charriage

spiegel. Internes Arbeitspapier. 24.09.2010,

unveröffentlicht.

[m3/évén.] Apport en bois

[5] Loat R., Meier E. (2003): Wörterbuch Hoch-

[m] 3

Profondeur d’écoulement

HQx

[m /s]

[6] Romang H. (Hrsg.) (2008): Wirkung von

[-]

Pente

Schutzmassnahmen. Nationale Plattform für

[m1/3/s]

Coefficient de rugosité

Naturgefahren PLANAT, Bern. 289 S.

[m3/s]

Débit

[7] Sicherheit der Stauanlagen. Richtlinien des

[m/s]

Vitesse de l’écoulement

BWG, 2002.

[m ASL]

Cote du fond

[8] Zarn B. (2003): Szenarienbildung bei der

[m ASL]

Niveau d’eau

Erstellung von Überflutungs- und Gefahrenkar-

zw'

[m ASL]

wasserschutz. Bundesamt für Wasser und Geo-

ten – ein Diskussionsbeitrag. «Wasser Energie

Débit de crue avec période de retour x

logie (Hrsg.). Bern: Haupt, 2003.

Niveau d’eau compte tenu des incertitudes dans le calcul

Luft», 95. Jahrgang, 5/6. Symboles ϭw

[m]

ϭwh

[m]

Incertitudes dans le niveau d’eau calculé Incertitudes dans la profondeur d’écoulement calculée

ϭwz

[m]

Incertitudes dans le niveau d’eau calculé en raison des incertitudes dans l’estimation

Adresse des auteurs Commission pour la protection contre les crues (CIPC) de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux (ASAE). Membres du groupe de travail: Lukas Hunzinger, Martin Jäggi, Jean-Pierre Jordan, Jürg Speerli, Heinz Weiss, Benno Zarn.

de la cote de fond ϭz

[m]

Incertitudes dans l’estimation de la cote de fond

A

[m2]

Réduction du profil transversal en raison d’embâcle sur les ponts et passages par des bois flottants

[m2]

EHQ [m3/s]

Section transversale

Remerciements La CICP remercie l’Office fédérale de l’environnement pour le soutien financière et l’Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft du canton de Zurich pour le soutien logistique pour l’elaboration de la recommendation.

Crue extrême

[m]

Revanche

[m]

Revanche nécessaire

[m]

Revanche partielle en raison des incertitudes dans l’estimation de la ligne d’eau

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

129

Recommendation sur la revanche

Figure 11. Dépassement de la capacité d’écoulement du profil transversal d’un pont et scénario d’embâcle.

Recommendation sur la revanche

La revanche dans les projets de protection contre les crues et de l’analyse de dangers Examples des cas CIPC

1. Introduction La méthode pour déterminer la revanche nécessaire présentée dans l'article précédent est appliquée sur trois exemples. Les exemples représentent des cours d'eau de grandeur différente dont la revanche nécessaire est déterminée par des processus distincts. 2.

Sagentobelbach, commune de Dübendorf, canton de Zurich Le Sagentobelbach prend sa source au nord de la colline de Zurich (Zürichberg) sur un terrain raide et boisé. Son bassinversant mesure 3.2 km2. Le ruisseau est pour une part fortement endigué et par endroits principalement stabilisé par des falaises molassiques. A partir du quartier de Stettbach, le cours du ruisseau s’aplatit; le ruisseau est surtout étroit et fortement endigué à l’entrée du village, ce qui périodiquement amène à des embâcles. A la sortie du village, le ruisseau a été dévié et réaménagé sur environ 300 m lors de l’élargissement de la gare de Stettbach. Le nouveau tronçon a été creusé dans une moraine compacte à granulométrie fine avec des lentilles de gravier et d’éboulis. Sur le tronçon considéré, la pente longitudinale du ruisseau varie entre 1.5% et 2.0%. Le lit pour les eaux moyennes a un diamètre compris entre 0.5 m et 1 m. Le lit majeur se situe entre 50 et 80 cm au-dessus du lit moyen et s’alterne sur les rives gauches et droites. La largeur de la berge supérieure mesure au minimum 15 m. La pente des talus varie entre 1:3 et 1:2. En profil, les berges atteignent bien 4 m de haut. A certains endroits, des petites digues s’élèvent jusqu’à 60 cm au-dessus du terrain. Celles-ci ont une inclinaison de 1:5 du côté terre et sont recouvertes d’herbe, mais ne sont par calcul pas conçues pour être sujettes à la submersion. Dans la partie amont, le ruisseau est traversé par un pont dont la largeur est de 7 m entre les culées et la hauteur de 2 m au-dessus du lit moyen. 130

Le ruisseau a été dimensionné sur la base d’un calcul hydraulique à une dimension avec courbe de remous (indice de rugosité k = 25 m1/3/s). Le débit de dimensionnnement est de 13 m3/s. Il en résulte une profondeur d’eau de 1.1 m et une vitesse d’écoulement de 2.5 m/s. Sur la section considérée, l’apport en matériaux charriés est faible car la plupart des apports en matériaux du bassin-versant restent bloqués à l’entrée du village. De plus, du matériel graveleux (matériaux adjacents et matériaux introduits pour des considérations écologiques) est transporté en cas de crue, si bien que la cote du fond est soumise à des variations en cas de crue. C’est pourquoi, les incertitudes à la cote du fond sont estimés à σwz = 0.2 m. L’apport en bois est plutôt faible en raison des embâcles dans la partie étroite en amont du village et aussi à cause de la présence d’ouvrages de stabilisation. Les arbres sont charriés de manière isolée. Les revanches nécessaires résultantes sont présentées dans le Tableau 1. 3.

Schächen, commune d’Altdorf, canton d’Uri La rivière Schächen draine l’ouest du col du Klausen situé dans le Schächental et se jette dans la Reuss à Attinghausen. Le bassin-versant mesure 109 km2. Sur les

Figure. 1. Le Sagentobelbach sur le tronçon plat (1.5%–2.0%). Photographie prise en novembre 2012 (après la grosse crue du 3 juillet 2012) (Photo: Basler&Hofmann AG). deux derniers kilomètres de son parcours, la rivière s’écoule sur son cône alluvial. Sur ce tronçon, le ruisseau a été corseté dans un canal rigide après les inondations dévastatrices de 1911 (cf. Figure 2). Sur ce secteur, la pente est de 2.2%, la largeur du lit fait 15 m et les berges ont une inclinaison de 1:1. La rugosité du lit et du mur peut être caractérisée par une valeur k de Strickler de 45 m1/3/s. Dans la partie supérieure, le canal se trouve dans une tranchée. Le canal

Tableau 1. Revanches nécessaires pour le ruisseau du Sagentobelbach pour un débit de 13 m3/s. «Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

amont de son embouchure, et provoqua de nombreux dégâts. La Reuss ne parvint plus à maîtriser l’accumulation des matériaux charriés, conduisant à un atterrissement du lit à l’embouchure. La combinaison de ces deux événements provoqua un atterrissement régressif dans le canal du Schächen, puis le remplissage

Tableau 2. Revanche nécessaire pour le ruisseau de Schächen. Calcul effectué pour un débit de 120 m3/s, avec un écoulement sur un lit lisse, sans aterrissement.

de la section transversale du pont par des matériaux charriés et du bois. Fondamentalement, on distingue deux cas de dimensionnement différents, à savoir le cas d’un écoulement d’eau claire avec une vitesse élevée sur un lit lisse, ainsi que le cas d’un écoulement sur un atterrissement régressif. Les revanches nécessaires pour le cas sans dépôt de matériaux charriés dans le canal sont présentées dans le Tableau 2. Elles sont déterminées d’après les revanches nécessaires minimales et maximales décrites au chapitre 4.6 de l'article précedant. La distance intérieure sous le pont et la hauteur des berges s’élèvent à 3 m. La somme de la hauteur d’eau avec la revanche vaut 2.8 m. Le dimensionnement serait alors suffisant dans ce cas. Les revanches nécessaires pour le cas avec dépôt de matériaux charriés dans le canal sont présentées dans le Tableau 3. Dans ce cas-là, les berges doivent être d’au moins 4 m (correspondant à la somme des dépôts, de la hauteur d’eau et la revanche nécessaire). Cette condition est respectée par le rehaussement récent des murs de rive. Sous le pont, un dégagement de 4.16 m devrait être disponible. La hauteur de 4 m prévue initialement lors de la construction des NLFA n’aurait donc pas suffi. Le nouveau pont a été réalisé comme pont en charge avec un carénage de 3 m. Plus tard, le dimensionnement calculé se révéla correct dans les modèles d’essais hydrauliques. 4.

Tableau 3. Revanche nécessaire pour le ruisseau de Schächen. Calcul effectué pour un débit de 120 m3/s, avec aterrissement régressif.

Figure 2. Ruisseau de Schächen au niveau de la commune d’Altdorf (Photo: Flussabau AG SAH).

Figure 3. Rhin alpin à Au/Lustenau (la photo ne correspond pas à l’hydraulique d’emplacement) (Photo: Hunziker, Zarn & Partner AG).

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Rhin alpin, tronçon du Rhin international En amont du lac de Constance, le Rhin alpin marque la frontière entre Saint-Gall (CH) et le Vorarlberg (A) et draine un grand bassin versant de 6119 km2. Le long de ce tronçon, plusieurs ponts traversent le fleuve. Celui-ci s’écoule entre des hautes digues non-résistant à la submersion en forme de double trapèze. Les glacis sont séparés du lit mineur par des digues submersibles. Le lit mineur a une largeur d’environ 60 m. La distance entre les digues principales est d’environ 255 m. Le Rhin alpin a une pente de 0.11%. L’indice de rugosité du lit est estimé à 37 m1/3/s, celui des berges et du glacis est évalué à 32.5 m1/3/s. Ce tronçon est considéré comme un secteur d’aggradation. Mais, les variations du lit sont faibles durant les crues car les bassins versants des torrents sont éloignés et les matériaux charriés stockés dans le lit en amont. Par contre les apports de bois sont élevés en cas de crue. 131

Recommendation sur la revanche

coule ensuite sur le cône alluvial, c’està-dire que l’eau sortante ne retourne pas dans le chenal. Les situations météorologiques de barrages de l’ouest conduisent toujours à des crues importants. Le 1er août 1977 et le 23 août 2005, le Schächen déborda en amont du pont CFF et aussi-juste en

Recommendation sur la revanche

Tableau 4. Revanche nécessaire pour le Rhin alpin avec un débit de 3100 m3/s. La revanche partielle fw considérant les incertitudes lors de détermination du niveau d’eau, est calculée sur la totalité de la section transversale. Une erreur dans l’estimation de l’indice de rugosité du lit majeur se répercute sur le niveau d’eau dans le chenal moyen et vice-versa. Pour un débit de 3100 m3/s (HQ100), environ 2080 m3/s s’écoulent dans le chenal principal (lm) avec une hauteur d’eau moyenne de 7.36 m et une vitesse d’écoulement moyenne de 3.67 m/s. Les valeurs correspondantes pour le glacis gauche (gg) sont de 715 m3/s, 3.73 m et 2.31 m/s; et pour le glacis droite (gd) 305 m3/s, 2.92 m et 1.96 m/s. Les valeurs ont été déterminées en écoulement normal sur un profil transversal idéalisé au kilomètre 79.4. L’erreur induite par le calcul du débit ϭwh peut être évaluée en pondérant les débits partiels avec les hauteurs d’eau moyenne. Celle-ci peut être calculée par:

132

(6) Avec l’équation (3), la valeur obtenue pour ϭwh est 0.43 m. L’erreur sur le niveau d’eau ϭwz liée aux incertitudes de la cote du fond est estimée à 0.05 m. Dans le lit mineur, cette incertitude est due aux dépôts potentiels de matériaux charriés, et dans le lit majeur, elle est due aux dépôts des matières en suspension. Si les erreurs étaient estimées différemment pour les lits partiels, une moyenne pondérée pourrait être déterminée avec le même procédé que celui utilisé pour le calcul d’erreurs des hauteurs d’eau. En utilisant l’équation (2), on obtient enfin une valeur fw de 0.43 m aussi bien

pour le lit majeur que pour le canal principal. En raison des vitesses d’écoulement différentes dans les sections partielles, la formation des vagues et les remous d’exhaussement sur des obstacles diffèrent selon la section considérée. La revanche partielle fv du lit majeur n’est donc pas équivalente à celle du lit mineur. Avec l’équation (4), on obtient fv = 0.69 m pour le lit mineur, fv = 0.27 m pour le glacis gauche et fv = 0.20 m pour la glacis droite. Comme les bois flottants peuvent être charriés dans toutes les sections transversales partielles, la revanche partielle ft est fixée partout à 1 m. La revanche nécessaire est déterminée individuellement pour chaque section transversale partielle. Les résultats sont synthétisés dans le Tableau 4. Pour les berges à hauteur de terrain, une revanche nécessaire fe de 0.4 m est définie. Celle-ci est une valeur théorique car le Rhin alpin ne s’écoule pas sans digues. Dans cette situation hypothétique, la revanche nécessaire serait identique pour les trois sections transversales partielles, car elle serait uniquement dépendante de l’erreur du niveau d’eau. Le long des digues, la revanche nécessaire est de 0.50 m pour les deux rives du lit majeur. Elle serait de 0.80 m dans le lit mineur si celui-ci était canalisé par des digues. Cette différence est causée par une vitesse d’écoulement plus élevée dans le lit mineur. Au niveau d’un pont, la revanche nécessaire fe est de 1.10 m pour les deux lits majeurs et de 1.30 m dans le canal principal. Adresse des Auteurs: Commission pour la protection contre les crues (CIPC)

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Recommendation sur la revanche

Jahresbericht 2012 des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes

Rapport annuel 2012 de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux

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133

Jahresbericht 2012

Inhalt/Contenu

Jahresbericht 2012 des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes / Rapport annuel 2012 de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux

Anhänge / Annexes: 1a

Rechnung 2012 und Voranschläge 2012/2013/2014 / Comptes 2012 et budgets 2012/2013/2014

Bilanz per 31. Dezember 2012 / Bilan au 31 décembre 2012

Verteilung der Einnahmen 2012 / Distribution des recettes 2012

Mitgliederstatistik / Effectifs des membres

Zusammensetzung Gremien per 31.12.2012 / Membres des Comités au 31 décembre 2012

Mitteilungen aus der Tätigkeit der Verbandsgruppen / Messages sur les activités des groupes régionaux

Witterungsbericht und hydroelektrische Produktion 2012 / Méteo et production hydro-éléctrique 2012

Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband Rütistrasse 3a · CH-5401 Baden Tel. 056 222 50 69 · Fax 056 221 10 83 · www.swv.ch

134

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Tätigkeiten des Verbandes

1.1

Ausschuss, Vorstand, Hauptversammlung, Geschäftsstelle

Ausschuss Der geschäftsleitende Ausschuss trat 2012 zu insgesamt drei Sitzungen zusammen und traf diverse Absprachen auf dem Zirkulationsweg. Die erste Sitzung vom 18. Januar 2012 in Zürich hatte ihren Schwerpunkt bei der Auswertung der Verbandstätigkeit des Vorjahres sowie dem Ausblick auf das laufende Jahr. Zudem nahm der Ausschuss Kenntnis von der provisorischen Verbandsrechnung 2011. Die Zielsetzungen und Aktivitäten für das Geschäftsjahr 2012 wurden diskutiert und festgehalten. Im Weiteren bestätigte der Ausschuss statutengemäss die formelle Aufnahme neuer Mitglieder. An seiner zweiten Sitzung vom 24. April 2012 in Olten wurde die durch die Revisionsstelle OBT AG geprüfte Jahresrechnung 2011 und das Budget 2013 zu Händen von Vorstand und Hauptversammlung verabschiedet. Zudem wurde die Stellungnahme zum Entwurf der revidierten Stauanlagenverordnung diskutiert und bereinigt. Und schliesslich nahm sich der Ausschuss der Vorbereitung statutarischer Geschäfte für die Hauptversammlung an, insbesondere der ausserordentlichen Ersatzwahlen in den Vorstand. An der dritten Sitzung vom 20. Dezember 2012 in Zürich stand bereits wiederum die Auswertung der Verbandstätigkeit des Jahres sowie der Ausblick auf das kommende Jahr im Vordergrund. Zudem nahm der Ausschuss Kenntnis der provisorischen Verbandsrechnung 2012. Ein weiterer Schwerpunkt der Sitzung war die Diskussion, Bereinigung und Verabschiedung der definitiven Stellungnahme zur Energiestrategie 2050. Vorstand Der Vorstand nahm an seiner Sitzung vom 23. Mai 2012 in Olten von den Verbandsarbeiten Kenntnis und befasste sich hauptsächlich mit der Vorbereitung der Haupt-

versammlung. Er genehmigte den Jahresbericht 2011 sowie gestützt auf den Kontrollbericht der Revisionsstelle und den Antrag des Ausschusses die Jahresrechnung 2011 und das Budget 2013, beides zu Händen der Hauptversammlung. Aufgrund der Rücktritte von René Dirren, EnAlpin, und Renaud Juillerat, BFE ,galt es im Rahmen von Ergänzungswahlen die Neubesetzung des Vorstandes für die Periode 2011–2014 vorzubereiten. Die Vorschläge des Ausschusses wurden dabei einstimmig zu Händen der Hauptversammlung verabschiedet und namentlich folgende neuen Mitglieder vorgeschlagen: Michel Schwery, EnAlpin, und Natalie Beck Torres, BFE. Zudem wählte der Vorstand ebenfalls aufgrund von Rücktritten direkt zwei neue Mitglieder in die Kommission Hochwasserschutz, namentlich: Nils Hählen, Tiefbauamt Kanton Bern, und Markus Zimmermann, NDR Consulting GmbH. Die vollständige Liste der Mitglieder von Vorstand und Kommissionen per 31. Dezember 2012 kann Anhang 3 entnommen werden. Auf dem Korrespondenzweg wurde der Vorstand zudem an Stellungnahmen im Rahmen von Vernehmlassungen und Positionserarbeitungen beteiligt, namentlich: für die Stellungnahme im Rahmen der Anhörung BFE zur Änderung der «Klassifizierung von Überflutungskarten», für die Erarbeitung eines Positionspapieres «Wasserkraft in der Energiestrategie 2050» sowie bei der Erarbeitung der Stellungnahme im Rahmen der Vernehmlassung zum «1. Massnahmenpaket Energiestrategie 2050». Hauptversammlung Die 101. Hauptversammlung des SWV vom 6./7. September 2012 führte auf die Melchsee-Frutt im Kanton Obwalden. Die Versammlung wurde wiederum mit begleitender Vortragsveranstaltung und Exkursion durchgeführt. Rund 100 Teilnehmende fanden den Weg in die Mitte der Schweiz und lauschten den ausgezeichneten Referaten, die den Bogen von den wasserwirtschaftlichen Herausforderun-

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gen in der Region über den Netzausbau, die Energiewende bis hin zur Umsetzung des revidierten Gewässerschutzgesetzes spannten. Die eigentliche Hauptversammlung wurde mit der Präsidialansprache von Nationalrat Caspar Baader eröffnet. Der vollständige Text der Ansprache findet sich zusammen mit dem Protokoll zur Hauptversammlung in «Wasser Energie Luft», 104. Jahrgang, Heft 4/2012, Seiten 314–320. Die vom geschäftsleitenden Ausschuss und vom Vorstand vorbereiteten statutarischen Geschäfte konnten rasch und ohne Diskussion verabschiedet werden. Damit wurden insbesondere die Rechnung 2011 und das Budget 2013 genehmigt, die Organe entlastet und die Ersatzwahlen, welche aufgrund der zwei Rücktritte im Vorstand notwendig wurden, durchgeführt. Der Einsatz der abtretenden Vorstandsmitglieder wurde dabei herzlich verdankt. Nach den statutarischen Geschäften des Verbandes konnten die Teilnehmenden beim Apéro und beim anschliessenden Nachtessen in prächtiger alpiner Umgebung den Austausch pflegen. Am Folgetag bot sich den interessierten Teilnehmern die Möglichkeit, zwei wasserbauliche Grossprojekte in Obwalden kennen zu lernen. Unter kundiger Führung konnte zum einen die Baustelle zur Erneuerung des Kraftwerks Kaiserstuhl besichtigt werden: Ein zwei Kilometer langer und 50 000 m3 fassender Reservoirstollen wird hier künftig die bedarfsgerechte Nutzung des Wassers aus den beiden Melchtälern erlauben. Zum anderen wurde das Hochwasserschutzprojekt an der kleinen Melchaa besichtigt, wo ein Geschiebesammler mit imposanten 70 000 m3 Inhalt die Gemeinde Giswil in Zukunft vor neuem Ungemach schützen soll. Nach den Besichtigungen fand der Anlass beim gemeinsamen Mittagessen im Hotel Pax-Montana in Flüeli-Ranft seinen gelungenen Abschluss. Geschäftsstelle Für die Geschäftsstelle des SWV war das 135

Jahresbericht 2012

Jahresbericht 2012 des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes

Jahresbericht 2012

Jahr 2012 ein erfolgreiches und wiederum ziemlich vollbeladenes Verbandsjahr. So besorgte sie die laufenden Geschäfte des Verbandes und der beiden Fachkommissionen, die Geschäfte des Verbandes AareRheinwerke (VAR) und des Rheinverbandes (RhV), die Redaktion und Herausgabe der Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft» sowie die Organisation diverser Tagungen und Kurse. Zudem beteiligte sich der SWV über den Geschäftsführer in verschiedenen Arbeitsgruppen und Partnergremien sowie durch Vernehmlassungen, Referate, Publikationen und Beantwortung von Medienanfragen an der Weiterentwicklung der Wasserwirtschaft und Interessenvertretung namentlich für die Wasserkraft. Die Umsetzung der im Vorjahr initiierten zentralen Adress- und Mitgliederverwaltung sowie der neue Debitoren- und Finanzbuchhaltung konnte im Berichtsjahr weitgehend abgeschlossen und konsolidiert werden. Damit steht dem SWV auf der Geschäftsstelle nun ein modernes Instrument zur Verwaltung zur Verfügung. Auch der Einsatz für den neuen E-Mail-Newsletter in Kombination mit der modernisierten Webseite zeigt Wirkung: Im Berichtsjahr wurden total 18 000 Besuche der Webseite registriert, was einem Zuwachs von +38% gegenüber dem Vorjahr entspricht. 1.2 Kommissionsarbeit Der Verband beschäftigte sich auch im Jahre 2012 neben den verschiedenen Facharbeiten mit zahlreichen Vorstössen der Politik. Im Vordergrund stand weiterhin der vom Bundesrat beschlossene mittelfristige Ausstieg aus der Kernenergie und die damit postulierte Energiewende. Daneben galt es aber auch, die Entwicklungen bei der Umsetzung des revidierten Gewässerschutzgesetzes und bei der Ausarbeitung der Stauanlagenverordnung zu verfolgen und mitzugestalten sowie Stellungnahmen auf diverse Vernehmlassungsvorlagen abzugeben. Die Aktivitäten werden in der Regel mit Unterstützung der Kommissionen vorangetrieben: Kommission Hydrosuisse Die Kommission Hydrosuisse hat sich unter dem Vorsitz von Jörg Aeberhard auch 2012 schwerpunktmässig mit den Rahmenbedingungen bezüglich Wasserkraftnutzung und verschiedenen Vorstössen der Politik beschäftigt. Die wichtigsten Geschäfte: Einflussnahme Energiestrategie 2050 Der SWV beteiligte sich im Berichtsjahr wiederum an zahlreichen Diskussionen 136

zum Thema, unter anderem mit der Teilnahme an den Workshops des BFE zur Plausibilisierung des Wasserkraftpotenzials und einer ausführlichen Stellungnahme zum Berichtsentwurf BFE vom März 2012. Bereits Ende Mai 2012 wurde ein intern abgestütztes Positionspapier zum Thema «Wasserkraft in der Energiestrategie 2050» erarbeitet, das eine wichtige Grundlage für die Teilnahme an einem Roundtable-Gespräch mit BR Doris Leuthard vom 13. Juni 2012 bildete. Ebenfalls sehr hilfreich war das Papier für die Erarbeitung der Stellungnahme im Rahmen der Vernehmlassung zum ersten Massnahmenpaket zur Energiestrategie, die Ende 2012 rechtzeitig zur Verfügung stand. Die Stellungnahmen sind alle auf der Webseite des SWV verfügbar. Referate und Fachartikel Zum aktiven Einbringen der Positionen zur Rolle der Wasserkraft in der Energiestrategie wurden im Berichtsjahr von Mitgliedern der Kommission – namentlich vom Geschäftsführer SWV und vom Kommissionsvorsitzenden – an verschiedenen Veranstaltungen Referate gehalten. Erwähnenswert sind die Beiträge am Schweizerischen Tunnelkongress zur «Schweizer Wasserkraft», an einer Tagung der SAB zum Thema «Energiewende – Chance für Berggebiete» vom 31. August 2012 in Disentis und an der VSE-Tagung zum Thema «Wie weiter mit der Wasserkraft?» vom 28. November 2012 in Olten. Ergänzend wurden diverse Fachartikel publiziert, unter anderem in «Thema Umwelt», im «VSE-Bulletin», in der deutschen «Wasserwirtschaft» und in «Wasser Energie Luft». Vollzugshilfen Gewässerschutzgesetz Nachdem das revidierte Gesetz und die zugehörige Ausführungsverordnung bereits 2011 in Kraft getreten sind, folgten im Berichtsjahr diverse Vollzugshilfen, die es zu analysieren und im Rahmen von Vernehmlassungen zu kommentieren galt. Bisher erarbeitet und publiziert wurden die Vollzugshilfen für die strategische Planung der Module «Revitalisierung», «Fischwanderung», «Schwall/Sunk» und «Geschiebehaushalt». Zwecks Erfahrungsaustausch wurden von der Wasser-Agenda 21 erste Workshops organisiert, zu denen über den SWV jeweils auch Vertreter der Wasserkraftbetreiber delegiert werden konnten. Parallel dazu laufen beim Bund die Vorbereitungen zur Erstellung und Publikation der Vollzugshilfen für die Umsetzungsphase und zur Finanzierung, deren Erarbeitung es ebenfalls zu begleiten gilt.

Revision Stauanlagenverordnung Nachdem das Parlament Ende 2010 das Bundesgesetz über die Stauanlagen beschlossen hat, wurde im Berichtsjahr die Revision der zugehörigen Stauanlagenverordnung angegangen. Der SWV bzw. die Kommission war mit einem Experten in der Arbeitsgruppe des BFE vertreten. Von den in der anschliessenden Vernehmlassung vom SWV eingebrachten zehn konkreten Anträgen wurden immerhin vier vollumfänglich und drei teilweise aufgenommen. Das neue Gesetz und die revidierte Verordnung sind seit 1. Januar 2013 in Kraft. In den kommenden Monaten und Jahren steht nun die Revision diverser Richtlinien an, bei der sich der SWV nach Möglichkeit weiterhin einbringen wird. Unterstützung Aus- und Weiterbildung Das mit den Fachhochschulen aufgebaute und von diesen angebotene Weiterbildungsprogramm für Berufsleute im Bereich Wasserkraft läuft weiterhin erfolgreich. Im Rahmen des Gesamtpaketes «Hydro-Weiterbildung» wurden seit Lancierung Ende 2008 rund 50 Kurse mit insgesamt rund 500 Teilnehmenden durchgeführt. Mit massgeblicher Unterstützung der Kommission wurde im Berichtsjahr zudem eine neue SWV-Fachtagung Wasserkraft lanciert. Mit über 150 Teilnehmenden fand diese bei ihrer ersten Durchführung am 8. November 2012 grossen Anklang. Die Fachtagung soll in Zukunft jährlich zum Austausch technischer Entwicklungen durchgeführt werden. Faktenblätter Wasserkraft Mit Unterstützung der Kommission hat der SWV Faktenblätter erarbeitet, die ein relevantes Thema der Wasserkraft auf zwei, drei A4-Seiten allgemein verständlich darlegen sollen. Zielpublikum sind damit primär Medienschaffende und die interessierte Öffentlichkeit. Im Berichtsjahr wurden folgende vier Themen zusammenfassend dargestellt: «Pumpspeicherwerke», «Heimfall und Neukonzessionierung», «Methan aus Stauseen» und «Wasserkraftpotenzial Schweiz». Weitere Blätter folgen nach Bedarf. Die Faktenblätter stehen auf der Webseite des SWV als pdf-Files zum Download zur Verfügung. Kommission Hochwasserschutz Die Kommission Hochwasserschutz (KOHS) unter dem Vorsitz von Jürg Speerli bzw. entsprechende Arbeitsgruppen haben sich zusammen mit der Geschäftsstelle SWV auch im Berichtsjahr vor allem mit der Vorbereitung und Durchführung

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beiden Gruppen werden die sich in den nächsten Monaten den jeweiligen Themen annehmen.

Traditionelle KOHS-Fachtagung Die von der Kommission vorbereitete traditionelle KOHS-Fachtagung wurde im Januar 2012 zum Thema «Regulierung Gewässersysteme – von der Vorhersage zum Entscheid» bereits zum zweiten Mal in Olten durchgeführt. Mit rund 170 Teilnehmenden war die Tagung zwar nicht ganz so gut besucht wie in früheren Jahren, kann aber dennoch wiederum als Erfolg und wichtiger Beitrag zum Netzwerk im Bereich Hochwasserschutz bezeichnet werden.

Weitere Aktivitäten können den nachfolgenden Abschnitten zur Fachzeitschrift, zur Durchführung von Veranstaltungen und zur Mitarbeit in Partnergremien entnommen werden.

Weiterbildungskurse Nach den erfolgreichen ersten beiden Kursserien 2004–2006 und 2008–2010 startete die Kommission im Berichtsjahr die dritte Serie Weiterbildungskurse Hochwasserschutz zum Thema «Gefahrengrundlagen und Hochwasserbewältigung». Wie bei den früheren Kursen finanziert das BAFU den Aufbau des Kurses und übernimmt zu Gunsten günstiger Teilnahmebeiträge eine Defizitgarantie für die Durchführung. Im Berichtsjahr wurden entsprechende Kurse in Rapperswil, Martigny, Stans und Interlaken erfolgreich und mit insgesamt rund 100 Teilnehmenden durchgeführt. Weitere drei Durchführungen sind für 2013 geplant. Projekt Freibord Bei der Bestimmung der Abflusskapazität eines Gewässers und bei der Bemessung von Schutzbauten wird in der Regel ein Freibord (Abstand zwischen Wasserspiegel und Oberkante Ufer bzw. Unterkante Brücke) berücksichtigt. Mit einer Empfehlung zum Thema möchte die KOHS dazu beitragen, dass die Berücksichtigung des Freibords in der wasserbaulichen Praxis der Schweiz vereinheitlicht wird. Das Projekt wird vom BAFU finanziert, über den SWV administriert und von privaten Drittbüros und Kommissionsmitgliedern bearbeitet. Die Empfehlung liegt nun vor und wird Anfang 2013 im WEL und auf der Webseite SWV in deutscher und französischer Sprache publiziert. Neue Arbeitsgruppen Im Berichtsjahr wurden zudem zwei neue Arbeitsgruppen gebildet, namentlich: die AG «Hochwasserentlastungen» und die zusammen mit den Fachleuten für Naturgefahren Schweiz (FAN) gebildete AG «Ufererosion bei Fliessgewässern». Die

1.3

Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft» Auch im 104. Jahrgang wurden wiederum vier Ausgaben der Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft» herausgegeben. Diese umfassten total 337 paginierte Seiten (Vorjahr 364 Seiten) und enthielten neben Nachrichten aus der Wasser- und Energiepolitik eine grosse Vielfalt interessanter Fachartikel aus Wissenschaft und Praxis: Heft 1/2012 enthielt neben der vom Geschäftsführer SWV erarbeiteten Auslegeordnung zum Wasserkraftpotenzial der Schweiz eine Artikelserie zu den Ausbauprojekten der Kraftwerke Oberhasli. Des Weiteren umfasste die Ausgabe Beiträge zu Erfahrungen mit Entsandersystemen und zu Energieverlustbeiwerten von Rohrleitungen, die von der WSL jährlich erstellte Schadensstatistik der Unwetter in der Schweiz sowie eine Analyse zu den Synergien zwischen Biber und Hochwasserschutz. Heft 2/2012 enthielt zwei Artikel zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserkraft, unter anderem ein viel beachteter Beitrag zu den neu entstehenden Gletscherseen. Weitere Artikel thematisierten die Überwachung von Druckstollen, die Erosion überströmter Böschungen und die Verbesserung von Geschiebevorhersagen. Schliesslich enthielt die zweite Ausgabe auch den SWV-Jahresbericht 2011 in deutscher und französischer Sprache. Heft 3/2012 setzte mit insgesamt sechs Artikeln einen Schwerpunkt auf das Thema Erhöhung von Talsperren. Die Beispiele zeigen, dass die wohl noch dringend benötigte Ingenieurskunst weiterhin vorhanden ist. Zusätzlich beinhaltete die Ausgabe ein Streitgespräch zum Ausbau der Wasserkraft und einen historischen Rückblick zum Aufund Abbau der Wasserkraftwerke. Und schliesslich wurde ein konkretes Fallbeispiel für einen kombinierten Holz- und Geschieberückhalt vorgestellt.

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Heft 4/2012 enthielt eine Artikelserie zur laufenden Schweizerisch-Chinesischen Zusammenarbeit bei der Hochwasservorhersage. Zudem war auch das Thema möglicher Sanierungen von Schwall/Sunk mit zwei Artikeln ein Schwerpunkt. Weitere Beiträge umfassten Thesen für eine partizipative Planung im Wasserbau sowie die Evaluation der Risikokommunikation am Beispiel Zürich. Und schliesslich wurde mit dieser Ausgabe auch das Protokoll der 101. Hauptversammlung publiziert. Die Redaktion der Fachzeitschrift dankt an dieser Stelle allen Abonnenten und Mitgliedern sowie vor allem den Autoren von Beiträgen für ihr Interesse und Engagement für die Zeitschrift «Wasser Energie Luft». Ein ganz herzlicher Dank geht auch an die Inserenten, welche mit ihrem Beitrag nicht nur ihre Kundschaft erreichen, sondern auch die Zeitschrift als wichtige Plattform für den Erfahrungs- und Wissensaustausch finanziell unterstützen. 1.4 Veranstaltungen Der SWV und seine Verbandsgruppen haben 2012 allein oder zusammen mit Partnerorganisationen folgende Veranstaltungen und Tagungen durchgeführt: • 18.1. Vortrag Rheinverband: «Neubau Kraftwerk Illspitz» • 20.1. KOHS-Tagung «Regulierung Gewässersysteme» in Olten • 26./27.1. KOHS-Weiterbildungskurs Hochwasserschutz 3.2. in Rapperswil • 15.2. Vortrag Rheinverband: «Energiezukunft: Erneuerbar» • 13.3. Vortrag Rheinverband: «Gemeinschaftskraftwerk Inn» • 15./16.3. KOHS-Weiterbildungskurs Hochwasserschutz 3.3. in Martigny • 21.3. Betriebsleiterversammlung VAR in Gippingen • 11.4. Vortrag Rheinverband: «Illprojekt Walgau» • 11.5. GV Rheinverband mit Exkursion zum Steinbruch Schollberg • 6.6. Generalversammlung des VAR im Kraftwerk Hagneck • 12.–14.6. Powertage 2012 in Zürich mit Forum «Rahmenbedingungen der Stromproduktion» • 6./7.9. Tagung und Exkursion mit 101. Hauptversammlung SWV in MelchseeFrutt • 25./26.10. KOHS-Weiterbildungskurs Hochwasserschutz 3.4. in Interlaken • 8.11. Fachtagung Wasserkraft SWV «Bau, Betrieb und Instandhaltung» in Luzern 137

Jahresbericht 2012

der traditionellen Fachtagung sowie der Durchführung der neuen Serie Weiterbildungskurse beschäftigt:

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•

15./16.11. KOHS-Weiterbildungskurs Hochwasserschutz 3.5. in Stans 28.11. Tagung VSE/SWV: «Was bremst die Weiterentwicklung der Wasserkraft?» in Olten

An verschiedenen Anlässen wurde mit eigenen Referaten oder Podiumsteilnahme Einfluss auf die Diskussion genommen; neben der VSE/SWV-Tagung vom 28. November in Olten zu erwähnen sind insbesondere das Fachgespräch ccHydro zur Klimaänderung vom 8. Juni in Bern sowie die Tagung der Schweiz. Arbeitsgemeinschaft für die Berggebiete (SAB) vom 31. August in Disentis. 1.5

Projekte und Mitarbeit in externen Gremien Bedingt durch die begrenzten eigenen Ressourcen und zwecks Dialog mit verschiedenen Akteuren im Bereich der Wasserwirtschaft wurden auch im Jahre 2012 Synergien mit anderen Verbänden und Institutionen gesucht und gepflegt, unter anderem mit folgenden Gruppierungen: Gruppe Bern Durch den Geschäftsführer wurde der Kontakt zu den für das politische Umfeld in Bern tätigen Organisationen der Elektrizitätswirtschaft gepflegt. Dabei wurden seitens SWV diverse Positionspapiere zu parlamentarischen Vorstössen verfasst und über die Gruppe Bern in den politischen Prozess eingebracht. Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft Die bisherigen Kontakte zur AGAW wurden vom Geschäftsführer im Rahmen der Einsitznahme im Vorstand und dem fachlichen Austausch über die Landesgrenzen hinweg weiter gepflegt. Im Berichtsjahr standen die Vorbereitungen für das 2014 in der Schweiz stattfindende gemeinsame Symposium AGAW/SWV mit Hauptversammlung im Vordergrund. Schweizerisches Talsperrenkomitee STK Der Geschäftsführer SWV nimmt statutarisch ad personam in der Technischen Kommission (TECO) des STK Einsitz. Die Zusammenarbeit in verschiedenen Fachausschüssen, namentlich in der Arbeitsgruppe Talsperrenbeobachtung, wurde im Rahmen der früheren Jahre weitergeführt. Seitens STK konnte wiederum ein Bildkalender zu Stauanlagen für das Jahr 2013 produziert und der Kalender 2014 vorbereitet werden.

138

Wasser-Agenda 21 Der SWV ist bei dieser Akteursplattform des Bereiches Wasser weiterhin im Vorstand (Andreas Stettler, BKW) und in der Arbeitsgruppe Dialog Wasserkraft (neben dem Geschäftsführer SWV zusätzlich: Peter Hässig, BKW) vertreten. Im Berichtsjahr wurde vor allem am gemeinsamen Verständnis zur Rolle der Wasserkraft in der Energiestrategie 2050 gearbeitet. Überdies fanden diverse Veranstaltungen zum Erfahrungsaustausch bezüglich Umsetzung GSchG/GSchV statt. Verein für umweltgerechte Energie VUE Die Vertretung des SWV im VUE wird neu von Guido Conrad, Kraftwerke Hinterrhein, wahrgenommen. Im Vordergrund der Arbeit steht bezüglich Wasserkraft im Moment die konsensfähige Festlegung von Kriterien für die Zertifizierung von neuen Kraftwerken. Diese sollen nach Meinung des VUE aufgrund des weit gediehenen Ausbaus der Wasserkraft nur unter Einhaltung besonders strenger Kriterien möglich sein. Trägerschaft Gewässerpreis Der Gewässerpreis Schweiz wird alle zwei Jahre von einer Trägerschaft mit SWV, Verein für Ingenieurbiologie VIB, Pro Natura und Verband Schweizerischer Gewässerschutz- und Abwasserfachleute VSA für besondere Leistungen im Bereich der Gewässerbewirtschaftung verliehen. Im Berichtsjahr konzentrierten sich die Arbeiten der Trägerschaft auf die Auswahl und Vorbereitung für die Verleihung des Preises im Jahre 2013. Beirat Powertage Der SWV ist über seinen Geschäftsführer im Beirat der Powertage vertreten. Dieser begleitet die Vorbereitung und Durchführung der alle zwei Jahre in Zürich stattfindenden dreitägigen Messe mit Vortragsveranstaltungen. 2012 war ein Durchführungsjahr. Der SWV hat dafür wiederum das Patronat und die Moderation des Forums vom dritten Tag zum Thema «Rahmenbedingungen der Stromproduktion» übernommen. Programmbeirat NFP 61 Der SWV nimmt über den Geschäftsführer weiterhin Einsitz im Programmbeirat des Nationalen Forschungsprogramms «Nachhaltige Wassernutzung» (NFP 61). Dieses erarbeitet in 16 Forschungsprojekten wissenschaftliche Grundlagen und Methoden für einen nachhaltigen Umgang mit den Wasserressourcen in der Schweiz.

Weitere Engagements betreffen externe Ad-hoc-Arbeitsgruppen und Workshops, so unter anderem auch die Mitwirkung bei diversen Anlässen von BAFU und BFE zur Energiestrategie 2050. 1.6

Geschäftsführungen und Kontakte Verbandsgruppen Die Geschäftsstelle des SWV führt weiterhin auch die Geschäfte des Verbandes Aare-Rheinwerke VAR und des Rheinverbandes RhV (vgl. dazu die Mitteilungen aus den Verbandsgruppen in Anhang 4). Der Kontakt zum Tessiner Wasserwirtschaftsverband ATEA erfolgt durch die Vertretung des Geschäftsführers des SWV im Vorstand und fallweise Zusammenarbeit. 2.

Rechnung 2012 mit Bilanz, Voranschlag 2014 Die Jahresrechnung 2012, inklusive den von der Hauptversammlung bereits genehmigten Voranschlägen 2012 und 2013 sowie dem neu budgetierten 2014, und die Bilanz per 31. Dezember 2012 sind im Anhang 1 zusammengestellt. Die Rechnung wurde am 20. Februar 2013 von der OBT AG nach dem Standard zur eingeschränkten Revision geprüft und für gut befunden. Der Revisionsbericht wurde von Ausschuss und Vorstand zur Kenntnis genommen und ist für Mitglieder auf der Geschäftsstelle einsehbar. Betriebsrechnung Die Rechnung 2012 schliesst bei Einnahmen von CHF 948 555.70 und Ausgaben von CHF 896 431.56 mit einem positiven Überschuss von CHF 52 124.14 (gegenüber budgetierten CHF 11 500.–). Das finanziell sehr gute Ergebnis kann auf deutlich höhere Einnahmen aus dem Mitgliederzuwachs (CHF 25 000.–) und gestiegene Deckungsbeiträge aus zahlreicheren Veranstaltungen (CHF 60 000.–) zurückgeführt werden. Ausgabenseitig liegt alles +/- im Budget, mit Ausnahme der Aufwendungen für die Öffentlichkeitsarbeit, die für 2012 noch gar nicht budgetiert waren. Die anteilmässige Verteilung der Einnahmeposten kann der Grafik in Anhang 1c entnommen werden. Im Berichtsjahr wurden 77% der Einnahmen durch Mitgliederbeiträge generiert, die zu 80% von Betreibern von Wasserkraftanlagen stammen. Weitere relevante Posten sind die Deckungsbeiträge aus Tagungen und Kursen mit 8% sowie aus dem Verkauf von Inseraten und Abos für die Fachzeitschrift mit 5% der Einnahmen. Weitere 4% bringen die Beiträge für Geschäftsführungen bei VAR und RhV.

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Budget 2014 Der Voranschlag 2014 setzt die Fortführung der Tätigkeiten im bisherigen Umfang und unveränderte Tarife für Mitgliederbeiträge voraus. Das Budget zielt auf ein ausgeglichenes Ergebnis und rechnet bei Einnahmen von CHF 821 500.– und Ausgaben von CHF 809 500.– mit einem leichten Ein-

nahmeüberschuss von CHF 12 000.–. Ertragsseitig wird zwar wiederum mit etwas höheren Einnahmen aus leichtem Mitgliederzuwachs gerechnet. Da im 2014 aber deutlich weniger Tagungen und Kurse anfallen, sind die budgetierten Gesamterträge und auch die Gesamtausgaben dennoch tiefer als im Vorjahr. 3.

Mitgliederbestand des Verbandes und seiner Gruppen

Mitgliederbestand SWV Der Mitgliederbestand des SWV betrug per Ende 2012 (vgl. detaillierte Zusammenstellung und Entwicklung der letzten zehn Jahre in Anhang 2): • 346 Einzelmitglieder • 190 Kollektivmitglieder, davon: 28 Öffentliche Körperschaften, 81 Wasserkraftbetreiber, 20 Verbände/Vereine, 54 Private Unternehmen und 7 Forschungsinstitute.

Der Mitgliederbestand ist stabil mit leichter Aufwärtstendenz. Erfreulicherweise konnte gegenüber dem Vorjahr eine Zunahme um zwei grosse Wasserkraftwerke verzeichnet werden. Insgesamt sind damit 133 Kraftwerke und 80% der Produktion aus Wasserkraft im SWV vertreten. Bestand alle Verbandsgruppen Zusammen mit den drei Verbandsgruppen Verband Aare-Rheinwerke, Rheinverband und Associazione ticinese di economia delle acque (vgl. Mitteilungen im Anhang 4) vereint der Verband damit insgesamt 834 Mitgliedschaften, davon 472 Einzel- und 362 Kollektivmitglieder. 4. Gremien des Verbandes Die Mitglieder der leitenden Gremien des Verbandes, der beiden Fachkommissionen sowie der Verbandsgruppen sind in Anhang 3 namentlich aufgeführt.

Rapport annuel 2012 de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux 1.

Activités de l’Association

1.1

Assemblée générale, Comité, Bureau, Secrétariat

Bureau En 2012, le bureau exécutif s’est réuni à trois reprises et a pris plusieurs décisions par voie de circulation. La première séance, le 18 janvier 2012 à Zurich, a été l’occasion de passer en revue les activités de l’Association en 2011 et de planifier l’exercice 2012. Le bureau a également pris connaissance du bilan financier provisoire pour l’exercice 2011. Les objectifs et les activités de 2012 ont été discutés et consignés. Enfin le bureau a confirmé conformément aux statuts l’admission de nouveaux membres. Lors de sa deuxième séance le 24 avril 2012 à Olten, le bureau a approuvé à l’intention du comité et de l’assemblée générale les comptes 2011, vérifiés par l’organe de révision OBT-Treuhand AG, ainsi que le budget 2013. En outre, le bureau a discuté et clarifié la position à adopter concernant le projet de révision de l’Ordonnance sur les ouvrages

d’accumulation (OsOA). Enfin, le bureau s’est consacré à l’intention de l’assemblée générale à certaines tâches prévues dans les statuts, en particulier en préparation des élections complémentaires extraordinaires du comité. Lors de sa troisième séance le 20 décembre 2012 à Zurich, le bureau a évalué les activités de l’Association de l’année écoulée et les perspectives pour l’année à venir. En outre, le bureau a pris connaissance du bilan financier provisoire pour l’exercice 2012. Un autre point important de la séance a été la discussion, la finalisation et l’adoption d’une prise de position définitive concernant la Stratégie énergétique 2050. Comité Lors de la séance du 23 mai 2012 à Olten, le comité a pris connaissance des travaux de l’Association et s’est consacré principalement à la préparation de l’assemblée générale. Il a ap-prouvé le rapport annuel 2011. Sur la base du rapport de l’organe de révision et de la proposition du bureau, il a également approuvé les comptes 2011 et le budget 2013, à

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l’intention de l’assemblée générale. En raison des démissions de René Dirren, EnAlpin et Renaud Juillerat, OFEN, il a été nécessaire de préparer la nouvelle composition du comité dans le cadre des élections complémen-taires pour la période 2011–2014. Les propositions du bureau ont été acceptées à l’unanimité à l’intention de l’assemblée générale, notamment la proposition des nouveaux membres suivants: Michel Schwery, EnAlpin et Natalie Beck Torres, OFEN. En outre, également en raison de retraits, le comité a directement élu deux nouveaux membres pour la commission de protection contre les crues : Nils Hählen, service des ponts et chaussées du canton de Berne, et Markus Zimmermann, NDR Consulting GmbH. La liste complète des membres du comité et des commissions au 31.12.2012 peut être consultée à l’annexe 3. De plus, le comité a été associé par voie de correspondance à des prises de position dans le cadre de diverses consultations, notamment: pour la prise de position dans le cadre de l’audition de l’OFEN pour la modification de la «Classification des cartes d’inondation», 139

Jahresbericht 2012

Bilanz Die Bilanz zeigt die unveränderten Rückstellungen und Reserven in der Höhe von CHF 1 250 041.19 sowie die Erhöhung des aktiven Vereinsvermögens um den entsprechenden Überschuss 2012 auf CHF 311 021.99. Die ausgewiesenen Debitoren sind mit CHF 51 226.96 auf einem vertretbaren Niveau und betreffen die per Ende Jahr offenen Rechnungen des 4. Quartals 2012. Nach Auslaufen der Obligationen im Vorjahr wurden im Berichtsjahr trotz weiterhin recht tiefer Zinsen wieder CHF 0.5 Mio. als Termingeld mit verschiedenen Laufzeiten angelegt.

Jahresbericht 2012

pour l’élaboration d’un papier de position au sujet de «La force hydraulique dans la Stratégie énergétique 2050» ainsi qu’à l’élaboration de la prise de position dans le cadre de la consultation sur le «1er paquet de mesures pour la Stratégie énergétique 2050». Assemblée générale La 101ème assemblée générale de l’ASAE s’est tenue le 6 et 7 septembre 2012 sur les rives du Melchsee-Frutt dans le canton d’Obwald. A cette occasion, des exposés ont été présentés et une excursion a été organisée. Une centaine de participants se sont retrouvés en Suisse centrale et ont écouté les excellentes présentations à propos des enjeux de la gestion hydraulique dans la région, le développement du réseau, le tournant énergétique ainsi que sur la mise en œuvre de la révision de la Loi sur la protection des eaux. L’assemblée générale proprement dite a été ouverte avec le discours du conseiller national Caspar Baader, président de l’ASAE. Le texte complet de l’allocution ainsi que le procès-verbal de l’assemblée générale se trouvent dans la revue «Eau énergie air», 104ème année, n° 4/2012, pages 314–320. Les points à l’ordre du jour en vertu des statuts, préparées par le bureau et le comité, ont été adoptées rapidement et sans désaccords. Les comptes 2011 et le budget 2013 ont été adoptés, l’assemblée générale a donné décharge et les élections complémentaires, nécessaires en raison de deux démissions dans la direction, ont été effectuées. A cette occasion, l’engagement des membres démissionnaires a été cordialement remercié. Une fois les obligations statutaires remplies, les participants ont été invités à un apéro et ont eu l’occasion de poursuivre les échanges lors du repas du soir dans cette magnifique région alpine. Le lendemain, les participants intéressés ont eu la possibilité de prendre part à une excursion présentant deux grands projets de construction hydraulique dans le canton d’Obwald. La première visite, très instructive, présentait le chantier de rénovation de la centrale électrique de Kaiserstuhl : une galerie de 2 km doté d’un réservoir d’une capacité de 50 000 m3 permettra une exploitation de l’eau issue des deux vallées de Melch adaptée aux besoins. La deuxième visite avait pour objet le projet de protection contre les crues sur la petite Melchaa où un imposant dépotoir à alluvions de 70 000 m3 140

devrait protéger à l’avenir la commune de Giswil de nouveaux méfaits. Après les visites, la réunion s’est brillamment conclue avec un repas de midi en commun à l’hôtel Pax-Montana à Flüeli-Ranft. Secrétariat Pour le secrétariat de l’ASAE, l’année 2012 aura été un exercice réussi et de nouveau bien rempli. Le secrétariat s’est occupé des affaires courantes de l’Association, ainsi que des activités des groupes régionaux Aare-Rheinwerke (VAR) et Rheinverband (RhV), de la rédaction et de la publication de la revue spécialisée «Eau énergie air» et de l’organisation de plusieurs symposiums et cours. En outre, le secrétariat a contribué au développement de l’aménagement des eaux et à la représentation des intérêts de la force hydraulique à travers l’implication de son directeur dans divers groupes de travail et organismes partenaires ainsi que par des procédures de consultation, des exposés, des publications et des réponses aux médias. La mise en service initiée l’année précédente de l’administration centrale des adresses et des membres ainsi que du nouveau service de comptabilité des débiteurs et des finances a pu être largement intégrée et consolidée lors de l’exercice 2012. Dorénavant, le secrétariat de l’ASAE dispose d’un outil moderne pour son administration. L’utilisation de la nouvelle newsletter électronique ainsi que le rafraichissement du site internet portent leurs fruits: le nombre total de visites enregistrées pour le dernier exercice s’est élevé à 18 000, représentant une augmentation de 38% par rapport à l’année précédente. 1.2 Commission de travail Parallèlement à ses activités spécialisées, l’Association a poursuivi en 2012 son activité politique par l’intermédiaire de nombreuses interventions. Au centre des préoccupations figurait de nouveau la perspective de la sortie du nucléaire à moyen terme, décidée par le Conseil fédéral, et la transition énergétique. L’ASAE a également suivi de près la mise en œuvre de la nouvelle Loi sur la protection des eaux ainsi que l’élaboration de l’Ordonnace sur les ouvrages d’accumulation et a pris position dans le cadre de plusieurs procédures de consultation. Les activités ont progressé généralement avec l’appui des commissions : Commission Hydrosuisse En 2012, la commission Hydrosuisse,

présidée par Jörg Aeberhard, a continué de mettre l’accent sur les conditionscadre liées à l’exploitation de la force hydraulique et s’est impliquée dans plu-sieurs interventions politiques. Les activités principales ont été les suivantes: Influence sur la Stratégie énergétique 2050 Au cours de l’exercice écoulée, l’ASAE a participé à de nombreuses discussions sur le sujet, entre autre en participant aux ateliers de l’OFEN sur le potentiel de la force hydraulique et en donnant un avis détaillé sur le projet du rapport de l’OFEN de mars 2012. Dès la fin mai 2012, un document exposant la position soutenue à l’interne au sujet de «La force hydraulique dans la Stratégie énergétique 2050» a été élaboré. Ce document a servi comme importante base de documentation pour une discussion avec la conseillère fédérale Doris Leuthard le 13 juin 2012 et fut également très utile pour l’élaboration de la prise de position dans le cadre de la consultation sur le premier paquet de mesures pour la stratégie énergétique, disponible à temps à la fin 2012. Les prises de position sont consultables sur le site internet de l’ASAE. Exposés et articles spécialisés Afin de supporter activement les positions adoptées sur le rôle de la force hydraulique dans la stratégie énergétique, divers exposés lors de manifestations ont été tenus durant l’exercice par des membres de la commission, notamment par le directeur de l’ASAE et par le président de la commission. Sont dignes d’être mentionnées, les contributions au congrès Tunnel Suisse intitulé «Force hydraulique suisse», au symposium du SAB le 31 août 2012 à Disentis sur le thème de «Transition énergétique – une chance pour les régions de montagne» et au symposium de l’AES le 28 novembre 2012 à Olten sur le sujet «Comment aller plus loin avec la force hydraulique?». Des articles spécialisés complémentaires ont été publiés, entre autre dans le magasine de l’OFEV «Environnement», dans le bulletin de l’AES, dans le magazine allemand «Wasserwirtschaft» et dans «Eau énergie air». Aides à l’exécution de la Loi sur la protection des eaux Avec l’entrée en vigueur en 2011 de la Loi révisée et des dispositions d’exécution correspondantes, divers modules d’aide devant être analysés et commentés dans le cadre de consultation sont

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Révision de l’ordonnance sur les ouvrages d’accumulation Suite à l’adoption par le parlement à la fin 2010 de la Loi fédérale sur les ouvrages d’accumulation, il a été décidé au cours de l’année de réviser l’ordonnance correspondante. L’ASAE, respectivement la commission, est représentée par un expert dans le groupe de travail de l’OFEN. Au cours des consultations, 10 propositions concrètes ont été apportées par l’ASAE, dont au final 4 ont été reprises complètement et 3 partiellement. La nouvelle loi et l’ordonnance révisée sont entrées en vigueur le 1.1.2013. Au cours des prochains mois et des prochaines années aura lieu la révision de plusieurs directives, pour lesquelles l’ASAE s’y attèlera autant que possible. Soutien à la formation et à la formation continue Le programme de formation continue élaborée avec les HES et proposée à des professionnels travaillant dans le domaine de l’énergie hydraulique rencontrent un grand succès. Dans le cadre du paquet global «Formation continue en hydraulique», une cinquantaine de cours avec plus de 500 participants ont eu lieu depuis le lancement en 2008. En outre, avec le soutien prépondérant de la commission, un nouveau symposium de l’ASAE sur l’énergie hydraulique a été mis sur pied l’an passé. Avec plus de 150 participants, la première édition le 8.11.2012 a connu un succès retentissant. A l’avenir, ce symposium aura lieu chaque année afin de favoriser les échanges au niveau des développements techniques. Fiches d’information sur l’énergie hydraulique Avec le soutien de la commission, l’ASAE

a élaboré des fiches d’information présentant des thèmes importants de le la force hydraulique sur deux ou trois pages A4. Le public visé est avant tout les médias et le public intéressé. Lors de l’année écoulée, quatre sujets ont été présentés: «Aménagements mixtes de pompage-turbinage», «Droit de retour et renouvellement de concession des centrales hydroélectriques», «Méthane issu des lacs de barrage» et «Potentiel de la force hydraulique en Suisse». D’autres fiches suivront selon les besoins. Les fiches d’information sont téléchargeables sur le site internet de l’ASAE en format pdf. Commission Protection contre les crues Cette année encore, la commission Protection contre les crues (CIPC), présidée par Jürg Speerli ainsi que par les groupes de travail correspondants, ont consacré l’essentiel de leur temps à l’organisation du traditionnel symposium annuel et d’une nouvelle série de cours de perfectionne-ment en collaboration avec le secrétariat. Symposium annuel Le traditionnel symposium annuel de la commission CIPC a eu lieu à Olten pour la deuxième fois en janvier 2012 et était intitulé «Régulation des systèmes de cours d’eau – de la prévision à la décision». Avec environ 170 participants, la conférence n’a pas été autant fréquentée que les années précédentes, mais peut tout de même être considérée comme un succès en tant que contribution importante pour le réseautage dans le domaine de la protection des eaux. Cours de perfectionnement Après les deux premières séries de cours de 2004–2006 et 2008–2010, la commission a mis sur pied une troisième série de cours de perfectionnement sur la protection contre les crues sur le sujet «Documentation sur les dangers et gestion des crues». Comme par le passée, l’OFEV finance la mise en place du cours, subventionne les frais de participation et assure une garantie de déficit pour la réalisation du cours. Lors de l’année 2012, des cours de perfectionnement ont eu lieu à Rapperswil, Martigny, Stans et Interlaken et ont rencontré un franc succès avec une centaine de participants au total. Trois prochains cours sont prévus pour 2013. Projet revanche Lors de la détermination de la capacité d’écoulement d’un cours d’eau et le

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dimensionnement des ouvrages de protection, on considère habituellement une revanche (distance entre le niveau de l’eau et le sommet d’une berge ou la bordure inférieure d’un pont). La CIPC souhaite contribuer au moyen d’une recommandation à une uniformisation du calcul de la revanche dans la pratique de l’aménagement des eaux en Suisse. Le projet est financé par l’OFEV, géré par l’ASAE et finalisé par des cabinets privés et des membres de la commission. La recommandation existe à présent, a été publiée au début 2013 dans la revue WEL et sera disponible prochainement en allemand et en français sur le site internet de l’ASAE. Nouveaux groupes de travail En outre, deux nouveaux groupes de travail ont été formés lors de l’exercice écoulé, à savoir: «Décharges des crues» et le groupe formé en collaboration avec les experts du FAN (Fachleuten für Naturgefahren Schweiz) «Erosion des berges sur les cours d’eau». Les deux groupes vont s’atteler à leur sujet respectif dans les mois à venir. D’autres activités liées à la revue spécialisée, à l’organisation d’événements et à la collaboration avec des organes partenaires sont présentées dans les sections suivantes. 1.3

Revue spécialisée «Eau énergie air» Au cours de la 104ème année de publication de la revue spécialisée «Eau énergie air», quatre numéros ont été publiés. Les 337 pages (364 pages l’année précédente) rassemblent des informations sur les politiques hydrauliques et énergétiques ainsi qu’une grande diversité d’articles spécialisés sur la recherche et la pratique. Numéro 1/2012 Contient à côté d’une analyse du directeur de l’ASAE sur le potentiel de l’énergie hydraulique de la Suisse une série d’article sur les projets de développement des centrales électriques Oberhasli. De plus, le numéro comprend des contributions consacrées aux expériences avec des systèmes de dessablement et aux coefficients de perte d’énergie des canalisations, les statistiques de dommages dus aux intempéries en Suisse établies par l’institut WSL ainsi qu’une analyse sur les synergies entre la présence de castors et les mesures de protection contre les crues.

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apparus durant l’année. Jusqu’à présent les modules d’aide ont été élaborés et publiés pour la planification stratégique des modules «revitalisation», «migration des poissons», «exploitation par éclusées» et «bilan sédimentaire». Dans une optique d’échange d’expérience, les premiers atelier Agenda 21 sur l’eau ont été organisés, au cours desquels des représentants d’exploitants de la force hydraulique ont pu être délégués par l’intermédiaire de l’ASAE. Parallèlement, la Confédération préparent des mesures d’accompagnement pour la établissement et la publication des modules d’aide destinés à la phase de mise en œuvre et au financement.

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Numéro 2/2012 Contient deux articles consacrés aux conséquences du changement climatique sur l’énergie hydraulique, dont une contribution très remarquée sur l’établissement des lacs de glacier. Les autres articles ont pour thèmes la surveillance des galeries en charge, l’érosion de remblais soumis au déversement et l’amélioration des prévisions de sédiments. Le numéro comprend également le rapport annuel 2011 de l’ASAE en allemand et français.

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Numéro 3/2012 Est consacré avec un total de six articles au thème de l’élévation des barrages. Les exemples montrent que l’ingénierie absolument nécessaire pour ce type de projet est toujours disponible. De plus, le numéro contient un débat sur le développement de l’énergie hydraulique et un rétrospectif historique sur la construction et l’agrandissement des centrales hydroélectriques. Enfin, un cas concret de rétention combinée de matériaux charriés et de bois est présenté.

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Numéro 4/2012 Inclut une série d’article consacrée à la coopération sino-suisse en matière de prévision des crues. En outre, l’accent est mis sur le thème de l’assainissement potentiel des éclusées avec deux articles. On y trouve aussi d’autres contributions contenant des thèses pour une planification participative dans l’aménagement des eaux ainsi que l’évaluation de la communication de risque à l’exemple de Zurich. Figure enfin le procès-verbal de la 101ème assemblée générale de l’ASAE.

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Les membres de la rédaction présentent ici leurs remerciements à tous les abonnés, membres ainsi qu’aux auteurs de contributions pour leur intérêt et leur engagement en faveur de la revue spécialisée «Eau énergie air». Ils adressent une reconnaissance particulière aux annonceurs qui non seulement touchent ainsi leur clientèle, mais soutiennent également financièrement la revue en tant que plateforme d’échange d’expériences et de savoir. 1.4 Manifestations L’ASAE et les différents groupes qui la composent ont organisé en 2012, de manière autonome ou en collaboration avec des organisations partenaires, les manifestations et symposiums suivants: • 18.1. Conférence Rheinverband: 142

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«Nouvelle construction de la centrale d’Illspitz» 20.1. Symposium CIPC «Régulation des systèmes de cours d’eau» à Olten 26./27.1. Cours de perfectionnement CIPC 3.2 à Rapperswil 15.2. Conférence Rheinverband: «Avenir énergétique: renouvelable» 13.3. Conférence Rheinverband: «Centrale hydroélectrique sur l’Inn» 15./16.3. Cours de perfectionnement CIPC 3.3 à Martigny 21.3. Assemblée des directeurs d’exploitation VAR à Gippingen 11.4. Conférence Rheinverband: «Illprojekt Walgau» 11.5. AG Rheinverband avec exkursion: «Steinbruch Schollberg» 6.6. Assemblée générale du VAR à la centrale d’Hagneck 12.–14.6. Journées de l’énergie 2012 à Zurich avec le forum «Conditionscadre de la production électrique» 6./7.9. Symposium et excursion avec 101ème assemblée générale de l’ASAE à Melchsee-Frutt 25./26.10. Cours de perfectionnement CIPC 3.4 à Interlaken 8.11. Symposium ASAE sur la force hydraulique «Construction, exploitation et maintenance» à Lucerne 15./16.11. Cours de perfectionnement CIPC 3.5 à Stans 28.11. Symposium VSE/ASAE: «Les freins au développement de la force hydraulique» à Olten

Lors des diverses manifestations, l’ASAE a pu influencer la discussion avec ses propres exposés ou une participation sur scène; en plus du symposium VSE/ ASAE du 28.11. à Olten, les débats spécialisés ccHydro pour le changement climatique le 8.6. à Berne ainsi que lors du symposium du Groupement suisse pour les régions de montagne (SAB) du 31.8. à Disentis peuvent notamment être mentionnés. 1.5

Projets et collaboration avec des organisations externes En raison du caractère limité de ses ressources et afin d’encourager le dialogue avec les différents acteurs du domaine de la gestion des eaux, l’Association a continué en 2011 à rechercher et entretenir des synergies avec d’autres associations et institutions, en particulier les suivantes: Groupe Berne Le directeur a entretenu le contact avec les organisations du secteur de l’électricité

actives dans le monde politique à Berne. L’ASAE a également rédigé des prises de position sur des interventions parlementaires qui ont été injectées dans le circuit politique par l’intermédiaire du Groupe Berne. Groupe de travail Énergie hydraulique alpine AGAW Les contacts avec l’AGAW ont été entretenus dans le cadre de l’entrée du directeur de l’ASAE dans le comité du groupe de travail ainsi que les échanges internationaux de savoir spécialisé. L’exercice a été marqué par les préparations du symposium AGAW/ ASAE qui aura lieu en Suisse en 2014 avec l’assemblée générale au premier plan. Comité suisse des barrages CSB En vertu des dispositions statutaires, le directeur de l’ASAE est membre de la Commission technique (TECO) du CSB. La collaboration au sein de plusieurs comités spécialisés, notamment le groupe de travail d’observation des barrages, a été poursuivie dans le même cadre que les années précédentes. Relevons de nouveau la publication d’un calendrier des barrages 2013 et la préparation d’une nouvelle édition pour 2014. Agenda 21 pour l’eau L’ASAE est toujours représentée au sein du comité directeur de cette plateforme d’acteurs actifs dans le domaine de l’eau (Andreas Stettler, FMB), ainsi que dans le groupe de travail Dialogue énergie hydraulique (en plus du directeur de l’ASAE, Peter Hässig, FMB). Au cours de l’exercice écoulé, l’accent a été mis sur la compréhension commune du rôle de l’énergie hydraulique dans la Stratégie énergétique 2050. En outre, différents événements ont eu lieu visant à l’échange des expériences concernant la mise en œuvre de LEaux/OEaux. Association pour une énergie respectueuse de l’environnement VUE La représentation de l’ASAE dans l’association VUE est nouvellement assurée par Guido Conrad de la centrale hydroélectrique du Rhin postérieur. Actuellement, la détermination consensuelle des critères pour la certification des nouvelles centrales électriques vient au premier plan du travail relatif à l’énergie hydraulique. Selon VUE, en raison du fort développement attendu de l’énergie hydraulique, ceux-ci ne doivent être possibles qu’en observant des critères particulièrement stricts.

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Conseil consultatif des journées de l’énergie L’ASAE est représentée par l’intermédiaire de son directeur dans le conseil consultatif des journées de l’énergie. Celui suit la préparation et le déroulement de la manifestation ayant lieu tous les deux ans sur trois jours à Zurich. 2012 fut une année de transition. L’ASAE s’est de nouveau chargée du patronage et de la présentation du troisième jour du forum sur le thème des «conditions-cadre de la production électrique». Conseil consultatif PNR 61 Le directeur de l’ASAE continue de siéger au sein du conseil consultatif du programme national de recherche «Gestion durable de l’eau» (PNR 61). Celui-ci élabore des bases et méthodes scienti-fiques pour une gestion durable des ressources hydrologiques en Suisse. En outre, l’Association est impliquée dans plusieurs groupes de travail spécialisé, également selon les circonstances avec le concours de l’OFEV et l’OFEN à propos de la stratégie énergétique 2050. 1.6

Directions et contacts avec les groupes régionaux Le secrétariat de l’ASAE s’est à nouveau occupé de la gestion des activités de l’Association Aare-Rheinwerke (VAR) et du Rheinverband (RhV) (voir à cet égard les communiqués des groupes régionaux à l’annexe 4). Le contact avec l’Associazione ticinese di economia delle acque (ATEA) a été assuré par la présence du directeur de l’ASAE au sein de son comité et par plusieurs collaborations. 2.

Comptes et bilan 2012, proposition de budget 2014 Les comptes d’exploitation 2012, y compris les budgets 2012 et 2013 déjà adoptés par l’assemblée générale, ainsi que le budget 2014 et le bilan au 31 décembre 2012 sont récapitulés dans l’annexe 1. Le 20 février

2013, le cabinet OBT AG a soumis les comptes à un contrôle restreint et les a approuvés. Le rapport de révision, dont le comité et le bureau ont pris connaissance, a été mis à la disposition des membres au secrétariat. Compte d’exploitation Avec des recettes de CHF 948 555.70 et des dépenses de CHF 896 461.56, le compte d’exploitation clôture sur un excédent de recettes de CHF 52 124.14, soit davantage que l’excédent de CHF 11 500.– prévu au budget. Le très bon résultat financier peut être attribué à des revenus en hausse consécutifs à l’augmentation des membres (CHF 25 000.–) et un montant résultant à un taux de couverture plus élevé des frais inhérents aux nombreuses manifestations (CHF 60 000.–). Du côté des dépenses, tout se tient plus ou moins dans le budget, à l’exception des dépenses pour les relations publiques qui n’avaient pas encore été budgétisées pour 2012. Le graphique de l’annexe 1c détaille la répartition des recettes. Au cours de l’exercice 2012, les cotisations des membres ont représenté 77% du total du financement de l’Association, dont les quatre cinquièmes proviennent d’exploitants de centrales hydroélectriques. Les autres postes relevants sont constitués par les frais de participation des symposiums et des cours avec 8% ainsi que les ventes d’annonces et d’abonnements pour la revue spécialisée avec 5% des recettes. Enfin, l’administration des Groupes régionaux VAR et RhV ont assuré 4% des recettes. Bilan Le bilan affiche un niveau inchangé de réserves à CHF 1 250 041.19 ainsi qu’une hausse de la fortune active de l’Association équivalente à l’excédent 2012 à CHF 311 021.99. Le poste débiteurs affiche CHF 51 226.96, un montant raisonnable qui concerne essentiellement des factures ouvertes du quatrième trimestre 2012. Après l’expiration des obligations l’année précédente, CHF 0.5 million de dépôt à terme avec différentes durées de validité ont à nouveau été déposé durant l’exercice écoulé malgré la faiblesse persistante des taux intérêts.

résultat équilibré, avec des recettes de CHF 821 500.– et des dépenses de CHF 809 500.– pour un petit excédent de CHF 12 000.–. Certes du côté des revenus, on s’attend de nouveau à une légère augmentation due à l’augmentation du nombre des membres. Néanmoins un nombre moins élevé de symposiums et de cours auront lieu en 2014, de sorte que les recettes totales budgétisées et aussi les dépenses totales seront moins élevées que l’année précédente. 3.

Effectif des membres de l’Association et des sections

Effectif des membres de l’ASAE L’effectif des membres de l’ASAE s’est élevé à la fin 2012 aux nombres suivants (cf. récapitulation détaillée et évolution des dix dernières années à l’annexe 2): • 346 membres individuels • 190 membres collectifs, dont: 28 collectivités de droit public, 81 exploitants d’installations hydroélectriques, 20 fédérations/associations, 54 entreprises privées et 7 instituts de recherche. L’effectif des membres est stable avec une légère tendance à la hausse. Par rapport à l’an passé, on constate l’adhésion réjouissante de deux grandes centrales hydroélectriques. Au total, 133 centrales et 80% de la production issue de la force hydraulique sont ainsi représentées au sein de l’ASAE. Effectif des groupes régionaux Avec les membres des trois Groupes régionaux Verband Aare-Rheinwerke, Rheinverband et Associazione ticinese di economia delle acque (cf. communiqués à l’annexe 4), l’Association regroupe au total 834 membres, dont 472 à titre individuel et 362 à titre collectif. 4. Organes de l’Association Les membres des organes dirigeants de l’Association, des deux commissions spécialisées ainsi que des groupes régionaux sont énumérés à l’annexe 3.

Budget 2014 Le budget 2014 a été calculé sur la base d’une poursuite des activités à un rythme constant et des niveaux de cotisation inchangés. Les instances prévoient un

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Prix suisse des cours d’eau Le Prix suisse des cours d’eau est attribué tous les deux ans par l’Association pour le génie biologique, le Pro Natura, l’Association suisse pour l’aménagement des eaux et l’Association suisse des professionnels de la protection des eaux pour une performance remarquable dans le domaine de l’exploitation des eaux. Cette année, les travaux se sont concentrés pour le choix et la préparation de l’attribution du Prix suisse des cours d’eau 2013.

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Anhang 1a / Annexe 1a: Konsolidierte Jahresrechnung 2012, Voranschläge 2012, 2013 und 2014 / Comptes 2012, budgets 2012, 2013 et 2014

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Anhang 1b / Annexe 1b: Bilanz per 31. Dezember 2012 und Vorjahresvergleich / Bilan au 31 décembre 2012 et comparaison année précédente

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Anhang 1c / Annexe 1c: Verteilung der Einnahmen 2012 / Distribution des Recettes 2012

Verteilung Einnahmen: Mitgliederbeiträge: Deckungsbeitrag Tagungen/Kurse: Deckungsbeitrag Fachzeitschrift: Geschäftsführung VAR/RhV: Diverses:

77% 8% 5% 4% 6%

Bei Tagungen/Kursen und Fachzeitschrift nur Deckungsbeiträge, d.h. Einnahmen abzgl. Kosten.

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Anhang 2 / Annexe 2: Mitgliederstatistik SWV / Effectifs des membres ASAE

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Mitgliederbestand SWV per 31. Dezember 2012 und Vergleich Vorjahre / Effectifs de membres l’ASAE au 31 décembre 2012 et comparaison avec les années précédentes

Bei den Kraftwerksbetreibern sind auch die einzelnen Kraftwerke von Gruppen eingerechnet, soweit die Mitgliederbeiträge auf die einzelnen Werke aufgeteilt sind; insgesamt sind 113 Kraftwerke und rund 80% der schweizerischen Wasserkraftproduktion im SWV vertreten.

Mitgliederbestand SWV per 31.12.2012 nach Anzahl

Mitgliederbestand SWV per 31.12.2012 nach Beiträgen

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Axpo/Alpiq/BKW: 32%; Grosse Partnerwerke: 14%; EWZ/SBB/EnAlpin/ Repower/Group E und übrige KW: 33%

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Anhang 3 / Annexe 3: Zusammensetzung Gremien des Verbandes per 31.12.2012 / Composition des Comités de l’Association au 31 décembre 2012 SWV / ASAE Vorstand und Ausschuss / Comités (Amtsperiode HV 2011–HV 2014) Präsident: Caspar Baader, Nationalrat, Gelterkinden Vizepräsident: Rolf Mathis, Axpo, Baden Mitglieder Ausschuss: Jörg Aeberhard, Alpiq, Olten Hans Bodenmann, BKW, Bern 1 Peter Molinari, EKW, Zernez Mauro Salvadori, Alpiq, Lausanne Anton Schleiss, LCH-EPFL, Lausanne Weitere Mitglieder / Autres membres: Jérôme Barras, FM Chancy-Pougny, Avully Natalie Beck Torres, BFE, Bern Robert Boes, VAW-ETHZ, Zürich Christian Dubois, Andritz Hydro, Kriens Laurent Filippini, Kt. Tessin, Bellinzona 3 Michelangelo Giovannini, V&P, Chur 2 Anton Kilchmann, SVGW, Zürich Peter Klopfenstein, HE, Sion Michael Roth, EWZ, Zürich Michel Schwery, EnAlpin, Visp Moritz Steiner, DEWK Kt. Wallis, Sion Jürg Speerli, HSR, Rapperswil Felix Vontobel, Repower, Poschiavo Andreas Weidel, SBB, Zollikofen Hanspeter Willi, BAFU, Bern Markus Züst, Regierungsrat, Altdorf 1

VAR /

RhV /

ATEA

Kommission Hydrosuisse (Amtsperiode 2011–2014) Vorsitz: Jörg Aeberhard, Alpiq, Olten Mitglieder: Christoph Busenhart, EWZ, Zürich Marold Hofstetter, OFIMA, Locarno Jörg Huwyler, Axpo, Baden Peter Molinari, EKW, Zernez Andreas Stettler, BKW, Bern Mauro Salvadori, Alpiq, Lausanne Gianni Biasiutti, KWO, Innertkirchen Thomas Zwald, VSE, Aarau Guido Conrad, KHR, Thusis Peter Quadri, swisselectric, Bern Roger Pfammatter, SWV, Baden Kommission Hochwasserschutz (KOHS) (Amtsperiode 2011–2014) Vorsitz: Jürg Speerli, HSR, Rapperswil Mitglieder: Tony Arborino, Kanton Wallis, Sion Dominique Bérod, BAFU, Bern Robert Boes, VAW-ETHZ, Zürich 148

Laurent Filippini, Kt. Tessin, Bellinzona Nils Hählen, TBA Kanton Bern, Thun Christoph Hegg, WSL, Birmenstorf Lukas Hunzinger, Flussbau AG, Bern Martin Jäggi, Berater Flussbau, Ebmatigen Hans Kienholz, Berater, Bern Mario Koksch, vif Kanton Luzern Roger Kolb, Niederer + Pozzi AG, Uznach Dieter Müller, AF-Colenco AG, Baden Ali Neumann, Stucky, Renens Matthias Oplatka, AWEL, Zürich Olivier Overney, BAFU, Bern Hans Romang, Meteo Schweiz, Zürich Simon Scherrer, Scherrer AG, Reinach Anton Schleiss, LCH-EPFL, Lausanne Manfred Spreafico, Uni Bern, Bern Rolf Studer, VIB, Fribourg Heinz Weiss, Basler & Hofmann, Zürich Benno Zarn, HZP, Domat/Ems Roger Pfammatter, SWV, Baden Vertretung in Organisationen Vorstand Wasser-Agenda 21: Andreas Stettler, BKW, Bern Vorstand VUE: Guido Conrad, KHR, Thusis Geschäftsstelle / Secrétariat Geschäftsführer / Directeur: Roger Pfammatter Mitarbeiter / Collaborateurs: Esther Zumsteg, Administration Manuel Minder, WEL, Verbandsschriften Doris Hüsser, Buchhaltung Ständige Geschäftsstelle / Secrétariat: Rütistrasse 3a, CH-5401 Baden Telefon 056 222 50 69, Fax 056 221 10 83 info@swv.ch / www.swv.ch Kontrollstelle / vérificateurs OBT AG, Brugg: Andreas Thut

Verband Aare-Rheinwerke (VAR) Ausschuss (Amtsperiode GV 2012–GV 2015) Präsident: Hans Bodenmann, BKW, Bern Vizepräsident: Oliver Steiger, Axpo, Baden Weitere Mitglieder: Wolfgang Biesgen, ED, CH-Laufenburg Walter Harisberger, IBAarau, Aarau Erwin Heer, Schluchseewerk, Laufenburg Urs Hofstetter, Alpiq Hydro Aare, Boningen Jacky Letzelter, EdF, F-Mulhouse

Geschäftsstelle Geschäftsführung / Sekretariat: Roger Pfammatter, Geschäftsführer Esther Zumsteg, Sekretariat Ständige Geschäftsstelle: Rütistrasse 3a, CH-5401 Baden Telefon 056 222 50 69, Fax 056 221 10 83 info@swv.ch / www.aare-rheinwerke.ch

Rheinverband (RhV) Vorstand (Amtsperiode GV 2010–GV 2014) Präsident: Michelangelo Giovannini, V&P, Chur Vizepräsident: Manfred Trefalt, Stadtwerke, Feldkirch Weitere Mitglieder: Daniel Dietsche, Tiefbauamt, St. Gallen Lucien Stern, AEV Graubünden, Chur Alfred Janka, Repower, Illanz Helmut Kindle, AfU, FL-Vaduz Reto Walser, Bänziger Partner, Oberriet Martin Weiss, Landesverwaltung Vorarlberg Christoph Widmer, Widmer + Krause, Chur Geschäftsstelle Geschäftsführung / Sekretariat: Roger Pfammatter, Geschäftsführer Esther Zumsteg, Sekretariat Ständige Geschäftsstelle: Rütistrasse 3a, CH-5401 Baden Telefon 056 222 50 69, Fax 056 221 10 83 info@swv.ch / www.rheinverband.ch

Associazione ticinese di economia delle acque (ATEA) Comitato (Periodo 2012–2015) Presidente Laurent Filippini, Ufficio dei corsi d’acqua Vice-presidente: Carmelo Rossini, Mauri & Banci, Pregassona Membri Andrea Baumer, OFIMA, Locarno Fabrizio Bazzuri, CMAPS, Lugano–Figino Giovanni Ferretti, AI, Lugano Sandro Pitozzi, Ufficio d’energia, Bellinzona Luca Pohl, Orselina Roger Pfammatter, SWV, Baden a Michele Tadè, AGE SA, Chiasso a

Rappresentante dell’ASAE

Segretaria Paola Spagnolatti, CH-6501 Bellinzona

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Verband Aare-Rheinwerke (VAR) Gründung: 4. Dezember 1915 Verbandsgremien Leitender Ausschuss An seiner Sitzung vom 20. April 2012 behandelte der leitende Ausschuss den Jahresbericht und die Rechnung des Jahres 2011. Die Rechnung 2011 schliesst mit einem Ausgabenüberschuss von CHF 25 786.88 ab, der aus den Einnahmen von CHF 526 106.57 und Ausgaben von CHF 551 893.45 resultiert. Das Defizit war budgetiert und resultiert aus der ersten Tranche des VAR-Anteils zur Finanzierung der Studie Fischabstieg von CHF 42 000.–. Das Vereinsvermögen hat sich durch den Ausgabenüberschuss verringert und beträgt neu CHF 136 170.92. Jahresbericht, Rechnung und Budget wurden zu Händen der Generalversammlung 2012 verabschiedet. Zusätzlich nahm der leitende Ausschuss Kenntnis von den laufenden Geschäften der Kommissionen und bereitete die Generalversammlung inklusive der anstehenden Gesamterneuerungswahlen vor. Generalversammlung An der 94. Generalversammlung vom Mittwoch, 6. Juni 2012, im Besucherpavillon der Baustelle WKW Hagneck der Bielersee Kraftwerke AG (BIK) wurden sämtliche Anträge des Ausschusses, namentlich die Rechnung mit Bilanz und der Voranschlag 2012, genehmigt und die Organe entlastet. Ebenso wurden die Vorschläge für die Gesamterneuerungswahlen 2012–2015 für gut befunden. Als Nachfolger für den zu-

rücktretenden Bastian Otto, Axpo, wurde von der Generalversammlung Oliver Steiger, Leiter Kraftwerksgruppe Aare-Reuss bei der Axpo, gewählt. Die übrigen Ausschussmitglieder inkl. Präsident stellten sich weiterhin zur Verfügung und wurden in globo wiedergewählt. Ebenso wurde Sascha Jäger, Kraftwerk Birsfelden, als neues Kommissionsmitglied Betriebsfragen und Nachfolger von Werner Maier bestätigt. Zudem wurde OBT AG, Brugg, für eine weitere Amtsdauer mit der Revision betraut.

Aare bei Murgenthal (Pegelmessstation LH 2063, Einzugsgebiet 10 119 km2, Vergletscherung 2.4%): • Jahresmittel: 311 m3/s (Vorjahr: 192 m3/s) • Einordnung im langjährigen Mittel 1935–2011: 109% (67%)

Geschäftsstelle Die mit der Geschäftsführung des VAR betraute Geschäftsstelle des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) hat in Zusammenarbeit mit dem Ausschuss und den Kommissionen sämtliche Verbands- und Kommissionsgeschäfte vorangetrieben.

Rhein bei Rheinfelden (Pegelmessstation LH 2091, Einzugsgebiet 34 526 km2, Vergletscherung 1.3%): • Jahresmittel: 1153 m3/s (Vorjahr: 795 m3/s) • Einordnung im langjährigen Mittel 1935–2011: 112% (76%)

Revision Die Revisionsstelle OBT AG, Brugg, prüfte die Verbandsrechnung 2012 sowie die Bilanz per 31. Dezember 2012 am 20. Februar 2013.

Reuss bei Mellingen (Pegelmessstation LH 2018, Einzugsgebiet 3382 km2, Vergletscherung 2.8%): • Jahresmittel: 158 m3/s (Vorjahr: 110 m3/s) • Einordnung im langjährigen Mittel 1935–2011: 113% (79%)

Mitgliederkraftwerke Der Mitgliederbestand des VAR besteht unverändert aus den folgenden 28 Wasserkraftwerken an Hochrhein, Aare (unterhalb Bielersee), Reuss und Limmat (vgl. Tabelle 1). Abflüsse und Wasserkraftproduktion Die Jahresmittel der Abflüsse lagen in allen vier Einzugsgebieten des VAR im Jahr 2012

deutlich über dem sehr trockenen Vorjahr. Gemäss den Pegelmessungen des BAFU erreichte die Wasserführung in den vier Flüssen folgende provisorischen Werte:

Limmat bei Baden (Pegelmessstation LH 2243, Einzugsgebiet 2396 km2, Vergletscherung 1.1%): • Jahresmittel: 118 m3/s (Vorjahr: 79.7 m3/s) • Einordnung im langjährigen Mittel 1951–2011: 117% (79%) Die Bruttoproduktion aller VAR-Kraftwerke zusammen lag 2012 mit total 8722 GWh um 2017 GWh bzw. 30% höher als im Vorjahr und erreichte damit im Berichtsjahr 110% des langjährigen Mittelwertes. Die Abweichungen im Vergleich zum Mittel sind zwischen den vier Einzugsgebieten nur marginal und stimmen auch sehr gut mit den durchschnittlichen Abflussverhältnissen (109–117% vom langjährigen Mittel) überein. Kommission Betriebsfragen Die Kommission Betriebsfragen widmete sich unter dem Vorsitz von Christoph Busenhart, EWZ, folgenden Geschäften:

Tabelle 1. Mitglieder-Kraftwerke VAR. «Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

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Jahresbericht 2012

Anhang 4 / Annexe 4: Mitteilungen aus der Tätigkeit der Verbandsgruppen / Messages sur les activités des groupes régionaux

Jahresbericht 2012

Betriebsleiterversammlung 2012 Die traditionelle Betriebsleiterversammlung wurde am 21. März 2012 in Gippingen mit wiederum über 50 Teilnehmern durchgeführt. Unter dem Haupttitel «Ausbaupotenzial Wasserkraft – Möglichkeiten und Grenzen» lauteten die Referate (und Referenten): 1) Ausbaupotenzial Wasserkraft Schweiz – und der Beitrag des VAR? (Roger Pfammatter, VAR/SWV), 2) Neubau KW Rüchlig (Oliver Steiger, Axpo), 3) Erneuerungsprojekt KW Dietikon (Robert Schnider, EKZ), 4) Mögliche Leistungssteigerung durch Rhein-Austiefung KW Birsfelden (Sascha Jäger, KW Birsfelden), 5) Ausbau durch neue Kraftwerke am Beispiel des KW Wynau II (Hans Bodenmann, BKW). Anschliessend an die Hauptreferate wurde wiederum über laufende Aktivitäten informiert. Das gemeinsame Mittagessen rundete den Anlass ab. Forschungsprojekt Fischabstieg Das von der Unterkommission Fischabstieg unter Vorsitz von Jochen Ulrich, Energiedienst, mit der VAW und der EAWAG vorangetriebene und inhaltlich begleitete Forschungsprojekt kam im Berichtsjahr gut voran. Die zunehmend gewonnenen Erkenntnisse bedingten allerdings Anpassungen am Projekt, so wurde das physikalische Modell an der VAW nicht für ein konkretes Kraftwerk, sondern für eine typische Situation (frontal angeströmtes Flusskraftwerk) gebaut. Das hat den Vorteil, dass die weiterhin offene Frage der PrototypUmsetzung etwas hinausgezögert und von den konkreten Forschungsresultaten abhängig gemacht werden kann. Deshalb wurde das Projekt zweigeteilt: a) Phase 1 (2011–2014): aktueller Vertrag und Kosten; bis und mit Schlussbericht über sämtliche Forschungsarbeiten und Empfehlungen; b) Phase 2 (2014–2016): noch nicht vertraglich abgedeckt; beinhaltet die allfällige Umsetzung der konkreten Prototyp-Massnahmen an einem Kraftwerk, inklusive Funktionskontrollen und Optimierungen (mit guten Chancen zur Finanzierung über GSchG). Inhaltlich wird unter anderem die Wirkung von mechanischen Verhaltensbarrieren (im Englischen spricht man von sogenannten «Louver» oder «Bar Racks») detailliert untersucht. Diese Barrieren sind den Rechen ähnlich, wirken aber durch die Veränderung der Strömung und nicht durch das physische Abhalten. Bei den Untersuchungen geht es neben biologischen und bautechnischen Fragen namentlich um die strömungstechnischen Verhältnisse in der Nähe des Kraftwerkes 150

und im Einlauf zu den Turbinen. Dazu wurden in den letzten Monaten von der VAW mittels hydraulischer Modelle zahlreiche Untersuchungen zu Strömungsfragen durchgeführt. Diese physikalischen Modelle orientieren sich an einem frontal angeströmten mittelgrossen Flusskraftwerk, wie es an der Aare und am Hochrhein typischerweise besteht. Dabei wurden sowohl Grossmodelle im Massstab 1:35 wie auch Detailmodelle im Massstab 1:2 bis 1:1 angefertigt. Dabei werden die wichtigsten Einflussfaktoren wie Winkel und Verbauungsrad einer Leiteinrichtung variiert und die Strömungsverhältnisse analysiert. Daraus können wichtige Erkenntnisse für mögliche Lösungen gewonnen werden. Ziel muss es sein, die optimale Kombination von Minimierung der Energieverluste bei Funktionieren der Leitwirkung zu finden. Im Rahmen des Forschungsprojektes ergab sich zudem die Gelegenheit, die vielzitierten US-amerikanischen Anlagen für Fischabstieg zu besuchen. Damit die Forscher nicht alleine diese Erfahrungen analysieren, wurden zwei Vertreter der Unterkommission Fischabstieg – namentlich: Ricardo Mendez und Christoph Busenhart – auf diese knapp einwöchige Reise in die USA delegiert. Die Erkenntnisse fliessen in die Arbeiten ein. Stauanlagenverordnung, Wehrsicherheit Der Bundesrat hat an seiner Sitzung vom 17. Oktober 2012 beschlossen, die revidierte Stauanlagenverordnung (StAV) zusammen mit dem neuen Stauanlagengesetz per 1. Januar 2013 in Kraft zu setzen. Die parallel zur Verordnung in einer Arbeitsgruppe BFE und Regierungspräsidium Freiburg mit Beteiligung einer VARArbeitsgruppe (Bastian Otto, Wolfgang Biesgen, Roger Pfammatter) erarbeiteten Anforderungen für den Spezialfall des Grenzgewässers Hochrhein liegen seit Ende 2012 nun ebenfalls vor. Nach Ansicht der Kommission Betriebsfragen stellt das Papier unter den neuen Bedingungen der verschärften StAV eine gute und zweckmässige Grundlage für die Wehrsicherheit am Hochrhein dar. Das Papier wurde allen Mitgliederwerken zugestellt und soll auch an der nächsten Betriebsleiterversammlung vorgestellt werden. Interkantonale Planung zur Umsetzung GSchG an der Aare Nicht zuletzt auf Anregung des SWV bzw. seiner Kommission Hydrosuisse haben sich die Kantone BE, SO und AG darauf verständigt, die strategischen Planungen

zur Sanierung gemäss neuem Gewässerschutzgesetz für die Aare gemeinsam zu erarbeiten. Dies betrifft die Bereiche Revitalisierung, Fischgängigkeit, Geschiebe und Gewässerraum. Im 2012 wurden die ersten Analysen und Vorbereitungsarbeiten dazu vorangetrieben. Für die Einsitznahme im Lenkungsausschuss der Planung hat der VAR seinen Geschäftsführer, Roger Pfammatter, delegiert. Zudem sollen Anfang 2013 Fachgruppen pro Bereich gebildet werden, bei denen ebenfalls Vertreter der Wasserkraftwerke/VAR Einsitz nehmen sollen. Flussvermessung des Hochrheins Das BAFU möchte die Vermessung des Hochrheins neu aufgleisen und hat dazu eine Arbeitsgruppe mit Vertretern des Landes Baden-Württemberg, des Bundes, der Kantone und der Wasserkraftwerke gebildet. In die Arbeitsgruppe wurden seitens VAR zwei Vertreter delegiert, es sind dies namentlich: Michael Pahlke, Energiedienst, und Daniel Rietmann, Axpo. Sie nehmen die Interessen aller Kraftwerke am Hochrhein wahr und berichten auch von den Arbeitssitzungen. Abflussregulierung an der Aare Es besteht bei den Kraftwerken seit längerer Zeit der Eindruck, dass die Behörden aus Angst vor Hochwasser die Aare beim Wehr Port oftmals übervorsichtig regulieren und den Anliegen der Wasserkraftwerke dabei zu wenig Beachtung geschenkt wird. Eine Arbeitsgruppe unter der Leitung von Urs Hofstetter, Alpiq, wird sich dem Thema annehmen und Anfang 2013 das Gespräch mit den Behörden suchen. Kommission Geschiebereaktivierung am Hochrhein Die Kommission widmete sich unter dem Vorsitz von Armin Fust, Energiedienst, weiterhin vor allem einem Geschäft: Ausarbeitung Masterplan Hochrhein Der Masterplan ist nach mehrjähriger Arbeit nun praktisch abgeschlossen und soll von den Behörden Anfang 2013 dem interessierten Publikum vorgestellt und publiziert werden. Das Kraftwerk RyburgSchwörstadt AG hat die Aufwendungen bisher als Vorschuss finanziert und wird diese im 2013 entsprechend früherer Abmachungen und Kostenteiler den beteiligten Kraftwerken in Rechnung stellen.

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Verbandsgremien Vorstand Der Vorstand des Rheinverbandes trat im 2012 am 15. Februar und 17. August zu je einer Sitzung zusammen. In der Februarsitzung war die Besprechung von Geschäftsbericht und Jahresrechnung 2011 im Vordergrund. Dazu kam die Vorbereitung der Generalversammlung 2012 von Freitag, 11. Mai 2012, in Mels. Als Nachfolger des zurückgetretenen Beat Hunger wurde zudem Lucien Stern, Mitarbeiter AEV, einstimmig zu Händen der Generalversammlung vorgeschlagen. In der Herbstsitzung wurde die Ausgestaltung des Vortragsprogramms Winter/Frühjahr 2013 behandelt. Ein weiterer Schwerpunkt war die Frage der Mitgliederakquirierung. Im Nachgang zur Sitzung wurde denn auch ein entsprechender Brief entworfen und an rund 40 potenzielle Neumitglieder wie Gemeinden, Ingenieurbüros und Kraftwerkgesellschaften verschickt. Generalversammlung, Rechnungsprüfung Die Generalversammlung vom 11. Mai 2012 behandelte die Aktivitäten und Rechnungen der Kalenderjahre 2010 und 2011 sowie die Budgets 2013 und 2014. Alle Geschäfte wurden gemäss den Anträgen des Vorstandes und des Revisors genehmigt. Am Nachmittag fand eine Besichtigung des Steinbruches Schollberg in Trübbach statt. Danach wurde die Generalversammlung im Restaurant Schlüssel in Mels durchgeführt. Geschäftsstelle Die mit der Geschäftsführung betraute Geschäftsstelle des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) hat in Absprache mit dem Vorstand die Verbandsgeschäfte vorangetrieben. Mitglieder Per Ende 2012 verfügte der Rheinverband über folgenden Mitgliederbestand: Einzelmitglieder: 91 (-3)

Kraftwerke: 11 (unv.) Firmen: 28 (unv.) Politische Körperschaften: 41 (unv.) Verbände: 5 (unv.) Total: 176 Bei insgesamt drei altersbedingten Austritten bei Einzelmitgliedern blieb der Bestand praktisch gleich wie im Vorjahr. Vortragsreihe 2012 Im Winterhalbjahr 2012 wurden wiederum fünf Vortragsveranstaltungen vorbereitet und durchgeführt, die insgesamt wiederum auf reges Interesse gestossen sind: • Neubau Kraftwerk Illspitz, Hans-Jörg Mathis, Stadtwerke Feldkirch • Energiezukunft: Erneuerbar und effizient ohne Raubbau, Anita Mazzetta, WWF Graubünden • Gemeinschaftskraftwerk Inn, Peter Molinari, Engadiner Kraftwerke AG • Illprojekt Walgau, Gerhard Huber/Martin Netzer, Vorarlberg • Steinbruch Schollberg, Stefan Vogt, Baustoffe Schollberg AG An dieser Stelle wird den Referenten, aber auch den Vorstandsmitgliedern und dem Sekretariat, namentlich Esther Zumsteg, der Einsatz für die Organisation der Vortragsreihe verdankt. Ebenfalls ein grosser Dank gebührt den jeweiligen Sponsoren für entsprechende Apéros.

Associazione ticinese di economia delle acque (ATEA) Fondazione: 27 novembre 1915 Assemblea generale La 97.ma Assemblea generale si è svolta mercoledì 24 maggio 2012 presso il Mulino del Ghitello a Morbio Inferiore. La nostra Associazione è stata ospite del Consorzio per la manutenzione dei corsi d’acqua del Basso Mendrisiotto; al termine dell’assemblea, i soci, presenti in buon numero, hanno avuto il piacere di visitare il Percorso del cemento, progetto di riqualifica e valorizzazione del sito di estrazione e dell’area già occupata della fabbrica di cemento Saceba.

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Il comitato e l’organo di revisione sono stati rinnovati per il quadriennio 2012–2015; nuovi membri di comitato sono Michele Tadè (AGE SA, Chiasso) e Fabrizio Bazzuri (CMAPS, Lugano–Figino). Comitato Il comitato è stato impegnato nell’organizzazione delle attività proposte nel corso dell’anno e nella preparazione del nuovo regolamento per il Premio ATEA approvato in occasione dell’assemblea. Manifestazioni 18 settembre 2012, visita al cantiere di sistemazione del Cassarate in zona Piano della Stampa ad opera del Consorzio Valle del Cassarate de Golfo di Lugano (CVC) e promosso dall’Ufficio dei corsi d’acqua; le opere di consolidamento delle sponde permettono di controllare il processo erosivo e sono un‘interessante premessa per valorizzare il comprato in ottica ambientale e di fruibilità; a valle della briglia alla confluenza con il torrente Franscinone un nuovo pettine permette di trattenere il materiale galleggiante, legname in particolare, in caso di piena; si riduce così il rischio di occlusione e serra a valle sul tratto cittadino. 12 e 13 ottobre 2012, escursione di due giorni a Glarona, Rapperswil e Flaach con visita del cantiere AXPO Linthal 2015 della centrale idroelettrica LinthLimmern,GL, del laboratorio di idraulica della Scuola Tecnica Superiore HSR di Rapperswil e dei lavori di rivitalizzazione della Thur a Flaach, ZH. Le manifestazioni proposte hanno raccolto un buon successo con la partecipazione di numerosi membri. Soci A fine 2012 l’associazione contava 94 soci suddivisi per categorie: Amministrazioni comunali e cantonali 22 (inv.) Consorzi 17 (+1) Aziende 5 (inv.) Uffici ingegneria 13 (inv.) Soci individuali 35 (inv.) Associazioni 2 (inv.) Totale 94

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Jahresbericht 2012

Rheinverband (RhV) Gründung: 15. Dezember 1917

Jahresbericht 2012

Anhang 5 / Annexe 5: Witterungsbericht und Hydroelektrische Produktion 2012 / Méteo et production hydro-éléctrique 2012 Witterungsbericht 2012 Gemäss Klimabulletin von MeteoSchweiz kann die Witterung des Jahres 2012 wie folgt zusammengefasst werden: • Das Jahr startete sehr winterlich mit überdurchschnittlich viel Schnee in den Bergen und einer massiven Kältewelle im Februar. • Der Frühling verlief extrem warm, sehr sonnig und recht trocken. • Der Sommer kam dagegen nur langsam in Fahrt, und den richtigen Hochsommer einschliesslich einer Hitzewelle lieferte erst der August. • Nach ersten Wintervorboten im Frühherbst mit Schnee bis in mittlere Lagen bescherte der Oktober der

Schweiz erst einen prächtigen Altweibersommer, um es gleich darauf bis ins Flachland schneien zu lassen. • Das Thema Schnee blieb aktuell mit einem kräftigen Wintereinbruch Ende November und mit landesweit ausgiebigen Schneefällen bis in tiefe Lagen in der ersten Dezemberhälfte. Die Schweizer Jahresmitteltemperatur 2012 lag 1.3 Grad über dem Normwert 1961–1990, und die Jahresniederschläge brachten einen Überschuss zur Norm von etwa 10 Prozent. Temperaturüberschuss von 1.3 Grad Über die gesamte Schweiz gemittelt war das Jahr 2012 1.3 Grad zu warm im Vergleich zur Norm 1961–1990 (vgl. Bild 1).

Im Tessin erreichte der Temperaturüberschuss regional bis 1.7 Grad, im Wallis bis 1.8 Grad. Sonst bewegten sich die Überschüsse meist zwischen 0.9 und 1.4 Grad. Auch die Sonnenscheindauer erreichte im Mittelland vom Genfersee bis zum Bodensee 110 bis gegen 125 Prozent der Norm. In den meisten übrigen Gebieten lagen die Werte im Bereich von 100 bis 110 Prozent. Jahresniederschlag mit Überschuss von 10% Bezüglich Niederschlägen ist das Jahr 2012 – im Gegensatz zum ausgesprochen trockenen Vorjahr – als ziemlich durchschnittliches Jahr zu bezeichnen. Im Vergleich zum Normwert (1961–1990) brachte das Jahr Überschüsse von etwa 10% mit regional leichten Unterschieden. Auf der Alpennordseite fiel ein etwas überdurchschnittlicher Jahresniederschlag, dafür waren ganz im Süden sowie im Wallis und in den Berner Alpen Defizite zu verzeichnen. Im Gebiet von Aare und Hochrhein wurden ca. 110–120% der normalen Jahressumme gemessen, sonst fielen verbreitet 100 bis 115% der Norm (vgl. Bild 2). Hydroelektrische Produktion 2012

Bild 1. Abweichung der Jahrestemperatur in der Schweiz gegenüber der Klima-Normperiode 1961–1990. Die schwarze Kurve zeigt den Temperaturverlauf gemittelt über 20 Jahre. Das Jahr 2012 (letzter Eintrag in der Grafik) zeigt einen Temperaturüberschuss von +1.3 °C (Quelle: MeteoSchweiz).

Gemäss der vom Bundesamt für Energie BFE geführten Statistik zu den Wasserkraftanlagen der Schweiz WASTA (Zentralen mit > 0.3 MW installierter Leistung ab Generator), waren im Berichtsjahr 2012 folgende Veränderungen der Jahresproduktion zu verzeichnen (Quelle: BFE, 2013):

Bild 2. Jahresniederschlagsmengen 2012 (oben) und Abweichungen der Jahresniederschlagssumme 2012 in Prozent des Normwertes (1961–1990) (unten) (Quelle: MeteoSchweiz). 152

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Bild 3. Stromproduktion von Schweizer Wasserkraftwerken in TWh zwischen 1950 und 2012 (Kalenderjahr); rote Linie = mittlere Produktionserwartung, blaue Kurve = tatsächliche Jahresproduktion; grüne Linie = mit Kapazität bereinigte jährliche Variation, schwarze Linie = Trend (Hänggi P., 2013 mit Daten BFE 2013). Veränderungen Kraftwerkspark [Die Zusammenstellung der neu in Betrieb gestellten und der im Bau befindlichen Zentralen sowie die Veränderungen von Leistung und Produktionserwartung sind per Ende Mai beim BFE noch nicht verfügbar.] Überdurchschnittliche Produktion 2012 Die Produktion im Jahr 2012 ist gemäss

Daten des BFE gegenüber dem (trockenen) Vorjahr stark gestiegen. Die Wasserkraftanlagen der Schweiz erzeugten aufgrund der grossen Niederschlagsmengen und den überdurchschnittlich grossen Schneemengen mit total 39 906 GWh (mit Abzug der Pumpenergie: 37 495 GWh) rund +18% mehr Strom als im Vorjahr und lieferten damit rund 59% der Gesamterzeugung der Schweiz. Die Speicherwerke steigerten dabei die Produktion um +16% und die Laufkraftwerke um +21%. Diese Aussage stimmt gut überein mit den durch

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

den Verband Aare-Rheinwerke (VAR) an 28 grossen Laufkraftwerken erhobenen Daten, die sogar eine um +30% höhere Produktion ausweisen (vgl. Mitteilungen VAR im Anhang 4). Das ist nach den wasserreichen Jahren 1999 und 2001 das dritthöchste jemals erzielte Produktionsergebnis der Schweiz. Die Zunahme liegt im Rahmen der wetterbedingt möglichen Schwankungen der hydraulischen Produktion von ± 20% (vgl. Grafik mit beobachteten Schwankungen der letzten Jahrzehnten. Zu beachten: Hier sind die ebenfalls schwankenden Mengen Pumpenergie berücksichtigt).

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Jahresbericht 2012

Tabelle 1. Hydraulische Erzeugung in GWh von Lauf- und Speicherwerken sowie im Gesamttotal für das Kalenderjahr und das hydrologische Jahr (Quelle: Auszug aus der Statistik BFE; 2013).

Nachrichten Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

Was s e r kr ei s lauf / Was s e r wi r ts c haf t Wasserkompass für Gemeinden: Gemeinsam bessere Lösungen finden 2013 ist das Internationale Jahr der Zusammenarbeit im Bereich Wasser. Das Bundesamt für Umwelt BAFU nutzt das Uno-Jahr, um insbesondere auch auf Ebene der Gemeinden auf künftige Herausforderungen und Chancen bei der Bewirtschaftung des Wassers innerhalb seines Einzugsgebiets aufmerksam zu machen. Ein Schlüsselprojekt ist der «Wasserkompass für Gemeinden», den das BAFU zusammen mit Experten der verschiedenen Fachbereiche der Schweizer Wasserwirtschaft – darunter auch dem SWV – erarbeitet hat. Der Kompass gibt Hinweise, wann sich eine Zusammenarbeit mit Nachbargemeinden lohnt und wie man dabei vorgehen kann. Die Bewirtschaftung des Wassers innerhalb seines (hydro-)logischen Bezugsraums – dem Einzugsgebiet – braucht eine gute Zusammenarbeit über sektorale, politische und administrative Grenzen hinweg, zwischen Gemeinden, Regionen, Kantonen und den verschiedenen Organisationen der Wasserwirtschaft. Angesichts notwendiger Investitionen in die Werterhaltung sowie der vielen Vollzugsaufgaben und Gesetzesvorgaben stehen gerade auch die Gemeinden vor neuen, komplexen Aufgaben. Zwar fordern und fördern gesetzliche Vorgaben und Verordnungen von den Gemeinden eine Abstimmung in allen Bereichen der Wasserbewirtschaftung. Dies täuscht aber nicht darüber hinweg, dass Kooperationen, welche die Gemeinden aus eigenem Antrieb in die Wege leiten, in der Regel auf höhere Akzeptanz stossen und damit tragfähiger sind als eine «verordnete» Zusammenarbeit. Aus dieser Erkenntnis heraus entstand der «Wasserkompass für Gemeinden», der kommunale Entscheidungsträger bei diesen Herausforderungen unterstützt. Die Erfahrung zeigt, dass verschiedene Situationen die Gemeinden veranlassen können, über eine Zusammenarbeit mit den Nachbargemeinden nachzudenken: 154

Bild. Illustration Wasserkompass (Quelle: Anna Sommer). Ereignisse wie ein Hochwasser, Investitionen in eine bestehende Abwasserreinigungsanlage, personelle Veränderungen – etwa, wenn eine Fachperson mit wichtiger Funktion pensioniert wird – oder vermehrte Reklamationen von Bürgerinnen und Bürgern. In sieben Schritten führt der Wasserkompass die Verantwortlichen in den Gemeinden von der Idee einer Zusammenarbeit im Wasserbereich über sämtliche Abklärungen bis hin zum Entscheid, ob die Kooperation umgesetzt wird oder nicht. Er beschreibt unterschiedliche Ausgangslagen ebenso wie Lösungsszenarien für eine engere Zusammenarbeit, weist auf Chancen hin, zeigt Möglichkeiten und Grenzen von Kooperationen auf. Die Mappe enthält Faktenblätter zu den Bereichen Wasserversorgung, Abwasserentsorgung, Hochwasserschutz, Revitalisierungen, Wasserkraft, Wasser in der Landwirtschaft sowie Kooperationen mit Gemeinden in Entwicklungsländern. Der Wasserkompass kann auf der Webseite zum Internationalen Jahr der Zusammenarbeit im Bereich Wasser kostenlos bestellt oder elektronisch heruntergeladen werden: www.wasser2013.ch/wasserkompass (BAFU / zweiweg gmbh)

Einzugsgebietsinfo (fast) überall in der Schweiz auf einen Click Auf einen Click das topografische Einzugsgebiet eines Gewässers und die wichtigsten Angaben dazu ermitteln, egal wo in der Schweiz. Das ist mit dem neuen GEWISS-EZG-MQ Tool möglich. Das Akronym ist Programm: Das Tool ist als Funktionalität in GEWISS (Gewässerinformationssystem Schweiz www.bafu. admin.ch/gewiss) integriert, bestimmt und zeigt für die angeklickte Position im GEWISS-Web-Browser das zugehörige topografische Einzugsgebiet (EZG) an und liefert Angaben zu den mittleren monatlichen und jährlichen Abflüssen (MQ) sowie weitere Sachinformationen zum EZG (Grösse des EZG, Höhenangaben, statistische Verteilung der Landnutzung). Diese Fachinformationen werden in einem Pop-up-Fenster angezeigt, aus welchem • die Ausgabe eines pdf-Reports (vgl. Bild.) in den 4 Sprachen d/f/i/e, • die Auflistung der EZG-Attribute in einer Textdatei und • die Geometrie der EZG-Grenzen als shape-Datei für eine weitere Nutzung in einem GIS exportiert werden kann. Da im GEWISS integriert, können auch weitere ThemenLayer zugeschaltet werden, womit auf einfache Weise ermittelt werden kann, ob und welche hydrologischen und wasserwirtschaftlichen Gegebenheiten sich im ausgewählten EZG befinden. Das Einzugsgebiet, seine Grenzen und Grösse sowie seine wichtigsten Merkmale sind die Grundlage für fast alle hydrologischen und wasserwirtschaftlichen Aufgabenstellungen. Tagtäglich werden diese Informationen x-fach benötigt und ermittelt. Mit diesem Tool kommt das BAFU einem immer wieder geäusserten Bedarf nach und trägt zur Reduktion des Arbeitsaufwands bei. Mit untenstehendem Link gelangt man auf die GEWISS-Webseite, wo auch ein PDF mit kurzer Bedienungsanleitung und Beschreibung des GEWISS-EZG-MQ-Tools zu finden ist: http://www.bafu.admin.ch/ gewiss. Von dort lässt sich der GEWISSWebbrowser starten. Aktiviert wird das EZG-MQ Tool mit Klick auf folgendes Sym-

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Bild. Fachinformationen werden in einem Pop-up-Fenster angezeigt. bol in der GEWISS Werkzeugleiste: Zu beachten: Popups für GEWISS zulassen. Kontakt: Martin Pfaundler und Cornelia Renner, Bundesamt für Umwelt (BAFU), Abteilung Wasser, CH-3003 Bern, martin.pfaundler@bafu.admin.ch (BAFU)

Mittlere jährliche und monatliche Abflüsse (MQ) für das Gewässernetz (GWN) der Schweiz (CH): der Datensatz MQ-GWN-CH Bereits seit längerer Zeit existiert der Rasterdatensatz MQ-CH mit Abflusshöhen pro Rasterzelle. Um daraus Abflusswerte für ein spezifisches Gewässer abzuleiten, war bislang eine Überlagerung mit einem Einzugsgebiet in einem

GIS nötig. Dieser Zwischenschritt ist nun nicht mehr notwendig. Mit Hilfe der Einzugsgebietsgliederung der Schweiz und dessen Datensatz EZGG-CH (www.bafu. admin.ch/EZGG-CH) wurde der Rasterdatensatz auf das Gewässernetz der Schweiz umgelegt, um damit auf Gewässerabschnitte bezogene Abflussangaben zu liefern: aus MQ-CH wurde MQGWN-CH. Der Datensatz MQ-GWN-CH stellt für das Schweizer Gewässernetz Informationen zum mittleren Abflussverhalten zur Verfügung. Zum einen sind dies simulierte natürliche Abflüsse, welche im Jahres- und Monatsmittel erwartet werden (für die Referenzperiode 1981–2000), zum anderen der Abflussregimetyp. Das räumliche Bezugs-

objekt für diese Angaben sind die einzelnen Gewässerabschnitte. Mit MQ-GWNCH liegt für mittelgrosse («mesoskalige») Gewässer eine flächendeckende Datengrundlage zum mittleren Abflussverhalten vor. Keine Abflusswerte werden ausgegeben für Gewässer mit Einzugsgebieten < 3 km2 (Anwendungsgrenze des zugrundeliegenden Abflusshöhendatensatzes) und  500 km2 (weil davon ausgegangen wird, dass dafür in der Regel verwertbare Abflussmessstationen vorhanden sind). Mit dieser Einschränkung auf mesoskalige Gewässer liegen Abflussangaben für 11 400 km des Schweizer Gewässernetzes vor. Bei den im Datensatz MQ-GWN-CH angegebenen Abflusswerten handelt es sich um modellierte Schätzwerte. Generell gilt, dass die entsprechenden Kennwerte, welche sofern vorhanden aus Messungen hydrometrischer Stationen berechnet werden können, eine zuverlässigere Datengrundlage darstellen. Der Datensatz steht als Tabelle zur Verfügung, welche mit dem digitalen Schweizer Gewässernetz im Massstab 1:25 000 der swisstopo (GWN25-2007) verknüpft werden kann. Der Datensatz kann unentgeltlich zusammen mit einer ausführlicheren Produktinformation, kartografischen Visualisierungen sowie den Nutzungsbedingungen von folgender Webseite bezogen werden: www.bafu.admin.ch/MQ-GWNCH-d Kontakt: Martin Pfaundler und Urs Schönenberger, Bundesamt für Umwelt (BAFU), Abteilung Wasser, CH-3003 Bern, martin.pfaundler@bafu.admin.ch (BAFU)

Was s e r kr af tnut zung

Bild. Mittlere, jährliche und monatliche Abflüsse für mittelgrosse Gewässer. «Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Das sanierte Kraftwerk Navizence ist in Betrieb Bei der Modernisierung des Wasserkraftwerks Navizence (VS) beginnt die letzte Phase. Nachdem die sieben alten Maschinengruppen mit drei neuen 24.3-MWGruppen ersetzt wurden, geht die Sanierung des Gebäudes weiter. Diese dürfte per Jahresende abgeschlossen sein. Am 9. April 2013 nahmen die drei neuen Maschinengruppen des Wasserkraftwerks Navizence in Chippis (VS) erstmals gleichzeitig ihren Betrieb auf. Sie ersetzen sieben mehr als 60 Jahre alte Maschinengruppen und bringen eine Leistungssteigerung des Kraftwerks von 50 auf 70 Megawatt. Die zusätzlichen 20 Megawatt dienen als Reserve zur Optimierung der Produktion, 155

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insbesondere während Wartungsarbeiten. Sollte das Projekt des neuen Stollens Vissoie-Niouc, das zurzeit geprüft wird, umgesetzt werden, könnte das produzierte Energievolumen noch erhöht werden. Die vom Kraftwerk jetzt erzeugte Menge beträgt weiterhin rund 300 Gigawattstunden pro Jahr. Eine effizientere und flexiblere Nutzung Ziel der im April 2010 begonnen Sanierungsarbeiten von Navizence ist die Modernisierung des Kraftwerks und eine höhere Effizienz der Maschinengruppen im Hinblick auf eine flexiblere Nutzung. Um den Betrieb möglichst wenig zu beeinträchtigen, lief das Projekt in drei Phasen ab. In den beiden ersten demontierte man die sieben alten Maschinengruppen etappenweise, um sie mit den drei neuen zu ersetzen. Die jetzt angelaufene dritte Phase betrifft die Überholung der Gebäudehülle. Der Abschluss der Arbeiten ist für Dezember 2013 geplant. Die Kosten für die Modernisierung des Kraftwerks Navizence belaufen sich auf 75 Millionen Schweizer Franken. Ein 100-jähriges Kraftwerk Der Heimfall der Konzession für das Kraft-

Bild 1. Triebwasserleitung zu dem 1908 für die damalige Aluminiumherstellung gebauten Kraftwerk Navizence bei Chippis/VS (Foto: Pfa).

Bild 2. Eine der drei neuen vertikalachsigen Peltonturbinen mit 5 Injektoren bei der Zentrale Navisence (Foto: Pfa). 156

Bild 3. Einzugsgebiet der Kraftwerke Gougra SA mit der Zentrale Navisence in Chippis bei Sierre (Quelle: FM Gougra). werk Navizence fiel ins Jahr 2004. Die Konzession wurde damals für 80 Jahre erneuert. Das Kraftwerk ist Teil der Anlage der Forces Motrices de la Gougra SA, die das Wasser des Stausees Moiry und des Navizence im Val d’Anniviers und des oberen Turtmanntals turbiniert. Das Kraftwerk Navizence ging 1908 erstmals ans Netz. Rund die Hälfte des Stroms der Kraftwerke Gougra werden hier produziert. Der Gougra-Komplex belegt in der hydraulischen Stromerzeugung im Wallis den fünften Platz. Die Aktionäre sind Alpiq (54%), Rhonewerk (27.5%), die Gemeinden Anniviers (7.7%), Chippis (1.8%) Chalais (0.5%), Siders (7.5%) sowie Sierre Energie (1%). (Alpiq/Pfa)

Pumpspeicherwerk Grimsel 3 wird zurückgestellt Die Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) hat an der gestrigen Sitzung des Verwaltungsrates beschlossen, das Vorhaben zum Bau eines zusätzlichen Pumpspeicherwerks (Kraftwerk Grimsel 3) einstweilen zurückzustellen. Die Konzession für diese Kraftwerksanlage, welche letztes Jahr vom Kanton Bern erteilt wurde, soll aber vollumfänglich aufrecht erhalten werden, damit das Kraftwerk später, zu einem geeigneten Zeitpunkt, realisiert werden kann. Derzeit können Pumpspeicherwerke nicht wirtschaftlich betrieben werden. Für die Umsetzung der neuen energiepolitischen

Info-Box Das Pumpspeicherwerk Grimsel 3 würde unterirdisch liegen und Wasser zwischen den beiden bestehenden Stauseen Oberaar und Räterichsboden verarbeiten. Wichtigste Bauteile: • Druckschacht vom Wasserschluss Kessiturm zur Zentrale Grimsel 3 • Neue Kraftwerkzentrale mit 3 drehzahlregulierten 220-MW-Pumpturbinen • Unterwasserstollen zum Räterichsbodensee Nutzen: • Ausgleich von unregelmässigen Energiequellen (zukünftig vor allem Wind und Sonne) • Erbringung von Systemdienstleistungen für die Netzstabilität Eckdaten: • Leistung ca. 660 MW • Investitionen ca. 660 Mio. CHF (2011, +/- 20 %) • Bauzeit sechs Jahre

Bild. Ausschnitt aus Anlageschema KWO mit zurückgestelltem Neubau Grimsel 3.

Stossrichtungen sind sie zwar ein wichtiger Baustein, aber für die Entschädigung ihrer Funktion gibt es bis jetzt noch keine Lösung. Die zukünftige Aufgabe der Pumpspeicherung ist die Pufferfunktion zwischen der unregelmässigen Produktion von Solar- und Windenergie und dem tatsächlichen Bedarf an elektrischer Energie. (KWO)

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

mögliche Massnahme wurde die Grundablassschütze am Fuss der Staumauer partiell geöffnet, um den Fluss wieder mit Wasser zu versorgen. Dies hatte allerdings den Effekt, dass eine unkontrollierbare Menge Schlamm in das Bachbett des Spöls unterhalb der Staumauer Punt dal Gall ausgetragen wurde, was für die Bachflora und -fauna im betroffenen Bachabschnitt gravierende Folgen hatte. Nach ersten Erkenntnissen verendeten auf einer Strecke von ca. 6 km Tausende von Fischen, und die Bachsohle wurde auf derselben Strecke mit Schlamm zugedeckt. Unabhängig vom geschilderten Unfall verendeten zusätzlich Tausende von Fischen, nachdem sie in Punt dal Gall in das Triebwassersystem gerieten und die Turbinen des Kraftwerks Ova Spin passierten. Wieso diese Fische in das Triebwassersystem gerieten, ist noch nicht klar. Zusammen mit dem Fischereiaufseher und den anwesenden Fachleuten des Nationalparks wurde der Schaden begutachtet. Eine Quantifizierung des Schadens ist zurzeit nicht möglich und Gegenstand weiterer Abklärungen. Als betriebliche Sofortmassnahme seitens der EKW wurde der Turbinenbetrieb in Ova Spin bis auf Weiteres eingestellt, so dass sich der Wasserspiegel im Staubecken Punt dal Gall erholen kann. Die Engadiner Kraftwerke AG bedauern diesen Vorfall ausserordentlich, zumal der Spöl seit mehr als zehn Jahren Gegenstand gemeinsamer Anstrengungen zwischen Nationalpark, Forschungskommission des SNP und der EKW ist, um mit einem innovativen, dynamisierten Restwassersystem die flussökologischen Verhältnisse im Spöl zu verbessern. Sie werden alles daran setzen, die Ursachen dieses Vorfalls aufzuklä-

Bild 1. Staumauer Punt dal Gall (Quelle: Schweiz. Luftwaffe). «Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

ren und die Folgen möglichst rasch und unbürokratisch zu beseitigen. Für die Verantwortlichen des SNP bedeuten die dramatischen Ereignisse einen grossen Rückschlag bei der Ökologisierung des Spöls. Jahrelange erfolgreiche Bestrebungen wurden durch diesen Vorfall zunichte gemacht. Die Parkvertreter können derzeit nicht beurteilen, wie sich das Ökosystems im Spöl zukünftig entwickeln kann, bietet aber mit seinen Fachleuten aus der Forschungskommission Hand für eine Wiederherstellung der natürlichen Lebensgemeinschaft. (Gemeinsame Medienmitteilung vom 31.3.2013 von Engadiner Kraftwerke AG, Schweizerischer Nationalpark, Amt für Jagd und Fischerei Graubünden). Abklärungen der Vorgänge im Stausee Livigno im Gange Die Engadiner Kraftwerke AG arbeitet die Ereignisse vom vergangenen Osterwochenende speditiv auf. Die ETH Lausanne wurde mit Abklärungen der Vorgänge im Stausee Livigno beauftragt und soll Empfehlungen dazu abgeben, welche Massnahmen dazu beitragen könnten, solche Unfälle in Zukunft zu vermeiden. Erste Erkenntnisse werden in den nächsten Wochen erwartet. Sobald die Erkenntnisse vorliegen, werden sie aktiv kommuniziert.

Bild 2. Der Spöl unterhalb der Staumauer Punt dal Gall. Die Engadiner Kraftwerke AG sind daran, die Ereignisse vom Freitag, 29. März und Samstag, 30. März 2013 aufzuarbeiten und versuchen möglichst rasch und transparent die Ursachen zu eruieren, welche zu den Ereignissen im Spöl und im Ausgleichsbecken Ova Spin geführt haben. Zu diesem Zweck hat die Engadiner Kraftwerke AG das Hydraulische Labor der ETH Lausanne unter Professor A. Schleiss mit einer Untersuchung der Vorgänge im Stausee Livigno beauftragt. Ebenfalls erwartet 157

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Umweltunfall am Stausee Punt dal Gall Am Samstag, 30. März, ist es im Bereich der Stauanlage Punt dal Gall im Schweizerischen Nationalpark (SNP) zu einem Zwischenfall bei den Engadiner Kraftwerken AG (EKW) mit gravierenden ökologischen Folgen gekommen. Aufgrund technischer Probleme kam die Restwasserversorgung zum Erliegen. Die nachfolgende Erhöhung der Wassermenge führte zu einem hohen Schlammeintrag auf der Strecke zwischen Punt dal Gall und dem Ausgleichsbecken Ova Spin im Schweizerischen Nationalpark. Durch die hohe Sedimentfracht wurde die Lebensgemeinschaft im Spöl weitgehend ausgelöscht. Der ausserordentlich tiefe Wasserstand im Staubecken Livigno hatte zur Folge, dass im Bereich der beiden Zuflüsse Spöl und Aqua del Gallo die in Staumauernähe abgelagerten Feinsedimente mobilisiert wurden. Diese Tatsache hat vermutlich am Samstag bei einem Seespiegel von rund 17 m über dem Absenkziel dazu geführt, dass eingetragener Schlamm das Dotiersystem blockiert hat. Da durch den Schlammeintrag offenbar auch die zugehörigen Überwachungssysteme ausfielen, konnte die rund um die Uhr besetzte Leitstelle der EKW diese Fehlfunktion nicht feststellen. Das fehlende Wasser im Spöl wurde in der Folge erst durch am Spöl patrouillierende Parkwächter festgestellt, welche über die Geschäftsleitung des SNP sofort die Verantwortlichen der EKW alarmierten. Ein Pikettdienst leistender Mitarbeiter der EKW wurde sofort zum Fuss der Staumauer Punt dal Gall beordert, wo dieser das gänzlich ausgefallene Restwasser feststellte. Als in dieser Situation einzig

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sich die EKW von der ETH Lausanne Empfehlungen dazu, mit welchen Massnahmen solche Vorfälle in Zukunft vermieden werden könnten. Die bis weit in den Frühling auf dem See liegende Eisfläche dürfte die entsprechenden Untersuchungen vorerst jedoch erschweren. Erste Erkenntnisse werden dementsprechend in den nächsten Wochen erwartet. Sobald solche vorliegen, wird EKW darüber weiter informieren. (EKW)

H oc o c hwas s e r s c hut z / Was s e r bau Gefahrenkarten liegen zu 85 Prozent vor Bis Ende 2012 haben die Kantone 85 Prozent der Gefahrenkarten erstellt. Dieses Jahr soll ein wesentlicher Teil der noch fehlenden Karten erarbeitet werden. Die Gefahrenkarten über Hochwasser, Lawinen, Erdrutsche und Steinschlag helfen, Menschen und Infrastrukturen zu schützen und Schäden zu verringern. Die Gefahrenkartierung war Ende 2012 zu 85 Prozent fertiggestellt. Dies geht aus der jüngsten Erhebung des Bundesamtes für Umwelt BAFU hervor. Die Kantone Glarus, Freiburg, St. Gallen, Uri, Wallis und Zürich haben die Kartierung weitgehend abgeschlossen oder haben sie deutlich vorangetrieben. Der Kanton Thurgau wird seine Kartierung voraussichtlich dieses

Jahr vollenden. Auch im Kanton Waadt wird mit Hochdruck daran gearbeitet. Der Bund trägt 50 Prozent der Kartierungskosten. Die Gefahrenkarten zeigen detailliert auf, welche besiedelten Gebiete durch Naturgefahren wie Hochwasser, Lawinen, Erdrutsche oder Steinschlag gefährdet sind. Seit 1997 sind die Kantone mit Unterstützung des Bundes daran, die Naturgefahren zu kartieren. Diese Informationen erlauben es Behörden wie auch Einzelpersonen, besser mit Naturgefahren umzugehen. Einerseits können Behörden im Rahmen der Ortsplanungen dafür sorgen, dass in gefährdeten Zonen möglichst keine neuen Bauten errichtet werden. Andererseits können Hauseigentümer bei bestehenden Bauten in Gefahrenzonen mit verschiedenen Massnahmen die Sicherheit ihrer Bauten erhöhen und somit auch zukünftige Schäden reduzieren. Information und Beratung hierzu bieten viele Gebäudeversicherungen. Bis heute sind 66 Prozent aller Gefahrenkarten in die kommunalen Zonenpläne umgesetzt. Aktualisierung bestehender Karten Mit der Erstellung der landesweiten Gefahrenkarten ist die Arbeit nicht abgeschlossen. Die Kantone müssen die Karten, wie Landeskarten auch, periodisch im Rahmen der Richt- und Nutzungsplanung aktualisieren und neuen Erkenntnissen anpassen. (BAFU)

Gefahrenkarte Realisierungsgrad

Bild. Stand Gefahrenkartierung in % der Flächen, Januar 2013 (Quelle: BAFU). 158

G ewäs s e r / Revital i s ie rung Revitalisierung Gewässerpreis 2013 an Pionier der Ingenieurbiologie Der diesjährige Gewässerpreis Schweiz geht an Bernard Lachat, Vicques JU. Mit dieser Auszeichnung würdigen Pro Natura, der Verein für Ingenieurbiologie VIB, der Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute VSA und der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband SWV die erbrachte Leistung für die Entwicklung, Förderung und Umsetzung der ingenieurbiologischen Bauweise an Gewässern. Im Besonderen für die Aufwertung des Feuchtgebietes «Marais de Damphreux» und die Renaturierungsmassnahmen an verschiedenen Fliessgewässern.

Bild 1. Bernard Lachat (Foto: Rolf Studer). Bernard Lachat darf als Pionier für die ingenieurbiologische Bauweise bei Gewässeraufweitungen bezeichnet werden (siehe Kasten). Seit 1979 wendet er diese bei verschiedenen Revitalisierungsprojekten im In- und Ausland an. Er hat seine Erkenntnisse vor 20 Jahren im Buch «Guide de protection des berges de cours d’eau en techniques végétales» wie auch 2008 im Buch «La génie végétal» beschrieben. Statt hartverbauter Kanäle geht es heute zurück zu lebendigen Fliessgewässern. Bei diesen Revitalisierungen sind Buhnen, lebendverbaute Ufer mit Weiden (Faschinen) oder Raubäume ein wichtiger Teil der Aufwertungen. Bernard Lachat versuchte auch immer wieder bei der Umsetzung von Projekten ein Mehr für die Natur herauszuholen: mehr Dynamik oder mehr Raum für das Gewässer. Bernard Lachat initiierte ein neues Denken bei der Revitalisierung von Fliessgewässern mit der Verwendung von ökologischen Bauweisen. Attraktiver Zwischenstopp für Zugvögel Neben verschiedenen Fliessgewässerprojekten ist die Aufwertung der Teiche «Les Coeudres» bei Damphreux ein grosser

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Gewinn für die Natur. In Zusammenarbeit mit der Stiftung «Marais de Damphreux» wurden hier die Dämme von sechs Teichen repariert, die Gehölze um die Weiher ausgelichtet und die Teiche geputzt. Nicht nur Amphibien und Libellen profitieren von diesen Aufwertungen, sondern im Frühjahr und Herbst nutzen sie auch Zugvögel wie der Kiebitz für einen Zwischenhalt. Das Feuchtgebiet mit einer Fläche von zehn Hektaren ist im nationalen Flachmoorinventar verzeichnet und hat als Amphibienlaichgebiet nationale Bedeutung. Verantwortlich für diese Projekte war Bernard Lachat. Aus diesen Gründen verleihen Pro Natura, der Verein für Ingenieurbiologie VIB, der Verband Schweizer Abwasserund Gewässerschutzfachleute VSA und der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband SWV den diesjährigen Gewässerpreis an Bernard Lachat. Der Gewässerpreis wird dieses Jahr zum siebten Mal verliehen. Er ging zuvor an den Kanton Genf (2001), die Stadt Zürich (2003), den Kanton Graubünden und die Gemeinde Samedan (2005), die Kantone Baselstadt und Baselland (2007), den Kanton Bern (2009) sowie an die Stiftung Bolle di Magadino und den Kanton Tessin Was ist ingenieurbiologische Bauweise an Gewässern? Mit Ingenieurbiologie ist eine biologisch ausgerichtete Ingenieurtechnik im Erdund Wasserbau gemeint. Ingenieurbiologische Bauweisen schützen Boden und Gestein vor Erosion und Rutschungen mit Hilfe von lebenden Pflanzen und Pflanzenteilen. Biologische Baustoffe ergänzen harte Bauweisen. Ziel solcher Massnahmen ist die Sicherung abtragsund erosionsgefährdeter Gesteins- und Bodenschichten durch eine schützende Pflanzendecke. Der Begriff deckt sich ganz oder teilweise mit Bezeichnungen wie «lebende Verbauung», «biologische Verbauung» oder «naturnaher Wasserbau».

(2011). Er wird alle zwei Jahre verliehen. Weitere Informationen zum Gewässerpreis finden sich auf: www.gewaesserpreis.ch (vgl. auch: www.pronatura.ch, www.vib.ch, www.vsa.ch, www.swv.ch) (Trägerschaft Gewässerpreis)

Masterplan zeigt Möglichkeiten zur Geschiebereaktivierung und ökologischen Aufwertung im Hochrhein Der 142 km lange Hochrhein wird heute durch 11 Staustufen zwischen Bodensee und Basel auf einer Länge von knapp 100 km eingestaut. Dadurch und durch die fehlende Geschiebezufuhr aus den Zuflüssen ist der Geschiebetransport im Fluss stark reduziert und der Lebensraum von Fischen und Kleintieren sehr eingeschränkt. Insbesondere die Arten des ursprünglichen Lebensraums sind gefährdet. Das soll sich nun ändern. Schweizerische und deutsche Behörden legen dazu den «Masterplan – Massnahmen zur Geschiebereaktivierung im Hochrhein» vor. Er zeigt auf, wie der Geschiebetrieb reaktiviert und Flussabschnitte ökologisch aufgewertet werden können. Der «Masterplan – Massnahmen zur Geschiebereaktivierung im Hochrhein» ist das Resultat einer umfassenden, den ganzen Hochrhein einbeziehenden Studie. Sie zeigt auf, wie der Geschiebetrieb wieder in Gang gebracht und die Lebensgrundlage für bedrohte Fischarten verbessert werden kann. Die von den deutschen und schweizerischen Behörden in Auftrag gegebene Studie wurde durch ein interdisziplinäres Team bestehend aus Spezialisten der Flussbau AG, der Technischen Universität München sowie dem auf Gewässerökologie spezialisierten Büro WFN – Wasser Fisch Natur erarbeitet und von Umweltverbänden, Kraftwerksbetreibern und Behörden begleitet. Mehrere Fischarten sind in den letzten Jahrzehnten aus dem Hochrhein verschwunden. Heute gibt es noch 31 Fischarten, die sich unter anderem von Klein-

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Bild 2. Feuchtgebiet Marais de Damphreux.

tieren ernähren, die in den Hohlräumen der Flusssohle leben. Zudem sind kieslaichende Fischarten wie Äsche, Bachforelle oder Barbe für ihre Fortpflanzung auf eine lockere Kiessohle angewiesen. Eine ökologisch funktionierende Flusssohle setzt voraus, dass sich genügend Kies (Geschiebe) im Fluss befindet und dieser regelmässig umgelagert wird. Das ist heute im grossteils eingestauten Hochrhein und in den massgebenden Zuflüssen nicht mehr möglich. Der Fliessgewässercharakter und der Flusslebensraum haben sich dadurch verändert, in den noch freifliessenden Strecken ist die Sohle ausgewaschen und kolmatiert, das heisst, die Sohle ist abgepflästert, vergröbert und die Hohlräume im Kies sind mit Feinsedimenten aufgefüllt. Der Masterplan zeigt auf, in welchen Flussabschnitten der Lebensraum für die Fische und Kleintiere verbessert werden kann. Vor allem die noch freifliessenden Flussstrecken haben ein grosses Geschiebedefizit und ein grosses ökologisches Aufwertungspotenzial. Dies sind die freifliessende Strecke zwischen dem Kraftwerk Reckingen und dem Kraftwerk Albbruck-Dogern (Koblenzer Laufen), die Restwasserstrecke des Kraftwerks Albbruck-Dogern sowie Strecken unterhalb der Kraftwerke Säckingen und Rheinfelden. Hingegen bringt eine Geschiebereaktivierung in den von den Kraftwerken eingestauten Bereichen keine wesentliche Verbesserung für die gefährdeten kieslaichenden Fischarten und kiesbewohnenden Kleintiere. Der Masterplan enthält konkrete Vorschläge, wie der Geschiebetrieb in den Abschnitten mit Aufwertungspotenzial reaktiviert werden kann. Diese Massnahmen umfassen künstliche Kieszugaben, das Zulassen von Seitenerosion, das Auffüllen von Geschiebefallen sowie die temporäre Absenkung der Wasserspiegel bei den Kraftwerken, um den Geschiebetransport durch die Stauhaltungen zu ermöglichen. Die Massnahmen sind nach Kosten/Nutzen-Verhältnis und Dringlichkeit priorisiert. Der Masterplan schlägt vier Szenarien vor, wobei jedes Szenario aus einer Kombination verschiedener Massnahmen besteht. Die Umsetzung der vorgeschlagenen Massnahmen ist nicht Bestandteil des Masterplanes und wird in den kommenden Jahren von den Behörden in Zusammenarbeit mit den Kraftwerksbetreibern und Umweltverbänden an die Hand genommen. Einzelne Massnahmen werden schon heute, im Rahmen der mit der Baugenehmigung für das Kraftwerk Eglisau verfügten Umweltmassnahmen, umgesetzt.

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Der Bericht mit Anhang kann auf der Webseite des BFE heruntergeladen werden (vgl. auch Hinweis in der Rubrik Publikationen). (BFE)

Ene E ne r g iiewi ewi r ts t s c haf t Stromverbrauch 2012 um 0.6% gestiegen Im Jahr 2012 ist der Stromendverbrauch in der Schweiz um 0.6% auf 59.0 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh) gestiegen; der Inlandverbrauch (zuzüglich Übertragungs- und Verteilverluste) lag bei 63.4 Mrd. kWh. Die Landeserzeugung der einheimischen Kraftwerke stieg um 8.2% auf 68.0 Mrd. kWh bzw. lag bei 65.6 Mrd. kWh nach Abzug des Verbrauchs der Speicherpumpen. Damit resultierte ein Stromexportüberschuss von 2.2 Mrd. kWh gegenüber einem Stromimportüberschuss von 2.6 Mrd. kWh im Vorjahr. Der schweizerische Elektrizitätsverbrauch (Endverbrauch = Landesverbrauch nach Abzug der Übertragungs- und Verteilverluste von 4.4 Mrd. kWh) stieg 2012 um 0.6% auf 59.0 Mrd. kWh (2011: 58.6 Mrd. kWh). Die stärkste Zunahme ergab sich mit +1.9% im ersten Quartal, in den übrigen Quartalen veränderte sich der Stromverbrauch im Vergleich zu den Vorjahresquar-

talen weniger stark mit +0.4% (2. Quartal), -0.6% (3. Quartal) und +0.6% (4. Quartal). Zurückzuführen ist die starke Zunahme im ersten Quartal auf den sehr kalten Februar («Kältewelle») sowie auf den zusätzlichen Tag im Februar (Schaltjahr). Dieser zusätzliche Tag bewirkte eine Zunahme des Elektrizitätsverbrauchs 2012 von ca. 0.3%. Starke Zunahme der Produktion von Strom aus Wasserkraft Die Elektrizitätsproduktion (Landeserzeugung vor Abzug des Verbrauchs der Speicherpumpen von 2.4 Mrd. kWh) des schweizerischen Kraftwerkparks stieg 2012 um 8.2% auf 68.0 Mrd. kWh (2011: 62.9 Mrd. kWh). Nach dem Rekordjahr 2001 ist dies das zweithöchste jemals erzielte Produktionsergebnis. In jedem Quartal des Jahres lag die Inlanderzeugung über den entsprechenden Vorjahreswerten (+ 6.1%, + 14.4%, + 8.4% und + 3.8%). Die Wasserkraftanlagen (Laufkraft- und Speicherkraftwerke) erzeugten aufgrund der grossen Niederschlagsmengen und den überdurchschnittlich grossen Schneemengen in den Bergen 18.1% mehr Elektrizität als im Vorjahr (Laufkraftwerke + 21.0%, Speicherkraftwerke + 15.8%). Im Sommer betrug die Produktionszunahme der Wasserkraftwerke 20.4%, in den beiden Winterquartalen 15.1%. Die Stromproduktion der fünf schweizerischen Kernkraftwerke sank um 4.8% auf

Tabelle 1. Elektrizitätserzeugung und -verbrauch 2012 (Quelle: BFE). 160

24.3 Mrd. kWh (2011: 25.6 Mrd. kWh), obwohl das Kernkraftwerk Mühleberg einen neuen Produktionsrekord vermeldete. Die Verfügbarkeit des schweizerischen Kernkraftparks lag bei 84.9 (2011: 89.3%). Am gesamten Elektrizitätsaufkommen waren die Wasserkraftwerke zu 58.7%, die Kernkraftwerke zu 35.8% sowie die konventionellthermischen und anderen Anlagen zu 5.5% beteiligt. Exportüberschuss im Jahre 2012 Bei Importen von 86.8 Mrd. kWh und Exporten von 89.0 Mrd. kWh ergab sich 2012 ein Exportüberschuss von 2.2 Mrd. kWh (2011: Importüberschuss von 2.6 Mrd. kWh). Im ersten und vierten Quartal importierte die Schweiz per Saldo 3.3 Mrd. kWh (2011: 4.4 Mrd. kWh), im zweiten und dritten Quartal exportierte sie per Saldo 5.5 Mrd. kWh (2011: 1.8 Mrd. kWh). Der Erlös aus den Stromexporten betrug 6028 Mio. Franken (6.78 Rp./kWh). Für Importe fielen Ausgaben von 5257 Mio. Franken an (6.06 Rp./kWh). Gegenüber dem Vorjahr stiegen die Erlöse damit um 6.0% und die Ausgaben um 12.5%. Der positive Aussenhandelssaldo der Schweiz sank um 24.3% auf 771 Mio. Franken (2011: 1018 Mio. Franken). (BFE)

Avenir Suisse warnt vor Energiewende im Alleingang. Wie die Schweiz mit Ökostrom und Kapazitätsmärkten umgehen soll Avenir Suisse hat sich mit der Problematik fehlender Investitionsanreize in konventionelle Kraftwerkskapazitäten befasst. Diese werden zum Ausgleich der fluktuierenden Produktion insbesondere aus Solar- und Windstrom benötigt, verfügen – unter anderem aufgrund des Verdrängungseffekts der erneuerbaren Energien – derzeit aber nicht über ausreichende Wirtschaftlichkeit. Im Diskussionspapier «Keine Energiewende im Alleingang» empfiehlt Avenir Suisse, dass sich die Schweiz bei der Einführung von Kapazitätsmärkten am europäischen Umfeld orientieren soll. Die wachsende Einspeisung erneuerbarer Energien in Europa stellt die Wirtschaftlichkeit von konventionellen Kraftwerken zunehmend in Frage. Genau diese konventionellen, steuerbaren Kraftwerke sind jedoch als Back-up dringend nötig, um die fluktuierende Produktion erneuerbarer Energien auszugleichen. Immer mehr Länder erwägen daher die Einführung sogenannter Kapazitätsmärkte bzw. -mechanismen, also eine finanzielle Förderung der

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Grosshandelspreise oder geringerer bzw. seltenerer Preisausschläge (Knappheitspreise). Zudem wäre ein auf die Schweiz beschränkter Kapazitätsmarkt aufgrund der hohen administrativen Aufwendungen, der fehlenden Liquidität und des mangelnden Wettbewerbs beim Kraftwerksangebot auf jeden Fall ineffizient. Eine enge Koordination mit den Nachbarn wäre daher fast zwingend. Handlungsempfehlungen Die Schweiz sollte somit hinsichtlich der Förderung der Bereitstellung von Kraftwerkskapazitäten keinen vorschnellen Alleingang wagen, sondern vorsichtig abwarten. Das kann sie sich auch leisten, da auf absehbare Zeit kein akuter Mangel an Kraftwerkskapazität im Inland besteht. Ferner sollte die Schweiz den wachsenden Marktverzerrungen durch fluktuierende Energien auf der Nachfrageseite begegnen. Das setzt voraus, dass die Verbraucher bedeutend stärker als heute auf kurzfristige Preisveränderungen reagieren, was vor allem durch den kombinierten Einsatz von Smart Metering und marktnahen Tarifen ermöglicht werden könnte. Derzeit werden solche Lösungen jedoch durch das Fehlen der Marktöffnung bei kleineren Verbrauchern behindert. Schliesslich zeigt die Analyse, dass ein anhaltender Ausbau der Subventionierung von erneuerbaren

Bild. Entwicklung in Europa – eine Übersicht. In zahlreichen europäischen Ländern sind Kapazitätsmechanismen bereits implementiert oder werden diskutiert. «Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

Energien im Rahmen der Kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) nicht nachhaltig ist. Die KEV verschärft nicht nur das Investitionsproblem bei den konventionellen Kraftwerken, sondern sie wird bei wachsender Einspeisung der erneuerbaren Energien auch immer ineffizienter. Will die Politik unbedingt an einer expliziten Förderung festhalten, dann müsste diese grundsätzlich neu konzipiert und dabei enger am Markt ausgerichtet werden. (Avenir Suisse/Energie Forum) Vgl. dazu auch das Diskussionspapier: «Keine Energiewende im Alleingang – wie die Schweiz mit Ökostrom und Kapazitätsmärkten umgehen soll» von Urs Meister, Download unter: www.avenir-suisse.ch

K l i ma Sichtbare Auswirkungen des Klimawandels in der Schweiz Der Klimawandel hat sichtbare Auswirkungen auf die Umwelt in der Schweiz. Dies geht aus dem neuen Bericht «Klimaänderung in der Schweiz» der Bundesämter für Umwelt (BAFU) und für Meteorologie und Klimatologie (MeteoSchweiz) hervor. Der Bericht zeigt wichtige Entwicklungstendenzen und Handlungsfelder auf und ersetzt den ersten Bericht aus dem Jahr 2007. Die Klimaänderung wirkt sich auf verschiedene Sektoren in der Schweiz aus. Dies lässt sich anhand von rund 50 Indikatoren beobachten und illustrieren. Der neue Bericht «Klimaänderung in der Schweiz» des Bundesamts für Umwelt BAFU und des Bundesamts für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz macht deutlich: Die Auswirkungen des Klimawandels sind am augenfälligsten bei Wasserkreislauf, Gletscher, Permafrost und Schneedecke sowie bei potenziell grossen Schadenereignissen wie Extremtemperaturen, Dürre, Starkniederschläge, Hochwasser, Erdrutsche und Murgänge. Auch bei den Ökosystemen lassen sich Veränderungen feststellen. Daneben gibt es weitere klimaempfindliche Sektoren wie Wintertourismus, Energie und Gesundheit, wo die Nachteile des Klimawandels überwiegen. Hingegen kann zum Beispiel die Landwirtschaft wegen der Verlängerung der Vegetationsperiode von einer moderaten Klimaerwärmung profitieren, sofern die Temperatur bis 2050 um nicht mehr als zwei bis drei Grad C ansteigt. Die Treibhausgasquellen in der Schweiz Zwischen 1900 und 2010 stiegen die ge161

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Bereitstellung von Kraftwerkskapazitäten (siehe Abbildung unten). Enge Vernetzung Die Schweiz ist wegen ihrer engen Vernetzung mit den Nachbarländern und der hohen Bedeutung des Stromhandels von den Entwicklungen in Europa direkt betroffen. Sie «importiert» nicht nur die von den subventionierten erneuerbaren Energien verursachten Marktverzerrungen, sondern auch die potenziell preissenkenden Effekte allfälliger Kapazitätsmechanismen. Deshalb wäre es für die Schweiz wohl ziemlich schwierig, bei einer allgemeinen Einführung von Kapazitätsmechanismen in den Nachbarländern abseits zu stehen. Zwar könnten inländische Verbraucher von durchschnittlich tieferen Marktpreisen profitieren, doch würden gleichzeitig die Erträge der Stromproduzenten unter Druck geraten. Längerfristig könnte die Versorgungssicherheit gefährdet werden, da der Bau neuer Kraftwerke im Inland weniger attraktiv würde. Umgekehrt wäre die unilaterale Einführung eines Fördermechanismus für konventionelle Kraftwerke in einem kleinen Land wie der Schweiz wegen der engen Vernetzung mit den Nachbarn wenig sinnvoll und nur begrenzt funktionsfähig. Die inländischen Verbraucher würden die Kosten tragen, hätten aber keinen Gegenwert in Form tieferer

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samten Treibhausgasemissionen der Schweiz von 13.1 Millionen Tonnen CO2Äquivalenten auf 54.2 Millionen Tonnen. Trotz der massiven Zunahme der Anzahl Fahrzeuge und des höheren Heizwärmebedarfs, der namentlich auf das Bevölkerungswachstum zurückzuführen ist, bleibt die Summe der Treibhausgasemissionen seit 1990 relativ stabil. Der grösste Anteil der landesweiten Emissionen entfällt auf den Verkehrssektor. Dessen Quote erhöhte sich seit 1950 von schätzungsweise neun Prozent auf über 30 Prozent. Massnahmen zur Verminderung des Ausstosses wirken Die Gründe für diese Stabilisierung sind namentlich die positiven Auswirkungen der Einführung des CO2-Gesetzes im Jahr 2000 sowie die Massnahmen in den einzelnen Sektoralpolitiken, die auf eine Verringerung oder Vermeidung des energiebedingten CO2-Ausstosses abzielen. Das deutlichste Anzeichen der klimatischen Veränderungen in den vergangenen Jahrzehnten ist zweifellos der Temperaturanstieg. Dieser betrug 0.12 Grad C pro Jahrzehnt. Wenig überraschend ging das Jahr 2011 als das wärmste Jahr seit Beginn der Temperaturmessungen im Jahr 1864 in die Geschichte der Schweiz ein. Auswirkungen auf die Natur Auch in der natürlichen Umwelt sind die Folgen des milderen Klimas bereits spürbar. Abgesehen von den Auswirkungen auf die natürlichen Lebensräume verändern sich auch die Vielfalt und die Bestände der Pflanzen- und Tiergesellschaften. Sowohl in den terrestrischen als auch in den aquatischen Lebensräumen sind saisonale Schwankungen erkennbar. Für die in der Schweiz heimischen Pflanzenarten beginnt der phänologische Frühling früher. Seit einem Jahrhundert nimmt die Vielfalt der alpinen Flora zu, weil im Flachland heimische Arten sich auch in höheren Lagen ansiedeln. Auch die Bestände gewisser Brutvögel (z.B. der Zaunammer) sind seit 1990 gewachsen. Die langsam voranschreitenden Klimaänderungen wirken sich indessen nur selten sofort und deutlich erkennbar auf die Gesellschaft und die Wirtschaft aus. Im Energiebereich ist allerdings ein Rückgang der Anzahl Heiztage pro Jahr feststellbar, was sich unmittelbar im Brennstoffverbrauch niederschlägt. Im Gesundheitssektor wiederum zeigt sich, dass die Jahre mit erhöhter Sommersterblichkeit mit besonders ausgeprägten sommerlichen Hitzewellen zusammenfallen. Die Massnahmen, die auf nationaler und internationaler Ebene zur Verringerung der Treibhausgasemis162

sionen ergriffen wurden, können die Erwärmung bestenfalls begrenzen. Deshalb kommt der Anpassung an die Klimaänderungen wachsende Bedeutung zu. Angesichts dieser Tatsache hat der Bund beschlossen, eine Strategie zur Anpassung an den Klimawandel auszuarbeiten. Gewisse Sektoren haben bereits Anpassungsmassnahmen eingeleitet. Der Bericht mit Anhang kann auf der Webseite des BAFU heruntergeladen werden (vgl. auch Hinweis in der Rubrik Publikationen). (BAFU)

Rüc kbl ic k Ve r anstaltunge n Tag der Hydrologie: Die Hydrologie bleibt in Forschung und Praxis unverzichtbar Über 300 Forschende und Vertreterinnen und Vertreter aus der Praxis trafen sich am 4. und 5. April 2013 an der Universität Bern zum «Tag der Hydrologie». So gross war das Interesse der Fachwelt am traditionellen Jahrestreffen der Deutschen Fachgemeinschaft Hydrologische Wissenschaften noch nie.

Bild 1. Gut besuchter «Tag der Hydrologie» an der Universität Bern (Foto: Emmanuel Rey). Zum ersten Mal trafen sich die Hydrologinnen und Hydrologen aus dem deutschsprachigen Raum zum «Tag der Hydrologie» in der Schweiz. Zwar fand das jährliche Treffen bereits zum 15. Mal statt, doch bisher waren deutsche und österreichische Hochschulen für die Organisation verantwortlich gewesen. Den Auftakt der von der Universität Bern und Partnern organisierten Tagung machte eine Spezialveranstaltung zu «150 Jahre Hydrometrie in der Schweiz». In einem wegweisenden Entscheid hatte die Schweizer Regierung bereits 1863 beschlossen, in den Gewässern des Landes «vollständige und gleichmässige Pegelbeobachtungen» vorzunehmen. Seither wurde das hydrologische Messnetz kontinuierlich ausgebaut, und

Bild 2. Historische Messinstrumente zur Geschichte der Hydrometrie (Foto: Emmanuel Rey). heute betreibt das Schweizer Bundesamt für Umwelt BAFU über 350 Messstationen an Flüssen, Seen und im Grundwasser. Bewährte alte Methoden behalten oder Neues wagen? Das 150-Jahr-Jubiläum dieser Pioniertat galt es nun also zu feiern: Am «Tag der Hydrologie» blickten Referenten aus der Bundesverwaltung, von kantonalen Fachstellen sowie von Schweizer und ausländischen Hochschulen zurück auf die Geschichte der Wassermessungen in der Schweiz, zeigten die aktuellen Herausforderungen ihrer täglichen Arbeit beim Messen oder bei der Datenverwendung auf und wagten einen Blick in die Zukunft ihrer Disziplin. Vermutlich wird in der Hydrometrie auch künftig mit Flügeln gemessen. Doch die Ausblicke zeigten, dass auch die Datenerhebung mit digitaler Fotografie denkbar oder gar eine automatisierte Auswertung von Luftbildern möglich wäre. Diese Methoden befinden sich allerdings erst im Teststadium. Unterschiedliche Ansichten gab es auch zu den Anforderungen an optimale hydrometrische Datenreihen: Sind vor allem langjährige, bereinigte und flächendeckende Datengrundlagen gefragt oder reicht eine kurze Erhebungsperiode an einem Ort, um ein Gewässer zu charakterisieren oder Modelle zu eichen? Den Wasserkreislauf noch besser verstehen lernen Unbestritten ist allerdings, dass hydrometrische Messungen auch in Zukunft unentbehrlich sein werden. Sei es für die Anwendungen in der Wissenschaft, in der Umweltpolitik oder in der Praxis bei Ingenieuren und Planern. «Wir müssen die Hydrologie künftig noch mehr als Ganzes betrachten, die Zusammenhänge und Prozesse im Wasserkreislauf noch besser kennen und auch über unser eigenes

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Informationen zum «Tag der Hydrologie 2013» Der Tagungsband, Vorträge und Bilder zum «Tag der Hydrologie» vom 4. bis 6. April 2013 in Bern sind zu finden unter: http://chy.scnatweb.ch/d/Service/tdh 13.php. Tage der offenen Tür an 17 Messstationen Das Bundesamt für Umwelt BAFU lädt die interessierte Bevölkerung dazu ein, mehr über die Hydrometrie zu erfahren. Von Mai bis Oktober 2013 führt das BAFU an 17 Messstationen einen Tag der offenen Tür durch und ermöglicht Interessierten Anwohnerinnen und Anwohnern die Gelegenheit, Einblick in die Arbeiten der Hydrologinnen und Hydrologen im Feld zu erhalten. Daten und Veranstaltungsorte: www.bafu.admin. ch/hydrometrie2013-d

vermögen und präsentierte Lösungswege zur Bereitstellung von flächendeckenden Wasserstands- und Durchflussdaten. Gefragt seien räumliche Interpolation, neuartige Messverfahren zur Installation in den Gewässern und Erfassen von Gewässerdaten mittels Fernerkundung. Simon Scherrer, Inhaber eines auf hydrologische Fragestellungen spezialisierten Beratungsbüro im schweizerischen Reinach, zeigte, wie das in der Forschung gewonnene Wissen über die Charakteristik von Abflussprozessen bei Starkregen die detaillierte Kartierung von klein- und mesoskaligen Einzugsgebieten ermöglicht und wie diese flächendifferenzierte Betrachtung der Abflussprozesse als Grundlage für Niederschlag-Abflussmodelle dient. So lässt sich unter anderem zeigen, wann Landnutzungsänderungen und dezentrale Schutzmassnahmen für den Hochwasserschutz sinnvoll sind. Zukunft der Wassernutzung Auch in den Keynote-Referaten kam ein Vertreter der hydrologischen Praxis zu Wort. «Gute hydrologische Grundlagen sind das A und O der Wasserkraftnutzung», stellte Roger Pfammatter, Geschäftsführer des Schweizer Wasserwirtschaftsverband SWV zu Beginn seiner Ausführungen klar. Danach äusserste er sich zu der von der Schweizer Regierung beschlossenen Energiewende, die einen Ausbau der hydroelektrischen Produktion um 10 Prozent vorsieht, und meinte: «Das liegt am absolut oberen Rand des Denkbaren und erst recht des Machbaren!» Trotzdem sieht Pfammatter für die Wasserkraft eine zentrale Rolle bei der neuen Schweizer Ener-

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giestrategie. Der Blick auf die Jahresproduktion allerdings greife zu kurz, die grosse Stärke der Wasserkraftwerke sei ihre hohe Flexibilität, Strom genau dann zu produzieren, wenn er gebraucht werde. «Die Wasserkraft», proklamierte Roger Pfammatter zum Schluss, «ist der energiepolitische Trumpf des Alpenraums.» (Kaspar Meuli und Edith Oosenbrug) Die Zusammenfassung und die Folienpräsentation des Keynote-Referates zum Thema «Wasserkraft und Hydrologie» können auf der Webseite des SWV heruntergeladen werden: www.swv.ch/Publikationen/Referate-und-Artikel.

Ve r anstaltunge n

Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft

AGAW-Symposium und SWV-Hauptversammlung 2013 Wasserkraft im Alpenraum – Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen 4.–6.9.2013, Interlaken

Bild. Das Grimselgebiet, Foto: KWO. Im Namen ihrer Präsidenten laden die Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft (AGAW) und der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband (SWV) zu diesem internationalen Symposium vom 4.–6. September 2013 nach Interlaken ein. Das Symposium wird Beiträge aus Deutschland, Österreich, Südtirol und der Schweiz umfassen. Die Exkursion führt zur Grimsel und steht im Zeichen der Ausbauvorhaben der Kraftwerke Oberhasli AG, KWO. Im Rahmen der Veranstaltung findet auch die 102. Hauptversammlung des SWV statt, zu der 163

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Fachgebiet hinausschauen», so die Bilanz von Dominique Bérod, dem Leiter der Abteilung Hydrologie des BAFU, zum ersten Tag des Berner Hydrologen-Kongresses. Prozessverständnis, Klimawandel und Zukunft Wasserkraftnutzung: Das waren die zentralen Stichworte für den zweiten Tag der Veranstaltung, der von Keynote-Referaten und Parallelsessions mit Vorträgen zu neuesten Forschungsergebnissen geprägt war. In ihrer Keynote «Hydrologie in natürlichen Einzugsgebieten – Prozessverständnis als Puzzle» zeigte Theresa Blume vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ Potsdam, wie sich hydrologische Modelle und Feldversuche optimal ergänzen können. Am Beispiel einer Studie aus einer abgelegenen Region im Süden Chiles legte sie dar, wie sich in datenarmen Regionen dank Modellierung und gezielten Feldkampagnen Prozessverständnis generieren lässt. Und zwar in einem fruchtbaren Hin und Her, das sowohl zur Verbesserung des Modells wie des Versuchsdesigns beiträgt. Ungenügender Blick aufs grosse Ganze Harald Kunstmann vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie in GarmischPartenkirchen fragte in seiner Keynote: «Wie gut kennen wir den globalen Wasserkreislauf? Und was können wir von regionalen Klimamodellen erwarten?» Seine Antwort fiel ernüchternd aus. Der Grund: Das zunehmend ausgedünnte Netz von Messstationen in weiten Gebieten der Welt liefert nur ungenügende Daten für aussagekräftige Analysen und Prognosen. «Wir müssen extrem vorsichtig sein, aus diesen Datensätzen regionale Klimatrends abzuleiten. In vielen Regionen ist bei den Beobachtungsdaten nicht einmal die Richtung des Trends klar.» Besonders dürftig seien die Messdaten aus Südamerika, Afrika und der ehemaligen Sowjetunion. Die Frage nach der künftigen Verfügbarkeit von Wasser, so betonte Kunstmann, sei je länger je mehr von politischer Bedeutung. Es gehe dabei letztlich darum zu wissen, wie viel Wasser auf der Welt pro Mensch zur Verfügung stehe. Neue Methoden zur Datenerhebung Die ganze Breite der aktuellen hydrologischen Diskussion in Forschung und Praxis zeigte sich am Berner «Tag der Hydrologie» in 30 Fachvorträgen. So äusserte zum Beispiel Gerd Morgenschweis von der Bergischen Universität Wuppertal Sorgen über den schwindenden Stellenwert hydrometrischer Daten. Er zeigte, dass die heute im Durchflussmesswesen eingesetzten Verfahren nur punkthafte Daten zu liefern

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Mitglieder und Gäste eingeladen sind. Programmübersicht Mittwoch, 4. September 2013 18.25 Uhr Abendanlass Harder Kulm Donnerstag, 5. September 2013 08:30 Uhr Eintreffen im Kursaal Interlaken 09:00 Uhr Eröffnung und Keynote 09:30 Uhr Referate in 4 Sessionen 17:20 Uhr Ende Tagungsteil 17:30 Uhr Hauptversammlung SWV 18:45 Uhr Apéro im Theatersaal 19:30 Uhr Abendessen im Theatersaal Freitag, 6. September 2013 08:30 Uhr Exkursion zu den Kraftwerken Oberhasli AG, KWO 15:3 Uhr Ende der Exkursion Das detaillierte Tagungsprogramm ist diesem Heft als Flyer beigelegt bzw. kann der Webseite entnommen werden (Link vgl. Anmeldung). Tagungssprache ist Deutsch. Kosten Die Teilnahmegebühr ist unterteilt in eine pauschale Gebühr für das Symposium, inklusive Vorabend- und Abendanlass vom 5.9., und in eine Gebühr für die Exkursion vom 6.9. zu den KWO. Einzel- und Kollektivmitglieder von AGAW und SWV sowie Studierende haben vergünstigte Konditionen: • Symposium: CHF 330.– / 400.– / 165.– • Exkursion: CHF 80.– / 105.– / 40.– Anmeldung Ab sofort und bis zum 15. August 2013 ausschliesslich bequem und einfach über unsere Webseite: www.swv.ch/Symposium-AGAW-2013 Die Teilnehmerzahl ist beschränkt – Berücksichtigung der Anmeldungen nach Eingang.

Fachtagung Wasserkraft 2013 / Symposium Force hydraulique 2013 Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftwerken / Construction, exploitation et entretien des centrales hydroélectriques Mittwoch, 6. November 2013, Hotel Arte, Olten / Mercredi, 6 novembre 2013, Hôtel Arte, Olten

Die von der Kommission Hydrosuisse des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) lancierte Tagung bezweckt den Austausch aktueller technischer Entwicklungen rund um die Wasserkraftnutzung. / Sur l’initiative de la commission Hydrosuisse de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux (ASAE), le symposium a pour objectif de faciliter les échanges en matière de développements techniques actuels liés à l’utilisation de l’énergie hydraulique. Zielpublikum / Publique cible Angesprochen werden insbesondere Ingenieure und technische Fachleute von Wasserkraftbetreibern, Beratungsbüros und der Zulieferindustrie. / Le symposium est destiné en particulier aux ingénieurs et aux spécialistes des exploitations hydrauliques, des bureaux de conseil et des activités induites. Inhalt / Contenu Das detaillierte Tagungsprogramm ist diesem Heft als Flyer beigelegt bzw. kann der Webseite entnommen werden. Tagungssprachen sind Deutsch und Französisch. / Le symposium a pour objectif de faciliter les échanges en matière de développements techniques actuels liés à l’utilisation de l’énergie hydraulique. Du contenu: Kosten /Frais Für Einzelmitglieder und Vertreter von Kollektivmitgliedern des SWV gelten vergünstigte Tarife / Membres de l’ASAE profitent des tarifs préférentiels: • Mitglieder SWV / Membres ASAE: CHF 150.– • Nichtmitglieder / Non-membres: CHF 230.– • Studierende / Etudiants: CHF 75.– Inkl. Mittagessen und Pausenkaffee; exkl. 8% MWSt. / Sont inclus le repas de midi, les pauses café. 8% TVA exclue. Anmeldung / Inscription Ab sofort ausschliesslich bequem und einfach über unsere Webseite: / Inscriptions uniquement par le site web de l’ASAE s.v.p: www.swv.ch/Tagung-Wasserkraft-2013 (bzw. Direktlink auf der Startseite). Die Anmeldungen werden nach Eingang berücksichtigt. Teilnahmebestätigung und Rechnungstellung erfolgen im Oktober 2013. / Les inscriptions seront considerées par ordre d’arrivée. Confirmations et factures seront envoyées en Octobre 2013.

Age nda Sion, 17.–21.6.2013 Formation continue Hydro: Introduction aux aménagements hydroélectriques, avec visites (F) Hautes écoles spécialisées en coopération avec l’ASAE. www.swv.ch Rapperswil, 26.–28.6.2013 Formation continue Hydro: Exploitation et entretien (F) Hautes écoles spécialisées en coopération avec l’ASAE. www.swv.ch Lausanne, 27.6.2013 Lagobianco, 1000 MW de pompage-turbinage dans les Alpes Suisses Fadi Hachem, Stucky SA, Renens www.epfl.ch Interlaken, 4.–6.9.2013 Internationales Symposium AGAW und Hauptversammlung SWV, Wasserkraft im Alpenraum (D) SWV in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft (AGAW). Informationen und Anmeldung: www.swv.ch Luzern, 19./20.9.2013 Internationales Anwenderforum Kleinwasserkraft OTTI mit Partnern, u.a. SWV. Teilnahme Mitglieder SWV mit Ermässigung. Informationen und Anmeldung: www.otti.de Olten, 6.11.2013 Fachtagung Wasserkraft 2013: Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftwerken (D/F) SWV. Informationen und Anmeldung: www.swv.ch Zürich, 25.–27.6.2014 Internationales Symposium VAW: Wasser- und Flussbau im Alpenraum (D) Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich, in Zusammenarbeit mit der TU Graz und der TU München. Einreichung der Abstracts bis zum 19.7.2013. www.vaw-symposium.ethz.ch Lausanne, 3.–5.9.2014 River Flow 2014: International conference on fluvial hydraulics (E)

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Lausanne, 5.9.2014 KOHS-Tagung 2014: Swiss competences in river engineering and restoration Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV, im Rahmen der Konferenz Riverflow. Informationen folgen: www.swv.ch

Perso one ne n Zum Rücktritt von Jörg Aeberhard aus Kommissionen und Vorstand SWV Per Ende März 2013 hat sich Jörg Aeberhard aus dem aktiven Berufsleben verabschiedet und seine Stelle als Leiter Hydraulische Produktion bei der Alpiq aufgegeben. Damit zieht er sich bis zur Hauptversammlung 2013 auch von seinen Ämtern beim Schweizerischen Wasserwirtschaftsverband zurück.

Bild 1. Jörg Aeberhard bei einem der letzten offiziellen Augenscheine beim laufenden Bau des PSW Nant-de Drance im Wallis im März 2013 (Foto: Pfa). Jörg Aeberhard wurde im Jahre 2002 als Vertreter der damaligen Atel (heute: Alpiq) in den Vorstand und Ausschuss des SWV gewählt. Seit der Gründung der Kommission Hydrosuisse im SWV per Anfangs 2005 war er zudem eine prägende Figur in dieser Kommission, zuerst als engagiertes Mitglied und seit 2008 als deren Vorsitzender. In all diesen Jahren hat sich Jörg Aeberhard enorm für den SWV und die Wasserkraft eingesetzt. Ursprünglich Jurist, hat er sich mit voller Energie auch in die technischen und wirtschaftlichen Fragestellungen eingearbeitet – und ist so in den letzten Jahren zu einer der wich-

tigsten Stimmen für die Wasserkraft in der Schweiz geworden. Als Verwaltungsrat in diversen Kraftwerksgesellschaften, oftmals als deren Präsident, wusste er bestens Bescheid über die aktuellen Herausforderungen der Wasserkraftproduktion in der Schweiz – die immer mehr Anforderungen zu erfüllen hat und zunehmend unter wirtschaftlichen Druck geraten ist. Und dennoch war und ist er – wie auch der SWV – weiterhin überzeugt von der Zukunft der Wasserkraft als ökologische Bestleisterin. In seine aktive Zeit bei Alpiq fielen denn auch unter anderem die Neubauten der Flusskraftwerke Ruppoldingen und Gösgen sowie der Hochdruckanlage Navizence, die Erneuerung des Kraftwerkes Flumenthal, die laufende Leistungserhöhung beim Kraftwerk Hongrin-Léman und nicht zuletzt der Baustart für das neue Pumpspeicherkraftwerk Nant-de Drance im Wallis – neben dem Kraftwerk Linth-Limmern seit Jahrzehnten wohl die grösste Investition in die Wasserkraft in der Schweiz.

Bild 2. «Gipfeltreffen» zwischen bisherigem und neuem Vorsitzenden der Kommission Hydrosuisse: Jörg Aeberhard (links) und Andreas Stettler (rechts) am Grimsel (Foto: Pfa). Daneben fand er zum Glück auch noch Zeit, seine wertvollen Erfahrungen in den SWV einzubringen. Und mehr noch: sogar Beiträge für unsere Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft» zu verfassen. Insgesamt sechs Artikel sind verbrieft, von juristischen Überlegungen im Artikel «Rechtliche Verfahren für die Erneuerung des KW Ruppoldingen» in der ersten Ausgabe des Jahres 1990 bis zur Einschätzung der aktuellen Lage der Wasserkraft im Beitrag «Zur Schweizer Wasserkraft» vom August 2012. Die Geschäftsstelle des SWV und die Redaktion der Zeitschrift «Wasser Energie Luft» danken Jörg Aeberhard für das langjährige Engagement und die wertvollen Beiträge. Die Zusammenarbeit war nie

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langweilig und schon gar nicht humorlos – dafür danken wir ganz herzlich und freuen uns auf weitere Begegnungen an Veranstaltungen des SWV. Roger Pfammatter, SWV

Andreas Stettler neuer Vorsitzender der Kommission Hydrosuisse im SWV Der Vorstand des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes hat Andreas Stettler, Leiter Hydraulische Kraftwerke BKW FMB Energie AG, zum neuen Vorsitzenden der Kommission Hydrosuisse des SWV gewählt. Er hat diese Funktion von Jörg Aeberhard per Anfang Juni 2013 bereits übernommen. Andreas Stettler hat ursprünglich Maschineningenieur studiert und einen Zusatzabschluss in Unternehmensführung (Executive MBA der Uni St. Gallen). Nach beruflichen Stationen im Bereich des Maschinenbaus ist er 2006 zur BKW FMB Energie AG gestossen und dort seit April 2008 Leiter der Geschäftseinheit Hydraulische Kraftwerke. In dieser Funktion ist er bereits seit 2008 als Mitglied in der Kommission Hydrosuisse des SWV engagiert.

Bild 3. Andreas Stettler gondelnd über dem Grimselsee im August 2012 (Foto: Pfa). Mit seiner Wahl zum Vorsitzenden der Kommission ist damit auch eine gewisse Kontinuität innerhalb des Gremiums gewahrt. Wie sein Vorgänger verfügt auch Andreas Stettler über grosse Erfahrung und gute Kenntnis der aktuellen Herausforderungen in der hydraulischen Produktion, nicht zuletzt auch aufgrund seiner Mandate als Mitglied und Präsident diverser Verwaltungsräte von Partnerwerken. Zudem ist er Mitglied der Eurelectric Working Group Hydro und bringt damit internationale Vernetzung mit. Die Geschäftsstelle des SWV gratuliert Andreas Stettler zur erfolgreichen Wahl und freut sich auf die noch engere Zusammenarbeit. Roger Pfammatter, SWV 165

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IAHR-Committee on Fluvial Hydraulics and EPFL-LCH. Information and Anmeldung: http://riverflow2014.epfl.ch/

walden und Luzern – ausgebaut. Anlässlich dieser Erneuerung des Bauwerkes ist dieses prächtige Buch erschienen. (vif)

L ite i te r atur

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Klimaänderung in der Schweiz Die Energiewende – und wie sie gelingen kann

fassenden, den ganzen Hochrhein einbeziehenden Studie. Sie zeigt auf, wie der Geschiebetrieb wieder in Gang gebracht und die Lebensgrundlage für bedrohte Fischarten verbessert werden kann. (BFE) Ausgabe: 2013, 86 Seiten, Nummer UZ1308-D, Hrsg. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz, Reihe Umwelt-Zustand Das Klima der Erde verändert sich, und die Schweiz ist davon besonders betroffen. Das bezeugen diverse Umweltindikatoren, die mit der Klimaerwärmung in Verbindung gebracht werden. Dieser Bericht illustriert anhand einiger ausgewählter Beispiele die Klimaentwicklung sowie deren Auswirkungen auf die Kryosphäre, die Hydrosphäre, die Vegetation, die Gesundheit, die Wirtschaft und die Gesellschaft. Ausserdem wird dargelegt, welchen Druck die menschlichen Aktivitäten auf das Klima ausüben und wie gross die Mengen der daraus resultierenden Treibhausgase sind. Des Weiteren enthält dieser Bericht die wichtigsten politischen Antworten zur Begrenzung der Auswirkungen auf die Umwelt und zur Vorbeugung unerwünschter Entwicklungen. (BAFU)

Masterplan: Massnahmen zur Geschiebereaktivierung am Hochrhein Ausgabe: März 2013, Hrsg: Bundesamt für Energie (BFE) und Regierungspräsidium Freiburg (RPF); Autoren: Flussbau AG, Wasser Fisch Natur WFN und TU München; 110 Seiten plus Anhang, Bezug: als Download auf der Webseite des BFE: www.bfe.ch Der Masterplan ist das Resultat einer um166

Gestautes Wasser, regulierter See: Geschiche, Bau und Betrieb der Reusswehranlage in Luzern

Ausgabe: April 2013, Hrsg: Gianni Paravicini für den Kanton Luzern, Bau-, Umweltund Wirtschaftsdepartement, Dienststelle Verkehr und Infrastruktur (vif), Abteilung Naturgefahren; 196 Seiten, Hardcover, mit vielen farbigen und schwarzweissen Abbildungen; Lehrmittelverlag, ISBN 9783-271-60000-1, CHF 45.–. Die Reusswehranlage wurde in den Jahren 2009–2011 durch den Kanton Luzern im Auftrag der Anliegerkantone am Vierwaldstättersee – Uri, Schwyz, Obwalden, Nid-

Autor: Hanspeter Guggenbühl, Sachgebiet: Energie- und Verkehrspolitik / Ökologie, Umwelt, Raumplanung / Umweltwissenschaft, Umweltpolitik, Umfang: 144 Seiten, Preis: CHF 25.–, ISBN 978-37253-0992-4, erschienen: April 2013 Zum Buch Berner Zeitung: «Guggenbühls eben erschienenes, nüchternes, glasklar formuliertes Buch bringt seine Leser in Form für jedwede Energiedebatte.» AZ: «Hanspeter Guggenbühl hat ein sehr nützliches Buch geschreiben, das mit vielen falschen Vorstellungen aufräumt. Nach der Lektüre sieht man klarer, was es mit ‹Energie› auf sich hat und warum nicht alles ‹Strom› ist. (...) Im Moment läuft noch die Vernehmlassung der ‹Energiestrategie 2050›. Im Herbst dürfte der Bundesrat dann die Botschaft fürs Parlament veröffentlichen. Bis dahin ist genug Zeit, dass Parlamentarier, die übrigen Politiker und alle interessierten Bürger sich mit Guggenbühls Buch über die Energiewende klar werden können.» (Rüegger Verlag)

Die Themen der deutschen «Wasserwirtschaft» 5–6/2013 • Pumpspeicherkraftwerke zwischen politischem Wunsch und ökonomischer Realität Dominik Godde, Klaus Engels

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Potenziale für Pumpspeicherkraftwerke: Studien für Thüringen und Baden-Württemberg Stefan Schmid, Robert Achatz Umnutzung von Talsperren für die Energiewende Christoph Schöpfer, Jens Peters Ausnutzung des Wasserkraftpotenzials des Talsperrenbetriebes Sachsen-Anhalt unter Beachtung der hoheitlichen «Tätigkeit als Anstalt des öffentlichen Rechts» Udo Leier Anpassung des Talsperrenbetriebs an die Klimaänderung am Beispiel des Rurtalsperrensystems Matthias Kufeld, Gerd Demny, Bernd Hausmann, Christof Homann, Torsten Rose, Benjamin Sinaba, Holger Schüttrumpf Wie zeigt sich der Klimawandel in den deutschen Talsperren? Kathrin Jäschke, René Sachse, Thomas Petzoldt, Annekatrin Wagner, Tilo Hegewald, Thomas Berendonk, Lothar Paul Bewirtschaftung alpiner Speicherkraftwerke unter Berücksichtigung klimatischer und wirtschaftlicher Veränderungen Martin Bieri, Anton J. Schleiss, Frédéric Jordan Modifikationen beim Betrieb und Bewirtschaftung von Talsperren – Erfahrungen aus Sachsen-Anhalt Maren Dietze Sohleneinbrüche im Oberbecken des Pumpspeicherkraftwerks Happurg – Schadensanalyse und Sanierungskonzept Karl-Heinz Strasser, Tobias Heiserer Dichtungsinjektionen an der Kölnbreinsperre 2011/2012 Johannes Grillitsch, Roman Kohler, Kurt Kogler, Johann Hechenbichler Instandsetzung der Talsperre Klingenberg – Umsetzung des Projektes aus Betreibersicht Michael Humbsch, Eckehard Bielitz, Roland Männel Technisches Sicherheits-Management – Unterstützung für einen rechtssicheren und effizienten Talsperrenbetrieb Ludger Harder, Peter Klein, Katja Last Antje Nielinger Erhöhung und Ertüchtigung eines 50 Jahre alten Erddammes unter Betrieb am Blauen Nil Olivier Semar, Peter F. Ripper, Khidir M. Gasmelseed Einsatz innovativer Technologien und

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Bauverfahren beim Bau der 133 m hohen Gomal-Zam-Walz-beton-Bogengewichtsstaumauer Chongjiang Du Die Trinkwasser-Talsperre Wadi Dayqah im Oman – Erfahrungen aus Planung, Bau und Betrieb Theodor Strobl Das Projekt Hochwasserrückhaltebecken Niederpöbel – Steinschüttdamm mit Ökodurchlass und Strassendurchführung Roger Tynior, Roland Goldenbogen Birgit Lange Ertüchtigung des Sylvenstein-Staudamms – Planung und Ausführung der Dichtwand Heiko Nöll, Knut Langhagen, Martin Popp, Tobias Lang Das Rudolf-Fettweis-Werk in Forbach – ein Pumpspeicherwerk auf dem Weg in die Zukunft Oliver Haupt, Christiane Beer, Robert Achatz Neuerungen bei den ICOLD-Erdbebenauslegungskriterien für grosse Stauanlagen Martin Wieland Sicherheitsbewertung von Stauanlagen mit Bayesschen Netzen Jörg Franke Spezifische Ausbildung als wesentlicher Beitrag für den sicheren Talsperrenbetrieb Gerald Zenz, Pius Obernhuber, Helmut Czerny Stauanlagenaufsicht als Teil eines redundanten Sicherheitsdenkens? Friedhelm Garbe Kleine Talsperren und Hochwasserrückhaltebecken – ein DWA-Merkblatt für die Praxis Volker Bettzieche, Reinhard Pohl Das DTK als nationale Plattform von ICOLD Uwe Müller Dauerhafte Ertüchtigung von Erddämmen und deren Gründung durch Beton-Dichtwände Peter Banzhaf Kalkbehandlung: Neue Perspektiven für den Einsatz schluffiger und toniger Erden im hydraulischen Erdbau Gontran Herrier, Daniel Puiatti, Christophe Chevalier, Michel Froumentin, Stéphane Bonelli, Jean-Jacques Fry BioSealing – ein innovatives Verfahren zur Bodenabdichtung Georg Müller Optimierter Einsatz und Kombination von 3-D-Numerik und physikalischer Modellierung

«Wasser Energie Luft» – 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

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Roman Gabl, Stefan Achleitner, Andreas Sendlhofer, Thomas Höckner, Max Schmitter, Markus Aufleger Lufteintrag – eine Herausforderung bei physikalischen und numerischen Modellierungen Jürgen Stamm, Ulf Helbig, Tobias Gierra Der Einsatz von innovativen geophysikalischen Methoden bei der Erkundung von Hochwasserrückhaltebecken und Talsperren – Fallbeispiele aus der Praxis Thomas Hohlfeld, Thomas Dörrer, Ulrich Serfling Mach´s mit! – oder besser ohne? – Grundablässe im internationalen Vergleich Markus Aufleger Das Oberharzer Wasserregal – ein Weltkulturerbe Justus Teicke Ausgangslage am neuen Wasserkraftwerk Rheinfelden Armin Fust, Helmut Reif Neubau des Stauwehrs in Rheinfelden Helmut Reif Rohbau des Maschinenhauses Rheinfelden Alick Schwyzer Turbinen, Generatoren und Stahlwasserbau des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden Beat Karrer Elektro- und Leittechnik des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden Stefan Ficht Nebenanlagen des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden Beat Karrer Inbetriebsetzung und Betrieb des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden Stefan Ficht Rückbau der Altanlagen des Kraftwerks Rheinfelden Gerhard Blessing Ökologische Massnahmen im Umfeld des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden Jochen Ulrich Naturnahes Fliessgewässer am neuen Kraftwerk Rheinfelden Rolf-Jürgen Gebler, Paul Lehmann Zwischenergebnis der Fischzählung am neuen Wasserkraftwerk Rheinfelden Jochen Ulrich Bauperipherie des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden Frank Pelzer

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Die Themen der ÖWAW 1–4/2013 • The new «Act on Waste» in Hungary István, Z., Chrabák, P. • Abfallwirtschaft in einer zukünftigen Megastadt – Ermittlung der Haushaltsabfälle in Addis Abeba, Äthiopien Escalante, N., Rymkiewicz, A., Kranert, M. • Parallelwelten – informelle Arbeit in der Abfallwirtschaft Linzner, R., Pertl, A., Scherhaufer, S., Schmied, E., Obersteiner, G. • Clean development mechanism: a way to sustainable waste management in developing countries? Siebel, M.A., Rotter, V.S., Nabende, A., Gupta, J. • Produktion von Milchsäure durch die kaskadische Nutzung von Bioabfall Schneider, I., Bockreis, A. • Betriebsergebnisse und Auslegung von Feinrechen auf kommunalen Kläranlagen Uckschies, T. • Forderungspapier zur Finanzierung der Siedlungswasserwirtschaft in Österreich Dürr, K. • Spurenstoffe in der aquatischen Umwelt – Einleitung Kreuzinger, N., Kroiss, H. • Ableitung von Umweltqualitätsnormen für die chemische Qualität von Oberflächengewässern und Grundwasser Bursch, W., Clara, M., Grillitsch, B. • Belastung österreichischer Gewässer mit Spurenstoffen und Vergleich unterschiedlicher Eintragspfade Clara, M., Windhofer, G. • Anthropogene Spurenstoffe – Ableitung von gesundheitlichen Orientierungswerten durch den Einsatz von Biotestverfahren Grummt, T. • Regulatorische Massnahmen zur Reduktion von anthropogenen Spurenstoffen Rauchbüchl, A., Wimmer, M. • ÖWAV – Positionspapier «Eine Standortbestimmung zum Themenbereich anthropogene Spurenstoffe in der aquatischen Umwelt» ÖWAV-Arbeitsausschuss «Spurenstoffe»

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I ndustriemit ndustr ie mit teilungen tei lunge n

Regelmässiger Unterhalt – Werterhaltung der Wasserkraftwerke Dr. Christoph Ortmanns Um einen störungsfreien Betrieb und eine lange Lebensdauer der elektromechanischen Bauteile von Wasserkraftwerken zu gewährleisten, ist nach wie vor eine regelmässige Wartung die beste Präventivmassnahme. Gleichzeitig eröffnen Diagnosen die Möglichkeit, mit einem Retrofitting Leistungs- und Effizienzsteigerungen zu realisieren, die einen zusätzlichen Beitrag zur Wertschöpfung leisten. Bevor mit den eigentlichen Wartungsarbeiten an einer Anlage begonnen wird, ist es sehr sinnvoll, eine allgemeine Diagnose über den effektiven Zustand derselben durchzuführen. Aus den Befunden ergeben sich nicht nur die notwendigen Massnahmen, sondern es können sich präventive oder gar proaktive Lösungen abzeichnen, die über eine reine Wartung hinausgehen und den Wert der Anlage nachhaltig steigern. Umfassende Kennzahlen und langjährige Kompetenz Als Originallieferant der u.a. in die Alstom (Schweiz) AG übergegangenen Firmen MFO, Sécheron, BBC und ABB (Kraftwerkssparte bis 2011) verfügt Alstom nicht nur über sämtliche für die Befundung notwendigen Konstruktionszeichnungen, Stücklisten und Materialkenndaten, sondern auch über eine sehr gute Dokumentation der Maschinenhistorie, die aus den Inbetriebsetzungs- und Diagnoseberichten abgeleitet werden kann. Die Diagnose wird mit Hilfe verschiedener Spezialwerkzeuge von qualifizierten Fachleuten durchgeführt, die über ein langjähriges Knowhow verfügen. Im Anschluss lassen sich mit den Ergebnissen dieser Diagnoseinspektionen Reparaturund Retrofitlösungen proaktiv planen und einzelne Massnahmen mit Blick auf die möglichst lange Betriebsdauer der Anlage abstimmen. Diagnosen ergeben langfristig ein detailliertes Bild des Alterungszustandes und erlauben es, grössere und zeitintensive Arbeiten rechtzeitig einzuplanen, Produktionsausfälle auf ein Minimum zu reduzieren und die notwendigen Investitionen rechtzeitig bereitzustellen, was insgesamt zur Maximierung der Anlagenverfügbarkeit führt.

Wicklungs-Diagnose WIDIPRO® Der Alterungszustand der Wicklung lässt sich ebenfalls mit Hilfe einer Diagnose analysieren. Dazu sollten die verschiedenen elektrischen Messungen seit erster Inbetriebsetzung im Fünf-Jahres-Rythmus mit gleicher Messmethodik aufgenommen und von visuellen Inspektionen begleitet werden.

Bild 1: Nutverkeil-Kontrolle mit Robotor.

Bild 2. Elektrische Prüfung einer Statorwicklung. DIRIS® – Ermittlung von Blechschlüssen und Verkeilkontrollen Blechschlüsse im Stator werden mittels DIRIS® – einem speziell dazu konstruierten Roboter – eindeutig lokalisiert, wodurch übermässige Erwärmungen und möglicher Eisenbrand des Generatorblechkörpers rechtzeitig verhindert werden. Mit diesem Roboter lassen sich auch Verkeilkontrollen bei eingebautem Rotor durchführen. FE-Berechnungen zur Lebensdauerabschätzung Den Stand der Technik zur Lebensdauerabschätzung von mechanischen Bauteilen wie z.B. Pol-Kranzklauenverbindungen, bildet heute die FKM-Richtlinie (Forschungskuratorium Maschinenbau), der

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Bild 3. Berechnungsergebnisse einer FEBerechnung.

Bild 4. Reparatur des Weissmetalls einer Lagerschale: oft ist es nicht erforderlich, das komplette Lager neu auszugiessen.

Bild 5. Erneuerung einer defekten Dämpferverbindung.

Bild 6. Neuisolation einer Polwicklung.

Kontakt: Für weitere Informationen stehen Ihnen in der Hydro-Abteilung von Alstom in Birr jederzeit gerne zur Verfügung: Dr. Christoph Ortmanns Service Wasserkraftanlagen Leiter Verkauf & Projektleitung D/CH christoph.ortmanns@alstom.com Dr. Armin Schleussinger Service Wasserkraftanlagen Technischer Direktor Generator, Erregung, Leittechnik Europa Dr.-Ing. Sylvain Déplanque Leiter mechanische Berechnung Generator Europa

SISTAG mit vielen Neuheiten an der Suisse Public 2013 Wey-Plattenschieber Als absolute Neuheit präsentiert SISTAG den Weyotine-Schneideschieber. Das im Plattenschieber integrierte Schneidepaket durchtrennt langfaserige Medien wie Stroh, Holz, Plastik und anderes einfach und sicher, damit die Dichtheit auch bei problematischen Medien gewährleistet werden kann. Wey-Absperr- und -Rückschlagklappen Die Absperrklappe TZ für den Einsatz im Trinkwasser ist innen und aussen komplett

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Nachrichten

eine dreidimensionale Spannungsberechnung für die kritischen Bauteile zu Grunde liegt. Zur Durchführung dieser Berechnungen hat Alstom in der Abteilung für mechanische Berechnungen in Birr ein eigenes fünfköpfiges Expertenteam aufgebaut. Unterhaltsarbeiten für kleinere Reparaturen nutzen Neben den üblichen Reinigungsarbeiten ist es empfehlenswert, kleinere Reparaturmassnahmen im Rahmen dieser Wartungsarbeiten durchzuführen. Erfolgt dies rechtzeitig, lassen sich grössere Folgeschäden vermeiden sowie Verfügbarkeit und Lebensdauer der Komponenten steigern. Zudem bietet sich im Rahmen solcher Arbeiten die Möglichkeit, technische Probleme durch Modifikationen zu beseitigen; typische Beispiele hierfür sind: • Statornutverkeilung: Nachverkeilung oder komplette Neuverkeilung • Fixierung der Wickelkopfabstützung • Lagerreparaturen inkl. Modifikationen • Polrevisionen • Neuisolation (auch bei vorhandener Asbestbelastung) • Erneuerung der Spulenverbindung

Bild. Weyotine Schneideschieber emailliert und mit einer rostfreien Klappenscheibe ausgerüstet. Die Rückschlagklappe RSK für den Abwasserbereich stellen wir in den Nennweiten DN 65 bis NEU DN 300 her. Als absolute Neuheit präsentieren wir die Rückschlagklappe RSK in komplett rostfreier Ausführung, welche in den Nennweiten DN 80 bis DN 150 gefertigt wird. Wey-Schützen Der Rinnenschütz in den Nennweiten LW 150 bis 500 wurde speziell für den Schachteinbau konzipiert. Nun wird er auch als Version für den Einbau in den Rundschacht hergestellt. Wassertechnik von Steinhardt Fremdenergiefreie Regen- und Schmutzwasserbehandlung. Der Umwelt zuliebe! Hoch- und Löschwasserschutz in IBS Dammbalkensysteme zum Schutz von Mensch und Umwelt. SISTAG AG, CH-6274 Eschenbach, Halle 302, Stand D044 www.sistag.ch

Steffturbine: Kleinstturbine mit hohem Wirkungsgrad Anlässlich der All Energy 2013 in Aberdeen präsentiert die WRH Walter Reist Holding AG ihr neues Steffturbinen-Konzept. Es handelt sich um eine in Zusammenarbeit mit der Universität der Bundeswehr München entwickelte Kleinturbine für die kostengünstige Erzeugung von Elektrizität aus Wasserkraft in kleinräumigem Gelände. Sie beruht auf dem fördertechnischen Prinzip und arbeitet wie ein oberschlächtiges Wasserrad. Die Steffturbine ist für den Einsatz in Fliess- und Staugewässern, Kläranlagen, Bewässerungseinrichtungen oder Auslauf169

Bild. Die Steffturbine beruht auf dem fördertechnischen Prinzip und erreicht einen Wirkungsgrad von 92 Prozent.

kanälen bei bestehenden Kraftwerken geeignet. Auch die Energie von Nutzwasser in Industriebetrieben wandelt die Steffturbine effizient in Elektrizität um. Die mit der Steffturbine gewonnene Elektrizität kann in einem autarken System genutzt, in ein Netz eingespeist oder in Kombination mit anderen Energieerzeugern (Erdwärme, Sonne, Wind) in ein Verbundnetz eingebracht werden. Der Betrieb einer Steffturbine ist in jenen Regionen wirtschaftlich interessant, wo grosse Mengen an Rest- und Prozesswasser anfallen und die Einspeisung mit attraktiven Tarifen rückvergütet wird bzw. sich durch die Eigenversorgung Stromkosten einsparen lassen. Ihre idealen Bedingungen findet die Steff-

turbine bei einer Fallhöhe des Wassers zwischen 3 und 5 Metern. Sie liefert eine Leistung von maximal 12 kW, bei einem Wirkungsgrad von 92 Prozent, der deutlich über jenem eines herkömmlichen Wasserrades liegt. Die Steffturbine ist im Neigungswinkel und in der Länge an das Gelände anpassbar. Für das Erreichen einer höheren Gesamtleistung können mehrere der kompakten Turbinen im Parallelbetrieb eingesetzt werden. Bauweise, Funktionsprinzip und Wirkungsgrad der Steffturbine werden auf der All Energy anhand eines Modells anschaulich demonstriert. WRH Walter Reist Holding AG Industriestrasse 1, CH-8340 Hinwil www.walter-reist-holding.com

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Schweizerische Fachzeitschrift für Wasserrecht, Wasserbau, Wasserkraftnutzung, Gewässerschutz, Wasserversorgung, Bewässerung und Entwässerung, Seenregulierung, Hochwasserschutz, Binnenschifffahrt, Energiewirtschaft, Lufthygiene. Revue suisse spécialisée traitant de la législation sur l’utilisation des eaux, des constructions hydrauliques, de la mise en valeur des forces hydrauliques, de la protection des eaux, de l’irrigation et du drainage, de la régularisation de lacs, des corrections de cours d’eau et des endiguements de torrents, de la navigation intérieure, de l’économie énergétique et de l’hygiène de l’air. Gegründet 1908. Vor 1976 «Wasser- und Energiewirtschaft», avant 1976 «Cours d’eau et énergie» Redaktion: Roger Pfammatter (Pfa), Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes Layout, Redaktionssekretariat und Anzeigenberatung: Manuel Minder (mmi) ISSN 0377-905X Verlag und Administration: Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, Rütistrasse 3a, CH-5401 Baden, Telefon 056 222 50 69, Telefax 056 221 10 83, http://www.swv.ch, info@swv.ch, E-Mail: r.pfammatter@swv.ch, m.minder@swv.ch, Postcheckkonto Zürich: 80-32217-0, «Wasser Energie Luft», Mehrwertsteuer-Nr.: 351 932 Inseratenverwaltung: Manuel Minder · Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (SWV) Rütistrasse 3a · 5401 Baden · Telefon 056 222 50 69 · Fax 056 221 10 83 · E-mail: m.minder@swv.ch Druck: buag Grafisches Unternehmen AG, Täfernstrasse 14, 5405 Baden-Dättwil, Telefon 056 484 54 54, Fax 056 493 05 28 «Wasser Energie Luft» ist offizielles Organ des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) und seiner Gruppen: Associazione Ticinese di Economia delle Acque, Verband Aare-Rheinwerke, Rheinverband und des Schweizerischen Talsperrenkomitees. Jahresabonnement CHF 120.– (zuzüglich 2,5% MWST), für das Ausland CHF 140.–, Erscheinungsweise 4  pro Jahr im März, Juni, September und Dezember Einzelpreis Heft, CHF 30.–, zuzüglich Porto und 2,5% MWST

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