Wasser Energie Luft 3/2016

3-2016

Räterichsbodensee der Kraftwerke Oberhasli (Foto: Roger Pfammatter, SWV)

15. September 2016

· Wasserzins – Reformbedarf im neuen Marktumfeld · Aufwertung KW Oberhasli · Mehrzweckspeicher · Schwemmholztransport

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II

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Editorial Er fällt nicht vom Himmel

D

Roger Pfammatter Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

er Wasserzins ist das Entgelt, das die Schweizer Wasserkraftwerke den Standortkantonen und -gemeinden für die Nutzung der Ressource Wasser zu entrichten haben. Die entsprechende gesetzliche Regelung wurde vor hundert Jahren auf nationaler Ebene eingeführt. Von Beginn an hat der Gesetzgeber ein Maximum vorgesehen, mit dem erklärten Ziel, dass die Ausnutzung der einheimischen Wasserkräfte durch die Abgabe nicht wesentlich erschwert werden darf. Seither wurde dieses Maximum aber bereits sieben Mal erhöht und hat sich in realen Werten fast verdreifacht. Heute fliessen jährlich rund 550 Millionen Schweizer Franken in die Kassen der begünstigten Gemeinwesen und belasten die Wasserkraftwerke mit der Hälfte des am Markt erzielbaren Preises.

Das nunmehr 100-jährige Bestehen des Wasserzinses und die gesetzlich vorgesehene Neuregelung auf Anfang des Jahres 2020 sind Anlass für einen kritischen Blick auf diese urschweizerische Abgabe (vgl. dazu den Beitrag ab Seite 173 in diesem Heft).

Die Analyse macht deutlich, dass die noch aus der Zeit des Monopols stammende starre Regelung zur Bemessung nicht zukunftsfähig ist. Insbesondere bleibt ausgeblendet, dass die Schweizer Wasserkraft

inzwischen am europäischen Strommarkt bestehen muss. Damit ist auch der Wasserzins mittels Erträgen am Markt zu erwirtschaften und kann nicht mehr einfach den Endverbrauchern weiterverrechnet werden. In Kombination mit den zusammengebrochenen Grosshandelspreisen führt das zu massiven Verlusten der einheimischen Wasserkraft. Dies verhindert die notwendige Erneuerung und Modernisierung der Kraftwerke und gefährdet letztlich den Erhalt des energiepolitischen Trumpfs der Schweiz.

Es ist nachvollziehbar, dass sich die begünstigten Gemeinwesen an die seit Jahrzehnten fliessenden Millionen gewöhnt haben und gerne möglichst mehr davon hätten. Das reicht aber nicht zur Legitimation, denn der Wasserzins fällt ja nicht einfach vom Himmel. In der neuen Stromwelt sind die am Markt erzielbaren Erträge der Massstab für den Wert der Ressource Wasser. Sind diese hoch genug, soll die Beanspruchung des öffentlichen Gutes durch die Wasserkraft angemessen entschädigt werden. Sind sie aber zu tief, um selbst die Produktionskosten der Wasserkraft zu decken, müssen politisch allenfalls dennoch erwünschte Ausgleichszahlungen anderweitig finanziert werden.

Elle ne tombe pas du ciel

La redevance hydraulique est la rétribution que les centrales hydroélectriques suisses doivent verser aux cantons et aux communes concernés pour l’utilisation de la ressource «eau». La législation correspondante a été introduite au niveau national il y a une centaine d’années. Dès le départ, le législateur avait prévu un maximum avec le but déclaré que l’utilisation des forces hydrauliques indigènes ne soit pas substantiellement entravée par les redevances. Depuis lors, ce maximum a déjà été augmenté à sept reprises et a quasiment triplé en termes réels. Aujourd’hui, environ 550 millions de francs suisses sont injectés annuellement dans les caisses des collectivités bénéficiaires, affectant les centrales hydroélectriques par la moitié du prix réalisable sur le marché.

L’existence plus que centenaire de la redevance hydraulique et la nouvelle réglementation prévue dès 2020 sont une occasion de porter un regard critique sur cette ancienne taxe helvétique (cf. l’article dès la page 173 de ce numéro). L’analyse montre clairement que cette réglementation rigide vestige de l’époque des monopoles n’est pas durable comme mesure. En particulier, elle ne tient pas compte du fait que l‘énergie hydraulique suisse soit «Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

entretemps confrontée à la concurrence internationale sur le marché européen de l’électricité. La redevance doit ainsi être générée sur le marché et ne peut plus être facilement répercutée aux consommateurs d’électricité. Combinée aux prix de gros écrasés du marché, la charge conduit à des pertes massives de la force hydraulique nationale. Cela empêche le renouvellement nécessaire et la modernisation des centrales pour finalement mettre en danger la préservation de notre atout national en matière énergétique.

Il est compréhensible que les collectivités bénéficiaires se sont habituées aux millions arrivant dans leurs caisses durant des décennies et n’en refuseraient pas plus. Mais cela ne suffit pas à une légitimation d’une redevance hydraulique qui ne tombe pas simplement du ciel. Dans les dispositions actuelles du marché de l’électricité, les rendements réalisables donnent la mesure de la valeur de la ressource «eau». Si ceux-ci sont suffisamment élevés, la sollicitation du bien public devrait être compensée de manière adéquate. Mais s’ils sont trop bas au point de ne pas couvrir ses propres coûts de production, les paiements compensatoires voulus politiquement devraient alors être financés autrement.

III

Inhalt

3l2016

173

Der Wasserzins – Reformbedarf im neuen Marktumfeld Roger Pfammatter, Michel Piot

181

Aufwertung der Kraftwerke Handeck 2 und Innertkirchen 1 – Realisierung von einfachen Lösungen im Kraftwerksbau Jan Stamm, Markus Kost, Tobias Wildi, Ralf Grand, Andres Fankhauser

187

Zur Bedeutung von Mehrzweckspeichern in der Schweiz – Anpassung an den Klimawandel Walter K. Thut, Rolf Weingartner, Bruno Schädler

195

Alpine Pumpspeicherung – Quo vadis?

Astrid Björnsen Gurung, Axel Borsdorf, Leopold Füreder, Felix Kienast, Peter Matt, Christoph Scheidegger, Lukas Schmocker, Massimiliano Zappa, Kathrin Volkart

203

Rechenreinigungsmaschinen – Einflüsse des Produktesicherheitsgesetzes und der Maschinenrichtlinie auf den Betrieb und die Konstruktion Christoph Dändliker, Jürg Meier

207

Einfluss der Wasserführung auf das Erscheinungsbild und die Akustik von Wasserfällen – Restwasserbestimmung bei Wasserentnahmen oberhalb von Wasserfällen Isabella Schalko, Florian Arnold, Liliana Demarchi, Priska Helene Hiller, Robert Boes

184

187

205

IV

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Inhalt

3l2016

Wasserkraft: Zwischen wirtschaftlicher Misere und Umweltforderungen – Ein Streitgespräch Daniel Heusser, Roger Pfammatter

221

Schwemmholztransport während des Hochwasserereignisses vom 24. Juli 2014 im Einzugsgebiet der Emme Christian Rickli, Martin Böckli, Alexandre Badoux, Dieter Rickenmann, Salome Zurbrügg, Virginia Ruiz-Villanueva, Markus Stoffel

225

«Inbetriebnahme» der Hochwasserausleitung am Nidlaubach SZ Beatrice Herzog, Jürg Speerli

233

Analyse der physischen Vulnerabilität von Wohngebäuden gegenüber feststoffführenden Überschwemmungen Martin Seiler, David Vetsch

237

Nachrichten Politik Energiewirtschaft Wasserkreislauf/Wasserwirtschaft Wasserkraftnutzung Gewässer/Revitalisierung Veranstaltungen Agenda Personen Literatur Industriemitteilungen

243 243 244 246 247 248 249 250 250 251 254

Branchen-Adressen

255

Impressum

256

221

227

247

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

V

Gesunde Umwelt durch Wasserkraft

Ökologische Bestnoten: Im Quervergleich mit anderen Stromerzeugungsarten hat die Wasserkraft in Sachen ökologischer Qualität die Nase ganz vorn.

Strom für morgen und übermorgen: Wasserkraft ist erneuerbare Energie, schont die Ressourcen und trägt entscheidend zur nachhaltigen Stromerzeugung bei.

Trumpfkarte im Klimaschutz: Die saubere Energiequelle Wasserkraft trägt massgeblich zur Verbesserung der CO2-Bilanz der Schweiz bei.

Gebannte Hochwasser-Gefahr: Speicherseen halten bei starken Regenfällen die Wassermassen zurück und bewahren so tiefer gelegene Regionen vor Hochwasser.

mmi · swv · 9/08

Raum für neues Leben: Wo Wasser gestaut wird, entstehen neue, biologisch wertvolle Wasserflächen und Uferzonen.

Eine ganze Reihe davon stehen VI heute unter Naturschutz.

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Der Wasserzins – Reformbedarf im neuen Marktumfeld Roger Pfammatter, Michel Piot

Zusammenfassung Der Wasserzins ist das Entgelt, das die Schweizer Wasserkraftwerke für die Nutzung der Ressource Wasser zu entrichten haben. Die Abgabe wurde im Jahre 1916 im «Bundesgesetz über die Nutzbarmachung der Wasserkräfte» auf nationaler Ebene verankert und auf Anfang des Jahres 1918 eingeführt. Seither wurde der Wasserzinssatz mittels Gesetzesanpassungen bereits sieben Mal erhöht und hat sich in realen Werten fast verdreifacht. Damit fliessen heute jährlich rund CHF 550 Mio. in die Kassen der Standortkantone und -gemeinden; risikolos und unabhängig von der Ertragslage der Wasserkraft.

Das 100-jährige Jubiläum der gesetzlichen Verankerung der Abgabe und die vorgesehene Neuregelung auf Anfang des Jahres 2020 sind Anlass für den vorliegenden Beitrag. Neben einem kurzen geschichtlichen Überblick über die Entstehung und Entwicklung des Wasserzinses in den vergangenen hundert Jahren wird auf die finanzielle Bedeutung der Abgabe für die Wasserkraftwerke und die Gemeinwesen eingegangen, das komplett neue Marktumfeld mit den daraus resultierenden wirtschaftlichen Herausforderungen für die Wasserkraft beschrieben und schliesslich der Reformbedarf abgeleitet.

Das Fazit der Analyse: Die starre Regelung für die Bemessung der Wasserzinsen, die noch aus der Zeit des Monopols stammt, ist untauglich für die Zukunft.

Will man die Konkurrenzfähigkeit der einheimischen Wasserkraft im europäischen Markt nicht weiter gefährden, braucht es eine flexiblere, marktpreisabhängige Bemessung. Die Abgabe soll dem ursprünglichen Gedanken der Entschädigung für die Beanspruchung eines öffentlichen Gutes Rechnung tragen, gleichzeitig aber für die Wasserkraftbetreiber finanzierbar bleiben. In einem liberalisierten Umfeld ist der am Markt erzielbare Ertrag der Massstab für den Wert der Ressource Wasser. Die anstehende Neuregelung ist zu nutzen, um den Wasserzins in diesem Sinne zukunftsfähig zu gestalten.

1.

Geschichte des Wasserzinses

1.1 Grundlagen Vor hundert Jahren ist das «Bundesgesetz über die Nutzbarmachung der Wasserkräfte» (Wasserrechtsgesetz, WRG, SR 721.80) in Kraft getreten. Als Grundlage diente der damalige Art. 24a der Bundesverfassung (heute Art. 76), der in der Volksabstimmung vom 25. Oktober 1908 mit über 85 % Ja-Stimmen angenommen und am 22. Dezember 1908 in die Verfassung aufgenommen wurde. Darin ist festgehalten, dass die Nutzbarmachung der Wasserkräfte unter der Oberaufsicht des Bundes steht und der Bund «die zur Wahrung der öffentlichen Interessen und zur Sicherung der zweckmässigen Nutzbarmachung der Wasserkräfte erforderlichen allgemeinen Vorschriften» aufstellt.

Die Regelung der Nutzbarmachung der Wasserkräfte steht aber gemäss Bundesverfassung den Kantonen zu und «die Gebühren und Abgaben für die Benutzung der Wasserkräfte gehören den Kantonen oder den nach der kantonalen Gesetzgebung Berechtigten».

Mit der Botschaft vom 19. April 1912 (Bundesrat, 1912) wurden die Grundlagen des Wasserrechtsgesetzes und damit des Wasserzinses geschaffen, die auch heute noch weitestgehend Bestand haben. Gemäss allgemeinem Verständnis handelt es sich beim Wasserzins um «eine öffentliche Abgabe für das mit der Konzession eingeräumte Sondernutzungsrecht an einem öffentlichen Gewässer, nämlich für das Recht, ein Wasserkraftpotenzial zur Erzeugung elektrischer Energie zu verwerten» (BWG, 2002). Das Gesetzgebungsrecht wurde dem Bund übertragen,

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Verwendete Abkürzungen: CHF: Schweizer Franken Rp./kWh: Rappen pro Kilowattstunde kWB ,MWB: Bruttoleistung in Kilo- bzw. Megawatt PS: Bruttopferdekraft (1 PS = 0.74 kW) TWh: Terawattstunden (1TWh = 109 kWh)

«damit er die Gewinnung und Verwertung der Wasserkräfte fördere. Der Gesetzgeber hat daher die Aufgabe, der fiskalischen Belastung der Wasserwerke eine Grenze zu setzen» (Bundesrat, 1912). Damit wird festgelegt, dass sowohl auf die Gesamtinteressen des Landes zur Nutzung der einheimischen Wasserkraft als auch auf die Bedürfnisse der Wasserherkunftsgebiete Rücksicht zu nehmen und somit eine Interessenabwägung notwendig ist.

In der Botschaft des Bundesrates wurde vorgeschlagen, das Maximum des Wasserzinssatzes auf 3 CHF/PS festzusetzen, was in etwa der damaligen Regelung des Kantons Bern entsprach und deutlich tiefer lag als in anderen Kantonen. Um eine Ablehnung des Gesetzes durch eine drohende Verminderung der Einnahmen in einzelnen Kantonen zu vermeiden, wurde in der am 22. Dezember 1916 in Kraft gesetzten Version des Gesetzes ein Höchstansatz von 6 CHF/PS (entsprechend 8.16 CHF/kW) verankert, was verhältnismässig hoch war. Am 1. Januar 1918 trat die dazugehörige Verordnung über die Berechnung des Wasserzinses (Wasserzinsverordnung, WZV, SR 721.831) in Kraft. Darin ist die Methodik der Berechnung detailliert beschrieben (siehe Textbox folgende Seite).

1.2 Föderalistische Lösung Das Wasserrechtsgesetz des Bundes legt nur den maximalen Wasserzinssatz und die Berechnung des Wasserzinses fest.

In der Ausgestaltung sind die Kantone jedoch frei, was zu erheblichen Unterschieden in den einzelnen kantonalen Wasserrechtsgesetzen führt – vor allem in Bezug auf die Verteilung der Einnahmen auf die Gemeinwesen. Nachfolgend werden bei173

Wie wird der Wasserzins berechnet?

Der maximal zulässige Wasserzins für ein Wasserkraftwerk ergibt sich aus der mittleren Bruttoleistung multipliziert mit dem Maximum des Wasserzinssatzes gemäss Wasserrechtsgesetz: Wasserzins [CHF] = max. Wasserzinssatz [CHF/kWB] × mittlere Bruttoleistung [kWB] Die mittlere Bruttoleistung eines Wasserkraftwerks wiederum berechnet sich aus dem nutzbaren Gefälle und der durchschnittlich nutzbaren Wassermenge, die von der Anlage gefasst und verarbeitet werden kann: Mittlere Bruttoleistung [kWB] = 9.81 [m/s2] × 1000 [kg/m3] × mittlere nutzbare Wassermenge [m3/s] × mittlere nutzbare Fallhöhe [m] Die nutzbare Wassermenge entspricht dem effektiv zufliessenden Wasserdargebot, das durch die Anlage technisch gefasst und turbiniert werden kann. Da sich dieses Wasserdargebot Jahr für Jahr verändert, ist der Wasserzins nicht fix, sondern wird von den Behörden gemäss den nutzbaren Wassermengen berechnet.

Weil die Berechnung des Wasserzinses auf die Bruttoleistung und somit auf das Leistungspotenzial der Anlage abstellt, fliesst weder der Wirkungsgrad der Anlage in die Berechnung ein noch wird berücksichtigt, ob die Anlage effektiv produziert oder beispielsweise wegen einer Revision stillsteht.

spielhaft die Regelungen der grössten Wasserzinskantone aufgeführt: • Kanton Wallis: Bei den kantonalen Werken an der Rhone fliessen 100 % der Wasserzinsen an den Kanton. Bei Kraftwerken in den Seitentälern fliessen die Einnahmen des Wasserzinses zu 60 % als «besondere Wasserkraftsteuer» an den Kanton und zu 40 % an die Gemeinden. Ein Teil der Gesamteinnahmen geht zweckgebunden an gesetzlich vorgesehene Fonds (1) zur Finanzierung des Aktienkapitals der Forces Motrices Valaisanne (FMV) durch den Kanton, (2) zum Rückkauf von Wasserkraftanlagen durch den Kanton, und (3) zur Korrektion und zum Unterhalt der Gewässer.

• Kanton Graubünden: Eigentümer von Kraftwerkanlagen haben jährlich den Verleihungsgemeinden einen Wasserzins und dem Kanton eine Wasserwerksteuer zu entrichten. Der von den Gemeinden festgesetzte Wasserzins darf die Hälfte des jeweiligen bundesrechtlichen Wasserzinsmaximums nicht übersteigen. Der Kanton 174

erhebt eine Wasserwerksteuer in der Höhe der Hälfte des jeweiligen bundesrechtlichen Wasserzinsmaximums. Mit einem innerkantonalen Finanzausgleich, in den die wasserzinsberechtigten Gemeinden 6 % der Wasserzinsen einbezahlen, werden finanzschwache Gemeinden gestärkt.

• Kantone Tessin, Bern und Aargau: Diese Kantone erheben für die Nutzung der Wasserkraft direkt den jährlichen Wasserzins, der nicht mit den Gemeinden geteilt wird.

Der erhobene Wasserzins entspricht ab einer Bruttoleistung von über 2 MWB dem bundesrechtlichen Höchstansatz. Im Kanton Bern ist allerdings aktuell noch ein Vorstoss zur Reduktion des anwendbaren Satzes hängig (vgl. dazu Abschnitt 4.1). Ebenfalls noch zu behandeln ist ein Vorstoss, der den Standortgemeinden einen Anteil der Wasserzinseinnahmen zuteilen möchte.

• Kanton Uri: Im Gewässernutzungsgesetz werden die öffentlichen Kantons- und Korporationsgewässer namentlich aufgeführt. Die Wasserzinsen kommen entsprechend dieser Auflistung dem Kanton oder den beiden Korporationen Uri und Urseren zugute, wobei der Kanton rund 90 % einnimmt und die Korporationen 10 %.

• Kanton Glarus: Gemäss kantonalem Energiegesetz beträgt die Wasserwerksteuer, die dem Kanton zugutekommt, 55 % des jeweiligen bundesrechtlichen Wasserzinsmaximums. Der Rest gehört den weiteren Wasserrechtsbesitzern, also den Gemeinden und Privaten. Eine weitergehende Erhöhung der kantonalen Wasserwerksteuer um generell 25 % lehnte der Landrat im Jahr 2009 mit Rücksicht auf die Gemeinden, welche zu etwa zwei Drittel Eigentümerinnen der Wasserrechte auf ihrem Gemeindegebiet sind, ab.

Eine vollständige Übersicht über die gesetzlichen Grundlagen in den einzelnen Kantonen findet sich in einer Studie zur Wasserkraftnutzung im Alpenraum (Wyer, 2006).

1.3 Entwicklung der Bemessung Das Maximum des Wasserzinssatzes ist seit 1918 bereits sieben Mal erhöht worden (siehe Bild 1). Nachfolgend findet sich ein historischer Überblick über die in den jeweiligen Botschaften des Bundesrates festgehaltenen Beweggründe und Diskussionen zu den Erhöhungsschritten: • In der Botschaft vom 18. November 1951 (Bundesrat, 1951) zur erstmaligen Erhöhung des Maximalsatzes argumentierte der Bundesrat vor allem mit der Anpassung des Satzes an die allgemeine Teuerung. In seiner Interessenabwägung kam er zum Schluss, dass die Erhöhung i)

keine Erhöhung der Energiepreise rechtfertigen lasse und ii) keinen «ungünstigen Einfluss auf die gegenwärtig erfreuliche Entwicklung auf dem Gebiete der Nutzbarmachung brachliegender Wasserkräfte haben kann». Schliesslich brachte er den Solidaritätsgedanken zwischen Berg- und Mittellandkantonen auf: «Es entspricht daher der Billigkeit, den Bergkantonen und -gemeinden, die ihre Wasserkräfte zum Wohle des ganzen Landes zur Verfügung stellen, zu ermöglichen, vermehrten Nutzen aus dem für die Elektrizitätswirtschaft unentbehrlichen Rohstoff zu ziehen.» Mit der Erhöhung des maximalen Wasserzinssatzes per 1. Januar 1953 wurden zudem Qualitätsstufen eingeführt, die Investitionen in den Bau von Speicherkraftwerken begünstigten.

• Bereits auf den 1. Juli 1968 wurde das Gesetz wieder angepasst. Im Wesentlichen mit dem Argument der Anpassung an die Teuerung der letzten 15 Jahre (Bundesrat, 1967).

• In der Botschaft von 1975 (Bundesrat, 1975) nahm der Bundesrat dann eine umfassende Interessenabwägung vor. Dem Teuerungsargument hielt er entgegen, dass die betroffenen Regionen den volkswirtschaftlichen Nutzen der Wasserkraft vielfach übersehen würden und eine weitere Anhebung zu einer Privilegierung der Gebirgskantone gegenüber den anderen Kantonen führe. Erstmals erwähnte er aber auch, dass die Wasserkraftwerke zu einer Beeinträchtigung der natürlichen Schönheit der Gebirgsgegend führten. «Davon profitieren in erster Linie die grossen Verbrauchszentren. Man kann deshalb eine grosszügige Erhöhung des Wasserzinsmaximums als einen Akt schweizerischer Solidarität verstehen. […] Die Erhöhung kommt hauptsächlich wirtschaftlich benachteiligten Kantonen zugute und wird zur Hauptsache von den Industriekantonen als Hauptabnehmer elektrischer Energie getragen.»

• In der Botschaft vom 12. November 1984 (Bundesrat, 1984) wurde das Solidaritätsargument noch expliziter erwähnt: «Der Wasserzins wird letztlich als Bestandteil des Energiepreises vom Energiekonsumenten bezahlt. Am meisten elektrische Energie wird in den Ballungszentren konsumiert. […] So gesehen kann eine Erhöhung des Wasserzinsmaximums auch als Akt der Solidarität verstanden werden, der eine für die Berggebiete günstigere Einkommensverteilung bewirkt.»

• Die Gesetzesanpassung per 1. Mai 1997 liess sich nicht mehr mit der Anpassung des Maximums an die Teue-

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Bild 1. Entwicklung des maximalen Wasserzinssatzes nach eidgenössischem Wasserrechtsgesetz. Das Maximum hat sich seit der Einführung 1918 nominal mehr als verzehnfacht und alleine seit 1997 verdoppelt (Quelle: BFE, 2016). rung begründen. Bereits in der Botschaft (Bundesrat, 1997) hielt der Bundesrat fest, dass der Wasserzins grundsätzlich eine Ausgleichsgrösse geblieben sei, dass die Interessenabwägung sich aber wegen der Zunahme der zu berücksichtigenden Faktoren schwieriger gestalte. Die von den Gebirgskantonen erstmals in der Vernehmlassung eingebrachte Idee eines Speicherzuschlags, die den erhöhten Ertragsmöglichkeiten von Speicherkraftwerken Rechnung tragen sollte, wurde nicht aufgenommen. Abgeschafft wurden hingegen die Qualitätsstufen. Mit Bezug auf die sich bereits abzeichnenden Liberalisierungsbestrebungen auf dem europäischen Strommarkt hielt der Bundesrat fest, dass er eine entsprechende «Liberalisierung der Wasserzinsregelung gegenwärtig für verfrüht» hält, darauf «jedoch zurückkommen will [...] wenn diesbezüglich Klarheit herrscht».

• Und schliesslich führten die bis ins Jahr 2008 stark angestiegenen Strompreise erneut zu erhöhten Begehrlichkeiten der Kantone. Die Energiekommission des Ständerates reichte deshalb die parlamentarische Initiative 08.445 ein, um die Wasserzinsen mit einer neuerlichen Gesetzesänderung ein weiteres Mal anzuheben (UREK-S, 2009). Dabei ging man von einem Anstieg sowohl der Teuerung

als auch des Wertes der Ressource Wasser für die Stromproduktion aus – beides hat sich inzwischen als grundlegend falsch erwiesen – und legte eine zweistufige Erhöhung fest.

Mit dieser bisher letzten Gesetzesanpassung wurde der Wasserzinssatz für die Jahre 2011 bis 2014 auf 100 CHF/ kWB und ab 2015 auf 110 CHF/kWB erhöht.

Da die geltende Gesetzgebung bis Ende 2019 befristet ist, braucht es für die Zeit ab dem Jahre 2020 eine Neuregelung.

1.4 Reformversuche Seit der Einführung des maximalen Wasserzinssatzes musste bei jeder Änderung um eine politische Kompromisslösung gerungen werden. Regelmässig wurde die Frage angegangen, wie die Wasserzinsregelung im Rahmen des bestehenden Verfassungsrechts verbessert werden könnte.

In den 1970er-Jahren wurden in einer vom Bund eingesetzten Arbeitsgruppe verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, wie von der Berechnung über die mittlere Bruttoleistung abgewichen werden könnte (EVED, 1979). In den 1980erJahren wurde eine Studienkommission eingesetzt, die eine praktisch totalrevidierte Fassung des Wasserrechtsgesetzes vorschlug (Bundesrat, 1984). In den 1990er-Jahren wurden in einer Mitteilung

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des damaligen Bundesamts für Wasserwirtschaft die rechtlichen Aspekte für neue Wege und Möglichkeiten bei der Festlegung des maximalen Wasserzinssatzes aufgezeigt (BWW, 1995). Und schliesslich wurde Anfang des neuen Jahrtausends von akademischer Seite die Ablösung der bestehenden Wasserzinsregelung durch die Einführung einer reinen Ressourcenrente vorgeschlagen (CEPE, 2004). Mit Ausnahme der einmal eingeführten und wieder abgeschafften Qualitätsstufen konnten sich die zahlreichen Vorschläge für Systemänderungen bisher allerdings nie durchsetzen.

1.5 Entwicklung der Abgabenhöhe Der gesetzlich fixierte maximale Wasserzinssatz ist seit seiner Einführung im Jahr 1918 nominal um den Faktor dreizehn erhöht und alleine seit dem Jahre 1997 mehr als verdoppelt worden. Teuerungsbereinigt mit dem Landesindex der Konsumentenpreise (BfS, 2016), entspricht die Erhöhung von ursprünglich 8.16 CHF/kWB im Jahre 1918 auf 110 CHF/kWB im Jahre 2015 in realen Werten fast einer Verdreifachung (der Initialwert würde zu heutigen Preisen 41.1 CHF/kWB betragen). Der maximale Wasserzinssatz hat sich in den vergangenen Jahrzehnten also komplett von der Landesteuerung entkoppelt.

175

Bemerkenswert ist dabei vor allem auch, dass der Grossteil der Erhöhungen ab Mitte der 1970er-Jahre erfolgte; zu einem Zeitpunkt also, in dem die Wasserkraftwerke der Schweiz im Wesentlichen bereits gebaut waren und über gültige Konzessionen für eine Nutzungsdauer von meistens 80 Jahre verfügten. Eingriffe in das wohlerworbene und schützenswerte Recht der Konzession gelten zwar als zulässig soweit sie verhältnismässig bleiben (vgl. dazu auch Aeberhard, 2009). Bei der Beurteilung gilt es aber, die Gesamtheit der Eingriffe und Belastungen zu beachten. Denn neben dem Wasserzins gibt es ja noch diverse andere Leistungen, die dem Konzessionär im Laufe der Zeit auferlegt wurden und werden. Zu nennen sind insbesondere Gratis- und Vorzugsenergie für die Konzessionsgemeinden, Bau und Unterhalt von oftmals touristisch genutzter Strassen und Seilbahnen sowie ständig steigende Leistungen zugunsten von Umwelt und Hochwasserschutz.

2.

Finanzielle Bedeutung der Wasserzinsen

2.1

Kostenfaktor für die Wasserkraft Gemäss Bundesverwaltung flossen im Jahre 2014 bei voller Ausschöpfung des damaligen Wasserzinsmaximums CHF 515 Mio. von den Wasserkraftbetreibern zu den Konzessionären (BFE, 2015). Mit dem letzten Erhöhungsschritt auf Anfang 2015 resultieren nun also jährlich rund CHF 550 Mio. Wasserzinsen. Bei einer Produktions-

Betriebskosten (Personal, Material, Fremdleistung usw.)

25 %

erwartung der Wasserkraft von rund 36 TWh (und unter Berücksichtigung, dass Wasserkraftwerke unter 2 MWB einen reduzierten und solche unter 1 MWB keinen Wasserzins bezahlen), liegt die Belastung der grösseren Kraftwerke unterdessen bei rund 1.6 Rp./ kWh. Das entspricht somit der Hälfte der aktuell am Markt erzielbaren Erträge (vgl.

Abschnitt 3.2).

Damit hat sich die fixe Abgabenlast der Wasserkraftproduzenten in wenigen Jahren massiv erhöht. In einer detaillierten Studie zur Belastung der Elektrizität durch Abgaben (BSG, 2010) wurden, basierend auf einer Stichprobe, die Belastungen nach Art und Ort auf unterschiedlichen Stufen untersucht. Bei der Wasserkraft wurden total 33 Abgabearten plus die Mehrwertsteuer unterschieden. Ihre Belastung lag im Stichjahr 2009 gemäss diesem Bericht bei 2.24 Rp./kWh, wobei der Wasserzins damals schon rund die Hälfte ausmachte, gefolgt von den Komponenten Mehrwertsteuer (15 %), der Ertrags- und Gewinnsteuer (12 %) sowie der Konzessionsenergie (5 %). Die öffentlichen Abgaben belasten ein typisches Wasserkraftwerk heute mit durchschnittlich einem Drittel der Gesamtkosten (vgl. Bild 2). Und der Grossteil davon entfällt auf den Wasserzins. Er ist also ein sehr bedeutender Kostenfaktor für die einheimische Wasserkraft.

Ein detaillierter Vergleich mit den Nachbarländern zeigt, dass die Schweiz bei allen Wasserkraftwerkstypen mit Abstand die höchste fixe Abgabenlast aufweist (Wyer, 2006). Obschon diese Untersuchung bereits einige Jahre zurückliegt,

2.2

Einnahmen für einzelne Gemeinwesen Der Wasserzins ist eine bedeutende Einnahmequelle für die Standortkantone und je nach kantonaler Gesetzgebung für die Standortgemeinden der Wasserkraftwerke. Gesamtschweizerisch entfallen über 80 % der Einnahmen auf 6 Kantone bzw. ihre Standortgemeinden (vgl. Bild 3).

Gut dokumentiert sind die Einnahmen für den Kanton Graubünden (AEV, 2016). So konnte der Kanton seine Einnahmen aus dem Wasserzins von rund CHF 27 Mio. im Jahr 1988 auf heute über CHF 60 Mio. steigern. Und die Gemeinden erzielten nochmals Einnahmen in gleicher Höhe. In zahlreichen Gemeinden machen die Einnahmen durch Wasserzinsen zwischen 20 und 40 % der Gesamteinnahmen aus, in einem Fall sind es sogar über 40 %, was pro Einwohner im Extremfall über CHF 5000 pro Jahr ausmacht.

Andere Kantone 90 Investitionsbedingte Kosten (Zinskosten, Abschreibungen) 40 %

Öffentliche Abgaben (Wasserzins, Steuern usw.)

35 %

Bild 2. Die öffentlichen Abgaben belasten ein typisches Wasserkraftwerk bereits mit rund einem Drittel der Gesamtkosten; der Grossteil davon entfällt auf den Wasserzins (Quelle: SWV, 2016).

176

hat sich an dieser Situation im Kern nichts geändert. Veranschaulichen lässt sich dies am Beispiel des Grenzkraftwerks Birsfelden mit deutschem Hoheitsanteil von 39.85 %. Gemäss dem Geschäftsbericht 2015 des Kraftwerks (KWB, 2016) betrug der Wasserzins auf Schweizer Seite über CHF 4.0 Mio., der deutsche Anteil als Wassernutzungsentgelt in Baden-Württemberg nur CHF 0.2 Mio. Und obschon die Abgabe nun auch auf deutscher Seite per 1. Januar 2016 mehr als verdoppelt wurde (RPF, 2015), liegt sie mit umgerechnet 15 CHF/kWB weiterhin um ein Vielfaches tiefer im Vergleich zur Schweiz.

Uri 25

Wallis 160

Aargau 50

Bern 50 Tessin 55

Graubünden 120

Bild 3. Jährliche Wasserzinseinnahmen der Standortkantone und -gemeinden von Wasserkraftwerken in Millionen Franken nach Kanton (Datenquelle: BFE, 2015; eigene Darstellung).

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Das verdeutlicht die manchmal problematische Abhängigkeit der Gemeinden von diesen Einnahmen und so erstaunt es nicht, dass man gerne an einer hohen fixen Einnahme festhalten will. Gerade Gemeinden in Randregionen können damit zum Beispiel ein Bildungssystem unterhalten, das der Aufrechterhaltung der Attraktivität für Familien dient. Oder es werden mit den Wasserzinsen auch Teile der touristischen Infrastruktur wie beispielsweise Erlebnisbäder mitfinanziert (St. Galler Tagblatt Online, 2016). Es stellt sich aber zwangsläufig die Frage, ob es Aufgabe der Stromproduzenten ist, diese Dienstleistungen und Infrastrukturen zu finanzieren, wenn sie ihre Kosten selber nicht decken können und die Abgaben nicht mehr im Sinne des Solidaritätsgedankens an die Endverbraucher überwälzen können.

3.

Heutiges und künftiges Marktumfeld

3.1 Vom Monopol zum Markt Die meisten grossen Wasserkraftwerke der Schweiz wurden im letzten Jahrhundert, insbesondere zwischen 1950 und 1970, gebaut. Damals stieg die Stromnachfrage rasant an und die Elektrizitätsgesellschaften, oftmals im Besitz von Produktionsanlagen und Verteilnetzen, versorgten ihre Stromverbraucher im Monopol zu kostenbasierten Tarifen. In diesem System konnten die vollständigen Gestehungskosten der Wasserkraftproduktion, inklusive der Wasserzinsen, den Endverbrauchern weiterverrechnet werden.

Seit der Jahrtausendwende hat sich der europäische Strommarkt im Zuge der Liberalisierungen aber grundlegend gewandelt. Auch in der Schweiz hat das Bundesparlament im Jahr 2007 eine zweistufige Marktöffnung verabschiedet. Demnach sollte nach einer Trennung von Höchstspannungsnetz und Produktion (dem sog. «Unbundling») zuerst den grossen Verbrauchern mit einem Jahresverbrauch von über 100 MWh und nach fünf Jahren auch den Haushalten sowie anderen Kleinverbrauchern der freie Marktzugang gewährt werden. Die erste Stufe dieser Marktöffnung wurde vom Bundesrat per 1. Januar 2009 mit dem Stromversorgungsgesetz (StromVG) in Kraft gesetzt. Seither wird das Höchstspannungsnetz von der nationalen Netzgesellschaft Swissgrid betrieben, und alle grossen Verbraucher sowie Verteilnetzbetreiber können ihren Strom frei am europäischen Markt beziehen. Ob und wann die von der Politik angedachte zweite Stufe der Marktöffnung auch für kleinere Verbraucher eingeführt wird (und damit jeder Endverbraucher seinen Stromlieferanten frei wählen kann), ist noch offen. Diese volle Marktöffnung hätte plangemäss zwar bereits vor zwei Jahren umgesetzt werden sollen, der Bundesrat will aber aufgrund des aktuellen Marktumfelds und des weiterhin ausstehenden bilateralen Stromabkommens mit der Europäischen Union mit der Inkraftsetzung zuwarten (Bundesrat, 2016). Da die Versorger den Strom aber ebenfalls am Markt beschaffen können, ist bereits heute der Grossteil der einheimi-

schen Wasserkraftproduktion den internationalen Marktbedingungen ausgesetzt.

Die Schweizer Wasserkraftproduzenten befinden sich also in einem komplett neuen Umfeld. Sie müssen sich im internationalen Strommarkt behaupten, der überdies mit Milliardensubventionen und unterschiedlichen nationalen Abgabenpolitiken massiv verzerrt ist. Im geöffneten Markt können insbesondere auch die Wasserzinsen nicht mehr als Teil der Gestehungskosten einfach im Tarifsystem den Endverbrauchern weiterverrechnet werden. Die Kosten bleiben am Produzenten hängen, der die entsprechenden Erträge am Markt erwirtschaften muss. Die Abgabe ist so zu einem wichtigen Kostenfaktor geworden, der die einheimische Wasserkraft gegenüber der nationalen und internationalen Konkurrenz wesentlich verteuert.

3.2

Strompreiszerfall gefährdet Substanz Parallel zur Liberalisierung haben die Marktpreise, die an den Strombörsen Europas gebildet werden, einen massiven Preiszerfall erfahren. In der Zeitspanne zwischen 2008 und 2016 sind die in Leipzig gehandelten Strompreise wechselkursbereinigt für die Schweiz um knapp 80 % eingebrochen (vgl. Bild 4).

Dieser massive Zerfall ist auf das Zusammenspiel verschiedener Faktoren zurückzuführen, die allesamt von der Schweiz kaum beeinflusst werden können.

Zu nennen sind insbesondere: • Tiefe Öl-, Gas- und Kohlepreise • Preiszerfall bei CO2-Zertifikaten

Bild 4. Entwicklung des Schweizer Preises für Bandenergie in EUR/MWh (ausgezogene rote Linie) und in CHF/MWh (gestrichelte rote Linie) (Quelle: Avenir Suisse, 2015; ergänzt: SWV, 2016).

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

177

• •

Stagnation Stromnachfrage in Europa Massive Subventionierung anderer Stromquellen • Ungünstige Euro/Franken-Wechselkursentwicklung.

Solange die europäische Energieund Klimapolitik nicht wirksam korrigiert wird, ist nicht mit einer substanziellen Erholung der Strompreise zu rechnen (vgl. dazu auch Abschnitt 3.3).

Für die einheimische Wasserkraft sind die andauernd tiefen Preise mittlerweile eine existenzielle Herausforderung.

Die Wasserkraft gehört zwar zu den kostengünstigsten Technologien der Stromproduktion überhaupt, mit Gestehungskosten von – je nach Standort, Ausführung und Zustand der Anlagen sowie abhängig vom jährlichen Wasserdargebot – zwischen 3 und 10 Rp./kWh. Aber der Grossteil der Kraftwerke kann diese Kosten am Markt nicht mehr decken. Es fehlen Erträge von durchschnittlich 2 bis 4 Rp./kWh, was zu gesamtschweizerischen Verlusten in der Grössenordnung von jährlich rund CHF 1 Mrd. führt (Piot, 2015; SWV, 2016).

Die Anlagen werden nur deshalb nicht ausser Betrieb gesetzt, weil diese sehr tiefe variable Kosten aufweisen und damit der Stromverkauf einen Deckungsbeitrag an die hohen Kapitalkosten und Abgaben leistet.

Um die Kosten kurzfristig zu senken, werden von den Betreibern die Betriebskosten weiter optimiert. Diese Kostensenkungsprogramme werden das Problem allerdings nicht lösen können, denn die durch ein Kraftwerk direkt beeinflussbaren Betriebskosten machen oftmals nur noch ein Viertel der Gestehungskosten aus (vgl. Abschnitt 2.1). Den Wasserkraftbetreibern bleibt damit nur die Option, Investitionen in den Unterhalt und die Modernisierung der Anlagen zurückzustellen und auf das sicherheitsrelevante Minimum zurückzufahren. Die Verluste schaden dem Substanzerhalt der Wasserkraft, bescheren der öffentlichen Hand als Aktionärin der Gesellschaften gewaltige Wertverluste, schwächen die Einkommensbasis der Konzessionäre sowie der Wasserkraftkantone und -gemeinden und gefährden Arbeitsplätze. Mittelfristig stellt diese Entwicklung die Versorgungssicherheit und die gesamte Energie- bzw. Stromstrategie der Schweiz infrage.

3.3 Künftige Entwicklung Ein Blick in die Zukunft ist naturgemäss mit grossen Unsicherheiten behaftet. Die Unwägbarkeiten sind aber gerade in Energiefragen sehr stark ausgeprägt. Zum einen, 178

Bild 5. Entwicklung des europäischen Strompreises für Bandenergie für das Jahr 2020 im Zeitraum 2014 bis 2016 in EUR/MWh (Quelle: EEX am 9. August 2016). weil diese meistens in besonderem Masse von der Politik beeinflusst sind und damit schwer voraussehbar bleiben; und zum anderen, weil die Strategien und Konzepte aktuell in einer fast schon revolutionären Umbruchphase stehen.

Für die nächsten Jahre wird an den europäischen Strommärkten nicht mit einer wesentlichen Erholung der Preise gerechnet. Zwar sind sie seit ihrem Tief im Februar 2016 wieder leicht angestiegen, aber die aktuell gehandelten Preise für Bandenergie (Produkt «Base») für die Jahre 2017 bis 2020 stehen bei 25–27 EUR/MWh oder umgerechnet bei weiterhin tiefen 2.7 bis 3.0 Rp./kWh (vgl. Bild 5).

Nicht zuletzt angesichts dieser düsteren Marktaussichten, hat das Bundesparlament im Rahmen der Beratungen zum 1. Massnahmenpaket zur Energiestrategie 2050 in der Frühlingssession 2016 die Einführung einer Marktprämie beschlossen (UREK-S, 2016). Wasserkraftwerke sollen maximal 1 Rp./kWh für jenen Strom erhalten, den sie unter den Gestehungskosten am Markt verkaufen müssen. Dazu wird ein Netzzuschlag von 0.2 Rp./kWh vorgesehen, was unter Berücksichtigung der Befreiung stromintensiver Industrien einem jährlichen Betrag von rund CHF 110 Mio. entspricht. Die Regelung wird Linderung verschaffen, löst aber die grundlegenden Probleme nicht. Zudem genügt die Massnahme angesichts der generierten Verluste nicht für die Wiederherstellung der Rentabilität der Wasserkraft, tritt frühestens auf An-

fang 2018 in Kraft und ist überdies auf fünf Jahre befristet.

Schlecht sind die Prognosen damit vor allem für die Laufwasserkraftwerke, die knapp die Hälfte des Schweizer Wasserkraftstroms liefern. Diese produzieren zwar in den meisten Fällen etwas kostengünstiger als Speicherkraftwerke, sind dafür aber nicht steuerbar und produzieren, unabhängig vom Marktpreis, nach Wasserdargebot. Die Kraftwerke stehen zudem auch in direkter Konkurrenz zu den bis anhin vor allem in Deutschland mit massiven Subventionen zugebauten Photovoltaikanlagen, da die Produktionsprofile von Laufwasserkraft und Photovoltaik auf Monatsbasis sehr ähnlich verlaufen mit viel Strom im Sommer und wenig im Winter (vgl. dazu auch Piot/Beer, 2016).

Die Laufwasserkraftwerke kämpfen bereits heute mit negativen Preisen, die an sehr sonnigen oder windigen Feiertagen vor allem im Frühling während ein paar Stunden auftreten können. Das Phänomen geht zurück auf eine Kombination von Überproduktion aus Photovoltaik- und Windanlagen mit nicht zurückgefahrenen konventionellen Anlagen. In diesen Momenten werden die Laufwasserkraftwerke – sofern sie ihre Anlagen nicht ausser Betrieb nehmen können oder aus konzessions- oder umweltrechtlichen Gründen nicht dürfen – für ihre erneuerbare Stromproduktion zusätzlich bestraft.

Auf Ersuchen der Betreiber wurden deshalb die vor allem bei den Grenzkraftwerken am Hochrhein bestehenden konzessionsrechtlichen Einschränkungen für Wehrüberfall

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 6. Komplett gegenläufige Entwicklung der Preise auf dem Strommarkt (schwarz) und des Wasserzinssatzes (rot) bei gleichbleibender Teuerung (grün) für die Periode seit 2006. vorderhand gelockert (BFE, 2014a). Die Tendenz für negative Preise und die damit verbundenen Probleme bei der Laufwasserkraft dürften sich in den kommenden Jahren aber eher noch verschärfen.

Die technisch komplexeren Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke produzieren im Vergleich zu Laufwasserkraftwerken meistens etwas teurer, können aufgrund ihrer Steuerfähigkeit aber von kurzfristigen oder saisonalen Preisunterschieden profitieren. Die Aussichten für diese Kraftwerke sind deshalb mittel- bis längerfristig besser. Zum einen, weil der Bedarf für steuerbare Produktion und Regelleistung zum Ausgleich der unregelmässig einspeisenden Stromquellen stark zunehmen wird. Und zum anderen, weil beim politisch aufgegleisten Ausstieg aus der Kernenergie in Deutschland und in der Schweiz die Sicherstellung der Versorgung im Winter in den Fokus rücken wird.

4.

Handlungsbedarf zur Neuregelung

4.1 Kurzfristig Die obigen Ausführungen zur Marktsituation und Ertragslage der einheimischen Wasserkraftproduktion zeigen, dass der Wasserzins im aktuellen Umfeld von den Produzenten eigentlich gar nicht mehr finanziert werden kann. Das liegt vor allem daran, dass die heutige Regelung für die Bemessung der Wasserzinsen noch aus der Zeit des Monopols stammt und keiner-

lei Rücksicht auf die effektive Ertragslage der Wasserkraft nimmt. Im Gegenteil: die Entwicklungen der Grosshandelspreise auf dem Strommarkt und des maximalen Wasserzinssatzes sind seit dem Jahre 2009 komplett gegenläufig (vgl. Bild 6).

Die Standortkantone und -gemeinden könnten zur kurzfristigen Entlastung der einheimischen Wasserkraftproduktion theoretisch per sofort oder gar rückwirkend auf einen Teil oder die ganze Wasserzinsabgabe verzichten. So hat der Regierungsrat des Kantons Bern im Frühling 2016 auf Bestreben des Grossen Rates tatsächlich eine Änderung des Wassernutzungsgesetzes verabschiedet, das für die Grosswasserkraftwerke den rückwirkenden Verzicht auf den letzten Erhöhungsschritt des bundesgesetzlichen Wasserzinsmaximums per 1. Januar 2015 stipuliert und zusätzliche Entlastungsmöglichkeiten im Einzelfall vorsieht (RR Kanton Bern, 2016).

Das Geschäft wird im September 2016 wieder im Grossen Rat behandelt und könnte so die Berner Wasserkraftwerke mit jährlich rund CHF 3.9 Mio. entlasten.

Aber angesichts der grossen Bedeutung der Wasserzinsen für die öffentlichen Finanzhaushalte (vgl. Abschnitt 2.2) dürfte ein solches Vorgehen ein Einzelfall bleiben.

4.2 Mittelfristig Die Hoffnung auf eine finanzierbare Lösung, welche die internationale Wettbewerbsfähigkeit der einheimischen Wasserkraft verbessert, ruht damit auf der

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Ablösung der noch bis Ende des Jahres 2019 geltenden gesetzlichen Regelung.

Das Bundesparlament hat dazu in der Frühlingssession 2016 mittels Motion dem Bundesrat den expliziten Auftrag erteilt «in Zusammenarbeit mit den Kantonen, der Energiewirtschaft und weiteren interessierten Kreisen die Wasserzinsregelung nach 2019 unter Berücksichtigung der konkreten Lage der Wasserkraftwerke und der Förderungsmechanismen der Energiestrategie 2050 zügig an die Hand zu nehmen» (UREK-N, 2016).

Die Ausarbeitung einer neuen Regelung bietet die Chance, das neue Umfeld mit weitgehend liberalisierter Stromwirtschaft zu berücksichtigen. Die einheimische Wasserkraft muss – so man sie weiter nutzen will – heute und in Zukunft am internationalen Strommarkt bestehen können. Das heisst, es braucht eine flexible Lösung, die für gute und für schlechte Zeiten taugt. Die Wasserkraftproduzenten können selbstredend keine Abgaben bezahlen, welche sie weder über den Markt finanzieren noch weiterverrechnen können.

Sind die Strompreise hingegen hoch, sollen auch die Gemeinwesen entsprechend entschädigt werden. Der Markt ist insofern auch der Massstab für die Einschätzung des Wertes der Ressource Wasser für die Stromproduktion.

5.

Fazit Der Wasserzins als Entschädigung für die Nutzung der Ressource Wasser zur Stromproduktion hat in der Schweiz eine nunmehr hundertjährige Tradition. Und die Abgabe hat im Sinne der Entschädigung für die Beanspruchung eines öffentlichen Gutes durchaus ihre Berechtigung.

Die heutige Regelung zur Bemessung der Wasserzinsen stammt aber noch aus der Zeit des Monopols, ist überholt und untauglich für die Zukunft. So wird heute insbesondere nicht berücksichtigt, dass die einheimische Wasserkraft seit der Teilliberalisierung im Jahre 2009 am internationalen Strommarkt bestehen muss. Das heisst, die Abgabe ist seither für viele – und nach der vollständigen Marktöffnung für alle – Wasserkraftbetreiber mittels Erträgen am Markt und in internationaler Konkurrenz zu erwirtschaften. Sie kann nicht mehr wie im Monopol einfach dem Endverbraucher überwälzt werden. In Kombination mit den innert weniger Jahre zusammengebrochenen Grosshandelspreisen führt dies zu massiven Verlusten bei den Wasserkraftwerksbesitzern.

Die Abgabe hat sich zudem im Laufe der letzten hundert Jahre, unbese179

hen von der Ertragslage der Wasserkraft und gesteuert durch einen politisch motivierten Ausgleich, stets nach oben entwickelt und sich dabei komplett von der Landesteuerung entkoppelt. In realen Werten beträgt der Wasserzins bereits rund das Dreifache des ursprünglichen Werts. Die heute von den Wasserkraftproduzenten jährlich an die Standortkantone und -gemeinden abzuliefernden rund CHF 550 Mio. sind selbstredend eine bedeutende Einnahmequelle für die begünstigten Gemeinwesen. Die Belastung von rund 1.6 Rp./kWh auf dem Strom aus Wasserkraft entspricht aber bereits rund einem Viertel der durchschnittlichen Gestehungskosten und der Hälfte des aktuellen Marktpreises.

Damit ist die Abgabe ein sehr bedeutender und im aktuellen Umfeld nicht mehr tragbarer Kostenfaktor für die Wasserkraft geworden.

Die gesetzlich per Anfang 2020 vorgesehene Neuregelung ist zu nutzen, um dem komplett neuen Marktumfeld der Wasserkraft Rechnung zu tragen und die Abgabe zukunftsfähig zu gestalten. Es braucht eine flexible, marktgerechte Entschädigung für die Nutzung der Ressource Wasser. Zwar sind die diesbezüglichen Verhandlungen zwischen den Betreibern der Wasserkraftwerke und den Wasserzinskantonen im Sommer 2016 ergebnislos beendet worden (SWV/VSE/SE, 2016).

Aber die Schweiz wird nicht darum herumkommen, eine Regelung zu finden, welche das neue Umfeld berücksichtigt, damit die Wasserkraft als energiepolitischer Trumpf und Pfeiler der Versorgungssicherheit nicht gefährdet wird.

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180

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«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Aufwertung der Kraftwerke Handeck 2 und Innertkirchen 1 – Realisierung von einfachen Lösungen im Kraftwerksbau Jan Stamm, Markus Kost, Tobias Wildi, Ralf Grand, Andres Fankhauser

Zusammenfassung Die KWO bestehen seit 91 Jahren. Die Anlagen wurden in verschiedenen Etappen ausgebaut. Das Vorhandensein von bisher ungenutztem Potenzial, die Veränderungen im Bedarf auf dem Energiemarkt und die sich ergebenden neuen Nutzungsmöglichkeiten im Zusammenhang mit dem Gletscherrückgang legen heute die Basis für zusätzliche weitere Ausbauprojekte. Eines dieser Projekte «die Aufwertung der Kraftwerke Handeck und Innertkirchen» geht im Jahr 2016 in Betrieb. Dadurch wird die Leistung der KWO-Kraftwerke mit 280 MW ergänzt und die Jahresproduktion um 70 GWh gesteigert. Dieses Projekt liefert einen wertvollen Beitrag zum beschlossenen Ausbau der erneuerbaren Energien im Rahmen der Energiestrategie 2050.

Jedoch sind unter Berücksichtigung der wirtschaftlich schwierigen Lage auf dem Energiemarkt Investitionen in die Grosswasserkraft heute nicht selbstverständlich.

Der Investitionsbeschluss hatte folglich nur eine Chance, wenn die grösstmögliche Wirtschaftlichkeit des Projekts sichergestellt werden konnte. Aufbauend auf dem Prinzip der dynamischen Projektführung, war die Suche nach der einfachsten und somit kostengünstigsten Lösung permanenter und konsequenter Begleiter im gesamten Projektablauf. Im Austausch mit allen Projektbeteiligten wurde Altbewährtes infrage gestellt, tragbare Risiken identifiziert und die Lösungen auf die spezifische Situation hin massgeschneidert. So wurden viele Vereinfachungen beschlossen, die in der Ausführungsphase zu einer Kreditunterschreitung von 10 % führten.

1.

Einleitung/Veranlassung Die KWO wurde 1925 gegründet und verfügt über ein Aktienkapital von 120 Mio. CHF. Aktionäre sind die BKW Energie AG mit einer Beteiligung von 50 Prozent sowie die Energie Wasser Bern, die Industriellen Werke Basel und die Stadt Zürich mit einer Beteiligung von je 16 ⅔ %. Diese beziehen den von der KWO produzierten Strom und bezahlen deren Produktionskosten.

Mit der Gesamtkonzession vom 12.

Januar 1962 wurde der KWO das Recht zur Nutzbarmachung der Wasserkräfte der Aare von ihrem Ursprung bis nach lnnertkirchen, einschliesslich ihrer Zuflüsse bis und mit dem Gadmerwasser, nach Massgabe der Konzessionsurkunde desselben Datums verliehen. Die Gesamtkonzession wurde für eine Dauer von 80 Jahren erteilt und mit Beschluss des Grossen Rates

vom 21. Mai 1973 um die beiden jüngsten Kraftwerkanlagen (Überleitung HandeckTrift mit Zentrale Handeck 3 und Pumpspeicherwerk Grimsel 2) ergänzt.

Heute verfügt die KWO über 26 Wasserfassungen und produziert in neun Kraftwerken mit total 1125 MW Leistung und acht Speicherseen durchschnittlich 2350 GWh Energie pro Jahr.

Mit den Ausbauvorhaben und seinen verschiedenen Projekten soll das vorhandene Wasserkraftpotenzial an Grimsel und Susten effizienter genutzt werden. Die Aufwertung der Kraftwerke Innertkirchen 1 und Handeck 2 ist ein wichtiger Bestandteil dieses Vorhabens.

2.

Beschreibung der neu erstellten Kraftwerkanlagen Die Wasserzuflüsse im Grimselgebiet werden über verschiedene Kraftwerke vom Oberaarsee auf 2303 m ü. M. bis zum Talboden Innertkirchen auf 620 m ü. M. zur Stromproduktion genutzt. Das Wasser der Gefällestufe Räterichsboden (1767 m ü. M.) – Handeck (1303 m ü. M.) – Innertkirchen (620 m ü. M.) wird zweistufig über die beiden Kraftwerke Innertkirchen 1 und Handeck 2 verarbeitet (siehe Bild 1).

Die über 60-jährigen Anlagen in Innertkirchen und in der Handeck sollen auf

Bild 1. Anlagenschema mit Ausbauvorhaben «Tandem».

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

181

Aufwertung Kraftwerk Innertkirchen 1: Ergänzung Wasserschloss Kapf mit neuer Drosselklappenkammer und neuem Druckschacht, beides mit Anschlüssen an das bestehende System 1, neue Kavernenzentrale, neuer Unterwasserstollen und neues Ausgleichsbecken mit mehreren Anschlüssen an das bestehende System (Bild 2).

Eine besondere Herausforderung war der Neubau der Kavernenzentralen dicht neben den bestehenden Anlagen.

Während des Baus wurden die Maschinen weiterbetrieben. Eine Vorstellung über die räumliche Nähe geben die Bilder 1 und 2: Eine weitere Besonderheit war der Zusammenschluss des bestehenden und des neuen Systems. Dazu musste beispielsweise für den Anschluss des neuen parallelen Stollens RäterichsbodenseeWasserschloss Handeckfluh (oberhalb des Seeabschlussorgans) der Räterichsbodensee und das Triebwassersystem vom 17. November 2014 bis 27. Februar 2015 vollständig entleert werden (siehe Bild 3).

Bild 2. Kraftwerksystem Innertkirchen 1/1.

3.

Bild 3. Verbindung Druckschächte Handeck 2/2. die heutigen Bedürfnisse zielend aufgewertet werden. Dazu sind neue Triebwasserwege und Kraftwerkszentralen unmittelbar parallel zu den bestehenden Anlagen gebaut worden. Mit dieser Aufwertung soll einerseits durch eine Leistungserhöhung von ca. 280 MW (240 MW mit den zwei neuen, 40 MW mit den bestehenden Maschinen) die steigende Nachfrage nach kurzfristig zur Verfügung stehender Spitzenenergie gedeckt werden. Andererseits kann durch eine Reduzierung der Energieverluste im Triebwassersystem die Jahresproduktion um rund 70 GWh erhöht 1

werden. Das Investitionsvolumen beträgt rund 305 Mio. CHF. Folgende Anlagenteile wurden von 2012 bis 2016 neu erstellt: Aufwertung Kraftwerk Handeck 2: Anpassung Einlaufbauwerk Räterichsbodensee, neues Oberwasser-Triebwassersystem (Druckstollen, Drosselklappenkammer mit Anschluss an das Wasserschloss und Druckschacht mit Verbindung zum bestehenden System), neue Kavernenzentrale mit Anschluss unterwasserseitig an das bestehende System Handeck (Bild 3).

Projektführung der KWO: Philosophie der einfachen Lösung Bei der Realisierung des Aufwertungsprojekts «Tandem» stand die Projektführung vor der grossen Herausforderung, die vorliegende, projektierte und ausgeschriebene Anlage so kostengünstig wie möglich zu erstellen. Da es auch nach der Beauftragung von Unternehmungen und Lieferanten im Verlaufe der Bauarbeiten zu Änderungen und damit zu Mehrkosten kommen kann, war die permanente und konsequente Suche nach der einfachsten bzw. kostengünstigsten Lösung auch in der Ausführungsphase zwingend vorgegeben.

Diese Vorgehensweise folgt dem Prinzip der dynamischen Projektführung wie sie im Artikel [1] «Dynamische Projektführung, Wasser Energie Luft, Heft 4, 2013 Biasiutti Gianni, Fischlin Daniel» beschrieben ist. Als einfachste Lösung wird jene verstanden, «welche die Funktion mit dem tiefst möglichen Aufwand gerade noch erfüllt. Die Lösung soll korrekt und dauerhaft sein, sie soll sich aber nicht an üblichen Konzepten und Standards orientieren, sondern auf die spezifischen Gegebenheiten hin massgeschneidert und innovativ-einfach sein. Hinsichtlich Sicherheit,

Das bestehende System besteht bereits aus zwei parallel laufenden Druckstollen Handeck – Kapf. Der ursprünglich in den 40er-Jahren erstellte Druckstollen wurde von 2002 bis 2007 mit einem parallelen Druckstollen ergänzt.

182

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Betrieb und Instandhaltbarkeit werden gewisse Unannehmlichkeiten zugunsten der Einfachheit bewusst in Kauf genommen.

Tragbare Risiken werden nicht eliminiert.

Der prioritäre Fokus liegt bei den Kosten.»

Naturgemäss sind damit Änderungen/Abweichungen von bisher verfolgten Konzepten, Bauweisen und werkvertraglich vereinbarten Inhalten verbunden. Ein erfolgreiches Realisieren einer solchen «noch einfacheren» Lösung bedingt ein Kooperationswille bei sämtlichen beteiligten Partnern und ist mit einem grösseren Aufwand für die Projektleitung des Bauherrn, der beteiligten Unternehmen und Planer verbunden. Gelingt es, zwischen den Beteiligten eine Lösung zu finden, die für alle Vorteile bietet, können durch gemeinschaftliches Handeln massgebende Vereinfachungen erfolgreich umgesetzt werden. Insbesondere gefordert ist dabei jedoch der Bauherr. Er muss Bereitschaft zeigen, Verantwortung zu übernehmen, Bisheriges oder Altbewährtes infrage zu stellen, und er muss mit hoher Fachkompetenz und diplomatischem Geschick für ein möglichst effizientes Schnittstellenmanagement sorgen.

Zur Sicherstellung dieser Bedingungen hat die KWO als Bauherr die essenziellen Funktionen im Projektführungsteam mit eigenen fachkompetenten Mitarbeitern besetzt. Dazu zählt nicht nur die Funktion der Gesamtprojektleitung, sondern auch diejenigen der Teilprojektleitungen «Bau», «Elektromechanik

(EM)», diejenigen der entscheidenden Fachingenieure in der Planung und in der Inbetriebsetzung (insbesondere im EMBereich) und – besonders wichtig – die gesamte Bau- und Montageleitung. Viele dieser Aufgaben werden in anderen Fällen oftmals von Mitarbeitern der beteiligten Planer wahrgenommen. Bei der Realisierung des Tandems konzentrierte sich der Bauplaner auf die Erstellung des Ausführungsprojekts mit den entsprechenden statischen Berechnungen und den zugehörigen Ausführungsplänen einerseits und übernahm andererseits die wichtige Rolle des verlässlichen Partners für die notwendigen Abklärungen im Zusammenhang mit den vielen Optimierungsideen. Im Bereich Elektromechanik übernahm die KWO auf weiten Teilen auch die Aufgabe des Planers. Nur in wenigen speziellen Fachbereichen musste auf die Unterstützung von externen EM-Fachleuten zurückgegriffen werden. Mit dieser Gestaltung des Projektführungsteams sind möglichst kurze und schlanke Entscheidungswege möglich, ist die Schaffung der für den Betrieb der Anlage notwendigen Erfahrung sichergestellt und ist die konsequente Anwendung der KWO-Umsetzungsphilosophie garantiert. In diesem Zusammenhang speziell erwähnenswert, ist die durch KWOMitarbeiter ausgeführte Montage der Abschlussorgane (Kugelschieber, Drosselklappen) sowie die Herstellung sämtlicher Schalt- und Steuerschränke für die EM-Ausrüstung. Dies ermöglichte eben-

falls die Realisierung der einfachsten Lösungen. Naturgemäss ist die für die KWO einfachste Lösung nicht zwingend auch die einfachste Lösung für einen Planer, externe Unternehmer oder einen anderen externen Pojektbeteiligten.

Der Einsatz von eigenem fachkundigem Personal ermöglichte beim vorliegenden Projekt die bestmögliche Identifikation mit dem Vorhaben und bewirkte so die maximale Motivation zum ständigen Hinterfragen der aktuell vorgesehenen und zur Suche nach noch kostengünstigeren innovativeren Lösungen. Dabei wurden im intensiven Austausch zwischen den Beteiligten viele Vereinfachungsvorschläge über eine Kosten/Nutzen- bzw. RisikoAbwägung zeitnah zur Entscheidung gebracht. Dies mit dem Resultat, dass der Projektkredit um über 10 % unterschritten werden konnte. Eine Auswahl von realisierten «einfachen Lösungen» ist nachfolgend beschrieben.

4.

Beispiele von umgesetzten «einfachen Lösungen» Unabhängig von der Realisierung einfacher Lösungen mit Sparpotenzial im Bauablauf, liegt auch in der Festlegung der Ausbaugrössen von Produktionssteigerungen bestehender Kraftwerke grosses Einsparpotenzial. Bestehende Bau- und Anlagenteile bieten meist Reservekapazitäten an, die eine gewisse Leistungssteigerung oder Anlagenerweiterung zulassen. Die KWO hat dies bei der Bestimmung der Projekt-

Bild 4. Entleerter Räterischbodensee.

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183

randbedingungen bewusst berücksichtigt und konnte so viele bestehende Anlagenteile unverändert oder leicht angepasst beibehalten respektive auf eine kostenintensive Neuerstellung verzichten. Diese Vorgehensweise führt zwar zu einem bescheideneren Produktionsleistungszuwachs, hat aber Projektvereinfachungen mit entscheidender Kostenreduktion zur Folge. Beim vorliegenden Projekt können diesbezüglich die folgenden Beispiele genannt werden: • Zur Vermeidung einer Neuerstellung des Anschlusses im Räterichsbodensee wurde die Ausbaugrösse auf die

•

zumutbare Schluckfähigkeit des vorhandenen Einlaufbauwerks abgestimmt. Für das Ausbauprojekt war folglich nur der Anschluss des neuen Parallelstollens an das bestehende System notwendig, und aufwendige Bauarbeiten mit einer entsprechend lang andauernden See-Entleerung konnten vermieden werden.

Ebenfalls wurden die Ausbaugrössen darauf ausgerichtet bei den existierenden Wasserschlössern in der Handeckfluh (KW-Handeck) und im Kapf (KW-Innertkirchen 1) die notwendigen Anpassungsarbeiten für die Bewälti-

Bild 5. Kaverne Handeck 2E beim Generatortransport mit Abdichtungsfolie im Hintergrund am Gewölbe.

Bild 6. Massgeschneiderte Auskleidung im Unterwasserstollen des Kraftwerks Innertkirchen 1 und 1E. 184

gung der transienten Vorgänge auch nach Anschluss des neuen Systems mit gesteigerter Abflusskapazität auf ein Minimum zu reduzieren. Einzig beim Wasserschloss Kapf war so die Erstellung einer kleinen Zusatzkammer notwendig.

• Durch die Mitbenutzung der vorhandenen Infrastruktur der bestehenden Kraftwerkkavernen Handeck 2 und Innertkirchen 1 (Werkstatt, Garderoben, Toiletten, Lagerräume usw.) konnte die Ausrüstung der beiden neuen Kavernen auf ein Minimum reduziert werden.

Bei der Ausschreibung der Arbeiten und Lieferungen haben die folgenden Vorgehensweisen entscheidend zur erfolgreichen Realisierung beigetragen: • In der Ausschreibungsphase verzichtete die KWO bewusst auf die Bildung von umfassenden grossen Losen. Beispielsweise wurden Generator und Turbine wie auch der Hallenkran in separaten Losen ausgeschrieben.

Dies bedingte das Inkaufnehmen des damit verbundenen intensiveren Schnittstellenmanagements. Die KWO verfügt über die fachtechnische Erfahrung zur Handhabung der erforderlichen Koordination und profitierte im Gegenzug von vorteilhafteren Konkurrenzsituationen mit einer ausreichenden Anzahl Angebote.

• Bei den Ausschreibungen sämtlicher Baulose wurden Unternehmervarianten zugelassen. Während die Unternehmer dadurch ihre Stärken im Wettbewerb geltend machen konnten, profitierte die KWO als Bauherr von innovativen und vorteilhaften Lösungen.

Bei den folgenden Arbeitsvergaben erfolgte der Zuschlag aufgrund von Unternehmervarianten: · Bei der Vergabe der Baumeisterarbeiten beim Projektteil «Aufwertung Handeck» kam eine Unternehmervariante zum Zuge, welche anstelle der ausgeschriebenen TBM-Vortriebe den Ausbruch der Stollen für das Triebwassersystem im preislich vorteilhafteren Sprengbetrieb vorsah. Der mit gleichmässiger Neigung ausgeschriebene Schrägschacht wurde in eine Flach- und Steilstrecke unterteilt und der steile Schacht wurde unter Zuhilfenahme der Alimak-Aufbruchbühne ausgebrochen. Beim 3 km langen Druckstollen war mit dem konventionellen Vortrieb zwar ein grösseres Ausbruchprofil und somit Mehraufwand

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beim Ausbruch verbunden, Letzterer kann jedoch mit der Reduktion der Fliessgeschwindigkeiten und somit der Energieverluste mehr als kompensiert werden. · Auch bei der Realisierung des Druckschachts für die Aufwertung Innertkirchen 1 konnte die ausgeschriebene Ausbruchsmethodik entsprechend einer Unternehmervariante abgeändert werden. Anstelle der im Sprengvortrieb ausgeschriebenen Flachstrecke von 1000 m wurden sowohl die Flach- als auch die Steilstrecke (ebenfalls 1000 m) im TBMVortrieb ausgeführt. Durch die Verdoppelung der TBM-Ausbruchsstrecke ergab sich für Unternehmer und Bauherrn eine vorteilhaftere Situation. · Beim Projekt «Aufwertung Innertkirchen 1» ermöglichte die Vergabe der Lose «Unterwasserstollen» und «Kaverne» an den gleichen Unternehmer einen Wechsel vom ausgeschriebenen steigenden zum fallenden Vortrieb beim Unterwasserstollen. Auf diese Weise konnten die Baustelleninstallationen mit denjenigen des Kavernenausbruchs kombiniert und die Schutterwege massiv reduziert werden.

Als Folge des ständigen Hinterfragens der bestehenden Konzepte und Vorgehensweisen konnten wesentliche Projektvereinfachungen während der Ausführung identifiziert, beschlossen und umgesetzt werden. Als Beispiele seien die folgenden erwähnt: • Aufgrund der guten Kenntnisse der geologischen Verhältnisse beim Projekt Handeck (Vorhandensein eines bestehenden Druckstollens) wurde das Risiko als tragbar befunden, den unterhalb der Seeabschlussklappe liegende Teil des neuen parallel laufenden Druckstollens im fallenden Vortrieb aufzufahren. Durch diese vom ursprünglichen Konzept abweichende Projektdisposition ist die Apparatekammer für das Abschlussorgan am Kopf des neuen Schachts rund 20 m tiefer angeordnet. Als Konsequenz daraus konnte die Panzerungsstrecke reduziert und auf die beim Tiefpunkt bei der Seeabschlussklappe vorgesehenen rohrgeführte Entwässerung verzichtet werden.

• Die Auskleidung der Kavernenwände beschränkte sich auf Spritzbeton für die Felssicherung und eine Entwässerungsrigole. Das Verhalten von

•

•

•

Wasserleckagen wurde in beiden Kavernen während der Rohbauphase bei unterschiedlichen hydrologischen Bedingungen (inkl. Schneeschmelze) beobachtet. Daraus resulierten unterschiedliche Massnahmen. In der Kaverne Handeck konnte dank gutem Fels gänzlich auf ein Tropfdach verzichtet werden. Es war ausreichend, einige feuchte oder tropfende Stellen lokal mit Abdichtungsfolie abzuleiten.

In der Kaverne Innertkirchen wurden die sporadisch auftretenden Felsleckagen mit einer einfachen Tropfdachkonstruktion in die entwässerten Bodenrigolen abgeleitet (Bild 5).

Die Erschliessung der Baustelle beim Wasserschloss Handeckfluh (Aufwertung Handeck) mit einer Materialseilbahn wurde zugunsten eines nachhaltigen Erschliessungsstollens ersetzt. Mit dieser investitionsneutralen aber betrieblich vorteilhafteren Lösung konnten das Risiko durch Naturgefahren weitgehend eliminiert und Synergien für allfällig weitere Ausbauprojekte geschaffen werden.

Grundsätzlich wurde die Innenauskleidung (Gewölbe, Paramente und Sohle) der Erschliessungsstollen auf das notwendige Minimum zur Sicherstellung der Grundfunktionalität des entsprechenden Bauwerks reduziert. So konnte in etlichen Stollen die Ausbruchssicherung belassen und auf einen Ausbau verzichtet werden. Allfällige störende Wassereintritte wurden lokal gefasst und abgeleitet. Ebenfalls verzichtete man mehrheitlich auf den Einbau der vorgesehenen definitiven Fahrbahn. Die Sohle der Baupiste ist zwar etwas holprig, erfüllt aber ihre Funktion auch für die kommenden Jahre (eventuell auch für weitere Baustellenerschliessungen über diesen Stollen). Der ursprünglich in der definitiven Sohle integrierte Kabelrohrblock konnte an der Stollenwand in Kabelkanälen geführt werden.

Dieses Konzept der massgeschneiderten Auskleidung wurde auch beim Innenausbau der wasserführenden Stollensysteme angewendet. Mit dem Fokus auf die Felsqualität konnte die Sicherung von Gewölbe und Wänden auf ein Minimum reduziert werden, ein tragbares Schadenrestrisiko wird bewusst in Kauf genommen. Als Sohle beliess man in weiten Bereichen die vorhandene qualitativ gute Sauberkeitsschicht. Ein besonderes Augenmerk wurde auf einen sauberen Über-

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gang von Sohle zu Wand gelegt, sodass möglichst keine Schwachstellen als Angriffspunkte für Ablöseschäden vorhanden sind (Bild 6).

Bedingt durch das bereits vorhandene umfangreiche Kraftwerkportfolio, konnten bei der Ausrüstung der neuen Anlagen gewisse betriebliche Kompromisse zugunsten der Einfachheit als tragbar erachtet werden: • Bei den Hebezeugen und Winden bekamen, wo möglich, mobile oder mehrfach einsetzbare Installationen den Vorzug. Beispielsweise wurde für die Sicherstellung des Unterhalts der neuen Druckschächte anstelle von fix installierten Schachtwinden eine mobile Winde angeschafft, welche jeweils an den Einsatzort verschoben werden kann. Wo vom Zugang und Handling her möglich, werden bei Bedarf kleine, mobile Krane eingesetzt und in der Apparatekammer Gerstenegg wurde der Hallenkran so ausgelegt, dass er nach der Drosselklappenmontage bis auf die Kranstützen wieder ausgebaut und in der Kaverne des ebenfalls im Bau befindlichen Kleinwasserkraftwerks Grund als Maschinensaalkran verwendet werden konnte.

• Bei der Ersatzteilbeschaffung beschränkte man sich auf das Minimum und nimmt damit ein kalkuliertes Verfügbarkeitsrisiko in Kauf.

• Auch erlaubte die Anzahl Kraftwerke zusammen mit der geografischen Anordnung der Anlagen und deren elektrischen Eigenbedarfsanbindung, bewusst auf elektrische Redundanzeinspeisungen zu verzichten.

• Bei den verschiedenen notwendigen, aber voraussichtlich selten zum Einsatz kommenden Dammbalkenabschlüssen wurden, solange statisch möglich, nur die Dammbalkenführungen realisiert. Die Dammbalken werden im Bedarfsfall aus Holz beschafft, eingesetzt und danach entsorgt.

• Auf die üblicherweise in den Generatorableitungen eingesetzten Eigenbedarfstrafos konnte verzichtet werden. Die Konsequenz, dass die neuen Maschinen nicht schwarzstartfähig sind, wurde aufgrund des bestehenden umfangreichen Maschinenparks der KWO als zulässig befunden. Zusätzlich zur Kosteneinsparung bei der Trafobeschaffung konnte auf diese Weise auch das Risikopotenzial von generatornahen Kurzschlüssen reduziert werden.

185

•

Generell wurden die üblichen Redundanzen der Hilfssysteme zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Kraftwerkanlage konsequent hinterfragt und wenn immer möglich weggelassen. Beispielsweise wurde im Kühlwasserkreislauf der neuen Maschinengruppen nur eine Pumpe eingebaut.

In Sachen Anlagesicherheit und CE-Konformität war das Augenmerk in der Realisierungsphase auf ein konsequentes Einfordern der vertraglich vereinbarten CE-Konformitäts- und -Einbauerklärungen der EM-Lieferlose gerichtet. Die Verantwortung in Bezug auf die sicherheitsrelevanten Schnittstellen zwischen diesen Lieferlosen lag bzw. liegt bei der KWO. Mit einem übergeordneten Konformitätskonzept wurden sämtliche nicht abgedeckten Risiken an den Schnittstellen der einzelnen Lieferlose systematisch erfasst, bewertet und entsprechende technische und organisatorische Massnahmen abgeleitet. Die direkte Führung dieses Prozesses erfolgte simultan zur Auslegung und Realisierung

des Projekts. Ausufernde Kosten für die Nachweisführung der Einhaltung von Normen und Vorschriften konnten damit vermieden und unter Kontrolle gehalten werden.

5.

Fazit Die Ausführungen zeigen, dass bei Erweiterungen von bestehenden Wasserkraftwerken die Wahl der Ausbaugrössen mit Rücksicht auf vorhandene Reserven in den bestehenden Anlageteilen zu bescheideneren, aber dafür wirtschaftlicheren Investitionen führen kann. Bringt der Bauherr zusätzlich noch die Bereitschaft mit, tragbare Risiken zu akzeptieren und die entsprechende Verantwortung zu übernehmen, kann das Projekt selbst in der Ausführungsphase in finanzieller Hinsicht massgeblich vorteilhaft beeinflusst werden. Eine geschickt gewählte Loseinteilung, das Zulassen von Unternehmervarianten und die ständige Neubeurteilung der sich im Bauablauf ergebenden Situationen bringt viele Optimierungsmöglichkeiten

auf den Tisch, welche im Hinblick auf die Kosten/Nutzen-Situation analysiert und zur Entscheidung gebracht werden können. Voraussetzung dafür ist jedoch ein Bauherr mit eigenen erfahrenem Fachund Projektführungsmitarbeitern, welches die rasche und umfassende Beurteilung der Auswirkungen der Kostenreduktionsvorschläge sicherstellen können. Die Anwendung dieser Projektführungsphilosophie hat dazu beigetragen, dass – trotz des schwierigen wirtschaftlichen Umfeld – ein massgeblicher Beitrag zur Verstärkung der landeseigenen erneuerbaren Stromproduktion realisiert werden konnte.

Literatur: [1] Biasiutti Gianni, Fischlin Daniel, Dynamische Projektführung, «Wasser Energie Luft», Heft 4, 2013.

Anschrift der Verfasser Jan Stamm, Markus Kost, Tobias Wildi, Ralf Grand, Andres Fankhauser KWO, Kraftwerke Oberhasli AG, Innertkirchen

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Zur Bedeutung von Mehrzweckspeichern in der Schweiz Anpassung an den Klimawandel Walter K. Thut, Rolf Weingartner, Bruno Schädler

Zusammenfassung Bereits heute sehen sich alpine Einzugsgebiete ohne Gletscher und einzelne Regionen des Mittellandes hie und da mit Wasserknappheit konfrontiert. Hingegen verfügen alpine, von Gletschern gespeiste Fliessgewässer über genügend Schmelzwasser, um Hitzeperioden zu überbrücken. Dies wird sich ab Mitte des Jahrhunderts mit dem Verschwinden der Gletscher ändern. Gibt es Ende des Jahrhunderts noch genügend Wasser für alle Nutzer, auch für die Wasserkraft als Pfeiler der Energiewende? Mit der vorliegenden Studie werden die Möglichkeiten und Grenzen von Mehrzweckspeichern anhand von zwei Fallbeispielen untersucht.

Résumé Déjà aujourd‘hui des bassins versant alpins sans des glaciers et quelques régions du plateau Suisse sont de temps en temps confronté avec un manque d’eau. Les cours d’eau nourri par des glaciers sont encore remplis avec l’eau des fontes durant les canicules. Cela changera à partir du milieu de ce siècle, avec la disparition des glaciers. Est-ce qu’à la fin du siècle il y aura encore assez de l’eau pour tous les utilisateurs, aussi pour l’électricité hydraulique, le pilier de la nouvelle politique énergétique ? Avec l’étude présentée les possibilités et les limites des réservoirs à buts multiples sont analysés.

1.

Ausgangslage Alpine Einzugsgebiete ohne Gletscher und einzelne Regionen des Mittellandes sehen sich bereits heute phasenweise mit Wasserknappheit konfrontiert (Fuhrer, 2012), nicht zuletzt, weil natürliche oder künstliche Speicher fehlen. Heute und in Zukunft

sind häufigere und intensivere Trockenperioden eines der grössten Risiken für die Schweiz (OcCC, 2015). Darunter werden vor allem die Landwirtschaft und die Flora und Fauna in den Gewässern leiden.

Anders sieht es noch bei den von Gletschern gespeisten Bächen und

Bild 1. Diese Darstellung zeigt, dass eine nachhaltige Energie- und Wasserpolitik sehr eng zusammenhängen.

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Flüssen aus: Auch wenn im (Früh-)Sommer über mehrere Wochen kein oder nur wenig Niederschlag fällt, ist die Wasserführung dieser Fliessgewässer sehr hoch; sie liegt meist sogar über dem langjährigen Durchschnitt (BUWAL et al., 2004). Aber für jeden ist es sichtbar: Die Gletscher in der Schweiz sind am Abschmelzen (BAFU, 2012), die durchschnittliche Schneegrenze steigt und die Schneevolumina nehmen ab (Zappa et al., 2012). Diese Veränderungen beeinflussen etwa ab Mitte des Jahrhunderts das saisonale Abflussverhalten massgeblich und führen auch in den Alpen zu einem Rückgang der Abflussmengen im Sommer. Wie verschiedene Studien belegen, wird sich diese Situation in Zukunft verstärken (Leitungsgruppe NFP61, 2015).

Auch der Erfolg der Energiewende hin zu nachhaltiger Stromproduktion hängt von der Wasserverfügbarkeit ab. Die Wasserkraft in der Schweiz liefert aktuell etwa 60 % der produzierten elektrischen Energie. Gibt es in Zukunft noch genügend

Bild 2. Hoover-Staudamm am ColoradoRiver bei Las Vegas, USA: 1935 fertiggestellt, 35 Mia. m3 Volumen, für die Mehrzwecknutzung des Wassers (Trinkwasser, Bewässerung und Energie) (Foto: Pamela McCreight).

187

2.

Zielsetzung und Vorgehen Mit der vorliegenden Untersuchung sollen die Möglichkeiten und Grenzen von Mehrzweckspeichern anhand von zwei Fallbeispielen, das eine im Mittelland, das andere im Alpenraum, analysiert werden, um daraus wichtige generelle Aussagen zur Bedeutung von Mehrzweckspeichern in der Schweiz abzuleiten.

Ausgangspunkt der Studie bilden verschiedene Arbeiten und Projekte, welche sich in den letzten Jahren intensiv mit dem Fragenkomplex «Wasser und Klima» auseinandergesetzt haben. Es sind dies primär die Projekte «Auswirkungen der Klimaänderung auf die Wasserkraftnutzung» (SGHL & CHy, 2011), «Auswirkungen der Klimaänderung auf die Wasserressourcen und Gewässer» (BAFU, 2012), «Towards quantitative scenarios of climate change impacts in Switzerland» (OCCR et al., 2014) sowie das Nationale Forschungsprogramm 61 «Nachhaltige Wassernutzung» (Leistungsgruppe NFP61, 2015). Es sei bereits hier erwähnt, dass sich aus diesen Projekten ein doch sehr klares Bild zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die Hydrologie der Schweiz ergibt. Dies hängt damit zusammen, dass die Wirkungskette Temperaturerhöhung – Beeinflussung von Schnee und Gletscher – Abnahme der Speicherwirkung – Abfluss wegen der sehr wahrscheinlichen Zunahme der Lufttemperatur gut belegbar ist.

Jede Region der Schweiz sieht

Wasser, um zum richtigen Zeitpunkt Strom zu produzieren? Zudem laufen bis 2050 die meisten Konzessionen der Wasserkraftwerke aus (Heimfall). Wird dann nochmals genügend in die Erneuerung der Wasserkraft investiert (Bild 1)?

Insgesamt wird der Schweiz auch um das Jahr 2100 noch genügend Wasser zur Verfügung stehen, aber es wird regional und saisonal sehr ungleich verteilt sein (OCCR et al., 2012). Die grosse Herausforderung wird somit darin bestehen, das Wasser am richtigen Ort und zum richtigen Zeitpunkt verfügbar zu haben. Die temporäre Speicherung von Wasser bietet dazu einen vielversprechenden Lösungsansatz.

Welches sind die Handlungsoptionen, wenn im Alpenraum die natürlichen Speicher Schnee und Gletscher signifikant an Bedeutung verlieren, wenn im Mittelland einige Flüsse oft nur noch ein Rinnsal bilden? Was bedeutet dies für die Wasserversorgung? Können und sollen im Alpenraum die natürlichen Speicher Schnee und Gletscher durch künstliche ersetzt werden, muss im Mittelland zusätzlicher Speicherraum geschaffen werden, um sommerliche Trockenzeiten zu überbrücken? Sind Mehrzweckspeicher, welche mehreren Zwecken und Nutzern dienen, eine geeignete Lösung?

Weltweit bestehen viele Beispiele solcher Mehrzweckspeicher, und dies vor allem in Regionen, die aus klimatischen Gründen (z. B. semiaride Regionen) häu-

fig oder regelmässig mit Trockenheit und Wasserknappheit konfrontiert sind (Bild 2).

Die Erfahrung zeigt, dass bei der Realisierung solcher Vorhaben – von der Idee bis zur Inbetriebnahme – viel Zeit verstreicht. Ein vielfach langer politischer Verhandlungsprozess, komplexe Bewilligungsverfahren und der Bau selbst tragen dazu bei, dass man in Zeitdimensionen von Jahrzehnten denken muss, bis ein Werk fertiggestellt ist. Dies sollten wir berücksichtigen, wenn wir über Mehrzweckspeicher diskutieren. Wir müssen heute beginnen, wenn wir in einigen Jahrzehnten bereit sein wollen, nämlich dann, wenn trockene Sommer häufiger vorkommen werden.

Aus diesem Grund fokussieren wir uns in diesem Aufsatz auf die nächsten 70 Jahre und betrachten die Zeiträume um 2050 (in 35 Jahren) und um 2085 (in 70 Jahren) genauer. Wie sieht dann die Wassersituation aus? Welche Probleme sind zu erwarten? Sind diese Probleme überhaupt lösbar?

Dabei gilt es, die verschiedenen Nutzer mit ihren Ansprüchen miteinzubeziehen: den Menschen mit der Trinkwassernutzung, die Landwirtschaft mit steigendem Bedarf an Bewässerungswasser, die Wasserkraft als wichtigen Stützpfeiler der Energieversorgung, den Brauchwasserbedarf der Industrie, den Anspruch des Tourismus nach schönen Wasserlandschaften und nicht zuletzt den Wasserbedarf der Ökosysteme.

Bild 3. Das Broye-Gebiet wird landwirtschaftlich intensiv genutzt. Der Bewässerungsbedarf ist schon heute gross, wie eine Studie der Kantone Waadt und Freiburg (2010) zeigt (veränderte Darstellung einer Grafik dieser Studie).

Bild 4. Man sieht deutlich, dass von Oktober 2002 bis Mai 2003 der Wasserüberschuss deutlich höher war als das nachfolgende Defizit im Sommer 2003 (Daten: Abfluss: BAFU, Bedarf Bewässerung: Fuhrer, 2012, übrige Daten: eigene Berechnungen und Annahmen).

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«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

sich angesichts des Klimawandels mit mehr oder weniger spezifischen Problemen konfrontiert. Für die vorliegende Studie wurde je ein Einzugsgebiet aus dem westlichen Mittelland, die Broye, und aus dem mittleren Wallis, Region CransMontana, ausgewählt. Wie verschiedene Studien (z. B. Meyer, 2012, oder Fuhrer, 2012) zeigen, wird das westliche Mittelland vom Klimawandel stärker betroffen sein als das östliche. In der alpinen Region Crans-Montana besteht dank den Ergebnissen des NFP61-Projekts «MontanAqua» (Weingartner et al., 2014) eine ausgezeichnete Datengrundlage für die vorliegende Studie.

Bei den Analysen in den beiden Regionen wurde das zukünftige Wasserdargebot dem zukünftigen Wasserverbrauch gegenübergestellt; dabei wurde von mehreren Szenarien ausgegangen. Aus der Gegenüberstellung von Wasserdargebot und -verbrauch liess sich der Speicherbedarf ableiten. Darauf basierend, wurden konkrete Lösungen erarbeitet, d. h. Speicher dimensioniert und mit Hilfe eines GISTools im Gelände verortet (Broye) bzw. bestehende Speicher in den Lösungsansatz integriert (Crans-Montana).

3.

Broye-Einzugsgebiet Die Broye ist ein kleiner Fluss, dessen Quellen in den Freiburger Voralpen südwestlich von Bulle liegen und der in den Murtensee mündet. Da das Einzugsgebiet der Broye mit einer Fläche von 850 km2 zwischen 430 und 1514 m ü. M. liegt und deshalb über keine Gletscher und nur über eine unbedeutende winterliche Schneedecke verfügt, wird es von sommerlichen Trockenperioden besonders stark betroffen. Das Abflussregime ist pluvial; es ist hauptsächlich durch die jahreszeitliche Verteilung der Niederschläge geprägt (Weingartner und Aschwanden, 1992).

Die Landwirtschaft nutzt rund zwei Drittel der Flächen (Bild 3), wovon heute nur etwa 5 % bewässert werden. In Zukunft müssen jedoch die meisten Kulturen bewässert werden, und mit den zunehmenden Temperaturen wird der Bewässerungsbedarf pro Flächeneinheit stark ansteigen (Fuhrer et al., 2013).

Neben der Landwirtschaft als klar wichtigste Flächennutzerin dient die Region immer mehr als Wohngebiet für die naheliegenden Zentren. In den letzten 5 Jahren ist die Bevölkerung um rund 13 % gewachsen (Bundesamt für Statistik) und dürfte in Zukunft weiter wachsen. Dies hat zur Folge, dass auch der Trinkwasserbedarf in Zukunft ansteigen wird.

Bild 5. Die obige Legende und diese Erklärung gelten in der Folge für alle Grafiken, welche die Wassersituation darstellen. Die schmaleren Säulen stellen den Bedarf der verschiedenen Wassernutzer dar. Die breitere blaue Säule zeigt das verfügbare Wasser und, über den Verbrauchssäulen, auch das theoretische Ressourcen-Potenzial.

Bild 6. Obwohl um 2050 in einem Trockenjahr insgesamt deutlich weniger Wasser verfügbar ist als im Durchschnitt, liegt das theoretische Lagerungspotenzial trotzdem um ein Vielfaches über dem Defizit (Daten: Abfluss: Meyer, R., 2012, Bedarf Bewässerung: Fuhrer J., 2012, übrige Daten: eigene Berechnungen und Annahmen).

Bild 7. Das sommerliche Wasserdefizit im Gebiet der Broye in einem normalen Jahr um 2085 wird etwa doppelt so hoch sein wie 2003. Das Risiko für die Landwirtschaft dürfte demensprechend steigen (Daten: Abfluss: Meyer, 2012; Bedarf Bewässerung: Fuhrer, 2012, übrige Daten: eigene Berechnungen und Annahmen).

3.1.

Entwicklung der Wassersituation Im Jahresdurchschnitt steht im Einzugsgebiet der Broye genügend Wasser zur Verfügung; in einem normalen Jahr gibt es heute keine Wasserdefizite, und spe-

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zielle Speicher sind nicht notwendig. Die Trockenjahre 2003 und 2015 haben aber deutlich gezeigt, dass eine längere Trockenperiode schnell zu kleinen Abflussmengen führt; so waren im Jahr 2003 bereits die Monate Februar bis Mai ausseror189

Bild 8. Das sommerliche Wasserdefizit im Gebiet der Broye in einem Trockenjahr um 2085 wird etwa vier Mal hoch sein wie 2003. Es müssen also grosse Mengen an Wasser zur Verfügung stehen, um ein solches Defizit abzudecken (Daten: Abfluss: Meyer, 2012; Bedarf Bewässerung: Fuhrer, 2012, übrige Daten: eigene Berechnungen und Annahmen).

Bild 9. Es gäbe im Broye-Einzugsgebiet Möglichkeiten, genügend Wasser oberhalb der landwirtschaftlichen Gebiete zu speichern und damit die Gravitation nutzen zu können.

Bild 10. In dieser Grafik sieht man, dass deutlich mehr Wasser abfliesst als gelagert werden kann. Der schraffierte Teil der hellbraunen Säulen entspricht den Einsparungen, welche die landwirtschaftliche Bewässerung mittels Technik und Sortenwahl machen muss (Daten: Abfluss: Meyer, 2012; Bedarf Bewässerung: Fuhrer, 2012, übrige Daten: eigene Berechnungen und Annahmen). dentlich trocken. Dies hatte zusammen mit dem trockenen und heissen Sommer eine extreme Niederwassersituation zur Folge.

190

Zudem nahm der Wasserbedarf der Pflanzen infolge der ausserordentlich hohen Temperaturen zu, wie auch der Umfang

der bewässerten Flächen. Von Anfang Juni bis Ende August 2003 kumulierte sich das Wasserdefizit in der Region auf 8 Mio. m3 Wasser (Bild 4, Bild 5). Dies verursachte einerseits grosse Probleme für die Landwirtschaft wie auch für die Ökosysteme.

Anderseits lag das kumulierte theoretische Ressourcen-Potenzial von überschüssigem Wasser in den Monaten davor – trotz trockenem Frühjahr – bei 140 Mio. m3, also etwa 17 mal mehr als im Sommer gefehlt hatte. Unter «theoretischem RessourcenPotenzial» verstehen wir die Differenz zwischen den monatlichen Abflüssen und dem monatlichen Wasserbedarf inklusive Restwasser, Trinkwasser, Industrie und Bewässerung. Wir sprechen vom «theoretischen Potenzial», weil in der Praxis nicht das gesamte Potenzial gefasst und gespeichert werden kann. Somit ist das nutzbare Potenzial kleiner als das theoretische. Die berechneten Werte basieren in der Regel auf den mittleren prognostizierten Abflusswerten..

3.2. Zukünftige Defizite Situationen wie 2003 wird es bereits in naher Zukunft öfter geben (Meyer, 2012; Fuhrer et al., 2013). In einem normalen Jahr um 2050 dürfte dann das Wasser im Sommer wohl gerade noch reichen, um alle Bedürfnisse der Nutzer zu befriedigen. Jedoch ist dann bereits etwa alle 5 Jahre mit einem Trockensommer zu rechnen. Dann dürfte das Defizit mit etwa 15 Mio. m3 rund doppelt so hoch sein wie 2003 (Bild 6).

Aber es wäre wiederum möglich, in den Monaten zuvor genügend Wasser zu speichern, denn das theoretische RessourcenPotenzial betrüge selbst in einem solchen Trockenjahr etwa 130 Mio. m3. Die Lösung des Wasserproblems ist also der Schlüssel zur Erhaltung dieser für die schweizerische Landwirtschaft bedeutende Region.

Wie sieht es aber gegen Ende des Jahrhunderts, in 70 Jahren, in dieser Region aus? Geht dann der Landwirtschaft endgültig das Wasser aus? Um das Jahr 2085 wird sich die mittlere Jahresniederschlagsmenge gegenüber heute nur unwesentlich verändern (CH2011, 2011).

Der grösste Teil des Niederschlags wird jedoch im Winter fallen, und nur wenig wird als Schnee liegen bleiben. Die Sommer werden markant trockener ausfallen.

Um 2085 wird es in einem durchschnittlichen Jahr im Sommer ein grösseres Defizit geben als im als extrem empfundenen Trockenjahr 2003; es werden im Durchschnitt jeden Sommer etwa 15 Mio. m3 Wasser fehlen (Bild 7). Vor allem die Landwirtschaft wird wesentlich

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Bild 11. (Bonriposi, 2013) die eingefärbten Flächen stellen die verschiedenen zu bewässernden landwirtschaftlichen Flächen dar. Grafik gegenüber dieser Studie vereinfacht.

mehr Wasser benötigen, da höhere Durchschnittstemperaturen zu einem deutlich höheren Wasserbedarf der Pflanzen führen werden. Da sich aber – wie bereits erwähnt – die Jahresniederschlagsmenge nicht wesentlich verändern und im Winter sogar zunehmen wird, ist in normalen Jahren das kumulierte theoretische Ressourcen-Potenzial nach wie vor sehr gross (rund 180 Mio. m3).

Mit dem wärmeren Klima werden auch die Sommer-Trockenperioden häufiger auftreten und länger andauern. In einem Trockenjahr um 2085 wird das Defizit deshalb noch zusätzlich ansteigen und kann etwa 35 Mio. m3 betragen (Bild 8). Als Folge werden die Bäche wenig bis gar kein Wasser führen. Auch die Wasserführung der Broye wird ohne geeignete Massnahmen minimal sein, oder die Broye könnte sogar austrocken, mit entsprechend negativen Folgen für Fauna und Flora. Aber – und das ist sehr wichtig – sogar in einem solchen trockenen Jahr könnte über den Winter viel mehr Wasser akkumuliert werden (theoretisches Ressourcen-Potenzial etwa 80 Mio. m3) als im darauf folgenden Sommer benötigt wird.

Die präsentierten Zahlen zeigen, auch wenn sie mit Unsicherheiten behaftet sind: Die Umlagerung des Abflusses vom Winter in den Sommer ist eine Herausforderung, aber auch eine Chance für die zukünftige Wasserversorgung der Region.

3.3.

Bild 12. Um Trinkwasser im Zentrum von Crans-Montana zu sichern sowie für die Bewässerung bei Trockenheit kann die multifunktionale Nutzung des Lac Tseuzier eine interessante Lösung darstellen.

Lösungsansätze

a) Bisherige Studien Zum Umgang mit der Wasserknappheit in der Broye-Region gibt es bereits einige Forschungsarbeiten. Innerhalb des Nationalen Forschungsprogrammes 61 (NFP 61) «Nachhaltige Wassernutzung» wurde im Projekt AGWAM (Fuhrer et al., 2013) untersucht, welchen Wasserbedarf die Landwirtschaft in Zukunft aufweisen wird und ob dieser mittels neuer Bewässerungstechniken und geeigneter Sortenwahl reduziert werden könnte.

Nach dem extrem trockenen Sommer im Jahr 2003 wurde von einer Gruppe von Landwirten ein Projekt realisiert (Béguin, 2007), welches Wasser aus dem tiefer liegenden Neuenburger See in die Broye-Region pumpt; theoretisch könnten bis zu 10 % der Flächen bewässert werden. Bei diesem an sich pragmatischen Projekte besteht aber das Problem, dass in sehr extremen Trockenjahren gar kein Wasser aus den Seen entnommen werden darf, da eine minimale Restwassermenge für die Flüsse oberste Priorität hat. Ein weiterer grosser Nachteil dieser Lösung sind die hohen Energiekosten für das Pumpen des Seewassers auf die landwirtschaftlichen Flächen.

In einer Studie zur Situation der Broye-Ebene (Etat de Vaud et Etat de Fribourg, 2010) wurde vorgeschlagen, das

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alte Flussbett der Broye unterhalb Payerne für eine Zwischenspeicherung des Wassers zu verwenden. So könnten jedoch nur etwa 0.6 Mio. m3 Wasser gespeichert werden, was bei Weitem nicht ausreichen würde. Diese Studie weist aber in die richtige Richtung, wie die nachfolgenden Ausführungen belegen. b)

Neue Seen als Lösung für die Zukunft Gibt es genügend Speichermöglichkeiten und -orte, um das sommerliche Wasserdefizit durch den Rückhalt des im Winter reichlich vorhandenen Wassers zu kompensieren? Infrage kommende Speicher müssen vor allem den folgenden Ansprüchen genügen: 1. Sie sollten innerhalb des Gebiets liegen, um lange Transportwege des Wassers zu vermeiden und wasserwirtschaftlich sinnvolle und nachhaltige Lösungen anzustreben.

2. Sie sollten möglichst oberhalb der Landwirtschaftsflächen liegen, damit das Wasser ohne zusätzlichen Energieaufwand, also ohne Pumpen, den Bewässerungsfeldern zugeführt werden kann.

3. Sie sollten so dimensioniert sein, dass sie relativ grosse Volumina speichern können.

Für eine konkrete Umsetzung müsste sich die Bevölkerung darüber einig 191

•

Bild 13. Im Projekt Montan-Aqua wurden verschiedene Szenarien entwickelt. Mit einem moderaten Szenario beträgt das Defizit wie in der Grafik rund 1,5 Mio. m3 (Abfluss: Kauzlaric, 2015, Bedarf Bewässerung: Bonriposi, 2013, übrige Daten: eigene Berechnungen und Annahmen).

Bild 14. Um 2085 sind die verfügbaren Wassermengen ungenügend, und ab Juli bis März weist lediglich der Monat Oktober kein Defizit auf (Abfluss: Kauzlaric, 2015, übrige Daten: eigene Berechnungen und Annahmen). werden, wie die Zukunft der Region aussehen soll. In der vorliegenden Skizze sind wir davon ausgegangen, dass auch in Zukunft eine funktionierende Landwirtschaft die wirtschaftliche Basis der Region bleibt.

Weiter wird vorausgesetzt, dass die Einwohnerzahlen wegen der guten Verkehrsanbindung weiter wachsen werden.

Im Rahmen dieser Studie wurde die Region systematisch nach möglichen Speicherorten untersucht. Mithilfe von GIS-Werkzeugen wurden die jeweils verfügbaren Speichervolumina berechnet.

Wie Bild 9 zeigt, konnten konkrete Standorte ausserhalb der Wohn- und Landwirtschaftsgebiete identifiziert werden. Deren gesamtes Speichervolumen beträgt rund 20 Mio. m3. Es wurde auch geprüft, ob sich diese Reservoirs durch den Abfluss während Winter und Frühling auffüllen lassen und dabei genügende Restwassermengen garantiert werden können, und zwar auch unter zukünftigen Bedingungen.

Diese gespeicherte Menge (ca.

20 Mio. m3) würde der Landwirtschaft um 2085 in normalen Jahren genügend Wasser liefern. Damit auch Trockenjahre über192

brückt werden können, sind aber auch weitergehende Massnahmen wie Optimierung der Bewässerungstechnik und/oder geeignete Sortenwahl notwendig (Bild 10).

In diesem Zusammenhang seien auch mögliche Zusatznutzen solcher Speicher genannt, Zusatznutzen notabene, welche sie zu echten Mehrzweckspeichern machen: • wichtige Naherholungsgebiete • Wasserkraftnutzung: Unsere groben Abschätzungen gehen von einer Jahresproduktion aus, die ein kleineres Dorf versorgen könnte.

3.4.

•

•

•

Schlussfolgerungen für die Broye-Region Der um 2085 notwendige Wasserbedarf wird bis zu vier Mal grösser sein als im Trockenjahr 2003.

Die im Sommer zusätzlich benötigten Wassermengen können nur über neue Wasserspeicher bereitgestellt werden.

Mögliche Standorte für künstliche Seen als Mehrzweckspeicher sind vorhanden und könnten auch um 2085 in normalen Jahren den Wasserbedarf

decken. Mit Optimierungen von Bewässerungstechnik und Sortenwahl können auch Trockensommer bewältigt werden.

Im Sinne eines vorausschauenden proaktiven Wassermanagements empfehlen wir der Region, sich aktiv mit Fragen der Wasserspeicherung auseinanderzusetzen und die Massnahmenplanung in Angriff zu nehmen.

4.

Region Crans-Montana Diese Region im Zentralwallis lebt hauptsächlich vom Tourismus, insbesondere vom Wintersport. Die Skigebiete liegen oberhalb etwa 1500 m ü. M. Eine wichtige touristische Attraktion sind im Sommer die Golfplätze, welche auf 1500 m ü. M. liegen. Das nutzbare hydrologische Zuflussgebiet hat etwa eine Fläche von 165 km2 und reicht hinauf bis zum Plaine-Morte-Gletscher. Die Wasserressourcen sind im Vergleich zur landwirtschaftlichen Fläche und der Bevölkerung gross (Bild 11), da im hochalpinen Teil – im Gegensatz zu den Tallagen – die Niederschläge reichlich fallen (Kauzlaric, 2015). Neben dem Tourismus bildet die Energieproduktion aus Wasserkraft einen bedeutenden Wirtschaftspfeiler. Die Tourismusdestination Crans Montana liegt auf einem Hochplateau. Dieses bildet die Kernregion des Untersuchungsgebietes (siehe Bild 12).

4.1.

Wassersituation in der Region Crans-Montana um 2050 Mit dem Projekt «MontanAqua», welches im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms 61 «Nachhaltige Wassernutzung» ausgeführt wurde, wurde die Situation in dieser Region um 2050 genau analysiert. Die wichtigsten Erkenntnisse daraus waren (Weingartner et al., 2014): • Die heute und um 2050 verfügbaren Wassermengen sind in der Regel genügend. Saisonal können aber in Teilregionen Wasserengpässe auftreten.

• Die sozio-ökonomischen Veränderungen werden die grösseren Auswirkungen auf den Wasserbedarf haben als die Klimaänderung.

• Um eine nachhaltige Wassernutzung zu gewährleisten, ist eine regionale Zusammenarbeit unabdingbar.

4.2.

Gletscher Plaine Morte und Speichersee Lac de Tseuzier Eine entscheidende Rolle für die Region spielt der Plaine-Morte-Gletscher, welcher durch sein Schmelzwasser im Sommerhalbjahr eine wichtige Wasserressource

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

darstellt. Er versorgt einerseits die Berner Seite (Simme) mit Schmelzwasser und leistet anderseits auf der Walliser Seite einen wichtigen Beitrag zum Speichersee Lac de Tseuzier und zur Wasserversorgung in der Region von Crans-Montana (Huss, 2013).

Die Schmelzwassermenge dürfte durch das kontinuierliche Abschmelzen des Gletschers um 2050 sogar noch grösser sein als heute. Aber bereits um 2085 dürfte der Plaine-Morte-Gletscher vollständig abgeschmolzen sein (Schleiss, 2013; Huss, 2013), was entsprechende Auswirkungen auf das Wasserdargebot haben wird.

Der überwiegende Anteil des im Lac de Tseuzier gespeicherten Wassers wird heute für die Energieproduktion genutzt.

Grundsätzlich könnten Wasserengpässe in der Region mit dem bestehenden Speichersee überbrückt werden. Der See besitzt ein nutzbares Volumen von 50 Mio. m3 (Bild 12). Das Gesamtvolumen der anderen bestehenden Wasserspeicher, welche für Trinkwasser und Landwirtschaft gebaut wurden, beträgt lediglich 0.7 Mio m3 (Bonriposi, 2013).

Eine wichtige Rahmenbedingung für die zukünftige Entwicklung ist, dass die Produktivität der Wasserkraft zumindest erhalten bleibt. Deshalb kann nicht einfach die Stromproduktion reduziert werden, wenn andere Wassernutzer einen Bedarf haben, sondern es muss eine Lösung gefunden werden, welche die Stromproduktion nicht reduziert, sondern allen Nutzern genügend Wasser zur Verfügung stellt.

4.3.

Zukünftige Defizite in der Region Crans-Montana Um 2050 sind in einem Trockenjahr vor allem im August Wasserdefizite zu erwarten. Letztere können – je nach Szenario – bis zu 2.5 Mio. m3 betragen (Bild 13). Je nach Entwicklungsszenario kann der Wasserverbrauch in der Region weiter zunehmen.

Im Gegensatz zur Broye-Region wird im Winter der grösste Teil des Niederschlags als Schnee gespeichert. Daher werden um 2050 die Sommertrockenperioden nach wie vor durch die Schnee- und Gletscherschmelze kompensiert. Im Prinzip könnte das Defizit noch ohne den Lac de Tseuzier abgedeckt werden, zum Beispiel mit zusätzlichen Wasserfassungen in ungenutzten Einzugsgebieten; das noch verfügbare theoretische Ressourcen-Potenzial beträgt etwa 10 Mio. m3.

In einem Trockenjahr um 2085 fällt nun aber ins Gewicht, dass kein Gletscherwasser mehr zur Verfügung steht, und dass auch der Bewässerungsbedarf wegen der durchschnittlich höheren Tem-

peraturen deutlich steigt. Dadurch tritt das Defizit im Sommer etwas früher (Juli) auf und ist viel grösser (Bild 14). Eine offene Frage bleibt, ob es dann noch Wintertourismus und – damit verbunden – eine Kunstschneeproduktion geben wird. Letztere könnte das Winterdefizit zusätzlich in die Höhe treiben.

Bild 14 zeigt deutlich das Risiko, dass sich die Defizite im Spätsommer und im darauf folgenden Winter kumulieren könnten, was den Speicherbedarf erhöhen würde. Insgesamt kann das Defizit über 10 Mio. m3 betragen. Da das kumulierte theoretische Ressourcen-Potenzial in einem solchen Jahr lediglich etwa 5.5 Mio. m3 betragen wird, ist eine Lösung ohne den Lac de Tseuzier oder ohne einen anderen grösseren neuen Speicher nicht mehr möglich.

4.4. Projekt Lienne-Raspille Basierend auf einem Masterprojekt der ETH Lausanne wurde für die Lösung der Probleme ein interessantes Projekt entwickelt (Bild 15); es handelt sich dabei um einen Wasserverbund von 13 Gemeinden (Rey, 2010). Dabei sollen drei zusätzliche Wasserfassungen entstehen und das Wasser über teils bestehende, teils neu zu erstellende Leitungen in den Lac de Tseuzier geleitet werden. Von diesem kann das Wasser wieder über die vernetzten Wassersysteme von allen beteiligten Gemeinden bezogen werden, um mögliche Defizite abzudecken. Durch dieses Projekt wird es möglich, auch in trockenen Jahren um 2085 ähnliche Mengen an Wasser für die Stromproduktion zur Verfügung zu stellen wie heute, und dies trotz Mehr-

Bild 15. Die Wasserversorgungen von 13 Gemeinden werden vernetzt, 3 neue Wasserfassungen erstellt, und das Wasser wird im Lac de Tseuzier gespeichert (Aus Rey, 2015).

Bild 16. Durch den Verbund der Wasserversorgungen werden Unterschiede nivelliert, insgesamt steht eine grössere Wassermenge zur Verfügung. Das im Frühjahr gespeicherte Wasser kann im Spätsommer und im Winter die Defizite abdecken und zusätzlich die Stromproduktion auf ähnlich hohem Niveau halten wie heute (Abfluss: Kauzlaric, 2015, übrige Daten: eigene Berechnungen und Annahmen).

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

193

fachnutzung des Lac de Tseuzier (Bild 16).

Seit Kurzem sind sich alle 13 Gemeinden der Region einig, dass das Projekt definitiv ausgearbeitet werden soll.

Das Wallis hat langfristige Strategien verabschiedet Mit neuen Strategien im Bereich Wasser (Kt. Wallis, 2013) und Energie (Kt. Wallis, 2015) hat der Kanton Wallis wichtige Voraussetzungen geschaffen, um den Forderungen in Kap. 4.1. nachzukommen.

Die Wasserstrategie hält klar fest, dass die Versorgung der Bevölkerung erste Priorität hat. Die Wasserkraft wird anderen Nutzern wie Landwirtschaft und Tourismus gleichgestellt, um eine gerechte Wasserverteilung zu garantieren.

Die Energiestrategie des Kantons definiert, dass beim Heimfall der Wasserkraftwerke (Wyer, 2008) die Öffentlichkeit 60 % der Anteile übernehmen soll, und zwar Kanton und Gemeinden je 30 %; die restlichen 40 % sollen am Markt platziert werden. Damit bestehen gute Voraussetzungen für die Umnutzung der Speicherseen zu Mehrzweckspeichern.

Diese Strategien sind nun konsequent in Planungen und Massnahmen zu überführen. Gesetzeslücken auf kantonaler Ebene müssen geschlossen werden, um damit auch Wasserkonflikte zu vermeiden. Entscheidend für den Erfolg wird sein, dass die entsprechenden finanziellen Mittel (Bund, Kanton, Gemeinden) zur Verfügung gestellt werden. Letztlich geht es um ein interregionales Wassermanagement im ganzen Wallis.

•

4.5.

speicher könnte der Schlüssel zu einem erfolgreichen Wassermanagement sein.

Ein regionales Wassermanagement sowie eine Initialfinanzierung auf kantonaler Ebene sind notwendig, damit die kantonale Wasserstrategie wie auch das Projekt Lienne-Raspille keine blossen Absichtserklärungen bleiben.

Fuhrer, Agroscope (2012): Bewässerungsbedarf und Wasserdargebot unter heutigen und künftigen Klimabedingungen.

Huss, M., Voinesco, Hölzle, M. (2013): Implications of climate change on Glacier de la Plaine Morte, Switzerland.

Kanton Wallis (2013): Wasserstrategie des Kantons Wallis – Schlussbericht.

Kauzlaric, M., Schädler, B. (2015): A physically based hydrological framework to assess the ef-

5.

Erkenntnisse aus diesem Projekt Die vorliegende Studie hat klar aufgezeigt, dass in gewissen Regionen in Zukunft Mehrzweckspeicher unbedingt notwendig sein werden, um sommerliche Wasserdefizite durch die reichlichen Niederschläge im Winter zu kompensieren. Solche künstliche Speicher übernehmen die Funktion der natürlichen Speicher Schnee und Eis. Beispiele aus dem Ausland belegen den Zusatznutzen solcher Mehrzweckspeicher. Dazu wird aber ein regionales Wassermanagement benötigt, welches auch die unterschiedlichen Nutzerbedürfnisse miteinbezieht.

Es muss ein eigentlicher Paradigmenwechsel von der blossen Nutzung des verfügbaren Wassers zu einem Management des Wasserverbrauchs vollzogen werden. Dabei gilt es, auch Aspekte des Hochwasserschutzes mit zu berücksichtigen (vgl. z. B. www.kwm.ch, 2015).

Solche Projekte zur Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft sind jetzt anzustossen, in der Politik und in der Gesellschaft. Jetzt ist der richtige Zeitpunkt, jetzt ist es noch nicht zu spät.

fects of climate change in a data sparse alpine environment.

Leitungsgruppe NFP61 (2015): Faktenblatt: Ergebnisse und Empfehlungen des Nationalen Forschungsprogrammes «Nachhaltige Wassernutzung» NFP 61.

Meyer, R. (2012): Die Auswirkungen der projizierten Klimaänderung auf Sommerniedrigwasser im Schweizer Mittelland, basierend auf einer multi-variablen Kalibrierung des hydrologischen Modellsystems PREVAH. OCCR, FOEN, MeteoSwiss, C2SM, Agroscope, and ProClim (2014): CH2014-Impacts, Towards Quantitative Scenarios of Climate Change Impacts in Switzerland. Bern, Switzerland, 136 pp.

ISBN 978-3-033-04406-7.

Rey, Y. 2010: Nouveau Concept de gestion des eaux de la région de Crans-Montana.

Rey, Y. 2015: Lienne-Raspille, Projet Régional de gestion des eaux.

Schleiss, A. (2013): Gletscherschwund und Chancen der Wasserkraft in der Schweiz.

SGHL & CHy (2011): Auswirkungen der Klimaänderung auf die Wasserkraftnutzung.

Staatsrat des Kantons Wallis (2014): Wasserstrategie des Kantons Wallis.

Weingartner R., et al. (2014): Wasserbewirtschaftung in Zeiten von Knappheit und globalem Wandel, Forschungsbericht NFP-61.

4.6.

•

•

194

Schlussfolgerungen für die Region Crans-Montana In einem Trockenjahr um 2085 kann das Wasserdefizit ohne den Lac de Tseuzier oder ohne eine andere Speicherlösung nicht mehr abgedeckt werden.Das Verschwinden des PlaineMorte-Gletschers fällt dann ebenso ins Gewicht wie die sozio-ökonomischen Entwicklung der Region. Letztere hat einen wichtigen Einfluss auf den Wasserverbrauch.

Für die Deckung der Wasserdefizite sind die Hochlagen im Untersuchungsgebiet von grundlegender Bedeutung.

Deshalb muss einerseits Wasser von diesen Gebieten zugeführt werden, andererseits müssen neue Speicher geschaffen respektive bestehende so genutzt werden, dass die Defizite abgedeckt werden können. Das Projekt Lienne-Raspille mit der Nutzung des Tseuzier-Stausees als Mehrzweck-

Literatur

Weingartner, R., Aschwanden, H. (1992): Ab-

Béguin, J., Géomatique Suisse (2007): Irrigation

flussregimes als Grundlage zur Abschätzung

dans la Broye fribourgeoise: trois exploitants

von Mittelwerten des Abflusses. Hydrologischer

agricoles se jettent à l’eau.

Atlas der Schweiz, Tafel 5.2. Bundesamt für Um-

Bonriposi, M. (2013): Analyse systématique et

welt, Bern.

prospective des usages de l’eau dans la région

www.kwm.ch, Kraftwerke Mattmark AG (2015):

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Kapitel «Kraftwerke Mattmark».

Bundesamt für Umwelt (BAFU) (2012): Aus-

Wyer, H. (2008): Die Nutzung der Wasserkraft im

wirkungen der Klimaänderung auf Wasserres-

Wallis – Geschichte, Heimfall, Recht.

sourcen und Gewässer. Synthesebericht zum

Zappa, M., Bernhard, L., Fundel F., Jörg-Hess,

Projekt «Klimaänderung und Hydrologie in der

S. (2012): Vorhersage und Szenarien von

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Schnee- und Wasserressourcen im Alpenraum.

BUWAL, BWG, MeteoSchweiz (2004): Auswirkungen des Hitzesommers auf die Gewässer.

Anschrift der Verfasser

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Walter Thut, Rolf Weingartner, Bruno Schädler,

rauliques – Rapport Explicatif, Canton du Valais.

Oeschger Zentrum für Klimaforschung, Gruppe

CH2011 (2011): Swiss Climate Change Scena-

für Hydrologie, Universität Bern, Hallerstr. 12,

rios CH2011, published by C2SM, MeteoSwiss,

CH-3012 Bern

ETH, NCCR Climate, and OcCC, Zurich, Swit-

contact@walterthut.com

zerland, 88 pp. ISBN: 978-3-033-03065-7.

Etat de Vaud, Etat de Fribourg (2010): Diagnostic de la Pleine de la Broye, Secteur Moudon – Lac Morat.

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Alpine Pumpspeicherung – Quo vadis?

Astrid Björnsen Gurung, Axel Borsdorf, Leopold Füreder, Felix Kienast, Peter Matt, Christoph Scheidegger, Lukas Schmocker, Massimiliano Zappa, Kathrin Volkart

Zusammenfassung Für die Erreichung ihrer Klima- und Energieziele haben die Alpenländer einen klaren Standortvorteil: Neben dem überdurchschnittlich hohen Potenzial für Wind- und Sonnenenergie profitiert das Wasserschloss Europas von der flexiblen, CO2-armen Stromproduktion durch Wasserkraft. Zukünftig werden die Wasserspeicher noch weitere Funktionen übernehmen und eine zentrale Rolle spielen, wenn es darum geht, einen flexiblen Ausgleich für die stark schwankende Stromproduktion aus Wind und Sonne zu liefern. Ebenso wichtig ist die umfangreiche Speichermöglichkeit zur Überbrückung tageszeitlicher und saisonaler Engpässe. Damit erneuerbare Energieträger überhaupt genutzt und in das Energiesystem integriert werden können, bedarf es grosskalibriger Speichertechnologien, die derzeit nur in Form von Pumpspeicherwerken (PSW) vorliegen. Trotz dem offensichtlichen Bedarf ist die Diskussion rund um den Ausbau der Wasserkraft, insbesondere auch der PSW, sehr kontrovers. Anhand zweier Alpenländer, der Schweiz und Österreich, diskutiert dieser Beitrag die Wasserkraftnutzung und Energiespeicherung mithilfe eines Systemansatzes, analysiert vorhandene Bewertungssysteme und schält die Aspekte heraus, die in einem neuen Instrument für die Nachhaltigkeitsbewertung für PSW integriert werden müssen. Zukünftige Instrumente sollen des Weiteren als Grundlage dienen, um mit unterschiedlichen Interessengruppen ins Gespräch zu kommen und damit die gesellschaftliche Akzeptanz zu erhöhen.

1.

Die Energiewende in den Alpen Eigentlich scheint man sich einig: Der Klimaschutz, die zunehmende Verknappung fossiler Energieträger sowie die Abkehr von der Atomenergie machen einen radikalen Umbau des heutigen Energiesystems unumgänglich. Dieser Umbau ist nicht bloss eine Option, sondern eine zwingende Notwendigkeit. Konkret handelt es sich dabei um Richtlinien und Strukturanpassungen zur Dekarbonisierung der Wirtschaft, welche von Frankreich, Deutschland und dem Vereinigten Königreich als erste europäische Länder umgesetzt wurden. Österreich und die Schweiz folgten später. Mit der «Energiestrategie Österreich» (BMWFJ und BMLFUW 2010) hält sich unser Nachbarstaat an die für 2020 gesteckten Zielvorgaben der Europäischen Energie- und Klimapolitik (European Parliament 2008).

Der Schweizerische Bundesrat und das Parlament sprachen sich 2011 für den Ausstieg aus der Kernenergie aus und verabschiedeten zwei Jahre später das erste Massnahmenpaket der Energiestrategie 2050 (Bundesrat 2013). Obwohl man sich über die Dringlichkeit der Klima- und Energiefrage weitgehend einig ist, streiten sich

Akteure aus Politik und Gesellschaft über den geeigneten Pfad und das Tempo der sogenannten «Energiewende». Obwohl die erneuerbaren Energien grundsätzlich positiv wahrgenommen werden, bleibt die Wasserkraft, einschliesslich der Pumpspeicherwerke (PSW), ein umstrittenes Thema.

Was die Produktion und Speicherung von erneuerbarer Energie betrifft, haben die Alpenländer einen klaren Standortvorteil. Ihre Reservoire und Wasserkraftanlagen stellen einen höchst flexiblen Baustein in der sich stark veränderten Energielandschaft zur Verfügung: Ist die Nachfrage gross, können die Anlagen fast augenblicklich Elektrizität ins Netz liefern.

Sinkt die Nachfrage, wird die Produktion eingestellt und überschüssige Energie kann von PSW absorbiert und zwischengespeichert werden. Gegenwärtig stellen Wasserkraftanlagen die einzige Speichertechnologie dar, die nicht nur mit den starken Produktionsschwankungen von Wind- und Sonne, sondern auch mit den jahreszeitlichen Fluktuationen in der Energienachfrage umgehen kann. Wie in den windreichen Ländern Irland, Portugal und dem Vereinigten Königreich bereits zu be-

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

obachten ist, werden mit dem Ausbau der Erneuerbaren europäische PSW an Bedeutung gewinnen. Werden zudem immer mehr Kernkraftwerke stillgelegt, wird sich das neue Energiesystem umso stärker auf die regulierende Leistung von PSW verlassen müssen (Hildmann et al 2014).

Mit solchen Aussichten müssten PSW für Investoren eine höchst attraktive Option darstellen. In Wirklichkeit scheuen sich aktuell Wasserkraftunternehmen vor weiteren Investitionen wegen Unsicherheiten bezüglich Strommarktliberalisierung, Netznutzungsgebühren, Auswirkungen von Subventionen auf den Strommarkt und, im Fall der Schweiz, wegen ungünstiger Wechselkurse (BFE 2013a; Österreichs Energie, 2015).

Seit einigen Jahren kämpfen die Betreiber von Wasserkraftanlagen zudem mit fallenden Strompreisen, die mitunter durch den Überschuss von billigem Strom aus Wind und Sonne, aber auch aus Braunkohle verursacht wurden. Auslöser für die zugrunde liegende Überschussproduktion waren die massive Entwertung der CO2Zertifikate und die starke Subventionierung der neuen Erneuerbaren. Darüber hinaus können auch die Auswirkungen des Klimawandels auf die zukünftige Wasserverfügbarkeit den Anreiz für weitere Investitionen mindern. Wie es mit der Pumpspeicherkraft weitergeht, hängt stark von der konkreten Umsetzung der Energiewende auf nationaler Ebene, aber auch von der Akzeptanz in der Bevölkerung ab, welche Vorhaben beschleunigen, aber auch vollständig verhindern kann. Daher ist der Dialog mit der Öffentlichkeit, in welchem Kosten und Nutzen von verschiedenen Lösungen aufgezeigt werden, umso wichtiger.

Vor dem Hintergrund der Energiewende bildet dieser Artikel eine mögliche Basis für die Meinungs- und Konsensbildung bezüglich Wasserkraft im Alpenraum.

Ausgehend von bereits vorhandenen Instrumenten zur Nachhaltigkeitsbewertung von Kraftwerken, analysiert die vorliegende Arbeit die Auswirkungen des «Systems Pumpspeicherkraft» auf Umwelt, Wirtschaft, Gesellschaft und Landschaft und 195

1 Umleitung von Wasserressourcen 2 Einstaufläche 3 Lawinen und Erdrutsche

4

1 3

2

4 Gletscher- und Permafrost-Schwund

5

5 Tourismus und Freizeit 6 Stauraumverlandung

7 6

5

1 Umleitung von Wasserressourcen

9

2 Einstaufläche 8 10

3 Lawinen und Erdrutsche

8 Habitatschutz

4 Gletscher- und Permafrost-Schwund

9 Ausgleich von variablen erneuerbaren Energien

5 Tourismus und Freizeit

10 Sedimentumleitungsstollen

6 Stauraumverlandung 11

7 Energiespeicherung, Wasserrückhalt und Abflussregulierung 8 Habitatschutz

5

7 Energiespeicherung, Wasserrückhalt und Abflussregulierung

11 Beschneiungsanlagen 12 Stromnetzinfrastruktur

9 Ausgleich von variablen erneuerbaren Energien 13 Betrieb Pumpspeicherkraftwerk

(turbinieren, pumpen)

10 Sedimentumleitungsstollen 11 Beschneiungsanlagen

12

14 Kies- /Sedimententnahme

12 Stromnetzinfrastruktur

15 Geschiebeanreicherung

13 Betrieb Pumpspeicherkraftwerk (turbinieren, pumpen)

13

14

ON

14 Kies- /Sedimententnahme

16 Auen und Flussuferhabitate

15 Geschiebeanreicherung

17 Ausgleichsbecken

16 Auen und Flussuferhabitate

17

18 Fischwanderung

17 Ausgleichsbecken 20

16 15 18

19 pH-Wert des Wassers

19 pH-Wert des Wassers

20 Wassertemperatur

20 Wassertemperatur

19

O2

21

21 Ufererosion

21 Ufererosion

22 Dürre und Trockenheit (Vorsorge)

22 Dürre und Trockenheit (Vorsorge)

23 Chemische Zusammensetzung des Wassers

24

26

18 Fischwanderung

25

24 Finanzmärkte und Subventionen

23 Chemische Zusammensetzung des Wassers

25 Mitsprache der Bürger

24 Finanzmärkte und Subventionen

26 Gesetzgebung 23

27

29

22

NO3–

31

28

25 Mitsprache der Bürger

27 Talsperren und Zufahrtstrassen 28 Hartholzauen

26 Gesetzgebung

29 Grundwasser

27 Talsperren und Zufahrtstrassen

30 Trinkwasser

30

31 Bewässerung

28 Hartholzauen

32 Stilllegung der Kernkraftwerke

29 Grundwasser

33 Hochwasser(-schutz)

30 Trinkwasser 34 Stromimporte und -exporte und Ausgestaltung der Energiepolitik

5

31 Bewässerung 32 Stilllegung der Kernkraftwerke

32

33 Hochwasser(-schutz) 34

34 Stromimporte und -exporte und Ausgestaltung der Energiepolitik

33

Bild 1. Wechselwirkungen der Pumpspeicherkraft mit Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft (Grafik von Valentin Rüegg und Astrid Björnsen Gurung mit Beiträgen der Workshop-Teilnehmer). legt ein besonderes Augenmerk auf die Ressourcenverfügbarkeit (Bild 1). Dabei greift sie auf die Expertise von Forschenden und Praxisvertretern zurück, die sich im Februar 2015 am Workshop «Nachhaltigkeitsbewertung von PSW in der Schweiz und Österreich» in Bregenz eingebracht haben. Der Anlass wurde durch das WSLEawag-Forschungsprogramm «Energy Change Impact» angestossen und in Partnerschaft mit der Schweizerisch-Österreichischen Allianz für Gebirgsforschung, dem SCCER Supply of Electricity und den Vorarlberger Kraftwerken AG organisiert.

Das Treffen hatte zum Ziel, Ideen für eine kluge Nachrüstung bestehender Bewertungsinstrumente für das «System Pumpspeicherkraft» zusammenzutragen.

2.

Bild 2. Jährliche Netto-Stromerzeugung in der Schweiz und in Österreich für das Jahr 2010 mit einem Szenario für 2020. (Quellen: BFE 2011; BMWFJ 2010; BFE 2013b Szenario POM/Fossil-zentralisiert und erneuerbare Energie C&E).

196

Pumpspeicherkraft in Österreich und in der Schweiz Die Schweiz wie auch Österreich haben sich für eine Energiewende ausgesprochen. Die beiden Nachbarländer haben

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viele Gemeinsamkeiten: die hohe Wirtschaftskraft und Technologieentwicklung, die Topographie und die damit verbundene Wasserverfügbarkeit und eine ähnlich hohe Stromproduktion. Beide Länder wollen den Anteil der Erneuerbaren in der nahen Zukunft stark erhöhen (BMWFJ und BMLFUW 2010; BFE 2013b; Bundesrat 2013). Im Strommix unterscheiden sie sich aber wesentlich (Bild 2): Österreichs Strom stammt zu 64 % aus Wasserkraft, ein Anteil, der auf 74 % ansteigen soll. Mit einem Drittel anderer thermischer Stromerzeugung ist der verbleibende Beitrag der Erneuerbaren sehr gering. In der Schweiz hat der Entscheid zum Ausstieg aus der Kernenergie bis 2034 der Energiewende Auftrieb verliehen. Gegenwärtig trägt die Kernkraft rund zwei Fünftel zur Stromproduktion bei. Die Wasserkraft liefert gut die Hälfte, ein Anteil, der sich gemäss Energiestrategie 2050 mittels neuer Anlagen und Verbesserungen an bestehenden Infrastrukturen geringfügig erhöhen dürfte (Bundesrat 2013). Dazu beitragen sollen neue PSW (z. B. Grimsel 3, Etzelwerk), die die 19 bestehenden Anlagen mit einer Gesamtkapazität von 1383 MW ergänzen sollen (BFE 2015). Drei davon (Linth-Limmern, Nant de Drance, und PSHP Veytaux FMHL+) sollen 2017 ans Netz gehen (Piot 2014).

Für die Schweiz und Österreich sind der Neubau von PSW und die Vergrösserung der Speicherkapazitäten für eine erfolgreiche Energiewende zwingend notwendig, stellen sie doch die einzige, grossskalige Speichermöglichkeit für tages- und jahreszeitliche Produktionsschwankungen dar (Österreichs E-Wirtschaft 2013; Hildmann et al 2014; BSMWMET 2015).

Dennoch fliessen immer weniger Gelder in den Wasserkraftsektor und Ausbaupläne geraten ins Stocken (Tabelle 1). Das ungünstige Marktumfeld, insbesondere die Unsicherheit bezüglich der zukünftigen Differenz zwischen den Stromverkaufspreisen und den Pumpkosten sowie die politischen Entscheidungen zum Thema Netznutzungsgebühr für PSW führte zum Aufschub mehrerer Bauvorhaben in den beiden Nachbarstaaten.

Lange vor der Energiewende schöpften die Betreiber von PSW hohe Gewinne ab, indem sie über Mittag teuren Strom verkauften und nachts mit Billigstrom ihre Reservoirs wieder füllten, so das gängige Geschäftsmodell. Inzwischen hat sich das Blatt gewendet: Der überschüssige Strom aus subventionierten neuen Erneuerbaren drückt tagsüber die Elektrizitätspreise. Pumpspeicher dienen heute vornehmlich der Regulierung der

Tabelle 1. Gegenwärtige und zukünftige Kapazität von PSW >50 MW in Österreich, der Schweiz und in Deutschland (Quellen: Schweiz: BFE 2015, Piot 2014; Österreich und Deutschland: Datenzusammenstellung von Pumpspeicherbetreibern durch Markus Aufleger, Innsbruck Universität, Österreich).

Tabelle 2. Bewertungsinstrumente für Wasserkraftprojekte (Quellen: IHA 2011; Tiroler Landesregierung 2011; BMLFUW 2012).

Tabelle 3. Allgemeine Instrumente zur Nachhaltigkeitsbewertung (Quellen: Bauer et al 2012; BAFU 2009; Flury und Frischknecht 2012; UBA 2012; Treyer und Bauer 2013; UNECE 2015).

Netzspannung. Gemäss verschiedener Modellrechnungen reicht der gegenwärtige Umfang dieser flexiblen Stromproduktion für die Schweiz und Österreich

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

aus, um die zusätzliche Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen ins Netz bis Mitte Jahrhundert zu regulieren. Danach, je nach Szenario, sind zusätzliche Speicher197

und/oder Pumpkapazitäten notwendig, um auch die Einbindung in den internationalen Strommarkt sicherzustellen (Kirchner 2012; Zach et al. 2013; Hildmann et al.

2014; Moser 2014). Durch die enge Verzahnung von Schweizer und Österreicher PSW mit dem europäischen Strommarkt ist deren Flexibilität wie auch deren Speicherfähigkeit nicht nur regional, sondern auch international bedeutend.

3.

Bewertungsinstrumente für PSW Vor dem Bau eines neuen PSW müssen die möglichen ökologischen und sozialen Auswirkungen sowie die Wirtschaftlichkeit des Vorhabens geprüft werden. Dazu liegen verschiedene Instrumente vor, entweder zur spezifischen Prüfung von Wasserkraftprojekten (Tabelle 2) oder zur Bewertung der Nachhaltigkeit allgemein (Tabelle 3). Will man PSW ebenso bewerten, ergibt sich die Schwierigkeit, dass diese nicht primär der Stromproduktion dienen, sondern der Speicherung und Regulierung.

Damit können die Leistung, respektive die Auswirkungen von PSW nicht direkt mit anderen Stromerzeugungsanlagen verglichen werden. Ökologische, wirtschaftliche und soziale Auswirkungen: Ein Systemansatz

4.1 Umweltveränderungen Die Nachhaltigkeit der Stromerzeugung aus Wasserkraft und der Klimawandel sind eng miteinander verknüpft. Neuste, hochaufgelöste Beurteilungen zu den klimabe-

Volumen Welt, Schweiz, Österreich, 106 m3

8000

8000

Netto-Kapazität weltweit

6000

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4000

4000

2000

2000

1900

1950 Welt

2000 Schweiz

Volumen Welt, 109 m3

4.

dingten Auswirkungen auf die natürlichen Abflüsse stützen sich auch auf hydraulische Modelle und detaillierte Betriebspläne von Wasserkraftanlagen, da auch diese ins Gewicht fallen. Einfache Algorithmen ergänzen die Modelle, damit auch Umleitungen von Wasser, die jahreszeitliche Speicherung oder durch die Stromnachfrage bedingter Schwall und Sunk entsprechend abgebildet werden können (Fatichi et al. 2015). Und auch umgekehrt: Möchte man den Einfluss eines PSW auf die Gewässer erfassen, bedingt dies den Einbezug von Informationen zur Gletscherund Schneeschmelze, zum Schwund von Permafrost, zu Abflussregimes und den damit verbundenen Unsicherheiten. Klare Hinweise auf Veränderungen des Wasserhaushalts, die nach 2050 zu erwarten sind, wie ein erhöhter Abfluss im Winter und tiefere Pegelstände im Sommer, liegen bereits vor (SGHL and CHy 2011; Addor et al. 2014). Während Laufwasserkraftwerke vom Klimawandel eher profitieren dürften, müssen alpine Wasserkraftanlagen vor allem mit negativen Auswirkungen rechnen (z. B. Fatichi et al. 2015). Der Rückzug der Gletscher setzt vermehrt leicht erodierbare Sedimente frei, die die Stauseen verlanden und entsprechend die Stromproduktion reduzieren (Boes und Hagmann 2015; Raymond Pralong et al. 2015) (Bild 3). Erhöhte Sedimentfrachten beschleunigen den Verschleiss der Turbinen und anderer Hydraulikteile, was Effizienz- und Gewinnverluste zur Folge hat. Potenzielle Lawinenniedergänge, Eisbrüche, Steinschläge oder Erdrutsche in Speicherseen oder neu entstehende Gletscherseen bergen das Risiko

2050

Österreich

Bild 3. Produktionskapazität der Wasserkraft in der Schweiz, in Österreich und weltweit und die Reduktion durch die Stauraumverlandung. Die obere Linie entspricht jeweils der Kapazität, die untere der Sedimentation (Quelle: Boes und Hagmann 2015:195).

198

von Impuls- und Flutwellen. Davon abgesehen, verschärft sich die Ressourcenkonkurrenz durch den wachsenden Wasserbedarf in Wintertourismusdestinationen (z. B. Weingartner et al. 2014).

Wesentlich für die Nachhaltigkeitsbewertung von PSW ist der Faktor Zeit.

Modelle und Szenarien zu zukünftigen Umweltveränderungen können Energieversorger darin unterstützen, geeignete Standorte für neue Anlagen zu identifizieren. Während Vorhersagen für den Zeitraum von mehreren Tagen den Betreibern bereits heute eine Optimierung der Wassernutzung erlauben, könnten Prognosen über ein Jahrzehnt eine geeignete Weiterentwicklung von glaziohydrologischen Simulationen sein (Farinotti et al. 2012). Technologien zur Verminderung der Stauraumverlandung (z. B. Sedimentumleitstollen oder Spülungen) oder zur Reduktion des Verschleisses an Turbinen werden derzeit intensiv erforscht und im Feld erprobt (z. B. Boes et al. 2014). Hier bedarf es neuer technischer wie auch betrieblicher Lösungen, die den Umweltnormen entsprechen und so den nachhaltigen Betrieb gewährleisten, aber gleichfalls die Effizienz und Flexibilität des Anlagenbetriebes erhöhen.

4.2 Umweltauswirkungen Gebirgsflüsse sind sehr dynamische Ökosysteme, deren Zustand stark von der ökologischen Vernetzung entlang des Flusslaufes, aber auch derjenigen quer und senkrecht zum Flussbett und nicht zuletzt von den natürlichen Abflussschwankungen abhängt. Diese vier Dimensionen sind für die Ausbreitung von Tier-, Pflanzen- und Pilzgemeinschaften in den Alpenflüssen bestimmend.

Heute sind nur noch wenige alpine Fliessstrecken in ihrem natürlichen Zustand. Die meisten sind durch Schwellen, Begradigungen, geringe Restwassermengen oder Sunk und Schwall beeinträchtigt.

Ebenso wirken sich Hochwasserschutzmassnahmen, Flussregulierungen, die Landwirtschaft, die Siedlungsentwicklung oder die Bodenversiegelung auf die Gewässer aus. In der Schweiz sind inzwischen fast die Hälfte der Wasserläufe künstlich vertieft, befestigt, gestaut oder begradigt (Peter et al. 2005). Die Wasserkraftbauten des letzten Jahrhunderts führten zum Verlust von 70 % aller Auenwälder (Fischer et al.

2015). In Österreich wurden 97–99 % aller mäandrierenden und verzweigten Flussläufe in ihrer Hydromorphologie verändert, mit den entsprechenden Auswirkungen auf deren Ökologie (Muhar et al. 2000). In Einzugsgebieten von mehr als 10 km2 wur-

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

den insgesamt 32 000 Hindernisse für die Fischwanderung gezählt, wovon 11 % der Wasserkraft zuzuschreiben sind. Schwall und Sunk beeinflussen nur 2.4 % (779 km) des österreichischen Gewässernetzes und sind daher von untergeordneter Bedeutung (BMLFUW 2014).

Nicht nur der aquatische Lebensraum ist betroffen. Fehlen die Abflussdynamik und der Geschiebetransport, beeinträchtigt dies auch terrestrische Ökosysteme, die von wiederkehrenden Störungen profitieren. Zu den wichtigsten Auswirkungen von PSW auf die unterliegenden Flusslandschaften gehört der veränderte Geschiebetransport, der Wasserentzug in der Restwasserstrecke sowie Schwall und Sunk.

Die Auswirkungen auf die Ökologie erkennt man anhand von Mustern (z. B. Artenverteilung und -zusammensetzung, Populationsgrössen) oder Prozessen (Populationsdynamik, Wechselwirkungen zwischen Arten und Strukturen, Ökosystemdienstleistungen). Die Vorkommen der Deutschen Tamariske (Myricaria germanica), eines auf Kiesbänke spezialisierten Strauches, wurden während der letzten 150 Jahren wegen der veränderten Wasserführung in beiden Ländern dramatisch reduziert. Der Bestand bleibt bedroht (z. B. Werth und Scheidegger 2014). Im Gegenzug können Stauseen dazu beitragen, den Basisabfluss im Winter oder während Trockenperioden zu erhöhen oder die Hochwassergefahr stromabwärts zu mindern.

Künstliche Seen schränken ferner den Transport von Samen ein und damit einhergehend die räumliche Ausbreitung gewisser Pflanzen. Der Abfluss wird heute vornehmlich durch das übergeordnete und stets komplexer werdende Energiesystem gesteuert sowie durch die gesteigerte Turbinenleistung und den Anlagenbetrieb (Pfaundler und Keusen 2007).

Obwohl zahlreiche ökologische Auswirkungen von Wasserkraftanlagen bekannt sind, fehlen in den gängigen Bewertungsinstrumenten wesentliche Grössen.

Die Biodiversität und abiotische Faktoren wie die Wasserqualität und -quantität, die Flussmorphologie, Dämme und die daraus resultierende Fragmentierung aquatischer und terrestrischer Lebensräume werden unzureichend erfasst, ebenso komplexe Wechselwirkungen verschiedenster Faktoren in Flusssystemen. Eine Verträglichkeitsprüfung muss also hydrologische mit ökologischen Aspekten verbinden, wie das Junker et al. (2015) für die Klimaauswirkungen auf die Wasserressourcen, die Sedimentfrachten und Fischhabitate gemacht

hat. Idealerweise sollten die Wirkungen der Wasserkraft von anderen anthropogenen Belastungen getrennt betrachtet werden.

4.3

Sozioökonomische Auswirkungen Die Akzeptanz neuer Wasserkraftanlagen hängt von den wirtschaftlichen Vorteilen während der Bau- und Betriebsphase ab. Gemäss Ribi et al. (2012) bleiben bei grossen Kraftwerkprojekten lediglich 25 % der Bruttowertschöpfung in der Region.

Und doch war es insbesondere die Wasserkraftindustrie, die im letzten Jahrhundert die Entwicklung in entlegenen Alpentälern massgeblich vorangetrieben hat, in dem Arbeitsplätze geschaffen, Zugänge erstellt und erhebliche Geldmittel in Talschaften flossen, in denen alternative Entwicklungsmöglichkeiten sehr beschränkt waren. Die anstehende Energiewende bietet vergleichbare Möglichkeiten für die lokale und regionale Wirtschaft.

Die Auswirkungen der Wasserkraft auf die Wirtschaft und Gesellschaft beschränken sich nicht auf den Ort der Stromproduktion, sondern reichen weit über die Landesgrenzen hinaus. Entsprechend sollten Bewertungsinstrumente für PSW ihren Mehrfachnutzen über weite Distanzen, wie zum Beispiel den Beitrag zur Netzstabilität und damit der Versorgungssicherheit, oder den Hochwasserschutz berücksichtigen. Zudem wird diskutiert, ob Reservoire anstelle der Gletscher zukünftig Trink- und Bewässerungswasser liefern müssen.

Solche zahlreicher werdenden Nutzungsansprüche bergen zwar Konfliktpotenzial, deuten aber auch auf das Sektoren übergreifende Interesse an der Ressource Wasser hin (Weingartner et al. 2014). Bis anhin gibt es kein Instrument, welches den Wert dieser zusätzlichen Nutzung von Speicherseen gegen die Kosten der Wasserkraft abzuwägen vermag.

Eingebettet im nationalen und internationalen Energiesystem, sind PSWBetreiber als wichtige Akteure der Energiewende zu betrachten, welche aber zwingendermassen auf den Strommarkt, den Ölpreis und das Marktumfeld, wie zum Beispiel Einspeisevergütungen, reagieren müssen. Zwar haben die Klimaziele und die Endlichkeit fossiler Brennstoffe den Druck auf die Umsetzung der Energieziele massiv erhöht, doch fehlt es auch heute an marktreifen Speichertechnologien, um Strom aus Erneuerbaren im grossen Stil zu integrieren. Vorerst muss die Wende mit bewährten Technologien eingeleitet werden, die heute verfügbar sind. Einzig die PSW leisten diesen Dienst.

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

4.4 Visuelle Beeinträchtigung Im Gegensatz zu Wasserkraftanlagen im Unterlauf beeinträchtigen solche im Gebirge relativ kleine Flächen. Die hohen Talsperren in der Schweiz und in Österreich stauen kleinflächig relativ grosse Volumen, welche gut in den Talschaften versteckt sind und die Landschaft kaum beeinträchtigen. Streitigkeiten entstehen vorwiegend in Strassen- oder Siedlungsnähe und in Tourismusregionen, weniger in entlegenen Gebieten. Ob eine Landschaftsveränderung durch eine Anlage akzeptiert wird, hängt mitunter auch davon ab, ob Wasserkraft vom Betrachter als «grüne Energie» wahrgenommen wird. Im Gegensatz zu den neuen Erneuerbaren wird die Wasserkraft nicht uneingeschränkt als geeignetes Mittel für die Energiewende akzeptiert (Hunziker et al. 2014). Touristen, welche das Grimselgebiet im Berner Oberland besuchten, gruppierten die Wasserkraft eher mit Gas und Kohle als mit erneuerbaren Energien. Das gilt es ernst zu nehmen, denn Konflikte, die im Zusammenhang mit dem Ausbau der Erneuerbaren entstehen und zur Ablehnung von neuen Projekten führen, könnten das gesamtschweizerische Potenzial für erneuerbare Energien um 20–80 % reduzieren (Kienast et al. 2014).

Konnotationsforschung kann helfen, solche Verluste zu verringern. Dazu gehört die Frage, ob eine von Energieanlagen beeinflusste Region als Symbol der Nachhaltigkeit wahrgenommen wird, sozusagen als «Energielandschaft», oder eher als ein dem technischen Fortschritt geopferter Landstrich. Diese Wahrnehmung kann sich ändern, allerdings meist nur über längere Zeiträume. Der Schlüssel für die Akzeptanz neuer Energieinfrastrukturprojekte liegt wohl im frühzeitigen und gut geplanten Einbezug der Bevölkerung (Partizipation).

Die gemeinsame Entwicklung von Indikatoren zur Bewertung von landschaftlichen Beeinträchtigungen könnte ein mögliches Werkzeug für die nötige Konsensfindung darstellen.

4.5 Schlussfolgerungen Der vorliegende Artikel beschäftigte sich mit der Frage, wie eine Systemsicht auf PSW, welche die Auswirkungen auf die Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft transparent macht, die Energiewende unterstützen könnte. Obwohl noch kein endgültiges Bewertungsinstrument vorliegt, hat die Gesamtschau auf die Wasserkraft einige blinde Flecken, Schwachpunkte und Erfordernisse an die Forschung aufgedeckt, welche in der Weiterentwicklung aufgegriffen werden sollten: 199

•

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200

Umweltindikatoren: Biodiversität, Wasserqualität und -quantität, Morphologie und Lebensraumvernetzung entlang von Flussgebieten sollten adäquat bewertet werden.

Kumulative Effekte: Wie in den Wasserrichtlinien der EU (WFD 2012) vermerkt, sind die kumulativen Auswirkungen verschiedener Kraftwerkstypen (z. B. Schwall und Sunk, Geschieberückhalt, Temperaturveränderungen, Hindernisse für die Fortbewegung von Arten) wichtig und sollten in der Bewertung berücksichtigt werden.

Zeit: Speichervolumen, Naturgefahren und Abflussregimes verändern sich über die Zeit. Ebenso beeinflussen sich wandelnde Managementansätze und Technologien die Energieproduktion, -effizienz, -versorgungssicherheit und die Kosten. Zeit ist damit ein wesentlicher Faktor im Bewertungssystem.

Wirtschaftliche Vorteile: Der Bau und Betrieb von Kraftwerken ist mit einem finanziellen Nutzen unterschiedlichen Ausmasses für die regionale, nationale und internationale Wirtschaft verbunden. Die Bewertung muss daher den entsprechenden Anteil an der Bruttowertschöpfung explizit und transparent machen.

Verschiedene Dienste und Wassernutzungen: Neben der Stromproduktion müssen Dienstleistungen zugunsten des Energiesystems bewertet werden, mitunter auch als Beitrag an die 20-20-20-Ziele der europäischen Klimapolitik (Council of the European Union 2008). Ebenfalls sollten die zahlreichen und weitreichenden, wirtschaftlichen und sozialen Leistungen, wie z. B. die Prävention von Naturgefahren oder die Wasserversorgung, gegen die lokalen Umweltauswirkungen abgewogen werden.

Landschaft: Zur Abschätzung des ästhetischen Einflusses von PSW auf die Landschaft eignen sich zwei Methoden: der ökologische Fussabdruck auf Stufe Landschaftsbild, der auch soziokulturelle Informationen beinhaltet, sowie die Analyse der Zahlungsbereitschaft, die Vorlieben oder Abneigungen in der Landschaftsentwicklung sichtbar macht.

Partizipation: Eine Bewertung muss dazu genutzt werden, die lokale Bevölkerung vor dem Bau und auch während des Betriebs gründlich zu informieren und damit in den Prozess einzubinden.

Um wirklich zu greifen, müsste ein integrales Bewertungssystem mehrere Indikatoren einbeziehen und den Dialog mit der Öffentlichkeit wie auch mit Experten ermöglichen. Auch muss anerkannt werden, dass es keinen absolut richtigen oder falschen Ansatz gibt. Die der Wasserkraft innewohnenden Zielkonflikte und deren Gewichtung wurden mit dem Instrument der multikriteriellen Entscheidungsanalyse bereits erfolgreich erfasst (Tabelle 3 in diesem Beitrag).

Aufbauend auf der Expertise von Forschenden und Wasserkraftbetreibern mit unterschiedlichen Hintergründen, erfasst die vorliegende Analyse das System der PSW aus einer interdisziplinären Perspektive. Forschung trägt zum Bemühen bei, Managementansätze und Infrastrukturen so zu verbessern, dass damit Natur und Gesellschaft nicht nur geschützt werden, sondern, dass Letztere auch von den neuen Anlagen profitieren können. Für komplexe Systeme wie Wasserkraftanlagen sind Simulationsmodelle und die Generierung von kollektivem Wissen mit Beiträgen von Wissenschaftlern, Betreibern, Behörden und Politikern unerlässlich. Um nun die Auswirkungen der Energiewende zu untersuchen, reicht die Antwort auf die Frage «Was passiert, wenn ...?» nicht aus.

Viel eher muss die Forschung der Frage nachgehen: «Was soll passieren?» oder «Wie sollen unsere Energiezukunft und der entsprechende Lebensstil aussehen?».

Ein solcher Ansatz erfordert die Fähigkeit, einen gesellschaftlichen Konsens über die Kompromisse zu finden, die wir einzugehen bereit sind, sofern Synergien nicht möglich sind. Ein integriertes Bewertungssystem wäre ein Mittel dazu.

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201

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Rechenreinigungsmaschinen Einflüsse des Produktesicherheitsgesetzes und der Maschinenrichtlinie auf den Betrieb und die Konstruktion Christoph Dändliker, Jürg Meier

Zusammenfassung Die Rechenreinigungsmaschinen stellen aus betrieblicher Sicht einen sehr wichtigen Teil einer Wasserkraftwerksanlage dar. Entsprechend sind auch die Potenziale bezüglich Reduktion der Betriebskosten und der Betriebsrisiken und die Erhöhung der Gesamtanlageneffizienz sehr hoch.

Moderne Rechenreinigungsmaschinen arbeiten oft vollautomatisch, und dies in einem Bereich, in welchem Personen gegebenenfalls Zutritt zur Beseitigung aller Störfälle haben müssen.

Eine Studie im Rahmen einer Masterarbeit zeigt auf, dass durch die aktuellen gesetzlichen Vorgaben der Arbeitssicherheit sehr oft Handlungsbedarf besteht. Bei Neuanlagen und Revisionen kommen zusätzlich die Anforderungen der Produktehaftung hinzu. Diese müssen auch bei «alten» Maschinen beachtet werden, auch wenn sie vor der Einführung der Maschinenrichtlinie im Jahre 1997 in Betrieb gesetzt wurden.

bracht werden können, «wenn sie bei normaler oder bei vernünftigerweise vorhersehbarer Verwendung die Sicherheit und die Gesundheit der Verwenderinnen und Verwender und Dritter nicht oder nur geringfügig gefährden» [PrSG Art. 3 Abs. 1].

Bei den Produkten sind auch Maschinen inbegriffen. Dies wird heute dadurch sichergestellt, dass die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG der Europäischen Gemeinschaft auch in der Schweiz als rechtsver-

bindliche Richtlinie gültig ist. Gemäss dieser Richtlinie besteht unter anderem die Pflicht, eine Risikobeurteilung für das hergestellte Produkt zu erstellen [MRL 2006/42/EG Anhang I Abs. 1]. Damit sollen die Risiken vermindert oder geeignete Massnahmen getroffen werden. Wobei ein Produkt nicht allein deshalb als gefährlich zu betrachten ist, weil ein sichereres Produkt in Verkehr gebracht wurde. Falls eine Maschine fehlerhaft ist, haftet der Hersteller für die da-

1.

Einleitung Im Rahmen einer Masterarbeit am Institut für Anlagen- und Sicherheitstechnik, SITEC, der Hochschule Rapperswil wurden der Betrieb und die Konstruktionen von Rechenreinigungsmaschinen (RRM) bezüg-lich den Anforderungen aus der Maschinenrichtlinie (MRL) bzw. dem Produktesicherheitsgesetz (PrSG) untersucht. Es wurden rund 40 Maschinen in der Schweiz, in Deutschland und Österreich untersucht. Dabei zeigte sich, dass sowohl die Betreiber als auch die Hersteller oft die Anforderungen aus dem Gesetz nicht vollständig umsetzten oder noch gar nicht kennen.

2.

Gesetzliche Grundlagen In der Schweiz wird per Gesetz verlangt, dass Produkte nur in den Verkehr ge-

Bild 1. Prozess zur Risikominderung aus Sicht des Konstrukteurs mit den gesetzlichen Verpflichtungen für den Benutzer bzw. Betreiber (Quelle: SN EN ISO 12100-1).

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

203

durch verursachten Schäden. Ein Produkt gilt als fehlerhaft, «wenn es nicht die Sicherheit bietet, die man unter Berücksichtigung aller Umstände zu erwarten berechtigt ist» [PrHG Art.4 Abs. 1]. Zu beachten ist, dass ein Hersteller eines Produkts nur 10 Jahre ab dem Inverkehrbringen für die Schäden haftbar ist, welche sein Produkt verursacht hat [PrHG Art. 10]. Danach trägt grundsätzlich der Betreiber die Verantwortung für die Schäden seiner Anlage.

3.

Anforderungen an die «alten» Maschinen Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ist in der Schweiz erst seit dem 1. Januar 1997 verbindlich. Vor 1997 galt der Grundsatz, dass die Maschine dem nationalen Stand der Technik zu entsprechen hat. Dabei ist es zulässig, dass die Maschine heute noch den damaligen Stand der Technik zum Zeitpunkt des ersten Inverkehrbringens aufweist. Gemäss Art. 24 der Verordnung über die Unfallverhütung (VUV) müssen jedoch diese Maschinen mindestens die Anforderungen nach den Artikeln 25–32 und 34 Abs. 2 erfüllen. Damit die Anforderungen nach VUV erfüllt sind, muss ein Nachweis der Sicherheit erbracht werden.

Es muss also nachgewiesen werden, dass Art. 24 Abs. 1 der VUV erfüllt ist.

VUV / Art. 24 Abs. 1 «In den Betrieben nach dieser Verordnung dürfen nur Arbeitsmittel eingesetzt werden, die bei ihrer bestimmungsgemässen Verwendung und bei Beachtung der gebotenen Sorgfalt die Sicherheit und die Gesundheit der Arbeitnehmer nicht gefährden.»

Ob diese Anforderungen eingehalten sind, wird vom Arbeitsinspektor beurteilt. Für den Betreiber ist die EKAS-Richtlinie 6512 eine gute Informationsquelle, um sich selbst ein Bild über die gesetzlichen Mindestanforderungen zu machen. Dabei ist zu beachten, dass beispielsweise für die Stillsetzung der Maschine und die Sicherung dieses Zustands kein Unterschied besteht zwischen einer neuen oder einer alten Maschine. Für die alten Maschinen gilt diesbezüglich der Artikel 30 der VUV und für die neuen der Artikel 1.6.3 der MRL. Inhaltlich bestehen jedoch keine wesentlichen Unterschiede.

VUV / Art. 30 Arbeitsmittel und wenn nötig auch ihre Funktionseinheiten müssen mit Ein-

204

richtungen ausgerüstet sein, mit denen sie von jeder Energiequelle abgetrennt oder abgeschaltet werden können.

Dabei müssen allenfalls noch vorhandene gefährliche Energien abgebaut werden können. Die Einrichtungen müssen sich gegen Wiedereinschalten sichern lassen, wenn sich daraus eine Gefährdung für Arbeitnehmer ergibt.

MRL / Art. 1.6.3.

Die Maschine muss mit Einrichtungen ausgestattet sein, mit denen sie von jeder einzelnen Energiequelle getrennt werden kann. Diese Einrichtungen sind klar zu kennzeichnen. Sie müssen abschliessbar sein, falls eine Wiedereinschaltung eine Gefahr für Personen verursachen kann. Die Trenneinrichtung muss auch abschliessbar sein, wenn das Bedienungspersonal die permanente Unterbrechung der Energiezufuhr nicht von jeder Zugangsstelle aus überwachen kann.

Die Restenergie oder die gespeicherte Energie, die nach der Unterbrechung der Energiezufuhr noch vorhanden sein kann, muss ohne Risiko für Personen abgeleitet werden können.

4.

sentlichen Änderung gemäss PrSG Art. 2 Abs. 4c faktisch zum Hersteller. Denn in diesem Artikel steht: «Als Hersteller im Sinne dieses Gesetzes gilt auch die Person, die das Produkt wiederaufbereitet oder deren Tätigkeit die Sicherheitseigenschaften eines Produkts anderweitig beeinflusst». Eine wesentliche Änderung ist gleichzusetzen mit der Beeinflussung der Sicherheitseigenschaften. Das bedeutet, dass das gesamte Konformitätsverfahren durchgeführt werden muss. Es muss somit nach jeder Änderung an einer Maschine überprüft werden, ob die Sicherheit noch gewährleistet und ob ein Konformitätsverfahren nötig ist. Diese Überprüfung muss nachgewiesen werden können. Bei einem Drittel der untersuchten Anlagen wurden Änderungen durchgeführt, ohne die Auswirkungen auf die Sicherheit zu überprüfen.

5.

Vergleich alte und neue Maschinen Bei der Beurteilung des Betriebsverhaltens und der Konstruktion der Maschinen wurde festgestellt, dass die «alten» Maschinen gegenüber den neuen teilweise betriebstüchtiger sind. Vor allem bei den mobilen Seilrechenreinigungsmaschinen, welche sich bei Laufkraftwerken sehr bewähren, sind die älteren Konstruktionen oft gebrauchstauglicher.

Inverkehrbringen durch Änderungen an einer Maschine 5.1. Gebrauchstauglichkeit In der Gesetzgebung wird grundsätzlich Es ist erstaunlich, dass bei den neusten unterschieden zwischen Hersteller und Rechenreinigungsmaschinen nicht die ErBetreiber. Für den Hersteller, welcher fahrungen der «alten» Maschinen genutzt die Maschine in Verkehr bringt, ist das werden, um den Betrieb und die InstandProduktesicherheitsgesetz (PrSG) bzw. haltung zu optimieren. Als Beispiel kann die Maschinenverordnung (MaschV) und für den Betreiber das Unfallversicherungsgesetz (UVG) bzw. die Verordnung über die Unfallverhütung (VUV) massgebend. Wenn ein Hersteller eine Maschine heute in Verkehr bringt, muss diese nach der MRL 2006/42/EG gebaut sein. Es ist somit das gesamte Konformitätsverfahren durchzuführen. Der Betreiber wird mit der Durch- Bild 2. Übersicht über die Änderungen an den untersuchten führung einer we- Anlagen.

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Bild 3. Vergleich zwischen einer ungünstigen (links, Baujahr 2009) und zwei gut konstruierten Maschinenvorderseiten (Mitte Baujahr 1995 und rechts Baujahr 1991) in Bezug auf die Gebrauchstauglichkeit. die Gestaltung der Vorderseite der Maschine genommen werden. Es ist bekannt, dass alle Komponenten an der vorderen Maschinenseite so konstruiert werden müssen, dass sich nirgends Geschwemmsel beim Hochziehen mit der Harke verklemmen kann. Während dies bei früheren Konstruktionen sehr gut umgesetzt wurde, ist bei neueren Maschinen ein klarer Rückschritt zu erkennen. Die Maschinenvorderseite ist wesentlich schlechter gestaltet und bietet viel mehr Möglichkeit für das Geschwemmsel hängen zu bleiben.

5.2.

Zugänglichkeit und Positionierung der Komponenten Eine weitere Problematik ist, dass die Komponenten der neuen Maschinen schlechter zugänglich und damit weniger instandhaltungsfreundlich sind. Bei der Maschine in Bild 3, links, wurde zum Beispiel die komplette Winde in der Dachkonstruktion untergebracht. Um genügend Platz für Instandhaltungsarbeiten zu haben, müssen die Dachluken geöffnet werden. Dies führt jedoch dazu, dass sich das Instandhaltungspersonal anseilen muss, damit die Sturzgefahr verhindert wird. Zudem ist so keinerlei Witterungsschutz vorhanden. Bei den älteren Maschinen ist die Winde immer entweder im Maschinenhaus oder hinten, im unteren Bereich der Maschine, gut zugänglich angebracht. Somit sind auch hier die neuen Konstruktionen nicht betriebstüchtiger als die alten. Es scheint so, als ob die Hersteller, welche noch auf dem Markt sind, die Maschinenkonstruktion immer nur angepasst, die Maschinenrichtlinie jedoch nicht von Grund auf komplett umgesetzt haben.

6.

Vorgaben der Maschinenrichtlinie Im Folgenden werden einige Punkte aufgeführt, welche eine moderne Rechenreinigungsmaschine erfüllen muss, um die Vorgaben der Maschinenrichtlinie zu erreichen.

Bild 4. Abschrankung des Gefahrenbereichs einer vollautomatischen Rechenreinigungsmaschine.

6.1.

Abgrenzung des Gefahrenbereichs

MRL / Anhang 1 / Art. 1.2.1 Die Maschine darf nicht unbeabsichtigt in Gang gesetzt werden können.

Die Forderung, dass sich eine Maschine nicht unbeabsichtigt in Gang setzten darf, betrifft alle vollautomatische Maschinen.

Wobei speziell die fahrbaren Maschinen angesprochen sind. Dies bedeutet nämlich, dass sich während des vollautomatischen Betriebs keine Personen im Gefahrenbereich befinden und diesen Bereich auch nicht betreten dürfen. Damit ist bei neuen vollautomatischen Anlagen eine komplette Abschrankung Pflicht, welche den Zugang der Personen überwacht.

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6.2.

Positionsmessung auf dem Rechenboden (Fahrweg)

MRL / Anhang 1 Art. 1.2.3. Bei Maschinen, die im Automatikbetrieb arbeiten, darf das Ingangsetzen oder Wiederingangsetzen nach einer Abschaltung und die Änderung ihres Betriebszustands ohne Bedienereingriff möglich sein, sofern dies nicht zu einer Gefährdungssituation führt.

Art. 1.5.15. Die Teile der Maschine, auf denen Personen sich eventuell bewegen oder aufhalten müssen, müssen so konstruiert und gebaut sein, dass ein Ausrutschen, Stolpern oder ein Sturz auf oder von diesen Teilen vermieden wird.

Viele Maschinen besitzen eine Positionsbestimmung mittels Metallnocken oder Magneten bei den Gleisen und Sensoren 205

Bild 5. Messwagen für die absolute Wegmessung inkl.

Endlagenüberwachung. auf der Maschine, welche die Position der Maschine auf dem Rechenboden bestimmen. Dazu gehören auch Maschinen, welche nach der Einführung der Maschinenrichtlinie konstruiert wurden. Die Problematik bei diesem System liegt darin, dass die Maschine zwischen den Metallnocken die effektive Position nicht kennt.

Wenn zum Beispiel der Strom ausfällt, ist es für die Steuerung nicht möglich, die Position der Maschine zu bestimmen, ohne dass eine definierte Position angefahren werden muss. Zudem bilden die Metallnocken oft Stolperfallen, welche nach der Maschinenrichtlinie vermieden werden müssen. Eine moderne, maschinenrichtliniengerechte Lösung ist eine Absolutwegmessung, welche sich nicht auf dem Rechenboden befindet. Somit ist für die Maschinensteuerung immer die aktuelle, genaue Position verfügbar und es braucht keine Messtechnik auf dem Rechenboden.

Damit ist es nach der Maschinenrichtlinie erlaubt, dass die Anlage beispielsweise nach einem Stromausfall selbstständig wieder den Betrieb aufnimmt. Anzumerken ist, dass einzelne solche Systeme, in einem separat mitgezogenen Messwagen, seit rund 20 Jahren problemlos im Einsatz stehen und damit schon lange Stand der Technik wären. Dieses System hat zudem den Vorteil, dass mit den zusätzlich verbauten Sensoren Sicherheitspositionen überwacht werden. Damit werden die Sicherheitsfunktionen direkt angesteuert und müssen nicht über die Steuerung verarbeitet werden. Damit entfallen für die Steuerungen die teuren Anforderungen an ein Performance Level (PL; EN ISO 13849).

Die DIN 19704-3:2014 verlangt für die Endlagenabschaltung mindestens PL b, was die Umsetzung der Maschinenrichtlinie bedeutet.

206

Bild 6. Definierter Instandhaltungsplatz, um rundherum Arbeiten an der Maschine sicher durchführen zu können.

6.3.

End- und Überlastabschaltungen Hubwerk Für die End- und Überlastabschaltungen des Hubwerks gelten die gleichen Anforderungen wie an die oben dargestellten Absicherungen des Fahrwegs.

6.4.

Voraussetzungen für die Instandhaltung

MRL / Anhang 1 / Art. 1.1.5.

Art. 1.1.5. Die Maschine oder jedes ihrer Bestandteile müssen sicher gehandhabt und transportiert werden können.

Art. 1.6.1. Die Einrichtungs- und Wartungsstellen müssen ausserhalb der Gefahrenbereiche liegen. Die Einrichtungs-, Instandhaltungs-, Reparatur-, Reinigungs- und Wartungsarbeiten müssen bei stillgesetzter Maschine durchgeführt werden können.

Art. 1.6.2. Die Maschine muss so konstruiert und gebaut sein, dass alle Stellen, die für den Betrieb, das Einrichten und die Instandhaltung der Maschine zugänglich sein müssen, gefahrlos erreicht werden können.

Für die Instandhaltung gibt es ebenfalls Forderungen aus der Maschinenrichtlinie. Aus diesem Grund sind Arbeiten auf der Oberwasserseite von fahrbaren Maschinen nicht mehr zugelassen, sondern müssen an einem sicheren Platz durchgeführt werden können. Es muss also ein definierter Platz vorhanden sein, welcher das sichere Arbeiten an der Maschine ermöglicht. Diese sichere Position muss auch in einem Störfall erreicht werden können.

Zudem müssen Hilfsmittel, welche zur sicheren Instandhaltung nötig sind, vom Hersteller geliefert werden. Bei grösseren

Maschinen kann es zusätzlich nötig sein, dass die Zufahrt mit Hubstapler oder dergleichen möglich sein muss, um beispielsweise eine Störung an der Harke sicher beheben zu können.

6.5. Fazit Die Studie hat gezeigt, dass dem Betreiber sehr zu empfehlen ist, den Inhalt der gesetzlichen Mindestanforderungen und der Maschinenrichtlinie zu kennen. Zudem ist es wichtig, dass beim Bau der Rechenreinigungsmaschine die gesamte Anlage inkl. Geschwemmselentsorgung, Zufahrt, Instandhaltungsmöglichkeit usw. ein Gesamtkonzept bilden, welches der Maschinenrichtlinie entspricht. Dabei ist ein Sicherheitskonzept zu erstellen, in dem die verschiedenen Betriebsarten berücksichtigt sind. Der Normalbetrieb stellt beispielsweise andere Anforderungen an die Sicherheit als der Betrieb bei einem Hochwasser. Ebenfalls ist es sehr zu empfehlen, das Sicherheitskonzept vor der Realisierung einer Anlage zu erstellen. Wobei dies für einen Neubau wie auch für wesentliche Umbauten an einer Anlage gilt. So ist es möglich, die Sicherheit zu gewährleisten, ohne hohe Kosten zu erhalten.

Anschrift der Verfasser Christoph Dändliker, Institut für Anlagen- und Sicherheitstechnik SITEC, christoph.daendliker@hsr.ch Jürg Meier, Institut für Anlagen- und Sicherheitstechnik SITEC, juerg.meier@hsr.ch

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Einfluss der Wasserführung auf das Erscheinungsbild und die Akustik von Wasserfällen Restwasserbestimmung bei Wasserentnahmen oberhalb von Wasserfällen Isabella Schalko, Florian Arnold, Liliana Demarchi, Priska Helene Hiller, Robert Boes

Zusammenfassung Wasserfälle sind besondere Landschaftselemente. Bei Gewässern mit Wasserfällen kann eine Wasserentnahme, z. B. zur Wasserkraftnutzung, zu einem Konfliktpotenzial zwischen den Nutzungsinteressen und den Anliegen des Natur- und Landschaftsschutzes führen. Im Rahmen von drei Masterarbeiten wurde an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich eine Methode zur Restwasserbestimmung unter Berücksichtigung der Beeinträchtigungsdauer eines Wasserfalls, der Änderung seines Erscheinungsbilds sowie seiner Akustik (Lautstärke) infolge Wasserentnahmen entwickelt. Dabei wurden Daten von insgesamt 15 Wasserfällen unterschiedlichen morphologischen Typs in der Schweiz, Österreich und Norwegen erhoben und analysiert. Es zeigte sich, dass wahrnehmbare Änderungen des Erscheinungsbilds und der Akustik von der Wasserführung und vom morphologischen Typ des betreffenden Wasserfalls abhängen. Die Änderungen der Akustik (wahrnehmbare Lautstärke) sind jedoch weniger ausgeprägt als die optischen. Bei geringen Durchflüssen sind die sichtbaren und hörbaren Änderungen bedeutender als bei grossen Durchflüssen. Die hier weiterentwickelte Methodik kann zur Restwasserbestimmung an Gewässern mit Wasserfällen angewandt werden, um die Einwirkungsintensität der geplanten Wasserentnahme auf das Erscheinungsbild und die Akustik des betreffenden Wasserfalls möglichst objektiv abzuschätzen. Dabei ist jener kritische Durchfluss zu identifizieren, ab dem die typischen und das Erscheinungsbild des Wasserfalls prägenden Fliesswege aktiviert werden. Die Einwirkungsintensität wird der Bedeutung des Wasserfalls in einer Matrix gegenübergestellt, woraus die Auswirkung der geplanten Wasserentnahme sichtbar wird, die für den Wasserfall und dessen Bedeutung als Landschaftselement entsteht.

1.

Einleitung und Motivation Wasserfälle sind bedeutende Landschaftselemente, die in erster Linie durch ihre grosse Fallhöhe und den mitunter gischtartigen Durchfluss visuell in Erscheinung treten. Zudem erzeugt das freifallende und wieder auftreffende Wasser eine charakteristische Geräuschkulisse. Wasserfälle spielen bei kantonalen Wasserstrategien, wie z. B. jener des Kantons Bern (AWA BE, 2011), vor allem wegen ihrer touristischen Bedeutung eine wichtige Rolle.

Für die Wasserkraftnutzung sind Wasserfälle aufgrund des ausgeprägten Gefälles von grossem Interesse. Dies führt an Gewässern mit Wasserfällen zu Konflikten zwischen der Projektierung von Wasserentnahmen und dem Naturschutz (WWF GL, 2009, 2015; Kugler, 2011; Rodewald und Baur, 2015). Es stellt sich die Frage, inwieweit eine Reduktion der Wasserfüh-

rung eines Wasserfalls dessen Aussehen und Akustik beeinträchtigt. Die heutige Restwasserbestimmung in der Schweiz (GSchG, 1991) ist jedoch nicht unmittelbar an Bedingungen geknüpft, welche die Ästhetik von Wasserfällen berücksichtigen.

An der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich wurden seit 2009 zusammen mit verschiedenen Partnerinstituten drei Masterarbeiten zum Einfluss der Wasserführung eines Wasserfalls auf sein Erscheinungsbild und die Akustik durchgeführt (Hiller, 2010; Demarchi, 2012; Arnold, 2015). Dabei wurden Messdaten und Fotoserien von diversen Wasserfällen in der Schweiz, in Österreich und Norwegen erhoben und ausgewertet. Im Folgenden werden nach einer Beschreibung der Wasserfallcharakteristika zunächst die Methodik und die Resultate der genannten Mas-

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terarbeiten präsentiert. Darauf aufbauend, wird ein Vorgehen zur Restwasserbestimmung vorgeschlagen, welches sich bei Projekten geplanter Wasserentnahmen an Gewässern mit Wasserfällen anwenden lässt.Der für Flora und Fauna entlang eines Gewässers benötigte Restwasserdurchfluss gemäss Gewässerschutzgesetz (GSchG, 1991) wird hier nicht behandelt.

2.

Wasserkraft und Wasserfälle Wasserfälle hatten in der Vergangenheit einen bedeutenden Anteil an der Nutzung der Wasserkraft und einen grossen Einfluss auf die Entwicklung von Wirtschaft und Industrie in wasserfallreichen Ländern wie Norwegen und der Schweiz (Hudson, 2013). Beispiele in der Schweiz sind u. a. die Kleinwasserkraftwerke am Rheinfall (KW Neuhausen, SH) aus dem Jahr 1889, am Diesbach (Hochdruckkraftwerk Diesbach AG, GL) von 1896 und am Reichenbachfall (KW Schattenhalb, BE) von 1909.

Der Wasserkraft kommt zur Erreichung nationaler und internationaler Energie- und Klimaschutzziele eine grosse Bedeutung zu. In der Schweiz soll im Zuge der Energiestrategie 2050 des Bundes die Jahresproduktion aus Wasserkraftwerken bis Mitte des Jahrhunderts um 3 bis 4 TWh steigen (Andersson et al., 2011; BFE, 2012; SWV, 2012). Sowohl auf globaler Ebene als auch in vielen Nationalstaaten ist die Wasserkraft die wichtigste erneuerbare Quelle für elektrische Energie mit den höchsten Wirkungsgraden und den besten Erntefaktoren (Englisch energy payback ratio).

In Europa schreitet die Entwicklung der Kleinwasserkraft in den letzten Jahren stark voran, beispielsweise in «typischen» Wasserkraftländern wie der Schweiz, Österreich und Norwegen. In der Schweiz erfolgt eine vermehrte Wasserkraftnutzung u. a. infolge des Bundesratsbeschlusses zum Atomausstieg und der sog. kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) des Bundes (BFE, 2015). Mithilfe der KEV kön207

nen Kleinwasserkraftprojekte gefördert und kann deren Wirtschaftlichkeit erhöht werden (BFE, 2012). Bei einigen dieser Kraftwerksprojekte soll Wasser aus wasserfallbildenden Bergbächen und -flüssen energetisch genutzt werden. Da es sich meist um reine Laufwasserkraftwerke ohne nennenswerte Speicherbecken handelt, wird das Wasser nur während des Turbinenbetriebs ausgeleitet.

3.

Klassifizierung und Typisierung von Wasserfällen Trotz einer Vielzahl an internationalen Beschreibungen und Typisierungen von Wasserfällen gibt es derzeit keine allgemein anerkannte und angewandte Klassifizierungsmethodik. Da Wasserfälle ihr Erscheinungsbild laufend verändern, ist es schwierig, relevante Kriterien zu definieren. Schneider (1989) erfasste tabellarisch

Bild 1. (a) Definitionen zur Klassifizierung von Wasserfällen mit (1) Zufluss, (2) Kopfzone, (3) Fallzone, (4) Prallzone, (5) Durchfluss, (b) Entscheidungsbaum zur morphologischen Typisierung von Wasserfällen (nach Schwick und Spichtig, 2002, und Demarchi, 2012).

250 Wasserfälle, welche als Grundlage für die Erstellung einer Datenbank dienten. In dieser Datenbank werden 164 Wasserfälle beschrieben und basierend auf den folgenden vier Kriterien bewertet: Fallhöhe, durchschnittliche Wasserführung, Sichtbarkeit und Bekanntheit. Schwick und Spichtig (2002) befassten sich mit der Verteilung, Systematik, Bedeutung und Gefährdung von insgesamt rund 250 Schweizer Wasserfällen. In der Schweiz haben die meisten Wasserfälle eine Fallhöhe kleiner als 30 m (Schwick und Spichtig, 2002); diese sind in der zwischenzeitlich auf rund 700 Schweizer Wasserfälle erweiterten Datenbank (Schwick, 2015) jedoch unterdurchschnittlich vertreten. Die Resultate und Beschreibungen zu 129 der untersuchten Wasserfälle sind in einem populärwissenschaftlichen Buch (Schwick und Spichtig, 2012) sowie auf der Internetseite www.waterfall.ch zusammengefasst. Gemäss Schwick und Spichtig (2002, 2012) werden drei charakteristische Wasserfallzonen (Kopf-, Fall- und Prallzone, Bild 1a) unterschieden und Wasserfälle in sieben verschiedene Wasserfall-Morphologietypen klassifiziert (Bild 1b). Im Längsschnitt kann das Wasserfallbild in freifallend und kaskadenartig eingeteilt werden. Diese beiden Typen können hinsichtlich ihrer Morphologie in der Ansicht weiter in Einzelfälle, Mehrfachfälle oder deckende Fälle

Tabelle 1. Übersicht der untersuchten Wasserfälle in der Schweiz und in Österreich (nach Hiller et al., 2011; Demarchi et al., 2013, und Arnold, 2015; Quelle Foto Stuibenfall: www.sagen.at).

208

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unterteilt werden. Der kaskadenartige Typ kann zudem verzweigt sein (Bild 1b).

Die in der hier präsentierten Studie behandelten Wasserfälle (Bild 2 und Bild 3) sind sowohl nach den Klassifizierungsmethoden nach Plumb (1993) als auch nach Beisel (2006) bewertet worden (Tabelle 1 und Tabelle 2). Mit h als Höhe und w als Breite des Wasserfalls lässt sich gemäss Plumb (1993) das visuelle Erscheinungsbild (Engl. visual magnitude) eines Wasserfalls ausdrücken mit: (1)

(2)

Die Parameter af und ag berücksichtigen den Durchfluss bzw. den Gradienten des Wasserfalls, d. h. das Verhältnis der Fallhöhe h zur Netto-Fliessdistanz dk zwischen Kopf- und Prallzone des Falls (Bild 1a). Die Werte für af variieren in Abhängigkeit des Durchflusses von 0 (gering) bis 1.25 (hoch).

Ein vertikaler Wasserfall (d. h. dk = h bzw. sin = h/dk = 1) wird mit ag = 1.0 beschrieben und für kleinere Gradienten sin = h/dk < 1 gilt ag = 0.5. Hier bezeichnet  den Winkel des Wasserfalls zur Horizontalen (Bild 1a). Je höher ms,f,g, desto grösser ist die visuelle Wirkung eines Wasserfalls.

Im internationalen WasserfallKlassifizierungssystem nach Beisel (2006) werden Wasserfälle nach ihrem Einstufungswert RV (Engl. rating value) in zehn Klassen eingeteilt. Der Einstufungswert ist eine Funktion des mittleren Wasservolumens Vm im Wasserfall, das ein Produkt des mittleren Durchflusses Qm und der Fallzeit tf ist und von der Geometrie des Wasserfalls abhängt. Es gilt mit g als Erdbeschleunigung:

Bild 2. Standorte der untersuchten Wasserfälle in der Schweiz und Österreich mit (•) bestehender Durchflussmessstation, (•) Durchflussmessung mittels Salzverdünnungsmethode (Quelle: d-maps.com).

Tabelle 2. Übersicht der untersuchten Wasserfälle in Norwegen (nach Hiller et al., 2011).

(3) (4)

(5) Bei der Klasseneinteilung wird der RV-Wert auf eine ganze Zahl aufgerundet; RV = 2.38 entspricht somit Klasse 3. Wasserfälle mit Qm < 1 m3/s werden von dieser Klassifizierung ausgeschlossen und in Klasse 0 eingeteilt. Die Niagarafälle an der amerikanisch-kanadischen Grenze sind gemäss der Beisel-Klassifizierung mit Klasse 10 der bedeutendste Wasserfall der Erde.

Die visuelle Erscheinung gemäss Plumb (1993) beträgt für die Niagarafälle ms,f,g = 130 und ist im Vergleich zu der höchsten visuellen Magnitude der Victoriafalls (Sambia) mit ms,f,g = 150 weniger relevant.

Die Wasserfälle der vorliegenden Studie mit Qm > 1 m3/s werden nach Beisel (2006) zum Grossteil in Klasse 3 eingeordnet. Diese Klassifizierung bevorzugt wasserreiche Fälle, sodass der Saut du Doubs und der Rheinfall mit Klasse 4 bzw. 8 die höchste Bewertung erhalten. Damit ist der Rheinfall gemäss Beisel auch international gesehen ein bedeutender Wasserfall.

Plumbs Methode legt den Schwerpunkt

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auf hohe und vertikale Wasserfälle. Der Reichenbachfall erreicht mit ms,f,g ≈ 79 gemäss Gl. (1) den höchsten Wert, während der Rheinfall mit ms,f,g ≈ 61 noch hinter dem Saut du Doubs klassiert ist. Gemäss dem internationalen Klassifizierungssystem nach Beisel (2006) weist der Reichenbachfall mit RV = 2.50 und Klasse 3 den vierthöchsten Wert auf. Beide hier vorgestellten Methoden fokussieren auf Wasserfälle, die grösser sind als solche, an denen kleine Wasserkraftwerke normalerweise realisiert werden. In Tabelle 1 und 2 werden sämtliche hier untersuchten Wasserfälle mit ihren wichtigsten Eigenschaften, den Klassie209

rungen nach Plumb (1993), Beisel (2006), der Bewertung (Abschnitt 4) und dem morphologischen Typ (Abschnitt 3) nach Schwick und Spichtig (2002) sowie einem Foto beim Mediandurchfluss vorgestellt.

4.

Umgang mit Wasserfällen als besondere Landschaftselemente Bei Wasserkraftprojekten haben Umweltaspekte in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen, die in der Planung und Projektierung abgeschätzt und diskutiert werden müssen. Sogenannte nichtmonetäre Einflüsse (z. B. das Landschaftsbild bzw. die ästhetischen Landschaftsleistungen von Wasserfällen) werden hinsichtlich der subjektiven Wertschätzung bzw. des Werts (Engl. value) der Landschaftsleistung und des Ausmasses (Engl. extent) der Projekteinwirkung (Einwirkungsintensität E, siehe Abschnitt 5.4) bewertet. Nach Statens vegvesen (2006) wird der Wert in die Grössenordnungen klein, mittel und gross eingeteilt (Bild 4).

Das Ausmass wird häufig in fünf Kategorien von «sehr negativ» bis «sehr positiv» unterteilt. Nachdem der Wert und das Ausmass für einen Aspekt bestimmt worden sind, lassen sich die Auswirkungen (Engl. impact bzw. consequence) mit einer sogenannten Auswirkungsmatrix bewerten (Bild 4).

Bei Grossprojekten wird eine Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) verlangt, die auch das Thema des Restwasserdurchflusses bei Wasserfällen beinhaltet.

In der Schweiz fallen Wasserfälle typischerweise in die beiden UVP-Fachbereiche «Oberflächengewässer und aquatische Ökosysteme» sowie «Landschaft und Ortsbild». Im Schweizerischen Bundesgesetz über die Nutzbarmachung der Wasserkraft (Wasserrechtsgesetz, WRG, 1916), Art. 22.1, heisst es: «Naturschönheiten sind zu schonen und da, wo das allgemeine Interesse an ihnen überwiegt, ungeschmälert zu erhalten.» Gemäss Art. 33 des Schweizerischen Gewässerschutzgesetzes (GSchG, 1991) erhöht die Behörde das Mindestrestwasser in dem Ausmass, wie es sich aufgrund einer Abwägung der Interessen für und gegen die vorgesehene Wasserentnahme ergibt. Als Beispiel für Interessen gegen die Wasserentnahme wird namentlich die Bedeutung des Gewässers als Landschaftselement erwähnt. Dessen Bewertung differiert jedoch und ist eher subjektiv und standortbezogen. Die hier beschriebene Methodik zielt darauf ab, den angemessenen Restwasserdurchfluss aufgrund möglichst objektiver Kriterien und somit das Ausmass (Einwirkungsintensität E) einer Wasserentnahme zu bestimmen.

Zur Einstufung des Werts der Landschaftsleistung eines Wasserfalls nach Bild 4 sind die nachfolgend beschriebenen Methoden bzw. Instrumente hilfreich.

Bild 3. Standorte der untersuchten Wasserfälle in Norwegen mit (•) bestehender Durchflussmessstation, (•) Durchflussmessung mittels Salzverdünnungsmethode (Quelle: d-maps.com).

210

Die Beschaffenheit einer Landschaft kann nach Puschmann (2005) anhand von sechs Komponenten beschrieben werden: (i) Hauptgestalt der Landschaft, (ii) Sekundärgestalt der Landschaft, (iii) Wasser und Wasserläufe, (iv) Vegetation, (v) Kulturlandschaft und (vi) Gebäude und Infrastruktur. Wasserfälle gehören zur dritten Kategorie, wobei oft eine Interaktion mit der Sekundärgestalt der Landschaft (ii) stattfindet. Für die Entstehung eines Wasserfalls ist ein bestimmtes Gefälle in der Landschaft Voraussetzung. Für das Wasserfallerscheinungsbild ist neben dem Gefälle die Wasserführung massgebend.

Im Programm «Landschaftsbeobachtung Schweiz» (LABES) wird gegenwärtig ein umfassendes Monitoring der Landschaftsqualität Schweiz aufgebaut.

Im Rahmen von LABES werden der Zustand und die Entwicklungen der landschaftlichen Qualitäten in der Schweiz anhand von 34 Indikatoren ermittelt. Wasserfälle werden explizit beim Auswirkungsindikator «Authentizität» erwähnt. Dieser beschreibt, «wie die Elemente der Landschaft im Sinne ihrer Echtheit oder Angemessenheit zum Ort passend beurteilt werden. Landschaften mit hoher wahrgenommener Authentizität reflektieren besonders stark die Identität der Bevölkerung in ihrer Wohngemeinde – durch regional bedeutende Landschaftselemente (z. B. Wytweiden, Kulturdenkmäler, Wasserfälle) oder national wichtige Symbole …» (Kienast et al., 2013).

Schwick und Spichtig (2002) nähern die ästhetischen Landschaftsleistungen von Wasserfällen an, indem sie eine

Bild 4. Auswirkungsmatrix mit Skaleneinteilung des Ausmasses nach Hiller (2010) und des Wasserfallwerts nach Schwick und Spichtig (2002), übersetzt aus Statens vegvesen (2006).

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Bewertung anhand der Kriterien Fallhöhe, Durchfluss, Sichtbarkeit und Bekanntheit in jeweils drei Kategorien (gering, mittel, hoch) vornehmen. Demarchi (2012) stellt einen Kriterienkatalog zur Bestimmung der Bedeutung von Wasserfällen mit den drei Hauptbereichen Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft, fünf Teilbereichen, sieben Kriterien und 12 Indikatoren auf. Zu letzteren zählen u.a. die visuelle Magnitude nach Gl. (1) und (3), die Ökomorphologie nach Stufe F gemäss BUWAL (1998) und die Anzahl an Besuchern pro Jahr. In zwei Aggregationsschritten lässt sich damit die Gesamtbewertung eines Wasserfalls vornehmen.

Flüeler (2015) stellt ein detailliertes Bewertungsinstrument für die ästhetische Landschaftsleistung von Wasserfällen anhand von drei Gehaltskategorien (physischer Wahrnehmungsgehalt, ästhetischer Erfahrungsgehalt sowie ästhetischer Nutzungsgehalt) vor, welche in 12 Kriterien mit insgesamt 30 Indikatoren unterteilt werden. Dabei fliessen auch Befragungen der lokalen Bevölkerung sowie von Wasserfall-Touristen ein. Für vier Fallbeispiele ermittelt Flüeler (2015) Werte der ästhetischen Landschaftsleistung und vergleicht diese mit der Einstufung nach Schwick und Spichtig (2002). Aufgrund der guten Übereinstimmung erweist sich auch die weniger aufwendige Bewertung nach Schwick und Spichtig (2002) als geeignet zur Bestimmung des Werts von Wasserfällen. Bei Letzteren liegt eine Skala von 4 bis 12 Punkten vor, welche für die Einstufung des Werts in Bild 4 dargestellt wird.

Es wird empfohlen, für Vorprojekte die Wasserfall-Bewertung nach Schwick und Spichtig (2002) zu verwenden; für Detailprojekte sollte die ausführliche Einstufung nach Demarchi (2012) oder Flüeler (2015) Anwendung finden.

2012; Demarchi et al., 2013; Arnold, 2015; Bild 2), einem Wasserfall in Österreich (Hiller, 2010; Hiller et al., 2011, Boes et al., 2011; Bild 2) sowie sechs Wasserfällen in Norwegen (Hiller, 2010; Hiller et al., 2011; Boes et al., 2011; Bild 3) systematisch untersucht. Die betrachteten Wasserfälle decken dabei sechs von sieben Morphologietypen ab (Tabelle 1 und Tabelle 2). In Tabelle 3 sind die geringsten Durchflüsse pro Wasserfall (bezogen auf die Überschreitungsdauer) aufgeführt, zu denen im Rahmen dieser Studie Fotografien und Schallmessungen erstellt werden konnten.

Zur Beurteilung des Erscheinungsbilds der Wasserfälle wurden für verschiedene Durchflüsse Qi Fotografien aufgenommen. Dabei wurde darauf geachtet, dass die Aufnahmen jeweils vom selben Standort mit einer, teilweise fest installierten, Digitalkamera und denselben Einstellungen (Zoom, Belichtungszeit, Auflösung usw.) entweder automatisiert in regelmässigen Intervallen oder manuell, unregelmässig und durchflussbezogen durchgeführt wurden. Als Standortkriterien für die Kamera waren die Sichtbarkeit des gesamten Wasserfalls sowie der Aussichtspunkt für Touristen massgebend (Hiller, 2010). Dies ergab ähnliche Bildproportionen für alle betrachteten Wasserfälle. Für eher horizontale Bildwinkel muss die Entfernung zum Wasserfall entsprechend gross sein. Infolge unterschiedlicher Witterungsbedingungen variierte die Belichtung, und die Fotos wurden dadurch unterschiedlich beeinflusst.

An allen untersuchten Schweizer Wasserfällen ausser dem Diesbachfall

wurden zudem Lärmpegelmessungen bei verschiedenen Durchflüssen mit zwei Mikrofonen hoher Qualität und einem tragbaren Aufnahmegerät (Tonrekorder) durchgeführt. Da Wasserfälle je nach Wasserführung starke Radialwinde entwickeln können (Schwick und Spichtig, 2002), war ein Windschutz für die Mikrofone erforderlich. Pro Durchflusswert wurden drei Tonaufnahmen über je 30 s durchgeführt und der Mittelwert der weiteren Datenanalyse zugrunde gelegt. Vor den drei aufeinanderfolgenden Aufnahmen wurde pro Mikrofon eine Kalibrierung durchgeführt. Die Kalibrierung erfolgte mit einem Gerät, das während ca. 25 s einen Reinton der Lautstärke von 94 dB aussendete. Damit wurde die Gültigkeit der Daten sichergestellt. In einzelnen Situationen waren drei Aufnahmen à 30 s nicht möglich, z. B. wegen der starken Besucherströme am Rheinfall.

Das Vorgehen zur Durchflussbestimmung der Wasserfälle (Tabelle 1 und Tabelle 2) kann wie folgt beschrieben werden: Bei acht der untersuchten Wasserfälle befindet sich eine Durchflussmessstation in der Nähe des jeweiligen Wasserfalls. In zwei Fällen wurde der Durchfluss durch eine Laufwasserkraftanlage gesteuert, d. h., der Wasserfall befindet sich in einer Restwasserstrecke, sodass die Durchflüsse im Bach bekannt waren. In den verbleibenden fünf Fällen wurde der Durchfluss manuell (SalzverdünnungsTracermessung, ADCP oder «Flow tracker») bzw. rechnerisch mittels Wasserstandsmessung und vorgängig erstellter Wasserstand-Durchfluss-Beziehung bestimmt. Pro Wasserfall wurden Durchflussmessungen bzw. Fotos mindestens

5.

Methodisches Vorgehen Im Folgenden werden zunächst die Messgrössen und deren Erhebung beschrieben und anschliessend wird auf die Erfassung des Erscheinungsbilds sowie der Akustik der Wasserfälle inkl. Datenanalysen eingegangen. Weitere Informationen zur Messmethodik, zu den Messunsicherheiten und zu möglichen Messfehlereinflüssen (inkl. Sensitivitätsanalysen) können Hiller (2010), Arnold (2015) und insbesondere Demarchi (2012) entnommen werden.

5.1

Messgrössen und Datenerhebung Der Zusammenhang zwischen Durchfluss und Erscheinungsbild wurde an acht Wasserfällen in der Schweiz (Demarchi,

Bild 5. Typische Durchflussdauerlinie für eine Wasserentnahme: Qr = Restwasser, Qm = Mittelwasser, Q50 % = Mediandurchfluss, Qa = Ausbaugrösse der Wassernutzung, tu = Unterschreitung, tü = Überschreitung, 365.2 – tnb = massgebende Beeinträchtigung durch Wassernutzung.

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211

für die folgenden Durchflüsse durchgeführt bzw. aufgenommen (Bild 5): • Qm: mittlerer jährlicher Durchfluss • Q50 % ≈ Q182: Mediandurchfluss, bzw.

Durchfluss, der an rund 182 Tagen im Jahr unter-, bzw. überschritten wird • 60 % und 40 % von Q50 % • Q347: Durchfluss, der an rund 347 Tagen (95 %) im Jahr überschritten wird 5.2

Erfassung des Erscheinungsbilds und Datenanalyse Um das Erscheinungsbild eines Wasserfalls bei unterschiedlichen Durchflüssen Qi zu bewerten, wurde die wasserbedeckte Fläche auf den aufgenommenen Fotografien bestimmt. Flächen mit viel Wasser (weisse Teilflächen in Bild 6) wurden dabei stärker gewichtet als Teilflächen mit wenig Wasser. Die Bestimmung erfolgte in der Masterarbeit von Hiller (2010) manuell und wurde von Demarchi (2012) auf eine standardisierte digitale Analyse mit Adobe Photoshop weiterentwickelt.

Arnold (2015) automatisierte die Analyse und Bildbearbeitung mithilfe von Matlab.

Aufgrund der stark variierenden Licht- und Kontrastverhältnisse der Fotos ist eine manuelle Kontrolle erforderlich und eine voll automatische Bildanalyse nicht möglich.

Für die vereinfachte Ermittlung der wasserbedeckten Flächen der Fotos erstellte Arnold (2015) eine Benutzeroberfläche (GUI). Die Arbeitsschritte der Methode nach Arnold (2015) sind in Abschnitt 7 zusammengefasst.

5.3

Erfassung der Akustik und Datenanalyse Zur Charakterisierung der Geräusche einer nicht konstanten Quelle eignet sich der sogenannte Mittelungspegel Leq. Dieser entspricht dem über eine bestimmte Zeit durchschnittlich herrschenden Schalldruck am Immissionsort oder dem sogenannten «energieäquivalenten (Index eq) Pegel». Die menschliche Wahrnehmung der Lautstärke ist nicht proportional zum Schalldruck oder zur Schallintensität I. Da die Empfindlichkeit des Ohrs je nach Frequenz unterschiedlich ist, entspricht eine logarithmische dB-Skala von I eher der Hörempfindung als eine lineare Skala.

Tabelle 4 beschreibt die Empfindungen bestimmter Pegelvariationen. Eine Pegelvariation von 1 dB ist nicht wahrnehmbar, während eine Variation von 10 dB einer deutlichen Änderung entspricht. Für die Analyse von Lautstärkewahrnehmungen kann die sogenannte A-Bewertung verwendet werden. Mit einem entsprechenden Filter wird die Empfindlichkeit des Gehörs bei verschiedenen Tonhöhen berücksichtigt. Dementsprechend werden Pegelgrössen A-bewertet ausgewiesen, wie z. B. der A-bewertete Mittelungspegel LAeq [dB] (Eggenschwiler et al., 2011), der auch von Demarchi (2012) verwendet wurde.

Als Referenzwert wurde der Schalldruckpegel beim Mediandurchfluss Q50 %, abgekürzt mit LAeq (Q50 %), verwendet.

Das Verhältnis zwischen zwei Lautstärkewerten [dB], das für die Berechnung des Ausmasses E einer Wasserentnahme notwendig ist (Abschnitt 4), kann jedoch nicht direkt hergestellt werden, da die Einheit [dB] logarithmisch skaliert ist. Das Vorgehen zur Abbildung der menschlichen Wahrnehmung von Lautstärkeänderung kann wie folgt zusammengefasst werden: (1) Umrechnung von LAeq,i = LAeq (Qi) in Schallintensität Ii [W/m2] (Eggenschwiler et al., 2011): (6) wobei Ii der Intensität beim Durchfluss Qi entspricht (analog für LAeq,i). Der Faktor I0 kürzt sich beim Bilden der Verhältnisgrösse weg und wird daher nicht weiter erläutert.

(2) Berechnung der Verhältnisse Ii/I50 % (Bild 7a), (3) Rückführung von Ii/I50 % in die logarithmische Skala nach (Bild 7b): (7) (4) Im logarithmischen Massstab entspricht das Verhältnis einer Pegeldifferenz (Bild 7b) bzw. der Lautstärkenänderung LAeq,i = LAeq,i – LAeq (Q50 %).

(5) Transformation der LAeq,i in eine der Lautstärkewahrnehmung annähernd entsprechenden Verhältnisskala (Bild 7c):

Tabelle 3. Übersicht der geringsten erfassten Durchflüsse Qi der Studie von Demarchi (2012).

Bild 6. Klassierung der Wasserfallfläche am Beispiel des Diesbachfalls (a) Originalfoto, (b) Foto nach Ausweisung und Klassierung der wasserbedeckten Fläche, (c) optische Kontrolle der Klassierung (Arnold, 2015).

212

Tabelle 4. Gehörsmässige Empfindung von Pegelvariationen (Eggenschwiler et al., 2011).

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Bild 7. Skalenübersetzung der Akustik. Die Verhältnisse der Intensitäten (a) werden in LAeq (b) und diese in Id(LAeq) (c) transformiert. (−−) einander entsprechende Wertebereiche (nach Demarchi, 2012).

(8) (6) Gleichung (8) ist an die Umrechnung von Lautstärke [phon] in Lautheit [sone] angelehnt (Eggenschwiler et al., 2011).

Die erhaltenen Werte entsprechen einer Annäherung an die relative Änderung der Lautstärke bzw. Lautheit. Eine Erhöhung (bzw. Verminderung) des Pegels LAeq um 10 dB entspricht einer Verdoppelung (bzw.

Halbierung) der wahrgenommenen Lautstärke. Es wird daher ein Indikator für die wahrgenommene relative Änderung von LAeq, abgekürzt mit Id(LAeq,i), eingeführt.

Die Übersetzung gilt für mittlere und höhere Pegel > 40 dB, ähnlich dem Gültigkeitsbereich von [phon] und [sone]. Die gemessenen LAeq,i dieser Arbeit befinden sich in diesem Gültigkeitsbereich.

5.4

Ermittlung der Einwirkungsintensitäten E Für die Beurteilung einer geplanten Wasserentnahme aus einem Gewässer wird die Einwirkungsintensität E ermittelt.

Aus gewässerökologischer Sicht haben Wasserentnahmen in der Regel wenige positive Auswirkungen, sodass die Ordinate der Auswirkungsmatrix (Bild 4) nur die negativen E-Werte abbildet. Die Einwirkungsintensitäten werden üblicherweise dimensionslos und betragsmässig

Bild 8. Relative Änderung des Erscheinungsbilds Ai/A50 % als Funktion der relativen Durchflussänderung Qi/Q50 % für alle untersuchten Wasserfälle. (a) Übersichtsdarstellung; (b) Detaildarstellung bis Ai/A50 % und Qi/Q50 % = 1. Schwarze Markierung: fallender morphologischer Typ, weisse Markierung: kaskadenartiger morphologischer Typ.

zwischen zwischen 0 (kein Ausmass der Einwirkung) und 1 (sehr grosses Ausmass der Einwirkung) dargestellt. Wird Wasser aus einem Wasserfall-bildenden Fliessgewässer entnommen, so ändern sich die wasserbedeckte Durchflussfläche und der Schallpegel infolge des Wasserfalls. Die Entnahme hat eine Einwirkung auf das Erscheinungsbild (Index vis) und die Akustik (Index ak). Die Einwirkungsintensitäten Evis und Eak hängen sowohl vom Ausmass als auch der Dauer der Wasserentnahme ab.

Je mehr Wasser entnommen wird und je länger die Entnahme dauert, desto grösser E. Die Auswirkung der Wasserentnahme auf das Wasserfallbild und die -akustik ist nicht oder kaum wahrnehmbar, sobald die Ausbaukapazität Qa zzgl. des Restwasserdurchflusses Qr überschritten wird (Überwasser). Die Überschreitungsdauer tü (Bild 5) hat somit keinen signifikanten Einfluss. Bei Unterschreiten des festgeschriebenen Restwasserdurchflusses Qr darf kein Wasser eingezogen werden, sodass in dieser Zeit (Unterschreitungsdauer tu, Bild 5) ebenfalls keine Beeinflussung des natürlichen Durchflussregimes stattfindet. Damit kann die Dauer tnb (Index nb für «nicht beeinflusst)» bzw. die normierte Dauer Tnb, in der die Wasserentnahme keine signifikante Einwirkung im Vergleich zum natürlichen Durchflussregime hat, ausgedrückt werden mit:

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(9a) (9b) Im Folgenden werden die Berechnungen von Evis und Eak beschrieben.

5.4.1 Einwirkungsintensitäten bzgl.

Erscheinungsbild Evis Das Ausmass einer Wasserentnahme auf das Erscheinungsbild wird durch die Änderung der wasserbedeckten Fläche und die zeitliche Einwirkung nach Gl. (10) quantifiziert. Die wasserbedeckte Fläche Ai bei einem Durchfluss Qi wird dabei auf den entsprechenden Wert A50 % beim Mediandurchfluss Q50 % normiert (Abschnitt 6.1). Evis berechnet sich folglich zu: (10a)

(10b)

5.4.2 Einwirkungsintensitäten bzgl.

Akustik Eak Das Ausmass einer Wasserentnahme auf die Akustik wird durch die wahrgenommene relative Änderung des A-bewerteten Schallpegels (Abschnitt 5.3) und die zeitliche Einwirkung Gl. (11) quantifiziert. Eak berechnet sich zu: 213

(11a)

(11b) 6.

Resultate

6.1 Erscheinungsbild In Bild 8 sind die normierten Wasserfallflächen Ai/A50 % als Funktion des normierten Durchflusses Qi/Q50 % dargestellt. Der Mediandurchfluss Q50 % wurde aus folgenden Gründen als Normierungswert gewählt: (i) die untersuchten Durchflüsse sind im Vergleich zum mittleren Durchfluss Qm relativ gering und werden deutlich häufiger im Jahr erreicht oder überschritten (Demarchi, 2012; Bild 5); und (ii) das Erscheinungsbild ist für Q50 % kritischer und verändert sich stärker als für Qm (Hiller, 2010).

Die sichtbare Änderung des Erscheinungsbilds ist bei kleineren Durchflüssen ausgeprägter. Nach Bild 8 ändern einige Wasserfälle ihr Erscheinungsbild (relative wasserbenetzte Fläche Ai/A50 %) mit zunehmendem Durchfluss stärker, während dieses bei anderen nach Erreichen eines relativen Grenzdurchflusses Qi/Q50 % nur noch leicht zunimmt. Ersteres trifft eher auf die kaskadenartigen Wasserfälle (z. B. Lauftenbachfall, Reichenbachfall, Rheinfall) zu, da bei diesen mit zunehmendem Durchfluss mehrere Teilfliesswege aktiviert werden können.

Bei freifallenden Wasserfällen ist nur ein Fliessweg möglich und die benetzte Fläche verändert sich ab einem bestimmten Durchfluss nur noch wenig. Folglich ist der Gradient an die Ai/A50 %-Kurve bei grösseren Qi/Q50 % klein (z. B. Leuenfall, Stuibenfall). Obwohl der Saut du Doubs als kaskadenartig eingestuft wird (Tabelle 1), verhält sich sein Erscheinungsbild aufgrund der kleinen Stufenhöhe eher wie bei einem freifallenden Wasserfall (Bild 8).

Der Reichenbachfall kann nicht eindeutig einem morphologischen Typen zugeordnet werden. Nach Schwick und Spichtig (2002) wird er als einfach freifallend beschrieben. Ein Loch im Felsen führt jedoch dazu, dass sich Fliesswege verändern und er somit einem kaskadenartigen Typ entspricht. Genau genommen befindet er sich im Übergangsbereich zwischen «einfach kaskadenartig» und «verzweigt kaskadenartig». In dieser Studie wird der Reichenbachfall als «einfach kaskadenartig» eingeordnet. Die Aktivierung von Fliesswegen mit zunehmender Wasserführung wird am Beispiel des Reichenbachfalls in Bild 9 illustriert. Der erste aktivierte Fliessweg ist in Bild 9a dargestellt und entspricht dem Bereich 1 in Bild 9d. Sobald der zweite Fliessweg (Bild 9b) aktiviert ist, nimmt die relative Änderung von Ai stark zu (Bereich 2). Im Bereich 3 (Bild 9d) hat sich die Breite des Wasserfalls vergrössert und ein weiterer Fliessweg wurde aktiviert (Bild 9c). Die Gischtbildung ist in Bild 9c gut ersichtlich.

Bild 9. Stufenweise Fliesswegaktivierung am Beispiel des Reichenbachfalls, Q = [m3/s] (a) 0.135; (b) 0.85; (c) 3.9; (d) relative Änderung von Ai/A50 % (Qi/Q50 %). Weiss markierte Datenpunkte entsprechen den jeweiligen Durchflüssen Qi der Bilder (a)–(c) (nach Demarchi, 2012).

214

6.2 Akustik Die A-bewerteten Mittelungspegel LAeq der untersuchten Wasserfälle liegen zwischen 50 und 81 dB. Bei vereisten Wasserfällen wurden auch LAeq zwischen 50 und 46 dB gemessen. Die Werte für den Rheinfall werden hier nicht dargestellt, da sie nicht mit dem relativen Durchfluss korrelieren. Die Grösse des Rheinfalls könnte dazu führen, dass es keine punktuelle Schallquelle, sondern eine Vielzahl bzw. eine Linie von Schallquellen gibt. Bei den anderen Wasserfällen ist die Schallquelle räumlich begrenzt. Weiter wurden die Messwerte bei Eis nicht näher untersucht, da die Lautstärke bzw. die Schallintensität verringert und mit den anderen Messwerten nicht vergleichbar ist.

Bild 10 zeigt die normierten Schallintensitäten Ii/I50 % mit I50 % als Schallintensität bei Mediandurchfluss (Q50 %) logarithmisch als Funktion des normierten Durchflusses Qi/Q50 %. Mit der logarithmischen Darstellung wird LAeq bezogen auf den Schallpegel bei I50 %. Auf der rechten y-Achse sind daher die relativen Pegel [dB] dargestellt, wobei 0 dB dem (Referenz-) Pegel von I50 %entspricht. Im Vergleich zum Referenzpegel, dem jeweiligen LAeq (Q50 %) eines Wasserfalls, verdoppelt oder halbiert sich die Lautstärke nicht, da dies einer Änderung von ±10 dB entsprechen würde. Die maximalen Änderungen betragen ca. –6 dB bzw. +4 dB, was gemäss Tabelle 4 im Extremfall einer deutlich wahrnehmbaren Lautstärkenänderung entspricht. Die Mehrzahl der Messpunkte liegt jedoch im Bereich ±3 dB, sodass die durchflussbedingte Änderung gerade noch für das menschliche Gehör wahrnehmbar ist.

Bild 10. Relative Änderung der Akustik Ii/I50 % über die relative Durchflussänderung Qi/Q50 % und Angabe von LAeq. Schwarze Markierung weist fallenden morphologischen Typ auf, andere entsprechen dem kaskadenartigen morphologischen Typ. Die Messwerte des Rheinfalls und bei Eisbildung sind nicht dargestellt (nach Demarchi, 2012).

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Bild 11. Indikator der Lautstärkenänderung Id(LAeq) über die relative Änderung des Erscheinungsbilds Ai/A50 %. Wasserfälle mit schwarzer Markierung weisen einen fallenden, die anderen weisen einen kaskadenartigen morphologischen Typ auf (nach Demarchi, 2012).

Bild 12. Evis in Abhängigkeit von Q* mit Q* als Zusammenhang von Qr/Q50 % in Abhängigkeit des Ausbaugrads Qa/Qm der Nutzanlage nach Gl. (13).

Nach Bild 10 variiert der Verlauf der Lautstärkenänderung bei Wasserfällen mit dem morphologischen Typ. Bei freifallenden Wasserfällen (wenige Fliesswege) nimmt die Lautstärkenänderung mit zunehmendem Durchfluss weniger stark zu als bei kaskadenartigen Wasserfällen (mehr Fliesswege), da die Lautstärke eines Wasserfalls hauptsächlich durch den Aufprall von Wasser beeinflusst wird. Je mehr Fliesswege mit zunehmendem Q entstehen, desto grösser wird die Prallzone und somit lauter das Geräusch.

6.3

Vergleich Erscheinungsbild – Akustik Die grösste Änderungsrate der Schallintensität bzw. der Lautstärke ist für Q < Q50 % deutlich zu erkennen, weshalb Bild 10 Ähnlichkeiten mit Bild 8 aufweist. Bei grösseren Qi flacht die Änderungsrate in Bild 10 ab. Beim Erscheinungsbild verdoppeln oder vervielfachen sich die Ai/A50 %-Werte einiger Wasserfälle mit zunehmendem Durchfluss (Bild 8), die Lautstärke hingegen verdoppelt sich bei vergleichbarer

Bild 13. Akustische Einwirkungsintensität Eak in Abhängigkeit von Q*. Q* beschreibt den Zusammenhang von Qr/Q50 % in Abhängigkeit des Ausbaugrads Qa/Qm der Nutzanlage nach Gl. 13.

Bild 14. Zusammenhang zwischen akustischen und visuellen Einwirkungsintensitäten Eak bzw. Evis.

Duchflusszunahme nicht (Bild 10). Nach Bild 8 und Bild 10 können die Wasserfälle mit stärker abflachenden Kurven eher den freifallenden Typen (wenige Fliesswege) zugeordnet werden.

Bild 11 stellt die Verhältnisse des Erscheinungsbilds Ai/A50 % und der Lautstärkenänderung gegenüber. Letztere wird durch den Indikator Id(LAeq) (Gl. 8) für die relative Änderung von LAeq beschrieben.

Nach Bild 11 weist Ai deutlich grössere relative Änderungen auf als die Lautstärke, da Letztere nur unterproportional zunimmt (Gl. 12, R2 = 0.91). Für Schallpegel > 40 dB gilt: (12)

Über die Lautstärkenänderung von < 40 dB kann keine Aussage gemacht werden.

6.4 Einwirkungsintensität E Die Einwirkungsintensität E von Wasserentnahmen auf das Erscheinungsbild Evis

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kann nach Gl. (10) und die Akustik Eak nach Gl. (11) berechnet werden. Der Restwasserdurchfluss Qr und die zugehörige Fläche Ar sowie die Schallintensität Ir entsprechen den erhobenen Durchflussdaten Qi, resp. der Fläche Ai und der Schallintensität Ii, für die im Rahmen der Masterarbeiten Fotografien und Tonaufnahmen erstellt wurden. Der gewählte Restwasserdurchfluss kann somit in Abhängigkeit der erhobenen Daten gewählt werden.

6.4.1 Einwirkungsintensitäten Evis und Eak In Bild 12 werden für sämtliche untersuchte Wasserfälle die visuellen Einwirkungsintensitäten nach Gl. (10) als Funktion des mit dem Mediandurchfluss Q50 % normierten Restwasserdurchflusses Qr für relative Ausbaudurchflüsse von Qa/Qm = 1.0, 1.5 bzw. 2.0 dargestellt. Je nach Ausbaudurchfluss Qa bzw. gewähltem Restwasserdurchfluss Qr variiert die Dauer tnb, siehe Abschnitt 5.4. Je höher der Ausbaugrad der Nutzanlage bzw. je tiefer Qr, desto kleiner die Dauer tnb, und desto grö215

sser Evis nach Gl. (10a) d. h. desto grösser die Einwirkungsintensität einer Wasserentnahme. Bild 13 zeigt die akustischen Einwirkungsintensitäten nach Gl. (11) für sieben untersuchte Schweizer Wasserfälle als Funktion von Qr/Q50 % für Qa/Qm = 1.0, 1.5, 2.0.

Basierend auf dem Datensatz lassen sich sowohl Evis als auch Eak mit derselben Approximation beschreiben. Für Evis (Qr/Q50 %) (R2 = 0.85) sowie Eak (Qr/Q50 %) (R2 = 0.86) gilt für 1 <= Qa/Qm <= 2

0.50 Evis + 0.50 Eak, (ii) Em = 0.75 Evis + 0.25 Eak sowie (iii) Em = 0.25 Evis + 0.75 Eak. Da die visuellen und akustischen Einwirkungsintensitäten wenig voneinander abweichen, hat die Gewichtung einen geringen Einfluss. Deshalb ist die kombinierte Einwirkungsintensität Em mit (i) Em = 0.50 Evis + 0.50 Eak in Bild 15 für sieben untersuchte Schweizer Wasserfälle über Qr/Q50 % für Qa/Qm = 1.0, 1.5 bzw. 2.0 dargestellt. Die Beziehung Em (Qr/Q50 %) wird wiederum mit Gl. (13) beschrieben (hier R2 = 0.88).

7.

(13)

6.4.2 Zusammenhang der Einwirkungsintensitäten Evis und Eak Gemäss Bild 14 lautet der Zusammenhang Evis/Eak für sieben Schweizer Wasserfälle (R2 = 0.96): (14) Die akustische Einwirkungsintensität Eak ist demnach um rund 5 % kleiner als die visuelle Evis. Die Umgebungsgeräusche (Abschnitt 6.2) könnten dazu führen, dass Eak im Vergleich zu Evis unterschätzt wird.

Ansonsten weisen die beiden Parameter eine lineare Abhängigkeit auf. Somit folgen Evis und Eak vereinfachend derselben Gleichung.

6.4.3 Kombinierte Einwirkungsintensitäten Evis und Eak Um die Beurteilung einer Wasserentnahme auf das Erscheinungsbild und die Akustik eines Wasserfalls zu vereinfachen, werden die Einwirkungsintensitäten Evis und Eak zusammengeführt. Die Gewichtung von Evis und Eak wurde deshalb variiert mit (i) Em =

Restwasserbestimmung an Wasserfällen Im Folgenden wird das Vorgehen der Restwasserbestimmung am Beispiel des Diesbachfalls zusammengefasst. Die Bildanalyse (Schritte 1–5) und die Sensitivitätsanalyse (Schritt 8) erfolgen automatisiert mithilfe eines Matlab-Tools (Arnold, 2015).

1. Auswahl der Fotodaten Für die Auswertung dienen Farbfotos von möglichst guter Qualität und demselben Bildausschnitt. Falls nötig, müssen Fotos, die aufgrund von Witterungseinflüssen wie Nebel oder Schnee nicht analysierbar sind, aussortiert werden. Weiter sollen die Lichtverhältnisse in allen auszuwertenden Fotos ähnlich sein.

2. Festlegung des zu analysierenden Bereichs Die Fotodaten sollten vor der eigentlichen Auswertung grob zugeschnitten werden, um nur den relevanten Ausschnitt zu bearbeiten. Dabei wird bei jedem Bild der gleiche Ausschnitt analysiert.

3. Ausweisung der wasserbedeckten Flächen Die Ausweisung der wasserbedeckten Flächen erfolgt über die Helligkeit der einzelnen Pixel. Dazu wird das

Bild 15. Mittlere Einwirkungsintensität Em (= 0.5 Eak + 0.5 Evis) in Abhängigkeit von Q* .

216

Foto zuerst von einem RGB in einen HSV-Farbraum transferiert. Mithilfe des Schiebereglers «Helligkeit» wird ein Grenzwert festgelegt, der die wasserbedeckten von den nichtwasserbedeckten Flächen trennt. Die Pixel werden in Abhängigkeit ihrer Helligkeit der Wasserfallfläche zugeordnet. In Bild 16 sind die wasserbedeckten Wasserfallflächen vor und nach Festlegung des Grenzwerts dargestellt.

Mit Hilfe des Schiebereglers «Smoother» können kleinere helle Flächen, die keiner Wasserfallfläche entsprechen, geglättet und als «nichtwasserbedeckt» definiert werden (Bild 17a).

Weitere Bereiche, die keiner wasserbedeckten Wasserfallfläche entsprechen, können mit dem Befehl «Fläche löschen» manuell entfernt werden (Bild 17b).

4. Klassierung der Wasserfallfläche Die Klassierung der wasserbedeckten Wasserfallflächen erfolgt automatisch.

Das Foto wird in ein Graustufenbild umgewandelt, und die Pixel der Wasserfallfläche werden in fünf Kategorien eingeteilt. Die hellsten und weissesten Pixel, welche die höchsten Graustufenwerte besitzen, werden der Klasse «px100 %» mit «100 % Wasser» zugeteilt. Pixel mit den kleinsten Graustufenwerten der Klasse «px20 %» mit «20 % Wasseranteil». Graustufenwerte dazwischen fallen in die Kategorien «px40 %», «px60 %» und «px80 %» mit jeweils 40 %, 60 % bzw.

80 % Wasseranteil. Für eine verbesserte visuelle Darstellung werden die Pixel der verschiedenen Kategorien unterschiedlich eingefärbt. Das resultierende Bild wird zur optischen Plausibilitätskontrolle dem Originalfoto gegenübergestellt (Bild 6). Bei Diskre-

Bild 16. (a) Originalbild und (b) wasserbedeckte Fläche nach Grenzwert-Festlegung (nach Arnold, 2015).

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Bild 17. Ermittelte wasserbedeckte Wasserfallfläche (a) nach Glättung (Smoother), (b) nach Entfernung weiterer nicht wasserbedeckter Flächen (nach Arnold, 2015). panzen muss die Klassierung gegebenenfalls angepasst werden.

5. Berechnung der Wasserfallfläche und erste Abschätzung des Restwasserdurchflusses Qr Die wasserbedeckte Wasserfallfläche Ai wird für verschiedene Durchflüsse Qi und den zugehörigen ausgewerteten Fotodaten mithilfe der folgenden Gleichung berechnet:

Bild 18. Restwasserbestimmung am Diesbachfall: (a) Relative Änderung des Erscheinungsbilds Ai/A50 % als Funktion der relativen Durchflussänderung Qi/Q50 %, (b) visuelle Einwirkungsintensität Evis in Abhängigkeit von Qr/Q50 %. Der Ausbaudurchfluss Qa beträgt dabei 1.00 m3/s, für den Ausbaugrad gilt Qa/Qm ≈ 1.50 (nach Arnold, 2015).

(15) Anmerkung: Bei Hiller (2010) und Demarchi (2012) erfolgte die Einteilung der Wasserfallfläche in vier Unterklassen mit 25 %, 50 %, 75 % und 100 %.

Um die ausgewerteten Fotodaten mit den dazugehörigen Durchflüssen zu verbinden, wird der Durchfluss innerhalb einer Stunde vor und nach der Aufnahme gemittelt. Fehler bei der Durchflussbestimmung, z. B. durch allfällige Wellenbildung am Pegel, werden so eliminiert. Mithilfe der Darstellung der relativen Änderung des Erscheinungsbilds Ai/A50 % als Funktion der relativen Durchflussänderung Qi/Q50 % (Bild 18a) kann eine erste Annahme für den erforderlichen Restwasserdurchfluss Qr getroffen werden.

Der Wert Qr sollte so gewählt werden, dass der Gradient der wasserbedeckten Wasserfallflächen gering ist. In Bild 18a ist beispielsweise ein markanter Knickpunkt bei Qi/Q50 % ≈ 0.5 erkennbar.

6. Ermittlung der visuellen Einwirkungsintensität Evis Die visuelle Einwirkungsintensität Evis wird mit Gl. (10) für verschiedene Durchflüsse Qi und den zugehörigen ausgewerteten Fotodaten ermittelt

Bild 19. Simulationssoftware zur Sensitivitätsanalyse gewählter Rest- und Ausbaudurchflüsse (VAW, 2016).

(Abschnitt 5.4). Falls Fotodaten fehlen, bzw. für Vorabschätzungen, wird Evis mit Gl. (13) berechnet. Analog zu Bild 18b kann Evis für verschiedene mögliche Restwasserdurchflüsse Qr analysiert und festgelegt werden.

7. Abschätzung der Auswirkung der Wasserentnahme Die Auswirkung der geplanten Wasserentnahme auf das Wasserfallbild wird mithilfe der Auswirkungsmatrix (Bild 4) ermittelt. Dabei entspricht das Ausmass (gering negativ bis sehr negativ) der visuellen Einwirkungsintensität Evis bei Qr. Nach Demarchi (2012) soll eine Wasserentnahme eine maximale Einwirkungsintensität von 0.6 bis 0.8

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nicht überschreiten, um je nach Wert des Wasserfalls höchstens mittlere negative Auswirkungen zu bewirken.

Für den Diesbachfall ergibt sich für Qr = 0.21 m3/s und Qa = 1.00 m3/s mit Qr/Q50 % = 0.45 nach Gl. (10) eine visuelle Einwirkungsintensität von Evis = 0.56. Der Wert des Wasserfalls wird anhand des Kriterienkatalogs nach Demarchi (2012) bestimmt und kann für den Diesbachfall als mittelgross eingestuft werden (Arnold, 2015). Die Einstufung nach Schwick und Spichtig (2002) ergibt 9 Punkte und ist damit vergleichbar. Nach Bild 4 resultiert für den Diesbachfall eine mittlere Beeinträchtigung. Die erforderlichen Krite217

rien werden für die Wahl der Ausbauund Restwasserdurchflüsse beim Diesbachfall eingehalten.

8. Sensitivitätsanalyse Mithilfe einer Simulationssoftware lassen sich die Auswirkungen geplanter Rest- und Ausbaudurchflüsse auf das Wasserfallbild analysieren. Dabei wird eine Durchflussdauerlinie des entsprechenden Wasserfalls hochgeladen und Werte für die Ausbau- und Restwasserdurchflüsse der geplanten Wasserentnahme eingegeben. Die Bildanzahl und Dauer der Bildanzeige in [s] können variiert werden (Zahlenwerte neben «Analyse starten», Bild 19). Der Einfluss dieser gewählten Grössen auf den Wasserfall wird bildlich dargestellt. Weiter können der jährliche Verlauf des veränderten Wasserfallbilds untersucht und die Eingabegrössen variiert werden (Bild 19).

8.

Schlussfolgerungen In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchungen zur Auswirkung von Wasserentnahmen auf das Erscheinungsbild sowie die Akustik von Wasserfällen zusammengefasst. Im Rahmen von drei Masterarbeiten wurde eine Methode zur Restwasserbestimmung unter Berücksichtigung der Entnahmedauer, des Erscheinungsbilds und der Akustik ausgearbeitet. Da Wasserfälle bedeutende Landschaftselemente sind, müssen bei einer geplanten Wasserentnahme unterschiedliche Faktoren berücksichtigt werden. Eine automatisierte Bildanalyse ermöglicht projektspezifisch eine effiziente Berechnung der Wasserfallfläche sowie eine erste Abschätzung des Restwasserdurchflusses und der zugehörigen Einwirkungsintensität. Die erforderlichen Schritte zur Restwasserbestimmung bei einer Wasserentnahme oberhalb eines Wasserfalls werden beispielhaft anhand des Diesbachfalls erläutert. Diese bedingen sowohl Fotoaufnahmen des Wasserfalls bei verschiedenen Durchflüssen als auch die Kenntnis einer mittleren Jahresganglinie des Durchflusses am Wasserfall.

Basierend auf einem Datensatz von 15 Wasserfällen in der Schweiz, in Österreich und Norwegen, wird zudem ein Normierungsdiagramm zur Ermittlung der (visuellen und akustischen) Einwirkungsintensität für Ausbaugrade der Nutzanlage von 1 <= Qa/Qm <=2 auch ohne nähere Kenntnis der mittleren Jahresganglinie entwickelt. Die Eingangsgrössen des Normierungsdiagramms sind die Rest- und Ausbauwassermengen der 218

geplanten Wasserentnahme, der mittlere jährliche Durchfluss sowie der Mediandurchfluss. Zudem wurden Vorschläge zur Bewertung von Wasserfällen gemacht, um deren ästhetische Landschaftsleistungen einzustufen. Anhand der ermittelten Einwirkungsintensität und der Bedeutung des Wasserfalls kann die Auswirkung einer geplanten Wasserentnahme abgeleitet und quantifiziert werden. Dies ermöglicht eine objektivierte Diskussion bei der Planung von Wasserentnahmen oberhalb von Wasserfällen. Weiter lassen sich unterschiedliche Szenarien der Wasserentnahme analysieren und unter Berücksichtigung verschiedener Nutzungsinteressen diskutieren. Nicht zuletzt ermöglichen die vorgestellte Bildanalyse und die automatisierte Sensitivitätsanalyse, den Entscheidungsprozess transparent und objektiv zu gestalten.

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Wasserkraft: Zwischen wirtschaftlicher Misere und Umweltforderungen Ein Streitgespräch Daniel Heusser, Roger Pfammatter

Vier Jahre nach dem letzten gemeinsamen Streitgespräch (vgl. WEL Heft 3/2012) diskutieren Daniel Heusser, Gewässerschutzexperte beim WWF Schweiz, und Roger Pfammatter, Geschäftsführer des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV), über die finanziellen Schwierigkeiten der Wasserkraftproduzenten und die Umweltinteressen. Das Gespräch fand auf Einladung des Alpenmagazins im Juni 2016 statt und wurde von Martin Arnold, Pressebüro Seegrund, vorbereitet und moderiert. Das Gespräch ist auf der Webseite «alpenmagazin.org» erstpubliziert und hier in einer gekürzten und leicht überarbeiteten Fassung wiedergegeben.

Es sind seltsame Begleitumstände für dieses Gespräch. Die Wasserkraftnutzung zur Stromgewinnung steckt in einer so tief greifenden Krise, dass das Parlament als Überbrückung über fünf Jahre 120 Millionen Franken zuschiesst. Daniel Heusser, Sie müssen sich zurückhalten: Lieber Wasserkraft als Kohlekraft, richtig?

Daniel Heusser: Das stimmt, aber das heisst nicht, dass wir einen Schmusekurs mit den Wasserkraft-Produzenten pflegen. Im Gegenteil: Die Verhandlungen sind sehr viel härter geworden, weil der finanzielle Spielraum auf der anderen Seite des Tisches kleiner wurde. Wir streben immer die optimale Lösung für die Biodiversität an, und an unserer Seite steht das Gewässerschutzgesetz.

Roger Pfammatter: Ich erlebe die Umweltorganisationen oftmals als Verhinderer, die einfach ihre ureigenen Interessen vertreten. Da ist zu viel Frosch- und zu wenig Vogelperspektive. Überbordende Forderungen an die Wasserkraft sind letztlich ein energiepolitisches Eigengoal. Jedenfalls fehlt mir der Tatbeweis, dass den Umweltorganisationen die Wasserkraft lieber ist als andere Energiequellen, wie beispielsweise die Kohle.

Bild 1. Auszug aus dem ersten Streitgespräch vor vier Jahren (Quelle: «Wasser Energie Luft» 3-2012).

Heusser: Wir haben viel mehr Wasserkraft ermöglicht als verhindert.

Der WWF kämpfte in der Vergangenheit für eine Dreckstromabgabe, also für eine Abgabe auch auf Kohlestrom. Das hätte die Probleme der Wasserkraft reduziert.

Aber dies müssen wir in Zukunft besser in der Öffentlichkeit kommunizieren. Hinter der Realisierung vieler Projekte steckt ein Verhandlungsprozess, der manchmal hart ist und lange dauert. Aber am Schluss kann ein Projekt realisiert werden, das wirtschaftlich ist und der Umwelt so wenig wie möglich schadet.

Pfammatter: Bereits die Wortwahl, dass Umweltverbände Wasserkraft «ermöglichen» oder «verhindern» können,

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

spricht ja Bände über deren Selbstverständnis. Diesen Rahmen zu setzen ist ja eigentlich die Aufgabe der Politik und der staatlichen Institutionen.

Heusser: Das möchte ich nicht so stehen lassen. Tatsächlich ermöglichen oder verhindern immer die Behörden oder Gerichte solche Bauprojekte. Die Umweltorganisationen lassen die Gesetzeskonformität nur im Zweifelsfall überprüfen.

Wie lassen sich faire Parameter beschreiben?

Heusser: Die Artenvielfalt ist messbar, und wenn eine Massnahme die Stromproduktion um drei Prozent senkt, dafür aber die Artenvielfalt wesentlich erhöht, sollte sie getroffen werden. Dann darf dies 221

«Wir fahren keinen Schmusekurs mit den Wasserkraftproduzenten» Daniel Heusser

nicht an ein bisschen weniger Einnahmen scheitern.

Pfammatter: Im Moment ist bei der Stromproduktion sowieso nichts wirtschaftlich, was nicht subventioniert wird.

Deshalb gibt es bei der Grosswasserkraft keine nennenswerten neuen Projekte.

Der Grund für die schlechte wirtschaftliche Verfassung der Kraftwerke ist allerdings der europäische Strommarkt. Die nachhaltigen Energiequellen Sonne und Wind werden vor allem in Deutschland in viel grösseren Mengen genutzt als gedacht.

Pfammatter: Und dazu kommen noch die billigen Preise der fossilen Energie. Die Preise machen vor der Grenze genauso wenig halt wie der Strom. Wenn Deutschland grosse Mengen Strom aus erneuerbaren Energiequellen produziert, gleichzeitig aber auch Kohle verstromt, weil die aus den USA so billig importiert werden kann, bekommen wir ein Problem. Denn das mit Milliarden an direkten und indirekten Subventionen verursachte Überangebot senkt die Preise so tief, dass die eigentlich kostengünstige Wasserkraft nicht mehr mithalten kann.

Heusser: Deswegen sollten Kleinkraftwerke unter einem Megawatt nicht mehr gefördert werden. Unserer Meinung nach wird es sogar erst ab drei Megawatt interessant. Wobei ich einschränken möchte, dass es einige durchaus ökologische Projekte gibt. Aber demgegenüber stehen zu viele kleine Projekte in unberührten Seitentälern, die auch noch durch die gesetzlich verankerte Einspeisevergütung gefördert werden. Man sollte dieses Geld besser für Vergrösserungen oder Effizienzsteigerungen bestehender grosser Wasserkraftanlagen verwenden.

In diese Richtung zielt der Beschluss der Parlamente, die nur grössere Anlagen unterstützen wollen.

222

«Überbordende Forderungen sind ein umweltpolitisches Eigengoal» Roger Pfammatter

Bild 1. Umgehungsgewässer beim Kraftwerk Rupperswil. (Bild: MMi SWV).

Pfammatter: Dagegen könnte noch das Referendum ergriffen werden. Aber der Beschluss des Parlaments für eine untere Fördergrenze bei einem Megawatt Leistung ist nachvollziehbar, und ich tauge nicht zur Verteidigung der Kleinstanlagen. Sie produzieren zwar deutlich mehr pro Förderfranken als Photovoltaik- oder Windanlagen. Aber 98 Prozent der Schweizer Wasserkraftproduktion stammen von den 400 grossen Anlagen mit mehr als einem Megawatt installierter Leistung – das ist wirklich relevant. Die mit Subventionen gepushten Kleinstanlagen bringen angesichts der vielen Konflikte tatsächlich wenig.

Heusser: Einige dieser Kleinwasserkraftwerks-Besitzer sind sogar die Grossen, die auch gross sind im Kassieren von Unterstützungsgeldern. Da verstauben wirklich sinnvolle Projekte in der Schublade der Energieriesen, während nun überall irgendwelche Kleinkraftwerke die letzten Bergbäche und unberührten Täler bedrohen. Und dies nur, weil sie Subventionsgelder sprudeln lassen.

Pfammatter: Diese «Kassiererei» ist das Resultat einer verfehlten Energiepolitik. Investiert wird heute nur noch in subventionierte Anlagen. Hauptursache ist primär die europäische Energie- und Klimapolitik. Die Schweiz beschreitet aber zunehmend den gleichen Weg der Subventionitis. Ich befürchte, dass man kaum mehr herausfindet. In einem nicht masslosen verzerrten Markt wäre die sehr effiziente Wasserkraft bestimmt nicht auf Unterstützung angewiesen.

Wenn also der Markt spielen würde, müssten die kleinen Kraftwerke den Betrieb aufgeben?

Pfammatter: Das ist sicherlich so, wobei das natürlich auch für alle anderen subventionierten Stromquellen wie Photovoltaik und Windanlagen gilt. Und inzwischen leider sogar für die Grosswasserkraft, weil der so genannte Markt dermassen verzerrt und verfälscht ist.

Können die Wasserkraftproduzenten im aktuellen Marktumfeld die Schutzmassnahmen überhaupt bewältigen?

Pfammatter: Bei der Ausarbeitung der neuen Gewässerschutzbestimmungen hat das Parlament die Finanzierung über eine Netzabgabe beschlossen. Die Kosten dafür werden von den Stromkonsumenten getragen. Das war ein durchaus weiser Entscheid, damit die Wasserkraft nicht zusätzlich weiter belastet wird.

Heusser: Das ist auch richtig so.

Ich befürchte aber, dass das Gewässerschutzgesetz auf politischer Ebene wieder angegriffen wird.

Pfammatter: Wir haben nichts Entsprechendes in Vorbereitung. Wichtig sind aber pragmatische Lösungen und der Wille von allen Seiten, das Fuder nicht zu überladen.

Heusser: Uns als Umweltorganisation geht es nun darum, trotz der finanziell schwierigen Phase, die Wasserkraft als Energieträger zu erhalten und den Besitzstand auf einem ökologisch hohen Niveau zu bewahren.

Pfammatter: In diesem Punkt sind wir uns einig. Im Gegensatz zur Situation in vielen anderen Ländern sind die Anlagen bei uns noch in einem sehr guten Zustand.

Aber die Instandhaltung und die Erneuerung von Verschleissteilen kostet dauerhaft Geld. Wir leben jetzt schon vier Jahre in einem äusserst schwierigen Marktumfeld. Ewig kann das so nicht mehr weitergehen. Man kann nicht über Jahre hinweg für eigentlich kostengünstige 5 oder 6 Rappen pro Kilowattstunde produzieren und

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

nur 3 Rappen einnehmen. Das zehrt an der Substanz und stellt mittelfristig die Versorgungssicherheit und die gesamte Energiestrategie infrage.

Heusser: Entweder muss auf dem gesetzlichen Weg die einheimische und erneuerbare Energie geschützt werden, oder es muss neue Rahmenbedingungen geben. Es könnte auch ein Geschäftsmodell sein, mit der Speicherung von Solarenergie Geld zu verdienen. Und gerade dies können die Schweizer Wasserkraftproduzenten anbieten.

Pfammatter: Dazu braucht es grundlegend neue Marktmechanismen, welche die Vorzüge der Wasserkraft honorieren statt diese diskriminieren. Die saisonale sowie die kurz- und mittelfristige Speicherung von Strom gehören zu diesen Vorzügen. Die dezentralen Produzenten müssen aber in die Pflicht genommen werden, sich am Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage zu beteiligen bzw. dafür zu bezahlen.

Besteht die Gefahr einer Kannibalisierung wie auf dem Milchmarkt?

Pfammatter: Ich habe diese Parallele zur Landwirtschaftspolitik auch schon gesehen. Es gibt europaweit, wenn nicht weltweit zu viel Unterstützung am falschen Ort. Was die Situation in der Schweiz betrifft: Wenn die Bauern in einer ähnlichen Situation wären wie die Wasserkraftwerke, wären sie längst mit dem Güllenwagen auf den Bundesplatz gefahren und hätten sie ausgeschüttet.

Vielleicht würde eine solche Aktion die öffentliche Aufmerksamkeit auf das Problem der Stromproduzenten lenken?

Pfammatter: Vieles im Strommarkt ist aus dem Lot. Anderes ist absurd. Die für Grosskunden eingeführte Liberalisierung hat Betriebe und Verwaltung der öffentlichen Hand dazu gebracht, dass sie entweder billigen Strom aus dem Ausland beziehen oder die einheimischen Produzenten so unter Druck setzten, dass sie ihren Strom annährend zum gleichen Preis bekommen, wie sie die ausländi-

sche Konkurrenz anbietet. Also oft unter den Produktionskosten der einheimischen Wasserkraft. Dabei ist oftmals die gleiche öffentliche Hand Mitbesitzerin der Kraftwerksunternehmen und erwartet dann auch noch Gewinnausschüttungen. Man nennt das, was die Kantone betreiben: sich selber ins Knie schiessen. Vielleicht sollte dies der Öffentlichkeit tatsächlich mehr ins Bewusstsein rücken.

Heusser: Die öffentliche Hand, die billigen Importstrom nutzt, subventioniert dann wieder für viel Geld den Bau oder die Erneuerung kleiner Kraftwerke, die den Strom nur sehr teuer produzieren können. Und der billige Importstrom ist dann Dreckstrom aus Kohlekraft, der das Klima schädigt und neue Kosten verursacht.

Dann dürfen wir annehmen, dass sich der WWF den Strom etwas kosten lässt?

Heusser: Wir beziehen EWZ-Ökopower und der ist 100 % NaturemadeStar zertifiziert. Die Elektrizitätswerke der Stadt Zürich sind fortschrittlich und haben ein gutes Angebot. Vor allem kleinere Kunden haben aber nicht überall eine so gute Auswahl.

Pfammatter: Wir beziehen unseren Strom der Geschäftsstelle in Baden zu 100 % aus zertifizierter einheimischer Wasserkraft.

Der Klimawandel wird Auswirkungen auf die Wasserkraft haben. Bereitet sich die Branche darauf vor?

Pfammatter: Der Klimawandel ist natürlich auf dem Radar und hat bereits heute relevante Auswirkungen auf die Wasserkraft. Beispielsweise profitieren stark vergletscherte Einzugsgebiete vom zusätzlichen Wasser der Gletscherschmelze.

Es gibt aber auch negative Erscheinungen wie das Auftauen des Permafrostes und die Zunahme von Sedimenten. Sie tragen zur Verlandung von Seen bei und gefährden Turbinen. Die Entwicklung ist mit vielen Unsicherheiten verbunden, wobei es Gewinner und Verlierer geben wird.

Heusser: Unter den Gletschern bilden sich Seen, und die könnten eines

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Tages teilweise auch für die Energieproduktion genutzt werden. Viele liegen hoch und in ökologisch weniger sensiblen Gebieten.

Neue Technologien könnten den Markt noch einmal aufwirbeln. Energie wird aus Flusskraft gewonnen, aber auch über ein starkes Gefälle im Alpenraum. Dabei übernehmen die Stauseen auch eine Speicherfunktion. Das ist ein wirtschaftlich interessantes Potenzial. Allerdings könnten andere Technologien einen Strich durch die Rechnung machen. Es können ganz andere Speichermöglichkeiten wichtig werden. Etwa Power to Gas. Heusser: Das ist für mich noch weit weg. Die im Prinzip saubere Wasserkraft ist schon da. Wir müssen sie nur nachhaltig nutzen.

Pfammatter: In der Tat ist vieles im Umbruch. Wer hätte vor zehn Jahren bei gleichzeitigem weltweitem Wirtschaftswachstum einen solchen Preissturz bei Strom für möglich gehalten? Es kann sehr schnell sehr viel passieren, vor allem in hochpolitischen Energiefragen. Leider gilt allzu oft: Hauptsache «innovativ». Altbewährtes wie die Wasserkraft wird im besten Fall als gegeben hingenommen. Dabei ist die Wasserkraft der eigentliche energiepolitische Trumpf der Schweiz. Aber sie braucht faire Rahmenbedingungen.

Dann ist sie für die Energiezukunft nicht ein Teil des Problems, sondern ein Teil der Lösung.

Anschrift der Gesprächspartner: Daniel Heusser, WWF Schweiz, Zürich dani.heusser@wwf.ch Roger Pfammatter, SWV, Baden roger.pfammatter@swv.ch Anschrift des Moderators: Martin Arnold, Pressebüro Seegrund, St. Gallen Im Auftrag des Alpenmagazins m.arnold@seegrund.ch

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«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Schwemmholztransport während des Hochwasserereignisses vom 24. Juli 2014 im Einzugsgebiet der Emme Christian Rickli, Martin Böckli, Alexandre Badoux, Dieter Rickenmann, Salome Zurbrügg, Virginia Ruiz-Villanueva, Markus Stoffel

Zusammenfassung Bei Unwetterereignissen führt Schwemmholz in Fliessgewässern oft zu Verklausungen an Engstellen mit der Folge von Überschwemmungen und zum Teil erheblichen Schäden. Dies war auch im Verlauf des Unwetterereignisses vom 24. Juli 2014 im oberen Emmental der Fall. Im Rahmen der Dokumentation dieses Ereignisses konnten wertvolle Informationen zu verschiedenen Schwemmholzprozessen gewonnen werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Untersuchungen an einem rund 9 km langen Abschnitt der Emme bei Schangnau und an einem steilen, sehr aktiven Seitenbach, dem Sädelgrabe. In beiden Untersuchungsgebieten wurde einerseits der Eintrag von Holz durch Böschungserosion und Rutschungen abgeschätzt und andererseits das Volumen des abgelagerten Schwemmholzes erfasst. Dank der Vermessung des Schwemmholzes konnten Grössenverteilungen der transportierten Holzstücke ermittelt werden. Für den Sädelgrabe konnte zudem mit den zur Verfügung stehenden Informationen eine Schwemmholzbilanz erstellt werden. Dies war für die Emme nicht möglich, da nicht alle erforderlichen Elemente für eine Bilanz bestimmt werden konnten, insbesondere fehlten Informationen zum Eintrag von Holz aus dem Bereich oberstrom des untersuchten Abschnittes. Bereits kurz nach dem Ereignis begannen im betroffenen Gebiet die Aufräumarbeiten, unter anderem auch mit dem Abtransport von abgelagertem Schwemmholz aus den überschwemmten Flächen auf ein zentrales Depot. Bei künftigen Ereignissen ist eine rasche Prioritätensetzung der zu untersuchenden Aspekte und Gebiete entscheidend.

1.

Einleitung Bei Unwetterereignissen werden durch Schwemmholzprozesse oft erhebliche Schäden verursacht (Bänziger 1990, Bezzola und Hegg 2007). Die Dokumentation und Analyse derartiger Ereignisse ist wichtig im Hinblick auf das Prozessverständnis und damit auch für eine Beurteilung der Gefährdung durch Schwemmholz bei künftigen Unwettern. Die umfassendste Untersuchung zu Schwemmholztransportprozessen in der Schweiz wurde im Nachgang zum Hochwasser 2005 durchgeführt (Waldner et al. 2008). Dabei wurden in verschiedenen Einzugsgebieten das transportiere Holzvolumen, die Herkunft des Holzes sowie wichtige Eigenschaften des abgelagerten Schwemmholzes abgeschätzt. Auch nach diesen Untersuchungen bleiben jedoch verschiedene Fragen im Zusammenhang mit Holz in Fliessgewässern offen. Nach dem Hochwasserereignis vom 24. Juli 2014, welches sich im oberen Einzugsgebiet der Emme zugetragen hat, initiierte das Bundesamt für Umwelt (BAFU) eine Schwemmholzstu-

die. Die Ziele waren dabei insbesondere (1) die Erstellung einer Schwemmholzbi-

lanz für einen Abschnitt am Oberlauf der Emme sowie für den aktivsten Seitenbach, den Sädelgrabe, inklusive Ermittlung der Eintragsprozesse, Abschätzung des eingetragenen Holzvolumens und einer Erhebung des abgelagerten Holzes, sowie (2) die Erfassung von Grössenverteilungen der mobilisierten und abgelagerten Holzstücke im Sädelgrabe und der Emme.

2.

Hochwasserereignis Am Vormittag des 24. Juli 2014 entluden sich heftige Gewitter über dem Emmental, was den Abfluss der Emme und zahlreicher kleinerer Bäche sehr schnell ansteigen liess. Der starke Regenfall mit lokalen stündlichen Maxima von 70 mm respektive von bis zu 96 mm während des sieben Stunden dauernden Ereignisses, war begrenzt auf den oberen Teil des Einzugsgebietes der Emme (ARGE GEOTEST AG / Geo7 AG 2015). In mehreren steilen Seitenzubringern der Emme kam es durch die starken Niederschläge zu murgangartigen Abflüssen, bei welchen grosse Mengen

Bild 1. Weggeschwemmte Büetschlibrücke bei Bumbach Dorf in der Gemeinde Schangnau (Foto: Geotest AG).

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Bild 2. Links: Begehung der Verklausung der Brücke über den Sädelgrabe (Foto: Geotest AG); rechts: Verklausung im Räbloch (Foto: Feuerwehr Eggiwil). an Sediment und Schwemmholz mobilisiert wurden. In steilen Lagen traten einige flachgründige Rutschungen und Hangmuren auf.

In der Emme führten die Niederschläge zu einem ausserordentlich grossen Hochwasserabfluss. An der Messstation Eggiwil (Einzugsgebietsgrösse: 124 km2) wurde eine Abflussspitze von 310 m3/s gemessen, was einer Wiederkehrperiode von über 200 Jahren entspricht. Der Gebirgsfluss trat an verschiedenen Stellen über die Ufer und verursachte Überschwemmungen und Übersarungen. Dabei wurden Häuser, Brücken und Strassen teilweise stark beschädigt (Bild 1). Die Region Bumbach war durch das Hochwasser besonders stark betroffen. Zwischen Kemmeriboden und Räbloch wurde erhebliche Ufererosion beobachtet, durch welche viel Sediment und Holz aus den angrenzenden Auenwäldern in die Emme gelangten.

Auf den Schwemmkegeln der Seitenbäche und in den überschwemmten Gebieten entlang der Emme wurden grosse Schwemmholzmengen abgelagert (Bild 2). Trotz dieser Ablagerungen führte der Schwemmholztransport in der Emme zu einer Verklausung der natürlichen Engstelle beim Räbloch, wo Holz und anderes Material bis zu 10 m hoch aufgetürmt wurde.

3.

grabe. Durch die murgangartigen Abflüsse wurde dort enorm viel Geschiebe und Schwemmholz verfrachtet. Die Einzugsgebietsfläche des Sädelgrabe beträgt 1.3 km2, ist zu 23 % bewaldet und das mittlere Bachgefälle liegt bei 26 %.

3.2 Methoden Für die Erarbeitung einer Schwemmholzbilanz sind Angaben (1) zum Holzeintrag in das Gewässer, (2) zur Ablagerung von verfrachtetem Holz sowie (3) zu allfälligem Abtransport von abgelagertem Holz aus den überschwemmten Gebieten vor den Felderhebungen erforderlich. Allgemein wurden im Rahmen der Felderhebungen

Grundlagen und Methoden

3.1 Untersuchungsgebiete Die Untersuchungen fanden in dem Gebiet des oberen Emmentals statt, welches am stärksten vom Unwetter betroffenen war, 226

und zwar einerseits in einem Abschnitt des Oberlaufes der Emme und andererseits in einem sehr aktiven Seitenbach (Bild 3).

Die Emme wurde auf einer Länge von rund 9 km von Kemmeriboden bis Räbeli in der Gemeinde Schangnau untersucht. In diesem Bereich waren infolge Überschwemmung und Ufererosion erhebliche Schäden an Gebäuden, Infrastruktur und Kulturland zu verzeichnen. Das durchschnittliche Gerinnegefälle der Emme beträgt in diesem Abschnitt 2.1 %. Das Einzugsgebiet bis zum Räbloch umfasst 96.4 km2 und ist zu 35.9 % bewaldet.

Weitere Untersuchungen erfolgten im Einzugsgebiet des Wildbaches Sädel-

Bild 3. Übersicht über das obere Emmental mit (A) der geografischen Lage in der Schweiz und (B) dem Oberlauf der Emme (der untersuchte Abschnitt ist mit schwarzen Kreuzen markiert) sowie dem Seitenbach Sädelgrabe (rot markiert).

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Bild 4. Schwemmholzhaufen, entnommen aus dem Bachbett des Sädelgrabe und im Rahmen von Sofortmassnahmen maschinell aufgeschichtet (Foto: WSL). nur Schwemmholzstücke von mindestens 1 m Länge und 10 cm Durchmesser erfasst.

3.2.1 Sädelgrabe Im Sädelgrabe wurden alle grösseren Rutschungen mit Holzeintrag in den Bach identifiziert und vermessen. Für Strecken mit Böschungserosion ergab sich die eingetragene Waldfläche aus der Abschnittslänge, der (hangparallelen) Höhe der Erosion sowie einem geschätzten Anteil der Abschnitte mit Erosion. Die Berechnung des durch Rutschungen und Böschungserosion in den Sädelgrabe eingetragenen Holzes beruhte auf der betroffenen Prozessfläche, multipliziert mit einem Holzvolumen (Vorrat) von 630 m3/ha. Dieser vergleichsweise hohe Wert ergab sich aus der Bestimmung des Volumens auf einer bachnahen Referenzfläche und wurde abgeglichen mit dem Vorrat des nahe gelegenen Büetschligrabens, der im Rahmen eines Schwemmholzprojekts der WSL untersucht worden war (Rickli und Bucher 2006).

Für steile Runsen erfolgte eine Abschätzung des Holzeintrages pro Laufmeter Runsenlänge (0.03 bzw. 0.07 m3/m). Das verfrachtete Holz lagerte sich im Sädelgrabe sowohl flächig auf dem Kegel ab als auch im untersten, flacheren Abschnitt des Gerinnes. Im Zuge von Sofortmassnahmen schichteten die beauftragten Firmen einen Teil des Schwemmholzes aus dem Bachbett zu Holzhaufen entlang des Baches und der Gemeindestrasse auf (Bild 4). Für die Ermittlung des Holzvolumens auf diesen Holzhaufen wurde das Volumen des Haufens bestimmt sowie das Verhältnis

von Festmetervolumen zu Lockervolumen geschätzt. Die Grössenverteilung der Holzstücke konnte mit einer Linienstichprobe ermittelt werden (Waldner et al. 2008). Für die Bestimmung der flächig auf dem Kegel abgelagerten Holzmenge wurde der Kegel in mehrere Bereiche unterschiedlicher Ablagerungsdichten (m3 Holz pro m2) eingeteilt. In jedem Bereich wurden repräsentative Teilflächen ausgeschieden und die dort vorgefundenen Holzstücke vermessen. Aus der daraus resultierenden Ablagerungsdichte konnte mittels Hochrechnung das abgelagerte Holzvolumen für den jeweiligen Bereich bestimmt werden.

3.2.2 Emme Der Eintrag von Holz in die Emme ergab sich aus den von Böschungserosion betroffenen Flächen (Bild 5), multipliziert mit einem Vorrat von 500 m3/ha. Dieser Wert entspricht dem oberen Grenzwert für Vorräte von Waldverlustflächen nach Waldner et al. (2009) und liegt etwas über dem Vorrat gemäss Landesforstinventar für die entsprechende Region von 460 m3/ha (Brändli 2010). Das in den Böschungsbereichen der Emme abgelagerte Holz wurde bei den Felderhebungen in Durchmesser- und Längenklassen eingeteilt und anzahlmässig erfasst. Mit diesem Verfahren konnte das Volumen des abgelagerten Holzes verhältnismässig effektiv ermittelt werden.

Eine sehr umfangreiche Schwemmholzablagerung bei Schwand wurde, wie die flächenhaften Ablagerungen auf dem Kegel des Sädelgrabe, auf einer Referenzfläche vermessen und dann auf die gesamte betroffene Fläche hochgerechnet. Längen und Durchmesser von abgelagerten Holzstücken auf den offenen Schwemmflächen entlang der Emme konnten zudem dank Pressefotos und Filmaufnahmen eines Helikopterfluges kurz nach dem Ereignis abgeschätzt werden (Zurbrügg 2015).

Zum Zeitpunkt der Erhebungen war ein Teil des Holzes aus den Gerinnen und überschwemmten Gebieten bereits auf einen Deponieplatz transportiert worden.

Das Volumen dieses Holzes musste, basierend auf Daten zu Holztransporten ab dieser Deponie in die Verwertungsstelle, geschätzt werden (Angaben Forstrevier Eggiwil). Als weiteres Element in den Be-

Bild 5. Vermessung der Böschungserosion: die rote Linie bezeichnet die Länge, die gelbe Linie die Breite der betroffenen Fläche (aus Zurbrügg 2015).

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

227

Bild 6. Summenkurve des Holzeintrages aufgrund von Böschungserosion entlang der Emme von Kemmeriboden bis Räbeli (vgl. Bild 3).

Tabelle 1. Schwemmholzbilanz für den Sädelgrabe. trachtungen zum Schwemmholztransport in der Emme wurden Entnahmen von Schwemmholz bei den Aare-Kraftwerken nach der Mündung der Emme in die Aare berücksichtigt. Entsprechende Daten wurden von den Betreibern der Kraftwerke zur Verfügung gestellt.

4.

Resultate

4.1 Schwemmholz im Sädelgrabe Im Gerinne des Sädelgrabe wurden insgesamt elf grosse Rutschungen und fünf Abschnitte mit Böschungserosion vermessen. Die dadurch in den Bach eingetragene Waldfläche beträgt knapp 5000 m2 und das entsprechende Holzvolumen beläuft sich auf etwa 310 m3 (Tabelle 1).

Zudem fand Eintrag aus drei Runsen von je 100 bis 150 m Länge mit insgesamt ca.

20 m3 statt. Aus Rutschungen, Bachstrecken mit Böschungserosion und Runsen wurden somit insgesamt 331 m3 Holz in den Sädelgrabe eingetragen. Vor dem Ereignis lagen schätzungsweise 150 m3 Holz im Bachgerinne. Dieser Wert beruht 228

einerseits auf einer Bewertung des örtlichen Forstdienstes und andererseits auf Untersuchungen der WSL in verschiedenen, ähnlichen Wildbächen der Schweiz (Rickli und Bucher 2006). Insgesamt wurden somit während des Ereignisses rund 480 m3 Holz mobilisiert und über kürzere oder längere Strecken verfrachtet.

Gemäss den Erhebungen im Feld kamen ungefähr 500 m3 Schwemmholz an verschiedenen Orten zur Ablagerung.

Davon fanden sich 172 m3 flächig abgelagert auf dem Kegel, 100 m3 wurden zu Haufen entlang des Bachbettes und der Gemeindestrasse aufgeschichtet und 100 m3 lagen nach dem Ereignis noch im Bachbett des Sädelgrabe. Es wird vermutet, dass nur wenig Holz (ungefähr 40 m3) während des Unwetters aus dem Sädelgrabe bis in die Emme gelangte. Die entsprechende Bilanz für den Sädelgrabe ist in Tabelle 1 zusammengestellt. Bei den angegebenen Volumina sind Unsicherheiten von bis zu 50 % eingerechnet.

4.2 Schwemmholz in der Emme Im Rahmen der Studie wurde versucht, Elemente einer Schwemmholzbilanz für den Oberlauf der Emme zu bestimmen.

Dazu gehören namentlich (1) der Eintrag von Holz durch Böschungserosion in die Emme, (2) die Schwemmholzablagerungen an den Ufern und auf Kiesbänken im Flusslauf der Emme sowie (3) Holz, welches im Rahmen von Aufräumarbeiten auf eine Deponie geführt wurde. Die Erhebungen im Feld ergaben, dass im Abschnitt von Kemmeriboden bis Räbeli aus insgesamt 64 Bereichen Holz durch Böschungserosion in die Emme eingetragen wurden. Dabei waren beide Ufer der Emme betroffen, insbesondere Prallhänge. Das durch diesen Prozess eingetragene Holzvolumen wird aufgrund der betroffenen Fläche von gut 3800 m2 auf ungefähr 190 m3 geschätzt (Zurbrügg 2015). Über die gesamte Abschnittlänge betrug der Eintrag damit ungefähr 20 m3 pro Kilometer. Allerdings konnte der Holzeintrag auf einer Strecke von ca. 1.7 km (horizontaler Verlauf der Summenkurve in Bild 6) aufgrund der eingeschränkten Begehbarkeit nicht erfasst werden. Der auf den Felddaten basierende Eintrag betrug somit vom Beginn des Abschnitts bei Kemmeriboden bis zu Kilometer 5.5 etwa 23 m3/km und ab Kilometer 7.2 bis zum Abschnittende ungefähr 29 m3/km. Zum Eintrag in die Emme sind auch rund 40 m3 aus dem Sädelgrabe zu zählen (Tabelle 2).

Entlang der beiden Ufer des untersuchten Abschnittes wurden insgesamt 334 m3 abgelagertes Schwemmholz erfasst, welches durch das Unwetter vom Juli 2014 verfrachtet worden war. Davon befanden sich 250 m3 auf einer einzigen Fläche in der Nähe des Hofes Schwand. Ein Teil dieses Holzes dürfte aus dem ebenfalls sehr aktiven Gärtelbach stammen. Weitere 26 m3 Holz konnten aufgrund von Filmaufnahmen während eines Helikopterfluges auf überschwemmten Flächen ermittelt werden. Die Summe des abgelagerten und identifizierten Schwemmholzes beträgt somit ungefähr 360 m3. Zudem wurden im Rahmen von Aufräumarbeiten und Sofortmassnahmen insgesamt etwa 300 m3 Schwemmholz aus überschwemmten Flächen auf eine Deponie transportiert. Davon dürften nach Auskunft des lokalen Forstdienstes ungefähr 100 m3 aus der Emme stammen. Als weiteres wichtiges Element der Bilanz ist eine umfangreiche Verklausung mit ungefähr 480 m3 Holz zu nennen, welche sich im Verlauf des Ereignisses ca. 1.6 km flussabwärts des untersuchten Abschnittes an einer natürliche Engstelle,

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Summe der beobachteten Schwemmholzablagerungen von 2900 m3 entspricht (Tabelle 2).

4.3

Tabelle 2. Transportierte Schwemmholzmengen während des Hochwassers vom Juli 2014 in der Emme.

Bild 7. Längen- und Durchmesserverteilung des abgelagerten Schwemmholzes, unterteilt in Volumenanteile und Anteil der Stückzahl. Ablagerungen entlang der Emme am Ufer und auf einer Kiesbank im Gerinnebett (a und b) sowie beim Sädelgrabe aufgeschichtet auf Haufen (Linienzahlanalysen) und flächig abgelagert auf dem Schwemmkegel (c und d). dem sogenannten Räbloch, gebildet hatte (vgl. Abschnitt 2 und Bild 2). Nicht bekannt ist leider, wieviel Holz aus dem Oberlauf oberhalb Kemmeriboden in den betrachteten Abschnitt verfrachtet wurde.

Weitere Hinweise ergaben sich aus Angaben zu Schwemmholzentnahmen bei Kraftwerken an der Aare. Nach Informationen von Kraftwerkbetreibern (Alpiq, Onyx) wurden nach dem Ereignis bei fünf Kraftwerken flussabwärts der Mündung der Emme in die Aare (Flumenthal, Bannwil, Wynau, Ruppoldingen und Gösgen) insgesamt rund 1500 m3 Holz entnommen. Dieses Holz stammt nach Einschätzung eines Mitarbeiters der Alpiq Hydro AG praktisch vollständig aus der Emme (mündliche Mitteilung R. von Arx).

Eine grobe Schwemmholzbilanz für die Emme beim Hochwasser 2014 kann

am besten aufgrund der Summe aller bestimmten oder geschätzten Ablagerungen von Schwemmholz angegeben werden (Tabelle 2). Diese beträgt rund 2900 m3 und setzt sich aus den oben erläuterten Zahlen und den 460 m3 Schwemmholz auf dem Kegel des Sädelgrabe zusammen.

Für die Bestimmung der Summe des Schwemmholzeintrages sind zu viele Elemente unbekannt, und die Erstellung einer abschliessenden Bilanz war deshalb nicht möglich. Aufgrund der Informationen zum Hochwasser vom Juli 2014 in der Emme kann jedoch angenommen werden, dass der Schwemmholzeintrag im Wesentlichen entlang des Gerinnesystems im Einzugsgebiet oberhalb von Eggiwil erfolgte. Daher kann davon ausgegangen werden, dass die in die Emme bis Eggiwil eingetragene Holzmenge ungefähr der

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Grössenverteilung des abgelagerten Schwemmholzes Entlang der Emme wurden 1626 Holzstücke am Ufer und 116 Stücke auf Flächen vermessen. Im Sädelgrabe waren es 298 Holzstücke auf Referenzflächen auf dem Schwemmkegel und 61 Stücke auf Haufen am Bachufer und entlang der Gemeindestrasse. In den Bildern 7a bis 7d sind die Grössenverteilungen der abgelagerten Schwemmholzstücke dargestellt. Es zeigt sich, dass der Anteil Holzstücke bei allen Verteilungen mit zunehmender Länge und Durchmesser der Stücke abnimmt. In Bezug auf den Volumenanteil wird diese Abnahme des Anteils Holzstücke durch zunehmendes Stückvolumen mindestens teilweise ausgeglichen (siehe z. B. Bild 7d).

Bei der Emme wurden mehr dünne und kürzere Stücke (< 20 cm; < 8 m) am Ufer und mehr dickere und lange Stücke auf der Kiesbank im Gerinne der Emme gefunden. Auf der Kiesbank machen Bäume mit Längen von mehr als 12 m ungefähr 45 % des Schwemmholzvolumens aus. Auf den Haufen im Sädelgrabe befinden sich in der kleinsten Durchmesser- und Längenklasse vergleichsweise geringere, in den grösseren Klassen (> 20 cm; > 4 m) dafür grössere Anteile an der Gesamtprobe.

5.

Diskussion und Folgerungen Das Ereignis vom 24. Juli 2014 bot eine gute Gelegenheit, aktuelle Daten zu Eintrag, Transport und Ablagerungen von Schwemmholz zu erfassen. Entsprechende Informationen erlauben Rückschlüsse auf den Ablauf der Gefahrenprozesse und dienen damit auch dazu, die Prognosemöglichkeiten zu verbessern.

Die Ergebnisse dieser Studie finden auch Verwendung in den verschiedenen Untersuchungen des BAFU Schwemmholzprogramms «Schwemmholz-Management an Fliessgewässern» (Ruiz-Villanueva et al. 2016). Im Rahmen dieses Programms werden Untersuchungen zu Quellen und Eintragsprozessen von Schwemmholz, zu Transport und Ablagerung sowie den damit verbundenen Gefahren und Risiken bearbeitet. Gemeinsam leisten die Eidgenössischen Forschungsanstalt, WSL, das Dendrolab.ch der Universität Genf, die Berner Fachhochschule, HAFL, sowie die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, VAW, der ETH Zürich Beiträge zum Programm.

229

5.1 Unsicherheiten Die Resultate aus der vorliegenden Studie sind mit einigen Unsicherheiten verbunden. Obwohl die Feldaufnahmen so schnell wie möglich im Anschluss an die Auftragserteilung in Angriff genommen wurden, gingen leider durch die rasch fortschreitenden Aufräumarbeiten ein Teil der Schwemmholzrelevanten Informationen verloren. Im Wettlauf mit den Aufräumarbeiten mussten die Aufnahmemethoden teilweise vereinfacht werden. Aufgrund der beschränkten Zeitressourcen konnte nicht jedes Schwemmholzstück einzeln vermessen werden, und es musste vielmehr nach einfacheren Erhebungsmethoden gesucht werden, welche naturgemäss mit einem gewissen Schätzfehler verbunden sind. Dazu gehören beispielsweise die Abgrenzung von Referenzflächen mit Vermessung aller Holzstücke und anschliessendem Hochrechnen auf die betreffende Fläche, die Anwendung von Linienzahlanalysen für die Bestimmung der Grössenverteilung auf Schwemmholzhaufen, die Erfassung der Böschungserosion für bestimmte Strecken mit repräsentativen Höhen und einem geschätzten Längenanteil, der Eintrag durch Runsen mit einem vermuteten Volumen pro Laufmeter Runse sowie die vereinfachte Erhebung von abgelagertem Schwemmholz entlang der Emme durch Einteilung der Holzstücke in Längen- und Durchmesserklassen. Eine erhebliche Unsicherheit im Hinblick auf die Abschätzung des Holzeintrages aus Erosionsflächen und Rutschungen stellt das Holzvolumen auf den eingetragenen Waldflächen dar. Dieser Wert ist in der Regel nicht bekannt und muss angenommen werden, wobei Erfahrungswerte des lokalen Forstdienstes oder Inventare, beispielsweise das Landesforstinventar, LFI, (Brändli 2010) beigezogen werden können.

Eine weitere Möglichkeit könnte in Zukunft auch die Auswertung des Vegetationshöhenmodells (Ginzler 2016) liefern. Für die vorliegende Untersuchung wurde der verbleibende Waldbestand mittels Vermessung einer Referenzfläche beurteilt und mit gemessenen Werten aus einer Studie in einem benachbarten Gebiet verifiziert.

5.2 Sädelgrabe Für den Sädelgrabe konnten aufgrund der Felderhebungen sowohl der Eintrag durch Rutschungen und Erosion als auch die Ablagerungen relativ gut abgeschätzt werden, was die Erstellung einer groben Schwemmholzbilanz ermöglichte. Eine beträchtliche Unsicherheit hinsichtlich dieser Bilanz besteht jedoch zur Frage, 230

wie viel Holz vor dem Ereignis, aber auch nach dem Ereignis im Gerinne lag. Hier wurden einerseits Erfahrungswerte des lokalen Forstdienstes und andererseits Ergebnisse einer früheren Schwemmholzstudie verwendet (Rickli und Bucher 2006). Gemäss Felderhebungen wurden im Verlauf des Ereignisses im Sädelgrabe ungefähr 500 m3 Holz mobilisiert. Dieses Ergebnis ist deutlich höher als Werte, die mit der Schätzformel nach Rickenmann (1997) errechnet werden. Spuren im Gelände weisen jedoch auf stark Geschiebe führenden bis murgangartigen Abfluss hin, was die beträchtliche Rutschaktivität in den Einhängen mit grossem Holzeintrag, und damit verbunden auch die aussergewöhnliche Schwemmholzverfrachtung im Sädelgrabe erklären könnte. Die Bäche auf der orographisch rechten Seite der Emme waren wesentlich aktiver als jene auf der linken Seite, wahrscheinlich, weil die Niederschlagsintensität in diesem Gebiet am grössten war (ARGE GEOTEST AG/Geo7 AG 2015).

5.3 Emme Für den Untersuchungsabschnitt der Emme konnte keine vollständige Schwemmholzbilanz erstellt werden, da sowohl der Eintrag von Holz von oberhalb wie auch der Austrag flussabwärts nicht ausreichend genau eruierbar waren. Dagegen konnten für den Abschnitt die Bereiche mit Seitenerosion verhältnismässig detailliert erfasst werden. Der daraus resultierende Schwemmholzeintrag unterliegt dennoch einer gewissen Unsicherheit, da der Holzvorrat in den Böschungen vor dem Ereignis nicht genau bekannt war. Auch die Schwemmholzablagerungen entlang der Emme zwischen Kemmeriboden und Räbloch konnten weitgehend zuverlässig aufgenommen werden. Hier wurden allerdings vor den Feldbegehungen bereits viele Aufräumarbeiten durchgeführt. Die Auswertung von Bildmaterial eines Helikopterfluges ergab jedoch, dass in den freien, bereits geräumten Flächen keine grossen Schwemmholzmengen abgelagert worden waren. Die Grössenordnung des Schwemmholztransportes in der gesamten Emme bis zur Mündung in die Aare konnte aufgrund einer Zusammenstellung aller bestimmten und geschätzten Schwemmholzablagerungen grob beziffert werden. Mit einem Wert von etwa 2900 m3 ist diese ungefähr vergleichbar mit den Mengen, wie sie während des Hochwassers 2005 transportiert worden waren (Waldner et al. 2008).

5.4 Grössenverteilungen Grössenverteilungen von Schwemmholzstücken sind wichtig für die Beurteilung von kritischen Stellen, vor allem Brückenquerschnitten. Bei den Ablagerungen im Kegelbereich des Sädelgrabe zeigte sich, dass sich in den Holzhaufen eher grössere Holzstücke befanden als in den Ablagerungen auf dem Kegel. Dies ist auf zwei Gründe zurückzuführen. Erstens wurden grössere Stücke vermutlich eher im Gerinne transportiert und dann von der Verklausung aufgehalten, während kleinere Stücke vermehrt auch weiter oben aus dem Gerinne herausgeschwemmt wurden. Zweitens sind diese Haufen maschinell aufgeschichtet worden, wodurch ein Teil der kleineren Stücke vermutlich «verloren» ging. In der Emme fällt auf, dass auf einer Kiesbank besonders viele lange Bäume zu finden waren. Dort sind die kürzeren Stücke weniger gut vertreten, da diese vermutlich vom Hochwasser weiter flussabwärts verfrachtet wurden.

5.5 Erfahrungen Anhand der Erfahrungen aus der vorliegenden Studie können für künftige Ereignisanalysen verschiedene Schlüsse gezogen werden. Da jeweils nach Unwetterereignissen rasch aufgeräumt wird und nicht das ganze betroffene Gebiet im gleichen Detaillierungsgrad untersucht werden kann, muss möglichst unverzüglich entschieden werden, wo, mit welcher Zielsetzung und mit welcher Genauigkeit Felddaten zu Schwemmholz erhoben werden sollen. Zudem sollte eine möglichst schnelle Auftragserteilung angestrebt werden. Die Auswahl eines Abschnittes der Emme im Zentrum des Schadengebietes und des Sädelgrabe als Beispiel für einen aktiven Seitenbach hat sich bewährt. In beiden Untersuchungsgebieten war es möglich, Daten zu Eintrag und Ablagerung von Holz aufzunehmen. Eine ungefähre Bilanz konnte jedoch nur im relativ überschaubaren Einzugsgebiet des Sädelgrabe bestimmt werden. Aufgrund der in der Regel rasch einsetzenden Aufräumarbeiten empfiehlt es sich, bei Ereignisdokumentationen möglichst einfache und zeitsparende Erhebungsmethoden anzuwenden. Der Kontakt mit den Beauftragten der lokalen, lösungsorientierten Ereignisanalyse (LLE) und die Möglichkeit, an den entsprechenden Sitzungen teilzunehmen, hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen. Insbesondere für die Ermittlung der Eintragsflächen würde eine Befliegung des Schadengebietes nach einem Ereignis wertvolle Hinweise geben; allenfalls wäre auch der Einsatz einer Drohne zu überlegen.

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Verdankung

Brändli, U.-B. (Red.) (2010): Schweizerisches

desamt für Umwelt BAFU, Birmensdorf, Eidge-

Wir danken dem BAFU, Abteilung Gefahren-

Landesforstinventar. Ergebnisse der dritten Er-

nössische Forschungsanstalt WSL. 136–143.

prävention, für den Auftrag und die damit ver-

hebung 2004 – 2006. Birmensdorf, Eidgenössi-

Waldner, P., Köchli, D., Usbeck, T., Schmocker,

bundene Möglichkeit, weitere Erfahrungen im

sche Forschungsanstalt für Wald, Schnee und

L., Sutter, F., Rickli, C., Rickenmann, D., Lange,

Zusammenhang mit Schwemmholz sammeln

Landschaft WSL. Bern, Bundesamt für Umwelt,

D., Hilker, N., Wirsch, A., Siegrist, R., Hug, C,

sowie Daten für weiterführende Projekte er-

BAFU. 312 S.

Kaennel, M. 2009: Schwemmholz der Ereignis-

heben zu können. Weiter sind wir dem Kanton

Ginzler, C., Hobi, M. (2016): Das aktuelle Vege-

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Bern, Oberingenieurkreis IV, sowie der ARGE

tationshöhenmodell der Schweiz: spezifische

des Teilprojekts «Schwemmholz» zu Handen

GEOTEST AG/Geo7 AG dankbar für die Mög-

Anwendungen im Waldbereich. Schweiz Z

BAFU/WSL. Eidg. Forschungsanstalt WSL,

lichkeit, im Rahmen der lokalen, lösungsorien-

Forstwes 167 (2016) 3: 128–135

Birmensdorf, 72 S.

tierten Ereignisanalyse (LLE) Einblick nehmen

Rickli, C., Bucher, H. (2006). Einfluss ufernaher

Zurbrügg, S. (2015): Hochwasseruntersuchung

und mitwirken zu können. Ramon Stalder dan-

Bestockungen auf das Schwemmholvorkom-

und Feldstudie zur Quantifizierung des Trans-

ken wir für die Mithilfe bei den Feldarbeiten und

men in Wildbächen. Projektbericht Dezember

ports und der Ablagerung von Schwemmholz

Nicolas Steeb für die wertvollen Kommentare

2006, Eidgenössische Forschungsanstalt WSL,

während einem extremen Ereignis: Die Über-

zum Manuskript.

Birmensdorf.

schwemmung vom Juli 2014 in der Emme

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Anschrift der Verfasser

Schangnau-Eggiwil, Unwetter 24. Juli 2014.

Rickenmann, D., Rickli, C., Schalko, L, Schmo-

Christian Rickli, Martin Böckli, Alexandre Bad-

Bericht zuhanden Tiefbauamt des Kantons Bern

cker, L., Schwarz, M., Steeb, N., Stoffel, M.,

oux, Dieter Rickenmann, Eidgenössische For-

Oberingenieurkreis IV, 118 S. + Anhang.

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Schwemmholzbilanzen. In: Bezzola, G.R.;

CH-3012 Bern

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Hegg, C. (eds) Ereignisanalyse Hochwasser

Markus Stoffel, Institut des Sciences de

welt BAFU, Eidgenössische Forschungsanstalt

2005. Teil 2 – Analyse von Prozessen, Mass-

l’Environnement, Université de Genève, Boule-

WSL. Umweltwissen NR. 0707. 215 S.

nahmen und Gefahrengrundlagen. Bern, Bun-

vard Carl-Vogt 66, CH-1205 Genève.

BSc-Thesis.

Universität

Bern,

Die nächste Ausgabe von «Wasser Energie Luft» erscheint am Donnerstag, 8. Dezember 2016

Foto: MMi

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231

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«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

«Inbetriebnahme» der Hochwasserausleitung am Nidlaubach SZ Beatrice Herzog, Jürg Speerli

Zusammenfassung Im Hochwasserschutzprojekt Nidlaubach SZ wurde eine laterale Ausleitung von Hochwasserabflüssen in einem mit Sperren verbauten Wildbach realisiert. Das Bruttogefälle der Ausleitstrecke beträgt 7 %. Mit verschiedenen numerischen Modellen war eine erste Projektgeometrie definiert worden. Die Optimierung der Gerinnegeometrie sowie der finale Nachweis erfolgte mittels hydraulischen Modellversuchen im Wasserbaulabor der HSR, Hochschule für Technik Rapperswil.

In einem Beitrag im WEL vom Dezember 2015 wurden die Modellierungsergebnisse aus drei numerischen Ansätzen mit den Ergebnissen aus dem hydraulischen Modell verglichen [1]. Ausserdem wurde das Projekt an der BAFU-Wasserbautagung vom September 2015 in Einsiedeln Fachleuten aus kantonalen Verwaltungen und der Bundesverwaltung vorgestellt.

Nur wenige Tage nach der Fertigstellung der Ausleitungsstrecke folgte im Juni 2016 bereits ein Hochwasserereignis, welches praktisch genau dem Dimensionierungsereignis entsprach. Dieser «Glücksfall» ermöglicht es, den Projekterfolg zu kontrollieren. Im Artikel werden die Prozesse und das Verhalten der Schutzbauten analysiert.

1.

Das Hochwasserschutzprojekt

1.1 Bauliche Massnahmen Das Hochwasserschutzprojekt Nidlaubach beinhaltet im Siedlungsgebiet einen Gerinneausbau auf ein 100-jährliches Hochwasserereignis von 60 m3/s, eine Vergrösserung des bestehenden Geschiebesammlers am Kegelhals auf die potenziellen Ereignisfrachten von 25 000 m3 sowie einen Schwemmholzrechen. Für grössere Hochwasserereignisse wird oberhalb des Siedlungsgebiets eine laterale Ausleitstrecke angeordnet, über welche der überschüssige Teil des Abflusses in einem Entlastungskorridor kontrolliert am Siedlungsgebiet vorbeigeleitetwerden kann [2].

1.2 Ausleitstrecke Der Nidlaubach weist auf der Ausleitstrecke einen leicht gekrümmten Verlauf auf und ist mit total 15 Konsolidierungssperren voll verbaut. Das Bruttogefälle beträgt knapp 7 %, das Nettogefälle zwischen Vorsperre und Folgesperre liegt bei < 1 %, grösstenteils annähernd 0 %. Bei den Sperren bildet sich bei allen Abflüssen ein freier Überfall mit anschliessend voll ausgebildetem Wasser-

sprung aus. Die Fliessgeschwindigkeiten sind hoch.

Im Rahmen der Projektierung mussten die hydraulischen Nachweise für die Ausleitung geführt werden. Ein erstes, approximatives Design der Ausleitstrecke im Vorprojekt wurde mithilfe ein- und zweidimensionaler numerischen Modellierungen ausgearbeitet. Trotz vielversprechender Resultate bestanden durchaus Zweifel daran, ob eine laterale Entlastung im Steilbereich und auf einer Sperrenstrecke überhaupt

befriedigend genau funktionieren würde.

Die Berechnungen zeigten die typischen hohen Fliessgeschwindigkeiten und Froudzahlen sowie häufige Fliesswechsel. Da die Kolklagen und -tiefen unterstrom von Wildbachsperren instationär und stark abflussabhängig sind, musste ausserdem eine Lösung gefunden werden, die hydraulischen Randbedingungen so weit zu definieren, dass eine zuverlässige Ausleitcharakteristik erreicht werden konnte.

Die Ausleitung wird durch eine Uferdifferenz initiiert. Mittels Leitspornen an den linksufrigen Sperrenflügeln wird der Wegfluss gesichert und die Ausleitmenge erhöht. Die Kolke sind mit festen Kolkwannen gesichert und durch eine Vorsperre in der Höhe fixiert, damit die Wasserspiegellagen in Bezug auf den Abfluss konstant sind. Die Ausleitstrecke ist ca. 170 m lang und liegt zwischen Sperre Nr. 32 und Sperre Nr. 20 (Bild 2).

Die Zielgrössen des Modellversuches ergaben sich aus der gewünschten Ausleitcharakteristik. Die Ausleitung soll bei einem 100-jährlichen Abfluss von 60 m3/s anspringen. Für die Sicherheit des Dorfes muss ausserdem nachgewiesen werden, dass auch bei einem Zufluss eines EHQ von rund 100 m3/s an der Kantonstrassenbrücke mitten im Dorf keine unzulässigen Zustände entstehen.

Bild 1. Ausleitstrecke mit klassischen Betonsperren vor dem Umbau (links) und nach der Fertigstellung mit erhöhten Flügeln, verengten Überfallsektionen und Ausleitspornen (rechts).

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233

Bild 2. Ausleitstrecke gemäss Hochwasserschutzprojekt. Q = Abfluss oberhalb der Ausleitstrecke, Qa = Ausleitwassermenge und Qb = Abfluss unterhalb der Ausleitstrecke.

Tabelle 1. Massgebende Abflüsse.

Mit der im Modellversuch getesteten und optimierten Geometrie konnten diese Vorgaben erreicht werden.

1.3 Stand des Projekts Das Projekt ist seit 2013 im Bau. Der Geschiebesammler (Los 1) und die Ausleitstrecke (Los 2) sind erstellt. Die Ausleitstrecke wurde im Juni 2016 abgenommen, wobei die Uferhöhe noch nicht überall definitiv ist (Baupiste auf Ufer, eine örtliche Lücke für die Zufahrt ins Gerinne). Im Herbst 2016 folgt das dritte Los. 2.

Das Ereignis vom 24. Juni 2016

2.1 Niederschlag Ähnlich wie bereits beim projektauslösenden Ereignis von 2007 sorgte ein lokales Gewitter für Hochwasserabflüsse im Gebiet Unteriberg–Sihlsee, namentlich in den Gewässern Minster, Nidlaubach, Steinbach und Grossbach. Bisher liegt eine erste grobe Einstufung des Ereignisses des Amtes für Wald und Naturgefahren SZ vor, welche auf Basis des Niederschlagsradars der MeteoSchweiz gemacht wurde [4]. Der Nidlaubach wird darin nicht explizit erwähnt. Das Niederschlagsereignis in den benachbarten Bächen Minster und Grossbach wird als ca.

30–100-jährlich eingestuft, die Abflussereignisse in den genannten Einzugsgebieten gelten zum heutigen Zeitpunkt als ca. 50 bis 80-jährlich. Für die Abflussbildung ist der intensive Vorregen der Monate Mai und Juni zu beachten.

2.2 Abfluss Der Spitzenabfluss kann anhand von Fotos, Videos und eingemessenen Spuren an der Kantonsstrassenbrücke auf rund 60 m3/s abgeschätzt werden. Die Nachrechnung bei 234

der Brücke wie auch bei der Abschlusssperre des Sammlers stimmen dabei gut überein.

Bei der Brücke wurde angenommen, dass die Spritzspuren an den Widerlagern ein Mittel zwischen mittlerer Druckhöhe und Energielinie zeigen. Dies entspricht recht gut dem «mittleren Wasserspiegel» auf dem Videomaterial. Bei der Brücke herrschte immer ein minimales Freibord, sie könnte bei Extremereignissen auch unter Druck gesetzt werden (Staukragen, Statik).

Die Ausleitung ist während kurzer Zeit leicht angesprungen. Im Entlastungskorridor wurde eine Abflusstiefe von ca.

20 cm erreicht. Dies deutet gemäss der numerischen Modellierung und dem hydraulischen Modellversuch auf einen Abfluss von ca. 60 m3/s und einen Wasseraustritt von ca. 1–2 m3/s, was genau dem Dimensionierungsereignis entspricht (vgl. Tabelle 1).

2.3 Geschiebe Im Ereignis 2016 wurde weniger Geschiebe verlagert als im Ereignis 2007. Dies dürfte einerseits am etwas kleineren Abfluss liegen, andererseits daran, dass ein Teil des Einzugsgebietes im Jungschutt liegt.

Im Geschiebesammler wurden 2016 total ca. 7500 m3 abgelagert. Die Auflandung erfolgte wie geplant von der Stauwurzel zur Abschlusssperre hin. Das Auflandungsgefälle betrug ca. 6 %. Dies entspricht der unteren Grenze des Auflandungsgefälles gemäss den Projektannahmen (Projekt: J = 6 bis 8.5 %). Der Sammler wurde aber auch nur etwa zu einem Drittel gefüllt.

2.4 Holz Es lagerte sich eine erhebliche Menge Schwemmholz im Holzrechen ab. Der Rechen funktionierte sehr gut. Es wurde kein Holz ausgetragen, und das Holz wurde wie angestrebt vom Geschiebe separiert. Die

Bild 3. Abfluss bei der Kantonsstrassenbrücke am 24.6.16 (Video: Wuhrkorporation Nidlaubach).

Holzmenge wird auf 300 m3 «locker» geschätzt, was erfahrungsgemäss ca. 60 bis 80 m3 Festholz entspricht.

2.5

Ausleitung und Entlastungskorridor Die Ausleitung in den Entlastungskorridor sprang auf der geplanten Strecke und in geplanter Weise an.

Der Wasserspiegel bei der Kantonsstrassenbrücke lag tendenziell höher als im Projekt. Beim obersten Sporn (Sperre Nr. 28) trat entgegen dem Modellversuch kein Wasser aus. Bei einem Sporn (Sperre Nr. 27) floss etwas Wasser über die Böschung zurück. Diese Beobachtungen weisen darauf hin, dass das linke Ufer evtl. noch nicht auf der definitiven Projekthöhe ist (noch zu hoch). Die hier verlaufende Baupiste wird für das Los 3 noch gebraucht, und das Ufer wird erst zum Projektende im Winter 2016/17 fertiggestellt. Diese Mutmassung wird mit Vermessungsaufnahmen noch überprüft.

Andernfalls müsste erwogen werden, die Uferhöhe leicht zu korrigieren.

Beim ausgeleiteten Wasser handelt es sich nicht um ein kontinuierliches Ausfliessen, sondern um ein periodisches Ausfliessen infolge des Auflaufens von Wellen über die Uferkante. Dies ist ein weiterer Grund dafür, dass die Verhältnisse in diesem Grenzzustand im Modell und in der Natur nicht exakt die gleichen sind.

Das ausgeleitete Wasser floss oberhalb der Kantonsstrasse wie geplant innerhalb der Dämme des Entlastungskorridors.

Da der mobile Teil des Entlastungskorridors über die Kantonsstrasse (Beaver-Schläuche) nicht installiert war, floss ein Teil des Wassers einerseits auf der Strasse Richtung

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Bild 4. Holzablagerungen im Rechen (Fotos: R. Holdener).

Norden, andererseits über den Vorplatz in die Garage des dortigen Carunternehmens.

3.

Erkenntnisse

3.1 Allgemeines Dass anlässlich der Fertigstellung eines Bauwerkes dessen Funktionsweise überprüft wird, ist z. B. im Kraftwerksbau eine normale «Inbetriebnahme», im Schutzwasserbau ist es ein ausserordentlicher Glücksfall.

Nicht nur weil Bauherrschaft, Öffentlichkeit und Ingenieure damit ein direktes Feedback bekommen, sondern auch weil noch letzte Optimierungen angebracht werden können, was ja mit ein Zweck einer «Inbetriebnahme» ist. Zusätzlich können wir unser Wissen und unsere Erfahrung selbstkritisch überprüfen und erweitern.

3.2 Geschiebe- und Holzrückhalt Geschiebesammler und Holzrechen funktionierten einwandfrei, was aufgrund der zahlreichen Annahmen in der Bemessung und der vielen unterschiedlichen zur Anwendung kommenden Sperrensysteme weniger selbstverständlich ist, als es klingt.

Wegen der Konstruktionsart der Abschlusssperre (Dolensperre, kompletter Verschluss in Rückhaltefall) sind im Sammler auch viele Feinanteile zur Ablagerung gekommen, die

sich aber vom Kies gut getrennt haben. Im eher bindigen Material am Nidlaubach ist die Wahl «Dolensperre» als richtig zu beurteilen, da sonst die Gefahr von unerwünschten Spülungsvorgängen bestünde. Selbst das rechnerisch a priori schwierig zu bestimmende Auflandungsgefälle scheint a posteriori der Wirklichkeit nahezukommen.

3.3 Ausleitung Die Ausleitung hat gut und plangemäss funktioniert. Die Uferhöhe muss im Dezimeterbereich noch kontrolliert werden. Die Sporne haben sich bewährt und wurden auch nicht beschädigt. Auch der Gerinneverbau auf der Ausleitungsstrecke hat das Ereignis schadlos überstanden.

Obwohl dies bereits in den numerischen Simulationen und im hydraulischen Modell gezeigt wurde [1], ist durch dieses Ereignis nun auch in natura nachgewiesen worden, dass eine laterale Ausleitung mit den geeigneten Geometrien und konstruktiven Massnahmen auch in einer Sperrentreppe funktioniert und sogar sehr gut eingestellt werden kann.

3.4 Kolke / Tosbecken Der Kolkschutz aus Blöcken bei der Abschlusssperre des Sammlers (vgl. Bild 2) wurde beim Ereignis vollständig ausge-

Bild 5. Ausleitung im Höchststand bei den Sperren Nr. 22 und Nr. 23. Blick vom rechten Ufer bachaufwärts (Foto: R. Holdener).

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räumt. Da es sich um eine Kastensperre handelt, sind keine Folgeschäden aufgetreten, die Sperre ist intakt. Ein ähnliches Bild zeigt sich bei der nachfolgenden Sperre Nr. 34/33 (Doppelsperre) und bei der Sperre Nr. 19 unmittelbar oberstrom der Kantonsstrasse. Die Kolkwannen auf der eigentlichen Ausleitstrecke zwischen Sperre Nr. 32 und Sperre Nr. 20 (vgl. Bild 2) waren trotz dem deutlich höheren spezifischen Abfluss von ca. 10–12 m3/s*m stabil. Es handelt sich bei allen Sperren um trocken vermauerte Kolkschutzblöcke auf einer Filterschicht ohne Hinterbeton. Modellversuche für andere Projekte haben früher schon gezeigt, dass ohne eine Vorsperre die Kolkwanne vom Unterwasser her aufgrund von Erosion zerstört werden kann. Am Nidlaubach sind alle Kolkwannen von unten her mit einem Betonriegel gehalten, dies kann nicht der Grund für die Schäden gewesen sein. Alle Tosbecken sind ca. 10 m lang, das Blockgewicht ist abgestuft und beträgt 1.0–2.0 to Tabelle 2 zeigt die hydraulische Belastung und die unterschiedlichen Geometrien der Sperren, resp. Kolkwannen im Perimeter.

Die spezifischen Abflüsse sind in der Ausleitstrecke sogar höher als ober- und unterstrom davon. Hingegen sind die Absturzhöhen und das Zwischengefälle kleiner.

Während bei den obersten beiden Sperren die Kolkwannen eher flach ausgebildet sind, sind sie ab Sperre 32 bis zur Kantonsstrassenbrücke tief und rund.

Als Auslöser für die Verlagerung respektive Nichtverlagerung der Kolkschutzblöcke können verschiedene Gründe vermutet werden, konstruktive und hydraulische: • Durch eine runde und tiefe Form der Kolkwanne (grüne und blaue Linie in Bild 7) wird eine erhöhte innere Abstützung aufgrund der Bogenform (umge-

Bild 6. Beginn der Ausleitung bei den Sperren Nr. 22 und Nr. 23 (Vordergrund) sowie Nr. 27 und Nr. 28 (Hintergrund) im hydraulischen Modellversuch beim Dimensionierungsabfluss von 60 m3/s.

Blick bachaufwärts.

235

Scheiben vorgezogen werden, mindestens überall dort, wo es sich nicht um sohlenbündige Riegel handelt.

3.5

Tabelle 2. Abmessungen und hydraulische Belastung der Kolke. kehrter Druckbogen) erreicht und der Verbund ist stabiler .

• In den tiefer ausgerundeten Wannen kann sich der Wassersprung besser ausbilden, was die Belastung auf die Sohle verringert. Der Wassersprung wird ausserdem in der Lage besser fixiert.

• Bei den Sperren mit grosser Absturzhöhe wurde der Wassersprung zeitweilig beinahe über die Vorsperren herausgedrückt. Dies könnte darauf hinweisen, dass die Tosbecken zu kurz sind.

• Die Unterwasserhöhe – und damit die untere Stützkraft – ist in der Ausleitstrecke mit geringerem Nettogefälle auf der jeweiligen Folgestrecke der Wassersprungbereiche deutlich höher als in den anderen Abschnitten. Dadurch werden die Wassersprungwal-

zen besser am Ort gehalten und dürften zu einer verminderten Einwirkung auf die Blöcke geführt haben.

• Die Kolkwannen der Ausleitstrecke, welche stabil geblieben sind, wurden im hydraulischen Modellversuch geprüft und optimiert.

Die gemeinsamen technischen Merkmale der Sperren mit instabilen Kolkschutzblöcken sind die grössere Absturzhöhe und die geringere unterstromseitige Stützkraft.

Sehr bewährt haben sich die Kastensperren mit kraftschlüssig verbundenen Scheiben in Fliessrichtung und ebenso fest verbundener Vorsperre. Das Tragverhalten dieser Konstruktion ist ausserordentlich robust und es waren trotz dem fehlenden Kolkschutz an drei Sperren nirgendwo Verschiebungen, Verformungen oder Risse festzustellen. Trotz höheren Baukosten sollten Kastensperren in jedem Fall einfachen

Entlastungskorridor und Interventionsplanung Rein technisch funktionierte der Entlastungskorridor gut. Hingegen war die Feuerwehr auf die Intervention (noch) nicht genügend vorbereitet und die mit dem Projekt angeschafften Beaver-Schläuche wurden nicht installiert. Dadurch kam es zu kleineren Schäden im Bereich der Strassenquerung, die aber bei Weitem nicht vergleichbar mit den Schadensbildern von 2007 waren.

Auch wurden die Ufer auf der Ausleitstrecke nicht abgesperrt, sondern waren frei zugänglich. Es zeigte sich einmal mehr, dass die Anlaufzeiten bei so kleinen und steilen Einzugsgebieten sehr kurz sind. Es wird zurzeit diskutiert, ob ein minimaler fester Abflusskorridor über die Strasse – z. B. mittels einer (verkehrsberuhigenden) Belagsschwelle – erstellt werden sollte. Die vertikale Strassenaxe lässt hier nur sehr wenig zu. Dennoch könnten die Wehrdienste auch durch eine nur kleine Massnahme mehr Zeit zum Aufbau der mobilen Massnahmen und der Strassensperrung gewinnen. Auch würden geringe Ausleitmengen – wie die vom 24. Juni 2016 – praktisch ohne Einbau der mobilen Massnahmen schadlos abgeleitet werden. Die Idee muss mit der Gemeinde und dem Strasseneigentümer (Kanton) noch einmal aufgegriffen werden.

Literatur Bettler, M., Herzog, B., Speerli, J., Stucki, A., Semler, F. Vergleich von hydraulischen und numerischen Modellierungen an einer lateralen Hochwasserausleitung im Steilbereich, «Wasser Energie Luft» 4-2015.

Herzog Ingenieure AG/Meier + Partner AG / Dr. von Moos AG: «Hochwasserschutz Nidlaubach, Auflageprojekt».

Davos

Platz/Lachen/Zürich,

März 2010.

Herzog Ingenieure AG/P. Meier + Partner AG: Hochwasserschutz Nidlaubach, Ausführungsprojekt Los 1 und Los 2, 2013–2016.

Unwetterereignis 24. Juni 2016, Auswertung, Amt für Wald und Naturgefahren Schwyz, Entwurf vom 7. Juli 2016.

Anschrift der Verfasser Beatrice Herzog, Dipl. Ing. ETH Herzog Ingenieure AG, CH-7270 Davos Platz herzog@herzog-ingenieure.ch Prof. Dr. Jürg Speerli

Bild 7. Vergleich der Kolkbecken-Geometrien, grüne Linie: OK Blöcke Kolkwannen Ausleitstrecke und Sperre 19, teilweise stabil; rot: OK Blöcke Kolkwanne Abschlusssperre, nicht stabil; blau: OK Blöcke Kolkwanne Sperre 34, nicht stabil.

236

HSR Hochschule für Technik Rapperswil CH-8640 Rapperswil, juerg.speerli@hsr.ch

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Analyse der physischen Vulnerabilität von Wohngebäuden gegenüber feststoffführenden Überschwemmungen Martin Seiler, David Vetsch

Zusammenfassung Aufgrund der sozio-ökonomischen Entwicklung in der jüngeren Vergangenheit sind Schwemmkegel von Gebirgsflüssen in den Alpen zum Teil stark überbaut worden. Das Risiko im Zusammenhang mit feststoffführenden Überschwemmungen steigt aufgrund des so gewachsenen Schadenpotenzials an und wird wesentlich durch die physische Vulnerabilität der Gebäude auf dem Schwemmkegel beeinflusst.

Im vorliegenden Beitrag wird die physische Vulnerabilität von Wohngebäuden gegenüber feststoffführenden Überschwemmungen diskutiert. Im Gegensatz zu bis anhin durchgeführten Vulnerabilitätsanalysen wird ein neues Intensitätskriterium sowie ein Klassierungssystem vorgestellt, welche die schadenverursachenden Einwirkungen auf ein Gebäude während einer Überschwemmung besser repräsentieren sollen. Die Analyse wird anhand des Hochwasserereignisses des Baltschiederbachs im Wallis im Jahr 2000 durchgeführt.

1.

Einleitung Natürlich in Gebirgsflüssen ablaufende Prozesse können infolge einer Überschwemmung auf Infrastruktur und Gebäude treffen, was zu Schäden an diesen Risikoelementen führt. Was das im Ereignisfall bedeutet, hat die feststoffführende Überschwemmung in Baltschieder im Jahr 2000 eindrücklich aufgezeigt. Laut Hegg et al. (2002) entstand bei diesem Ereignis ein beträchtlicher finanzieller Schaden von rund 80 Millionen CHF. Die Höhe der monetären Schäden derartiger Ereignisse wird dabei wesentlich durch die sogenannte physische Vulnerabilität der betroffenen Risikoelemente beeinflusst. Sie beschreibt den Zusammenhang zwischen der Intensität der Prozesseinwirkungen und der Schadenempfindlichkeit eines Objekts, resp. des

Grads an Verlust (eng. «degree of loss»).

Die Schadenempfindlichkeit kann dabei als dimensionsloser Quotient des entstandenen, monetären Sachschadens und der Wiederaufbaukosten definiert werden (0 = kein Schaden, 1 = Totalschaden); vgl.

Formel 1.

In den letzten zwei Jahrzehnten wurde mehrheitlich versucht, die Schadenempfindlichkeit mithilfe von mathematischen Funktionen oder statistischen Ansätzen mit der Prozessintensität zu verknüpfen.

Das Ziel dabei ist es, die physische Vulnerabilität mit einer allgemeinen Formulierung quantitativ zu beschreiben. In österreichischen und italienischen Studien wird die Beziehung zwischen Intensität und Schadenempfindlichkeit durch Funktionen und Vulnerabilitätskurven ausgedrückt (z. B. Totschnig et al., 2011), wobei hauptsächlich die Ablagerungshöhe als Intensitätsproxy resp. Intensitätskriterium, verwendet wird (Bild 1). Hingegen liegt in einigen schweizerischen Studien (z. B.

Borter, 1999, Romang, 2004, Spichtig & Bründl, 2008) der Fokus auf der Bestimmung von statistischen Werten wie Median oder Mittelwert der Schadenempfindlichkeit und einer Zuordnung zu den Intensitätsklassen schwach, mittel und stark.

Für die Beurteilung von Überschwemmungen wird üblicherweise das primär auf menschlicher Gefährdung basierende Klassierungssystem nach Loat und Petraschek (1997) verwendet, wobei die Intensität als schwach, mittel oder stark eingestuft wird. Als Intensitätsproxies werden dabei die Fliessgeschwindigkeit und Fliesstiefe verwendet. Diese Proxies widerspiegeln jedoch nicht zwingend die Prozesse am Gebäude, welche für die Schadenentstehung und das Risiko entscheidend sind.

Im vorliegenden Beitrag wird deshalb ein alternatives, schadenbasiertes Intensitätskriterium und Klassierungssystem vorgestellt und im Rahmen einer Fallstudie angewendet. Dabei werden Daten von 20 Wohngebäuden verwendet, welche während der Überschwemmung in Baltschieder im Jahr 2000 betroffenen waren.

Bild 1. Vulnerabilitätsfunktionen für geschiebeführende Hochwasser, abgeändert nach Totschnig & Fuchs (2013). Die beste Korrelation ergibt sich mit der WeibullFunktion (durchgezogene Linie).

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237

Das neu entwickelte Intensitätskriterium soll zusammen mit dem Klassierungssystem die physischen Einwirkungen auf ein Gebäude besser abbilden und als Folge davon genauere Vulnerabilitätswerte ermöglichen.

2.

Rückblick Das Dorf Baltschieder liegt im Kanton Wallis in der südlichen Schweiz auf dem Schwemmfächer des Baltschiederbachs auf einer Höhe von rund 645 m ü. M. Der Baltschiederbach wird durch den «Innre und Üssre» Baltschiedergletscher gespeist und entspringt dort auf einer Meereshöhe von 3000 m ü. M. (Innre Baltschiedergletscher) beziehungsweise 2700 m ü. M. (Üssre Baltschiedergletscher). Das Einzugsgebiet ist rund 43 km2 gross und weist eine mittlere Höhe von 2280 m ü. M. auf (Nigg et al., 2002).

Vom 10. bis 16. Oktober 2000 stellte sich im Wallis eine Wetterlage mit einem Tief über dem Mittelmeer und anhaltendem Niederschlag ein. Durch diese Südstaulage wurden während sieben Tagen feuchte Luftmassen vom Süden gegen die Alpen geführt, was erhebliche Niederschlagsmengen auf der Alpensüdseite zur Folge hatte. Die Niederschläge vom 14. und 15. Oktober über den stark gesättigten Böden im Baltschiedertal führten zu einem starken Anschwellen des Baltschiederbachs bis auf einen Maximalwert im Bereich von 85 bis 105 m3/s (Nigg et al., 2002) mit entsprechendem Feststofftransport.

Aufgrund der gefällebedingten Abnahme der Transportkapazität wurde das Gerinne des Baltschiederbachs und ein bereits bestehendes Geschieberückhaltebecken allmählich aufgeschottert, was um 6.30 Uhr am Morgen des 15. Oktobers schliesslich zur Ausuferung im Bereich des Kegelhalses beim Dorf Baltschieder führte. Durch das Ereignis wurden in der Folge mehr als 200 Gebäude beschädigt oder zerstört (Turowski et al., 2008) und rund 120 000 m3 Geschiebe im Dorf abgelagert (Jäggi et al., 2004). Dank einer raschen Evakuation der Bevölkerung durch die örtliche Feuerwehr konnten glücklicherweise alle betroffenen Personen in Sicherheit gebracht werden.

3.

zur Ablagerungshöhe während des gesamten Ereignisverlaufs an den Standorten der untersuchten Gebäude benötigt.

Um diese Datengrundlage zu schaffen, wurde die feststoffführende Überschwemmung in Baltschieder ex-post mithilfe eines numerischen Modells simuliert. Aufgrund der vorwiegend fluvialen Vorgänge auf dem Schwemmkegel wurde dazu die Simulationssoftware BASEMENT (Vetsch et al., 2013) verwendet, welche die Simulation von Feststofftransport als Schwebstoff- oder Geschiebefracht erlaubt.

Die auf Fotos (Luftbilder und lokale Aufnahmen) unmittelbar nach dem Ereignis ersichtlichen Ablagerungshöhen wurden anhand von nach wie vor bestehenden Umgebungsmerkmalen bestimmt (Bild 2).

Auf diese Weise konnte die lokale Ablagerungshöhe bei 15 Gebäuden rekonstruiert werden. Weiter wurden von der Gemeinde dokumentierte Zonen mit abgelagerten

Geschiebe und Feinanteilen sowie die Koordinaten der Wohngebäude mit einer aufgezeichneten Schadenempfindlichkeit > 0.00 auf einer Karte zusammengefasst (Bild 3). Das numerische Modell wurde schliesslich anhand der räumlichen Verteilung der rekonstruierten Ablagerungshöhen, der Verteilung von Geschiebeund Feinmaterialablagerungen sowie der Verteilung der Schadenempfindlichkeiten > 0.00 kalibriert und validiert. Im weiteren Verlauf der Vulnerabilitätsanalyse wurden die mit dem validierten Modell simulierten Fliesstiefen und Ablagerungshöhen für die angeströmte Fassadenseite der untersuchten Wohngebäude verwendet.

3.2

Intensitätskriterium und Klassierungssystem Das Ausmass des Schadens an einem Gebäude und die entsprechende Schadenempfindlichkeit sowie physische Vul-

Bild 2 A. Kalibrierungsfoto eines Wohngebäudes (Fotograf unbekannt). B: Vor dem Ereignis bestehende Treppenlaube als Mass für die Abschätzung der Ablagerungshöhe (Foto Martin Seiler).

Analyse der physikalischen Vulnerabilität und Intensitätskriterium

3.1

Rekonstruktion der Intensitätswerte Für die Herleitung des schadenbasierten Intensitätskriteriums und Klassierungssystems werden Daten zur Fliesstiefe und 238

Bild 3. Kartendarstellung der zur Kalibrierung verwendeten Grundlagen: Dokumentierte Verteilung Geschiebe und Feinanteile, Kalibrierungsfotos (blau), Wohngebäude mit Schadenempfindlichkeit > 0.00 (rot). Die verwendeten Kalibrierungsfotos sind durchnummeriert (Quelle: Gemeinde Baltschieder).

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nerabilität hängt massgebend davon ab, ob Wasser im Ereignisfall ins Gebäude eindringen kann oder nicht. Sobald Wasser und Feststoffe ins Innere des Gebäudes gelangen, kommt es als Folge von Vernässung und des Schmutzeintrags zu einem sprunghaften Anstieg des Schadens, was sich auch in der Schadenempfindlichkeit und schliesslich in der physischen Vulnerabilität niederschlägt (Holub et al., 2012). Gebäudeöffnungen sind Schwachstellen der Gebäudehülle und spielen somit eine zentrale Rolle bezüglich der physischen Vulnerabilität (Fuchs et al., 2007). Dabei stellen Fenster und insbesondere Fensterscheiben bezüglich ihrer Widerstandsfähigkeit im Vergleich zu Mauerwerk oder Türen das vulnerabelste Glied in der Gebäudehülle dar. Das hier vorgestellte Intensitätskriterium und Klassierungssystem wird deshalb auf die Widerstandsfähigkeit von Fensterscheiben gegenüber den Einwirkungen von feststoffführenden Überschwemmungen abgestimmt.

Feststoffführende Überschwemmungen wirken durch den Strömungsdruck sowie durch die kinetische Energie von anprallenden Feststoffen physisch auf die Gebäudehülle ein. Die beiden Einwirkungsarten sollen im Folgenden kurz zur Herleitung des Intensitätskriteriums diskutiert werden: 3.2.1 Einwirkungen durch den Strömungsdruck Die Einwirkungen durch den Strömungsdruck setzen sich aus hydrostatischer und hydrodynamischer Beanspruchung zusammen. Bezüglich der Druckfestigkeit von Fensterscheiben geben gewisse Fensterhersteller einen Richtwert von rund 10 kN/m2 an (Meyer, 2014). Dieser Richtwert wird bei Überschwemmungen als Summe aus der hydrostatischen und hydrodynamischen Beanspruchung re-

lativ schnell erreicht. Ausserdem kommt im Falle einer Aufschotterung über die Fensterunterkante noch zusätzlich der Erddruck des abgelagerten Materials als weitere Einwirkung hinzu. In einer solchen Situation würde also bereits eine geringere hydrodynamische Beanspruchung zur Zerstörung der Fensterscheibe führen. In Anbetracht dieser Überlegungen wird hier davon ausgegangen, dass mit der Zerstörung von Fensterscheiben durch den Strömungsdruck feststoffführender Überschwemmungen zu rechnen ist, sobald der Wasserspiegel die Höhe der Fensterunterkante erreicht.

3.2.2 Einwirkungen durch anprallende Feststoffe Beim schadenverursachenden Feststoffanprall wird zwischen dem Anprall von Geschiebe und dem Anprall von Schwemmholz unterschieden. Beim Geschiebetransport ist die Geschwindigkeit der Steine tendenziell kleiner als die mittlere Fliessgeschwindigkeit des Wassers und der Transport findet an der Sohle statt.

Hingegen kann die Geschwindigkeit von Schwemmholz je nach Beschaffenheit annähernd gleich wie die Fliessgeschwindigkeit des Wassers sein und das Holz wird eher an der Wasserspiegeloberfläche transportiert. Das Schwemmholz ist dabei während des Transports nach Lange & Bezzola (2006) meistens in Fliessrichtung ausgerichtet. Bei einem Ereignis, bei dem Schwemmholz und Geschiebe transportiert werden, wird das Schwemmholz also im direkten Vergleich tendenziell mit einer höheren Anprallgeschwindigkeit und an der Wasserspiegeloberfläche auf das Gebäude treffen (Bild 4). Aus diesen Gründen wird hier in Bezug auf die massgebende kinetische Einwirkung und zur Definition des Intensitätskriteriums und der Klassengrenzen auf den Anprall durch Schwemmholz eingegangen.

Bild 4. Im Vergleich zum Geschiebe, welches entlang der Sohle transportiert wird, schwimmt Schwemmholz je nach Beschaffenheit an der Wasserspiegeloberfläche.

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Die Widerstandsfähigkeit von Fensterscheiben kann mithilfe des Hagelregisters der kantonalen Feuerversicherungen grob abgeschätzt werden.

Darin sind Bauelemente unterschiedlicher Hersteller auf die kinetische Energie von anprallenden Hagelkörnern hin geprüft worden. Für typische Fensterscheiben in Wohngebäuden (doppelverglaste Floatglasscheiben mit einer Dicke von 4 mm) ergibt sich ein Widerstand von maximal 27 J. Im Vergleich kann bereits ein Stamm aus europäischer Lärche (weitverbreitete Baumart in alpinen Einzugsgebieten von Gebirgsflüssen- und Wildbächen, Trockendichte von 550 kg/m3) mit 1.5 m Länge und 30 cm Durchmesser sowie mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s beim Anprall auf eine Fensterscheibe mit einer kinematischen Energie von bis zu 30 J einwirken.

Die dabei angenommene Fliessgeschwindigkeit von 1 m/s entspricht der minimalen Fliessgeschwindigkeit von dynamischen Überschwemmungen nach Rudolf-Miklau & Suda (2012). Fensterscheiben sind also sehr vulnerabel gegenüber der Einwirkung anprallender Feststoffe, insbesondere Schwemmholz. Bereits bei einer für dynamische Überschwemmungen minimalen Fliessgeschwindigkeit von 1 m/s ist mit der Zerstörung von Fenstern durch Schwemmholzanprall zu rechnen.

3.2.3 Schadenbasiertes Intensitätskriterium und Klassierungssystem Anhand der obigen Überlegungen folgt, dass es für eine Beschädigung der Gebäudehülle durch Wasser oder Feststoffe und somit für die physische Vulnerabilität des Gebäudes zentral ist, ob der Wasserspiegel bei feststoffführenden Überschwemmungen die Fenster als äusserst vulnerable Gebäudeelemente erreicht oder nicht. Die Höhe des Wasserspiegels wird dabei neben der Fliesstiefe auch durch die Lage der Sohle bestimmt, wobei Letztere während eines Ereignisses variieren kann und von der Geschiebeablagerung und -erosion im Verlauf eines Ereignisses abhängt. Ob das Fenster durch die Überschwemmung erreicht und damit womöglich zerstört wird, wird also aus der Summe der Fliesstiefe zu einem bestimmten Zeitpunkt und der zeitgleichen Ablagerungshöhe (Sohlenlage) bestimmt. Der Maximalwert aus der Summe von Fliesstiefe und zeitgleicher Ablagerungshöhe über das gesamte Ereignis an der angeströmten Fassadenseite eines Gebäudes wird deshalb hier als neues, schadenbasiertes Intensitätskriterium eingeführt. Das neue Intensitätskriterium wird in der Folge als 239

Bild 5. Intensitätskriterium der effektiven Wirkungshöhe, visualisiert an einer Gebäudefassade: schwache Intensität < 1 m (hellgrün), mittlere Intensität > 1 m und < 3.65 m (grün) und starke Intensität > 3.65 m (graugrün) (Foto Matin Seiler). «effektive Wirkungshöhe» bezeichnet.

Zur Bestimmung von statistischen Kennwerten werden hier auf Grundlage der effektiven Wirkungshöhe drei Klassen für die Schadenempfindlichkeit eingeführt: schwach, mittel und stark. Als schwache Intensität wird eine effektive Wirkungshöhe von bis zu 1 m definiert. Dieser Wert wird in der Literatur (z. B. Fuchs et al., 2007, Totschnig et al., 2011, Papathoma-Köhle, 2012) als durchschnittliche Höhe der Fensterunterkante im Erdgeschoss über OK Boden angenommen. Bei Wirkungshöhen kleiner als 1 m wird ein Eindringen von Wasser und Feststoffen über die Fenster ausgeschlossen. Die Klassengrenze zwischen mittlerer und starker Intensität ist ab einer effektiven Wirkungshöhe von 3.65 m angesetzt. Diese Höhe resultiert, wenn zur gesetzlich in der Schweiz vorgeschriebenen Mindestraumhöhe von 2.40 m eine Decke mit einer Stärke von 0.25 m und ein weiterer Meter bis zur Fensterunterkante der oberen Etage addiert werden. Ab einer Wirkungshöhe von 3.65 m werden auch Fenster in der zweiten Etage von Wohngebäuden durch die Überschwemmung erreicht (vgl. Bild 5). Dadurch nehmen der Schaden und somit die Schadenempfindlichkeit entsprechend stark zu. Nach Oberndorfer et al. (2007) ist bei derart hohen Intensitäten von einem Totalschaden des Wohngebäudes auszugehen, da der entstehende Schaden dem monetären Wert des Gebäudes gleichzusetzen ist. Bei der Intensitätsklasse «stark» ist dementsprechend von einem Wert für die Schadenempfindlichkeit auszugehen, der gegen 1 strebt.

Schadenempfindlichkeit und physische Vulnerabilität Zur Bestimmung der Schadenempfindlichkeit wurde auf Versicherungsdaten von insgesamt 20 Versicherungspolicen (Stand 2000) von Gebäuden in Baltschie-

der aus dem Portfolio der Mobiliar Versicherungsgesellschaft zurückgegriffen. Die Schadenempfindlichkeit wurde jeweils als Quotient aus dem von Schätzern erhobenen Gebäudewert und der entstandenen Schadensumme berechnet. Die Schadensumme für jedes Gebäude bezieht sich auf die von der Mobiliar ausbezahlten Geldwerte für Elementarschäden an Gebäuden. Die Geldwerte umfassen die Reparatur- und Wiederaufbaukosten an der Gebäudehülle (Mauern, Fenster, Putz usw.) und an Wänden, Bodenbelägen im Innern sowie die Entsorgung und Räumung von Feststoffen und beschädigten Gebäudeteilen.

Zur Bestimmung der physischen Vulnerabilität wurde für die untersuchten Gebäude die erhobene Schadenempfindlichkeit mit der lokal berechneten Intensität korreliert. Die Zuordnung eines Gebäudes und seiner Schadenempfindlichkeit zu einer der drei Intensitätsklasse erfolgte dabei, wie in Abschnitt 3.2.3 beschrieben, auf Grundlage der maximalen effektiven Wirkungshöhe in der Mitte der angeströmten Fassade während des Ereignisses (Tabelle 1). Keines der untersuchten Gebäude konnte der Intensitätsklasse «stark» zugeordnet werden.

Mit den Schadenempfindlichkeiten einer jeden Klasse sind schliesslich für jede Intensität (schwach, mittel, stark) die statistischen Kennwerte der physischen Vulnerabilität Mittelwert, Median, Maximum, Minimum, Spannweite, 0.25 – Quartil, 0.75 – Quartil und der Interquartilsabstand bestimmt worden (Tabelle 2). Diese Werte

charakterisieren die physische Vulnerabilität der untersuchten Wohngebäude in Baltschieder in der jeweiligen Intensitätsklasse.

4.

Ergebnisse und Diskussion Gemäss der Zusammenstellung in Tabelle 1 weisen die Wohngebäude mit den vier grössten Schadenempfindlichkeiten allesamt eine mittlere Intensität auf. Mit Ausnahme von Gebäude Nr. 16 gehören alle Gebäude mit einer Schadenempfindlichkeit von 0 der schwachen Intensitätsklasse an. Dies ist ein Hinweis, dass das Kriterium der effektiven Wirkungshöhe und das Klassierungssystem den Zusammenhang zwischen einwirkender Prozessintensität und daraus resultierendem Schaden relativ gut abzubilden vermag. Für Gebäude Nr. 13 kann aufgrund fehlender Prozesseinwirkung keine Zuordnung zu einer Schadenempfindlichkeit gemacht werden. Es wird vermutet, dass der Schaden an Gebäude Nr. 13 aufgrund seiner erhöhten Hanglage nicht durch die feststoffführende Überschwemmung, sondern durch weitere Prozesse wie Oberflächenabfluss, Grundwasseraufstoss oder Kanalisationsrückstau verursacht wurde.

Tabelle 1. Intensitätsklassen nach dem hier vorgestellten schadenbasierten Klassierungssystem und korrespondierende Schadenempfindlichkeit für die 20 untersuchten Gebäude.

3.3

240

Tabelle 2. Statistische Kennwerte der physischen Vulnerabilität der untersuchten Gebäude.

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system scheint im Vergleich zum hier vorgestellten, schadenbasierten Ansatz mit effektiver Wirkungshöhe den Zusammenhang zwischen Schadenempfindlichkeit und Prozessintensität weniger gut zu repräsentieren, resp. ist diesbezüglich kein deutlicher Trend auszumachen. Dies unterstreicht den Umstand, dass das primär auf die menschliche Gefährdung ausgerichtete Klassierungssystem nach Loat & Petraschek (1997) für Vulnerabilitätsanalysen nur bedingt geeignet ist und dass die Entwicklung von schadenbasierten Intensitätskriterien wichtig ist, um möglichst aussagekräftige Werte für die physische Vulnerabilität zu erhalten.

5.

Bild 6. Angeströmte Fassade des Wohngebäudes Nr. 16. Die Anströmrichtung ist mit einem blauen Pfeil gekennzeichnet (Foto Martin Seiler).

Bei Gebäude Nr. 16 (Bild 6) kann der Umstand, dass sich in Anströmrichtung nur ein kleines Fenster in der untersten Etage befindet und diese nicht als Wohnraum genutzt wird, als Erklärung für die Schadenempfindlichkeit von 0 trotz einer mittleren Intensität angeführt werden.

In Tabelle 2 sind die statistischen Kennwerte der physischen Vulnerabilität zusammengefasst. Es wird ersichtlich, dass sowohl der Mittelwert als auch der Median der Schadenempfindlichkeit in der schwachen Intensitätsklasse mit 0.07 respektive 0.03 deutlich geringer ist als in der mittleren Intensitätsklasse, in welcher der Mittelwert 0.43 und der Median 0.53 beträgt. Ein Trend zu ansteigender

Schadenempfindlichkeit mit zunehmender Intensitätsklasse ist wie erwartet festzustellen. Dies ist ebenfalls im Diagramm «Schadenempfindlichkeit vs. effektive Wirkungshöhe» (Bild 7) ersichtlich.

Im Bereich von 0.5 bis 1 m effektiver Wirkungshöhe ist eine Streuung der Schadenempfindlichkeit festzustellen. Da die Prozessintensität für die Gebäude in diesem Bereich praktisch identisch ist, sind die Unterschiede zum Teil auf individuelle Gebäudemerkmale wie etwa die Anzahl und Lage der Gebäudeöffnungen zurückzuführen.

In Bild 8 ist zum Vergleich die Schadenempfindlichkeit mit der Intensität berechnet nach Loat & Petraschek (1997), gegenübergestellt. Dieses Klassierungs-

Bild 7. Schadenempfindlichkeit vs. effektive Wirkungshöhe mit sichtbarer Streuung der Datenpunkte zwischen 0.50 und 1 m.

Ein Trend zu ansteigender Schadenempfindlichkeit bei steigender Prozessintensität ist in den Daten erkennbar. Die schadenbasierten Intensitätsklassen sind in hellgrün (schwach), grün (mittel) und graugrün (stark) markiert.

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Schlussfolgerungen und Ausblick Die Fallstudie in Baltschieder hat gezeigt, dass BASEMENT als Simulationssoftware einen wertvollen Beitrag zur Rekonstruktion der Prozessintensität für Vulnerabilitätsanalysen von feststoffführenden Überschwemmungen leisten kann. BASEMENT bietet in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, dynamisch über das gesamte Ereignis von einem relativ gut rekonstruierbaren Proxy, wie der Ablagerungshöhe, ex post auf weitere Prozesscharakteristika, wie die Entwicklung der Ablagerungshöhen und Fliesstiefen im Verlauf des Ereignisses, zu schliessen. Die Kalibrierung der Simulation aufgrund einer möglichst fundierten Datengrundlage ist dabei eine wichtige Voraussetzung, um verlässliche Resultate zu erhalten.

Das vorgestellte Klassierungssystem und das Intensitätskriterium der effektiven Wirkungshöhe repräsentieren

Bild 8. Schadenempfindlichkeit vs. Prozessintensität v*h, wobei kein deutlicher Trend auszumachen ist. Die Intensitätsklassen nach Loat & Petraschek (1997) sind in hellgrün (schwach), grün (mittel) und graugrün (stark) markiert.

241

einen ansteigenden Zusammenhang zwischen Prozessintensität und Schadenempfindlichkeit und beschreiben damit die physische Vulnerabilität für die hier untersuchten Wohngebäude besser als das Klassierungssystem nach Loat & Petraschek (1997). Der Einfluss der Lage von Fensterscheiben auf die physische Vulnerabilität eines Wohngebäudes ist in diesem Zusammenhang hervorzuheben. Aufgrund des geringen Stichprobenumfangs erfordern die Vulnerabilitätswerte jedoch eine weitere Validierung durch zukünftige Studien. Für weitere Untersuchungen können das hier vorgestellte Klassierungssystem und das Kriterium der effektiven Wirkungshöhe als Ansatz dienen, wobei es bezüglich der Berücksichtigung der Prozessintensität von feststoffführenden Überschwemmungen und der Objektparameter der Wohngebäude viele offene Fragen gibt. Diese Aspekte sind jedoch zentral für die Bestimmung von robusten Vulnerabilitätswerten.

Eine wichtige Limitation stellt in diesem Zusammenhang die Individualität der Wohngebäude bezüglich Art, Qualität und Lage von Gebäudemerkmalen wie Fenstern dar. Diese Individualität kann in einem schadenbasierten Klassierungssystem wohl nie vollumfänglich berücksichtigt werden und führt zu entsprechender Streuung in den Ergebnissen. Für die Definition von robusten Vulnerabilitätswerten sollte zudem eine grössere Stichprobenmenge untersucht werden. Die Beschaffung der dazu benötigten Versicherungsdaten ist in der Schweiz aufgrund der Datenschutzbestimmungen und des Geschäftsgeheimnisses der Assekuranzen jedoch schwierig.

Hinsichtlich der sozio-ökonomischen Entwicklung in der Schweiz werden die Risiken gegenüber Prozessen wie dynamischen, feststoffführenden Überschwemmungen weiter ansteigen. Um derartigen Risiken auf Schwemmkegeln in den Alpen auch zukünftig begegnen zu können, ist es deshalb wichtig, eine fundierte Kenntnis bezüglich der physischen Vulnerabilität von Wohngebäuden und

242

ihren Einflussfaktoren zu erlangen. Einerseits würde dies den Versicherungen ermöglichen, Risiken möglichst präzise einzuschätzen, und andererseits kann ein verbessertes Verständnis über die Faktoren, welche die physische Vulnerabilität steuern, dazu beitragen, dass Risiken in Bezug auf Gebäude durch Objektschutz oder angepasste Gebäudekonzeption verringert werden.

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Bundesausbildungs- und Forschungszentrum

+41 44 632 41 04

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«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Nachrichten Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

P ol iti k Politi Ergebnislose Verhandlungen zu Wasserzinsen Die Verhandlungen zwischen den Betreibern der Schweizer Wasserkraftwerke und den Wasserzinskantonen wurden ergebnislos beendet. Das teilten der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband (SWV), Swisselectric und der Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) mit.

Nach Ansicht von SWV, Swisselectric und VSE hat die Wasserkraft «durch die aktuellen Marktverzerrungen derart an Wert verloren, dass eine Entschädigung ohne Berücksichtigung der Marktsituation derzeit nicht möglich ist». Bis zur Teilmarktöffnung 2008 sei den Endverbrauchern ein fixer Wasserzins in Rechnung gestellt worden. Angesichts des Preiszerfalls im Markt sei dies für Wasserkraftproduzenten nicht mehr finanzierbar, hiess es weiter. «Die Branche war und ist weiterhin bereit, gemeinsam mit den Wasserzinskantonen eine Lösung für eine faire, marktgerechte Entschädigung der Ressource Wasser zu suchen», so die Verbände. Ebenso solle diese Lösung das Bedürfnis der Kantone berücksichtigen, über voraussehbare Einnahmen verfügen zu können.

Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der Wasserkraftwerke hatte in den vergangenen Jahren zum einen die Teilmarktöffnung, denn immer mehr Kunden, aber auch Stromlieferanten ohne eigene Werke beziehen den Strom mittlerweile direkt oder indirekt im Ausland. Durch den tiefen Strompreis an den Börsen geriet die Wasserkraft zusätzlich unter Druck. So weisen die Verbände darauf hin, dass eine Weiterverrechnung der Wasserzinsen an die Endverbraucher wie vor der Teilmarktöffnung angesichts des Marktumfelds für den grössten Teil der Produzenten de facto nicht mehr möglich sei.

Die Gebirgskantone und die Konferenz Kantonaler Energiedirektoren (EnDK) teilten mit, dass sie das ergebnislose Ende der Verhandlungen bedauern. «Die Wasserkraftkantone nehmen die Sorgen der

Wasserkraftproduzenten ernst und haben deshalb die Bereitschaft zur Ausarbeitung eines flexiblen Wasserzinsmodells bekundet», hiess es in einer Stellungnahme.

Bedauerlicherweise hätten aber keine Lösungen gefunden werden können. Kantone und EnDK verwiesen darauf, dass die Wasserzinseinnahmen in zahlreichen Berggemeinden einen hohen Anteil der Gesamteinnahmen ausmachen. Gleichzeitig betonten sie, sie stünden Diskussionen über ein neues flexibles Modell weiterhin offen gegenüber. Ein solches Modell müsse aber den gegenseitigen Interessen Rechnung tragen und auf Langfristigkeit ausgelegt sein.

Vom Bundesamt für Energie (BFE) hiess es, es werde nun seinerseits Vorschläge erarbeiten und diese Ende Herbst vorlegen. Die Beteiligten würden dann wiederum Gelegenheit haben, sich dazu zu äussern, und möglicherweise werde es aufgrund der konkreten Vorschläge des Bundes einfacher sein, einen tragfähigen Kompromiss zu finden. «Unbestritten bei den Verhandlungsparteien war zumindest, dass das alte Wasserzinsregime Ende 2019 durch ein neues abgelöst werden muss», so eine BFE-Sprecherin. Ebenfalls Konsens hätte darüber geherrscht, dass dieses neu eine fixe und eine flexible Komponente enthalten soll, um den Marktentwicklungen besser Rechnung zu tragen. Die Herausforderung werde nun darin liegen, einen für beide Seiten akzeptablen Kompromiss über die Höhe des fixen Anteils sowie die Steigung der Kurve des flexiblen Anteils zu definieren.

Zuletzt hatte beispielsweise der Kanton Bern seine Wasserzinsen reduziert. (energate)

Ständerat schwenkt auf Marktprämienmodell des Nationalrats zur Unterstützung der Grosswasserkraft Bei der Energiestrategie bestanden vor der Behandlung durch den Ständerat in der Sommersession Differenzen mit Gewicht für die Wasserkraftnutzung. Bei dreien schwenkt der Ständerat vollständig auf die Linie des Nationalrats ein; bei einer bleiben Differenzen auszuräumen.

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Art. 14 Abs. 3, Energieproduktion in geschützten Landschaften Nach dem Vorschlag des Bundesrats (und Nationalrats) sollen künftig Stromerzeugungsanlagen in BLN-Gebieten gebaut werden dürfen. Bei der Interessenabwägung sollen das nationale Interesse betreffend den Bau einer Energieerzeugungsanlage grundsätzlich gleichrangig mit anderen Interessen betrachtet werden.

Der Ständerat schwenkt auf den Nationalrat ein und hat einen Zusatz fallen gelassen, dass BLN-Objekte nicht im Kern ihres Schutzwertes verletzt werden dürfen.

Art. 19 Abs. 5 Bst. a, 6, Untergrenze Förderung Kleinwasserkraft Bei der Frage, bis zu welcher Grösse ein Kleinwasserkraftwerk am Einspeisevergütungssystem teilnehmen kann, folgt der Ständerat dem Nationalrat und setzt die Untergrenze bei 1 MW. Ursprünglich hatten Bundesrat und Ständerat diese bei 300 KW gesetzt.

Art. 33a, Marktprämie für Elektrizität aus Grosswasserkraft-Anlagen, Förderung der bestehenden Grosswasserkraft Der Nationalrat hatte als Erstrat keine Massnahmen für die bestehende Wasserkraft vorgesehen. Der Ständerat als Zweitrat beschloss ein Notfallkonzept. In der zweiten Runde hat der Nationalrat ein Marktprämienmodell aufgenommen. Der Ständerat übernimmt nun – mit gewissen Modifikationen – dieses Modell in einer Art Zwischenlösung. Das Modell sieht vor, dass eine Marktprämie ausgerichtet wird, um einen Ausgleich zwischen den Gestehungskosten und den tiefen Marktpreisen zu schaffen. Von dieser Prämie profitieren soll nur jene Energie, die auf dem freien Markt verkauft werden muss. Das heisst: Alles, was in der Grundversorgung abgesetzt werden kann, wird herausgerechnet. Die Marktprämie soll maximal einen Rappen pro Kilowattstunde betragen.

Gespeist wird das System mit 0.2 Rappen Netzzuschlag pro Kilowattstunde, die dafür speziell reserviert werden. Damit besteht eine doppelte Limitierung – einerseits maximal 1 Rappen Unterstützung, andererseits maximal 0.2 Rappen Netzzuschlag. Diese 0.2 Rappen würden pro Jahr rund 100 bis 120 Millionen Franken 243

Nachrichten

ergeben. Die vom Nationalrat beschlossene Zweckbindung, wonach Unterhalt und Reparaturen über diese Marktprämie finanziert werden sollen, lehnt der Ständerat ab, womit diese Differenz bestehen bleibt. Weiter hat der Ständerat Absatz 6 in den Artikel eingefügt; dieser sieht vor, dass der Bundesversammlung bis zum Jahr 2019 ein Erlassentwurf für die Einführung eines marktnahen Modells bis spätestens zum Zeitpunkt des Auslaufens der Unterstützungen für das Einspeisevergütungssystem vorzulegen sei. Bis im Jahr 2019 muss der Bundesrat auch die Nachfolgeregelung betreffend die Wasserzinse vorlegen.

Art. 79 Abs. 2 Verknüpfung mit Atomausstiegsinitiative Bei der Frage der Verknüpfung der Energiestrategie 2015 mit der Atomausstiegsinitiative folgt der Ständerat dem Nationalrat. Die beiden Geschäfte werden entkoppelt. Damit kann nach einer Schlussabstimmung in der Herbstsession zur Energiestrategie 2050 die Publikation der Referendumsfrist direkt im Anschluss erfolgen. Eine Abstimmung wäre am 21. Mai 2017 möglich.

(Energie-Nachrichten)

Ene E ne r g iiewi ewi r ts t s c haf t Energieverbrauch 2015 um 1.5 % gestiegen Der Endenergieverbrauch der Schweiz ist 2015 gegenüber dem Vorjahr um 1.5 % gestiegen. Ein wichtiger Grund dafür ist die im Vergleich zum Vorjahr kühlere Wit-

terung. Trotz diesem leichten Anstieg wurde – nach 2014 – der zweittiefste Endenergieverbrauch in den letzten 18 Jahren erreicht.

Der Anstieg des Endenergieverbrauchs um 1.5 % gegenüber dem Vorjahr (2014 war gemäss MeteoSchweiz zusammen mit 2011 das wärmste Jahr seit Messbeginn 1864) ist in erster Linie auf die etwas kühlere Witterung im Jahr 2015 zurückzuführen. Die Anzahl Heizgradtage, ein wichtiger Indikator für den Energieverbrauch zu Heizzwecken, nahm gegenüber dem Vorjahr um 10.5 % zu, lag aber trotzdem immer noch deutlich unter dem langjährigen Mittel. Zum höheren Energieverbrauch haben auch die langfristigen Treiber des Energieverbrauchs beigetragen, die ausnahmslos angestiegen sind: ständige Wohnbevölkerung (+1.1 %), Bruttoinlandsprodukt (+0.9), Motorfahrzeugbestand (+1.8 %), Wohnungsbestand (Zunahme, genaue Zahlen noch ausstehend).

Die kühlere Witterung wirkte sich auch auf den Verbrauch der erneuerbaren Energieträger zu Heizzwecken aus. Der Verbrauch von Energieholz stieg um 6.8 %. Auch die Nutzung von Umgebungswärme durch Wärmepumpen lag 14.1 % über dem Vorjahreswert, ebenso der Verbrauch von Fernwärme (+12.3 %) und Solarwärme (+6.8 %). Die direkte Nutzung von Biogas sank leicht um 0.6 %. Unter Berücksichtigung des ins Erdgasnetz eingespeisten Biogas (das statistisch unter Gas verbucht wird), ergibt sich ein Anstieg des Biogasverbrauchs um 6.1 %. Die Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2015 ist auf der Webseite des BFE verfügbar.

(BFE)

Bild 1. Der Anteil der Elektrizität am Endenergieverbrauch der Schweiz ist seit 1910 von 0 % auf mittlerweile 25 % angestiegen.

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Die Hälfte des Stroms aus Schweizer Steckdosen stammt aus Wasserkraft Gemäss den vom Bundesamt für Energie neu jährlich erhobenen Daten zum Schweizer Strom-Liefermix stammte der Strom aus Schweizer Steckdosen im Jahre 2014 zu 54 Prozent aus erneuerbaren Energien: zu 49 % aus Wasserkraft und zu rund 5 % aus Photovoltaik, Wind und Biomasse. 26 % stammen aus Kernenergie und rund 2 % aus Abfällen und fossilen Energieträgern. Für 18 % des gelieferten Stroms sind Herkunft und Zusammensetzung nicht überprüfbar.

Die Daten zum Schweizer Strom-Liefermix (Strommix ab Steckdose, siehe Kasten) werden statt bisher alle zwei Jahre neu jährlich erhoben und auf www.stromkennzeichnung.ch im StromkennzeichnungsCockpit veröffentlicht. Die nun publizierten Daten geben Aufschluss über die Stromlieferung 2014. Im Vergleich zu den Vorjahren zeigen sich einige Änderungen: • 49 % des im Jahr 2014 gelieferten Stroms wurden in Wasserkraftwerken produziert (2013: 51 %). Die Wasserkraft wurde zu 88 % (2013: 84 %) in der Schweiz produziert.

• 26 % (2013: 30 %) des gelieferten Stroms wurden in Kernkraftwerken produziert. Dies ist tiefer als der Anteil der Kernenergie am Schweizer Produktionsmix (38 %). Die gelieferte Kernenergie stammt zu 89 % aus der Schweiz.

• 18 % (2013: 13 %) des gelieferten Stroms stammten aus nicht überprüfbaren Energieträgern, das heisst, dass die Herkunft dieses Stroms aus buchhalterischen Gründen nicht nachvollziehbar ist. Der deutliche Anstieg dürfte darauf zurückzuführen sein, dass auf dem europäischen Markt vermehrt Strom aus fossilen und nuklearen Quellen beschafft wird, ohne Zukauf von entsprechenden Herkunftsnachweisen.

• Der Anteil neuer erneuerbarer Energieträger (Sonne, Wind, Biomasse und Kleinwasserkraft) nimmt stetig zu, von 3.8 % (2013) auf 4.7 % im Jahr 2014.

Davon wurden 86 % in der Schweiz produziert und knapp zwei Drittel durch die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) gefördert.

• In geringen Mengen stammte der 2014 gelieferte Strom aus Abfällen (1.4 %) und fossilen Energieträgern (0.4 %).

Um die Transparenz für die Kundinnen und Kunden zu erhöhen und die Qualität der Stromkennzeichnung sicherzustellen, hat der Bundesrat bereits verschiedene

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 1. Herkunft des Stroms in Schweizer Steckdosen gemäss Stromkennzeichnung Schweiz 2005–2014 (Quelle: BFE, 2016).

Massnahmen umgesetzt. Seit 2013 müssen – mit der Ausnahme von Kleinstanlagen – alle Kraftwerke im Herkunftsnachweissystem registriert sein, welches von der nationalen Netzgesellschaft Swissgrid geführt wird. Zudem verlangt die Energieverordnung von den Lieferanten, dass sie alle vorhandenen Herkunftsnachweise für die Stromkennzeichnung einsetzen und einen Anteil der «nicht überprüfbaren Energieträger» von über 20 % gegenüber ihren Kundinnen und Kunden erklären.

Der Bundesrat hat zudem Anfang 2016 im Bericht «Stromkennzeichnung: Vollständige Deklarationspflicht mit Herkunftsnachweisen» aufgezeigt, wie die nicht überprüfbaren Energieträger (Graustrom) vollständig eliminiert werden könnten. Auf Grundlage dieses Berichts könnte das Parlament den Bundesrat mit der Umsetzung der Volldeklaration beauftragen.

Produktionsmix ist nicht gleich Liefermix In der Schweiz wird Strom zu rund 56 % aus Wasserkraft, zu 38 % aus Kernkraft und zu 6 % aus fossilen und neuen erneuerbaren Energien produziert (= Schweizer Produktionsmix). An die Schweizer Steckdosen wird aber nicht nur Strom aus Schweizer Produktion geliefert: Es herrscht ein reger Handel mit dem Ausland, bei dem Strom exportiert und importiert wird. Deshalb stimmt der Schweizer Produktionsmix nicht mit der durchschnittlichen Zusammensetzung des gelieferten Stroms (= Schweizer Liefermix) überein.

Um über den Liefermix jedes Stromversorgers Transparenz zu schaf

fen und den Konsumentinnen und Konsumenten so einen informierten Entscheid für ein bestimmtes Stromprodukt zu ermöglichen, sind die schweizerischen Stromversorgungsunternehmen seit 2005 gesetzlich verpflichtet, Herkunft und Zusammenset-zung des gelieferten Stroms offenzulegen. Die Deklaration erfolgt jeweils rückwirkend, basierend auf den Daten des vorangegangenen Kalenderjahres. Seit 2006 müssen diese Zahlen allen Kundinnen und Kunden mit den Stromrechnungen bekanntgegeben werden. Seit 2013 werden die Daten zusätzlich auf der Internetplattform www.stromkennzeichnung.ch veröffentlicht.

(BFE)

Schweizer Ökostrommarkt wächst Der Verkauf von Ökostrom und Stromprodukten aus Erneuerbaren legt nach wie vor klar zu. Gemäss dem Verein für umweltgerechte Energie (VUE) waren es im Jahre 2014 rund 11.4 Terawatt-

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 1. Verkaufte Stromprodukte aus Erneuerbaren (GWh/a), knapp 97 % davon stammen 2014 aus Wasserkraftkraft (Quelle: BFE).

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Nachrichten

stunden. Das entspricht knapp 20 Prozent des schweizweiten Stromkonsums.

Mittlerweile beziehen rund ein Viertel der Schweizer Haushalte und 15 Prozent aller Schweizer Unternehmen zertifizierte Stromprodukte, obwohl es billigere Angebote gäbe. Die Wasserkraft liefert knapp 97 Prozent der zertifizierten Produkte und spielt in diesem Wachstumsmarkt die absolut zentrale Rolle.

Im Jahre 2014 hat jeder fünfte Schweizer Konsument Strom aus erneuerbaren Energien bezogen. Gesamthaft waren es 11.4 Mrd. kWh, teilte der Verein für umweltgerechte Energie (VUE) mit. Er ist Träger des Gütesiegels «naturemade». Mittlerweile würden rund ein Viertel der Schweizer Haushalte, das sind eine Million Bürger, und 15 Prozent aller Schweizer Unternehmen, etwa 100 000 Firmen, erneuerbaren Strom beziehen. 2014 hatten 387 der 730 Schweizer Energieversorger Ökostromprodukte im Angebot. Gegenüber 2013 ist die total verkaufte Menge von Stromprodukten aus erneuerbaren Energien um 22,6 Prozent gestiegen.

Das Wachstum wurde getrieben durch die gestiegenen Absätze von reinen Wasserstrom- und Mixstromangeboten.

Rückläufig waren die Verkaufszahlen bei den reinen Solarstrom-, Windstrom- und Biomasseprodukten. Letztere würden jedoch weniger als ein Prozent der abgesetzten Strommenge ausmachen. Der «Naturemade»-Anteil am Stromproduktemarkt aus Erneuerbaren ist auf 51.6 Prozent gestiegen, 2013 lag er bei 45.2 Prozent.

Unternehmen und öffentliche Institutionen kaufen knapp zwei Drittel der Stromprodukte aus erneuerbaren Energien, hiess es weiter vom VUE. Der Anteil der durch die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) geförderten Energie am gesamten Absatz von Erneuerbaren-Stromprodukten betrug 0.5 Prozent. Fazit von VUE-Geschäftsleiterin Cornelia Brandes: «Ökologischer und erneuerbarer Strom mit dem

Nachrichten

Gütesiegel «naturemade» sind der Schweizer Bevölkerung etwas wert, obwohl auch billigere Produkte zur Verfügung stehen.»

Im Rahmen des «Naturemade»-Siegels werden beispielsweise Flussufer renaturiert und die Rückkehr bedrohter Arten gefördert.

Die Ziele des Vereins für umweltgerechte Energie, VUE Der Verein VUE ist der Träger des Gütesiegels «naturemade» für Strom, Wärme und Biogas. Der Verein setzt sich seit 1999 für die Förderung der Energieproduktion in Wind-, Sonne- und Biomassekraftwerken ein und will auch die Wasserkraft ökologischer machen. Das Gütesiegel «naturemade» gibt es in zwei Qualitäten: «naturemade basic» steht für Strom und Wärme aus 100 % erneuerbaren Energiequellen; zertifiziert sind vorwiegend Schweizer Grosswasserkraftwerke und Kehrichtverbrennungsanlagen. «Naturemade star» steht ebenfalls für Energie aus 100 % erneuerbaren Energiequellen wie Wasser, Sonne, Biomasse und Wind. Zusätzlich bürgt es für die Einhaltung weitergehender, strenger ökologischer Auflagen. Energie mit diesem Gütesiegel wird daher als Öko-Energie bezeichnet. Hinter naturemade stehen 180 Mitglieder, hauptsächlich Energieproduzenten- und -lieferanten, aber auch Umweltverbände sowie Konsumentenverbände und Grosskonsumenten. Weitere Informationen: www.naturemade.ch.

(VUE/energate)

Aufgeschobene Strommarktliberalisierung schützt Staatsfinanzen Die ausbleibende Strommarktliberalisierung kostet die Schweizer Endverbraucher jährlich rund eine Mrd. Franken. Zu diesem Ergebnis kommt die Credit Suisse in einer aktuellen Studie. Damit würden die gefangenen Endkunden rund 38 Prozent zu viel für ihren Strom bezahlen. Eine Marktöffnung würde bei den Stromunternehmen und ihren Eigentümern entsprechend zu starken Einnahmeausfällen führen. Da sich die Schweizer Elektrizitätswirtschaft zu 88 Prozent im Besitz der öffentlichen Hand befindet, ist die Vertagung der Liberalisierung gemäss Credit Suisse nicht zuletzt als Schutz ihrer Finanzlage zu verstehen.

Die Querbeziehungen zwischen Finanzpolitik und Rentabilität der Stromwirtschaft zeige sich auch am System der Wasserzinsen. Bei einer Ausschöpfung der maximal möglichen Wasserzinsen würden sich 246

Bild 1. Quelle: European Energy Exchange, Gestore Mercati Energetici, Credit Suisse. schweizweit Kosten von rund 550 Mio. Franken pro Jahr ergeben. Insbesondere für Bergregionen stellen Wasserzinsen eine wichtige Einnahmequelle dar. Im Wallis und in Graubünden, die knapp die Hälfte der installierten Leistung auf sich vereinen, beläuft sich der Anteil der Wasserzinsen an den gesamten Fiskaleinnahmen laut der Grossbank auf sechs bis neun Prozent. In bestimmten Bündner Gemeinden würden die Wasserzinsen sogar über 40 Prozent der Einnahmen ausmachen. Durch die Strommarktliberalisierung wäre eine Überwälzung der Wasserzinsen auf die Konsumenten schwieriger und der Druck auf die Produzenten und die öffentliche Hand würde steigen.

Die Stromproduktion in der Schweiz wird durch die vier grössten Elektrizitätsunternehmen Alpiq, Axpo, BKW und Repower dominiert. Die vier Konzerne mussten laut Studie seit 2011 hauptsächlich aufgrund von Wertberichtigungen kumulierte Verluste in Höhe von nahezu zehn Mrd. Franken auf ihren Kraftwerken und langfristigen Bezugsverträgen verbuchen. Zwischen den Unternehmen seien jedoch aufgrund der abweichenden Geschäftsprofile grosse Unterschiede erkennbar. Regulierte Ergebnisbeiträge sorgen in der Regel für geringere, aber dafür stabile Margen, während nicht regulierte Bereiche üblicherweise mehr Volatilität aufweisen. In jüngster Zeit litten daher Stromkonzerne, die kein eigenes Vertriebsnetz für Privatkunden besitzen, da sie gänzlich dem offenen Grosshandelsmarkt ausgesetzt sind.

In der Schweiz weise Alpiq den geringsten regulierten Ergebnisbeitrag aus. Credit Suisse schätzt, dass nahezu 100 Prozent der jährlichen Profitabilität nicht reguliert sind. Da der Grossteil des Ertrags aus der Stromproduktion stammt, habe die Kreditqualität von Alpiq am stärksten gelitten, und die Firma sah sich gezwungen, Aktiven zu

verkaufen, um die drückende Schuldenlast zu reduzieren und diese wieder in ein ansprechendes Verhältnis zur sinkenden Profitabilität zu bringen. Repower besitze ebenfalls nur ein relativ kleines regulier-tes Vertriebsnetz im Kanton Graubünden. Axpo profitiere wiederum durch ihre Tochtergesellschaft CKW von einem regulierten Vertriebsnetz. Jedoch sei auch Axpo stark von der eigentlichen Produktion und dem nicht regulierten Grosshandelsmarkt in Europa abhängig. Die in Bern angesiedelte BKW profitiert laut Credit Suisse am meisten vom regulierten Markt. Rund die Hälfte des jährlichen Ertrags bei der BKW würde aus diesem Bereich stammen.

Die Studie «Monitor Schweiz» kann auf der Webseite http://publications.credit-suisse. com > Schweiz > Wirtschaft kostenlos heruntergeladen werden. (energate messenger)

Was s e r kr ei s lauf/ Was s e r wi r ts c haf t Hydrologischer Atlas in drei Dimensionen Den «Hydrologischen Atlas der Schweiz» und den «Atlas der Schweiz» gibt es neu digital mit dreidimensionalen Darstellungen. Es handelt sich dabei um eine Weltneuheit der Schweizer Kartografie.

Verschiedene Datensätze können raumbezogen kombiniert und anschaulich abgebildet werden.

Der neue «Hydrologischen Atlas der Schweiz» (HADES) und der «Atlas der Schweiz – online» sind in Zusammenarbeit mit den Schweizer Hochschulen und der Bundesverwaltung entstanden. Die Atlanten können dank der Dreidimensionalität verschiedene Themen anschaulich darstellen, wie zum Beispiel die Entwicklung des Siedlungsraums in den letzten hundert

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 1. Bevölkerungsdichte der Schweiz, ein Beispiel der thematischen Kartografie in 3D (zvg).

Jahren, die Verteilung der Niederschläge oder die Frage, wo das Wasser knapp ist.

Die Kartenwerke stellen somit die verschiedenen von Bundesstellen produzierten Geobasisdaten, aber auch weitere Daten, z. B. aus der Forschung, sowohl für die Fachwelt als auch für die breite Öffentlichkeit zur Verfügung.

Innovation bei der Informationstechnologie Das erste neue Produkt, der «Atlas der Schweiz – online» gibt einem breiten Publikum einen direkten und einfachen Zugang zu geografischen Informationen, gegliedert in zehn Themenkategorien. Der Atlas bietet neue zudem Visualisierungsmöglichkeiten in 3D und in interaktiver Kartographie.

So kann beispielsweise gezeigt werden, dass Wälder (zusammen mit den Seen) die grössten Freizeit-Infrastrukturanlagen im Mittelland sind. Dies wird sichtbar, wenn man die Waldfläche mit dem Layer Freizeit (Wanderwege, Vitaparcours, MTBStrecken usw.) kombiniert. Der auf einer eigens entwickelten Atlasplattform und auf Vektordaten basierende Atlas ist eine weitere Innovation der Schweizer Hochschulen auf dem Gebiet der Geoinformationstechnologie.

Hydrologischer Atlas, HADES Das zweite neue Produkt, der «Hydrologische Atlas der Schweiz», HADES, ist ein Gemeinschaftsprojekt von GIUB, BAFU und der Schweizer Hydrologie. Er basiert auf der gleichen Technologie wie der «Atlas der Schweiz». HADES stellt mit Unterstützung des BAFU und zahlreicher weiterer Institutionen seit über 20 Jahren Synthesen, Karten und didaktische Medien zur Ressource Wasser zur Verfügung.

Damit behandelt HADES ein zentrales

Natur- und Umweltthema. Er ermöglicht auch dank der redaktionell aufbereiteten Daten vertiefte Kenntnisse der Hydrologie und leistet damit einen wichtigen Beitrag zum Umgang mit dem Wasser.

Mit den neuen Atlanten positioniert sich die Schweiz an der Spitze bei der kartografischen Visualisierung raumbezogener Information. Beide nationalen Kartenwerke stehen nicht nur Fachleuten, sondern kostenlos auch der Öffentlichkeit zur Verfügung. Die Links zu den entsprechenden Webseiten: http://www.atlasderschweiz.ch http://www.hades.unibe.ch/ (BAFU)

Was s e r kr af tnut zung Inbetriebnahme neues Wasserkraftwerk Laubegg Die BKW hat das Wasserkraftwerk Laubegg nach zweieinhalb Jahren Bauzeit offiziell in Betrieb genommen. Es gehört der Simmentaler Kraftwerke AG, an der

Bild 1. Neues Wasserkraftwerk Laubegg (Quelle: zvg). die BKW als Hauptaktionärin beteiligt ist. Im Herbst starten in der Bumisey bei Boltigen umfangreiche Renaturierungs-

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

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Nachrichten

arbeiten durch den BKW-Ökofonds, an welchen sich das Kraftwerk Laubegg finanziell beteiligt.

Schon vor 100 Jahren hatte es erste Bestrebungen gegeben, das Gefälle des Laubeggfalls zwischen Zweisimmen und Boltigen für die Stromerzeugung zu nutzen.

2006 erarbeitete die BKW im Auftrag der Simmentaler Kraftwerke AG das nun umgesetzte Projekt. Nach mehrjährigem Bewilligungsverfahren und rund zweieinhalb Jahren effektiver Bauzeit geht das Wasserkraftwerk Laubegg in Betrieb. Bei einer installierten Leistung von 2.6 MW wird seine durchschnittliche Jahresproduktion etwa 12.5 GWh betragen, was dem Strombedarf von rund 2500 Haushalten entspricht. Die Investitionssumme beläuft sich auf rund 20 Mio. Franken.

An der feierlichen Einweihung freute sich Andreas Stettler, Verwaltungsratspräsident der Simmentaler Kraftwerke AG und Leiter Hydraulische Kraftwerke bei der BKW, über den erfolgreichen Abschluss des Projekts. Angesichts des grossen wirtschaftlichen Drucks auf die Wasserkraft sei jedes Ausbauprojekt ein besonderer Erfolg: «Die BKW setzt im regulierten Bereich auf den Ausbau der Wasserkraft als erneuerbare und einheimische Energieform. In diesem und im kommenden Jahr nehmen wir insgesamt sechs Wasserkraftwerke in Betrieb.»

300 Meter langer Abschnitt der Simme wird renaturiert Rund einen Kilometer unterhalb der Zentrale Laubegg nimmt die BKW in Zusammenarbeit mit der Schwellenkorporation Boltigen im Herbst das BKW-ÖkofondsProjekt Bumisey in Angriff. Ein Teil der Arbeiten ist als ökologische Ersatzmassnahme im Rahmen der Konzessionen für die Wasserkraftwerke Laubegg und Fermelbach geplant. Letzteres geht im Herbst in der Gemeinde St. Stephan in Betrieb.

Das Projekt Bumisey geht aber weit über das gesetzlich geforderte Minimum hinaus.

Ein mehr als 300 Meter langer Abschnitt der Simme wird in einen naturnahen Zustand zurückversetzt und ökologisch stark aufgewertet. Die Baukosten belaufen sich auf rund 1.6 Mio. Franken.

Die Simmentaler Kraftwerke AG mit Sitz in Erlenbach nutzt die Gewässer des Simmentals und des Diemtigtals sowie das Wasser der Stockenseen. Aktionäre sind die BKW (Hauptaktionär), die Elektrizitätsgenossenschaft Stockenseen-Simme sowie Gemeinden und Private. Gegründet 1955, gehören heute vier Kraftwerke zum Portfolio: Erlenbach, Simmenfluh, Klusi und Laubegg. Die Geschäfts- und Be-

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triebsführung ist der BKW übertragen. Die BKW übernimmt auch die gesamte Stromproduktion der Simmentaler Kraftwerke.

Rund 70 Prozent der jährlichen Stromproduktion werden direkt im Simmental verbraucht.

(BKW)

PSW Linth-Limmern: Erstaufstau des Muttsee Stabilität und Verhalten der neuen Staumauer des Pumpspeicherwerks LinthLimmern werden zwischen Juli und September 2016 mit einem genau vorgeschriebenen Prozedere geprüft.

Bevor die Staumauer Muttsee ihren Betrieb vollständig aufnehmen kann, ist der Ersteinstau mit verschiedenen Messungen

und Tests vorgeschrieben. Dazu startete Anfang Juli 2016 das vom Bundesamt für Energie (BFE) überwachte Ersteinstauprogramm des Muttsees. Während rund 70 Tagen wird dieser zweimal vollständig aufgestaut und wieder teilabgesenkt. Die Startkote der Testphase befindet sich auf 2464 m ü. M., während beim Vollaufstau eine maximale Staukote von 2474 m ü. M. erreicht wird. Nach einem Teilabstau und einem Vollaufstau wird der See voraussichtlich Mitte September wieder komplett entleert, damit der zweite Druckschacht mit Wasser gefüllt werden kann. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, um mit der Nassinbetriebsetzung der Maschinengruppen 3 und 4 zu starten.

(Axpo)

G ewäs s e r / Revital i s ie rung Revitalisierung Rund vier Millionen Franken jährlich für ökologische Aufwertungen durch Ökostrom EWZ Ermöglicht werden die Renaturierungen durch die Ökostromkundinnen und –kunden. EWZ betreibt insgesamt acht Kraftwerke mit dem höchsten Stromlabel «naturemade star». Diese Zertifizierung garantiert eine möglichst umweltschonende Stromproduktion nach höchsten ökologischen Anforderungen. Beispielsweise muss die natürliche Fischwanderung durch sogenannte Fischtreppen gewährleistet werden. Pro verkaufte Kilowattstunde Ökostrom aus Wasserkraft fliesst jeweils 1 Rappen in den «naturemade star»-Fonds von ewz. Mit diesem Geld können nachhaltige Projekte in Zusammenhang mit Renaturierungen und Förderung der Biodiversität bei Gewässern umgesetzt werden. Projektideen sind gesucht und können auch von Privatpersonen via www.ewz.ch/naturemadestarfonds eingereicht werden.

Bild 1. Ersteinstauprogramm Muttsee (Quelle: Axpo).

Bild 1. Raubäume und Findlinge bieten Rückzugsorte für Flussbewohner (Quelle: zvg).

Bild 2. Teileinstau bei der neuen Talsperre Muttsee (Quelle: Axpo).

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Aufwertung Zürcher Limmatufer als konkretes Beispiel Der «Naturemade star»-Fonds von ewz hat die Uferrenaturierung an der Limmat zwischen Hardeggsteg und Europabrücke mit einem Beitrag von 195 000 Franken unterstützt. Dank den Ökostromkundinnen und -kunden von ewz konnte der Fonds im Jahr 2015 insgesamt 2.8 Mio. CHF in ökologische Aufwertungen investieren.

Weil die Ufer der Limmat im Stadtgebiet von Zürich praktisch durchgehend verbaut sind, gibt es nur wenige natürliche Lebensräume. Mit der ökologischen Aufwertung des rechtsseitigen Uferbereichs zwischen Hardeggsteg und Europabrücke hat der naturemade starFonds von ewz in Zusam«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Ve r anstaltunge n

Cours de perfectionnement CIPC – 4ème série «Revitalisation des cours d’eau de taille petite et moyenne» Delémont, 22/23 Septembre 2016

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

Public cible Le thème de cette série est consacré à la «revitalisation des cours d’eau de taille petite et moyenne». Le cours n’est pas uniquement destiné aux spécialistes, mais également aux ingénieurs et aux professionnels en charge des travaux de planification et de revitalisation.

Objectif, contenu L’objectif du cours orienté sur la pratique et ayant lieu sur deux jours est de mettre en évidence les principaux aspects d’une revitalisation. L’accent est donc mis sur la prise en compte de l’entretien et de l’aménagement des eaux, à la fois en milieu rural et dans les zones urbaines. En outre, les participants ont l’occasion d’échanger des idées lors d’ateliers et de l’excursion avec des experts reconnus. Du contenu: 1er jour • Motivation et objectif de la revitalisation • Zone riveraine pour la compensation écologique • Aménagement de l’espace d’un cours d’eau quant à son entretien futur • Atelier: Elaboration d’un plan d’entretien 2ème jour • Espace du cours d’eau • Documentation et mesures constructives et hydrauliques • Espèces désirables et indésirables • Revitalisation dans les zones urbaines • Visite d’un exemple de revitalisation Pour les détails voir le programme sur le site web (lien ci-dessous).

Langue du cours Le cours se tiendra en français.

Documentation du cours La documentation du cours (script et présentation) sera distribuée aux participants sur place.

Frais Pour membres de l’ASAE ainsi que de VIB s’appliquent des tarifs préférentiels (s.v.p. indiquer à l’inscription): Membres ASAE/VIB CHF 650.– Non-Membres ASAE/VIB CHF 750.– Sont inclus: documentation du cours, repas de midi et du soir (1er jour), repas de midi (2ème jour), pause café et transport lors de l’excursion; ne sont pas inclus : TVA 8 % et notes d’hôtel éventuelles.

Inscription, nombre de participants Veuillez-vous vous inscrire directement sur le site Internet de l’ASAE: www.swv.ch/CIPC-Delemont-2016 Le nombre de participants est limité à 28 personnes. Prise en compte selon l’ordre d’entrée des inscriptions.

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Fachtagung Wasserkraft 2016 / Journée Force hydraulique 2016 Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftwerken V / Construction, exploitation et entretien des centrales hydroélectriques V Dienstag, 15. November 2016, Olten / Mardi, 15 novembre 2016, Olten

Die von der Kommission Hydrosuisse des SWV bereits zum fünften Mal durchgeführte Tagung bezweckt den Austausch aktueller technischer Entwicklungen rund um die Wasserkraftnutzung und ist immer auch ein ausgezeichneter Treffpunkt der Fachwelt./Sur l’initiative de la commission Hydrosuisse de l’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.

Zielsetzung, Inhalt / But, contenu Die Fachtagung bezweckt den Austausch zu aktuellen Entwicklungen aus Forschung und Praxis in den Bereichen Wasserbau, Stahlwasserbau, Maschinenbau, Elektrotechnik sowie Projektvorbereitung und -abwicklung. 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. Pour les détails voir le programme adjoint dans la présente revue ou sur le site web.

Kosten / Frais Für Einzelmitglieder und Vertreter von Kollektivmitgliedern des SWV gelten vergüns249

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menarbeit mit Grün Stadt Zürich für mehr Leben gesorgt.

Durch Baumstämme und Wurzelstöcke im Wasser gibt es nun Zonen mit unterschiedlichen Fliessgeschwindigkeiten, sodass Jungfische und Wasserinsekten Rückzugsorte finden. Die neuen Kiesschüttungen bieten sonnenliebenden Tieren wie Eidechsen die nötigen warmen Plätze. Die Uferböschung ist zudem abwechslungsreicher gestaltet, um verschiedensten Tieren und Pflanzen einen Lebensraum zu bieten.

Der «naturemade star»-Fonds von ewz hat von den 250 000 Franken Gesamtkosten rund 195 000 Franken übernommen, der restliche Betrag stammt von Grün Stadt Zürich. Die Idee für das Projekt ist eine Massnahme aus dem «Landschaftsentwicklungskonzept (LEK) Stadt Zürich» und wurde von der Fachstelle Naturschutz von Grün Stadt Zürich umgesetzt. Im Jahr 2015 hat der «naturemade star»-Fonds von ewz insgesamt 2.8 Mio. CHF in Renaturierungen investiert. Weitere Infos zu den Renaturierungsprojekten des Fonds sind auf der Website und im neu erschienenen Jahresbericht ersichtlich.

(EWZ)

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tigte 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 Einschreibung über unsere Webseite:/ Inscriptions par le site web de l’ASAE s.v.p: www.swv.ch/Tagung-Wasserkraft-2016 Die Anmeldungen werden nach Eingang berücksichtigt. Als Anmeldebestätigung gilt die automatisch generierte AntwortMail auf die Online-Anmeldung. Die Rechnungsstellung erfolgt rechtzeitig vor der Tagung./Les inscriptions seront considerées par ordre d’arrivée. Après l’inscription en ligne une confirmation est envoyée automatiquement par courrier électronique.

Age nda Delémont 22./23.9.2016 CIPC-Cours de perfectionnement No. 8 de la 4e série: Revitalisation des petits et moyens cours d’eaux (f) Commission de protection contre les crues (CIPC) de l’ASAE et OFEV. Plus d’information: www.swv.ch Innsbruck (AT) 22./23.9.2016 19. Internationales Anwenderforum Kleinwasserkraftwerke: Betreiber, Planer und Hersteller (d) OTTI mit Unterstützung diverser Mitveranstalter. Weitere Informationen und Anmeldung: www.otti.de Sitten 27.–29.9.2016 Hydro-Weiterbildung – Kursmodul 5: Elektrische Hochspannungsnetze (d/f) Fachhochschulen Luzern, Rapperswil und Sion. Mit Unterstützung des SWV. Weitere Informationen: www.weiterbildung-hydro.ch Sion 18.–20.10.2016 Formation continue Hydro – Module 2: Hydromécanique (f) Haurte écoles spécialisées Lucerne, Rapperswil et Sion. Avec support de l’ASAE. Plus d’information: www.weiterbildung-hydro.ch

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Interlaken 27.–29.10.2016 Fachtagung Wasser-Agenda 21: Schwall und Sunk, inkl. Besichitgung KWO Wasser-Agenda 21. Weitere Informationen und Anmeldemöglichkeit: www.wa21.ch/de Sitten 9.–11.11.2016 Sitten Hydro-Weiterbildung – Kursmodul 6: Informationstechnologie, Leittechnik (d/f) Fachhochschulen Luzern, Rapperswil und Sion. Mit Unterstützung des SWV. Weitere Informationen: www.weiterbildung-hydro.ch Olten 15.11.2016 5. Hydrosuisse-Fachtagung 2016: Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftanlagen (d) Kommission Hydrosuisse des SWV. Programm und Anmeldung: www.swv.ch

Rapperswil 18.–20.1.2017 Hydro-Weiterbildung – Kursmodul 3: Stahlwasserbau (d) Fachhochschulen Luzern, Rapperswil und Sion. Mit Unterstützung des SWV. Weitere Informationen: www.weiterbildung-hydro.ch Dornbirn (AT) 20./21.6.2017 KOHS-/IRR-Tagung 2017: Wasserbau an grossen Gebirgsflüssen am Beispiel des Alpenrheins (d/f) Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV, zusammen mit IRR. Bitte Termin reservieren. Weitere Infos folgen: www.swv.ch

Perso one ne n Nicolaus Römer übernimmt den Vorsitz der Alpinen Wasserkraft Die Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft, die sich für gute Rahmenbedingungen zur Nutzung der Wasserkraft im Alpenraum einsetzt, wählt den promovierten Ingenieur Römer einstimmig zu ihrem Vorsitzenden.

Die Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft (AGAW) hat Nicolaus Römer einstimmig zum Vorsitzenden und Nachfolger von Peter Molinari gewählt. Der 57-jährige promovierte Ingenieur Römer, seit 2010 Vorstandsmitglied der in Laufenburg ansässigen Schluchseewerk AG, gilt als ausgewiesener Wasserkraftexperte, der sich

Bild 1. Nicolaus Römer (zvg). seit Jahrzehnten mit den technologischen und politischen Besonderheiten der Wasserkraft in Deutschland, Österreich und der Schweiz beschäftigt.

Entsprechend klar ist seine Zielsetzung, die im Wesentlichen die Stärkung der AGAW als Meinungsführer und Sprachrohr der Wasserkraftbelange von vier Ländern vorsieht. Römer ist sich der Verantwortung des Amtes bewusst, nicht nur weil er die Ursache für die schwierige Lage der Wasserkraft in den Nachbarländern auch in der deutschen Energiewende sieht. Entsprechend gross sind die Herausforderungen, die ihn erwarten: «Die Wasserkraft als zuverlässigste Quelle der erneuerbaren Energien hat es unter den jetzigen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen schwer. Weder die Laufwasserkraft noch die Pumpspeicherung rechnen sich aktuell. Netznutzungsentgelte und andere Abgaben, wie beispielsweise der Wasserzins in Deutschland und der Schweiz, tun – neben Erzeugungspreisen im freien Fall – ein Übriges, dass dieser CO2-freien Art der Stromgewinnung bzw. Energiespeicherung mehr und mehr die Luft ausgeht. Viele unserer Mitglieder kämpfen bereits ums Überleben.»

So deutete Römer bei seiner Antrittsrede vor dem Vorstandsgremium an, dass die AGAW unter seiner Führung mehr denn je Stellung nehmen, Vorschläge erarbeiten und sich aktiv in die politischen Diskussionen der Mitgliedsländer in Sachen Wasserkraft einbringen will. Dies jedoch nicht in Konkurrenz zu anderen Branchenverbänden, sondern Schulter an Schulter mit allen, denen der Fortbestand und Ausbau der Wasserkraft von Bedeutung sind.

Die Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft (AGAW) setzt sich ein für gute Rahmenbedingungen für die Wasserkraftnutzung im deutschsprachigen Alpenraum.

Sie wird getragen von Wasserkraftbetreibern aus der Schweiz, aus Deutschland, Österreich und Südtirol. Für mehr Informationen: www.alpine-wasserkraft.com (AGAW)

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

L ite i te r atur Schutz vor Massenbewegungsgefahren – Vollzugshilfe Publikation: 2016; A4-Format; Herausgeber: Bundesamt für Umwelt, BAFU; Schriftenreihe Umwelt-Vollzug, Nr. UV-1608-D/F; 98 Seiten, kostenloser pdf-Download: www.bafu.admin.ch/UV-1608-D / www. bafu.admin.ch/UV-1608-F

Bild 1. Hans-Jakob Strehler (51), seit 1. Juni 2016 Geschäftsführer der terra vermessungen ag und terra monitoring ag (Zürich und Othmarsingen). fassende Erfahrungen aus der Leitung des Geschäftsbereiches Hochbau der mageba SA in Bülach mit. Zuvor war er zudem lange Jahre international unter anderem als Geschäftsbereichsleiter Tiefbau für Sika Sarnafil in Sarnen tätig. Über die terra vermessungen ag Die terra vermessungen ag sowie die terra monitoring ag gehören mit rund 40 Mitarbeitenden an den Standorten Zürich und Othmarsingen zu den führenden Dienstleistern für Ingenieurvermessung, mobile Vermessung und Monitoring in der Schweiz. Gegründet 1993, erbringen ihre Spezialisten einzigartige Vermessungsund Monitoringleistungen für anspruchsvolle Projekte auch im Ausland.

Weitere Informationen: Tobias Heimpel, terra Presse und Marketing, heimpel@ terra.ch, Tel. +41-79-616 12 14 terra vermessungen ag, Obstgartenstrasse 7, CH-8006 Zürich Tel. +41 43 255 20 30, terra@terra.ch

Beschrieb: Die Vollzugshilfe erläutert den Umgang mit Rutschungen, Hangmuren und Sturzprozessen. Diese Naturgefahren werden mit modernen Methoden lokalisiert und beurteilt. Bei der Erstellung der Gefahrenkarte werden die Kriterien der Eintretenswahrscheinlichkeit und der Intensität bestimmt. Die Beurteilung von Risiken, die Festlegung von Schutzzielen und von Massnahmenzielen sowie die Er-mittlung des Handlungsbedarfs sind bei der Planung notwendig. Das Vorgehen bei der Optimierung von Massnahmen umfasst die Überprüfung aller Handlungsoptionen.

Dazu gehören raumplanerische, biologische, bauliche und organisatorische Massnahmen. Die Bewertung der Massnahmen berücksichtigt technische, ökonomische, ökologische und soziale Kriterien.

(BAFU)

Koordinierte biologische Untersuchungen an Hochrhein und Aare 2001 bis 2013 Publikation: 2016; A4-Format; Herausgeber: Bundesamt für Umwelt, BAFU; Schriftenreihe Umwelt-Zustand, Nr. UZ-1619-D/F; 72 Seiten, kostenloser pdf-Download: www.bafu.admin.ch/UZ-1619-D / www. bafu.admin.ch/UZ-1619-F «Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

Nachrichten

Hans-Jakob Strehler übernimmt terraGeschäftsführung Mit Wirkung zum 1. Juni 2016 hat HansJakob Strehler (51) die Geschäftsführung der terra vermessungen ag sowie der terra monitoring ag übernommen. Hans-Jakob Strehler ist diplomierter Bauingenieur FH (HSR, Hochschule für Technik Rapperswil) und verfügt über ein Executive MBA der Universität Zürich. In die neue Aufgabe bei terra bringt Hans-Jakob Strehler um-

Beschrieb: Der vorliegende Bericht enthält einen zusammenfassenden Überblick über den Zustand und die Entwicklung der aquatischen Lebensgemeinschaften in den beiden grössten Schweizer Fliessgewässern, dem Hochrhein und der Aare. Basis sind die Ergebnisse der vierten und fünften koordinierten biologischen Untersuchungen am Hochrhein der Jahre 2006/2007 und 2011/2012 sowie der zweiten Untersuchungskampagne 2011–2013 in der Aare zwischen Bielersee und Rhein. Neben den wirbellosen Kleinlebewesen der Flusssohle (Makroinvertebraten) und den Fischen werden weitere Organismengruppen wie Phytoplankton- und Algenaufwuchs (v.a.

Kieselalgen) sowie Makrophyten (höhere Wasserpflanzen) thematisiert.

(BAFU)

Zustand der Schweizer Fliessgewässer – Ergebnisse 2011–2014 Publikation: 2016; A4-Format; Herausgeber: Bundesamt für Umwelt, BAFU; Schriftenreihe Umwelt-Zustand, Nr. UZ-1620D/F; 87 Seiten, kostenloser pdf-Download: www.bafu.admin.ch/UZ-1620-D/www. bafu.admin.ch/UZ-1620-F Beschrieb: Die Nationale Beobachtung Oberflächengewässerqualität (NAWA) ist ein gemeinsames Monitoringprogramm von Bund und Kantonen. Der vorliegende Bericht präsentiert die Ergebnisse der Erhebungen zwischen 2011 und 2014 an den rund 100 Messstellen an mittelgrossen und grossen Fliessgewässern.

Die Untersuchungen ergeben ein unterschiedliches Bild des ökologischen Zustands der Schweizer Fliessgewässer: Die Belastung mit Nährstoffen hat abgenommen, die Bedeutung der Belastung durch 251

Nachrichten Mikroverunreinigungen wächst, und die biologische Gewässerqualität ist teilweise ungenügend. Die aufgezeigten Defizite belegen, dass die Gewässer nicht überall in der Lage sind, ihre für Mensch und Ökosysteme wichtigen Funktionen zu erfüllen.

(BAFU)

Kommentar zum Gewässerschutzgesetz und zum Wasserbaugesetz/Commentaire de la loi sur la protection des eaux et de la loi sur l’aménagement des cours d’eau Publikation: 2016; Herausgeber: Peter Hettich, Luc Jansen, Roland Norer; Schulthess Verlag, Zürich; 1692 Seiten; Preis: CHF 349.–, Sprachen: Deutsch und teilweise Französisch; ISBN: 978-3-72557325-7; www.schulthess.com

Beschrieb: Im 25. Jahr nach der Verabschiedung des Gewässerschutzgesetzes und des Wasserbaugesetzes durch den Bundes252

gesetzgeber erscheint nun auch die erste umfassende Kommentierung zu diesen zentralen Erlassen des Umweltrechts. Seit Erlass wurde das einschlägige Recht durch mehrfache Eingriffe des Gesetzgebers und durch die Vollzugsbehörden weiterentwickelt. Der vorliegende Kommentar zeigt den aktuellen Forschungsstand und die Praxis zum Gewässerschutzgesetz, zum Wasserbaugesetz und zu kantonalen Ausführungsgesetzen auf. Ausgewiesene Experten aus der Verwaltung, den Gerichten, der Anwaltschaft und der Wissenschaft haben in Zusammenarbeit mit BAFU und Kantonen zu diesem Kommentar beigetragen. Dadurch wird der Kommentar zu einem unverzichtbaren Arbeitsinstrument für Wissenschaftler und Praktiker in diesem Bereich. Das zweisprachige Herausgeber- und Autorenteam hat jeweils zu den einzelnen Artikeln entweder eine deutsche Zusammenfassung oder ein französischsprachiges Résumé verfasst, welches prägnant die entsprechende Kommentierung eines Artikels in der anderen Sprache zusammenfasst. Der grösste Teil der Kommentierungen ist in deutscher Sprache verfasst, einige wenige Kommentierungen in französischer Sprache.

(Schulthess)

nales Recht. In vielen Bereichen des Bauens dominiert heute jedoch Bundesrecht: Raumplanungsrecht, Umweltrecht, Energierecht, Infrastrukturgesetze usw. Das Fachhandbuch enthält eine systematische und umfassende Gesamtschau der öffentlich-rechtlichen Regelungen, die im Zusammenhang mit der Planung und Realisierung von Bauvorhaben von Bedeutung sind, einschliesslich Verfahren und Rechtsschutz. Dabei werden unter anderem auch Fragestellungen rund um die «Anlagen zur Erzeugung, Übertragung oder Lagerung von Energie», namentlich auch «Hydroelektrische Anlagen», behandelt. Es wurde von einem erfahrenen Autorenteam aus Wissenschaft und Praxis verfasst und bietet eine praxisorientierte, übersichtliche und aktuelle Darstellung auf gehobenem juristischem Niveau. Das Fachhandbuch richtet sich an praktische Rechtsanwender mit hohem fachlichem Anspruch. Der Aufbau ist stark an den Problemen der Praxis orientiert. Beispiele, Checklisten und Praxistipps erleichtern den Überblick. Alle praxisrelevanten Aspekte einschliesslich prozessualer Hinweise werden abgedeckt, Schnittstellen und Nebengebiete sind erläutert.

Fachhandbuch Öffentliches Baurecht Expertenwissen für die Praxis Publikation: Oktober 2016; Herausgeber: Alain Griffel, Ulrich Liniger, Heribert Rausch, Daniela Thurnherr; Schulthess Verlag, Zürich; gebundes Buch; 800 Seiten; Preis: CHF 298.–, Sprache: Deutsch; ISBN/ISSN978-3-7255-7070-6; www. schulthess.com

Die Natur kennt keine Katastrophen Publikation: Mai 2016; Herausgeber: Gianni Paravicini und Claudio Wiesmann für den Kanton Luzern, Dienstelle vif, Abteilung Naturgefahren, 320 Seiten, Hardcover, mit vielen farbigen und schwarzweissen Abbildungen, Kantonaler Lehrmittelverlag Luzern, ISBN 978-3-271-60009-4, Preis 48.– Fr. (inkl. MwSt.), Bestellung: www.vif.lu.ch/publikationen.

Beschrieb: Das klassische Baupolizeirecht ist nach wie vor kantonales und kommu-

Beschrieb: «Katastrophen kennt alleine

«Wasser Energie Luft» – 108. Jahrgang, 2016, Heft 3, CH-5401 Baden

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• Die Themen der «Wasserwirtschaft» 9–10-2016 • Evaluierung eines modernen Messverfahrens zur Deformationsanalyse flächenhafter Ingenieurbauwerke am Beispiel der Ennepetalsperre Michael Müller, Fabian Schmenger, Daniel Schröder, Kira Zschiesche • Erneuerung der Stauhöhenerfassung an der Hennetalsperre Sebastian Weltmann • Panzer Talsperre – Probestau nach Insolvenzen und Naturereignissen meistern Sabine Lattau • Erkenntnisse aus dem geodätischen Langzeitmonitoring beim Bau des Gotthard-Basistunnels Dante Salvini, Mario Studer, Adrian Ryf • Thermo-hydro-mechanische 3-DSimulation von Staumauern – Modellierung und Validierung Tom Lahmer, Long Nguyen Tuan, Carsten Könke, Volker Bettzieche • Geomonitoring mit Low-Cost-GNSSSensoren Jürgen Alberding • Messdatenmanagement zur Talsperrenüberwachung der Enerjisa Hydropower, Türkei Stefano Vincenzo De Simone, Roland Funke • Abflussversuch zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit einer gelegten Fischbauchklappe Swenja Dätig • Erfolgsfaktoren von Grossprojekten und Value Management Bernd Gagsch, Jutta Schüle • Neues Pelton-Konzept – bis zu sechs Düsen in horizontaler Anordnung Josef Erlach, Philipp Erlach

Skalierung von Wasserkraftschnecken – Ein Beitrag zur einer überfälligen Dimensionierungsrechnung Dirk Michael Nuernbergk, Alois Lashofer Gewässerökologische Bewertung eines Gewässersystems bei zusätzlicher Wasserkraftnutzung Pia Anderer, Rob Gubbels, Barend van Maanen, Anne Reitz, Inge Schugard, Guido Verschoor Leitströmung an Fischaufstiegsanlagen: Bewertung und Optimierung über ethohydraulische Modellierung Ianina Kopecki, Matthias Schneider, Jeff A. Tuhtan, Johannes Ortlepp, Stefan Thonhauser, Martin Schletterer Stabilität von modularen Deckwerksmatten aus Normal- und Schwerbeton unter Wellenlasten Sandra Wöbse, Nils Kerpen, Torsten Schlurmann, Nils Goseberg

Die Themen der «ÖWAW» 3–8-2016 • Water-Energy-Food nexus: framing the opportunities, challenges and synergies for implementing the SDGs Yillia, P. T. • Strategien und Potenziale zur Energieoptimierung bei der Wasserwiederverwendung Drewes, J. E., Horstmeyer, N. • Verwertung organischer Reststoffe in Faulbehältern kommunaler Kläranlagen Nowak, O., Ebner, C. • Phosphor: Eine kritische und zugleich unzureichend genutzte Ressource der Abwasser- und Abfallwirtschaft – Stand des Wissens und Ausblick für Österreich und Europa Egle, L., Amann, A., Rechberger, H., Zessner, M. • Abwasserbehandlung der Zukunft: Gesundheits-, Gewässer- und Ressourcenschutz Schaum, C., Cornel, P. • Implementierung eines schräg angeströmten Rechens in die 3D-numerische Berechnung mit FLOW-3D Krzyzagorski, S., Gabl, R., Seibl, J., Böttcher, H., Aufleger, M. • Rudolf Ehrenberger, Hydrauliker und Wasserbauer Hager, W. H. • Pilotprojekt Bad Deutsch-Altenburg – Projektmotivation, Massnahmen, Prozessbeteiligung Tögel, R., Baumgartner, C. • Ausmass und Dynamik der Sohlerosion der Donau östlich von Wien –

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flussmorphologische und wasserwirtschaftliche Aspekte Klasz, G., Gabriel, H., Habersack, H., Schmalfuss, R., Baumgartner, C., Gutknecht, D. Grundlegende Prozesse betreffend Hydraulik, Sedimenttransport und Flussmorphologie an der Donau Gmeiner, P., Liedermann, M., Haimann, M., Tritthart, M., Habersack, H. Funktionalität der getesteten flussbaulichen Massnahmen im Pilotprojekt Bad Deutsch-Altenburg Liedermann, M., Gmeiner, P., Glas, M., Tritthart, M., Habersack, H. Auswirkungen des Pilotversuchs BDA auf die Grundwasserverhältnisse Derx, J., Blaschke, A. P. Grundlegende Erkenntnisse im Rahmen des Pilotprojekts Bad DeutschAltenburg – Die Bedeutung der Stromsohle und Uferzonen für ökologische Prozesse und Artengemeinschaften an einem stark regulierten Fluss, der Donau Bondar-Kunze, E., Ivankovic, M., Funk, A., Trauner, D., Keckeis, H., Hein, T. Qualitative und quantitative Entwicklung der Pioniervegetation an der Donau im Bereich der Pilotprojekte Bad Deutsch-Altenburg und Witzelsdorf Korner, I., Staudinger, M. Erkenntnisse aus dem Pilotprojekt Bad Deutsch-Altenburg an der Donau für Schifffahrt, Ökologie und Wasserbau Habersack, H., Hein, T., Liedermann, M., Bondar-Kunze, E. 25 Jahre ÖAKR: Recycling der Zukunft mit verfeinerter Technologie Brien, J. Schutz ökologisch sensibler Fliessgewässer: Konzepte und Fallbeispiele Sigrid Scheikl, Carina Seliger, Andreas Loach, Sabine Preis, Rafaela Schinegger, Ch., Walder, St., Schmutz, S., Muhar.

Integrierte gewässerökologische Modellansätze zur Beurteilung von Gewässervernetzungsvarianten am Beispiel der Unteren Lobau Trauner, D., Funk, A., Pölz, E.-M., Feldbacher, E., Weigelhofer, G., Reckendorfer, W., Hein, Th. Der Einfluss der Ufervegetation auf die Wassertemperatur unter gewässertypspezifischer Berücksichtigung von Fischen und benthischen Evertebraten am Beispiel von Lafnitz und Pinka Melcher, A., Kalny, G., Dossi, F., For253

Nachrichten

der Mensch, sofern er sie überlebt», so beginnt das Zitat von Max Frisch in seiner Erzählung «Der Mensch erscheint im Holozän», das mit dem Titel des hier beschrieben Buchs endet. Mit dem Buch will der Kanton Luzern Denkanstösse zum Umgang mit gefährlichen Naturprozessen vermitteln. Autorinnen und Autoren verschiedenster Herkunft beleuchten das Thema aus unterschiedlichen Perspektiven. Sie zeigen, dass Naturprozesse nicht nur Gefahren und Risiken bergen, sondern auch Chancen gegenüberstehen. Ein sehr schönes Buch, das die Leserschaft mit neuen, ungewohnten Perspektiven und Einsichten belohnt. (vif)

mayer, H., Graf, W., Pletterbauer, F., Schaufler, K., Trimmel, H., Weihs, Ph., Rauch, H. P. Die unbekannte dritte Dimension: Geländehöhen, Gewässertiefen und Dynamik österreichischer Donaulandschaften vor der Regulierung Hohensinner, S., Jungwirth, M. Was? Wie? Warum? Jugendliche erforschen Flusslandschaften – Förderung des Systemverständnisses als Basis für gelebte Partizipation im Flussgebietsmanagement Poppe, M., Böck, K., Zitek, A., Scheikl, S., Loach, A., Muhar, S. Zentrale Fernkälteversorgung zur Vermeidung von Grundwassererwärmungen und Nutzungskonflikten am Beispiel der Stadt Linz – Bewertung auf Basis ÖWAV-Regelblatt 207 und qualitativer Nutzwertanalyse Krakow, St., Fuchs-Hanusch, D. Identifikation von potenziellen Leitprozessen in Einzugsgebieten Skolaut, Ch., Braun, J., Schober, St.

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Für die Fertigung der Howolis-Q-Faschinen verwendet Lindner Suisse ausschliesslich FSC-zertifiziertes Holz aus der Region, was zu einer guten Ökobilanz beiträgt.

I ndustr ndustriemit ie mit teilungen tei lunge n Ufersanierung mit Holzwolle-Faschinen Mit dem Anfang 2016 ausgeführten Projekt auf ihrem Grundstück zeigt die HolzwolleManufaktur Lindner Suisse aus Wattwil neue Wege der ökologischen Ufersanierung auf. Faschinen aus Holzwolle sichern die steile Uferböschung auf dem Firmengelände zuverlässig vor Erosionsschäden und Rutschungen.

Bild 1. Howolis-Q-Faschine: Sicherung der Uferverbauung mit Howolis Q Faschinen (die grüne Rohre dienen als Provisorium für den Wasserablauf).

Der Rickenbach entwässert ein Einzugsgebiet von rund 16 km2. Das Fliessgewässer mündet vom Ricken her in nordöstlicher Richtung fliessend bei Wattwil in die Thur. Dabei führt sein Weg vorbei an der Parzelle der Holzwolle-Manufaktur Lindner Suisse GmbH in Wattwil. Auf einem rund 25 Meter langen Abschnitt zeigte sich die bestehende Verbauung der 254

Bilder 2,3,4. Howolis-Q-Faschine: Verlegen der Q-Faschinen, Verpflockung und Befestigung der Faschine entlang des Ufers.

Uferzone über die vergangenen Jahre in einem zunehmend schlechteren Zustand.

Die Böschung wies starke Erosionsschäden auf, die bestehenden Mauern waren hinterspült. Entlang der Böschungskrone, die unweit des Betriebsgebäudes verläuft, machten sich Anzeichen von Rutschungen und erste Anrisse bemerkbar. Eine Sanierung des Uferbereichs war unumgänglich, um das Gebäude langfristig zu schützen.

Erosionsschutz mit Holzwolle Thomas Wildberger, Geschäftsführer der Lindner Suisse GmbH und Grundeigentümer der betroffenen Parzelle, beschloss, die Sanierung mit einem Produkt aus dem eigenem Hause anzugehen. In seiner Holzwolle-Manufaktur produziert er unter anderem auch die Howolis-Q-Faschinen, die eigens für die Ufersicherung im Wasserbau entwickelt wurden. Ein Zweierteam verbaute vor Ort bis zu drei Lagen der vorfabrizierten Holzwolle-Faschinen, welche nun die Böschung entsprechend der früheren Neigung terrassieren. Die quadratischen Faschinen bestehen aus verdichteter Holzwolle, die von einer Hülle aus Baumwolle ummantelt ist. Vergleichbare Produkte stehen in den USA seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz.

Bild 5. Howolis-Q-Faschine: Die flexiblen Holzwolle-Faschinen erlauben die Verlegung entlang der individuellen Uferlinie.

Ebenso lassen sich Rauigkeitselemente wie Kleinbuhnen und Sporne modellieren.

Die Befestigung der Faschinen im Gelände erfolgt mit eingeschlagenen Holzpfählen und einer Sisalverschnürung. Als zusätzlicher Erosionsschutz dient ein auf der Böschung befestigtes Vlies, das ebenfalls aus Holzwolle gefertigt ist. Die Faschinen sind gut formbar und erlauben es, variable Uferlinien zu modellieren. Bestehende Strukturen wie Wurzelstöcke lassen sich problemlos in die Gestaltung miteinbeziehen. Mittels quereingelegter Faschinen lassen sich bei Bedarf auch Kleinbuhnen zur Erhöhung der Uferrauigkeit einbauen. Mit dem Projekt auf dem Firmengelände in Wattwil will man die Funktionstüchtigkeit der neu entwickelten Q-Faschinen aufzeigen. Der Standort dient dem Unternehmer überdies auch als Referenz für Begehungen mit Fachleuten und ebenso für Langzeitbeobachtungen.

Natürlich und nachhaltig Der Einsatz der Q-Faschinen ist bei der Revitalisierung von Gewässern eine ökologisch sinnvolle Alternative zu harten Verbauungsmethoden. Die Holzwolle-Faschinen lassen sich nach dem Einbau auf einfache Weise mit Gehölzstecklingen ergänzen. Diese schlagen aufgrund des günstigen Mikroklimas schnell Wurzeln, indem sie sich die im Kern der Faschine gespeicherte Feuchtigkeit zu Nutze machen. Mit ihrem Wurzelwerk tragen die Gewächse schon bald zur ingenieurbiologischen Stabilisierung der Uferböschung bei.

Durch zusätzliches Ausbringen einer auf die lokalen Verhältnisse abgestimmten Saatgutmischung bildet sich sehr rasch eine dichte Grasnarbe. Schon bald nach der Sanierung fügt sich der neu gestaltete Uferbereich nahtlos in die umgebende Landschaft ein.

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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.

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Stahleinbau GmbH, CH-3922 Stalden www.stahleinbau.ch

Redaktion Roger Pfammatter (Pfa) Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) Layout, Redaktionssekretariat und Anzeigenberatung Manuel Minder (Mmi)

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Französische Übersetzung Editorial und SWV-Jahresbericht Rolf T. Studer ISSN 0377-905X Verlag und Administration SWV · Rütistrasse 3a · CH-5401 Baden Tel. +41 56 222 50 69 · Fax +41 56 221 10 83 www.swv.ch · info@swv.ch roger.pfammatter@swv.ch manuel.minder@swv.ch Postcheckkonto Zürich: 80-1846-5 Mehrwertsteuer-Nr.: CHE-115.506.846 Inseratenverwaltung Manuel Minder SWV · Rütistrasse 3a · 5401 Baden Tel. +41 56 222 50 69 · Fax +41 56 221 10 83 manuel.minder@swv.ch Preis Jahresabonnement CHF 120.–, zzgl. 2.5% MWST), für das Ausland CHF 140.–, Erscheinungsweise 4 × pro Jahr im März, Juni, September und Dezember; Einzelpreis Heft, CHF 30.–, zzgl. Porto und 2.5% MWST «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. Die publizierten Beiträge geben die Meinung der jeweiligen Autoren wieder. Diese muss sich nicht mit derjenigen der Redaktion oder der Verbände decken.

Druck/Lektorat Binkert Buag AG Baslerstrasse 15 · CH-5080 Laufenburg Tel. +41 62 869 74 74 · Fax +41 62 869 74 80 «Wasser Energie Luft» wird mit Strom aus 100% Wasserkraft produziert und auf FSC-Papier gedruckt.

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SCHWEIZERISCHER VEREIN FÜR SCHWEISSTECHNIK • St. Alban-Rheinweg 222, CH-4052 Basel Tel. +41 (0)61 317 84 84 Fax +41 (0)61 317 84 80 info@svsxass.ch, www.svsxass.ch • Niederlassung Oberhasli Rütisbergstrasse 12, CH-8156 Oberhasli Tel. +41 (0)44 820 40 34/35 Fax +41 (0)44 820 40 36 • Niederlassung Tessin Via alla Moderna 3, CH-6500 Bellinzona Tel. +41 (0)91 730 92 30 Fax +41 (0)91 730 92 31 • Niederlassung Yverdon rue Galilée 15, CH-1400 Yverdon-les-Bains Tel. +41 (0)21 425 77 40/41/42 Fax +41 (0)21 425 77 43

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

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

«100 Jahre VAR 1915–2015»

1

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

VS: Nr. 68, Symposium CIPC KOHS

VS: Nr. 67, Der Schweizerische Was-

VS: Nr. 66, Die Engadiner Kraftwerke

werke 1915 bis 2015 – Rückblick auf

2014, Anton Schleiss, Jürg Speerli,

serwirtschaftsverband 1910– 2010,

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ein Jahrhundert Wasserwirtschaft,

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VS: Nr. 65, Wasserkraft – die erneu-

VS: Nr. 64, Ökologische (Teil A) und

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erbare Energie, Beiträge des inter-

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VS: Nr. 59, Geschiebetransport und

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VS: Nr. 54, Directives pour l’exploi-

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Hochwasser/Charriage et crues,

Wasserkraftwerken, 1998, Bernard

tation et la maintenance des grou-

de l’exploitation des forces hydrauli-

Vorträge in Biel, 1998, CHF 50.–.

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pes hydroélectriques, 1995, Bernard

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