Wasser Energie Luft 4/2022

Andreas Stettler Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

Verfahrensbeschleunigung – der politische Coup des Jahres

Anfangs Februar dieses Jahres schickte der Bundes rat eine Vorlage in die Vernehmlassung, mit welcher die Verfahren für Wasser- und Windenergieanlagen beschleunigt werden sollen. Im einleitenden Text der Medienmitteilung stand dazu richtigerweise: «Die Verfahren für den Bau grosser Wasser- und Wind kraftanlagen dauern heute oft lange». Die Branche kennt diese Situation bestens und hat deshalb die Vorlage wohlwollend aufgenommen, gleichzeitig aber weitere Optimierungen im Rahmen des vermeintlich politisch möglichen eingebracht. Nach Ablauf der Frist im Mai 2022 herrschte dann die während der Auswer tung der Vernehmlassungsantworten übliche Funk stille, bis in der Herbstsession des nationalen Parla ments eine noch nie dagewesene Beschleunigung einsetzte. In nur drei Wochen haben sich beide Räte und dazwischen noch die Energiekommission des

Nationalrats in mehreren Sitzungen auf einen Gesetzes text geeinigt, welcher am 1. Oktober, einen Tag nach Sessionsende, bereits in Kraft trat. Mit diesem Be schleunigungsvermögen der beiden Räte hatte wohl niemand gerechnet.

Mobilisierung und Beschleunigung kennen wir in der Wasserwirtschaft auch, so unter anderem bei Murgängen oder grossen Schwemmholzfrachten. Da rüber wird nach einem Ereignisfall in den Medien zwar auch berichtet, doch eher mit Bekanntgabe der Schä den. Zur Verminderung des Schadenpotenzials sind unsere Experten damit intensiv beschäftigt, wie einige Publikationen in dieser letzten Ausgabe des Jahres 2022 bestätigen. Dazu, sowie zu den weiteren inter essanten Beiträgen, wünsche ich Ihnen, liebe Leserin, lieber Leser, eine spannende Lektüre.

Accélération des procédures – le coup politique de l’année

Au début février de cette année, le Conseil fédéral a mis en consultation un projet visant à accélérer les procédures pour les installations hydroélectriques et éoliennes. Le texte d’introduction du communiqué de presse indiquait à juste titre : « Aujourd’hui, les procé dures d’autorisation de construire sont souvent lon gues pour les installations hydroélectriques ou éo liennes de grande taille ». Le secteur connaît très bien cette situation et a donc accueilli le projet avec bien veillance, tout en apportant de nouvelles optimisa tions dans le cadre de ce qui était censé être politi quement possible. Après l’expiration du délai en mai 2022, il y a eu ensuite le silence radio habituel lors de l’évaluation des réponses à la consultation, jusqu’à ce qu’une accélération sans précédent se produise lors de la session d’automne du Parlement national. En seulement trois semaines, les deux chambres ainsi que la commission de l’énergie du Conseil national se

sont mises d’accord en plusieurs sessions sur un texte de loi, qui est entré en vigueur le 1er octobre, un jour après la fin de la session. Personne ne s’attendait à une telle capacité d’accélération de la part des deux Chambres.

Dans le domaine de l’aménagement des eaux, nous connaissons également la mobilisation et l’ac célération, entre autres lors de laves torrentielles ou en présence de grandes quantités de bois flottant. Certes, les médias en parlent aussi après un événe ment, mais plutôt en annonçant les dégâts. Nos ex perts travaillent d’arrache-pied afin de réduire le po tentiel de dommages, comme le confirment certaines publications de ce dernier numéro de l’année 2022. Je vous souhaite, chère lectrice, cher lecteur, une lec ture passionnante sur ce sujet et sur les autres artic les intéressants.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

Insérer une clause de performance pour rapprocher concessionnaires et concédants lors du retour des concessions hydrauliques Nicolas Rouge, Olivier Bernard

Das 5-Jahres-Monitoring der Restwassersanierung Oberhasli

Steffen Schweizer, Matthias Meyer, Sandro Schläppi, Kristof Reuther, Jan Baumgartner, Benjamin Berger, Maurus Meier, Stephanie Schmidlin, Peter Büsser 232

Seeforellenaufsteiger-Zählung mittels eines vollintegrierten Unterwasserkamerasystems im Gadmerwasser (Berner Oberland)

Basil Wagner, Matthias Meyer, Thomas Hammer, Steffen Schweizer 239

Numerische 3D-Murgangsimulation im Vergleich zu einer physikalischen Murgangmodellierung am Beispiel des Fellbachs in Saas-Balen VS

Albrecht von Boetticher, Jürg Speerli, Catherine Berger, Andrea-Kristin Bachmann 247

50 Jahre Erfassung von Unwetterschäden in der Schweiz

Katharina Liechti, Alexandre Badoux, Gerhard Röthlisberger, Roberto Loat Gian Reto Bezzola 249

Force imposée sur un râtelier en amont d’un évacuateur de crue par des bois flottants, et concept pour favoriser le passage des bois flottants

Michael Pfister, Loïc Bénet, Giovanni De Cesare

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

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SmartWood Innovative Sensortechnik zur Messung und Analyse von Schwemmholz prozessen in Fliessgewässern

Gabriel Spreitzer, Isabella Schalko, Robert Boes, Volker Weitbrecht 267

Durch Revitalisierung zu mehr Abfluss und kühlerem Wasser? Massnahmen und Ergebnisse der Messstrecke Sissle 2030 Insa Will, Dejan Šeatović, Reto Albert

Internationaler Erfahrungsaustausch zu Geschiebemanagement

Carlos R. Wyss, Manuel Nitsche

Das «WEL» vor hundert Jahren: Mitteilungen Dezember 1922

Schweizerische Wasserwirtschaft, Band 15 (1922 1923), Seite 52 ff

Präsidialansprache Hauptversammlung, Donnerstag, 1. September 2022, in Hofstetten bei Brienz Albert Rösti

Protokoll der 111. ordentlichen Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes Procès-verbal 111 ème Assemblée générale annuelle de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux

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Insérer une clause de performance pour rapprocher concessionnaires et concédants lors du retour des concessions hydrauliques

Nicolas Rouge, Olivier Bernard

Résumé

Les concessions hydroélectriques scellent un partenariat pu blic-privé à long terme, généralement 80 ans: l’autorité pu blique a octroyé aux concessionnaires des droits d’eau en échange, notamment, de différentes rentes de ressources (redevances hydrauliques, énergies gratuite et à prix préfé rentiel, quantité d’eau…) et d’impôts (foncier, capital, béné fice…). Les concessionnaires en font usage pour encaisser des recettes issues de la commercialisation de l’énergie pro duite. Dans ce modèle, le concessionnaire porte la quasi-to talité des risques et opportunités sur la période de la conces sion. Lorsque la concession arrive à échéance, cette associa tion prend fin. La propriété des aménagements et les risques inhérents sont alors transférés aux autorités publiques selon des conditions qui sont réglées par les lois en vigueur, com plétées ou non par des conventions spécialement détermi nées dans les actes de concession.

Les législations fédérales et cantonales donnent un cadre général pour le retour des concessions, mais laissent une marge d’interprétation en ce qui concerne notamment les as pects techniques liés à l’état des installations en date du re tour et la détermination de leurs valeurs. L’aménagement ne doit cependant pas subir des conséquences de ces négocia tions. Il est primordial qu’il n’y ait aucune rupture du plan de maintenance afin de garantir la disponibilité et la sécurité de l’aménagement. Les concessionnaires actuels doivent pou voir continuer à développer l’efficience et la durabilité des installations en prenant des décisions de maintenance et de modernisation appropriées en sachant que les concédants en tiendront compte lors de la détermination de l’indemnité équi table à fin de concession.

Le présent article propose d’instaurer une ou des clauses de performance dans une convention de droit de retour, qui lie concessionnaires et concédants au-delà de la durée de la première concession afin de garantir un équilibre équitable lors de la détermination de la valeur de l’aménagement. Un exemple est présenté.

1. Introduction

«La force hydraulique constitue la colonne vertébrale de l’approvisionnement en élec tricité de la Suisse» (OFEN, 2019). Dans le cadre de sa stratégie énergétique, le Conseil fédéral vise pour 2050 une augmentation de la production hydraulique de 3’200 GWh, soit un total de 38’600 GWh. Cette augmen

Zusammenfassung

Wasserkraftkonzessionen besiegeln eine langfristige öffentlichprivate Partnerschaft, in der Regel über 80 Jahre: die öffentli che Hand gewährt den Konzessionären Wasserrechte im Aus tausch für verschiedene Ressourcenrenten (Wassergebühren, kostenlose und vergünstigte Energie, Wassermenge ...) und Steuern (Grundbesitz, Kapital, Gewinn ...). Die Konzessionäre nutzen diese Rechte, um Einnahmen aus der Vermark tung der erzeugten Energie zu erzielen. In diesem Modell trägt der Kon zessionär im Wesentlichen alle Risiken und Chancen während der Laufzeit der Konzession. Wenn die Konzession ausläuft, endet dieses Verhältnis. Das Eigentum an den Anlagen und die damit verbundenen Risiken werden dann der öffentlichen Hand zu Bedingungen zurückübertragen, die in den geltenden Gesetzen geregelt sind, ergänzt oder nicht durch spezielle Ver einbarungen, die in der Konzession vertraglich festgelegt sind. Die eidgenössischen und kantonalen Gesetze legen den allgemeinen Rahmen für die Heimfälle fest, wobei ein Interpre tationsspielraum insbesondere hinsichtlich der technischen Aspekte, die mit dem Zustand der Anlagen zum Zeitpunkt des Heimfalls und der Bestimmung ihres Wertes verbunden sind, bestehen bleibt. Die Betriebsplanung soll jedoch nicht dar unter leiden. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass der Betrieb und die Instandhaltung nicht unterbrochen werden, damit die Verfügbarkeit und Sicherheit der Anlage gewähr leistet bleibt. Die derzeitigen Konzessionäre müssen in der Lage sein, die Effizienz und Nachhaltigkeit der Anlage weiterhin zu entwickeln, indem sie angemessene Entscheidungen über die Instandhaltung und Modernisierung treffen, im Wissen, dass die Konzessionsgeber dies bei der Festlegung der angemessenen Entschädigung beim Heimfall berücksichtigen werden.

Dieser Artikel schlägt die Einführung von Leistungsklauseln in einer Vereinbarung über das Heimfallrecht vor, die Konzes sionsnehmer und Konzessionsgeber über die Dauer der ers ten Konzession hinaus bindet, um ein angemessenes Gleich gewicht in Bezug auf den Wert der Anlage zu gewährleisten. Ein Beispiel wird vorgestellt.

tation constitue de véritables défis techni ques, écologiques, financiers et politiques. De plus, le développement de nouvelles énergies renouvelables nécessitera une compensation accrue de la production in termittente d’électricité, ainsi qu’un trans fert d’énergie d’été vers l’hiver: cette com pensation, respectivement ce transfert repo seront principalement sur l’hydroélectricité.

En parallèle, le contexte actuel de l’aug mentation des prix de l’électricité a un im pact non négligeable sur la prise de conscience de la population. Les citoyens ont de plus en plus de mal à comprendre comment il est possible d’avoir construit tous ces barrages et de payer aussi chère leur électricité. La question de la propriété des aménagements devient cruciale et les

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ment les installations «mouillées» (barrage, conduite forcée, turbine, …) et moyennant le paiement d’une indemnité équitable au concessionnaire, les installations servant à la production et au transport de l’électri cité (parties «sèches» ou «onéreuses» telles qu’alternateur, transformateur, contrôlecommande, …).

voix s’élèvent pour sortir du marché de l’électricité et ainsi avoir une production propre qui permette de mieux maîtriser à long terme les variations de prix. Enfin, l’hydroélectricité étant gourmande en in vestissement, les propriétaires ont un réel besoin de visibilité pour décider d’investir.

L’année 2022 a en outre mis en évidence l’effet du réchauffement climatique sur la ra réfaction de la ressource en eau et la néces sité d’organiser son multiusage en fonction des besoins d’irrigation des terres agricoles, d’eau potable, du tourisme au détriment de ceux de la production d’électricité.

Les conditions cadres sont dès lors en pleine mutation.

D’ici 2050, plus de 200 aménage ments, soit environ deux tiers de la pro duction suisse, devront renouveler leurs concessions de droit d’eau. Il s’agit à chaque fois de discuter des dispositions en matière de droit de retour et de déter miner les conditions d’exploitation de l’énergie hydraulique pour les 80 pro chaines années au maximum, tout en te nant compte des dispositions en matière d’assainissement des cours d’eau (débit résiduel, migration piscicole, éclusées et charriage). Ceci aura également des ré percussions sur les structures de la pro priété et de l’exploitation des installations hydrauliques en Suisse. Il est essentiel que l’hydroélectricité ne souffre pas des retours de concessions: il est primordial d’assurer la fiabilité des aménagements, de garantir leurs disponibilités et de pour suivre leurs modernisations.

Les législations fédérales et canto nales en vigueur laissent une importante marge d’interprétation quant à la notion d’état d’entretien des installations au re tour des concessions. Une méthodologie

pour «Maî triser les valeurs intrinsèques en fin de concession» a été proposée dans (N. Rouge & O. Bernard, 2020). Les articles avaient pour buts de contribuer à clarifier les éléments sujets à discussion et de proposer une méthodologie d’apprécia tion, tout en dépassant la seule approche financière afin de valoriser les connais sances industrielles liées à la gestion du cycle de vie de ces actifs dans un esprit de développement durable.

En effet, le retour des concessions n’est pas une fin en soi et si de nombreuses dis cussions politiques, juridiques, techniques et économiques doivent avoir lieu durant les 15 ans précédant le retour de conces sion, l’aménagement ne devrait pas subir de conséquences de ces discussions. Les propriétaires actuels doivent pouvoir conti nuer à développer l’efficience et la durabi lité en prenant des décisions de mainte nance et de modernisation appropriées en sachant que les concédants en tiendront compte lors de la détermination de l’in demnité équitable due au concessionnaire à fin de concession.

Cet article a pour but de proposer, lors du retour des concessions, une assurance pour les concessionnaires et concédants en ajoutant une clause de performance afin de garantir l’émergence d’un accord équitable et durable pour les deux parties.

2. Bases juridiques et expériences passées

2.1

Bases juridiques

En vertu de l’art. 67 de la Loi fédérale sur l’utilisation des Forces Hydrauliques (LFH), la communauté concédante peut, à l’échéance de la concession, exercer son droit de retour et ainsi reprendre gratuite

Le législateur fédéral (art. 67 al. 1 let. a, LFH) et son homologue valaisan (art. 54 al. 2 let. a de la Loi cantonale sur l’utilisa tion des Forces Hydrauliques, LcFH) ont ainsi, considérant le caractère gratuit de la reprise, limité la durée d’usage des parties totalement mouillées à la durée de la concession. En revanche, aucune durée d’usage ou d’utilité n’est définie pour les «parties sèches» (art. 67 al. 1 let. b LFH; art. 54 al. 2 let. b LcFH), ni pour les instal lations regroupant des parties sèches et mouillées. À fin de concession, le conces sionnaire sortant a droit au paiement d’une indemnité équitable lors du transfert de ces installations. Selon l’art. 56 al. 2 LcFH, «l’indemnité équitable est calculée en par tant de la valeur réelle au moment du re tour, c’est-à-dire d’après la valeur à neuf, réduite de la moins-value résultant de l’usure correspondant à la durée de vie de ces installations et de leur dépréciation économique et technique». Cette défini tion a été précisée par le Conseil d’État valaisan (2015).

Pour empêcher que le droit de retour soit dépouillé de sa valeur économique par une installation dégradée ou présen tant trop de risques de dysfonctionne ment, les législateurs ont imposé une obli gation de maintenir en état d’être exploi tées les installations soumises au droit de retour (art. 67 al. 3, LFH; art. 55 al. 1, LcFH). En parallèle, ils encouragent la moderni sation et l’agrandissement des installations (art. 67 al. 4 LFH; art. 60 LcFH), mais éga lement les travaux de transformation qui doivent être réalisés au cours des 10 années qui précèdent l’expiration de la conces sion (art. 69a LFH).

Il est primordial de garantir d’une part au futur concessionnaire la remise d’un aménagement dans un bon état d’entre tien et performant (art. 67 al. 3 LFH, art. 55 al. 1 LcFH), tout en payant d’autre part au concessionnaire sortant une indemnité équitable qui tienne compte de cet état. Par ces dispositions, les législateurs re connaissent donc implicitement que le versement d’une indemnité équitable est associé à des avantages économiques fu turs qui devraient être sécurisés sur une durée raisonnable, sans pour autant défi nir cette dernière.

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Figure 1: Retour des concessions hydrauliques en Suisse entre 2020 et 2050.

Figure 2: Effet de différentes stratégies de maintenance sur la durée d’utilité d’un actif base des durées de vie présumées définies dans une évaluation du Département de l’Énergie du Valais, 1988.

2.2. Expériences passées

Le document «Évaluation technico-éco nomique d’un aménagement hydro-élec trique lors de l’exercice du droit de retour avec ou sans anticipation» établi par le Département de l’Énergie du Valais (1988) propose des fourchettes de valeur de du rée d’utilité. Ces fourchettes se justifient par le fait que la durée d’utilité d’un actif industriel dépend directement de la stra tégie de maintenance appliquée (Figure 2)

Ce document a été utilisé dans le cadre de nombreux retours de conces sions passés en Valais: Champsec (1986), Forces Motrices de Martigny-Bourg SA (FMMB, 2000), de la Gougra SA (FMG, Stufe Navizence 2004), de Fully SA (FMdF,

2005), de la Borgne SA (FMdB 2006), de Sembrancher SA (FMS, 2006), d’Orsières SA (FMO, 1989/2017 pour l’échéance à venir de 2027), du Grand St Bernard SA (2015 pour 2040), ainsi que CFF Barberine (2010), Ernen-Mörel (2018 pour 2023), Salanfe SA (2020 pour 2032)

Une analyse du retour des conces sions des aménagements mentionnés à la Figure 3 permet de constater que la plu part des sociétés ont procédé à une mo dernisation lourde plus d’une dizaine d’an nées après le retour des concessions, avec pour la plupart, remplacement des groupes de production, gagnant en puissance et en rendement. Pendant ce laps de temps, les actionnaires n’ont pas eu à couvrir des

charges d’amortissements qui auraient été induites si une rénovation avait été ef fectuée dès le début de la nouvelle conces sion. Ces «non-dépenses» ont permis pour cinq des six aménagements analysés de rembourser, plus que pleinement, l’indem nité équitable versée (hypothèse: amortis sement de la modernisation sur 40 ans).

Les résultats présentés à la Figure 3 ne tiennent pas compte de l’amélioration des performances (gains en énergie, puis sance et / ou rendement) ni de l’optimisa tion faite pour le meilleur placement éner gétique de la modernisation. À noter que les aménagements analysés n’ont pas eu d’indisponibilité prolongée entre leur date du retour de concessions et leur moderni sation. La durée de 10 ans après le retour de concession semble être une bonne du rée d’analyse pour y insérer une clause de performance.

3. Clause de performance

3.1 Aspects théoriques

Figure 3: Amortissement de l’indemnité équitable jusqu’à la modernisation versus amortissement de la modernisation sur 40 ans (uniquement partie onéreuse).

Lors des négociations entourant l’achat ou la vente d’une société, il n’est pas rare de constater des différences importantes dans la perception de la valeur entre l’ache teur et le vendeur. Une manière de réconci lier ces différences est l’ajout d’une ou plu sieurs clauses de performance au contrat de vente. Cette clause est un engagement contractuel par lequel l’acheteur s’engage à verser au vendeur une compensation additionnelle basée sur l’atteinte d’objec tifs spécifiques (CAFA, 2022). Ces clauses sont notamment utilisées lorsqu’il est dif ficile d’évaluer adéquatement la rentabilité future.

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Pour le vendeur :

• Permet de participer dans la plus-value future de la société.

• Sécurise l’acheteur sur la valeur de la société et confirme à l’acheteur la motivation du vendeur à maintenir ou à surpasser la profitabilité historique.

Pour l’acheteur :

• Permet de minimiser le risque à l’achat en basant le prix sur la performance historique.

• Force le vendeur à s'assurer que les profits seront maintenus.

• Constitue une source de financement pour la transaction.

Afin d’éviter des litiges potentiels futurs, il est important de spécifier en détail les cri tères utilisés pour calculer la compensa tion additionnelle. Les critères doivent être réalistes, non arbitraires et atteignables sinon la motivation et l’effet recherché ne seront jamais atteints. À noter que plus la durée sera longue, plus elle deviendra dif ficile à évaluer à cause des changements pouvant survenir au cours des années.

Les clauses de performance pour des retours de concessions pourraient s’appli quer sur le taux de disponibilité de l’amé nagement, la durée d’utilité des équipe ments et les montants engagés pour la maintenance des installations ou en fonc tion de la survenue ou non de défaillance importante.

Conformément à la législation fédé rale, la demande de renouvellement de la concession doit être présentée au moins quinze ans avant l’échéance de celle-ci. Les autorités compétentes décident, au moins dix ans avant l’expiration, si, en principe, elles sont prêtes à l’accorder (art. 58 al. a LFH). Le Canton du Valais de mande en outre que le concessionnaire transmette aux autorités concédantes cantonales et communales, au cours de la dixième année précédant l’échéance de la concession, un rapport complet attestant du respect de l’obligation de réaliser les travaux d’entretien et de renouvellement. Dans ce rapport doit être notamment fourni une analyse de l’état des installa tions (par ex. indice d’état / état de santé cf. N. Rouge & O. Bernard, 2020), des risques associés à l’aménagement, la stratégie et le plan de maintenance et d’investisse ments d’ici la fin de concession et au-delà qui précisent les actions à mener, ainsi que l’historique des indicateurs de perfor mances (apport, production, disponibili té…). Concessionnaire et concédant ont dès lors tous les éléments pour suivre l’état des installations, ainsi que la dispo nibilité de l’aménagement d’ici à la fin de

la concession et après et ainsi de définir des clauses de performance mesurables.

Le processus de retour de concession gagne ainsi à reposer sur une approche transparente du concessionnaire sortant qui explicite ainsi son jeu d’hypothèses pour justifier les durées d’utilité qu’il considère lors du calcul de la valeur intrinsèque de son aménagement en fonction des stratégies de maintenance qu’il a mises en place (Figure 2) Le concédant devrait ensuite employer ses moyens à l’analyse des éléments de preuve apportés par le concessionnaire sortant pour justifier ses hypothèses et, ainsi, disposer d’une garantie «raison nable» qu’il achète un actif industriel au juste prix (N. Rouge & O. Bernard, 2020)

3.2 Exemple pratique

Un concessionnaire et un concédant né gocient un retour de concessions pour 2030. Une divergence apparaît pour la dé termination d’une indemnité équitable en lien avec un investissement d’une valeur de 3,5 MCHF réalisé en 1995. Le conces sionnaire, tenant compte de l’entretien ré alisé et de son plan de maintenance, cal cule l’indemnité équitable à partir d’une durée de vie utile de l’actif concerné de 60 ans. Le concédant conteste cette durée de vie et veut imposer 40 ans. Deux scé narii sont possibles : (1) le concédant im pose sa valeur de 40 ans au concession naire et (2) le concédant accepte la valeur de 60 ans proposée par le concession naire. L’enjeu financier correspond dans ce cas à un écart sur l’indemnité équitable qui s’élève à 1,02 MCHF, soit un peu moins d’un tiers de la valeur historique de l’inves tissement.

Dans cet exemple, les deux acteurs entendent rester partenaires dans la fu ture concession (60% conservé par le concédant et 40% acquis par le conces sionnaire sortant). Ensemble, ils vont être confrontés aux conséquences des déci sions prises lors du retour. Selon l’année à laquelle la fin de vie de l’actif concerné se

révèle effective (sous la forme d’une rup ture dans le cas de notre exemple), le ma laise de l’un et la frustration de l’autre vont évoluer et se répartir différemment en fonc tion du scénario de décision (Figure 4)

Pour bien mesurer l’enjeu de la déci sion à prendre lors du retour de conces sion, il est nécessaire de se projeter dans la future concession et d’évaluer les consé quences d’une éventuelle rupture fortuite de l’actif concerné par la divergence. En admettant que cet actif (fil de l’eau) puisse causer une indisponibilité de 12 mois d’un des groupes d’une centrale de production d’une puissance de 3 x 30 MW, la perte de production s’élève à environ 140 GWh. En admettant une fourchette de prix moyen de vente de l’électricité produite variant entre 80 et 110 CHF/MWh et un prix de re vient moyen de 40 CHF/MWh, la consé quence financière de l’indisponibilité peut varier dans une année donnée entre 5,6 et 9,8 MCHF, soit entre 5 à 10 fois la diver gence sur l’indemnité équitable. La Figure 5 illustre la perte financière pour chaque ac teur en fonction de l’année d’occurrence de la défaillance de l’actif. Les pertes cor respondent à la différence de valeur ac tuelle nette (VAN), calculée en 2030 pour la période de 2030 à 2060 pour des cas avec ou sans défaillance à l’année X. Un taux interne de rentabilité (TRI) de 5% a été pris en compte pour cet exemple. Les pertes sont réparties en fonction des par ticipations (60 / 40) de chaque partenaire dans la future concession. Étant donné l’ampleur des revenus associés à cet exemple, les valeurs des pertes illustrées à la Figure 5 ne dépendent quasiment pas du scénario de décision retenu au retour de la concession. De plus, leur ordre de grandeur reste jusqu’en 2050 plus impor tant que la divergence au moment du re tour en 2030.

Une clause de performance peut être intégrée au moment du retour afin de mieux répartir l’effet des incertitudes associées à la défaillance de l’actif concerné par la

Figure 4: État de frustration et de malaise des acteurs en fonction des scénarii de décisions prises au retour et de la date d’apparition d’une défaillance de l’actif concerné par une divergence d’opinion sur la durée de vie.

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Les avantages et inconvénients d’une clause de performance pour chacune des parties (CAFA, 2022)

a) Scénario 1 : C-naire 60 ans – C-dant 40 ans.

b) Scénario 2 : C-naire 60 ans – C-dant 60 ans.

Figure 5: Évaluation des pertes financières des acteurs de la future concession en fonction de l’année d’occurrence d’une défaillance de l’actif concerné par une divergence d’opinion sur la durée de vie en fonction des scénarii de décision.

divergence. L’actif peut faire l’objet pour les acteurs de la future concession:

1. d’une défaillance après 40 ans et ainsi permettre d’engranger des revenus de production à l’aide d’un actif dont la valeur résiduelle est nulle (scénario 1) ;

2. d’une défaillance avant 60 ans et ainsi générer des pertes induites par un actif dont la valeur résiduelle n’est pas nulle (scénario 2).

Dans le cas du scénario 1, la clause de performance devrait consister à reverser à l’ancien concessionnaire une partie des gains réalisés après 2035. Dans le cas du scénario 2, la clause de performance im pose à l’ancien concessionnaire de rever ser une partie de l’indemnité équitable ver sée lors du retour pour compenser les pertes des acteurs de la nouvelle conces sion. La Figure 6 illustre l’effet d’une clause

de performance pour les deux scénarii sur la répartition des pertes des acteurs de la future concession. La prime à payer dans les deux cas est calculée en fonction de la divergence initiale (1,02 MCHF) et tient compte de la part du concédant dans la nouvelle concession (60%).

Dans le cas du scénario 1, la clause de performance a un effet marqué au béné fice du concessionnaire si la défaillance

b) Scénario 2 : C-naire 60 ans – C-dant 60 ans a) Scénario 1 : C-naire 60 ans – C-dant 40 ans.

Figure 6: Réajustement des pertes financières des acteurs de la future concession en fonction du paiement d’une clause de performance.

Figure 7: Paiement d’une clause de performance et valeur des primes à payer pour chaque acteur en fonction du scénario de décision.

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Figure 8: État de frustration et de malaise des acteurs en fonction des scénarii de décisions prises au retour et de la date d’apparition d’une défaillance de l’actif concerné par une divergence d’opinion sur la durée de vie avec prise en compte d’une clause de performance.

survient après 2045. Dans le scénario 2, la clause de performance permet de rééqui librer les pertes, avec un avantage marqué pour le concédant lorsque la défaillance survient avant 2045.

Il est intéressant de noter que la valeur de la prime à payer par le concédant au concessionnaire dans le cas du scénario 1 devient, lorsqu’elle est capitalisée à l’an née X, plus importante que celle qu’il au rait payé au moment du retour à partir de 2045. Ceci s’explique par le fait que si le concessionnaire avait eu ce montant à sa disposition en 2030, il aurait pu le faire tra vailler à son profit à un TRI de 5%. De même, la prime que devrait verser le concession naire au concédant excède le montant à payer lors du retour si la défaillance sur vient avant 2045 (scénario 2).

Sur la base de l’exemple précédent, l’introduction d’une clause de performance permet de mieux rééquilibrer la frustration et le malaise des différents acteurs (Figure 8)

4. Conclusion

Cet article démontre à l’aide d’un exemple que tous les acteurs de la future conces sion ont un intérêt fort à disposer d’actifs en bon état d’être exploités. Lors du pro cessus de retour de concessions, il appa raît important pour le concédant d’établir une relation de confiance avec le conces sionnaire afin d’éviter que le droit de retour ne soit dépouillé de sa valeur économique par une installation mal entretenue pré

Sources:

CAFA, La clause de performance – rapprocher acheteur et vendeur, cafafinance.com, 2022 Évaluation technico-économique d’un aménagement hydro-électrique lors de l’exercice du droit de retour avec ou sans anticipation, Département de l’Énergie du Valais, septembre 1988

Message du Conseil d’État au Grand Conseil concernant la stratégie force hydraulique du Canton du Valais, 3.12.15

sentant trop de risques de dysfonctionne ment fortuit.

L’introduction d’une clause de perfor mance lors du retour de concessions est un moyen permettant de positionner tous les acteurs dans un partenariat (win–win) qui peut se retrouver gagnant pour tous (Figure 9). Cette introduction implique cependant certaines complexités qu’il y a lieu de gérer : • La durée de vie utile d’un actif dépend directement de la maintenance et des contrôles réalisés sur cet actif. Il est donc nécessaire que le concessionnaire sortant explicite clairement les actions de maintenance à mener et que ces der nières soient effectivement réalisées et

contrôlées tout au long de la durée d’ap plication de la clause de performance. Ce suivi et ces contrôles devraient pou voir être effectués de manière objective si le concessionnaire sortant reste un acteur de la future concession. À défaut, un organe indépendant pourrait être constitué pour assurer ces contrôles.

• L’intérêt d’une clause de performance est fort pour des actifs critiques, à savoir ceux qui ont un impact important sur les revenus générés par un aménagement, notamment lorsque les prix du marché de l’électricité sont hauts et/ou lorsque les coûts des indisponibilités fortuits sont importants.

• La durée d’application de clauses de per formance ne devrait pas excéder 10 ans. Ces clauses devraient être appliquées uniquement sur des équipements faisant retour onéreux, tels que les alternateurs, transformateurs, contrôles-commande et en partie onéreux, comme par ex. les bâ timents d’exploitation et les cavernes.

À noter enfin que cette méthodologie pour rait également être appliquée lors d’agran dissement et modernisation avant un re tour de concession dans le cadre de la Convention de la part non-amortie à fin de concession (art. 67 al. 4 de la LFH).

c) Scénario 1 : C-naire 60 ans – C-dant 40 ans d) Scénario 2 : C-naire 60 ans – C-dant 60 ans

Figure 9: État de frustration et de malaise des acteurs en fonction des scénarii de décisions prises au retour et de la date d’apparition d’une défaillance de l’actif concerné par une divergence d’opinion sur la durée de vie avec prise en compte d’une clause de performance.

OFEN, Potentiel hydroélectrique de la SuisseÉvaluation du potentiel de développement de la force hydraulique dans le cadre de la Stratégie énergétique 2050, Août 2019

Rouge N., Bernard O., Vers des valeurs intrinsèques fin de concession hydraulique maitrisées, Wasser Energie und Luft, Heft 4/2020

Rouge N., Bernard O., Wertermittlung am Ende der Konzession, Bulletin VSE/AES 11/2020

Auteurs:

Nicolas Rouge, Ingénieur mécanicien EPFZ-MBA, Asset manager, Alpiq Suisse SA, 1001 Lausanne, nicolas.rouge@alpiq.com

Olivier Bernard, Dr Génie-Civil EPFL, Directeur Services Énergétiques, ALTIS Groupe SA, 1934 Le Châble, olivier.bernard@altis.swiss

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

Das 5-Jahres-Monitoring der Restwassersanierung Oberhasli

Zusammenfassung

Seit 2012 wird die Restwassersanierung der Gewässer im Oberhasli umgesetzt. Mit dem 5-Jahres-Monitoring wurden für die Aspekte Fischökologie, Makrozoobenthos und Ökohy draulik mehrheitlich deutliche Verbesserungen nachgewiesen. Insbesondere hat sich die Situation für die aufsteigende See forelle im Gadmerwasser verbessert vor Umsetzung der Rest wassersanierung gab es keine Beobachtungen zur Laichakti vität von Seeforellen, nach Umsetzung konnten über 25 Laich tiere eindeutig registriert werden. Auch die ökohydraulischen Untersuchungen zeigen eine deutliche Verbesserung hinsicht lich Zunahme an aquatischem Lebensraum sowie höhere Fliessgeschwindigkeiten und Wassertiefen. Davon profitieren Wasserpflanzen und -insekten sowie Bach- und Seeforelle. Grundsätzlich ist eine Pauschalaussage für andere Rest was ser strecken allerdings nicht möglich, hingegen können ge wisse Rückschlüsse wie beispielsweise hinsichtlich notwen diger Wassertiefen für die Fischwanderung aus der Rest was sersanierung Oberhasli gezogen werden.

1. Ausgangslage

Im Rahmen eines breit angelegten par tizipativen Prozesses (Schweizer et al., 2012a) zum Investitionsprogramm KWO plus (Schweizer et al., 2012b) und zur Rest

Résumé

Depuis 2012, l’assainissement des débits résiduels des cours d’eau de l’Oberhasli est mis en œuvre. Avec le suivi de 5 ans, des améliorations significatives ont été détectées pour la plupart des aspects de l’écologie piscicole, du macrozoobenthos et de l’éco hydraulique. La situation s’est notamment améliorée pour la trui te lacustre en montaison dans le Gadmerwasser avant la mise en œuvre de l’assainissement des débits résiduels, il n’y avait pas d’observations sur l’activité de reproduction des truites la custres ; après la mise en œuvre, plus de 25 reproducteurs ont pu être clairement enregistrés. Les études écohydrauliques mon trent également une nette amélioration en termes d’augmenta tion de l’habitat aquatique ainsi que des vitesses d’écoulement et des profondeurs d’eau plus élevées. Les plantes et les insec tes aquatiques ainsi que la truite de rivière et la truite lacustre en profitent. Il n’est toutefois pas possible de tirer des conclusions générales pour d’autres tronçons à débit résiduel, mais certaines conclusions peuvent être tirées de l’assainissement des débits résiduels de l’Oberhasli, par exemple en ce qui concerne les profondeurs d’eau nécessaires pour la migration des poissons.

wassersanierung (Schweizer & Zeh Weissmann, 2011) wurden verschiedene Mass nahmen zur Restwassersanierung nach Art. 80 GSchG definiert (Tabelle 1, Bild 1). Dabei wurden für die verschiedenen Rest wasserstrecken unterschiedliche ökologi

Massnahme Dotierung Ökologisches Zielniveau

RW-Dotierung Räterichsbodensee mit klarem Wasser aus Hangkanal Entsprechend Zufluss (maximal 250 l/s)

RW-Dotierung Handeck 100–300 l/s

RW-Dotierung Grubenbach 15 l/s

RW-Dotierung Mattenalpsee 25–50 l/s

RW-Dotierung Steinwasser 60 l/s

RW-Dotierung Wendenwasser 60 l/s

RW-Dotierung Fuhren 150–300 l/s

RW-Dotierung Hopflauenen 1 250 l/s

Benthos

Bachforelle

Bachforelle RW-Dotierung Engstlensee Zwischen Juni und Oktober 200 l/s QLandschaft RW-Dotierung Engstlenbach 25–100 l/s

RW-Dotierung Leimboden 25–50 l/s

Benthos Fischlift an der Fassung Fuhren Geschiebedotierung Obermad

Tabelle 1: Massnahmen und ökologische Zielniveaus der Restwassersanierung KWO. RW = Restwasser. 1 = im Rahmen des Ausbauprojekt Tandem wurde die Restwasserabgabe auf 300 l/s erhöht. Weitergehende Details finden sich in Schweizer & Zeh Weissmann (2011).

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sche Zielniveaus definiert und je Fassung die zum Erreichen der Zielvorgaben nöti gen Restwasserabgaben hergeleitet.

Die Massnahmen werden seit Ende 2012 umgesetzt, also unter Berücksichti gung der gesetzlichen Fristverlängerung auf 2012 termingerecht. Im Rahmen eines umfangreichen Untersuchungsprogramms (Schweizer et al., 2010) wurde der ökologi sche Zustand vor der Umsetzung der Rest wassersanierung detailliert erhoben. Ge mäss Sanierungsverfügung ist ein 5-Jah res-Monitoring durchzuführen.

2. Untersuchungen

Im 2013 sowie zwischen den Jahren 2018 bis 2020 erfolgten zahlreiche Untersuchun gen und Auswertungen zu folgenden As pek ten (Bild 2):

• Abflussmessungen unterhalb der Fassungen (Umsetzungskontrolle durch BWU Mathez)

• Ökohydraulische Untersuchungen in den Restwasserstrecken (durch KWO und Sigmaplan AG)

Steffen Schweizer, Matthias Meyer, Sandro Schläppi, Kristof Reuther, Jan Baumgartner, Benjamin Berger, Maurus Meier, Stephanie Schmidlin, Peter Büsser

Bild 4: Ergebnisse der Messungen der benetzten Breite (Y Achsen jeweils in Metern) unterhalb der Fassung Hopflauenen (unteres Gadmerwasser). Links sind die Ergeb nisse der Dotierversuche 2008 und rechts bei der Überprüfung im Jahr 2018 dargestellt. Die rote Ellipse entspricht der Dotierung vor der Restwassersanierung, die grüne Ellipse nach der Restwassersanierung (inklusive Erhöhung der Dotierung auf 300 l/s im Rahmen des Ausbauprojekts Tandem, vgl. auch Kapitel 3.2.1).

• Erhebungen des Makrozoobenthos (ge mäss Methode IBCH durch Limnex AG)

• Fischökologische Bestandserhebungen mit Elektrobefischung, Laichgruben kartierungen und Kameramonitoring (durch KWO und Peter Büsser)

• Beurteilung von landschaftlichen Aspek ten (durch KWO und Sigmaplan AG)

Damit wurden alle für die Restwassersanie rung relevanten Umweltaspekte berück sichtigt. Detaillierte Untersuchungen zur Geschiebedotierung Obermad erfolgen über die Geschiebesanierung des Gadmer wassers (Baumgartner et al., 2018)

3. Massnahmen und ihre ökologischen Wirkungen

In den folgenden Unterkapiteln werden die wichtigsten Ergebnisse für die einzelnen Untersuchungsthemen beschrieben.

3.1 Restwasserdotierungen und Ökohydraulik

Die an den elf Fassungen abgegebenen Dotierwassermengen wurden direkt nach der Umsetzung, ein Jahr und fünf Jahre nach der Umsetzung durch das Büro BWU Mathez, gemessen und kontrolliert (BWU Mathez, 2013; BWU Mathez, 2018). Bei der Fassung Handeck wurde für die Winter dotierung eine um 65 l/s erhöhte und eine um 50 l/s zu tiefe Abgabe für die Sommer dotierung gemessen. Im Anschluss

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an die

Bild 1: Restwasserdotierungen, Geschiebedotierung und Fischlift im Einzugsgebiet der KWO.

Bild 2: Beprobungsstellen des 5 Jahres Monitorings der Restwassersanierung.

Bild 3a und 3b: Abflusssituation am Steinwasser (links) und Wendenwasser (rechts).

Messungen erfolgten eine entsprechende Nachjustierung bei der Einstellung der Rest wasserabgabe sowie interne Kontroll messungen. Auch beim Ausfluss des Engstlensees wurde im Sommer 2018 die vorgeschriebene Restwasserabgabe nicht erreicht. Dies ist allerdings auf den damals sehr tiefen Seestand zurückzuführen, der infolge einer länger anhaltenden Trocken periode und Versickerungen im Seegrund natürlicherweise auf einem sehr niedrigen Niveau lag. In dieser Zeit fand auch keine Wasserentnahme durch die Seefassung statt. Bei den restlichen Fassungen wurden die vorgegebenen Restwasserabgaben eingehalten oder in mehreren Fällen zum Teil deutlich übertroffen.

Bei den Fassungen Stein und Wenden ist eine ganzjährige Dotierung mit jeweils 60 l/s sowie das Erreichen des Zielniveaus Makrozoobenthos resp. Zielniveau Bach forelle unterhalb des Zusammenflusses der beiden Bäche vorgeschrieben (Bild 3a und 3b). Bei den im 2008 durchgeführten Dotier versuchen (Schweizer et al., 2010; Sigmaplan, 2010) genügten dafür jeweils 30 l/s. Aufgrund der hohen Geschiebe dynamik der beiden Bäche und den da mals bereits bekannten Versickerungs erscheinungen wurde die abzugebende Rest wassermenge sicherheitshalber auf jeweils 60 l/s erhöht. Im Anschluss an ein Hochwasserereignis im Jahr 2013 verlegte das Steinwasser seinen Verlauf fast voll ständig. Dies führte zu einer sehr starken Erhöhung der Versickerungen und zur Aus trocknung von Gewässerabschnitten des Steinwassers. Daraufhin wurde das Rest wasser auf zeitweise bis zu 160 l/s erhöht, womit die o. g. ökologischen Zielniveaus wieder eingehalten werden. Aufgrund einer erhöhten natürlichen Kolmation und sich höher einstellender Grundwasserstände nahm die Versickerungsleistung im neuen Gerinne mit der Zeit ab und die Restwas serabgabe konnte wieder reduziert wer den. Mittlerweile wurde ein kamerabasier tes Monitoring für diesen kritischen Ab schnitt etabliert, das eine Nachjustierung der Restwasserabgabe in Abhängigkeit der ökologischen Zielniveaus erlaubt.

In Bild 4 sind die ökohydraulischen Verbesserungen in Abhängigkeit der Rest was sermenge für die Gewässerstrecke unterhalb der Fassung Hopflauenen (unte res Gadmerwasser) exemplarisch darge stellt.

In Tabelle 2 sind die Ergebnisse der ökohydraulischen Untersuchungen für die wichtigsten Restwasserstrecken zusam menfassend dargestellt. Die Einteilung in die Klassen «0», «+» und «++» erfolgte op

Fassung

Wassertiefe

Fliessgeschwindigkeit

Wenden ++ + 0 Stein + ++ 0 Fuhren 0 ++ + Hopflauenen ++ + + Engstlenbach 0 ++ + Leimboden ++ 0 0 Handeck + ++ 0

Tabelle 2: ökohydraulische Veränderungen infolge von Restwassererhöhungen für die wichtigsten Restwasserstrecken (­ = Verschlechterung, 0 = keine Verbesserung, + = leichte Verbesserung, ++ = grosse Verbesserung, jeweils gegenüber dem Zustand vor der Restwassersanierung).

Bild 5: Altersklassen der Bachforelle für den Unterlauf des Gadmerwassers (Chaistenlamm) unterhalb der Fassung Hopflauenen. Befischungslänge 62 m.

tisch und orientierte sich an den BoxplottDiagrammen gemäss Bild 4. Insgesamt konnten für alle Gewässer abschnitte deutliche Verbesserungen hin sichtlich der ökohydraulischen Parameter erzielt werden.

3.2 Fische

Die fischökologischen Aufwertungen der Restwassersanierung bestehen zum einen aus Restwasserdotierungen (Kapitel 3.2.1) und zum anderen aus Massnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit (Kapitel 3.2.2).

3.2.1

Erhöhung der Restwassermengen

In der Regel sind für das Erreichen des Ziel niveaus «Bachforelle» höhere Restwasser mengen nötig als für die Zielvorgaben «Be netzung» oder «Benthos». Für die folgen den Restwasserstrecken wurde als ökolo gisches Zielniveau «Bachforelle» festgelegt:

• Hasliaare unterhalb der Fassung Handeck

• Gadmerwasser unterhalb der Fassungen Stein und Wenden

• Gadmerwasser unterhalb der Fassung Fuhren

• Gadmerwasser unterhalb der Fassung Hopflauenen.

• Engstlenbach unterhalb der Fassung Engstlenbach

Im Zuge des Kraftwerkausbaus Innertkir chen 1E und Handeck 2A erfolgte als wei tere Ausgleichsmassnahme eine Erhöhung der Dotierung an der Fassung Hopflaue nen von 250 l/s auf 300 l/s, um der See forelle die Zugänglichkeit im unteren Be reich des Gadmerwassers für Laichakti vitäten besser zu ermöglichen (Schweizer et al., 2012b)

Mit den Bestandserhebungen im Jahr 2018 wurden deutliche Verbesserungen der Bachforellenpopulation im unteren Gadmer wasser (Chaistenlamm) unterhalb der Fas sung Hopflauenen hinsichtlich Altersstruk tur und / oder Individuendichte beobachtet (Bild 5). Insbesondere im unteren Gadmer wasser (Ga3) und in der Hasliaare (H1) wur den sehr hohe Jungfischdichten vorgefun den, die jene in der Lütschine mit natur nahen Verhältnissen hinsichtlich Abfluss und Morphologie bei weitem übersteigen (Schweizer et al., 2021). Insgesamt zeigen die Erhebungen, dass in allen untersuch ten Fischgewässern nach der Restwasser sanierung keine wesentlichen Beeinträch tigungen der ansässigen Fischpopulatio nen vorliegen.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 227

Benetzte Breite Maximale

Bild 7: Darstellung der Seeforellenbewegungen für die Laichzeit 2018. Unterteilt in eindeutig erfasste Individuen (ID), ungenaue Erfassungen (Fotoqualität nicht ausreichend für eine individuenscharfe Bestimmung) sowie mehrfach nachgewiesene Tiere. Positive Y Achse entspricht registrierten Aufwärtsbewegungen, negative Y Achse entspricht registrierten Abwärtsbewegungen (Meyer et al., 2019).

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Bild 6: Das untere Gadmerwasser (Chaistenlamm) und Foto einer Laichgrube.

Bild 8:

Milchner mit über 75 cm Länge im Gadmer wasser am 9.10.2018 um 03:22 Uhr, welcher mehrfach die Fischzählanlage des Resistivity Fish Counters direkt unterhalb des abgebildeten Riffels passierte.

Im unteren Gadmerwasser wurde die Do tierung für die Seeforelle mit einem Resi stivity Fish Counter inklusive integrier tem Kameramonitoring sowie einer Laichgru benkartierung in den Laichsaisons 2018/19 (Meyer et al., 2019) und 2020/21 (Wagner, 2021) detailliert untersucht (Bilder 6 bis 8) Gemäss den Erfahrungen des lokalen Fi schereivereins Oberhasli wurde vor der Restwassersanierung das untere Gadmer wasser (Chaistenlamm) als Laichgebiet von der Seeforelle nicht oder höchstens ver einzelt genutzt.

Mit dem Resistivity Fish Counter in klusive integriertem Kameramonitoring und Fischleitsystem, der sogenannten Seeforel lenweiche nach Meyer et al. (2015), konn ten in der Laichsaison 2018/19 insgesamt 100 Bewegungen von Seeforellen regist riert werden. Auf Basis des individuellen

Punktmusters konnten beim Abgleich der Kameraaufnahmen insgesamt 26 Seeforel lenindividuen eindeutig bestimmt werden (Meyer et al., 2019). In der zwei Jahre spä ter stattfindenden Laichzeit wurden ins gesamt 19 Seeforellen eindeutig nachge wiesen (Wagner, 2021). Die Hauptlaichzeit lag in beiden untersuchten Saisons zwi schen Ende Oktober und Mitte November (Bild 7) und entspricht in etwa derjenigen in der Hasliaare (Meyer et al., 2017b; Greter et al., 2021; Reuther, 2022). Weitere Details zur Aktivität der Seeforellen im Gadmer wasser sind in Meyer et al. (2019) und in Wagner (2021) beschrieben.

3.2.2 Verbesserung der Durchgängigkeit Fischlift

Vor Umsetzung der Massnahme trennte die Fassung Fuhren zwei Gewässerab schnitte des Gadmerwassers von 1200 m im Unter- und von rund 3500 m im Ober lauf. Am jeweiligen anderen Ende der bei den Abschnitte befinden sich natürliche Abstürze, die eine flussaufwärtsgerichtete Fischmigration verhindern. Die Fassung Fuhren wird als Pumpfassung betrieben und im Wochenverlauf schwankt der Was serspiegel im Oberbecken daher beträcht lich. Im Planungsprozess zeigte sich, dass aus hydraulischer und technischer Sicht der Anschluss eines konventionellen Schlitz passes an das Fassungsbecken nicht rea lisierbar ist. Daher wurde für die Fischauf stiegswanderung eine Kombination aus Schlitzpass (unterer Einstieg) und Fischlift (oberer Anschluss) gewählt (Bild 9). Die aufwandernden Fische schwimmen zuerst

den Schlitzpass hoch, welche in den Reu senkorb des Fischlifts mündet. Je nach Saison erfolgt alle 2 bis 6 Stunden eine Lift fahrt, bei der der Reusenkorb rund 7 m in die Höhe gehoben und der Inhalt des Reu senkorbs am oberen Ende des Fischlifts in ein schräg nach unten führendes Kunst stoffrohr gekippt wird. Mit dem Verlassen der Abschwemmleitung gelangen die Fi sche in das Oberwasser. Weitere Details zur Funktion des Fischlifts finden sich in Meyer et al. (2016) und Meyer et al. (2017a) Zwischen 2013 und 2015 wurden bei jeder Liftfahrt drei Fotos mit einer automa tischen Überwachungskamera erstellt, um die Funktionsfähigkeit der Fischaufstiegs hilfe (FAH) zu überprüfen. Dabei konnte ge zeigt werden, dass die FAH grundsätzlich für alle Grössenklassen der Bachforelle gut funktioniert und die jährliche Anzahl der im Reusenkorb beobachteten Fische entspre chend dem Fischbestand den Erwartun gen entspricht. Detaillierte Ergebnisse sind in Meyer et al. (2017a) beschrieben.

Die entgegengesetzte Wanderrichtung ist grundsätzlich auf zwei Arten möglich. Bei erhöhten Zuflüssen wird die Fassung vollständig geöffnet und die Fische kön nen durch das Fassungsbauwerk unge hindert absteigen. In der restlichen Zeit steht den Fischen eine Abstiegsleitung in Form einer Bypassleitung zur Verfügung, welche sich im Zulaufkanal zum Pump kraftwerk Fuhren befindet und die Tiere unterhalb des Fassungsbauwerks in einen Pool gelangen lässt. Die Auffindbarkeit der Abstiegsleitung im Zulaufkanal wurde mit der Installation eines Leitblechs ver bessert. Auf den Kameraaufnahmen vom Fischlift konnten bestimmte Tiere mehr fach nachgewiesen werden, d. h. ein Fisch abstieg ist grundsätzlich möglich. Aller dings sind weitergehende Aussagen zur Funktionsfähigkeit mit den vorhandenen Daten nicht möglich.

3.3

Makrozoobenthos

Bereits vor der Umsetzung der Restwasser sanierung war die Situation in den meisten Restwasserstrecken hinsichtlich Artenviel falt, Vorkommen von standorttypischen Ar ten und weiterer gewässerökologischer Indices (Schweizer et al., 2010; Schweizer & Zeh Weissmann, 2011) relativ gut. In Tabelle 4 sind die wichtigsten Veränderungen, die sich bei der Probenahme von 2018 ge genüber dem Zustand vor Umsetzung der Restwassersanierung ergeben haben, je Restwasserstrecke zusammengefasst.

Insgesamt wurde bei der Mehrzahl der untersuchten Gewässerabschnitte eine leichte bis mittlere qualitative Verbesse

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Bild 9: Fischlift im Gadmerwasser.

Aufsteigender Seeforellen

Wichtigste Veränderungen, die beobachtet wurden

Hasliaare unterhalb Räterichsbodensee Leichte Zunahme an gebirgsbachtypischen Arten.

Hasliaare unterhalb Fassung Handeck Leichte gewässerökologische Aufwertung, insbesondere durch deutlich mehr Lidmücken (strömungsliebende Spezialisten).

Grubenbach unterhalb Fassung Grubenbach Erhebliche qualitative Verbesserung hinsichtlich IBCH und Anzahl vorgefundener Taxa. Spezialisten der Referenzstelle fehlen aber weiterhin.

Engstlenbach unterhalb Engstlensee Leichte Zunahme der Vielfalt und Verbesserung des allgemeinen biologischen Zustandes.

Engstlenbach unterhalb Fassung Engstlenbach Kein klarer Trend zu erkennen.

Gentalwasser unterhalb Fassung Leimboden Deutliche Zunahme der Vielfalt und Verbesserung des allgemeinen biologischen Zustandes.

Wendenwasser unterhalb Fassung Wenden Kein klarer Trend zu erkennen.

Steinwasser unterhalb Fassung Stein Zunahme IBCH und Erstnachweis von Arten, die auf sehr starke Strömung angewiesen sind.

Gadmerwasser unterhalb Fassung Fuhren Leichte Zunahme der Vielfalt und des IBCH, wobei Gebirgsbachtypische Arten fehlen.

Gadmerwasser unterhalb Fassung Hopflauenen Qualitative Verschlechterung und Abnahme Gesamtzahl Tiere in der oberen RW-Strecke. Qualitative Ver besserung in der unteren RW-Strecke und Abnahme Gesamtzahl Tiere.

Tabelle 4: Zusammenfassung der wichtigsten Veränderungen gegenüber dem Zustand vor der Restwasser sanierung. IBCH = Index gemäss Modulstufenkonzept Makrozoobenthos als Mass für den allgemeinen biologischen Gewässerzustand.

rung beobachtet, die sehr wahrscheinlich auf die Erhöhung der Restwassermengen zurückzuführen ist. Besonders in flach verlaufenden Gewässerabschnitten konn ten erst mit der Dotierung Habitate gebil det werden, die Lebensraum für eine brei te Palette von Organismen bieten. In drei Rest wasser strecken zeigten sich wider sprüchliche Ergebnisse. Für den Engstlen bach wurde die Dotierung mit der Rest wasser sanierung nur für den Sommer et was erhöht positive Effekte für das Makro zoobenthos blieben vermutlich daher aus. Anders sieht es bei den Restwasserab gaben von Wendenwasser und Gadmerwasser unterhalb der Fassung von Hopf

lauenen aus. Trotz einer markanten Er höhung der Dotiermenge wurde hier bei Menge und Vielfalt eine Abnahme seit der Sanierung festgestellt. Störungen (z. B. Hochwas serereignisse) im Gewässer im Vorfeld der Probenahme sind die wahr scheinlichste Ursache.

Für eine eingehendere Betrachtung der Ergebnisse wird auf den Berichtvon Limnex verwiesen (Schmidlin et al., 2021)

3.4 Landschaft

Eine landschaftliche Beurteilung einer Rest wasserstrecke ist stets mit einer gewissen Subjektivität des Betrachters verbunden. Auch wenn verschiedene Methoden und

Herangehensweisen für eine quantitative landschaftliche Beurteilung bestehen, wur de für das 5-Jahres-Monitoring lediglich eine qualitative Beurteilung für ausgewähl te Standorte in Form einer Fotodokumen tation durchgeführt. Insgesamt entspra chen die Ergebnisse den Erwartungen. Beispielhaft ist dies in Bild 10a und 10b für die Hasliaare unterhalb der Fassung Hand eck dargestellt.

4. Diskussion und Schlussfolgerungen

Wie im Kapitel 3 beschrieben, wurde die Restwassersanierung hinsichtlich Dotie rungen und Fischlift technisch erfolgreich umgesetzt, wobei bei den Dotiereinrichtun gen teilweise nachjustiert werden musste.

Für die ökohydraulischen Aspekte zeig te sich bei allen Restwasserstrecken eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Zustand vor der Sanierung. Zu beachten ist dabei, dass mit der Definition der ökolo gischen Zielniveaus klare ökohydraulische Vorgaben resultieren. Die uner war tet star ken Versickerungseffekte unterhalb der Steinfassung hätten ohne diese Zielvorga ben und der damit verbundenen Anpas sungen der Restwassermenge zu wieder holten Phasen mit ausgetrocknetem Ge wässerbett geführt. Mit dem kamerabasier ten Monitoring wurde eine effiziente Mög lichkeit entwickelt, mit der einerseits die ökologischen Vorgaben permanent ein gehalten und andererseits die Rest was serabgaben auch aus betrieblicher Sicht optimiert werden können.

Hinsichtlich der Fischfauna konnten sehr erfreuliche Verbesserungen für die See- und Bachforellenpopulationen im Oberhasli nachgewiesen werden. Auf

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Bild 10a und 10b: Winter (links) und Sommerdotierung (rechts) in der Hasliaare unterhalb der Fassung Handeck.

Fassung / Restwasserstrecke

grund der morphologischen Bedingungen (kanalisier te Hasliaare, natürliche Schlucht des unteren Gadmerwassers) liegen die heutigen Restwasserverhältnisse in einem sehr guten Bereich für die hiesige Bachund Seeforellenpopulation. Auch in den anderen Gewässerabschnitten führten die Restwassererhöhungen zu deutlichen Ver besserungen. Insgesamt liegen nach Um setzung der Restwassersanierung in den als Fischgewässer ausgewiesenen Rest wasser strecken keine wesentlichen Be einträchtigungen für Bach- und Seeforel len vor.

Mit dem Bau des Fischlifts und der Fischabstiegsleitung konnten zwei ökolo gisch wertvolle Abschnitte des Gadmer wassers für die dortige Bachforellenpopu lation wieder vernetzt werden. Nach mit tler weile neun Jahren Betriebszeit kann festgehalten werden, dass der Wartungs auf wand pro Jahr bei rund 20 Arbeitsstun den damit erfahrungsgemäss deutlich tie fer als bei einem konventionellen Schlitz pass liegt. Dies ist insbesondere auf die solide Ausführung des Lifts sowie auf eine klug gewählte Wasserentnahme, welche sich unterhalb des Recheneinlaufs im Oberbecken befindet, zurückzuführen. Bei einer Realisierung des Triftprojekts ist der Rückbau der Fassung Fuhren als Aus gleichsmassnahme vorgesehen (Schweizer

Quellen:

Baumgartner, J., Berger, B., Schläppi, S. & Meyer, M. (2018): Sanierung Geschiebehaushalt Gadmerwasser, Studie über Art und Umfang von Massnahmen. Bericht im Auftrag des Amts für Wasser und Abfall des Kantons Bern.

BWU Mathez (2013): Umsetzung Gewässersanierung nach Art. 80ff GSchG: Messkampagnen an verschiedene Fassungen. Kurzbericht.

BWU Mathez (2018): 5-Jahres-Monitoring der Gewässersanierung gemäss Art. 80ff GSchG. Zusammenfassung der Kontrollmessungen im Jahr 2018. Faktenblatt.

Greter, R., Meyer, M., Pinter, K., Döring, M., Schweizer, S., Unfer, G. & Lautsch, E. (2021): Die Seeforellenlaich wanderung in der Hasliaare 2019 im Kontext abiotischer Faktoren. Wasserwirtschaft, Heft 2/3, S. 34–41. Schmidlin, S., Weisser, N., Gerber, R., Tanno, D. & Wächter, K. (2021): Erfolgskontrolle der Restwasser sanierung anhand des Makrozoobenthos im Perimeter der KWO. Bericht der Limnex AG.

Meyer, M., Schweizer, S., Göz, D., Funk, A., Schläppi, S., Baumann, A., Baumgartner, J., Müller, W. & Flück, M. (2015). Die Seeforellenweiche – ein mobiles Leitsystem für aufsteigende Wandersalmoniden. Wasserwirtschaft, Heft 7/8: S. 37–41.

Meyer, M., Schweizer, S., Andrey, E., Fankhauser, A., Schläppi, S., Müller, W. & Flück, M. (2016): Der Fischlift am Gadmerwasser im Berner Oberland, Schweiz. Wasser wirtschaft, Heft 2/3, S. 42–48.

et al., 2019). Damit verbunden ist auch die Ent fernung des Fischlifts mögliche Inte ressenten dür fen sich gerne direkt an den Autor wenden.

Bei sieben von zehn untersuchten Rest wasserstrecken führten die Anpassungen des Restwasserabflusses zu quantitativen und/oder qualitativen Verbesserungen bei den Wasserwirbellosen. Die ökologischen Aufwertungen lagen dabei im leichten bis mittleren Bereich. Bei den restlichen drei Restwasserstrecken wurde kein klarer Trend beobachtet. Hier dürften auch an dere, von der Restwassersanierung un abhängige Faktoren, wie beispielsweise Hochwasserereignisse, einen bedeuten den Einfluss auf die Lebensgemeinschaft des Makrozoobenthos ausgeübt haben. Mit Umsetzung der Restwassersanierung wurden in den untersuchten Gewässerab schnitten eine Vielzahl vorher bestehender grösserer Defizite verringert und eine hin sichtlich Menge und Vielfalt gute Gemein schaft an Wirbellosen konnte sich an den meisten Standorten etablieren.

Aus einer ganzheitlichen Perspektive betrachtet ergeben sich somit folgende Schlussfolgerungen: • Bereits vor der Restwassersanierung führ ten die vielen Zuflüsse und die gute Wasserqualität auf einem Grossteil der Restwasserstrecken zu einer steten Was

serführung und nur abschnittsweise zu grösseren ökologischen Defiziten.

• Die im Rahmen der Restwasser sanie rung definierten Restwassermengen sind grösstenteils den morphologischen Be dingungen (seitlich begrenzt) gut ange passt.

• Mit der Restwassersanierung wurden ökohydraulische und fischökologische Verbesserungen sowie Aufwertungen bei den Wirbellosen erreicht.

• Die Verwendung von ökologischen Ziel niveaus erlaubte nachträglich eine An passung von Restwasserabgaben, wel che aus ökologischer Sicht sehr wert voll sind.

• Bei einem Vergleich mit anderen Restwassersanierungen müssen die Eigen heiten der jeweiligen Restwasserstrecken berücksichtigt werden. Daher sind auf Basis dieser 5-Jahres-Wirkungskontrolle keine Pauschalaussagen für andere Rest wasserstrecken möglich.

Danksagung

Für die kritische Durchsicht des Manu skripts bedanken sich die Autoren herzlich bei Karin Gafner

Meyer, M., Schweizer, S. & Kriewitz-Byun, C.-R. (2017a): Der Fischlift am Gadmerwasser – Erfahrungen und Optimierungsvorschläge. Wasserwirtschaft, Heft 2/3, S. 77–81.

Meyer, M., Schweizer, S., Büsser, P., Göz, D., Funk, A., Müller, W., Flück, M., Schläppi, S., Baumgartner, J., Reuther, K., Wächter, K. & Tanno, D. (2017b): Schutzmassnahmen & Monitoring zur Seeforelle im Zuge der Räterichsbodensee-Entleerungen 2014/15 und 2016. WEL, 109/3, S. 155–162.

Meyer, M., Schweizer, S., Ruckli, J., Greter, R. & Ravessoud, T. (2019): Seeforellenaufsteigerzählung Gadmerwasser 2018. KWO-Bericht, 41 Seiten. Reuther, K. (2022): Migration of the lake-run brown trout (Salmo trutta) in the Hasliaare river under special consideration of discharge and water depth. Master thesis. BOKU Wien.

Schweizer, S., Meyer, M., Heuberger, N., Brechbühl, S. & Ursin, M. (2010): Zahlreiche gewässerökologische Untersuchungen im Oberhasli. Wichtige Unterstützung des partizipativen Begleitprozesses von KWO plus. WEL, 102/4, S. 289–300.

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Schweizer, S., Schwegler, B., Rohrer, M., Meyer, M., Schläppi, S., Baumgartner, J., Berger, B., Fahner, S., Fankhauser, A., Zeh Weissmann, H., Niedermayr, A., Roulier, C. & Döring, M. (2019): Das Triftprojekt – ein Überblick zu Projekt, Ökologie und Partizipation. WEL, 111/4, S. 213-221.

Schweizer, S., Lundsgaard-Hansen, L., Meyer, M., Schläppi, S., Berger, B., Baumgartner, J., Greter, R., Büsser, P., Flück, M. & Schwendemann, K. (2021): Die Schwall-Sunk-Sanierung der Hasliaare; Erste Erfahrungen nach Inbetriebnahme und ökologische Wirkungskontrolle. WEL, 113/1.

Sigmaplan (2010): Dotierversuche KWO 2008. Dokumentation und Ergebnisse. Bericht im Auftrag der KWO (Autoren Wagner T. & Zeh Weissmann H.).

Wagner, B. (2021): Ökologische Wirkungskontrolle des Qualitätsniveaus QSeeforelle der Restwassersanierung im Oberhasli (von 2012) durch eine Seeforellen aufsteiger-Zählung im Gadmerwasser mittels eines vollintegrierten Kamerasystems. Praktikumsarbeit. Kraftwerke Oberhasli AG (KWO).

Kontakt: Steffen Schweizer, Leiter Fachstelle Ökologie der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) steffen.schweizer@kwo.ch

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Seeforellenaufsteiger-Zählung mittels eines vollintegrierten Unterwasserkamerasystems im Gadmerwasser

(Berner Oberland)

Zusammenfassung

Die Seeforelle (Salmo trutta) ist in der Schweiz stark gefährdet. Massnahmen zu gunsten ihrer Laichmigration sind notwendig, um den Bestand der Art langfristig zu erhalten. Im Konzessionsgebiet der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) steigen die Seeforellen aus dem Brienzersee zum Laichen unter anderem in den Unterlauf der Restwasserstrecke des Gadmer wassers auf. Seit 1991 schreibt das Gewässerschutz gesetz (GschG) die Sanierung von Restwasserstrecken bei bestehenden Wasser kraftkonzessionen vor. Die KWO hat die Restwassersanierung 2012 fristgerecht um gesetzt. Dazu wurde die Restwassermenge im Gadmerwasser mit der Anpassung der Restwasserabgaben von vormals 25 l/s auf 300 l/s und im Rahmen des Ausbau projekts Tandem auf heute 350 l/s deutlich erhöht. Im Jahr 2020 erfolgte eine Wir kungskontrolle mit Fokus auf die Seeforelle. Bei der Zählung der aufsteigenden Seeforellen wurde ein methodisch neuer Ansatz getestet, der auf einem vollintegrierten Kamerasystem basiert. Vor Umsetzung der Restwassersanierung konnten vermutlich nur sehr wenige Tiere in das Gadmerwasser aufsteigen. Im Untersuchungszeitraum vom 18. September 2020 bis 12. Januar 2021 wurden 63 Seeforellenbewegungen registriert. Durch Punktmusterabgleich konnten 19 Seeforellen individuengenau be stimmt werden. Das eingesetzte Unterwasserkamerasystem erwies sich als geeignete Methode, um grosse Wandersalmoniden im freien Fliessgewässer zu zählen.

Résumé

La truite lacustre (Salmo trutta) est fortement menacée en Suisse. Des mesures en fa veur de sa migration de frai sont nécessaires afin de préserver la population de l’espèce à long terme. Dans la zone de concession des centrales Oberhasli AG (KWO), les truites lacustres remontent du lac de Brienz pour frayer, notamment dans le cours inférieur du tronçon à débit résiduel du Gadmerwasser. Depuis 1991, la Loi sur la protection des eaux (LEaux) prévoit l’assainissement des tronçons à débit résiduel des concessions hydroélectriques existantes. En 2012, KWO a mis en œuvre l’assainissement des débits résiduels dans les délais impartis. Pour ce faire, le débit résiduel dans le Gadmerwasser a été nettement augmenté, passant de 25 l/s auparavant à 300 l/s avec l’adaptation des débits résiduels, puis à 350 l/s aujourd’hui dans le cadre du projet d’extension Tandem. Un contrôle d’efficacité axé sur la truite lacustre a été réalisé en 2020. Une nouvelle approche méthodologique basée sur un système de caméra entièrement intégré a été testée pour le comptage des truites lacustres en montaison. Avant la mise en œuvre de l’assainissement des débits résiduels, probablement très peu d’individus pouvaient remonter le Gadmerwasser. Au cours de la période d’étude du 18 septembre 2020 au 12 janvier 2021, 63 mouvements de truites lacustres ont été enregistrés. La comparaison des échantillons de points a permis d’identifier 19 truites lacustres avec précision. Le système de caméra subaquatique utilisé s’est avéré être une méthode appropriée pour compter les grands salmonidés migrateurs dans les cours d’eau libres.

1. Einleitung

Im Rahmen der Restwassersanierung der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) von 2012 und dem Ausbauprojekt Tandem, das die

Aufwertung von zwei Ausbauprojekten im Konzessionsgebiet der KWO betraf, wur den verschiedene gewässerökologische Massnahmen umgesetzt. Die Dotationen in Leimboden und Hopflauenen sowie die

Verlegung der Wasserrückgabe in Innert kirchen (Bild 1) führten zu einer Dotier wassermenge von 325-350 l/s und zu ei ner Verlegung der Wasserrückgabe, wo mit die untersten 180 m Fliessstrecke des Gadmerwassers nicht mehr von SchwallSunk betroffen sind (Schweizer et al., 2012) Ziel der Massnahmen ist es, den vom Brienzersee aufsteigenden Seeforellen ei ne erfolgreiche Reproduktion im Unterlauf des Gadmerwassers (Bild 1) zu ermög lichen (Meyer et al., 2019)

In der Laichsaison 2014 startete eine Wirkungskontrolle mit Fokus auf die See forelle, in der mittels Elektrobefischung und Kamera-Monitoring eine Erhebung der Laichtiere während mehreren Tagen durchgeführt wurde (Göz, 2015 & Göz, 2016). Aufgrund einer daraus resultierenden Mo mentaufnahme und keiner vollumfängli chen Zählung der aufsteigenden Seeforel len wurde im Jahr 2018 eine erneute See forellenaufsteiger-Zählung mit einer neuen Methode realisiert, welche die Seeforellen permanent während der ganzen Laichzeit registriert. Dabei wurde erstmals ein Fisch widerstandszähler «Resistivity Fish Counter» in Kombination mit einem Fischleitsystem sowie einer Überwachungskamera in einer Zählkammer eingesetzt (Meyer et al., 2019). Im Jahre 2019 verwendeten Greter et al. (2021) in ihrer Studie über die Laichwan de rung der Seeforelle in der Hasliaare ebenfalls die gleiche Methode. Der Betrieb sowie Unterhalt des Fischleitsystems sind mit einem intensiven Arbeits- und Perso nenaufwand verbunden. Deshalb wurde in der Laichsaison 2020 im Rahmen dieser Studie eine neue Methode am Gadmer wasser getestet, die auf einem vollinte grier ten Unterwasserkamerasystem ba siert, um die Seeforellen in freien Fliess gewässern zu zählen.

1.1 Ökotyp Seeforelle

Die potamodrome Seeforelle (Salmo trutta) ist ein Ökotyp der Atlantischen Forelle und weist ein ausgeprägtes Wanderverhalten auf. Ihre ersten Lebensjahre verbringt sie

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Bild 1:

in der Regel in ihren Geburtsgewässern, bevor sie aus den Fliessgewässern in die Seen abwandert, in denen sie sich durch die geringeren Forellendichten und das er höhte Nahrungsangebot deutlich schnel ler entwickeln kann. Mit der Laichwande rung wandert die Seeforelle für die Re produktion in die Zuflüsse der Seen; dabei kann sie Strecken von über 100 Kilometern zurücklegen (Werner et al., 2014). Ihre Laich wanderung kann durch bauliche sowie natürliche Hindernisse, geringe Wasser tiefen und niedrige Wassertemperaturen gehemmt werden, was limitierende Aus wirkungen auf ihre Reproduktion haben kann (Werner et al., 2014; Dönni et al., 2016; Rey & Hesselschwerdt, 2017; Greter, 2021)

In der Schweiz gehört die Seeforelle auf der Roten Liste der gefährdeten Arten der Schweiz zur Kategorie «stark gefähr det» (Kirchhofer et al., 2007), da ihr Migra tionsverhalten für eine erfolgreiche Repro duktion in vielen Gewässern durch Hinder nisse oder unzureichende Wasser tiefen gestört oder unterbrochen wird. Die aus dem Brienzersee aufsteigenden Seefo rellen nutzen im Konzessionsgebiet der Kraft werke Oberhasli AG (KWO) neben der Hasliaare und dem Urbachwasser den

untersten Perimeter des Gadmerwassers (Bild 1) als Laichhabitat. Dazu überwinden sie eine Distanz von bis zu 20 km.

2. Methodik

2.1 Untersuchungsgebiet

Das Gadmerwasser (Bild 1) ist ein 17,6 km langer Nebenfluss der Aare, entwässert das Gadmental und mündet unterhalb von Innertkirchen in die Hasliaare. Das Wasser des Gadmerwassers wird zweimal zur Stromproduktion gefasst und verläuft als Restwasserstrecke bis zur Mündung in Innertkirchen. 900 Meter oberhalb der Mündung liegende natürliche Felsabstürze verhindern den weiteren Aufstieg von Fi schen im Gadmerwasser (Bild 3) (Meyer et al., 2019). Das Untersuchungsgebiet kon zentriert sich dadurch auf den untersten Perimeter des Gadmerwassers (Chaisten lamm), der sich aufgrund von Sohlenmate rial, Morphologie und Abflussregime als Laich- und Jungfischhabitat für die auf steigenden Seeforellen vom Brienzersee gut eignet.

Oberhalb der Chaistenlamm befinden sich zwei Fassungen, an denen seit der Umsetzung der Restwassersanierung und

der Realisierung des Ausbauprojekts Tan dem insgesamt 350 l/s dotiert werden. Während des Untersuchungszeitraums fan den Unterhaltsarbeiten an der Fassung Hopflauenen statt, so dass der Abfluss im unteren Gadmerwasser während der Laich zeit 2020/21 immer mindestens 1,3 m 3 /s betrug.

Bild 2: Unterwasserkamera an der Installationsvorrichtung, eingebaut am Untersuchungsstandort mit einer Bachforelle (ca. 20 cm) im Vorder grund.

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Massnahmen infolge der Rest wasser sanierung der KWO (Daten: Schweizer et al., 2012).

Monitoring

Die Seeforellenaufsteiger-Zählung erfolgte vom 18. September 2020 bis zum 12. Ja nuar 2021. Die migrierenden Seeforellen wurden mit einem vollintegrierten Unter wasserkamerasystem (Hydro Cam) regis triert, das auf das Monitoring von Fischen ausgerichtet ist. Die Kamera ist mit einem Tag- sowie einem Nachtsensor ausgestat tet, die sich automatisch an die jeweiligen Belichtungssituationen anpassen. Dadurch wird gewährleistet, dass sämtliche Wan derbewegungen permanent während Tag und Nacht aufgezeichnet werden. Die Ka meratechnik ist in einem wasserdichten Ge häuse mit einem mehrschichtigen LaminatSicherheitsglas verbaut (Bild 2)

Der Einbaustandort (Bild 3) wurde so gewählt, dass der Aufnahmebereich der Kamera möglichst den ganzen Wanderkor ridor abdeckte. Die Hauptströmung des Gadmerwassers fliesst in diesem Abschnitt (Bild 4) auf der orographisch linken Seite entlang eines Blockwurfs. Der an diesem Standort bestehende Prallhang eignete sich aufgrund des damit verbundenen Wander korridors als idealer Standort für die Platzie rung des Kamerasystems. Die Reproduk tionsgebiete der Seeforellen beginnen etwa

20 m oberhalb dieses Standorts (Bild 3). So mit konnte sichergestellt werden, dass alle migrierenden Seeforellen den Kamera standort durchschwammen. Die Kamera wurde mit einer selbstkonstruierten Installa tionsvorrichtung an den Blockwurf im Prall hang befestigt (Bild 2). Zusätzlich wurde der Gewässerquerschnitt am Einbaustand ort so modelliert, dass die Fische dazu ge leitet wurden, die Passage dort zu durch queren, wo die bestmögliche Registrierung mittels der Kamera erfolgen konnte. Dabei wurde eine «V-Bune» in den flacheren Stel len des Gerinnequerschnitts errichtet und ein grosser Stein unter die Kamera gesetzt, damit ein Durchschwimmen der Passage unterhalb der Kamera vermieden werden konnte (Bild 5)

Als Steuerungselement der Kamera diente eine Logger-Box, die ausserhalb des Gewässers angebracht und mittels Kabel mit der Kamera verbunden wurde. Durch ein installiertes Modem zur mobilen Da tennutzung in der Logger-Box war jeder zeit ein Fernzugriff auf die Kamera mittels Internet verbindung möglich. Die Kalibrie rung wurde auf die Erfassung von Fischen (Ereignisse) mit einer Grösse von über 30 cm ausgerichtet, damit alle Seeforellen

registriert und möglichst viel Geschwemm sel ausgefiltert werden konnte.

Die Unterwasserkamera wurde im Rah men dieses Monitorings erstmals in einem freien Fliessgewässer eingesetzt, um See forellen bei ihrer Laichmigration zu regist rieren. Vorteil dieser Methode ist es, dass die Wanderung der Seeforellen im freien Fliessgewässer nicht direkt beeinflusst wird und die Datenablage standortunab hängig und somit vor Hochwasserereig nissen geschützt vollzogen werden kann.

Mithilfe der generierten Videosequenzen der Unterwasserkamera konnten die ex akten Zeitpunkte der Migrationsbewegun gen und die biologischen Merkmale (Ge schlecht, Körpergrösse, Punktmuster) der Seeforellen erfasst werden. Die abiotischen Faktoren Wassertiefe [m] (und daraus ab geleitet der Abfluss [m 3 /s]), Luftdruck [hPa] und Wassertemperatur [° C] wurden wäh rend des Untersuchungszeitraums konti nuierlich mit einer Sonde gemessen oder von den offiziellen Wetterstationen in Innert kirchen und Meiringen bezogen. An 3 Tagen wurde zusätzlich noch der Talweg im un tersten Perimeter des Gadmerwassers auf genommen (Mündung Gadmerwasser –Standort der Unter wasserkamera).

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Bild 3: Seeforellenperimeter des Gadmer wassers.

3. Ergebnisse

Im viermonatigen Untersuchungszeitraum wurden 175 Fischbewegungen nachge wiesen, davon 63 Seeforellen- und 112 Bachforellenbewegungen (Bild 6). Die ers te Seeforelle wurde am 20. September 2020 und die letzte am 6. Januar 2021 nach gewiesen. Der Tag mit den meisten nachge wiesenen Seeforellenbewegungen war mit sechs Bewegungen der 24. Oktober 2020. Anhand des charakteristischen Punkte musters konnten 19 Seeforellenindividuen identifiziert werden, davon 11 Rogner und 8 Milchner (Beispiel eines Seeforellen rogners in Bild 8). Die geschätzten Körper längen bewegten sich bei den Rognern zwischen 35 cm und 75 cm mit einem Mit telwert von 58 cm und bei den Milchnern zwischen 45 cm und 90 cm mit einem Mit telwert von 74 cm. Die 19 Seeforellenindi

viduen durchschwammen alle mindestens einmal und maximal bis zu 10 Mal (Auf stiegs- und Abstiegsbewegungen) die Pas sage vor der Unterwasserkamera im Un ter suchungszeitraum. Die meisten Bewe gungen wurden bei 2 Milchnern mit 8 bzw. 10 Registrierungen festgestellt.

Von den 63 Seeforellenbewegungen fanden 7 bei Tageslicht (06:00 – 18:00 Uhr) und 56 in der Dunkelheit (18:00 – 06:00 Uhr) statt (Bild 9). Am frühen Morgen (bei Dunkelheit) zwischen (04:00 – 05:00 Uhr) wurden am meisten Bewegungen regist riert (Bild 9)

Die wichtigsten Eckdaten zu den Er gebnissen der abiotischen Faktoren sind in Tabelle 1 und Bild 7 ersichtlich. Im Zeit raum der höchsten Intensität an Bewe gungen (Oktober) wurden Wasser tempe raturen zwischen 6,3 °C und 10,5 °C ge messen (Bild 7). Der Luftdruck bewegte

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Bild 4: Standort der Unter wasserkamera (roter Kreis) im Seeforellenperimeter des Gadmerwassers. Der schwarze Pfeil kennzeichnet die Strömungsrichtung.

Bild 5: Gerinnequer schnitts Skizze des modellierten Standorts der Unter wasserkamera.

sich in dieser Zeitperiode zwischen 991 und 1027 hPa, der Abfluss zwischen 1,5 und 42,4 m 3 /s. Das Hochwasserereignis vom 03.10.2020 war Auslöser des Abflus ses von über 40 m 3 /s.

Die niedrigste gemessene Wassertiefe bei der Aufnahme des Talwegs im Wan derkorridor der Seeforellen betrug 13 cm am 24.11.2021. An diesem Tag betrug der Abfluss 1,3 m 3 /s (vgl. Kap. 2.1)

Abiotische Faktoren Minimaler Wert Maximaler Wert

Wassertemperatur [° C] 2,3 13

Luftdruck [hPa] 989 1032 Abfluss [m3/s] 0,8 4,8

Tabelle 1: Minimale und maximale Werte der erhobenen abiotischen Faktoren bei nachgewiesenen Seeforellenbewegungen.

Bild 6: Dar stellung der Anzahl nachgewiesener Fischbewegungen durch die Unter wasser kamera unter teilt in Seeforellen und Bachforellenbewegungen.

Bild 7: Dar stellung der Seeforellenbewegungen unter teilt in eindeutige ID, Mehr fachnachweis und ungenaue Er fassung. Die Aufstiegsbewegungen sind mit Positiv­ und die Abstiegsbewegungen mit Negativ werten dargestellt inkl. den Verläufen der Tagesmittelwerte von Wasser temperatur, Abfluss und Luftdruck im Unter suchungszeitraum.

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Bild 8: Nachgewiesener Seeforellenrogner vom 2. Oktober 2020.

Bild 9: Bach und Seeforellenbewegungen bei Tageslicht (06:00 18:00 Uhr) und bei Dunkelheit (18:00 06:00 Uhr). Bei der Zeitangabe sind z. B. bei 00:00 Uhr alle Bewegungen abgebildet, die zwischen 00:00 01:00 Uhr liegen.

4. Diskussion

Die nachgewiesene Anzahl von individuen genau bestimmten Seeforellen in dieser Studie stimmt in der Grössenordnung in etwa mit den Ergebnissen zu den Be standesaufnahmen der Seeforellenindivi duen der letzten Jahre am Gadmerwasser durch Göz (2015), Göz (2016) und Meyer et al. (2019) überein. Im Vergleich zu dem eingesetzten Fischleitsystem in der Unter suchung von Meyer et al. (2019) liegt der Vorteil der in dieser Studie eingesetzten Unterwasserkamera beim verhältnismäs sig geringen Aufwand bei der Installation sowie der Instandhaltung während des Einsatzes im Gewässer. Auch die Beein flussung der Wanderung der Seeforellen im freien Fliessgewässer ist bei dieser Methode aufgrund des nicht benötigten Leitsystems geringer. Zugleich ermöglicht der Fernzugriff auf die Kamera eine simp le Datenablage, die nicht standortgebun den ist. Durch die Kalibrierung der Kamera kann eine individuell angepasste Einstel lung erzielt werden, die in diesem Fall auf das Erfassen von grösseren Fischen (See forellen) ausgelegt wurde.

Mit der Unterwasserkamera konnte ei ne permanente Registrierung der Seefo rellen über die ganze Laichzeit gewähr leistet werden. Im Vergleich zu den Stu dien von Göz (2015) und Göz (2016), bei denen mittels Elektrobefischung und mo bilem Kamera-Monitoring an mehreren Tagen eine Momentaufnahme der Laich tiere erfasst wurde, liegt der Vorteil darin, nicht nur Daten über einzelne Individuen,

sondern über die gesamte Population der aufsteigenden Seeforellen, zu erfassen.

Die registrierte Intensität der Laich migration in dieser Untersuchung war im Oktober und Dezember am grössten. Hier zeigt sich im Vergleich zu den Unter su chungen von Meyer et al. (2019) am Gad mer wasser und Greter et al. (2021) an der Hasliaare, bei der die Intensität im No vember bzw. Oktober und November am grössten war, eine Abweichung. Diese könnte durch Abweichungen der herbst lichen Abflussbedingungen, der Wasser temperatur oder durch andere Parameter, die das Wanderverhalten bestimmen, be gründet werden.

Bei dem Geschlechterverhältnis der registrierten Seeforellen überwiegen die Rogner gegenüber den Milchnern. Eine höhere Anzahl von Rognern gegenüber den Milchnern wurde auch bei den Stu dien von Göz (2015), Göz (2016), Meyer et al. (2019) und Greter et al. (2021) festge stellt. Die Grösse der individuengenau be stimmten Seeforellen fallen mit einem Mit telwert von 74 cm bei den Milchnern und 65 cm bei den Rognern deutlich höher aus als bei Meyer et al. (2019) mit Durchschnitts grössen bei den Milchnern von 58 cm und 54 cm bei den Rognern. Zwei Milchner durchschwammen die Passage vor der Unterwasserkamera 10-mal innerhalb von 17 Tagen bzw. 8-mal innerhalb von 13 Ta gen. Eine erhöhte Aktivität bei den Milch nern gegenüber den Rognern wird in der Literatur bei der Such- bzw. Laichphase beschrieben (Aarestrup & Jepsen, 1998; Meyer et al., 2019)

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Beim Tageszeitpunkt der Migration konnte festgestellt werden, dass 90 Prozent der Seeforellenbewegungen bei Dunkelheit stattfanden. Die erhöhte Migrationsaktivi tät bei Dunkelheit wurde in verschiedenen Studien ebenfalls beobachtet (Mendez 2007; Meyer et al., 2019; Greter et al., 2021).

Eine eindeutige Korrelation der abio tischen Faktoren mit der Laichaktivität konnte nicht nachgewiesen werden. Bei der Wassertemperatur zeigte sich, dass die Seeforellen auch die in der Literatur (Greter et al., 2021) als migrationslimitie rende bzw. hemmende Temperatur von we niger als 4,9 °C nutzten, um ins Gadmer wasser aufzusteigen.

Die Ergebnisse des aufgenommenen Talwegs zeigen, dass mehrere Passagen in der Restwasserstrecke eine minimale Wassertiefe von 13 bis 16 cm aufweisen. Da mit insgesamt 19 Seeforellenindividuen relativ viele Fische diese flachen Abschnit te durchschwammen, ist davon auszuge hen, dass die Passierbarkeit dieser Un tiefen für die Seeforellen problemlos mög lich war.

5. Fazit

Die Anzahl der in dieser Studie nachge wiesenen Seeforellenindividuen übertrifft die vor der Wirkungskontrolle erwartete Anzahl von migrierenden Seeforellen ins Gadmerwasser deutlich (mdl. Mitteilung Fischereiaufseher Martin Flück, Fischereiaufsicht Oberland Ost des Kantons Bern) Dies ist vor allem auf die Erhöhung der Rest wasserabgaben zurückzuführen.

Die Ergebnisse dieser Studie sowie die Quervergleiche zu anderen MonitoringMethoden zeigen, dass der Einsatz der

Quellen:

Aarestrup, K. & Jepsen, L. (1998): Spawning migration of sea trout (Salmo trutta (L)) in a Danish river. In: Hydrobiologia, vol. 371/372, pp. 275–281. ISSN: 0018-8158

Dönni, W., Boller, L. & Zaugg, C. (2016): Mindest wassertiefen für See- und Bachforellen – Biologische Grundlagen und Empfehlungen. Studie im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU), 42 S. Göz, D. (2015): Kamerabasiertes Monitoring des Seeforellen-Laichaufstiegs in der Hasliaare, Schweiz 2014. Frankfurt: Bericht im Auftrag des Fischerei inspektorats des Kantons Bern. Göz, D. (2016): Kamerabasiertes Monitoring des Seeforellen-Laichaufstiegs in der Hasliaare, Schweiz 2015. Frankfurt: Bericht im Auftrag der Kraftwerke Oberhasli AG.

Greter, R., Döring, M., Meyer, M., Schweizer, S., Pinter, K., Unfer, G. & Lautsch, E. (2021): Die See forellenlaichwanderung in der Hasliaare 2019 im Kontext abiotischer Faktoren. In: Wasserwirtschaft, Jg. 113, Nr. 2, S. 33–40.

Unterwasserkamera für die Bestandeser hebung von Grosssalmoniden sehr gut ge eignet ist. Es besteht ein sehr grosses Po

Kirchhofer, A., Breitenstein, M. & Zaugg, B. (2007): Rote Liste der Fische und Rundmäuler der Schweiz. Bern: Bundesamt für Umwelt (BAFU) & Schweizer Zentrum für die Kartographie der Fauna (SZKF), 64 S. Mendez, R. (2007): Laichwanderung der Seeforelle im Alpenrhein. Diplomarbeit. ETH Zürich/Eawag, 70 S. Meyer, M., Schweizer, S., Ruckli, J., Greter, R. & Ravessoud, T. (2019): Seeforellenaufsteigerzählung –Gadmerwasser (2018): Interner Bericht Kraftwerke Oberhasli AG (KWO).

Rey, P. & Hesselschwerdt, J. (2017): Die Seeforelle in der Steinach – Charakterisierung und Bestandsent wicklung der Seeforellenpopulation in der Steinach vor dem Hintergrund der Verlegung der Abwässer der ARA Hofen. Hydra AG, Bericht zuhanden des Amtes für Natur, Jagd und Fischerei St. Gallen, 70 S. Schweizer, S., Meyer, M., Wagner, T. & Zeh Weissmann, H. (2012): Gewässerökologische Auf wertungen im Rahmen der Restwassersanierung und der Ausbauvorhaben an der Grimsel. In: Wasser Energie Luft, Jg. 104, Nr. 1, S. 30–39.

tenzial, dass bei künftigen Wirkungskon trollen von Wandersalmoniden die Kamera als Standardmethode zum Einsatz kommt.

Werner, S., Rey, P., Hesselschwerdt, J., Becker, A., Ortlepp, J., Dönni, W. & Camenzind, M. (2014): Seeforelle – Arterhaltung in den Bodenseezuflüssen. Interreg IV-Projektbericht im Auftrag der Internationalen Bevollmächtigtenkonferenz für die Bodensee-Fischerei (IBKF), AG Wanderfische, 204 S.

Autoren: Basil Wagner

Kraftwerke Oberhasli AG basil.wagner@kwo.ch

Matthias Meyer

Kraftwerke Oberhasli AG matthias.meyer@kwo.ch

Thomas Hammer

Universität Bern thomas.hammer@cde.unibe.ch Steffen Schweizer Kraftwerke Oberhasli AG steffen.schweizer@kwo.ch

Donnerstag, 12. Januar 2023 Die Rheinvorstreckung im Bodensee: 17:00 bis 18:00 Uhr Langzeitbaustelle Naturschutzgebiet Flussdelta Repower AG, Landquart Mathias Speckle, Internationale Rheinregulierung

Dienstag, 14. Februar 2023 Runder Tisch Wasserkraft und Konkretisierung 17:00 bis 18:00 Uhr der Ergebnisse am Beispiel Marmorera Repower AG, Landquart Andreas Stettler, Geschäftsführer Rheinverband Thomas Ziegler, Projektleiter, ewz

Mittwoch, 15. März 2023 KSL, Stauanlage Gigerwald, Erhöhung Grundablass 17:00 bis 18:00 Uhr und Triebwassereinlauf Repower AG, Landquart Erich Schmid, Gesamtprojektleiter, Axpo

Mittwoch, 19. April 2023

Aufweitung Maienfeld / Bad Ragaz 17:00 bis 18:00 Uhr Markus Jud, Projektleiter, Linthwerk / Rheinunternehmen Repower AG, Landquart Daniel Dietsche, Amt für Wasser und Energie SG

Montag, 5. Juni 2023 Rheinholzen ab 16:00 Uhr anschliessend Apéro am Rhein Restaurant Sternen, Kriessern Eugen Baumgartner, Rheinholzer-Chef

Das Programm und die Detailinformationen zu den einzelnen Veranstaltungen stehen auf der Webseite www.rheinverband.ch zur Verfügung. Dort finden sich auch Angaben zu Einzel- oder Kollektiv mitgliedschaften beim Rheinverband.

Vortragsprogramm 2023

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Numerische 3D-Murgangsimulation im Vergleich zu einer physikalischen Murgangmodellierung am Beispiel des Fellbachs in Saas-Balen VS

Zusammenfassung

Im Rahmen des Murgangschutzprojektes am Fellbach in Saas-Balen (Wallis) wurden physikalische Murgangmodellierungen durchgeführt. Dabei ging es vor allem um den Einfluss einer Wasserfall-Kaskade auf das Fliessverhalten von Murgängen unter strom der Kaskade sowie um den Nachweis der Funktionalität von verschie denen Varianten von Schutzbauwerken und deren Optimierung. Da der Murgang abfluss über diese Wasserfall-Kaskade sowie das Auftreffen und Weiterfliessen unterhalb der Kaskade eine Extremsituation bezüglich Abflussprozesse darstellen, wurden die Ergebnisse dieser physikalischen Murgangmodellierung verwendet, um sie mit den Resultaten einer numerischen 3D-Murgangsimulation zu vergleichen. Zusätzlich wurden auch die Ergebnisse der beiden Modellierungsansätze (physika lisch und numerisch) für die Variante Ausleitung miteinander verglichen. Die Ergeb nisse der beiden Modellierungsansätze zeigen eine gute Übereinstimmung.

Résumé

Dans le cadre du projet de protection contre les laves torrentielles au Fellbach à SaasBalen (Valais), des modélisations physiques de laves torrentielles ont été réalisées. Il s’agissait notamment d’étudier l’influence d’une cascade de chutes d’eau sur le com portement d’écoulement des laves torrentielles en aval de la cascade, et de démontrer la fonctionnalité de différentes variantes d’ouvrages de protection et leur optimisation. Comme l’écoulement d’une lave torrentielle par ces chutes ainsi que l’impact et la pour suite de l’écoulement en aval de la cascade représentent une situation extrême en ter mes de processus d’écoulement, les résultats de cette modélisation physique des laves torrentielles ont été utilisés pour les comparer avec les résultats d’une simulation numé rique 3D de laves torrentielles. En outre, les résultats des deux approches de modélisa tion (physique et numérique) ont également été comparés pour la variante de dérivation. Les résultats des deux approches de modélisation montrent une bonne concordance.

1. Einleitung

Ein Gerinneabfluss kann sich zusammen mit Lockermaterial und Feinsedimenten unter den entsprechenden Bedingungen zu einem Murgang entwickeln, eine vieler orts massgeblichen Naturgefahr in der Schweiz. Dabei bewegen sich die Kies anteile und groben Blöcke in einer Sandund gegebenenfalls Silt- / Ton-Suspension mit grosser Dichte. Grobe Blöcke können auf der Oberfläche der Strömung trans portiert werden und sammeln sich an der Fliessfront, was zu typischerweise granu laren Murgangfronten führt, die vom eher viskosen nachströmenden Material tal wärts geschoben werden. Das Fliessverhal ten ist komplex und wird durch die druck

abhängige Reibung zwischen den gröbe ren Körnern und der scherratenabhängi gen Viskosität in der Suspension bestimmt. Daraus ergibt sich eine ausgeprägte Wech selwirkung zwischen Gerinnegeometrie, Fliessgeschwindigkeit und Abflusstiefe. Die se beeinflusst wiederum die Druckund Scherratenverteilung und somit das Fliessverhalten des Murgangs, wodurch ein rückgekoppeltes Abflusssystem ent steht.

In der Schweiz werden vermehrt Mur gang-Ausleitbauwerke als Schutzbauwerk geplant und realisiert, bei denen der räum lichen Fliessstruktur eines Murgangs eine massgebende Rolle zukommt. Auch das Murgang-Schutzprojekt am Fellbach im Dorf Saas-Balen im Kanton Wallis sieht

als mögliche Varianten ein Ausleitbauwerk oder ein Umleitbauwerk am Fuss einer Wasserfall-Kaskade vor. Die Fliessverhält nisse über die Wasserfall-Kaskade, im Auf prallbereich sowie das Weiterfliessen im Gerinne bzw. in der anschliessenden Bach schale sind äusserst komplex. Es wurde daher entschieden, das Fliessverhalten von Murgängen über die Wasserfall-Kaskade bis in die Bachschale im Bereich des Dorfes bzw. der Schutzbauwerke mit einer physi kalischen Murgangmodellierung zu unter suchen (vgl. weiterführende Informationen zum Murgang-Schutzprojekt und zu den Versuchen im WEL-Artikel Berger et al., 2020)

Auf Initiative des Erstautors wurde in Ab sprache mit der Gemeinde Saas-Balen und dem Planerteam des Murgang-Schutzpro jektes entschieden, dass die Ergebnisse dieser physikalischen Modellversuche als Vergleich zu numerischen 3D-Simulationen mit dem Computermodell DebrisInterMixing herangezogen werden dürfen. Im Folgen den wird das Murgang-Schutzprojekt Fell bach kurz vorgestellt, die 3D-Simulationen mit DebrisInterMixing werden detailliert be schrieben und ein Vergleich zu den Ergeb nissen aus den physikalischen Modellver suchen wird gezogen. Eine Schlussfol gerung mit einem Ausblick zum Potenzial von numerischen 3D-Simulationen mit DebrisInterMixing runden den vorliegen den Beitrag ab.

2. Überblick zum MurgangSchutzprojekt am Fellbach

Das Einzugsgebiet des Fellbachs wird durch seinen alpinen Charakter geprägt und er streckt sich über 8,8 km 2 vom Fletschhorn auf 3982 m ü. M. bis zum Schwemmkegel hals auf 1540 m ü. M. Gletscher, Blockglet scher, mächtige Moränenablagerungen und proglaziale Seen prägen das obere Einzugsgebiet und begründen die hohe zeitliche und räumliche Dynamik. Im unte ren Einzugsgebiet folgt eine typische Wild bachstrecke mit Erosions- und Ablage

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Albrecht von Boetticher, Jürg Speerli, Catherine Berger, Andrea-Kristin Bachmann

rungsstrecken sowie einer Wasserfall-Kas kade, wobei die letzten drei Stufen Fall höhen zwischen 25 m und 70 m aufweisen. Auf dem Schwemmkegel fliesst der Fell bach in einer künstlichen Bachschale durch das Siedlungsgebiet von Saas-Balen und mündet auf 1475 m ü. M. in die Saaservispa (Bild 1)

In den letzten 200 Jahren ereigneten sich mehrere grosse Murgänge im Fell bach. Nach den letzten grossen Ereignis sen wurden ab 1970 Schutzmassnahmen realisiert. Es besteht jedoch nach wie vor eine z. T. erhebliche Gefährdung für das Dorf Saas-Balen. Zur Reduktion der Mur gang- und Hochwasserrisiken wurde ein breit angelegtes Variantenstudium durchge führt und es kristallisierten sich die folgen den drei Hauptkonzepte heraus (Bild 2):

• Durchleitung: Murgänge und geschiebeführende Hoch wasser werden in einem grosszügig aus gebildeten Gerinne entlang des heutigen Fliessweges über den Schwemmkegel geführt und in die Saaservispa eingelei tet. Primär aufgrund der Verklausungs risiken bei den Brücken sowie der Rück

stauproblematik in der Saaservispa wur de diese Massnahmenvariante als zu we nig robust beurteilt und nicht weiterver folgt.

• Umleitung:

Ein Umleitbauwerk am Schwemmkegel hals unterhalb der unter sten Kaskade 1 leitet den Fellbach permanent in sein neues Gerinne, das über die orogra phisch rechte Schwemmkegelseite ver läuft und in die Saaservispa mündet. Ein massiver, befestigter Umleitdamm sowie ein auf die Murgangabflussspitze aus gelegtes Gerinne sind notwendig, damit Murgänge zuverlässig am Schwemmkegelhals umgeleitet werden. Nach Um fliessen des Siedlungsgebietes ist ein Entlastungskorridor vorgesehen, um grosse Murgänge noch im Bereich des Schwemmkegels zur Ablagerung zu brin gen und das Risiko eines Rückstaus der Saaservispa zu reduzieren.

• Ausleitung:

Das bestehende Gerinne führt weiterhin normale Abflüsse und kleinere Hochwas ser ab. Überschreitet der Abfluss eines Murgangs die Gerinnekapazität, wird die

ser am Kegelhals unterhalb der untersten Kaskade 1 mittels Ausleitbauwerk und Dämmen an der Siedlung vorbei auf die orographisch rechte Seite des Schwemm kegels ausgeleitet. Das Ausleitbauwerk besteht aus einer Betonmauer mit Grund öffnung. Im Gegensatz zum Konzept der Umleitung wird der Prozess nicht in einem definierten Gerinne bis zur Saaservispa abgeleitet, sondern seitlich der Gebäude offen zur Ablagerung gebracht.

Für das Murgang-Schutzkonzept Fellbach wurde das 300-jährliche Murgangszenario als massgebendes Ereignis definiert. Bei allen drei Varianten spielt der Einfluss der Wasserfall-Kaskade auf das Fliessverhalten der Murgänge und deren Fliessgeschwin digkeit und Fliesstiefe am Kegelhals eine entscheidende Rolle für die Ausgestaltung und Dimensionierung der Schutzbauwerke. Aus diesem Grund wurden physikalische Modellversuche durchgeführt, um das Pro zessverhalten der Murgänge sowie die Aus wirkungen der Wasserfall-Kaskade auf die Fliessparameter näher zu untersuchen und die oben skizzierten Massnahmenvarian ten in Bezug auf deren Funktionalität und Geometrie zu optimieren. Die 3D-Simulatio nen mit DebrisInterMixing bieten die Mög lichkeit, einen Vergleich zu den physikali schen Modellversuchen zu ziehen und die Interaktion von Murgängen mit den Schutz bauwerken zusätzlich zu untersuchen.

3. Zusammenfassung der physikalischen Modellierung

Die physikalische Murgangmodellierung wurde an der damaligen HSR Hochschule für Technik Rapperswil in einem Modell mit einem Massstab von 1:50 durchge führt (IBU Institut für Bau und Umwelt, 2020). Dieser Modellmassstab wurde auf grund der vorhandenen Platzverhältnisse

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Bild 1: Projektperimeter mit Blick auf den Fellbach mit der Wasserfall Kaskade und das Dorf Saas Balen mit der Bachschale im Siedlungsraum.

Bild 2: Schematische Darstellung der drei Hauptkonzepte a) Durchleitung, b) Umleitung und c) Ausleitung. Datengrundlage: Übersichtsplan / Relief DTM des Kantons Wallis.

im Labor gewählt. Limitierend war vor al lem die zur Verfügung stehende Höhe im Labor. Das physikalische Modell wies eine Höhe von über 5 m auf (Bild 3). Erfahrun gen aus anderen physikalischen Murgang modellierungen haben gezeigt, dass mit einem Modellmassstab von 1:50 die phy sikalischen Prozesse ausreichend genau nachgebildet werden können.

Die Hauptergebnisse der physikali schen Murgangmodellierung lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die Fliessge schwindigkeit über die Wasserfall-Kaska de nimmt sowohl mit grösserem Murgang volumen als auch bei höheren Wasser anteilen in der Murgangmischung zu. Die Zusammensetzung der Korngrössen in der Murgangmischung hat hingegen keinen grossen Einfluss auf die Fliessgeschwin digkeit. Ein grösseres Grösstkorn führt je doch zu grösseren Fronthöhen. Eine we sentliche Erkenntnis ist, dass die Fliessge schwindigkeit in der Bachschale praktisch unabhängig von den Fliessbedingungen oberhalb der Wasserfall-Kaskade ist. Bei Fliessgeschwindigkeiten oberhalb der Was serfall-Kaskade von 11,5 bis 16,5 m/s stel len sich in der Bachschale Fliessgeschwin digkeiten von 6,5 bis 8 m/s ein. Dies lässt sich darauf zurückführen, dass der Mur gang bei der untersten Kaskade 1 in einen Pool trifft, welcher eine ähnliche Wirkung wie ein Tosbecken hat. Der Murgang wird in diesem Pool abgebremst und muss sich zuerst wieder aufbauen, bevor er im nach folgenden Gerinne weiterfliesst. Die Fliess eigenschaften im Gerinne unterhalb der Wasserfall-Kaskade und in der nachfolgen den Bachschale sind daher vor allem vom dortigen Längsgefälle, den Rauhigkeits verhältnissen und der Querschnittsgeo metrie abhängig. Die Abflussspitze wurde durch die Wasserfall-Kaskade hingegen nicht massgeblich beeinflusst. Das Risiko für eine Verklausung der Strassenbrücke zu Beginn der Bachschale wird als hoch eingestuft. Als Konsequenz daraus muss das Umleit- oder das Ausleitbauwerk ober halb dieser Strassenbrücke angeordnet werden (Bild 4)

Der Nachweis der Funktionalität für die beiden Varianten Umleitung und Auslei tung konnte erbracht und Optimierungen an den einzelnen Varianten konnten vorge nommen werden. Insbesondere bei der Variante Ausleitung konnten die Geometrie der Grundöffnung und der Abstand der ver tikalen Stäbe in der Grundöffnung auf das vorhandene Grösstkorn in der Murgangmischung ausgelegt werden. Im Rahmen des Mitwirkungsprozesses wohnte eine De legation aus Saas-Balen einem physikali

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Bild 3: Modellperimeter und Längsgefälle des physikalischen Modells. Im Längsprofil markieren die Punkte 1 bis 5 die Messquerschnitte und das Symbol den Murgangtank (Berger et al., 2020).

Bild 4: Draufsicht auf das Ausleitbauwerk (a) vor und (b) nach einem Versuch (Berger et al., 2020).

schen Modellversuch bei, wodurch ein wich tiger Beitrag zur Akzeptanz des MurgangSchutzprojektes geleistet werden konnte.

4. Methodik der 3D-Murgangsimulation

4.1 Scherraten- und Druckabhängig keit ein Hauptbestandteil der Murgangrheologie

Das Simulationstool DebrisInterMixing ver folgt die Strategie, möglichst wenig freie Kalibrierparameter zuzulassen. Auf diese Weise sollen Resultate verschiedener An wender vergleichbar gemacht werden. Die Unsicherheiten der Modellierung basieren somit eher auf den diskutierbaren Unsi cherheiten der Ereignisgrösse, Materialzu sammensetzung und dem Erosions- und Ablagerungsverhalten und weniger auf der Unsicherheit aus der Vielfalt frei wählbarer Modellparameter.

Diese Strategie der an die Materialzu sammensetzung gebundenen Parameter fordert, dass man die wesentlichen Pro zesse des fliessenden Murganggemisches detailliert simuliert. Dadurch kann das Mo dell auf Kalibrierparameter, die für all die vernachlässigten Phänomene einstehen müssen, verzichten. Eine Schlüsselrolle spielt die scherraten- und druckabhängige Viskosität der Mischung, wenn es darum geht, die räumliche Interaktion der Fliess bewegungen von Murgängen zu simulie ren. Die frei zugängliche Software Debris InterMixing, nachfolgend kurzerhand als DIM bezeichnet, leitet die Rheologie der scherratenabhängigen Sand-, Silt- und Tonsuspensionen aus der Materialzusam mensetzung ab. Für die Berücksichtigung der druckabhängigen Reibung zwischen Kieskörnern wird in DIM der Schüttwinkel des Murgangmaterials als Eingangsgrösse verwendet (vgl. nächster Abschnitt). Auf dieser Grundlage lassen sich Murgänge mit genügend Feinanteilen gut modellie ren. Solange der Fokus auf dem Fliessver halten des Gesamtereignisses liegt und nicht auf lokalen Anpralldrücken einzelner Komponenten, kann DIM ohne Partikel kopplungen die Ereignisse nachbilden und Ergebnisse mit einheitlicher und nachvoll ziehbarer Qualität liefern, wie an diversen Simulationenen von Labor- und Feldversu chen gezeigt wurde (von Boetticher et al., 2017a, von Boetticher 2020, Li et al., 2022)

Für Murgänge mit wenig Feinanteilen liefern die Kornkollisionen einen grösseren Beitrag zur Energievernichtung. Um diesen Einfluss abzubilden, können die Korn-zuKorn-Kollisionen mit der an DIM gekop pelten Partikelsimulation aus diskreten Ku

gelelementen berücksichtigt werden (von Boetticher et al., 2017b)

Die Hintergründe zum Murgang-Solver DebrisInterMixing sind in von Boetticher et al. (2016) zusammengefasst. Der aktu elle Code kann unter von Boetticher (2019) bezogen werden.

4.2 Reduzierter Kalibrieraufwand für eine Kies-Rheologie und eine Schlamm-Rheologie

Die Modellparameter von DIM sind mass geblich durch die Materialzusammenset zung vorgegeben. Eine Phase repräsen tiert die scherratenabhängige Sand-, Siltund Tonsuspension und wird durch eine scherratenabhängige Rheologie abgebil det. Deren Eigenschaften werden aus Korn grössenverteilung, Wassergehalt, Dichte und Tonmineralogie abgeleitet. Die vom Druck und von der Scherrate abhängige Reibung des feinen Kiesgemisches wird mit einer Rheologie modelliert, deren Pa rameter aus dem Schüttwinkel des granula ren Materials abgeleitet werden. In der Regel bleibt nur ein freier Modellparameter Tau00 zur Kalibration, der die Abhängigkeit der Scherratenberechnung von der Zellgrösse berücksichtigt und die Fliessgrenze beein flusst. Tau00 wird anhand von vorhandenen Ablagerungsflächen, beobachteten Abfluss tiefen und Fliessgeschwindigkeiten oder mittels Spuren der Kurvenüberhöhung ver gangener Murgänge kalibriert. Je nach Tonund Wassergehalt eignet sich ein Start wert in der Grössenordnung von 100 Pa. Aufgrund der beim Fellbach relativ grob gewählten Gitterauflösung führte die Kali bration zu einem Tau00 von 500 Pa.

5. Extremfall Fellbach: Simulation und Versuch durch hohe Scherraten und Druck gradienten auf dem Prüfstand

5.1 Die Modellierung mit einfacher Kalibration: eine Prüfung ohne Massstabseffekt Der Sonderfall der Murgangausleitung am Fellbach ist ein Extremfall der Rückkopp lung zwischen Rheologie und Geometrie: Der Murgang stürzt über eine WasserfallKaskade und fliesst dann in einer Bach schale weiter. Auf die plötzliche Verflüssi gung durch extreme Scherraten und Druck abfälle bei der Beschleunigung über den Wasserfall folgen schlagartige Verfestigun gen des Materials im Aufprallbereich am Fuss der untersten Kaskade 1 aufgrund der druckbedingten Reibung zwischen den Körnern. Für die Skalierbarkeit der Labor ver suche entstehen daraus Unsicherhei ten. Aus diesem Grund wurde die Mög lichkeit einer Modellierung der Ausleitung mit DIM und einem Vergleich der Resultate begrüsst.

5.2 Kalibrierung auf den zeitlichen Ablauf der Wasserfall- und Gerinneprozesse

Die Simulation mit DIM wurde auf die Fliesszeit der Front zwischen der Überfall kante der Kaskade 1 und den Ort in der Bachschale beim Beginn der Gebäude für den Ist-Zustand kalibriert (Bild 5). Dieser Abschnitt enthält alle massgebenden Be reiche des Prozessraums. So muss die Summe der Basisvorgänge im physikali schen Versuch und in der Computersimu

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Bild 5: Kalibrierung von Tau00 auf die Fliesszeit der Front im Ist Zustand.

lation die gleichen Zeiträume beanspru chen: Die Verflüssigung im Wasserfall, die Verfestigung und der Aufstau im Pool, der anschliessende beschleunigte Zustrom ins Gerinne sowie der Abfluss in der Bach schale. Der Parameter Tau00 wurde für alle Modellierungen auf 500 Pa angepasst, sodass die Fliesszeit der Front zwischen Wasserfall und Gebäuden mit 20 s im Be reich der entsprechenden Werte der phy sikalischen Versuche zu liegen kam (20,5 und 21,4 s). Bezüglich Fliessenergien liegt diese Wahl auf der sicheren Seite.

5.3 Auswertung der einzelnen Prozesse samt Schutzbauwerk

Nach «globaler» Kalibration folgte eine Prüfung der verschiedenen Prozessas pekte anhand der numerischen Simulation mit dem Ausleitbauwerk: Dabei wurde die Übereinstimmung mit den Fliessformen im physikalischen Versuch untersucht. Die detaillierte Übereinstimmung trotz globa ler und einfacher Kalibration mit nur einem Parameter bestätigt die Aussagekraft der Untersuchungen, unabhängig von Mass stabseffekten. Allerdings wurde die Geo metrie der Grundöffnung ohne Stäbe in die numerische Simulation integriert.

5.4

Numerische 3D-Modellierung

Um den für 3D-Simulationen relativ gros sen Prozessraum abzudecken, wurden feinere Gitterauflösungen in die FreifallAbschnitte mit gröberen Gitterstrukturen kombiniert, da im freien Fall der Druckund Scherrateneinfluss geringer ist. Das Gitter bestand aus rund 11,2 Millionen Zel len mit einer Kantenlänge von 15 bis 20 cm in Bereichen, die näher als 2,2 m zur Sohle oder Wänden liegen, und rund 60 cm Kan tenlänge in Bereichen mit grösserem Ab stand zur Sohle oder Wänden. Im Zuge dieser numerischen Studie ist diese Auf lösegenauigkeit ausreichend. Bei Bemes sungssimulationen würde in Sohlnähe eine zusätzliche feinere Zellschicht zum Einsatz kommen.

Als Szenario für die Simulation wurde die Mischung mit grossen Fliessgeschwin digkeiten gewählt. Um den Einfluss der ver nachlässigten groben Blöcke zu minimieren, wurde die Mischung mit kleinem Grösst korn gewählt. Im Gegensatz zum physika lischen Versuch wurde der 300-jährliche Abfluss in der Simulation mit 300 m 3 /s kontinuierlich zugeführt. Im physikalischen Versuch wurde die Murgangfracht über einen Tank (Bild 3) ins Modell eingebracht. Durch rasches Öffnen eines Schiebers beim Tank ergoss sich der Murgang mit einer typischen Front in das Modell. Mit

zunehmender Entleerung des Tanks nahm der Murgangabfluss aus dem Tank ab.

Mit DIM richtet sich der Zeitschritt nach der Courant-Zahl, wobei das Murgangma terial in einem Rechenschritt maximal um eine halbe Zellenlänge weiterfliessen kann. Die gesamte Simulation lief auf 24 Prozes soren über rund 23 Tage.

6. Resultatvergleich physikalische Modellierung mit numerischer 3D-Simulation

Der folgende Vergleich basiert auf der Aus wertung zweier Ansichten, die im physika lischen Versuch mit 25 fps (Frames per second) aufgezeichnet wurden. Sobald die Fliessfront im physikalischen Versuch einen charakteristischen Punkt erreichte, wurde verglichen, wann und wie die nume rische Simulation den gleichen Zustand erreicht. Die Zeitskala «delta T» bezeich net den Zeitunterschied ab Erreichen der Oberkante der Kaskade 3 (Bild 3), wobei die gemessene Zeit im physikalischen Ver such mit dem Ansatz von Froude mit einem Faktor √50 von der Modellzeit in die Real zeit umgerechnet wurde. In der vollmass stäblichen numerischen Simulation sind

modellierte Zeit und Realzeit identisch. In der Simulation mit DIM wird die Fliess oberfläche als Grenze in der Volumenkon zentration von Luft und Murgangmaterial bestimmt. Dieser Übergang zwischen Luft und Murgangmischung ist in gröberen Zellen der Simulation weniger scharf de finiert. Des Weiteren wird Murgangma terial mit grosser Luftdurchmischung nicht dargestellt. Aus beiden Gründen «ver schwindet» beispielsweise die Visualisie rung des simulierten Murgangmaterials im Wasserfall in Bild 8 und taucht im Auf fangbecken wieder auf. Eine «Tropfen»oder «Streifenbildung» in den Visualisierun gen der Fliessoberfläche ist ein typisches Artefakt der Volume-of-Fluid-Methode.

Die Trajektorie und der Auftreffpunkt bei Kaskade 3 sind in der numerischen Simulation und im physikalischen Versuch nahezu gleich, ebenso die seitliche Aus breitung an den Umlenkufern mit der ent sprechenden Kurvenüberhöhung nach Kas kade 2 (Bild 6). Die Fliesszeit der Front bis zur Oberkante von Kaskade 1 wird in der numerischen Simulation überschätzt. Ins gesamt ist der Ausleitprozess bis zum Ende des ersten Damms mit 15 s in der numeri schen Simulation gegenüber 18,1 s im phy

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Bild 6: Ausbreitung des Murgangs über die Kaskaden 3 und 2 bis zum Erreichen der letzten Wasserfalloberkante (Foto aus IBU Institut für Bau und Umwelt, 2020).

sikalischen Versuch zeitlich gut abgebildet und stimmt in der räumlichen Ausbreitung sehr gut überein (Bild 7).

Bild 8 erfasst den Augenblick, bei dem die Fliessfront in den Pool unterhalb der untersten Kaskade 1 auftrifft und Bild 9 den Moment, an dem das Murgangmaterial aus dem sich füllenden Pool und Gerinne Richtung Ausleitbauwerk fliesst und über die Strasse ausgeleitet wird. Ein grosser Zeitunterschied kann im Füllprozess des Pools festgestellt werden. Dies ist mögli cherweise eine Folge der gleichmässigen Zuflussmenge in der Simulation gegen über eines sich einstellenden Ganglinien abflusses im physikalischen Versuch.

Im Bereich der Strassenquerung kommt die Front nahezu zum Stillstand, bevor sie durch einen nachfolgenden Schub wieder mobilisiert wird (Bild 10). Dies ist mögli cher weise ein Effekt der lokal geringen Nei gung und der entsprechenden vorüberge henden Verfestigung durch abnehmende Scherraten. Die einzelnen Zeitschritte im Ausleitraum sind daher als Vergleich für Frontfliessgeschwindigkeiten nicht geeig net.

Die druckabhängige Rheologie be grenzte die Durchflussmenge im Durch lass an der Bachsohle trotz steigender Pe gel im Pool. Dieser Effekt trat in der Simu lation in Erscheinung, obwohl der Durch lass an der Bachsohle im Schutzbauwerk ohne Stäbe modelliert wurde, und ohne dass die Durchlassverklausung mit ge koppelten Partikeln berücksichtigt wurde.

7. Schlussfolgerungen / Ausblick

Das Murgang-Fliessverhalten konnte in den Computer-Simulationen mit DebrisInterMix ing mit scherraten- und druckabhängigen Rheologien in seinem mit der räumlichen Strömung rückgekoppelten Materialverhal ten abgebildet werden. Der physikalische Modellversuch und die Computersimulation zeigen bis in lokale Details eine gute Über einstimmung. Vor allem gilt dies über eine Sequenz von Extremsituationen, wie sie in der Fellbach-Wasserfall-Kaskade, der Bach schale und Ausleitung anzutreffen sind.

Da in der numerischen Simulation der Massstabseffekt wegfällt und die beiden Ansätze vergleichbare Resultate liefern, wird die Skalierbarkeit von physikalischen Modellversuchen im Massstab 1:50 für der artige Murgangmodellierungen bestätigt.

Bei zukünftigen Fragestellungen scheint eine Voroptimierung mit DebrisInterMixing sinnvoll, um die Anzahl Versuche im physi kalischen Modellversuch zu reduzieren. Bei guter Übereinstimmung zwischen phy

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Bild 7: Vergleich dreier Zustände im Ausleitprozess mit 8,5 und 6,5 Sekunden Zeitabstand (Simulation, oben) bzw. 12,7 und 5,4 Sekunden (Versuch, unten) (Fotos aus IBU Institut für Bau und Umwelt, 2020).

Bild 8: Ankunft am Fuss der untersten Kaskade 1 (Foto aus IBU Institut für Bau und Umwelt, 2020).

Bild 9: Momentaufnahmen der Ausleitung. Im Bereich der Strasse kommt es in der Fliessbewegung der Front zu Verzögerungen (Foto aus IBU Institut für Bau und Umwelt, 2020).

Quellen

Berger, C., Bachmann, A.-K., Speerli, J., Zimmermann, F., Clausen, W. (2020). Erkenntnisse aus physikalischen Murgangversuchen für die Planung von Schutzmassnahmen – Beispiel Fellbach, VS. Wasser Energie Luft, 112 (2020), 199-205. von Boetticher, A., Turowski, J.M., McArdell, B.W., Rickenmann, D., Kirchner, J.W. (2016). DebrisInterMixing-2.3: a finite volume solver for three-dimensional debris-flow simulations with two calibration parameters-Part 1: Model description, Geosci. Model Dev., 9, 2909–2923.

von Boetticher, A., Turowski, J.M., McArdell, B.W., Rickenmann, D., Hürlimann, M., Scheidl, Ch., Kirchner, J.W. (2017a). DebrisInterMixing-2.3: a finite volume solver for three-dimensional debrisflow simulations with two calibration parameters-Part 2: Model validation with

experiments, Geosci. Model Dev.,10, 3963-3978. von Boetticher, A., McArdell, B.W., Rickenmann, D., Kirchner, J.W. (2017b). Four-way coupling of a three-dimensional debris flow solver to a Lagrangian Particle Simulation: method and first results, Geophys. Res. Abstracts Vol. 19, EGU2017-13605, EGU, Vienna, Austria.

von Boetticher, A. (2019). Three-dimensional debris flow simulation tool debrisInterMixing. EnviDat. WSLrepository, doi:10.16904/envidat.143.

von Boetticher, A. (2020). Angewandte 3D-Murgangund Hangmurensimulationen berücksichtigen die Materialzusammensetzung - Chancen für die Berechnung von Ereignissen im Klimawandel?, FAN-Agenda 2/2020, 19-24.

IBU Institut für Bau und Umwelt (2020). Technischer Bericht Murgangversuche Fellbach, HSR Hochschule für

sikalischem Versuch und Computer simu lation können zudem im Computermodell flächendeckend Einzelheiten untersucht werden, die im physikalischen Versuch ge gebenenfalls eine zu aufwändige Mess technik oder eine zu grosse Geländeab deckung erfordern würden.

Danksagung

Wir danken der Gemeinde Saas-Balen und dem Kanton Wallis für den Auftrag zu einer physikalischen Murgangmodellierung des Fellbachs sowie für die Erlaubnis zur Verwendung der Grundlagen- und Ver suchsdaten, um die numerischen Model lierungen durchzuführen und diese mit den Versuchsergebnissen zu vergleichen.

Technik Rapperswil, 28. August 2020. (unveröffentlicht). Li, R., Teng, Y. (2022). An improved DebrisInterMixingFoam for debris flow simulation: numerical investigation and application, Nat Hazards. https://doi.org/10.1007/s11069-022-05376-x.

Autorinnen und Autoren:

Albrecht von Boetticher, Staubli, Kurath & Partner AG, Bachmattstrasse 53, 8048 Zürich, albrecht.vonboetticher@wasserbau.ch

Jürg Speerli, Andrea-Kristin Bachmann, Ingenieurbüro Speerli GmbH, Fuchsberg 11, 8846 Willerzell, speerli@iswb.ch, bachmann@iswb.ch Catherine Berger, geo7 AG, Neufeldstrasse 5 9, 3012 Bern, catherine.berger@geo7.ch

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Bild 10: Der Murgang bildet wieder eine kontinuierlich fortschreitende Front (Foto aus IBU Institut für Bau und Umwelt 2020).

50 Jahre Erfassung von Unwetterschäden in der Schweiz

Zusammenfassung

In der Unwetterschadens-Datenbank der Schweiz werden seit 1972 systematisch Schäden und Kosten erfasst, die durch natürlich auftretende Hochwasser, Murgänge, Rutschungen und Sturzprozesse entstehen. Für Ingenieurbüros und Behörden bilden diese frei verfügbaren Daten eine Grundlage für Gefahrenbeurteilungen, Planung und Projektierung von Schutzmassnahmen sowie für Ereignisanalysen. Mit der Aufarbeitung des schadenreichen Jahres 2021 wurde die Datenreihe stolze 50 Jahre lang.

1. Wie alles anfing

Der Ursprung der Unwetterschadens-Da tenbank der Schweiz (USDB) ist im Jahr 1972 an der Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen EAFV, der heutigen Eidg. Forschungsanstalt WSL, zu finden. Das anfängliche Ziel des Projektes bestand da rin, durch die Dokumentation von Scha densprozessen den Bedarf an den in der Abteilung Wildbach- und Hangverbau ent wickelten Methoden aufzuzeigen. Zu die sem Zweck wurde mit der systematischen Erfassung von Schäden begonnen, die in der Schweiz durch Hochwasser, Murgänge und Rutschungen entstehen. Als primäre Grundlage dafür diente damals wie heute ein umfassendes Medienmonitoring. Vor 1972 gab es weder auf Bundes- noch auf Kantonsebene eine systematische Daten erfassung von Unwetterschäden. Es fehlte sowohl an Angaben zu Ausmass und Häu figkeit von Schadensereignissen als auch zu deren räumlichen Verteilung.

Mit der jährlichen Publikation der Schä den wurde im Jahr 1977 begonnen, als im Sommer schwere Unwetter, unter ande rem im Kanton Uri, die Schweiz aufrüt tel ten (Zeller, 1977). Nach einem noch ver heerenderen Schadensjahr 1978 (Zeller und Röthlisberger, 1979) gewann eine nach einheitlichen Grundsätzen bereitgestellte Schadensübersicht weitere Bedeutung. Nach einigen ruhigen Jahren wurden Teile des Alpenraums 1987 von folgenschweren Unwet tern mit Schäden in Milliardenhöhe heimgesucht. In der Folge wurden neue Bundesgesetze zum Wasserbau und Wald

erarbeitet. Diese traten 1991 in Kraft und verpflichteten die Kantone dazu, Gefahren kataster und -karten zu erstellen.

Um Daten zu gravitativen Naturgefah renereignissen schweizweit zentral erfas sen und führen zu können, erarbeiteten Bund und Kantone die Datenbank StorMe. In einem ersten Schritt wurden bis Ende der 1990er Jahre die bis dahin an der WSL gesammelten Daten digitalisiert und in die StorMe-Datenbank aufgenommen. Ab 2002 wurden zusätzlich auch Sturzereignisse in der USDB erfasst. Während bei StorMe der Fokus auf der Erfassung der bei Na turereignissen betroffenen Räume, der Ur sachen und der Auswirkungen liegt, ent hält die Unwetterschadens-Datenbank vor allem auch quantitative Zahlen zu Todes opfern und Schäden. Deshalb führt die WSL ihre Unwetterschadens-Datenbank bis heute im Auftrag des Bundesamtes für Um welt (BAFU) weiter. Durch eine aufwändige archivgestützte Rückerfassung von Sturz ereignissen (Steinschlag, Fels- und Berg sturz) für den Zeitraum 1972 bis 2001 wurde die USDB vervollständigt. Somit liegt heute eine schweizweite 50-jährige Datenreihe für Schäden infolge Hochwasser, Murgän gen, Rutschungen und Sturzprozessen vor.

2. Die Datenreihe und was sie aufzeigt

Über die letzten 50 Jahre wurden mehr als 27 000 Schadensereignisse in die Daten bank aufgenommen. Deren geschätzte Schadenskosten belaufen sich auf gut 15 Milliarden Franken (teuerungsbereinigt).

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Schadenschätzungen von einzelnen Ereig nissen können mit grösseren Unsicherhei ten behaftet sein. In der Summe sind sie für regionale Auswertungen und allgemei ne Übersichten dennoch von Nutzen.

Der grösste Teil der Gesamtschadens summe wurde in den letzten 50 Jahren durch Hochwasser inklusive Übersarun gen und Oberflächenabfluss (88 Prozent) verursacht. Murgänge (5 Prozent), Rut schungen (6 Prozent) und Sturzprozesse (1 Prozent) sind bezüglich Gesamtscha denssumme klar weniger bedeutend. Die se und weitere Ergebnisse unserer Aus wer tungen sind auf der entsprechenden Webseite der WSL zu finden (www.wsl.ch/ usdb). Die räumliche Verteilung der Schä den (Bild 1) zeigt eindrücklich auf, dass praktisch jede Schweizer Gemeinde (> 90 Prozent) in den letzten 50 Jahren mit Un wetterschäden konfrontiert wurde. Eben falls gut ersichtlich ist die prozessspezifi sche Verteilung der Schäden, welche weit gehend durch die topografischen Gege benheiten bestimmt wird.

Wenige Grossereignisse sind für den Hauptteil der Gesamtschadenssumme verantwortlich. Allen voran das schaden reichste Unwetter des Untersuchungszeit raums, das sich vom 21. bis 22. August 2005 ereignete und eine Gesamtschadens summe von rund drei Milliarden Franken aufwies. Damals war nahezu jede dritte Schweizer Gemeinde in irgendeiner Weise betroffen. Die schweren Hochwasserschä den erstreckten sich von den grossen Mit tellandflüssen über die Voralpen bis in die Zentralschweiz. Des Weiteren ereigneten sich viele bedeutende Murgänge und un zählige flachgründige Rutschungen. Nur zirka 25 Prozent der Schäden im August 2005 betrafen die Infrastrukturen wie Strassen, Bahnlinien und Schutzbauten. Rund 75 Prozent der Schäden entfielen auf Sachwerte wie Gebäude und Mobiliar.

Demgegenüber war die Schadens verteilung während des zweitschwersten Schweizer Unwetterereignisses seit 1972 grundverschieden. Im Sommer 1987 wa

Katharina Liechti, Alexandre Badoux, Gerhard Röthlisberger, Roberto Loat, Gian Reto Bezzola

ren beträchtliche Teile des Alpenraums stark betroffen. Entlang der Urner Reuss kam es beispielsweise zu massiven fluvia len Erosionen, die zum Versagen von Ufer verbauungen und zur Unterspülung von Strassen führten. Etwa 80 Prozent der Schadenskosten von über 1,1 Milliarden Franken (teuerungsbereinigt) entstanden infolge beschädigter oder zerstörter Infra strukturen und mussten von der öffentli chen Hand getragen werden.

3. Bedeutung und Nutzen der Datenbank

In der Vergangenheit wurden die an der WSL erfassten Daten nach schweren Un wetterereignissen im Rahmen von Ereig nisanalysen verwendet. Prominente Bei spiele dafür liefern die Berichte zu den Hochwassern 2000 (BWG, 2002) und 2005 (Bezzola und Hegg, 2007). Zudem wurden Einträge der Datenbank in den letzten 20 Jahren regelmässig zur Vervollständigung von kommunalen Ereigniskatastern im Rahmen der Erarbeitung von Gefahren

Quellen:

Bezzola, G.R., Hegg, C. (Eds.) 2007: Ereignisanalyse Hochwasser 2005, Teil 1 Prozesse, Schäden und erste Einordnung. Umwelt-Wissen Nr. 0825, Bundesamt für Umwelt BAFU & Eidg. Forschungsanstalt WSL, Bern. BWG 2002: Hochwasser 2000, Ereignisanalyse/Fall beispiele. Berichte des BWG, Serie Wasser Nr. 2, Bern.

kar ten durch Ingenieurbüros angefragt. Dieser Verwendungszweck wird mittel fristig aktuell bleiben, da es inzwischen vereinzelt gilt, ältere Gefahrenkarten zu überarbeiten. Zahlreich sind auch die An fragen von Hochschulen, welche die Da ten zu Forschungszwecken in den unter schiedlichsten Fachrichtungen nutzen. Schliesslich sind im Kontext der Daten nutzung auch die BAFU-Indikatoren zu er wähnen, welche den Zustand und die Ent wicklung der Umwelt in der Schweiz an hand ausgewählter Kenngrössen aufzei gen. Zwei der insgesamt acht Indikatoren zum Thema Naturgefahren beziehen di rekt oder indirekt Informationen der WSLUnwetterschadens-Datenbank.

Generell lassen sich Schäden vor allem dann verhindern oder begrenzen, wenn Gefahren bekannt sind. Es ist deshalb von zentraler Bedeutung, dass Informationen zu vergangenen Ereignissen gesammelt werden und verfügbar sind. Die Datenreihe zu den Unwetterschäden in der Schweiz kann somit als kollektives Gedächtnis ver standen werden. Bei der Gefahrenbeur

Zeller, J. 1977: Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 1977: Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen, 128, Nr. 12, 931-937.

Zeller, J., Röthlisberger, G. 1979: Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre 1978. Wasser Energie Luft, 71. Jahrgang, Heft 5/6: 103-108.

Bild 1: Räumliche Verteilung der Schäden durch Hochwasser, Murgänge, Rutschungen und Sturzprozesse für die 50 jäh rige Datenreihe der USDB von 1972 bis 2021. Die Grösse der einzelnen Punkte widerspiegelt das Ausmass des Schadens für den entsprechenden Eintrag.

teilung durch die Gemeinden, der Planung und Projektierung von Schutzmassnah men, der Sensibilisierung von Politik und Bevölkerung sowie als Grundlage zur Füh rung eines Risikodialogs wird die gesell schaftliche Relevanz dieser nun 50 Jahre langen Datenreihe auch in Zukunft zum Tragen kommen.

Danksagung

Wir danken folgenden Personen, welche zwischen 1972 und 2021 zur Erfassung der Unwetterschäden und zur Erarbeitung der Datenbank beigetragen haben: Jürg Zeller, Hans Burch, Dieter Rickenmann, Peter Waldner, Dominik Gerber, Christoph Hegg, Christoph Graf, Alessia Bassi, Franziska Schmid, Eva Frick, Marielle Fraefel, Michel Jeisy, Nadine Hilker, Norina Andres, David Matter und Florian Lustenberger. Des Weiteren möchten wir uns beim BAFU für die massgebliche finanzielle Unterstützung bedanken.

Autorin und Autoren: Dr. Katharina Liechti, Dr. Alexandre Badoux, Gerhard Röthlisberger, Eidg. Forschungsanstalt WSL Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf, kaethi.liechti@wsl.ch, alexandre.badoux@wsl.ch Roberto Loat, Dr. Gian Reto Bezzola, Bundesamt für Umwelt, Abteilung Gefahrenprävention, CH-3003 Bern-Ittigen.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

Force imposée sur un râtelier en amont d’un évacuateur de crue par des bois flottants, et concept pour favoriser le passage des bois flottants

Michael Pfister, Loïc Bénet, Giovanni De Cesare

Résumé

L’obstruction de l’évacuateur de crue d’un barrage par des bois flottants peut réduire sa capacité hydraulique. Pour limiter cet effet, un râtelier peut être installé pour re tenir les bois en amont de la section critique d’écoulement. Sur la base d’une mo délisation physique, la force appliquée par les bois contre des râteliers a été mesu rée. Deux types de râteliers (complet et partiel) et plusieurs positions ont été testées dans des conditions extrêmes (débits et volume de bois). La force maximale peut être exprimée sous forme d’un coefficient de trainée. Jusqu’à présent, les bois flottants bloqués doivent être enlevés après les crues. Leur contribution écologique est absente dans le cours d’eau aval. Un râtelier partiel a été développé afin de favoriser le passage des bois en maintenant la capacité hydraulique. Plusieurs apparitions de bois flottants (du bois individuel au volume extrême) sont étudiées ainsi que le positionnement du râtelier. Les expériences montrent que le passage des bois individuels est augmenté avec un râtelier partiel pour des conditions bien définies.

Zusammenfassung

Die Verklausung einer Hochwasserentlastungsanlage mit Schwemmholz kann ihre hydraulische Leistungsfähigkeit verringern. Zur Begrenzung dieses Effekts kann ein Rechen vorgesehen werden, welcher das Holz vor dem kritischen Abflussquerschnitt blockiert. Basierend auf physikalischen Modellversuchen wurde die Kraft gemessen, die vom Holz auf den Rechen ausgeübt wird. Unter extremen Bedingungen (Abfluss und Holzvolumen) wurden zwei Rechen (vollständig und aufgelöst) an mehreren Positionen getestet. Die maximale Rechenkraft kann mit dem Widerstandskoef fi zienten ausgedrückt werden.

Bisher soll verklaustes Schwemmholz nach einem Hochwasser entsorgt werden. Dessen ökologischer Wert fehlt dann im Unterlauf des Gewässers. Es wurde daher ein aufgelöster Rechen untersucht, der den Durchgang von Treibholz erleichtern und gleichzeitig die hydraulische Kapazität beibehalten soll. Mehrere Aufkommensarten von Schwemmholz (vom Einzelholz zu einem extremen Volumen) wurden untersucht sowie die Vorlagerung des Rechens. Die Experimente zeigen, dass der Durchgang einzelner Hölzer mit einem aufgelösten Rechen für gewisse Bedingungen gesteigert wird.

1. Introduction

Les cours d’eau sont des éléments impor tants du paysage et jouent un rôle clé dans la connexion des écosystèmes. La préservation des cours d’eau naturels est parfois en contradiction avec les besoins de la civilisation. Les bois flottants dans les cours d’eau illustrent ce conflit de ma nière exemplaire. Ils contribuent à la diver sité de l’habitat aquatique. En même temps, il représente une menace potentielle pour les infrastructures.

L’accumulation de bois flottants au niveau de l’évacuateur de crue d’un barrage en traîne souvent une diminution de son effi cacité. La capacité d’écoulement maximale peut être réduite, de sorte que le niveau du réservoir augmente de manière incontrôlée. Cela peut entraîner la submersion d’un barrage et, par conséquent, sa défaillance potentielle, ce qui serait inacceptable. Tout bassin versant boisé et aménagé est confronté à cette problématique.

Les trois mesures suivantes (Pfister et al., 2020) peuvent limiter l’augmentation du

niveau dans le réservoir à la suite de la présence de bois flottants : (1) la prolonga tion de la tête des piliers en amont du bar rage, ce qui crée des embâcles juste en amont du barrage et libère ainsi la section critique (régulant le débit) ; (2) l’enlèvement des piliers afin de ne pas permettre aux bois flottants la possibilité de s’accumu ler ; et (3) la mise en place d’un râtelier en amont du barrage, à nouveau pour libérer la section critique.

Les mesures (1) et (3) présentées ci-dessus sont peu écologiques (et la me sure (2) est impossible en présence de vannes ou clapets), car les bois flottants retenus doivent être enlevés mécanique ment après la crue (art. 41 LEaux). En conséquence, ils ne peuvent plus servir à favoriser la diversité d’un écosystème dans le cours d’eau. L’utilité écologique du bois mort dans les cours d’eau est incon testée (Bulliard et Lauper, 2019), et le dé ficit typique est compensé à grands frais par des aménagements techniques en bois mort (Mende, 2018)

Sur la base des observations de Pfister et al. (2020), des essais de modélisation supplémentaires ont été réalisés avec un râtelier «partiel«. Il doit garantir la sécurité en cas de crue et favoriser le passage par tiel des bois flottants. Concrètement, cela signifie que les barres du râtelier partiel initient une rotation des bois flottants. Les bois flottants peuvent alors être évacués plus facilement entre les piliers situés en aval. Même si les bois flottants se bloquent au râtelier, le pilier de l’évacuateur de crue situé directement derrière est générale ment exempt de bois flottants et la capa cité d’écoulement n’est pas réduite de manière significative au niveau local. Si cela n’est pas acceptable, le râtelier par tiel peut être combiné avec la prolonga tion des piliers en amont.

Les essais sur modèle montrent qu’en cas de faible volume de bois flottants (scénario fréquent), le râtelier partiel le fait passer plus facilement qu’un râtelier com plet. En cas d’afflux important (scénario

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rare), le râtelier est obstrué, mais avec des effets réduits sur la capacité d’évacuation.

Les râteliers sont soumis à de grandes forces lorsque les bois flottants les heurtent et dans une phase ultérieure lorsqu’un tapis entier de bois flottants s’appuie contre les râteliers. Les forces d’impact peuvent certes être déterminées à l’aide du théo rème de l’impulsion, mais des paramètres tels que la durée de l’impact et l’élasticité du bois ont un effet réducteur sur les forces. Lors de l’estimation des forces ré sultant d’un tapis de bois flottants placé en amont et compacté, des approches de mécanique des fluides peuvent être for mulées, mais avec quelques inconnues, comme le coefficient de trainée et la sur face d’obstruction. Des nouveaux essais systématiques sur modèle réduit avec des bois flottants et une retenue en amont d’un évacuateur de crue ont permis de préciser ces paramètres.

La figure 1 montre les configurations étudiées sur le modèle réduit et définit les paramètres utilisés par la suite.

proches de mécanique des fluides, mais jusqu’à présent avec de nombreuses in connues, comme le coefficient de trainée et la surface d’obstruction.

La littérature est partiellement la cunaire et ne convient pas toujours à la conception statique des râteliers pour des conditions de bords variables. Elle contient, entre autres, les approches mentionnées ci-après : • Gippel et al. (1996) se réfèrent au coef ficient de trainée cw = F/(0,5ρ U2 LD) pour calculer la force F hydrodynamique sta tionnaire du râtelier avec une obstruc tion. Ici, LD est la surface d’obstruction des bois flottants (produit de la lon gueur L et du diamètre D des bois ca ractéristiques). Des barres prismatiques ainsi que d’autres éléments ont été tes tés et différents cw ont été déterminés à cet effet. Selon les conditions testées, il s’ensuit des valeurs entre cw =0,4 et 1,2 pour les écoulements lents, ce qui semble sans importance en raison de l’obstruction plutôt faible. Le coefficient de trainée avec obstruction peut être déterminé à l’aide d’une formule empi rique en fonction du cw « non influencé » et du degré d’obstruction. Une série de tests spéciaux a en outre montré que le cw dépend également du nombre de Froude et de la profondeur d’écoulement, et peut atteindre même cw =5 pour une combinaison extrême.

• USCE (1997) donne une approche pour le calcul des forces d’impact au fil de l’eau des différents éléments en bois. Pour l’essentiel, celles-ci sont assimi lées au poids propre de l’élément.

• NCHRP (2000) donnent un aperçu des forces exercées sur les piles et caissons de pont sous l’influence de bois flottants et soulignent l’hétérogénéité des résul tats. Ils montrent l’influence d’un ratio d’obstruction, qui ne peut toutefois être déterminé que dans des expériences sur modèle.

indique des valeurs pour cw autour de 1,8, ou comme fonction du nombre de Froude amont et de la position du râtelier.

• Kälin et al. (2005) conçoivent un « tronc normalisé « et le font rebondir verticale ment sur un champ de tôles. L’accent est mis sur le dimensionnement statique et non sur la position des éléments ou la force d’une obstruction de bois flottants.

• Des études sur l’impact et la résistance à l’écoulement résultant de la présence de bois flottants et de déchets de civili sation sont discutées, principalement pour les bâtiments, par Nistor et al. (2017) et Wüthrich et al. (2020). Sur la base d’essais sur modèle réduit, ces études démontrent que la connaissance des « densités » d’obstruction est nécessaire pour décrire les forces. Il apparaît en outre que ce n’est pas l’impact des bois flottants du type « forest debris » qui constitue le cas de charge déterminant, mais la force hydrodynamique suite à l’écoulement et due à la réduction de la perméabilité de la section d’écoulement. Les auteurs indiquent, pour les bois flottants sans éléments en forme de conteneur (grands éléments de civilisa tion), un facteur de 2 en ce qui concerne la force sur le bâtiment, par rapport à la situation sans bois (eau pure).

• Spreizer et al. (2019) ont équipé des élé ments en bois d’accéléromètres et les ont fait entrer en collision avec des obs tacles dans un modèle physique. Lors de l’impact des éléments sur une pile de pont, ils ont mesuré des accélérations allant jusqu’à environ près de 2g, et de près de 4g lors de l’interaction avec la paroi du canal.

• Majtan et al. (2021) étudient à l’aide de simulations SPH les forces exercées par le bois flottant sur les ponts en arc à une seule travée. La présence de bois flottant augmente les forces, et peut notamment aussi détacher des pierres individuelles de la structure en les heurtant.

Figure 1 : Définition des paramètres : (a) coupe et (b) vue en plan.

2. Force imposée

Les barres de râtelier obstruées par de bois flottants sont soumises à d’impor tantes forces, en particulier dans le cas d’une obstruction totale et des vitesses d’écoulement élevées. Lors de l’estima tion des forces dues à un tapis de bois flottants positionné en amont et appuyé, il est certes possible de formuler des ap

• L’impact dynamique maximal (enveloppe des forces mesurées dans le modèle) a été approximée par Haehnel et Daly (2004) avec FM =1550Um 0,5 , U étant la vitesse et m la masse du bois. La struc ture de la formule empirique est em pruntée au théorème de l’impulsion et simplifiée. On constate à nouveau l’in fluence dominante de la vitesse d’écou lement, qui est plus élevée pour les râ teliers en rivière que pour celle dans des retenues.

• La FHWA (2005) cite les études de NCHRP (2000), se réfère à la force de calcul hydrodynamique stationnaire et

2.1 Expériences

Des expériences systématiques (Bénet et al., 2022) ont été effectués sur un canal d’essai de la PL-LCH (EPFL). Sa longueur est de 10 m, sa largeur de 1,50 m et la hau teur de 0,70 m. À la fin du canal, un déver soir standard (ogee crest) est installé, avec des piliers mobiles pour étudier di verses configurations.

Un limnimètre (±1 mm) mesure le ni veau d’eau dans le réservoir 4 m en amont du déversoir. Le débit est enregistré par un débitmètre magnétique inductif (préci sion de mesure de ±0,5 % FS). Une jauge

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de contrainte mesure la force appliquée contre le râtelier (TAS501M+SIC-A2, pré cision de mesure de ±0,1 % FS, fréquence d’acquisition 0,2 Hz, moyenne sur 240 à 480 valeurs).

Le râtelier a été monté de manière pivo tante et équipé d’une jauge de contrainte via un bras de levier (à droite sur la figure 2). La jauge de contrainte a été étalonné à l’aide de poids de référence précis. La force purement hydrodynamique du râte lier (eau uniquement, sans bois) a été me surée systématiquement et validée à l’aide de valeurs tirées de la littérature. Ensuite, la force imposée par les bois flottants blo qués contre le râtelier a été mesurée pour deux types : (1) le râtelier complet (une barre avant chaque pilier), et (2) le râtelier partiel (une barre avant chaque deuxième pilier).

La caractéristique des bois flottants a été choisie selon Rickli et Hess (2009). La présence de troncs de grande longueur est accentuée (conditions extrêmes). Au total, 2760 troncs et 80 souches com posent le volume, répartis en neuf classes de longueur allant de 0,10 à 0,43 m de long (avec un facteur d’échelle géométrique de 1:35 ; cela donne in situ de tailles entre 3,5 à 15,2 m), pour un rapport longueur versus diamètre proche de 20.

La systématique des essais résulte des règles de l’art, des questions posées et de l’expérience. Au total, 108 essais ont été réalisés, composés de 54 configurations qui ont été testées deux fois chacune. En outre, la situation avec et sans bois a été mesurée afin que le coefficient de trainée à l’écoulement puisse être lu directement à partir du jeu de données.

Les essais ont consisté à faire varier systématiquement les débits (exprimés par la charge relative χ= HR /HD, avec HR étant la charge de référence sans bois et HD la charge de dimensionnement du dé versoir, ici HD =0,15 m, figure 1), la largeur des passes b, l’avancée du râtelier a (po sitions 1 à 4, chapitre 3.1), le type de râte lier (complet ou partiel, l’écartement des barres est appelé br et vaut br = b pour le râtelier complet et br =2b pour le râtelier partiel) et la quantité de bois flottants (sans bois, ainsi que sous la quantité de bois extrême avec 2840 éléments).

La procédure de test a été la suivante (fi gure 3) : a) Le système d’acquisition est opération nel suffisamment long pour stabiliser les valeurs mesurées. À la fin de cette durée, la force « interne » est mesurée,

c’est-à-dire la force suite à l’excentricité de la construction sans autre influence extérieure. Celle-ci doit à chaque fois être déduite de toutes les autres forces.

b) Le débit le plus faible ( χ=0,33) est main tenu pendant 20 min. On mesure la com posante hydrodynamique, ainsi de l’eau uniquement.

c) Le bois flottant est ajouté et réparti uni formément dans le canal.

d) Le débit le plus faible ( χ=0,33) est à nouveau réglé et maintenu pendant 20 minutes. La force du bois et de l’eau est mesurée. Pour l’évaluation ultérieure, la composante de l’eau (de l’étape b) est soustraite de celle-ci.

e) Le débit est réglé sur χ=0,67 et mainte nu pendant 20 min. On mesure la force du bois et de l’eau.

f) Le débit est réglé sur χ=1 et maintenu pendant 40 min afin que le signal se stabilise et que l’obstruction puisse se compacter. On mesure la force du bois et de l’eau. À la fin de la période, le bois est retiré.

g) Le débit est maintenu à χ=1 pendant 20 minutes supplémentaires. On mesure la force hydrodynamique seule (comme valeur de comparaison avec l’étape f).

h) Le débit est abaissé à χ=0,67 et main tenu pendant 20 min. La force hydrody namique est mesurée (comme valeur de comparaison avec l’étape e).

i) Le débit est arrêté et la force « interne » est à nouveau mesurée (comme à l’éta pe a). Si celle-ci n’est pas égale à celle d’avant les essais, la déviation est ré partie linéairement dans le temps.

2.2 Force hydrodynamique

La force hydrodynamique sur un objet (ou sa résistance à l’écoulement) se compose de la résistance à la forme et la friction. La première résulte de la différence de pres sion avant et après l’objet, la seconde du frottement dans le fluide et à la surface de l’objet. Comme les barres de râtelier ne pré sentent qu’une faible surface, c’est la résis tance à la forme qui est déterminante ici.

La force de traînée Fw (indice W pour l’eau, figure 1a) d’un objet dépend de la vitesse d’écoulement U, de la densité du fluide ρ et de la surface d’obstruction A de l’objet comme :

Figure 3 : Valeurs du débit et de la force (en kg masse) sur le râtelier, telles qu’elles ont été enregistrées au cours d’une expérience (tests 1, 3 et 5, avec répétition en gris).

Où cW est le coefficient de traînée. Pour les barres cylindriques dans des profils de vi tesse variés, Cheng (2013) indique le coef ficient de traînée discrétisé par longueur

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Figure 2 : Installation du râtelier partiel sur un axe de rotation et la jauge de contrainte à droite de l’image.

partielle Δz et la vitesse locale U correspon dante, qui est exprimée avec le nombre de Reynolds R selon le lieu, comme suit : (2)

La force de traînée par longueur partielle constante Δz est cumulée segment par segment pour obtenir la force de traînée totale en tant que :

(3)

La surface d’obstruction y a été remplacée par le produit de D (diamètre de la barre de râtelier) et de Δz. Dans le modèle, il faut donc mesurer la force de traînée, le champ de vitesse horizontal et les niveaux d’eau pour pouvoir les convertir en valeurs cW correspondantes (équation 3) et les compa rer ensuite avec les valeurs de la littérature.

Dans un premier temps, les moments MR mesurés dans le modèle, résultant des forces traînée, ont été comparés aux valeurs calculées MC selon l’approche qui vient d’être présentée (figure 4). Il s’avère que les moments mesurés sont en moyenne supé rieure d’environ 30 % aux moments calcu lés. En général, le coefficient de détermina tion est cependant élevé avec R2 =0,91. On suppose que cela est lié au champ d’écou lement tridimensionnel prononcé en amont du déversoir. La comparaison directe des coefficients de trainée à l’écoulement cW se lon Cheng (2013) est moins pertinente, car les valeurs sont moins corrélées. Et ce n’est pas seulement le cas avec nos propres don nées, mais aussi avec celles de la littérature, par exemple avec NCHRP (2000)

En résumé, on peut retenir que les forces (moments) résultant de la charge purement hydrodynamique peuvent être relativement bien prédites selon Cheng (2013), à condi tion que ses forces soient multipliées par une constante de 1,30. Cela est nécessaire pour adapter les conditions limites à notre situation de calcul. Il ne s’agit toutefois que d’un résultat périphérique, car les forces purement hydrodynamiques sont typique ment inférieures d’un facteur 2 à 6 aux forces induites par les bois flottants.

2.3 Forces induites par les bois flottants

La force induite FH par les bois flottants est mesurée dans le modèle comme étant la force que les bois flottants (après dé duction de la force hydrodynamique) exer cent sur les râteliers testés, positionnée à la surface de l’eau (figure 1a). Le type de râtelier installé joue ici un rôle central.

Le râtelier complet présente un écarte ment relatif des barres de br/LM<0,80, avec br comme distance libre entre deux barres de râteau voisins et LM comme longueur maximale d’un tronc. Le râtelier complet, étant « étroit », permet aux bois flottants de se bloquer au niveau du râtelier lui-même, car il remplit le critère de Godtland et Tesaker (1994, br/LM<0,80). Celui-ci indique à par tir de quelle largeur de barreau un râtelier a tendance à faire passer les bois flottants ou à les retenir. La quasi-totalité du volume de bois flottants reste accrochée au râtelier (figure 5a) et exerce une force contre lui.

La situation est différente pour le râtelier partiel, qui présente des écartements de barres plus importants que ceux de Godtland et Tesaker (1994). Dans ce cas, seule une partie des bois flottants s’appuie contre le râtelier. Certains troncs peuvent également s’appuyer contre les piliers situés derrière (figure 5b). Le râtelier ne subit donc qu’une partie de la force des bois flottants.

Afin de tenir compte du phénomène qui vient d’être décrit, la force par barres fH (force totale induite par les bois flottants FH mesurée divisée par le nombre de barres de râtelier, figure 1a) est utilisée par la suite comme paramètre déterminant. Le coef ficient de traînée c H induit par les bois flottants et par barre est déterminé comme suit sur la base des données de mesure, en s’appuyant sur l’équation 4 :

par des hypothèses pour l’application pra tique. Premièrement, U représente dans notre cas la composante horizontale de la vitesse d’écoulement à la surface de l’eau au niveau du râtelier non obstrué. Cette hypothèse est judicieuse, car dans le mo dèle, le blocage contre le râtelier apparait qu’à une seule couche de troncs et rare ment à plusieurs. Cela est due à la vitesse du courant qui était faible et ne poussait que légèrement le bois contre le râtelier. Deuxièmement, il faut définir une surface d’obstruction A H. En fait, celle-ci corres pond à la surface obstruée par les bois flot tants. Mais il est très difficile de la déter miner sans modèle réduit, et même avec elle varie entre les expériences. Nous avons donc décidé, après une analyse approfon die des données, que • A H = DM br pour des écartements de bar res de râteliers «faibles« de br ≤ LM, et • A H = DM LM pour des distances de barres de râteliers «importantes« de br>LM

Figure 4 : Moments hydrodynamiques mesurés et calculés (avec les bras de levier correspondants) sur les râteliers complets.

(4)

L’équation 4 représente une approche phy sique raisonnable, mais doit être étayée

Figure 5 : Exemple d’obstruction du râtelier (a) complet (test 18) et (b) partiel (test 72) dans le modèle. Dans le cas du râtelier partiel, certains troncs s’appuient également contre les piliers.

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On suppose ainsi une obstruction à une seule couche, avec le diamètre maximal DM du tronc le plus épais. La largeur de l’encombrement correspond à la valeur la plus faible de la longueur maximale du tronc LM ou de l’écartement intérieur des barres br

Râtelier complet

Le râtelier complet bloque normalement tous les troncs et subit conséquemment quasi la totalité de la force induite par les bois flottants. Il est de ce fait le premier à être étudié. La variation systématique des paramètres testés permis d’analyser sé parément l’influence du débit, de la lar geur des passes, de l’avancée du râtelier, et du nombre de Froude amont Fo (dans le réservoir) sur la force induite par barre. Il s’est avéré que toutes les variables de l’équation 4 sont de facto bien représen tées, à l’exception de la distance relative entre les barres de râtelier b r/LM. Ici, la force des barres augmente avec b r/LM, ce qui était prévisible : (i) lorsque l’espacement entre les barres est « grand », un « large » tapis de bois flottants exerce une force contre une barre donnée et (ii) la force se répartit sur plusieurs barres dans le cas de troncs longs. Ces effets sont bien vi sibles dans la figure 6, montrant le coeffi cient de trainée cH par barre et pour du bois uniquement en fonction de la dis tance relative entre les barres.

Le coefficient de détermination avec une tendance linéaire globale est de R2 =0,87 pour les essais avec du bois flot tant et le râtelier complet. La tendance suit en fait l’équation cH =12,33(br/LM), repré sentée par une ligne en traitillés sur la fi gure 6. Compte tenu du fait que l’on étudie un phénomène de bois flottants avec une certaine instabilité des observations, nous recommandons plutôt de l’observer au moyen d’une enveloppe. Celle-ci est re présentée par une ligne continue sur la figure 6 et suit la fonction : (5)

Figure 6 : Coefficients de trainée à l’écoulement cH induits par les bois flottants contre le râtelier complet en fonction de l’espacement relatif des barres du râtelier, avec une tendance linéaire.

Sur la figure 6, les tests avec Fo<0,02 sont surlignés d’un cercle gris. Ceux-ci four nissent dans l’ensemble des forces peu fiables, car les magnitudes sont très faibles ou se situent dans le domaine de la préci sion de mesure. Ces essais n’ont pas été inclus dans l’analyse. Le nombre de Froude amont est Fo = Q/(B( g(W+H ) 3) 0,5), avec Q étant le débit, B la largeur du canal d’essai (ici B=1,50 m), g l’accélération gravitation nelle, W la hauteur de la crête du déversoir (figure 1a) et H la charge sur le déversoir.

Râtelier partiel

Le râtelier partiel ne dispose que d’une barre devant chaque deuxième pilier. Les bois flottants s’appuient en conséquence contre la barre de râtelier et le pilier voisin. La dis tance relative entre les barres varie alors dans une fourchette de 0,80≤ br/LM ≤1,54, ce qui est supérieur au critère de Godtland

et Tesaker (1994). La probabilité que de nombreux tronc passe entre les barres est donc élevée.

L’analyse et la représentation des ré sultats des expériences ont été effectuées de la même manière que pour le râtelier complet. La figure 7 montre les coefficients de trainée cH des bois flottants en fonction de br/LM, qui est maintenant deux fois plus grande que pour le râtelier complet. En principe, les coefficients sont à peu près similaires que pour le râtelier complet et suivent la même tendance, mais avec des br/LM plus grands. Une régression linéaire donne la relation c H =6,15( b r/LM) avec R2 =0,80, une corrélation qui est encore acceptable dans le contexte des bois flot tants. Il est intéressant de noter que la pente de 6,15 de la tendance linéaire du râtelier partiel est la moitié de la pente du râtelier complet (de 12,33).

L’équation 5 ne s’applique qu’aux « faibles » distances entre les barres de râteliers avec br/LM<0,80 (et donc pour les râteliers com plets). C’est seulement dans ce cas que quasiment tous les bois flottants s’ap puient contre le râtelier. Le comportement de la force des bois flottants avec un es pacement plus important entre les barres de râtelier doit être étudié à l’aide du râte lier partiel.

Figure 7 : Coefficients de trainée induit par les bois flottants cH du râtelier partiel en fonction de l’espacement relatif des barres du râtelier, avec une tendance linéaire.

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Si l’on ajuste à nouveau une enveloppe dans les données de la figure 7, on constate que (6)

La pente dans l’équation 6 est égale à la moitié de la pente de l’équation 5. Le râte lier partiel subit donc en principe au maxi mum la moitié de la force du râtelier com plet. Une fois de plus, les essais Fo>0,02 sont représentés en gris sur la figure 7 et ne sont pas pris en compte pour l’analyse.

Des données applicables au cas du râtelier partiel sont fournies par NCHRP (2000) qui spécifient les forces induites par les bois flottants pour le cas de la pile de pont. Dans notre contexte, nous inter prétons cela comme un râtelier partiel avec une très grande distance entre les barres. Concrètement, il en résulte environ 3< br/LM<6 pour leurs expériences. Sur la base de leurs mesures de force, des di mensions des bois flottants, des vitesses d’écoulement et de la géométrie du canal, des valeurs de cH ont été calculées avec notre approche. Les différences résident dans la forme de la tête des piliers : nous travaillons avec (i) des barres de râtelier rondes, alors que NCHRP (2000) a étudié des piles de pont rectangulaires en plan, (ii) un réservoir en amont du barrage, alors que NCHRP (2000) a supposé un cours d’eau, et (iii) un volume de bois flottants «extrême», alors que NCHRP (2000) a consi déré un volume plus faible.

La figure 8 complète nos données (uni quement Fo>0,02) avec celles de NCHRP (2000). Celles-ci se situent aux grands br/LM et vont jusqu’à environ cH<17. Cette valeur

correspond également au maximum que nous avons observé. Les valeurs n’augmen tent donc plus pour des distances entre les barres de râtelier de plus en plus grandes, mais atteignent la valeur maximale men tionnée à partir d’environ br/LM>1,54. Cela est évident, car aucun tapis de bois flot tants « très » large ne peut se former devant une seule barre simplement parce que la distance entre les barres devient «très» grande. La largeur de l’obstruction, et donc la valeur cH, se dissocie de br/LM pour des distances très larges entre les barres. Nous avons déjà intégré ce phénomène dans la formulation de la surface d’obstruction A H, comme mentionné précédemment. La lar geur déterminante de l’obstruction pour sa détermination est la valeur la plus faible entre la longueur maximale du tronc et la distance entre les barres. Les données de NCHRP (2000) aident donc à déterminer cette transition.

2.4 Conclusions force

Les forces dues aux bois flottants (sans la composante hydrodynamique) sur les râ teliers peuvent être formulées de manière fiable avec l’approche courante de la force de trainée, par rapport à une barre de râ telier. Les essais systématiques sur mo dèle ont permis de valider et de calibrer cette équation. Pour une apparition de bois flottants «extrême», la force maximale sui vante (déduite d’une enveloppe) agit sur une barre d’un râtelier :

née cH pour les bois flottants. Cette équa tion inclut l’effet de la vitesse d’écoule ment (c’est-à-dire l’avancée du râtelier et le débit), l’espace libre des barres de râte lier, la longueur maximale des bois flot tants, et la surface d’obstruction. Cette dernière a été prise comme valeur infé rieure de DM LM (grande distance entre les barres) ou DM br (faible distance entre les barres).

Le facteur r indique le type de râtelier, et est r=1 pour le râtelier complet (0,40< br / LM<0,80) ainsi que r=0,5 pour le râtelier partiel (0,80≤ br/LM ≤1,54). Par conséquent, l’équation 7 est uniquement valable dans la plage 0,40< br/LM<1,54. Pour les barres plus espacées (br/LM>1,54), il s’ensuit un terme constant entre parenthèses (cH =17) dans l’équation 7

Les explications ci-dessus peuvent également être interprétées de manière pragmatique. Le terme entre parenthèses dans l’équation 7 peut aussi être rem placé, de manière simplifiée, par c H =17. Pratiquement tous nos points et ceux de NCHRP (2000) sont alors couverts, à deux exceptions près. L’équation 7 relative à la force contre les râteliers induite par les bois flottants par barres devient alors (8)

(7)

Dans l’équation 7, le terme entre paren thèses correspond au coefficient de trai

Les observations et conclusions mention nées ici sont valables dans le cadre des paramètres étudiés et de leur domaine de variation.

Pour conclure, il convient de noter que nous avons également testé deux volumes de bois flottants plus faibles par rapport au volume « extrême » décrit jusqu’ici. « Petit » signifie concrètement qu’ils étaient inférieurs au volume déterminant estimé par Schalko et al. (2019). Les forces de calcul mesurées étaient légèrement infé rieures à celles de l’obstruction « extrême ». Cette dernière représente donc manifes tement le cas déterminant.

3. Râtelier partiellement perméable

Des râteliers positionnés en amont ainsi que d’autres mesures constructives re tiennent les bois flottants avant l’entrée dans l’évacuateur de crue et préservent ainsi sa capacité. L’aspect de la sécurité des barrages a été pris en compte. La ré tention complète des bois flottants néces site son enlèvement mécanique après la crue, ce qui les rend indisponibles en tant

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Figure 8 : Coefficients de trainée cH induits par les bois flottants estimés à l’aide des données de NCHRP (2000) et de notre approche (Fo>0,02).

qu’élément structurant de l’habitat des cours d’eau.

Dans la suite, nous prenons aussi compte de la valeur écologique du bois de grande taille dans les cours d’eau. L’étude sur la diminution de la probabilité de blo cage des râteliers partiels a donc pour but de tester un râtelier avec des bois flottants qui assure la sécurité des barrages tout en étant au moins partiellement perméable ou en laissant une part aussi importante que possible de bois flottants dans le cours d’eau.

Le râtelier partiel détaillé ci-dessus ne dispose d’une barre de râtelier que devant un pilier sur deux, le râtelier complet dis pose d’une barre de râtelier devant chaque pilier. La figure 9 montre un râtelier partiel dans le modèle pendant un essai.

d’une grande quantité de bois flottants, une obstruction de la section d’écoule ment peut avoir lieu, dès qu’un tronc flot tant de grande longueur se bloque.

• La probabilité de blocage d’un tronc in dividuel contre un seul pilier a été étudié par Schalko (2017). Si la rugosité des troncs et des piliers ont un effet mineur sur la probabilité de blocage, la longueur des troncs, la vitesse d’écoulement, le mode de transports des troncs, le nom bre de Froude et la profondeur d’écoule ment influencent la probabilité de blo cage.

• De Cicco et al. (2020) se concentrent sur l’influence de la géométrie des piliers pour la probabilité de blocage. Il est constaté que les mécanismes de trans ports des bois flottants influencent la probabilité. Une forme rectangulaire des piliers multiplie par trois la probabilité en référence à une forme triangulaire. La géométrie du pilier influence l’écou lement en amont, ce qui affecte la pro babilité. Ce sont les troncs les plus longs qui présentent la plus haute probabilité de blocage.

• Schalko et al. (2020) ont installé des ai lettes métalliques sur un pilier pour gui der les bois flottants. Les diverses con figurations testées (type d’ailettes, incli naison, angle en référence à l’écoule ment) n’ont pas montré de réduction de la probabilité de blocage. Les ailettes ont permis d’éviter un impact des bois flottants directement sur le pilier

3.1 Expériences de passage

• « loin » de l’entrée (a grand),

• à une position « moyenne » (a moyen),

• « près » de l’entrée (a petit), et

• « sans » râtelier comme configuration de référence.

Au total, 573 essais ont été réalisés, tous avec un affluent de type « réservoir » en amont du râtelier (Fo<0,1). La probabilité d’obstruction P et la capacité hydraulique η ont été évaluées, et comparées aux va leurs du râtelier complet ainsi qu’à celles de la situation sans râtelier. Elles sont dé finies comme suit :

• Performance hydraulique η comme le rapport entre le coefficient du déver soir avec bois et du coefficient sans bois. La valeur η est donc comprise entre zéro (la capacité hydraulique n’est plus assurée) et un (la pleine capacité se produit, sans réduction, tableau 2).

• Probabilité d’obstruction P comme le rapport entre le nombre de bois bloqués et le nombre total de bois ajoutés. La valeur de P est donc comprise entre zéro (tout le bois passe le râtelier et le déversoir) et un (tout le bois est bloqué, tableau 3).

Apparition du bois χR b/LM a [-] [-] [m]

Individuel Min. 0,34 0,40 0,00 Max. 1,01 0,77 0,40

La littérature indique les approches sui vantes pour orienter des bois : • McFadden et Stallion (1976) ont conçu trois piliers en forme triangulaire en amont d’un ouvrage similaire à un évacuateur de crue. Les résultats n’ont pas été con cluants. Une partie des bois flottants se sont alignés parallèlement à l’écoule ment, les autres sont restés bloqués contre les piliers.

• FHWA (2005) a étudié le positionnement d’un pilier individuel en amont d’un ouv rage potentiellement obstrué. Le but est d’inciter les mouvements des bois flot tants dans le sens de l’écoulement.

• Lange et Bezzola (2006) se sont intéres sés à un redresseur. Il a été montré qu’il influence le passage des bois flottants vers l’aval. Cependant, avec la présence

Le modèle physique a été adapté pour cette nouvelle série de tests. Plus précisé ment, un élément configurable pour le râ telier (complet ou partiel) a été ajouté. Les expériences ont porté sur le scénario ex trême de bois flottants et, en complément, sur deux autres différentes formes d’ac cumulation de bois individuel. L’arrivée « individuelle » de bois flottants se décrit par une succession de petits groupes de trois troncs de longueur identique et maxi male (au total 60 troncs). L’arrivée « en groupe » est composée de 6 groupes de trente troncs de longueur identique et maxi male (au total 180 troncs). Quant à l’arrivée « extrême », il s’agit du volume de bois flot tants extrême décrit au chapitre 2.1

Des différents débits ont été testées, ainsi que des largeurs de passes et des positions du râtelier. La gamme de para mètres étudiés est présentée dans le ta bleau 1. La position avancée du râtelier a étant testée avec quatre positions dis tinctes :

Groupe Min. 0,33 0,40 0,00 Max. 1,01 0,77 0,40 Extrême Min. 0,17 (*) 0,40 0,00 Max. 1,01 0,77 0,40

Tableau 1: Gammes de paramètres étudiées et type d’apparition des bois flottants (*valeur de Bénet et al., 2021).

3.2 Râtelier partiel

Les figures 10, 11 et 12 montrent la proba bilité d’obstruction P et la capacité hydrau lique η du râtelier partiel en fonction de l’avancée relative du râtelier a/HR, avec HR comme charge de référence du débit sans bois flottants. Cette normalisation s’est avé rée déterminante dans les études précé dentes sur le râtelier complet et les têtes de piliers avancées (Pfister et al., 2020)

Pour le bois individuel (figure 10), les bois flottants pouvaient se déplacer rela tivement librement et, en conséquence, être souvent tournés dans le sens du courant par le râtelier partiel. En particulier, la po sition 1 du râteau, avec de « grands » a/HR et donc « éloignés » de l’entrée, offrait suf

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 255

Figure 9 : Essai avec un râtelier partiel et une quantité extrême de bois flottant (test 278).

(a)

(a)

Figure 12 : Pour le râtelier partiel et l’apparition de bois extrême : capacité hydraulique η

3.3 Râtelier partiel et surplomb des piliers

(b) (b)

Figure 10 : Pour le râtelier partiel et l’apparition de bois individuel : (a) probabilité d’obstruction P et (b) capacité hydraulique η.

fisamment d’espace pour la rotation et les probabilités d’embâcle diminuaient, en particulier par rapport à la situation sans râtelier (position 4). La capacité hydrau lique était nettement plus importante avec le a/HR et le râtelier partiel que celle sans râtelier (typiquement η>80%).

Pour les bois flottants en tant que groupe (figure 11), il n’y a guère de différence en ce qui concerne la probabilité d’obstruc tion avec et sans le râtelier partiel, avec l’ex ception des râteliers très distants. En re vanche, la capacité hydraulique est mainte nue généralement au-dessus de η>80 %.

En cas d’arrivée extrême de bois flot tants, le volume total de bois se bloque au niveau du râtelier partiel et des piliers, ce qui donne P=1. Ceci est également valable pour la situation sans râtelier. Cependant, la présence du râtelier partiel augmente nettement la capacité hydraulique, typi quement à plus de 90% (figure 12)

Par conséquent, le râtelier partiel laisse passer nettement plus de bois individuel que la configuration sans râtelier (tableau 3) Il n’y a pas de différence significative pour un volume de bois en groupe ou un vo

Figure 11 : Pour le râtelier partiel et l’apparition de bois en groupe : (a) probabilité d’obstruction P et (b) capacité hydraulique η.

lume extrême. La perméabilité est donc augmentée pour le cas de charge le plus fréquent, par rapport à la situation sans râtelier ou avec un râtelier complet. Cet objectif a donc été relativement bien atteint et plus de gros bois mort restent dans le cours d’eau. Pour les bois flottants en groupes et la situation extrême, la quanti té de bois retenue par le râtelier partiel est à peu près la même. C’est peut-être même un point positif, car le bois flottant s’accu mulerait dans les endroits étroits du cours d’eau en aval de l’évacuateur de crue, ce qui ne ferait que déplacer le danger.

La capacité hydraulique (tableau 2) est certes nettement augmentée par le râte lier partiel (η>0,80), par rapport à la situa tion sans râtelier (η>0,65). Cependant, il n’y a pas de performance élevée (η≈0,95), comme c’est le cas par exemple pour la si tuation avec un râtelier complet. En consé quence, le râtelier partiel serait combiné avec des piliers en surplomb (Pfister et al. 2020). Cela permettrait de conserver sa capacité à laisser le passage des bois flot tants tout en augmentant sa capacité hy draulique.

Le surplomb maximal des piliers de p=0,08 m (Pfister et al., 2020) a été intégré dans le modèle, en plus du râtelier partiel (figure 13). Comme le montre la figure 14a, la perméabilité est restée plus élevée pour le bois individuel et quasiment inchangée pour les autres arrivées de bois. La diffé rence est toutefois frappante en ce qui concerne la capacité hydraulique. Celle-ci est maintenant toujours supérieure à envi ron η≈0,95 aussi longtemps que 0,35< a/ HR <4 (figure 14b)

Figure 13 : Combinaison d’un râtelier partiel avec

527).

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le surplomb des piliers (test

3.4 Conclusions râtelier partiellement

perméable

Les conclusions suivantes peuvent être tirées sur la base des essais réalisés :

• Les passes larges (b/LM>0,80, Godtland et Tesaker, 1994) sont les plus efficaces pour faire passer les bois flottants tout en maintenant la capacité d’écoule ment. Certes, de tels dispositifs n’ont pas été testés ici, mais nos données le suggèrent.

• Dans le cas de passes plus étroits (b/LM ≤0,80) et d’un volume potentielle ment grand de bois flottants, on peut faire la distinction suivante :

Position du râtelier Volume de bois

Figure 14 : Pour le râtelier partiel avec un surplomb de pilier et différentes apparitions de bois flottants : (a) probabilité d’obstruction et (b) capacité hydraulique. (a) (b)

1. Si la capacité hydraulique est centra le (par exemple η≥0,90) et que les bois flottants doivent être acheminés autant que possible, il est recommandé d’installer un râtelier partiel (a/HR <4) combiné à un surplomb de pilier ( p/HR>0,35). Cela permet de faire pas ser une certaine quantité de bois flot tants.

2. Si le passage est plus important que la capacité hydraulique, il est possib le de prévoir un râtelier partiel (à la position 1≤ a/HR <4, sans surplomb de pilier). La capacité est alors de η>0,80 pour chaque volume de bois flottants

Sans surplomb des piliers Avec surplomb des piliers b/LM [-] b/LM [-] 0,40 0,60 0,77 Valeur moyenne 0,60

Position du râtelier Volume de bois

testé et jusqu’à 30 % de bois flottants passent en plus (bois individuel) par rapport à la configuration sans râte lier.

Les tableaux 2 et 3 donnent la capacité et la probabilité d’obstruction par configura tion.

Remerciements

L’Office fédéral de l’énergie a financé l’étude, ensemble avec la HES-SO.

1 Individuel

0,94 0,94 0,97 0,95 0,99 2 0,92 0,92 0,98 3 0,94 0,94 4 0,80 0,88 0,95 0,88 0,97 1 Groupe

0,94 0,87 0,93 0,91 0,98 2 0,89 0,89 0,98 3 0,90 0,90 4 0,79 0,77 0,83 0,79 0,95 1 Extrême

0,95 0,96 0,98 0,96 0,99 2 0,99 3 0,97 0,97 0,97 4 0,86 0,85 0,81 0,84 0,97

Tableau 2 : Capacité hydraulique η (moyenne de tous les débits testés).

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0,94 0,68 0,59 0,74 0,82 2 0,76 0,76 0,82 3 0,82 0,82 4 0,80 0,72 0,52 0,68 0,81

1 Extrême ≈1 ≈1 ≈1 ≈1 ≈1 2 ≈1 3 ≈1

0,22 0,06 0,01 0,10 0,20 2 0,16 0,16 0,26 3 0,30 0,30 4 0,41 0,18 0,05 0,21 0,32 1 Groupe ≈1

Tableau 3 : Probabilité d’obstruction P (moyenne de tous les débits testés).

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Auteurs:

Michael Pfister, Prof. Dr, Filière Génie Civil, Haute École d'Ingénierie et d'Architecture de Fribourg (HES-SO), CH-1705 Fribourg, michael.pfister@hefr.ch, Loïc Bénet, MSc, Filière Génie Civil, Haute École d'Ingénierie et d'Architecture de Fribourg (HES-SO), CH-1705 Fribourg, Giovanni De Cesare, Dr, Plateforme de constructions hydrauliques (PL-LCH), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne.

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SmartWood – Innovative Sensortechnik zur Messung und Analyse von Schwemmholzprozessen in Fliessgewässern

Gabriel Spreitzer, Isabella Schalko, Robert Boes, Volker Weitbrecht

Zusammenfassung

Schwemmholz spielt häufig eine kritische Rolle während Hoch wasserereignissen, da Verklausungsprozesse zu grossen Schä den führen können. Die Bewegungsabläufe von Holz in Fliess gewässern sind bis heute relativ unbekannt, obwohl diese für viele praktische Fragestellungen von Bedeutung sind. An der VAW wird im Zuge einer durch die Europäische Kommission so wie das Bundesamt für Umwelt (BAFU) unterstützten Studie «SmartWood_3D» eine neue Methode zur Erforschung von Schwemmholzdynamiken entwickelt und erprobt. Es handelt sich dabei um intelligente («smart») Sensoren, welche in Baum stämme (L = 4,35 m, D = 0,33 m) eingebaut werden (sog. Smart Wood). Die sensormarkierten Stämme werden in einem Fliess gewässer ausgesetzt, um bei Hochwasser vollständig autonom Daten zur bislang nicht messbaren Schwemmholzdynamik zu generieren. Eine erste Ver suchsreihe an der Grossen Melchaa, Kanton Obwalden, hat gezeigt, dass SmartWood den komplexen Anforderungen für den Einsatz in der Schwemmholzforschung entspricht und dabei qualitativ hochwertige Daten über Trans portdynamiken aufzeichnet. Die generierten Sensordaten tra gen zu einem besseren Verständnis von Mobilitäts-, Trans port- und Ablagerungsprozessen bei und liefern Antworten auf praxisrelevante Fragestellungen hinsichtlich Anprallkräfte, Transportgeschwindigkeit und Orientierung von Schwemm holz. Zudem ermöglicht SmartWood die Rekonstruktion von komplexen Bewegungsabläufen und damit auch die Verifizie rung neuer numerischer Simulationsmethoden.

1. Einleitung

1.1 Schwemmholz in Fliessgewässern Holz stellt ein bedeutendes ökologisches Element in Fliessgewässern dar. Zum ei nen reguliert es den Sedimenthaushalt sowie die Strömungsverhältnisse auf na türliche Weise, zum anderen bietet Holz die erforderliche Komplexität für die Schaffung von aquatischen und terrestri schen Lebensräumen durch die Bereit stellung von Refugien, Nahrung und Über schattung im und am Gewässer. Als Folge des Klimawandels mit intensivierten Wet terereignissen werden jedoch immer häu figer grosse Mengen an potenziellem Schwemmholz aus den Einzugsgebieten in die Gewässer eingetragen, von dem ein Teil im Zuge von Hochwasserereignissen

Résumé

Le bois flottant joue souvent un rôle critique lors des crues, car les processus d’obstruction peuvent entraîner des dom mages importants. Les processus de déplacement du bois dans les cours d’eau sont encore relativement peu connus, bien qu’ils soient importants pour de nombreuses questions pratiques. Dans le cadre de l’étude « SmartWood_3D » soute nue par la Commission européenne et l’Office fédéral de l'en vironnement (OFEV), une nouvelle méthode de recherche sur la dynamique du bois flottant est développée et testée à la VAW. Il s’agit de capteurs intelligents (« smart ») qui sont inté grés dans des troncs d'arbres (appelés SmartWood) (L = 4,35 m, D = 0,33 m). Les troncs marqués par les capteurs sont placés dans un cours d’eau afin de générer, en cas de crue, des don nées entièrement autonomes sur la dynamique du bois flot tant, jusqu’ici impossible à mesurer. Une première série d’es sais sur la Grosse Melchaa, dans le canton d’Obwald, a mon tré que SmartWood répond aux exigences complexes de la recherche sur le bois flottant et enregistre des données de grande qualité sur la dynamique du transport. Les données générées contribuent à une meilleure compréhension des processus de mobilité, de transport et de dépôt et fournissent des réponses à des questions pratiques concernant les forces d’impact, la vitesse de transport et l’orientation du bois flottant. En outre, SmartWood permet la reconstruction de séquences de mouvement complexes et de vérifier ainsi de nouvelles méthodes de simulation numérique.

unkontrolliert talwärts bewegt wird. In Flussabschnitten mit wichtigen Infrastruk turen sowie in dicht besiedelten Einzugs gebieten stellt ein Überangebot an Holz eine Gefahrenquelle dar. Fluss- und was serbauliche Infrastrukturanlagen wie Brü cken, Wehre und Durchlässe sind dabei besonders gefährdet, durch Schwemm holz-Anprall beschädigt oder durch Ver klausungen blockiert zu werden. Zudem stellen natürliche Engstellen, wie z. B. Schluchten, Gefahrenstellen für Schwemm holzverklausungen dar, wie ein Ereignis im Emmental erst kürzlich gezeigt hat, bei welchem die Räbloch-Schlucht während eines Hochwassers durch Schwemmholz verstopfte und einen rund 11 m hohen und 1,5 km langen Rückstau an der Emme ge nerierte (Schwab et al., 2021)

Das Schwemmholzpotenzial das poten zielle Holzvolumen, welches in Fliessge wässer eingetragen werden kann wird in Mitteleuropa vorwiegend durch Wind- und Schneebruch, Hangrutschungen und La winenabgänge sowie Ufererosionen wäh rend Hochwasserereignissen generiert. In den letzten Jahren tragen jedoch auch im mer häufiger Dürren sowie die Verbreitung des Borkenkäfers zur Förderung des Tot holzanteiles in heimischen Wäldern bei (BAFU et al., 2019, Destatis, 2021). Speziell in unwegsamem und schwer erreichbarem Gelände (steile Berghänge, Schutzgebiete ohne Nutzung, Schluchten) bleibt Totholz zumeist unberücksichtigt und stellt damit eine potenzielle Gefahr als zukünftiges Schwemmholz dar. Neben der Gefährdung durch die Mobilisierung von grösseren

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Mengen an Totholz während extremen Nie derschlagsereignissen besteht zudem ein erhebliches Risiko durch den Eintrag von Frischholz (z. B. infolge Hangrutschungen und Ufererosion), was eine zusätzliche, schwer kalkulierbare Komponente für ein zuverlässiges Hochwasserschutz- und Schwemmholzkonzept darstellt.

Zusätzlich zur Menge an verfügbarem Schwemmholz in einem Fliessgewässer spielen auch die Orientierung und Geo metrie individueller Holzelemente für de ren Bewegungsverhalten während des Transports im Hochwasserfall eine we sentliche Rolle. Holzstämme ohne Wurzel stock und Astwerk folgen unterschiedlichen Bewegungsmechanismen im Vergleich zu Frischholz mit Wurzelstöcken und Geäst, welche sowohl eine Ankerwirkung aufwei sen als auch für eine erhöhte Fläche und damit Schubkraft im Falle der Ablagerung sorgen (Braudrick and Grant, 2000). Durch geführte Studien hinsichtlich der Transportund Ablagerungsfähigkeit von Schwemm holz an kritischen Gewässerquerschnitten (Brücken) berücksichtigten über 1200 La borversuche und schlussfolgerten, dass sowohl die Abflusstiefe als auch der vor herrschende Fliesszustand eine für die Ver klausungswahrscheinlichkeit untergeord nete Bedeutung aufweisen (Gantenbein, 2001, Lange and Bezzola, 2006). Anhand weiterer Modellversuche konnte gezeigt werden, dass sich die Verklausungswahr scheinlichkeit an Brücken mit zunehmen der Schwemmholzgrösse und abnehmen dem Freibord (Anstieg der Abflusstiefe) stetig verschärft (Schmocker and Hager, 2011). Wyss et al. (2021) führte eine erste Feldstudie zur Verklausungswahrschein lichkeit von Baumstämmen an einem Brü ckenpfeiler durch, und stellte deren Abla gerungsfähigkeit in Bezug zum Kräftegleich gewicht aus den einwirkenden Schubkräf ten am Stamm und den resultierenden Reibungskräften zwischen Baumstamm und Brückenpfeiler, wie dies bereits von Braudrick and Grant (2000) sowie Schalko (2018) für stationäre Strömungsverhältnis se unter Laborbedingungen berücksich tigt wurde. Das Schwemmholztransportund Ablagerungsverhalten variiert zudem mit der Anzahl der sich an einem Quer schnitt befindlichen Einzel-Bauwerke (z. B. Brückenpfeiler, Wehrpfeiler, Rückhalte rechen) sowie deren Abstand zueinander und der Holzlänge (Schalko et al., 2019) Obwohl in der Schwemmholzforschung bis lang bedeutende Fortschritte erzielt wur den, gestaltet sich die Erfassung und Ver allgemeinerung von Schwemmholzdyna miken in Fliessgewässern immer noch als

äusserst schwierig (BAFU, 2019). Dies liegt vor allem an einem Mangel an geeigneten Methoden zur Messung von Mobilisierungs-, Transport- und Ablagerungsprozessen, wodurch bisherige Studien zumeist auf Messmethoden, basierend auf der Euler schen Perspektive (vom Ufer aus) ange wiesen waren. Durch den Einsatz neuer Technologien werden nun jedoch auch Be trachtungsweisen aus der Lagrangeschen Perspektive (direkt im Objekt) möglich, mit welcher Messungen unabhängig von äus seren Einflüssen durchgeführt werden kön nen. Durch Einschränkungen in der Mess technik und unvorhersehbare Umweltein flüsse gestalten sich Schwemmholzexpe rimente im Natur-Massstab äusserst auf wändig und schwierig. Umso wichtiger ist es, ein fundamentales Verständnis für das Bewegungsverhalten von Schwemmholz in Wildbächen und Flüssen zu generieren, um Anprallkräfte und Verklausungswahr scheinlichkeiten an kritischen Flussquer schnitten zu quantifizieren. Dies hilft bei der Massnahmenauswahl, wie etwa dem De sign und der Platzierung von Schwemm holzrückhaltebauwerken an geeigneten Ge wässerabschnitten (Schmocker and Weitbrecht, 2013, Stucki, 2021), um Hochwas serschäden gering zu halten und die Sicher heit von Infrastrukturanlagen gewährleisten zu können.

1.2 Ziele von SmartWood

Die Interaktion zwischen Schwemmholz und wasserbaulicher Infrastruktur erhöht im Hochwasserfall das Gefahrenpotenzial für die umliegenden Gebiete als auch für die Bauwerke selbst. Eine Verbesserung des Prozessverständnisses der Schwemm holzdynamik in Fliessgewässern mit inno vativen Messmethoden kann für den mo dernen Hochwasserschutz wichtige Infor mationen liefern. Aus diesem Grund wird im Zuge des SmartWood_3D-Forschungs projekts an der Versuchsanstalt für Was serbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich intensiv an der Entwick lung neuer Methoden zur Erforschung der Schwemmholzdynamik während Hoch wasserereignissen in Fliessgewässern ge arbeitet. Zur Quantifizierung der komple xen Prozessabfolgen werden speziell ent wickelte Smart-Sensoren zum ersten Mal im Natur-Massstab angewendet. Die ge nerierten Sensordaten sollen dabei Ant worten auf praxisrelevante Fragestellungen liefern und zu einem besseren Verständnis von Mobilitäts-, Transport- und Ablage rungsprozessen beitragen. Dies umfasst Fragestellungen bezüglich Anprallkräfte Transportgeschwindigkeit und Orientie

rung von Schwemmholz, aber auch der Rekonstruktion von komplexen Bewe gungsabläufen sowie des zurückgelegten Transportweges von individuellen Baum stämmen. Diese Erkenntnisse sind zum Beispiel für die Dimensionierung und die Funktion von Holzrückhaltebauwerken, z. B. hinsichtlich der benötigten Rechenstab abständen oder für ein optimiertes Design von Brückenpfeilern von Bedeutung.

2. Methodik

2.1

SmartWood-Sensoren

SmartWood_3D schliesst an das Konzept zur Verwendung von Trägheitssensoren in der Schwemmholzforschung an, welches von Spreitzer et al. (2019a) und Spreitzer et al. (2019b) an der University of Auckland in Neuseeland erstmals vorgestellt und auf dessen Eignung für die Schwemmholzfor schung erprobt wurde. Das Konzept be ruht auf Smart-Sensoren (Bild 1), welche zur Messung von Beschleunigungs-, Winkelge schwindigkeits- sowie magnetischer Fluss dichteänderungen während Schwemmholz transportprozessen eingesetzt werden. Die ersten Modellversuche wurden im Mass stab 1:15 durchgeführt, wobei Holzzylinder (Rundstäbe) mit einer im Stabzentrum in stallierten inertialen Messeinheit (IMU), sog. SmartWood, verwendet wurden. Die skalierten Rundstäbe mit einer Länge von rund 270 mm und einem Durchmesser von 22 mm entsprechen dabei Rundholzstäm men mit einer Länge von 4 m und einem mittleren Durchmesser von 0,33 m, wie diese häufig in der Holz- und Forstwirt schaft erzeugt werden und auch für das SmartWood_3D-Forschungsprojekt zur Anwendung kommen. Basierend auf die sem Ansatz werden an der VAW Feldver suche durchgeführt, wobei neue Anforde rungen an die Sensortechnik gestellt wer den mussten. Zum einen muss die gesam te Sensortechnik vor den enormen me chanischen Einwirkungen während Trans port und Ablagerungsprozessen geschützt werden, zum anderen werden sehr hohe Ansprüche an die Qualität der produzier ten Daten gestellt (z. B. den Einfluss von metallischen Interferenzen Geistersignale oder Rauschen in den Messdaten mög lichst gering zu halten). Für den Einsatz von SmartWood im Natur-Massstab musste somit eine neue Sensor-Generation konzi piert werden.

Die neue IMU (Bild 1) besitzt eine Sen sorplatine mit Prozessor, über welche die generierten Daten von Accelerometer (Be schleunigung), Gyroskop (Winkelgeschwin digkeit) und Magnetometer (magnetische

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Bild 1: Smart Sensor zur Verwendung in der Schwemmholz forschung.

Detail Spezifikation

Länge 105 mm

Durchmesser 25 mm

Batterie 4,25 V, bis zu 2600 mAh Messfrequenz 25 und 100 Hz Memory 8 MB

Beschleunigungssensor 0,5 mg bis 16 g

Winkelgeschwindig keitssensor 0,1 bis 2000 deg·s−1 Magnetometer 0,3 bis 1300 µT GPS 0,02 bis 4 m Ruhemodus nach 1 s Aufwachzeit nach 1/100 s

Datenübertragung WiFi (100 m) / USB WiFi Frequenz 868 MHz (für CH) Betriebssystem Windows 7 & 10, 64-bit

Tabelle 1: Smart Sensor Spezifikationen und technische Daten.

Flussdichte) unmittelbar verarbeitet wer den können. Zusätzlich zu den Messdaten der IMU sollen zwei externe GPS-Module Informationen über die geodätische Posi tion der Schwemmholzelemente liefern. Die gewonnenen Daten werden direkt in der IMU mittels des eigenen Prozessors zeit synchronisiert und auf einem internen Speicher gesammelt. Die gespeicherten Messdaten werden nach Versuchsende kabellos über die integrierte WiFi-Ver bindung ausgelesen. Eine leistungsstarke Batterie gewährleistet lange Standbys (bis zu 180 Tage) sowie aktive Messzeiträume (bis zu 100 Std.), wodurch die Kapa zität der IMU rein durch den internen Speicher, welcher derzeit auf 8 MB begrenzt ist, limi tiert wird. Je nach Sensorkonfiguration und Messfrequenz ergeben sich dadurch mögliche Messzeiträume von rund einer Stunde bis zu mehreren Tagen. Um die Datensätze möglichst klein zu halten, ver fügen die IMUs über eine Start-/Stopp

funktion, um Messungen automatisch bei z. B. ansteigendem Wasserstand (Mobili sierung) zu starten und nach der Ablage rung wieder zu stoppen. Nach der Abla gerung senden die IMUs automatisch ein regelmässiges Funksignal im ISM-Band, welches mittels Yagi-Antenne zur Wieder auffindung von SmartWood geortet wer den kann. Die Sensor-Einheiten wurden von SST Smart Solutions Technology Consulting in Deutschland konzipiert und hergestellt. Die Entwicklungs- und Her stellungskosten der Sensor-Einheiten mit externen GPS-Modulen betrugen rund CHF 15 000.–. Weitere Details zu den SmartSensoren sind in Bild 1 sowie Tabelle 1 er sichtlich.

2.2

Herstellung von SmartWood

An der VAW wurden insgesamt zehn Smart Wood-Stämme für den Einsatz im Feld her gestellt (Bild 2). Die verwendeten FichtenStämme haben eine Länge von 4,35 m bei einem mittleren Durchmesser von 0,33 m. Das Stammgewicht bei Versuchsdurch führung betrug rund 180 kg, wodurch eine Dichte der SmartWood-Stämme von rund 500 kg·m 3 resultiert. Bei der Herstellung galt es insbesondere darauf zu achten, dass die IMU im Stamm-Mittelpunkt installiert wird, um etwaige Exzentrizität in den Mess daten gering zu halten (Bild 2a). Hier zu wurde eine rechteckige Aussparung in der Stamm-Mitte angefertigt. Des Weiteren wurde beim Einsetzen der Sensoren dar auf geachtet, dass alle IMUs dieselbe Ori entierung mit Bezug auf die Stamm-Aus richtung aufweisen. Demnach entspricht die Längsachse des Stammes der x-Ach se, wobei die Drehung um die Längsachse als Rollen bezeichnet wird. Die z-Achse wurde in Richtung der Gravitation ausge richtet, wobei die Drehung um die z-Achse in dieser Lage als Gieren bezeichnet wird (Bild 2b). In der Ausgangslage (Aussparung zeigt nach oben) bilden x- und y-Achse ei ne horizontale Ebene. Die Drehung um die y-Achse wird demnach als Nicken be zeichnet (Bild 2b). An der rechten und lin ken Seite der Aussparung wurde jeweils ein GPS-Modul angebracht, sodass sich bei Rollbewegungen des SmartWoodStammes immer ein GPS-Modul über dem Wasserspiegel befindet und dadurch ein kontinuierliches GPS-Signal empfangen

Bild 2: Aufbau der SmartWood Stämme mit der Sensorinstallation im Stamm Mittelpunkt, dem äusseren Schutzgehäuse gegen Umwelt als auch mechani sche Einflüsse und je zwei GPS Modulen pro Stamm. Die Sensororientierung im Stamm wird anhand des Bezugssystems in (b) beschrieben.

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werden kann. Für die sichere Verbauung der GPS-Module mit zugehöriger Verka belung wurden rund 30 mm tiefe Ausspa rungen in die Stamm-Aussenseite gefräst (Bild 2c). Die gesamte verbaute Sensor technik muss sowohl vor Feuchtigkeit, Schmutz und weiteren Umwelteinflüssen geschützt sein als auch den mechanischen Einwirkungen, wie Anprallkräften oder Ab rasion, zuverlässig standhalten können. Zum Schutz vor diesen Einwirkungen wer den die IMUs in einem «äusseren Gehäuse» untergebracht (Bild 2c), welches starr mit dem Stamm verbunden ist. Dies spielt bei der Messung der SmartWood-Orientierung sowie der Anprallkräfte eine wesentliche Rolle. Besonderes Augenmerk wurde auf die Verwendung von nicht-metallischen bzw. nicht-magnetischen Materialien ge legt, um die IMU-Messungen nicht unmit telbar zu beeinflussen. Zur optischen Be stimmung der SmartWood-Orientierung wurde eine Farbcodierung an den Stäm men angebracht (Bild 2b). Dies erleichtert ausserdem die Wiederauffindbarkeit von SmartWood nach den Experimenten. In dieser Form können die neuartigen SmartSensoren (Bild 1) mit externen GPS-Ein heiten zum ersten Mal in Prototyp-Holz stämmen (Bild 2) eingesetzt werden, um die Bewegungsprozesse von Schwemm holz in der Natur genauer zu erforschen. Bevor die SmartWood-Stämme ins Feld geliefert werden konnten, mussten die Sen sorgehäuse eine Dichtheitsprüfung be stehen und die sensormarkierten Stämme eine Kalibrierungsphase von trivialen Be wegungsabläufen im Labor (3 x 360 ° Rol len sowie Gieren) durchlaufen.

3. Versuchsprogramm

Während eines Hochwasserereignisses im Sommer 2021 wurden an der Grossen Melchaa im Kanton Obwalden zum ersten Mal Feldversuche mittels SmartWood durchgeführt. Im Oberlauf der Grossen Melchaa, beim Kraftwerk Hugschwendi, wurden am Vormittag des 15. Juli 2021 vier SmartWood-Stämme nach dem Start der Sensoren manuell in die hochwasser führende Grosse Melchaa ausgesetzt. Von der Zufahrtsstrasse aus wurden die SmartWood-Stämme über eine steile Bö schung ins Gewässer «gerollt» (Bild 3a, 46°48’10.98’’N 8°17’05.89’’O), und an schliessend rasch von den Wassermassen (≈15 m 3 ·s-1) mobilisiert und transportiert. Für die Verifizierung der gemessenen Sen sordaten mit tatsächlichen Bewegungs abläufen wurden die Versuche sowohl vom Ufer als auch von der Luft aus via Drohne

Bild 3: Eindrücke der ersten SmartWood Versuche im Natur Massstab an der Grossen Melchaa (Kanton Obwalden). Vier SmartWood Stämme wurden manuell in das Gewässer ausgesetzt (a), mobilisiert und transportiert (b) und schliesslich im Gewässer abgelagert (c).

gefilmt. Den Beobachtungen zufolge unter lagen die SmartWood-Stämme auf deren Weg talwärts komplexen Transportprozes sen, unter anderem Rollen, Gieren und zahlreichen Interaktionen mit dem Ufer so wie der Gewässersohle. Etwa 140 m flussab von der Aussetzstelle wurden alle Stämme am gleichen Querschnitt, an grösseren Blö cken im Gewässer (Bild 3c, 46°48’15.80’’N 8°17’06.40’’O) abgelagert, von wo aus die Stämme im Anschluss mittels Last wagen kran geborgen werden konnten. Noch vor der Bergung der SmartWood-Stämme wurde deren Speicher ausgelesen und die erzeugten Messdaten gesichert.

4. Erste Resultate und Diskussion

4.1 Sensordaten

Die komplizierten Transportdynamiken und Interaktionen von SmartWood mit der Ge wässersohle und dem Ufer können in den generierten Messdaten nachvollzogen wer den. Den Beginn der Versuche hebt eine kontinuierlich ansteigende Winkelgeschwin digkeit um die Längsachse (x-Achse) von SmartWood hervor (Bild 4, oben). Mess daten des Gyroskops zeigen die manuelle Aussetzung von SmartWood noch ausser halb des Wassers. Der kontinuierliche An stieg der Winkelgeschwindigkeit von Se kunde 5 bis 8 repräsentiert bei Stamm B eine immer schneller werdende Rollbewe gung über die steile Böschung hinunter in den Fluss. Zum Zeitpunkt der grössten

Winkelgeschwindigkeit verzeichneten beide lateralen Achsen (y und z) des Accelerome ters (Bild 4, Mitte) Beschleunigungskräf te im Bereich von -8,19 g und +9,19 g, welche durch den Anprall von SmartWood auf die Gewässersohle bewirkt wurden. Ähnlich wie die Messdaten des Gyroskops auf ei ne Rollbewegung schliessen lassen, liefern auch die Messdaten des Magnetometers Information über eine Rollbewegung, wel che sich über alternierende Signale in der magnetischen Flussdichte entlang der yund z-Achse erkennen lässt (Bild 4, unten).

Nach einer Messzeit von rund 29 s wur de in den Beschleunigungsdaten ein An prall mit einer Magnitude von +7,14 g ver zeichnet. Dieser Anprall wird in Bild 5 im Detail dargestellt und resultiert, wie Beob achtungen aus der Luft zeigen (Bild 6), aus einem Anprall des SmartWood-Stammes am rechten Flussufer. Kurz nach dem Ufer anprall (Sekunde 35 bis 42) geben die SmartWood-Rohdaten des Gyroskops und Magnetometers Aufschluss auf Gieren um rund 90 ° sowie zahlreiche Umdrehungen um die Längsachse des SmartWoodStammes, was wiederum auf eine rollende Bewegung schliessen lässt. Diese Inter pretation der SmartWood-Rohdaten wird durch den beobachteten Bewegungsab lauf mit Hilfe von Videoanalysen (Bild 6) be stätigt. Ähnliche Bewegungsabläufe wur den auch von Ruiz Villanueva et al. (2016) beschrieben, wobei aufgrund der Fliess bedingungen ein Stammende stärker be

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Bild 4: Rohdaten eines SmartWood Stammes (SmartWood B) der ersten Versuchsreihe an der Grossen Melchaa von der Aussetzung bis zur Ablagerung nach einem Transportweg von rund 140 m.

schleunigt wurde, was zu Gieren sowie Rollen führte. Gegen Ende der Rollbewe gung erfuhr der SmartWood-Stamm erneut eine Gierbewegung um weitere 90 ° und wurde in paralleler Ausrichtung zur Fliess richtung weitertransportiert. Durch die re lativ langsame Gierbewegung ist diese in den Gyroskop-Rohdaten nicht offensicht lich erkennbar (verhältnismässig geringe Winkelgeschwindigkeit). Bei genauer Be trachtung der Messdaten des Magneto meters wird jedoch erkennbar, dass sich die magnetische Flussdichte mit Bezug auf die x-Achse über den Zeitraum von 29 s bis 42 s um einen signifikanten Faktor ver ändert hat und in Summe einer Gierbewe gung um 180 ° entspricht. Die Bestätigung

der Gierbewegung um 180 ° liefern weitere gemessene Anprallkräfte in Längsrichtung des SmartWood-Stammes (Sekunde 51, 53), welche nun in entgegengesetzter Rich tung (−13,94 g und −12,50 g) aufgezeichnet wurden. Gegen Ende der Messdaten wur den abermals eine erhöhte Winkelge schwindigkeit um die x-Achse sowie meh re re Anprallkräfte in Längsrichtung er sichtlich, welche durch die Videoanalyse als Ablagerung bestätigt werden konnte.

Im Detail wird ersichtlich, dass jeder Anprall in zwei zeitliche Komponenten (Anprall und Rückprall) aufgeteilt werden kann (Bild 5). Zum einen ergibt sich aus der Steifigkeit des Objekts (z. B. Smart Wood) sowie dem Hindernis (z. B. Felsvor

sprung, Blöcke im Gerinne, Brückenpfeiler) eine Anpralldauer. Je flexibler (weniger steif) das Objekt bzw. Hindernis ist, desto länger fällt die entsprechende Anprall dauer aus, was wiederum zu einem ge dämpften Anprall mit geringeren Anprall kräf ten führt. Da die relativ trockenen SmartWood-Stämme sowie der vollkom men starre Felsvorsprung eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen, wird die Anprall dauer (≈20 ms) stark reduziert. Durch die se kurze Anpralldauer resultieren höhere Anprallkräfte, was wiederum das Gefah renpotenzial und Risiko von entstehenden Schäden durch Schwemmholzkollisionen erhöht. Die in dieser Studie gemessenen Anprallzeiten stimmen mit bisherigen An gaben, welche zwischen 10 und 40 ms be tragen (Haehnel and Daly, 2002, Spreitzer et al., 2022), überein. Jedoch finden sich zugleich auch Annahmen von Anprallzei ten von bis zu 1 s (1000 ms) in der Literatur wieder (FEMA, 1995, U.S. Army Corps of Engineers, 1995), welche bei SmartWood zu einer deutlichen Unterschätzung der tat sächlichen Anprallkräfte führen würden. Unmittelbar nach dem Anprall folgt eine Rückprallperiode (≈50 ms), welche zudem aus mehreren in Längs- und Querrichtung wirkenden Rückprall-Schwingungen be stehen kann (Bild 5).

4.2 SmartWood-Transport

Bild 5: Detailansicht der Accelerometerdaten vom Anprall (7,14 g in Längsrichtung) eines SmartWood Stammes an das rechte Flussufer nach einer Messzeit von rund 29 s.

Bild 4 verdeutlicht das Transportverhalten, mit welchem Schwemmholz (SmartWood A und B) talwärts transportiert werden kann. Zufolge der Messdaten des Gyro skops und Magnetometers kommt es im mer wieder zu Rollbewegungen sowie An zeichen für Gieren und Nicken von Smart Wood. Die Beschleunigungssensoren ge ben zusätzlichen Aufschluss über Inter aktionen mit der Gewässersohle und dem Ufer, was auf eine grosse Rauheit oder ei nen geringen Wasserstand hindeutet. Wie aus der Studie von Ruiz Villanueva et al. (2016) hervorgeht, kann schon eine kleine Abweichung der lokalen Strömungsver hältnisse oder der Gerinnemorphologie zu stark veränderten Schwemmholzdynami ken führen (Gegenüberstellung SmartWood A & B in Bild 6). Beobachtungen zufolge wurde SmartWood A mit einer Orientie rung parallel zu Fliessrichtung sowie in der Mitte des Gewässers transportiert, was bereits in vorherigen Studien ebenfalls be obachtet wurde (Braudrick and Grant, 2001) SmartWood B zeigt beim Eintritt in den Bildabschnitt (Bild 6) eine annähernd glei che Orientierung in Bezug auf SmartWood A, entwickelte jedoch aufgrund der stark heterogenen Strömung ein vollkommen un

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bereits erste offensichtliche Reflexionen des GPS-Signals erkennbar, welche sich als Ansammlung von Punkten kurz nach der Brücke zeigen. Während SmartWood flussab transportiert wurde, sind immer wieder kürzere Signalausfälle aufgefallen. Diese Ausfälle könnten aufgrund kurzfris tiger Signal-Abschattung durch die Ufer vegetation aufgetreten sein. Beim Ver gleich des beobachteten Bewegungsab laufs von SmartWood B in Bild 6 mit dem Transportpfad aus GPS-Daten in Bild 7b ist dagegen ersichtlich, dass die relative Genauigkeit der Messungen sehr hoch ist. Dies spielt insbesondere für die Rekons truktion der SmartWood-Orientierung als auch den zurückgelegten Transport weg aus den Daten der IMU eine bedeutende Rolle. Eine präzise Abschätzung der ab soluten GPS-Genauigkeit ist zu diesem Zeitpunkt noch ausständig.

Bild 6: Vergleich von

Stämmen (A in rot & B in blau) in einem Gewässerabschnitt

der Grossen Melchaa. Die Messzeit (T) basiert auf den IMU Daten und zeigt auf, wie sehr sowohl die Transportgeschwindigkeit als auch individuelle Bewegungsprozesse variieren können.

terschiedliches Transportverhalten entlang des eingesehenen Gewässerabschnittes. Daraus wird ersichtlich, dass selbst kleins te hydraulische und morphologische De tails für die Abschätzung und Bestimmung des Schwemmholztransports in Gewäs serabschnitten von Bedeutung sind.

Abweichungen des Transportpfads führ ten demzufolge zu einer Veränderung der Transportgeschwindigkeit. Die durch schnittliche Transportgeschwindigkeit über die eingesehene Strecke von rund 30 m (Bild 6) betrug für SmartWood A 3,3 m·s −1 , wohingegen SmartWood B mit 1,9 m·s −1 talwärts transportiert wurde. Die ermit telten Transportgeschwindigkeiten sind trotz des rauen Gewässerabschnittes ver gleichsmässig hoch und liegen deutlich über den Geschwindigkeitsangaben (0,50 bis 1,80 m·s −1), welche in Flachlandflüssen ermittelt wurden (Ravazzolo et al., 2015). In umgekehrter Weise kann eine Abweichung der Transportgeschwindigkeit und die ein hergehende Trägheitsänderung auch eine Kursänderung verursachen. SmartWood bietet diesbezüglich grosses Potenzial für die zusätzliche Erfassung der Trägheits parameter, welche letztlich in Kombination mit den vorherrschenden Strömungsver hältnissen und der Gerinnemorphologie das Transportverhalten dominieren.

4.3 GPS-Positionierung

Zusätzlich zu den IMU-Daten bestimmt SmartWood bis zu fünf Mal pro Sekunde deren Position mittels der eingebauten GPS-Einheiten, welche an den gegenüber liegenden Stammseiten installiert wurden (Bild 2). Die gemessenen GPS-Punkte ge ben dabei Aufschluss über die zurückge legte Transportstrecke (Bild 7a und b). Auf grund der vorherrschenden Umwelteinflüs se während des SmartWood-Transports und der topografischen Gegebenheiten im Einzugsgebiet der Grossen Melchaa (Bild 7c) sowie an der SmartWood-Teststrecke (Bild 7d), beinhalten die gewonnenen Posi tionsdaten Ungenauigkeiten, wie in Bild 7a und b dargestellt. Ein zusätzlicher Offset des SmartWood GPS-Signals resultiert di rekt aus den Google Satellite (Bild 7a) und Google Maps (Bild 7b) Oberflächen, was die GPS-Abweichungen in der Google Satellite Oberfläche (Bild 7a) noch signi fikanter erscheinen lässt, jedoch nicht di rekt in Verbindung mit der Qualität der SmartWood-Daten steht.

Unmittelbar nach dem Start der IMU begannen die GPS-Module mit der Daten sammlung, ehe SmartWood etwas ober halb der Brücke Hugschwendi in die Grosse Melchaa ausgesetzt wurde. Beim Trans port unter der Brücke hindurch wurden

Wie aus den Rohsensordaten für Win kelgeschwindigkeit und magnetische Fluss dichte hervorgeht, finden speziell in Wild bächen ununterbrochen komplexe Bewe gungsdynamiken statt (Bild 4). Die Genauig keit der GPS-Messungen sowie das grund sätzliche Konzept mit zwei gegenüber liegenden GPS-Modulen, wobei sich stets ein GPS-Modul über dem Wasser spiegel befindet, könnte durch die raschen Bewe gungsänderungen, insbesondere durch das kontinuierliche Rollen im Wasser, zu sätzlich beeinträchtigt werden. Des Wei teren kommt es zu erheblichen Be ein trächtigungen des GPS-Signals sowohl bei Verwendung in nasser Umgebung, bei Überschattung durch Ufervegetation als auch durch Reflexionen von Bergflanken und Objekten sowie einer limitierten An zahl an zur Verfügung stehenden Satelliten, basierend auf der vorherrschenden Topo grafie im Einzugsgebiet (Bild 8). Für die Standortbestimmung mittels GPS wird freie Sicht auf mindestens vier Satelliten benötigt, wobei stets zumindest acht Sa telliten (im Flachland) zur Verfügung ste hen. Speziell in kleineren Flusssystemen und Wildbächen muss daher mit zum Teil signifikanten Abweichungen des GPSSignals gerechnet werden, was eine ma nuelle Datenauswertung der GPS-Daten voraussetzt, um gegebenenfalls Ausreisser und offensichtliche Reflexionen im Signal zu eliminieren. Trotz der beschriebenen Fehlerquellen bietet SmartWood mit den zwei externen GPS-Modulen einen erheb lichen Mehrwert für Schwemmholzstudien, da der Transportpfad bis auf wenige Meter genau nachvollzogen werden kann, was speziell in breiteren Flusssystemen von Vorteil ist.

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Schwemmholzdynamiken anhand von zwei SmartWood

an

5. Fazit und Ausblick

Im SmartWood-Projekt der VAW wird das Bewegungsverhalten von Schwemmholz in Fliessgewässern untersucht mit dem Ziel, die individuellen Transport- und Ablage rungsprozesse genauer erfassen und be werten zu können. Zum Einsatz kommen innovative Smart-Sensoren, welche in Holz stämme (L = 4,35 m, D = 0,33 m) eingebaut wurden, um das Messen und Quantifizie ren von Schwemmholzdynamiken aus Sicht der Lagrangeschen Betrachtungsweise zu ermöglichen. Die Erfassung von neuen Da ten aus dieser Betrachtungsweise (d. h. di rekt im Schwemmholz), stellt einen Vor teil gegenüber bisherigen Messungen aus Sicht der Eulerschen Perspektive (vom Ufer aus) dar. Das erste Versuchsprogramm an der Grossen Melchaa (OW) hat gezeigt, dass SmartWood trotz der enormen ein wirkenden Kräfte in einem Wildbachsys tem qualitativ hochwertige Messdaten ge neriert, wobei die Zuverlässigkeit der GPSDaten durch den dichten Uferbewuchs sowie die steile Topografie im Einzugsge biet limitiert wurde. Während des ersten Feldversuchs an der Grossen Melchaa konnte SmartWood bereits durch die konsistente und eindeutige Nachvollzieh barkeit der Messdaten überzeugen. Die Schwemmholzforschung unterliegt hohen Anforderungen sowohl seitens der Sensor technologie und Methodik als auch durch gegebene Rahmenbedingungen und Um welteinflüsse während der Feldversuche, wobei mit SmartWood ein bedeutender Schritt in Richtung vollständig autonomer Erfassung von Schwemmholzdynamiken vollzogen wird.

Durch die Quantifizierung von Mobili sierungs-, Transport- und Ablagerungspro zessen kann praxisrelevanten Fragestel lungen bezüglich Geschwindigkeit, Orien tierung und bevorzugte Transportrouten, aber auch zu Stabilität und Dauerhaftigkeit von flussbaulichen Infrastrukturanlagen gegen Anprallkräfte durch Schwemmholz effektiver nachgegangen werden. Nach dem Einsatz von SmartWood auch an grösseren Flüssen (Limmat und Thur) sol len nun die gewonnenen SmartWood-Daten von allen individuellen Sensoren (Accelero meter, Gyroskop, Magnetometer und GPS) mittels spezieller Software miteinander ver knüpft werden (sog. Sensor-Fusion), und damit besseren Aufschluss über die Ori entierung von SmartWood zu jedem Zeit punkt der Messung geben, sowie die voll ständige Rekonstruktion des Transport weges ermöglichen (Bild 9). Diesbezüglich wird an der VAW an der Entwicklung einer

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Bild 7: Gemessene GPS ­Punkte von SmartWood B, welche mittels der Google Satellite Oberfläche (a), in der Google Maps Oberfläche (b), im Einzugsgebiet der Grossen Melchaa im Kanton Obwalden (c) sowie an der SmartWood Teststrecke (d) dargestellt werden.

Bild 8: Illustration des GPS Empfangs an der Grosse Melchaa im Kanton Obwalden. Steile Bergflanken, starker Uferbewuchs und eine stark limitierte Anzahl an zur Verfügung stehenden GPS Satelliten erschweren das Sammeln von qualitativ hochwertigen GPS Daten in topografisch komplexen Einzugsgebieten.

effizienten Software gearbeitet, um die ge wonnenen Daten bestmöglich in praxisre levantes Wissen zu transformieren. Unter suchungen und Analysen von Transportund Ablagerungsprozessen können für Re vitalisierungsprojekte sowie das Risiko management und die Gefahrenprävention im Fluss- und Wasserbau in Zukunft wich tige Zusatzinformationen geben.

Quellen:

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GANTENBEIN, S. (2001). Verklausungsprozesse –Experimentelle Untersuchungen; Diplomarbeit an Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich, Sommersemester 2001, unveröffentlicht. Verweis auf VAW Mitteilungen Nr. 188 - Schwemmholz: Probleme und Lösungsansätze.

6. Danksagung

Das Forschungsprojekt SmartWood_3D wurde dem Erstautor in Form eines Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships im Rahmen des Horizon 2020 Forschungsund Innovationsförderprogrammes der Europäischen Kommission (Projektnum mer: 885274) finanziert. Unser Dank er

HAEHNEL, R. B. & DALY, S. F. (2002). Maximum Impact Force of Woody Debris on Floodplain Structures. US Army Corps of Engineers, 53. doi:https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ ADA398916.pdf

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geht zudem an das Bundesamt für Um welt (BAFU) für eine Mitfinanzierung und insbesondere an Frau Dr. Eva Gertsch Gautschi für die Unterstützung dieses For schungsprojektes. Zusätzlich möchten wir unseren Dank an die Gemeinde Sarnen, insbesondere an Herrn Sepp Berchtold sowie an das Elektrizitätswerk Obwalden für die tolle Unterstützung und Zusammen arbeit während der SmartWood-Feldver suche an der Grossen Melchaa ausspre chen. Wir schätzen die Mithilfe unserer Kol legen während der Feldversuche sowie die Arbeit unserer Techniker in der VAW-Werk statt, um SmartWood einsatzbereit zu hal ten, und danken allen weiteren Beteiligten für die hervorragende Zusammenarbeit.

7. Widmung

Die Autorin und die Autoren widmen diesen Fachartikel Prof. em. Dr. Daniel Vischer zum 90. Geburtstag. Er war in seiner aktiven Zeit an der ETH Zürich stets interessiert an Naturgefahrenprozessen und Hochwasser schutzaspekten. Dabei spielt Schwemm holz sehr häufig eine wichtige Rolle.

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Autorin und Autoren: Gabriel Spreitzer, Isabella Schalko, Robert Boes, Volker Weitbrecht, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) ETH Zürich, Hönggerbergring 26, 8093 Zürich, www.vaw.ethz.ch, spreitzer@vaw.baug.ethz.ch

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 9: Messung und Rekonstruktion von Schwemmholzdynamiken in Fliessgewässern; Bild adaptiert von Spreitzer et al. (2021).

Durch Revitalisierung zu mehr Abfluss und kühlerem Wasser?

Massnahmen und Ergebnisse der Messstrecke Sissle 2030

Zusammenfassung

Die Sissle fällt in Trockenperioden regelmässig über viele Tage trocken. Im Projekt Sissle 2030 wird die Revitalisierung der Sissle auf einem Abschnitt von 8,8 km projektiert. Neben der Sicherstellung des Hochwasserschutzes soll die Revitali sierung dazu beitragen, die Trockenheit im Gewässerbett und die Wassertemperaturen zu reduzieren.

Vor dem Revitalisierungsprojekt wurden mögliche Mass nahmen zur Verringerung der Wasser verluste sowie zur Re duk tion der Temperaturen skizziert und in einem Workshop mit den kantonalen Fachstellen ausgewählt. Im Juni 2022 wurden die ausgewählten Massnahmen auf einer 200 m lan gen Strecke umgesetzt und während knapp drei Monaten mit einem Messprogramm überprüft und ausgewertet. Der vor liegende Artikel beschreibt die Messmethoden, Messergeb nisse und Schlussfolgerungen.

Die realisierten Massnahmen umfassen das Anlegen einer Niederwasserrinne, das Eintiefen von Pools und die Optimie rung der Beschattung.

In der Testphase von knapp drei Monaten konnten weder positive Effekte der Niederwasserrinne auf die Wasserführung noch eine Senkung der Temperatur durch die realisierte Teil be schattung nachgewiesen werden. Trotzdem können aus den durchgeführten Arbeiten wertvolle Schlussfolgerungen gezogen werden, einerseits zur Konzeption zukünftiger Mess reihen, andererseits besteht Grund zu der Annahme, dass insbesondere eine durchgehende Vollbeschattung auch von kurzen Abschnitten einen abkühlenden Effekt auf das Ge wässer hat und einer Teilbeschattung vorzuziehen ist.

1. Ausgangslage

1.1 Einzugsgebiet und Abfluss verhältnisse

«Das ist der Aargauer Problemfluss: Droht der Sissle in diesem Sommer erneut das Austrocknen?», so titelte die Aargauer Zei tung am 23.06.2022 in ihrer Printausgabe. Stimmt das?

Charakterisierung des Einzugsgebiets

Die Sissle entspringt auf einer Höhe von 650 m ü. M. am Südhang des Dreierbergs und am Nordhang des Zeiher Hombergs, fliesst durch das östliche Fricktal und mündet nach rund 18 km bei Sisseln in den Rhein. Der untere Abschnitt der Sissle

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Résumé

En période de sécheresse, la Sissle s’assèche régulièrement pendant plusieurs jours. Le projet Sissle 2030 prévoit la revi talisation de la Sissle sur un tronçon de 8,8 km. La revitalisa tion doit notamment contribuer à réduire l’assèchement du lit du cours d'eau et la température de l’eau.

Avant l’élaboration du projet de revitalisation, les mesures possibles pour réduire les pertes d’eau ainsi que les tempéra tures ont été esquissées et sélectionnées lors d’un atelier avec les services cantonaux. En juin 2022, les mesures sélection nées ont été mises en œuvre sur un tronçon de 200 m et con trôlées et évaluées pendant près de trois mois à l’aide d'un programme de mesure. Le présent article décrit les méthodes de mesure, les résultats des mesures et les conclusions.

Les mesures mises en place comprennent la création d’un lit d’étiage, l’approfondissement des bassins et l’optimi sation de l’ombrage.

Au cours de la phase de test de près de trois mois, aucun effet positif du lit d’étiage sur le débit d'eau n’a pu être dé montré, ni aucune baisse de la température due à l’ombrage partiel réalisé. Néanmoins, les travaux réalisés permettent de tirer de précieuses conclusions, d’une part pour la concep tion de futures séries de mesures, d’autre part pour l’hypo thèse qu’un ombrage complet continu même sur de courts tronçons a un effet refroidissant sur le cours d’eau et est préférable à un ombrage partiel.

Insa Will, Dejan Šeatović, Reto Albert

Bild 1: Sissle bei km 8’727 am oberen Perimeterende des Vorprojekts.

ist seit der «Sissle-Correction» Ende des 19. Jahrhunderts (Volkstimme aus dem Frickthal, 1893) stark kanalisiert und stellt aus Sicht der Gewässerökomorphologie ein stark beeinträchtigtes Gewässer dar.

Die Sissle fliesst auf langen Abschnit ten in einem homogen breiten, seichten, verbauten und teilweise eingeschnittenen Flussbett. Die Längsvernetzung für aqua tische Lebewesen ist aufgrund einer Viel zahl von Querbauwerken unterbrochen. Die Fallhöhe beträgt oft mehr als 80 cm.

Die Grösse des Einzugsgebiets der Sissle beträgt über den gesamten Gewäs serverlauf etwa 127 km 2

Abflussverhältnisse

Die Sissle trocknet in niederschlagsarmen Perioden vermehrt aus. Das war ab 2006 regelmässig und ab 2015 jährlich während mehreren Tagen der Fall (Tagesanzeiger, 2022). Im Jahr 2022 waren es bis zum 6. September gesamthaft 48 Tage ohne Ab fluss an der kantonalen Messstelle in Eiken (Tagesanzeiger, 2022). Dies ist kein neues Phänomen, auch in den Jahren 1959, 1962 und 1976 fiel sie trocken (Scherrer AG, 2021)

Q347 HQ30 HQ100 HQ300

Wassermenge [m³/s] 0.08 74 119 190

Tabelle 1: Dimensionierungsmengen im Abschnitt der Messstrecke

Vorgängig zum Revitalisierungsprojekt wur den die Hydrologie und die Ursachen des Trockenfallens untersucht (Scherrer AG, 2021). Die wichtigsten Erkenntnisse sind:

• Der Grundwasserstand entlang der Sissle liegt fast ausschliesslich unterhalb der Gewässersohle. Es findet eine natürliche substanzielle Infiltration in das Grundwas ser im Bereich der ausgedehnten alluvia len Schotter im Unterlauf statt. Die Versi ckerungsrate beträgt gemäss Scherrer AG, 2021 im Mittel 28 l/s*km’.Hierdurch lassen sich die tiefen Werte für Q 347 be gründen. Die mittlere Aufenthaltszeit im System des Gewässereinzugsgebiets beträgt etwa 12 Tage, was im Vergleich zu anderen Gewässern sehr kurz ist.

• Die Nutzung des Grundwassers (Trinkund Brauchwasser) trägt nur in be schränktem Ausmass zur Trockenheit der Sissle bei (Scherrer AG, 2021)

Bild 2: Einzugsgebiet der Sissle und Projektperimeter der Messstrecke. Foto: map.geo. admin.ch, 2022.

• Ein Grund für das Trockenfallen liegt in der Abwasserbewirtschaftung: Seit 2004 wurden die Kleinkläranlagen des Frick tals nach und nach an die ARA Kaisten (Vorfluter: Rhein) angeschlossen. Bei Tro ckenwetter werden bis zu 84 l/s aus dem Einzugsgebiet abgeführt (was etwa dem Q347 entspricht) (Scherrer AG, 2021). Dies umfasst auch einen sauberen Quell-, resp. Fremdwasseranteil, der nicht der Kläranlage zugeführt werden dürfte und dem Gewässer fehlt.

• Der Klimawandel mit wärmeren Sommern verschärft die Problematik.

2. Ziele und Perimeter des Projekts Sissle 2030

2.1 Gesamtprojekt

Die Revitalisierung der Sissle als grösserer Rheinzufluss hat im Kanton Aargau gemäss strategischer Planung (Kanton Aargau, 2014) erste Priorität. Der Berücksichtigung der extremen Niederwasserperioden wird höchste Bedeutung beigemessen.

Das Projekt Sissle 2030 umfasst den Hochwasserschutz und die Revitalisierung

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auf einem Abschnitt von 8,8 km zwischen der Gemeindegrenze Hornussen/Frick via Oeschgen und Eiken bis zur Mündung in den Rhein in der Gemeinde Sisseln.

Neben der Behebung der bestehenden Hochwasserschutzdefizite stehen die Re vitalisierungsziele im Vordergrund: Schaf fung einer ausreichenden Sohlenbreite, Re aktivierung von Auen und Mäanderschlau fen, Wiederherstellung der Längsvernet zung.

Die Sohle soll von etwa 9 m (Ist-Zu stand) auf 22 bis 27 m aufgeweitet und die Längsvernetzung wiederhergestellt wer den. Gleichzeitig wird das Gefälle im Ge samtperimeter so angepasst, dass der Gleichgewichtszustand des Geschiebe triebs erreicht wird.

Bei der konkreten Ausgestaltung der Massnahmen sollen die Ergebnisse der Messstrecke berücksichtigt werden.

Diese Massnahmen werden um den An schluss der Seitenbäche und die Ergebnis se der Messstreckenauswertung ergänzt.

2.2 Messstrecke

Auf einer Länge von 200 m wurden Mass nahmen zur Verbesserung der Trocken wetterabflüsse definiert, geplant, umge setzt, beobachtet und anschliessend be wertet. Die Messungen wurden auf den Zeitraum Mai bis Ende August 2022 fest gelegt, damit die Ergebnisse in die Planung des Gesamtprojekts einfliessen können.

Ziel ist, die Wirksamkeit der Massnah men während mindestens einer Trocken periode zu bestimmen. Daraus ergaben sich die konkreten Fragestellungen:

• Wie kann erreicht werden, dass das Bachwasser im Gerinne verbleibt und die Anzahl der Tage ohne Abfluss redu ziert wird?

• Kann die Temperatur im Gerinne redu ziert werden?

3. Massnahmen in der Messstrecke

Gemeinsam mit den kantonalen Fachstel len wurde im Rahmen eines Workshops der Standort der Messstrecke und die um zusetzenden Massnahmen definiert.

Die Sickerstrecke liegt gemäss den Erfahrungen der kantonalen Fachstellen und Anliegern etwa zwischen km 5’800 und km 2’600. Der für die Messstrecke definierte Perimeter zwischen km 5’400 und km 5’200 liegt auf dem Gemeinde gebiet Oeschgen. In unmittelbarer Nach barschaft befindet sich ein landwirtschaft licher Betrieb und die Nationalstrasse A3. Die Zugänglichkeit ist gewährleistet.

Bild 3: Übersicht Messstrecke zwischen km 5’400 und km 5’200.

Folgende Massnahmen zur Verringerung der Wasserverluste, zur Senkung der Tem peratur und zur Verringerung der Auswir kungen auf die Fische wurden realisiert:

• Niederwasserrinne: Zirka 20 cm tief und 50 cm breit, mit Strukturierungsmass nahmen an der Sohle zur Stabilisierung der Massnahmen und zur Anregung der Selbstregulierung: Stammbuhnen, seit liche Sicherung der Nieder wasserrinne mit Faschinen, Wurzelstöcke und Trich terbuhnen. Durch die Nieder wasserrin ne soll sowohl die Versickerungsrate als auch die Verdunstungsrate reduziert werden, da sowohl die benetzte Fläche als auch die Wasserober fläche verklei nert werden.

• Beschattung: Die Niederwasserrinne wur de entlang der bestehenden und teilwei se neu angelegten Beschattung geführt, mit dem Ziel, die Sonnenbestrahlung und somit die Er wärmung des Wassers und der Umgebung zu reduzieren.

• Abgedichtete Pools: Am oberen Peri meterende und in der Mitte der Mess strecke wurde je ein abgedichteter Pool (Pool oben und Pool Mitte) erstellt. Die Pools sind rund 6 m 2 gross und etwa 1,3 m tief. Sie sollen als Rück zugsort für aquatische Tiere bei sehr geringem Ab fluss dienen.

• Nicht abgedichteter Pool: Am unteren Perimeterende wurde ein nicht abge dichteter Pool erstellt, um einen Ver gleich für den Effekt der Abdichtung zu schaffen (Pool unten).

Weitere realisierte Massnahmen:

• Die Sohle wurde mit drei Fixpunkten ge sichert. Hierfür wurde jeweils ein doppelt

gesetzter sohlbündiger Sohlgurt über die gesamte Sohlbreite gesetzt. Diese Sohl gurte haben eine Niederwassersek tion.

Andere diskutierte Massnahmen wurden verworfen, weil sie nicht den Prinzipien ei ner naturnahen Revitalisierung entspre chen:

• Abdichtung der gesamten Sohlbreite oder der Niederwasserrinne: Im nach folgenden Vorprojekt für den ganzen Perimeter wird die Sohle von rund 9 m auf 22 bis 27 m verbreitert. Eine eigen dynamische Sohlgestaltung ist langfris tig erwünscht und möglich. Daher wur de eine Abdichtung der initiierten Nie derwasserrinne als nicht sinnvoll und nachhaltig beurteilt.

• Absenkung der Gewässersohle auf ein Niveau nahe des Grundwasserspiegels.

• Auf das Entfernen von invasiven, nicht verbotenen Neophyten (Schweizerische Eidgenossenschaft, 2022) wurde bei der Realisierung der Messstrecke ver zichtet, da insbesondere grössere Ro binien für die Beschattung sorgen. Bei der Umsetzung in den späteren Pro jekten werden diese voraussichtlich eli miniert.

Akzeptierte Risiken und Effekte:

• Es wird bewusst akzeptiert, dass sich die Niederwasserrinne durch den natürlichen Geschiebetrieb befüllen oder durch die Dynamik des Gewässers verlegen kann.

• Die bestehende Ufersicherung wurde trotz Baufälligkeit nicht erneuert. Somit wurde die Erosion der Ufer mit dem da mit verbundenen Materialeintrag von der Seite in Kauf genommen.

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•

Die Massnahmen wurden auf das Q 347 von 80 l/s ausgelegt. Die Anforderungen an die Dauerhaftigkeit bei Hochwasser wurden nicht definiert, da die Massnah men als temporär im Sinne von Test objekten installiert wurden. Die Sohle wird in der nachfolgenden Projektierung verbreitert.

4. Messprogramm und -Methoden

4.1 Wassermenge

Drei Messquerschnitte befanden sich in der Messstrecke (km 5’400, km 5’300, km 5’200) und zwei unterhalb der Messstre cke bei km 5’050 und km 4’450. Ausser dem befindet sich in Eiken eine kantonale Messstelle bei km 3’750 (Bild 6)

Es wurden drei Abflussmessungen durchgeführt:

• Eine Nullmessung am 28.03.2022 vor Beginn der Bauarbeiten: In der Nähe der späteren Sohlgurte wurde ein ADCPMessboot (Acoustic Doppler Current Profiler) eingesetzt.

• Zwei weitere Messungen am 19.07.2022 und 29.08.2022: Hier war der Wasser stand zu niedrig für das Messboot; es wurde die Menge im Niederwasseraus schnitt der Sohlgurte gemessen (Pegel plus magnetisch-induktive Durchfluss messung).

Aufgrund des geringen Abflusses im Juli und August beträgt die Messtoleranz +/10 Prozent.

Zusätzlich zu den gemessenen Wer ten wurde der Abfluss oberhalb der Messstelle bei km 7’100 berechnet. Die Wassermenge bei km 7’100 ist das Summenergebnis der kantonalen Messstellen in Hornussen (Siss le, FG 0342), am Bruggbach (Gipf-Ober frick, FG 0344) und Stafelleggbach (Frick, FG_0341), (Teledyne FLIR, 2022). Die sum mierten Abflüsse werden hier vereinfachend

für den km 7’100 angenommen. Weitere kleine Seitenbäche auf der Strecke zwi schen km 7’100 und km 4’200 hatten bei den trockenen Verhältnissen vernachläs sigbare Zuläufe (wenige l/s).

Bei km 3’750 sind die Daten der Mess stelle in Eiken ausgewiesen.

4.2 Beschattung

Die Dokumentation der Beschattung ist eine Momentaufnahme. Je nach Uhrzeit und Verlauf der Sonnenbewegung ändert sich die Schattenlage und -qualität inner halb kurzer Zeit um mehrere Zentimeter. Ebenso sind Vergleiche zwischen ver schiedenen Tagen schwierig, weil sich die Lage der Erdachse zur Sonne verändert.

Analyse der Beschattung im Luftbild Der Perimeter wurde am 27.07.2022 und 11.08.2022 mit einer Drohne überflogen und die Bilder georeferenziert. Die Bilder wurden im GIS analysiert. Die Schatten qualität wurde optisch beurteilt und diffe renziert in «Vollschatten», «Halbschatten» und «kein Schatten».

Aufnahmen der Beleuchtungsstärke, Bestrahlungsstärke und Aufnahmen mit der Infrarotkamera (TemperaturQuer- und Längsprofile)

Es wurden an zwei Tagen mehrere Quer profile im Bachbett und Schattenlängs profile aufgenommen. Dabei wurde die Be leuchtungsstärke in Lux und die Bestrah lungsstärke in W/m 2 gemessen. Ausser dem wurden Infrarotbilder mit einer Wärme bildkamera aufgenommen, um die Ober flächentemperaturen zu bestimmen.

Erläuterungen zu den Infrarotaufnahmen Wärmebilder sind eine Messung der Inten sität der Infrarotstrahlung, die von einem Punkt ausgeht, und erlauben die Deutung der Temperatur.

Das Verfahren hat Grenzen: Bei starker Sonneneinstrahlung sind die Strahlungs werte ausserhalb des messbaren Be reichs. Ausserdem ist die Infrarotkamera nicht exakt positionierbar.

Um eine absolute und exakte Tempe ratur eines Objekts zu erhalten, müssen die Messungen aufwändig vorbereitet und durchgeführt werden. Das liegt daran, dass die berührungslose Messmethode mit ei ner Wärmebildkamera (FLIR i7) die Wär mestrahlung misst, die aus drei Kompo nenten besteht:

• Der Wärmestrahlung des Messobjekts («gewünschte Messung») und zwei Stö rungen:

• Die Temperatur der Atmosphäre (wobei die Atmosphäre zusätzlich als Dämp fungs- und Dispersionsmedium wirkt).

• Die reflektierte Strahlung anderer Wär mequellen (Sonne, Gebäude, Strassen etc.), siehe Teledyne FLIR (2022) und Temperature Guns versus thermal ima ging Technology (2022). Die Einflüsse der Störgrössen müssen entweder ge nau gemessen, unterbunden oder mo delliert werden. Für die Sissle wurden Standardmodelle und Standardwerte verwendet.

Das rot eingetragene Quadrat zeigt den gewählten Ausschnitt, welcher mit der Wärmebildkamera aufgenommen wurde. Das mittlere Bild zeigt die Infrarotaufnahme des Abschnitts. Gut zu erkennen ist die kühlere benetzte Fläche (blau). Das Histogramm zeigt die Verteilung der Anzahl Pixel der jeweiligen Temperatur.

Bild 5: Beispielbild

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einer Infrarotaufnahme:

Bild 4: Aufnahme mit der Infrarotkamera.

Die Infrarotkamera verwendet pro Aufnah me eine andere Skala. Die Infrarotaufnah men wurden so aufbereitet, dass in allen Aufnahmen dieselbe Temperaturskala ver wendet wird. Dies war notwendig, um eine Auswertung und einen Vergleich von kühlen und warmen Orten zu ermöglichen. Ausser dem wurde die Anzahl an Pixel statistisch ausgewertet und in einem Histogramm dar gestellt. Somit können die Bilder sowohl optisch als auch qualitativ beurteilt werden. Die Skala der Häufigkeit variiert in den nachfolgend dargestellten Bildern.

Die Beschattungsmessungen lassen keine fundierten Rückschlüsse zu. Aller dings lässt sich qualitativ die Schatten qualität aufzeigen.

4.3

Temperaturlogger im Wasser

Innerhalb der Messstrecke wurden fünf Temperaturlogger (Produkt HOBO) im Wasser installiert. Ergänzt wurden sie mit mehreren Referenzpunkten unter- und oberhalb der Messstrecke. Für die Aus wer tung wurden die Logger bei km 6’762, 6’470, 5’835, 5’453, 5’390 (Messstrecke,

Pool oben), 5’318 (zwischen Pool oben und Pool Mitte), 5’275 (Pool Mitte), 5’213 (Zulauf Pool unten), 5’205 (Pool unten), 4’440 und 4’160 verwendet (Bild 6). Die Messungen erfolgten alle 10 Minuten zwischen dem 29.06.2022 und 31.08.2022.

5. Messergebnisse

5.1 Wetter und Wasserführung während der Messperiode

Bettbildende Abflüsse

Die Realisierung der Messstrecke erfolgte Mitte Juni bis Anfang Juli 2022. Unmittelbar während der Ausführung ereigneten sich mehrere kleine Ereignisse mit erhöhten Ab flüssen (2 bis 5,5 m 3 /s), welche die Sissle nutzte, um eigene Strukturen zu gestalten: Die Niederwasserrinne wurde mit 1,8 m et was breiter, ausserdem wurde der oberste Pool teilweise mit Geschiebe gefüllt.

Trockener Sommer 2022

Ab Mitte August war es so trocken, dass etwa die halbe Länge der Messstrecke

trockenfiel. Der Pool Mitte hatte Mitte Au gust einen sehr geringen Zulauf und Aus lauf. Dieses Restwasser versickerte im unteren Drittel der Messstrecke. Der Pool unten war ohne Zulauf. Dieser Pool wurde nicht abgedichtet. Ein geringer Restwas ser stand verblieb im Pool. Der Wasser stand war jedoch deutlich tiefer als eine Woche zuvor, als der Pool unten durch strömt wurde (Fotovergleich Bild 8). Die gemessene Temperatur im Pool stieg an diesem Tag bis 25,1 °C (Lufttemperatur maximum in Buchs AG: 30,7 °C); in den umliegenden Tagen lag die Temperatur bei etwas mehr als 22 °C. Der Zulauf zum Pool unten entfiel nur am 17.08.2022 (ge mäss Temperaturmessungen).

Der Grundwasserstand in Frick lag am 17.08.2022 bei 333,25 m ü. M., sein Tiefst wert 6 Tage vorher lag bei 333,04 m ü. M. Aufgrund dieser geringen Schwankung ist es unwahrscheinlich, dass das Trocken fallen mit dem Grundwasser zusammen hängt.

Bild 7: Oberer Perimeterrand der Messstrecke, nach Realisierung der Massnahmen. Blick in Fliessrichtung.

Bild 8: Pool unten: oben am 11.08.2022 (mittags) unten am 17.08.2022 (abends).

5.2 Wassermengen und Versickerung

Bild 9 zeigt die gemessenen Abflüsse im Längsverlauf und die aus den Abfluss mengen abgeleiteten Versickerungsraten im Längsverlauf. Bild 10 visualisiert den Grundwasserstand in Frick.

Nullmessung vor der Realisierung der baulichen Massnahmen

Am 28.03.2022 nahm die Wassermenge zwischen km 7’100 und km 3’600 von rund 0,3 auf 0,2 m 3 /s ab. Die Versickerungsrate auf dieser Strecke betrug zwischen 0,03 und 0,11 l/(100 m’), die Versickerung fand vor allem unterhalb der Messstrecke statt.

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Bild 6: Messstandorte Temperaturlogger und Abflussmessung.

Der Grundwasserspiegel der nächstgelege nen Messstelle (Frick, Neumatt II, FG_0341) lag in diesem Zeitraum bei etwa 333,6 m ü. M.

Messungen 1 und 2 nach der Realisie rung der baulichen Massnahmen

Bei der Messung 1 am 19.07.2022 verrin gerte sich der Abfluss oberhalb der Mess strecke nicht (analog zur Nullmessung), halbierte sich aber innerhalb der Mess strecke auf kurzer Distanz von ca. 0,1 auf 0,05 m 3 /s, und versickerte bis weiter unten kontinuierlich.

Bei der Messung 2 am 29.08.2022 zeig te sich ein anderes Muster, der Abfluss verringerte sich von ca. 0,1 m 3 /s fast kon tinuierlich über die ganze Strecke.

Bei den Messungen 1 und 2 variierte die Versickerungsrate oberhalb der Messstre cke zwischen 0,0 und 0,05 l/(100 m’). Im Bereich der Messstrecke betrug die Ver sickerungsrate zwischen 0,15 und 0,5 l/ (100 m’). Die Versickerungsraten waren so mit im Vergleich zur Nullmessung erhöht.

Der Grundwasserspiegel Neumatt II lag bei beiden Messungen bei rund 333,4 m ü. M. und damit deutlich unter halb des Mittelwerts über die letzten zehn Jahre von 333,8 m ü. M., jedoch nur 0,2 m über dem Wert während der Nullmessung. Ein Zusammenhang des Grundwasser spiegels mit der erhöhten Versickerungs rate bei Mes sung 1 und 2 ist unwahr scheinlich.

5.3 Beschattung

Ergebnis der Beschattungs-Analyse im Luftbild

Durch die geringeren Abflüsse nach dem Umbau (Trockenheit) sowie deren Samm lung in der realisierten Niederwasserrinne sind Wasserflächen deutlich kleiner ge worden. Die Energie, die dem Wasser zu geführt wird (und somit auch die Erwär mung) dürfte also geringer sein. Wie die in Tabelle 2 zusammengestellten Analyse ergebnisse zeigen, konnten die realisier ten Massnahmen den Anteil der beschat teten Wasserfläche aber nicht steigern.

Der Anteil der beschatteten Wasser fläche zum Aufnahmezeitpunkt (14:00 Uhr und 16:30 Uhr) kann im Vergleich zum Zu stand vor den Bauarbeiten als gleichblei bend beurteilt werden (16:30 Uhr) oder wurde verringert (14:00 Uhr). Aus diesem Grund wird auf eine Analyse verzichtet.

Messung um 14:00 Uhr Messung um 16:30 Uhr

vor Um bau

nach Um bau

vor Um bau

nach Um bau

Wasserfläche [m2] 1860 646 1860 646

Wasserfläche im Vollschatten [m2] 442 66 460 156

Wasserfläche im Halbschatten [m2] 342 127 443 150

Schattenanteil (Summe Voll- und Halbschatten)

42 % 30 % 48 % 48 %

Tabelle 2: Beschattungsflächen in der Messstrecke.

Auswertung der Infrarotaufnahmen im Längsprofil

Bild 9: Oben: Wassermengen im Längsverlauf zwischen km 7’200 und km 3’600. Messungen im Juli und August 2022 mit einer Genauigkeit von ± 10 Prozent. Unten: Versickerung (Infiltration) und Anreichung entlang der Sissle zwischen km 7’100 und km 3’600.

Der Vollschatten im Längsprofil wurde zu zwei Zeitpunkten gemessen: 14:45 Uhr und 15:15 Uhr. Die Anordnung und die Ergeb nisse sind in Bild 11 dargestellt. Punkte A und B liegen zum ersten Zeitpunkt bereits ein bis zwei Stunden im Vollschatten. Punk te C und D liegen im guten bis schlechten (viele Sonnendurchbrüche) Halbschatten.

Es ergibt sich ein deutliches Bild: In nerhalb einer halben Stunde wärmt sich der Untergrund an allen gemessenen Punk ten A bis D um durchschnittlich 2°C auf, unabhängig davon, ob sich der Punkt im Voll- oder Halbschatten befindet.

Auswertung der Infrarotaufnahmen im Querprofil

Bild 10: Kantonale Grundwasser messstelle Neumatt II in Frick, mit Eintrag der Messtage der Wassermengenmessung.

Die Aufnahmen des Querprofils bei km 5’365 bilden ein Schattenprofil mit den

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Messpunkten E bis I ab (Bild 12). Im Be reich der Punkte E und F im Bild ist Voll schatten und im Bereich der Punkte G bis I ist Halbschatten mit wechselnder Sonnen einstrahlung. Die Bestrahlungsstärke nimmt von E bis I zu. Die Beleuchtungsstärke nimmt ebenso zu, bei Punkt H und I ist sie jedoch eingeschränkt messbar aufgrund einzelner Sonnendurchbrüche, die eine Überlast des Messgeräts verursachen. Die Aufnahmen der Wärmebildkamera zeigen

eine deutlich höhere Temperatur von E bis I von durchschnittlich 25 °C bei Punkt E bis 33°C bei Punkt I. Die Temperatur ist im Vollschatten also 8 °C tiefer als im Halb schatten.

5.4 Temperaturlogger im Wasser

Messpunkte

In Bild 13 sind die Temperaturmesswerte an zwei Tagen (16.07.2022 und 25.07.2022)

Bild 11: Längsprofil Schattenverlauf um 14:45 Uhr und 15:15 Uhr bei km 5’365. Die Peaks der Histogramme sind an allen Messorten bei der späteren Aufnahme weiter rechts angeord net bzw. ist der Anteil Hellgrün grösser. Die Farbdarstellung der Infrarotaufnahme wird ent sprechend heller.

entlang der Sissle zwischen km 6'762 und km 4’440 dargestellt. Unterhalb der Mess strecke ist nur ein Referenzpunkt bei km 4’160 eingeschränkt auswertbar. Des Wei teren sind einzelne Logger von Dritten de montiert worden (z. B. km 5’390). Die Be dingungen an den gemessenen Punkten variieren stark: So liegt einer der Referenz punkte unterhalb einer Brücke (km 5’835) und mehrere Punkte liegen im Perimeter, der bei Trockenphasen trockenfällt.

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Weitere Messpunkte unterhalb der Mess strecke wurden nicht ausgewertet, da über viele Tage kein Abfluss vorhanden war.

Ausgewähltes Messdatum

Für die Auswertung wurden Tage gewählt, an denen möglichst viele Logger auswert bar waren. Gemäss MeteoSchweiz (Temperature Guns versus thermal imaging Technology, 2022) war der 19.07.2022 mit 35,5 °C einer der drei heissesten Tage im Jahr 2022 (Messstation Buchs/Aarau). Da einzelne Temperaturlogger während der Messpe riode ausfielen, liegen für diesen Tag am meisten Daten vor. Für einen Temperatur vergleich wird darum der 19.07.2022 ge wählt.

Innerhalb der Messperiode waren die Temperaturen im Wasser im Tagesverlauf inklusive der umliegenden Nächte am 25.07.2022 am höchsten.

Messergebnisse

Generell wurde die tiefste Temperatur zwischen 7:00 und 8:00 Uhr morgens ge mes sen, die höchsten Werte zwischen 17:00 und 18:00 Uhr. In Bild 13 ist der Tem peraturverlauf zwischen 8:00 und 20:00 Uhr am 19.07.2022 und 25.07.2022 dar gestellt.

Der Temperaturverlauf innerhalb der Messstrecke ist bei allen Messungen ähn lich. Die Messungen oberhalb der Mess strecke zeigen geringere Werte, die Werte unterhalb der Messstrecke liegen höher. Das Wasser erwärmt sich folglich entlang des Fliesswegs. Die Messung bei km 5’835 (unter Brücke, oberhalb der Messstrecke) zeigt im Mittel und vor allem am Nachmit tag deutlich niedrigere Temperaturen als die anderen Logger. Die Logger in den drei Pools zeigen generell keine statistisch relevanten Abweichungen zu den Tempe raturen der Standorte in der Nieder was serrinne.

Bei Betrachtung des Temperaturver laufs entlang des Gewässers (Messung am 19.07.2022, Bild 14 ) wird die Erwär mung über den Gewässerverlauf bestätigt. Insbesondere unterhalb der Messstrecke steigt die Temperatur stark auf bis zu 26,6 °C.

Der Messpunkt bei km 5’835 (Brücke) sticht wegen der niedrigeren Werte (maxi maler Tageswert bei 21,8 °C) heraus. Er ist aufgrund der Lage stark beschattet. Die Messwerte in Bild 13 und Bild 14 zeigen, dass ab etwa 14:00 Uhr eine deutlich tie fere Temperatur als an den Messstellen im Oberwasser und Unterwasser gemessen wurde.

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Bild 12: Querprofilaufnahme bei km 5’365 mit Beleuchtungsmessungen, Bestrahlungsmessungen und Temperatur aufnahmen mit Infrarotkamera.

Bild 13: Temperaturmessungen im Wasser am 19.07.2022 und 25.07.2022 zwischen 8:00 und 20:00 Uhr. Die Messwerte in der Messstrecke sind durchgezogen, diejenigen unterhalb sind gestrichelt, diejenigen oberhalb sind gepunktet dargestellt.

Bild 14: Temperaturmessungen im Wasser am 19.07.22 um 8:00, 12:00, 16:00 und 20:00 Uhr (die Kilometrierung ist verzerrt zur Verbesserung der Lesbarkeit).

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5.5 Abdichtung der Pools

Die Pools oben und Mitte wurden während der Testphase ständig durchströmt. Nur der Zulauf zu Pool unten war über einen Zeit raum von etwa einem Tag unterbrochen. Somit ist eine Auswertung des Abdich tungseffekts bei Pool oben und Mitte nicht möglich. Der Pool unten fiel nicht trocken, obwohl der Zufluss unterbrochen war und der Pool nicht abgedichtet ist.

6. Erkenntnisse für Projektierung und Messkampagnen

6.1 Niederwasserrinne

Ziele

Ziel der neu erstellten Niederwasserrinne war eine Reduktion der überflos senen Fläche und somit langfristig die Reduktion der Versickerungsmenge. Gleichzeitig soll te in einem ähnlichen Mass die Verduns tung reduziert werden.

Bauliche Massnahmen

Die Niederwasserrinne wurde mit einer Breite von ca. 0,5 m und einer Tiefe von 0,2 m angelegt. Mit den verbauten Struk turen wird die Eigendynamik des Ge wässers unterstützt. Daher wurde auch die Niederwasserrinne nicht durchgehend gesichert, sondern nur ausgehoben und mit Strukturmassnahmen ergänzt. Grös sere Abflüsse, welche etwa 20-mal im Jahr vorkommen, haben diese unmittelbar nach Abschluss der Realisierung auf ca. 1,8 m verbreitert. Dabei hat sich eine Rin nentiefe von im Mittel 10 cm eingestellt. Der Bach baut also mit!

Beobachtungen

Die Versickerung war nach Umsetzung der Messstrecke verstärkt.

Interpretation der Beobachtungen

Die Wassermengenmessung zeigt eine er höhte Versickerung im Baubereich. Dies war in Anbetracht des Sohleingriffs rund zwei Monate vor der zweiten Messung zu erwar ten. Die Baumassnahmen in der kiesigen Sohle der Sissle haben die ohnehin schon hohe Versickerungsrate nochmals erhöht. Der Effekt der erhöhten Versickerung ist –mindestens innerhalb des Zeitraums des Messprogramms so stark, dass die Reduk tion der überflossenen Fläche und somit auch Verdunstungsfläche übersteuert wird.

Vermutlich ist die natürliche Kolmation aufgrund des auf die Niederwasserrinne konzentrierten Fliessquerschnitts lang fristig reduziert, da die Fliessgeschwindig

keit wesentlich höher ist als beim kanali sierten Profil und sich Feinsedimente we niger ablagern können.

Empfehlungen

Bei der Messstrecke wurde auf den Ein bau einer Abdichtung verzichtet, da in der kommenden Projektierung die Sohle ver breitert wird. Im Referenzzustand bilden sich neue Strukturen (Hunziker Zarn und Partner, 2019). Eine Niederwasserrinne wird lediglich als Initialrinne zur eigendynami schen Entwicklung angelegt. Somit wäre eine Abdichtung eine aus baulicher Sicht «verlorene» Massnahme.

Verallgemeinert auf andere Projekt typen ist abhängig von den lokalen Rand bedingungen abzuwägen, ob bei Strecken mit grosser Versickerung die Versickerung durch den Einbau einer Abdichtung im Be reich der Niederwasserrinne allenfalls redu zierbar ist. Diese Massnahme kann die ver stärkte Versickerung aufgrund einer geöf fneten Kiessohle reduzieren bis zum Ein treten der natürlichen Kolmation. Wenn die Abdichtung ohne Erosionssicherung einge baut wird, unterbricht sie den natürlichen Sohlstrukturierungsprozess nicht. (Vergleich mit Totfaschinen, die den Anwuchsprozess einer natürlichen Ufer sicherung überbrü cken.) Eine bauliche Abdichtung zur Über brückung des Zeitraums bis zur Ent wick lung einer natürlichen Sohlabdichtung kann in einzelnen Fällen sinnvoll sein: Zum Bei spiel ist bei beengten Verhältnissen, in de nen ohnehin nicht die natürliche Regime breite erreichbar ist, die natürliche Sohl struk turierung meist wenig ausgeprägt. In diesem Fall hat eine bauliche Abdichtung der Niederwasserrinne eine grössere Le bensdauer als bei Gewässern mit einer ausgeprägten Dynamik wie der Sissle.

6.2 Beschattung

Ziele

Mit der Vergrösserung der beschatteten Flä che sollte eine reduzierte Aufwärmung oder gar Temperaturreduktion erreicht werden.

Bauliche Massnahmen

Die Niederwasserrinne wurde soweit mög lich entlang der vorhandenen Beschattung geführt. Aufgrund der kurzen Messperiode konnte keine wirksame neue Beschattung gepflanzt werden.

Beobachtungen

Im Bereich von Einzelschatten stieg die Oberflächentemperatur auch ohne direkte Sonneneinstrahlung im gesamten beschat teten Bereich an.

Interpretation der Beobachtungen

Ein abkühlender Effekt von Halbschat ten bzw. Einzelschatten konnte nicht nachgewiesen werden. Der Grund dazu ist der «Nachbrenn»-Effekt der Umgebungsstrah lung (Moosmann, Schmid, Wüest, 2005). Sobald Sonnenstrahlen auf die Ober flä che der Umgebung treffen, das heisst auch bei Halbschatten, wärmt sich die Umgebung auf und strahlt Wärme ab. Beim Tempera turlogger unterhalb der Brücke konnte der abkühlende Effekt beobachtet werden.

Empfehlungen für die Projektierung

Wenn durchgehender Vollschatten auf einem Abschnitt von mehreren Metern be steht, kühlt das Wasser im Bach in diesem Bereich ab. Um diesen Effekt zu erzielen, sind Abschnitte mit sehr guter durchge hender Beschattung (Wald) vorzusehen. Bereiche mit Einzelschatten sind sicher lich aus diversen anderen Gründen emp fehlenswert. Einen abkühlenden Effekt auf das Gewässer haben sie jedoch nicht oder nur unwesentlich.

Bild 15: Bei einem Sonnenwinkel a von 67 ° über der Horizontalen ist bei einer Sohlbreite von 5 m eine Höhe der Bepflanzung von rund 12 m notwendig (Moosmann, Schmid, Wüest, 2005).

Damit ein 5 m breites Gewässerbett auch bei Sonnenhöchststand (Sonne im Süden) vollständig beschattet wird, muss die Bepflanzung etwa 12 m hoch sein (Moosmann, Schmid, Wüest, 2005). Mit einer brei teren Gewässer sohle erhöht sich dieser Wert entsprechend. Eine einseitige Beschat tung erreicht noch nicht die Qualität eines Vollschattens. Um diesen zu bewirken, ist ei ne beidseitige Uferbepflanzung notwendig.

Bei einer grossen Sohlbreite erzielt auch die beidseitige Bepflanzung keine Vollbe schattung. Allenfalls kann bei aus

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reichenden Platzverhältnissen innerhalb der Sohle Schatten erzeugt werden, bei spielsweise durch gut bewachsene Inseln. Je nach lokalen Verhältnissen benötigt dies erhöhte Hochwasserschutzmassnah men aufgrund des dann stärker bewach senen Quer schnitts und der somit grösse ren Rauhigkeit.

Die benötigte Bepflanzungshöhe ist im Rahmen von Revitalisierungsprojekten nicht kurzfristig erreichbar. Es ist somit wesent lich, dass die Bepflanzung und der Ge wässerunterhalt langfristig geplant wer den. Aufgrund der oft mehrere Jahre dau ernden Projektierungs- und Bewilligungs phase sind vorgezogene Bepflanzungs programme zu prüfen.

Die Platzierung einer Niederwasser rinne entlang bestehender Beschattung schränkt den Planungsspielraum für den Verlauf der Niederwasserrinne stark ein. Aufgrund der Erkenntnis, dass Halbschat ten keinen abkühlenden, sondern höchs tens temperaturhaltenden Effekt hat (Kanton Aargau, 2022) und langfristig ohnehin eine vom Gewässer gestaltete Nieder was serrinne erreicht werden soll, kann im Falle der Sissle die initiale Niederwasser rinne ohne Beachtung des Schattenver laufs angelegt werden.

Empfehlungen für weitere Messkampagnen

Die Messung der Beschattung (Verlauf und Qualität) ist abhängig von mehreren Faktoren wie dem Sonnenstand, der Ei chung sowie den technischen Möglich keiten der Messgeräte, um nur einige zu nennen. Die Aufstellung und Anwendung der Geräte und die Datenverarbeitung müs sen sorgfältig durchdacht sein, um vergleichbare Datensätze zu gewinnen.

Es ist sinnvoll, den Nachbrenneffekt der Umgebungsstrahlung besser zu quan tifizieren. Weitere Untersuchungen zum Wirkungsperimeter dieses Effekts können dazu beitragen, die notwendige Abschnitts länge eines Vollschattens zur gewünsch ten Abkühlung zu beurteilen.

6.3 Temperaturlogger im Wasser

Ziele

Mit den Temperaturloggern wurden Daten im Bereich der Niederwasserrinne, in be schatteten Bereichen und in den Pools für die Interpretation des Massnahmeneffekts gesammelt.

Bauliche Massnahmen

Die Logger wurden an Bewehrungseisen befestigt und im Untergrund verankert.

Beobachtungen

Im Bereich von Halbschatten stieg die im Wasser gemessene Temperatur entlang des Fliesswegs nicht oder kaum an. Im Voll schatten reduzierte sich die Temperatur.

Unterhalb der Messstrecke stieg die im Wasser gemessene Temperatur stark an.

Interpretation

der Beobachtungen

Im Bereich von Vollschatten wird eine Ab kühlung entlang des Fliesswegs erreicht.

Die Erfahrungen der Messungen an der Sissle führen zu folgender Hypothese: Ein ab kühlender Effekt, der zum Beispiel bei Ein dolungen nachgewiesen ist (Mende, Sieber, 2021), kann mit einer Vollbeschattung auch an offenen Fliessgewässern erreicht werden. Die Vollbeschattung bezieht sich dabei auf den gesamten Querschnitt des Gewässers.

Es wird vermutet, dass der starke Tem peraturanstieg im Wasser unterhalb der Messstrecke vorwiegend auf die sehr ge ringe Wassermenge im Sommer 2022 zu rückgeführt werden kann. Die Messwerte aus diesem Bereich sind entsprechend mit Vorsicht zu interpretieren.

Empfehlungen

Bei der Wahl des Standortes für die Tem peraturlogger ist auf die Wasserführung, die Vermeidung direkter Sonneneinstrah lung, die Abstrahlung der Umgebung, die Einbautiefe und auf den Diebstahlschutz / Schutz vor Sachbeschädigungen zu ach ten. Unter Berücksichtigung aller Aspekte ist ein Idealstandort in der Regel nicht vor handen. Aufgrund der nicht vermeidbaren Beeinflussung durch die Umwelt ist es sinnvoll, die Daten innerhalb eines Inter pretationsspielraumes zu betrachten.

Die Erfahrungen der Messstrecke an der Sissle führen zu folgenden Anregungen für ähnliche Messkampagnen:

• Logger so tief wie möglich einbauen.

• Regelmässig die Funktionstüchtigkeit kontrollieren (mindestens wöchentlich).

• Eine ausreichende Zahl an Loggern ein bauen sowohl in der Messstrecke als auch in den oben- und untenliegenden Referenzstrecken. Die Lage der Logger muss sehr genau geplant werden, um lokale Effekte bei der Interpretation der Messergebnisse zu berücksichtigen.

• Sonnenschutz oberhalb der Temperatur logger vorsehen, auch wenn die Messun gen unter Wasser vorgenommen werden.

6.4 Einsatz der Infrarotkamera

Ziele

Mit der Infrarotkamera wurden Aufnahmen der Umgebungstemperatur gemacht, um

die räumliche Ausdehnung eines SonnenSchatteneffekts zu dokumentieren.

Bauliche Massnahmen

Die Messungen erfolgten mit einer Hand kamera.

Beobachtungen

Der Einsatz einer Infrarotkamera vor Ort ist anspruchsvoll (Was sind sinnvolle Mess standorte?). Die Bildaufnahmen müssen am Computer aufbereitet werden, um sie miteinander vergleichen zu können.

Interpretation der Beobachtungen

Die Infrarotbilder haben den Nachbrenn effekt in Schattenbereichen, die entweder kurze Zeit vorher besonnt oder in der Nähe von besonnten Bereichen waren, dokumentiert.

Empfehlungen

Im Feld soll die zu interpretierende Fläche abgesteckt werden, damit die Bilder spä ter miteinander verglichen werden kön nen. Dazu eignen sich Gegenstände, wel che eine andere Temperatur als die Um gebung aufweisen, wie z. B. ein Stein, wel cher vorher im Wasser lag, als Markierung im trockenen (aufgeheizten) Kiesbett. Durch eine flächige Drohnenaufnahme mit einer Infrarotkamera können vermutlich konsis tentere Datenbilder erzeugt werden.

7. Fazit

Neben dem Klimawandel tragen weitere von Menschen beeinflusste Faktoren zur Trockenheit der Sissle im Einzelnen und der Schweizer Gewässer generell bei. Der «Problemfluss» Sissle ist, wie fast jedes Gewässer in der Jurakette, vermehrt von Trockenheit betroffen. Der Sommer 2022 hat gezeigt, dass viele Fliessgewässer im Mittelland bei ausbleibenden Regenfällen ebenfalls trockenfallen.

Eine der notwendigen Massnahmen, um die angespannte Situation der Ge wässer zu verbessern, ist die Revitalisierung mit Massnahmen zur Beschattung, Aus scheidung von Gewässerräumen und dem Schutz vor Immissionen.

7.1

Messstrecke und Massnahmen

Die anvisierte Trockenphase der Sissle ist zwar wie erhofft eingetreten, die Erkennt nisse aus der Messstrecke sind jedoch nicht so umfassend, wie erwartet. Einer seits ist das untersuchte Zeitfenster von rund drei Monaten sehr klein, andererseits lassen die Messergebnisse einen grossen Interpretationsspielraum zu. Dies liegt am

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pilotprojektartigen Dokumentieren der Be schattung und an der extremen Wetter lage im Sommer 2022 mit sehr langer Tro ckenphase.

Teil- und Einzelschatten

In Mende, Sieber (2021) wird beschrieben, dass mit einer mittleren Beschattung von 40 bis 60 Prozent einer weiteren Erwärmung des Gewässers vorgebeugt werden kann. Dies kann mit den vorliegenden Messun gen bestätigt werden. Ein abkühlender Ef fekt von Teil- und Einzelschatten auf die Temperatur des Gewässers ist nicht nach weisbar.

Vollschatten

Vollschatten über die gesamte Gewässer breite reduziert die Gewässertemperatur. Die Aussagen von Moosmann, Schmid, Wüest, 2005 und Mende, Sieber, 2021 wurden bestätigt.

Niederwasserrinne

Ein gewünschter Effekt des Wasserrück halts durch den Einbau einer Niederwas serrinne war in der Testphase nicht nach

Quellen:

Agis, Kanton Aargau, ag.ch/app/agisviewer4, August 2022

BAFU. Trockenheit im Sommer und Herbst 2018 –Auswirkungen und deren Bewältigung in der Schweizer Wasserwirtschaft, 2019.

Diebold P. Bitterli-Brunner P., Naef H.: Erläuterungen zum geologischen Atlas der Schweiz 1:25'000, 1069 Frick, 2006. Höhn E. H: Hydrogeologische Untersuchungen im Gebiet westlich von Frick AG. Dissertation ETH Zürich n2. 6101, 1978.

https://www.ag.ch/app/hydrometrie/station/, September 2022.

MeteoSchweiz, https://www.meteoschweiz.admin.ch/ home.html?tab=overview

Hunziker Betatech AG (Fotos), 2022.

Hunziker Zarn und Partner AG: Sissle 2030: Ökologische und wasserbauliche Grundlagen, 2019.

Jäckli H., Kempf Th.: Hydrogeologische Karte der Schweiz 1:100'000. Blatt Bözberg-Beromünster. Hrsg. Schweiz. Geotechnische Kommission, 1972.

weisbar. Stattdessen wurde die Versicke rung verstärkt. Bei einer Fortsetzung der Messungen über die kommenden Jahre lässt sich eine Reduktion der Versicke rungsmenge allenfalls feststellen.

7.2 Massnahmen an der Sissle in den Folgeprojekten

Mit einer abschnittsweisen Vollbeschat tung wird eine Abkühlung des Gewässers angestrebt. Es werden Waldbereiche vor gesehen, in denen die Bepflanzung mit grossen Bäumen erfolgt. Um auch bei grösseren Sohlbreiten eine gute Beschat tung zu erzielen, sind Verzweigungen und begrünte Inseln in die Hochwasserschutz betrachtung zu integrieren.

Weitere Massnahmen, um der Ver si ckerung in Trockenphasen entgegenzu wirken, wie beispielsweise die Abdichtung der Niederwasserrinne, sind möglich, ha ben jedoch den zeitlichen und kostenmäs sigen Rahmen der Messstrecke gesprengt. Aufgrund des schnellen Leerlaufens des Einzugsgebiets bieten sich Massnahmen zur Verbesserung des Rückhalts an: Be pflanzung im Gesamtperimeter, Anpas

Kanton Aargau (Fotos), 2022.

Kanton Aargau, Departement, Bau, Verkehr und Umwelt, Abteilung Landschaft und Gewässer, Revitalisierung Fliessgewässer – Strategische Planung, Schlussbericht, 23. Dezember 2014.

Lorenz Moosmann, Martin Schmid, Alfred Wüest. Einfluss der Beschattung auf das Temperaturregime der Orbe, Eawag, 2005.

map.geo.admin.ch. August 2022.

Matthias Mende, Pascal Sieber. Kurzbericht: Wie halten wir unsere Fliessgewässer kühl?, 29. April 2021.

Scherrer AG: Hydroökologische Verhältnisse der Sisseln zwischen Hornussen und Sisseln im Hinblick auf die wasserbauliche Aufwertung, Januar 2021.

Schweizerische Eidgenossenschaft: Verordnung über den Umgang mit Organismen in der Umwelt, (Freisetzungsverordnung, FrSV), vom 10. September 2008, Stand am 1. Januar 2022).

Tagesanzeiger: Flüsse und Bäche bleiben warm, Fischsterben werden sich häufen, 22.09.2022.

sungen an Drainagesysteme, Einleitung von Quellwasser, Varianten der Bewirt schaf tung, Entsiegelung von Flächen, um nur einige zu nennen. Die Erarbeitung ei nes Massnahmenfächers wird als sinnvoll erachtet.

Dank

Wir danken der Monitron AG für die Aus führung der Wassermengenmessungen, der OST für die Messgeräte zur Beschat tungsmessung und dem Kanton Aargau für die Temperaturmessungen, die gute Zu sammenarbeit und das Gegenlesen dieses Artikels. Es haben ausserdem an der Er arbeitung des Artikels und dessen Grundlagen mitgewirkt: Mirjam Murer (Überar beitung der Grafiken und Lektorat), Heiko Wehse (Lektorat), Stefan Hess (Drohnen aufnahmen).

Nebenbemerkung: In der Sissle ist seit Frühling 2021 die Krebspest ausgebro chen. Sämtliche Arbeiten im Gewässer er folgten nach den Hygienevorgaben des kantonalen Veterinärdiensts.

Teledyne FLIR, «Measurement formula», https://flir. custhelp.com/app/answers/detail/a_id/3321/~/ the-measurement-formula, last visited 25.09.2022.

Temperature Guns versus thermal imaging Technology, http://www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/ RND_048/RND_048_EN.pdf, last visited 25.09.2022.

Volkstimme aus dem Frickthal, 17.06.1893 (aus [Scherrer AG, 2021).

WSL: Wälder schützen Pflanzen und Tiere vor Klimaerwärmung. https://www.wsl.ch/de/newsseiten/ 2019/04/waelder-schuetzen-pflanzen-und-tiere-vorklimaerwaermung.html#tabelement1-tab2 , 2019.

WWF. Factsheet: Kühler Kopf dankt dichtem Laub, 2017.

Autorinnen und Autoren: Insa Will, Hunziker Betatech AG, Pflanzschulstrasse 17, 8400 Winterthur

Dejan Šeatović, OST, ILT, Oberseestrasse 10, 8640 Rapperswil

Reto Albert, Hunziker Betatech AG

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Internationaler Erfahrungsaustausch zu Geschiebemanagement

Carlos R. Wyss, Manuel Nitsche

Zusammenfassung

Letztes Jahr fand in Interlaken die bisher wohl grösste Konferenz zu Geschiebe management statt, das «International Symposium on Bedload Management». Die Veranstaltung unterstrich die Bedeutung des Themas und stellte unterschiedliche Sanierungsansätze und praktische Erfahrungen zur Diskussion.

Das Interesse am Thema Geschiebe ist gross in der Forschung so gut wie in der Praxis. Dass allerdings eine Veranstaltung zu Geschiebemanagement richtiggehend Aufbruchsstimmung vermitteln könnte, da mit hatten selbst die Organisatoren und Organisatorinnen des «International Sym posium on Bedload Management» in In terlaken nicht gerechnet. Die Teilnehmen den aus zwölf Ländern waren auffallend jung, zu den 116 vor Ort nahmen zusätz lich 58 Personen online am dreitägigen Anlass teil.

Hintergrund der von der Wasser-Agen da 21 (WA21) und dem Bundesamt für Um welt (BAFU) organisierten Veranstaltung

war die Pionierrolle, die der Schweiz bei der Sanierung des Geschiebehaushalts im internationalen Vergleich zukommt: «Die Schweiz hat das gesetzliche Ziel und die finanziellen Mittel, um ihre Flüsse von den Auswirkungen der Sedimentdefizite zu be freien, die durch Hunderte von Wasserkraft werken, Rückhaltebecken und anderen Anlagen verursacht werden», heisst es im Konferenzbericht. Der Fokus ging aller dings weit über die Schweiz hinaus. An der Tagung wurden sowohl Fallstudien und Forschungsergebnisse aus mehreren Kon tinenten präsentiert, wie auch neueste Werkzeuge, Techniken und Strategien zur Verbesserung des Geschiebetransports

und seiner ökologischen Funktionen vor gestellt. Ziel der Fachtagung war nicht zu letzt, die praktische Umsetzung von Sa nierungsmassnahmen in der Schweiz zu unterstützen.

Auf drei Exkursionen erhielten die Fachleute aus Wissenschaft und Praxis die Gelegenheit, aus erster Hand mehr über die Anstrengungen der Schweiz zur Sanierung des Geschiebehaushalts zu er fahren. Die Exkursionen führten zur Stau mauer von Rossens an der Saane im Kan ton Freiburg (Thema: Ökomorphologische Auswirkungen künstlicher Hochwasser), ins Gadmer- und Haslital (Thema: Geschie bemanagement und -sanierung) und zum Wasserkraftwerk Spiez an der Simme (The ma: Sedimentmanagement, Flussauf wei tungen, Restwasser und Fischgängigkeit), beide im Kanton Bern.

Wie sich in 14 Fachvorträgen und 12 für den Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis konzipierten Workshops zeigte, ist das Thema Geschiebe aus mehreren Gründen hochaktuell nicht zuletzt im Zu sammenhang mit dem Biodiversitätsver lust und den Folgen des Klimawandels. Ei nerseits sind die Defizite im Geschiebe haushalt eine der Ursachen der Biodiver sitätskrise in Gewässern, und andererseits spielt Geschiebe eine wichtige Rolle beim Hochwasserschutz. Ein modernes Ge schiebemanagement zielt auf beides: den Schutz vor Hochwasser, aber auch auf die Aufrechterhaltung von ökologischen Struk turen im Gewässer. Da es aufgrund des Klimawandels vermehrt zu Abflussex tremen kommen wird, gewinnt das Ge schiebemanagement auch vor diesem Hintergrund an Bedeutung.

Eine Zusammenfassung der Diskussi onen der einzelnen Workshops wurde veröf fentlicht und kann auf der Webseite der Platt form Renaturierung von WasserAgenda 21 abgerufen werden (Link am Ende des Artikels).

Im Folgenden einige Beispiele der am Symposium vertretenen Positionen und diskutierten Fragen.

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Das hybride Format der Veranstaltung ermöglichte es Professor Ellen Wohl von der Colorado State University, ihren Vortrag mitten in der Nacht zu Hause zu halten und trotzdem lebhaft mit Interlaken zu diskutieren. Foto: Carlos R. Wyss.

Warum braucht es eine Sanierung des Geschiebehaushalts?

Wie Prof. Mathias Kondolf von der Univer sity of California Berkeley, USA, ausführte, zeichnen sich natürliche Flüsse durch ei nen kontinuierlichen Sedimenttransport aus. Allerdings habe die Sedimentfracht in den vergangenen Jahrzehnten weltweit in den meisten grossen Flüssen abgenom men. Grund dafür sind einerseits Stau dämme, die das Geschiebe zurückhalten, andererseits wird den Flüssen Sand und Kies als Baumaterial entnommen.

Die Defizite aufgrund solcher Entnah men sind in manchen Regionen drama tisch. In Südtirol zum Beispiel wurden den Flüssen zwischen 1960 und 1990 riesige Geschiebemengen entnommen, wie Prof. Francesco Comiti von der Freien Universi tät Bozen in Italien ausführte. Zum Teil deutlich mehr, als durch die Flüsse nach geliefert werden kann. Auch hinter Wild bachsperren und Geschiebesammlern wur den grosse Mengen zurückgehalten. Fazit: Typische Flussformen, wie sie noch bis etwa 1950 existierten, sind verschwunden. Die meisten negativen Veränderungen der Morphologie, so die Bilanz von Francesco Comiti, sind die Folge von Kiesentnahmen und Erosionsschutzverbauungen.

Wie wichtig ein durchgehender Ge schiebetransport ist, zeigte Dr. Kate Mathers von der Loughborough University in Gross britannien. Hochwasser, die den Kies an der Gewässersohle bewegen, sorgten für räumlich und zeitlich vielfältige Gewässer strukturen, die für zahlreiche Bewohner der Gewässersohle notwendig sind: In sek ten und ihre Larven, Flohkrebse, Mil ben, Schnecken und Muscheln, Egel und Würmer. Geschiebe dient vor allem auch vielen Fischarten etwa Lachsen, Äschen und Forellen als Laichhabitat. Und, so unterstrich Dr. Cristina Rachelly von der ETH Zürich, das Geschiebe bildet Refu gien. Das sind Rückzugsorte, die es den Wassertieren ermöglichen, Hochwasser oder Trockenheit zu überstehen und ihren vollen Lebensraum nach diesen Störun gen später wieder zu besiedeln. Ruedi Bösiger vom WWF Schweiz wies auf wei tere Funktionen eines natürlichen Geschie behaushalts hin: Er dient der Wasserqua lität und der Grundwasserneubildung. Da rüber hinaus seien Kiesinseln attraktive Erholungsgebiete für uns Menschen.

Wie am besten sanieren?

Wie die Beiträge der Referentinnen und Referenten zeigten, bedeutet Geschiebe

Exkursion

(Kanton Bern). Dieser Kanderabschnitt profitiert von einer erhöhten Geschiebezufuhr vom Wehr Simme Port, bei dem Geschiebe durch regelmässige Staupegelabsenkungen durchgeleitet wird. Foto: Angela Thür.

sanierung in erster Linie: adaptiv bewirt schaften. Denn das Geschiebemanage ment muss den sich ändernden Randbe dingungen im Gewässer immer wieder an gepasst werden: Je nach Hochwasserakti vität, Geschiebeeinträgen und abhängig vom Gewässerabschnitt sind flexible Ent nahmen oder Geschieberückgaben für den Erhalt von ökologischen Funktionen und Schutzfunktionen notwendig. Dabei gilt es, sich vor Augen zu halten, dass der Ge schiebehaushalt auch im natürlichen Zu stand in Raum und Zeit dynamisch ist, sta bile Gleichgewichtssituationen sind selten.

Von entscheidender Bedeutung, so Francesco Comiti, sei ein präzises Ge schiebemanagement auf Ebene des gan zen Flusseinzugsgebiets. Jahrzehntelange Defizite vollständig zu beseitigen, sei aller dings meist unrealistisch.

Monitoring ist unerlässlich

Eine absolut zentrale Rolle spielt bei ei nem adaptiven Management das biotische und abiotische Monitoring. Seine Bedeu tung kann nicht genug betont werden. Mathias Kondolf zeigte anhand von Bei spielen aus den USA, weshalb sich Ge schiebesanierungen gut für einen adapti ven Managementansatz eignen und wie

die Ergebnisse des Monitorings in die Be wirtschaftung einfliessen sollten. Er unter strich, eine gut geplante Geschiebesanie rung müsse kontinuierlich umgesetzt wer den, doch sollten die Umsetzung regelmäs sig mit Hilfe der Monitoringresultate bewer tet und die Bewirtschaftungsmassnahmen entsprechend angepasst werden.

Sanierungsmassnahmen müssen ei nem klar definierten Ziel folgen. Doch um das Defizit im Gewässer und entspre chend sinnvolle Ziele zu definieren, müs sen zuerst der Ist-Zustand sowie ein Re ferenzzustand festgehalten werden, bei dem der Geschiebehaushalt noch unbe einträchtigt ist. Dazu müssen vielfältige Daten zur Morphologie, zum Abfluss und zum Geschiebehaushalt des Gewässers gemessen und rekonstruiert werden.

Besonders wichtig sei, so Ruedi Bösiger vom WWF Schweiz, einen naturnahen Ziel zustand für ein Gewässer festzulegen, der noch unabhängig von Interessenabwä gungen sei. Der naturnahe Zustand stelle die Basis für einen gesellschaftlichen Pro zess dar, in dem die unterschiedlichen In teressen berücksichtigt und gegeneinan der abgewogen werden müssten. Bei der konkreten Planung gelte es unter ande rem, den Hochwasserschutz und künftige Revitalisierungen miteinzubeziehen.

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zur Simme und Kander

Optimierung von Massnahmen mittels numerischer Simulation

Ein hilfreiches Werkzeug bei der Planung und Optimierung von Sanierungsmass nahmen sind numerische Simulationen. Wie der Erfahrungsaustausch am Sym posium zeigte, werden sie nicht nur in der Forschung, sondern vermehrt auch in der Praxis eingesetzt. Mit Modellen lassen sich beispielsweise Strömungsfelder si mulieren, gekoppelt mit Geschiebetrans portmodulen können sie zusätzlich Trans port, Erosion und Ablagerung quantifizie ren. Generell sind numerische Modelle ein leistungsfähiges Instrument zur Optimie rung von Massnahmen, da sich mit ihrer Hilfe deren morphologischen Auswirkungen abschätzen lassen. Zudem können nume rische Habitatsimulationen auch dabei hel fen, die Qualität von Lebensräumen, bei spielsweise für Fische, zu charakterisieren.

Mögliche Sanierungsmassnahmen

Zum Potenzial von einzelnen Massnahmen äusserte sich unter anderem Mathias Kondolf. Seiner Meinung nach sind Sedi mentumleitungen (bypass) der nachhal tigste Sanierungsansatz. Die Methode be steht darin, die Sedimentfracht um einen Damm herum oder durch ihn hindurchzu leiten. Allerdings ist dieses Vorgehen tech nisch leider häufig nicht machbar oder zu teuer.

Eine weitere Massnahme ist das Durch leiten von Sedimenten mit Hilfe von Stau pegelabsenkungen oder Spülungen. Doch auch dieses Vorgehen ist technisch nicht immer möglich. Zudem sorgen dabei mo bilisierte Feinsedimente für die Trübung des Wassers, was häufig ein Problem für Fische und das Makrozoobenthos darstellt.

Die wohl am weitesten verbreitete Massnahme sind Kiesschüttungen. Sie zeigen im Vergleich zu anderen Eingriffen zwar schnell Wirkung, doch, so unterstri chen mehrere Referentinnen und Referen ten, wie lange diese anhält, hängt davon ab, wie regelmässig die Schüttungen wie derholt werden. Zu Diskussionen führte auch die Herkunft des Materials für Schüt tungen, wie auch die CO 2 -Bilanz dieser wiederkehrenden Massnahmen. Ein Work shop-Teilnehmer machte darauf aufmerk sam, dass das Material bei der Mehrheit der Schweizer Schüttungsprojekte aus Kiesgruben stamme und eigentlich ein ge suchter Baustoff sei. Gleichzeitig wird an anderen Stellen im Einzugsgebiet Kies ent nommen und deponiert. Das sei ein logis tisches und nicht zuletzt ein kommunika tives Problem, welches zukünftig ange gangen werden müsse.

Einen Überblick über weltweite Kies schüttungen bot Prof. Tetsuya Sumi von der Kyoto University in Japan. Er zeigte an hand eines Beispiels aus Japan die Wirkung von sehr grossen Geschiebeschüt tungen. Jährliche Schüttungen von 1 Mio. m3 unter

halb des Nagayasuguchi-Damms bewirk ten eine Zunahme der morphologischen Strukturen von 15 Prozent. Mit Blick auf die weltweiten Anstrengungen bemerk te er: «In einigen der Einzugsgebiete sind Kiesschüt tungen erfolgreich, in anderen nicht, da sich die Art der Kieszugabe, die Abfluss situation, die Sedimentmengen und die Korngrössenverteilung bei jedem Projekt unterscheiden.» Obwohl bereits Hunderte von Projekten durchgeführt worden seien, kenne man noch nicht alle Faktoren, die ei ne erfolgreiche Kiesschüttung ausmachten.

Bedenkenswert deshalb die Bemer kung von Prof. Silke Wieprecht von der Universität Stuttgart, die mit Blick auf ihre Untersuchungen im Unterlauf des Inns fragte, ob es unbedingt immer Kiesschüt tungen brauche, oder ob sich Sanierungen ergänzend auch durch gezielte Erosion von Uferabschnitten mit Hilfe von Struk turelementen erreichen liessen. Dr. Maximilian Kunz, ebenfalls von der Universität Stuttgart, ergänzte, dass die Sediment dynamik durch Renaturierungsmassnah men gefördert werden könnte. Ein erhöh tes natürliches oder künstliches Sediment angebot helfe aber, die Bedingungen für aquatische Lebensräume zu optimieren.

Konzepte und Lösungen für die Zukunft

Entscheidend für die Weiterentwicklung der Geschiebesanierung, so zeigte sich in

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 281

Eine mögliche Massnahme zur Sanierung des Geschiebehaushalts: Kiesentnahme oberhalb des Stauwehrs und Verlad auf LKW für die anschliessende Schüttung im Unterwasser. Kraftwerk Bremgarten Zufikon an der Reuss. Foto: Carlos R. Wyss.

Interlaken, ist, dass die Sedimentkontinui tät künftig in grösseren Massstäben be rücksichtigt wird, mindestens auf der Ebene von Einzugsgebieten. Dabei spie len unter anderem technische Lösungen eine Rolle. Prof. Stuart Lane von der Uni versität Lausanne sprach sich in diesem Zusammenhang nicht zuletzt für ein ver bessertes Monitoring aus. Die Entwicklung von sehr hochwertigen kontinuierlichen Geschiebetransport-Messsystemen, wie beispielsweise dem Swiss Plate Geophone System, seien wichtig für die Entwicklung und Korrektur der Vorhersagen von Ge schiebe-Abfluss-Beziehungen. «Mit sol chen Hilfsmitteln wird es möglich, ge messene und prognostizierte Änderungen des Abflusses zu nutzen, um den gemes senen und vorhergesagten Geschiebe transport abzuschätzen.»

Ruedi Bösiger vom WWF Schweiz plä dierte dafür, bei künftigen Sanierungen ver mehrt die Synergien von ökologischen und Hochwasserschutzinteressen zu berück sichtigen: «Ich bin überzeugt, dass es bei den meisten Hochwasserschutzprojekten Win-Win-Lösungen gibt.» Zurzeit finde im Wasserbau ein Paradigmenwechsel von der grauen Infrastruktur, bei der Geschie be als Problem gesehen wird, zur grünen Infrastruktur statt, bei der ein adaptives Geschiebemanagement als Teil der Lö sung gesehen werde. Diese Entwicklung sei nicht aufzuhalten.

So oder so wird sich auch künftig die Frage stellen, welche Geschiebemengen für eine naturnahe Morphologie überhaupt nötig sind. Dr. Ueli Schälchli von der Fluss

bau AG präsentierte eine Studie, die den Zusammenhang zwischen Geschiebe fracht, Breite und Morphologie anhand von 34 Schweizer Gewässerabschnitten quantitativ darstellt. Dabei habe sich ge zeigt, dass bei mäandrierenden Gewäs sern mindestens 65 Prozent des natürli chen Geschiebes nötig seien, um die na turnahe Morphologie zu erhalten. Ver zweigte Flüsse reagierten empfindlicher auf Änderungen in der Geschiebelieferung, weshalb dort noch mehr Geschiebe nötig sei.

Dort, wo aufgrund gesellschaftlicher Einschränkungen kein natürlicher Sedi menthaushalt wiederhergestellt werden könne, sei es oft ein vernünftiges Ziel, ei nen ausgeglichenen Geschiebehaushalt anzustreben. Dies meinte Prof. Ellen Wohl von der Colorado State University, USA, mit Blick auf künftige Zielsetzungen von Sanierungsmassnahmen.

Renaturierungen müssen flexibler werden

Für die Sanierung des Geschiebehaushalts sind zumindest in der Schweiz die In haber von Wasserkraftwerken und ande ren Anlagen im Gewässer verantwortlich. Sie sehen sich in Zukunft mit «sehr kom plexen und vielgestaltigen Herausforderun gen» konfrontiert, wie Dr. Steffen Schweizer von der Kraftwerke Oberhasli AG in seinem Referat betonte. Die Folgen des Klima wandels sowie neue Energiebedürfnisse, aber auch landschaftliche, soziale und gesetzliche Anforderungen führten dazu,

dass die Kraftwerke gezwungen seien, ih re Anlagenbewirtschaftung ständig anzu passen.

Doch wie genau wird sich der Klima wandel künftig auf den Geschiebetrans port auswirken? Mit dieser Frage befasste sich unter anderem Stuart Lane. Titel sei nes Vortrags: «Geschiebetransport: Ma chen wir die Renaturierung angesichts des alpinen Klimawandels richtig?» Sein Fazit: Der Geschiebetransport wird künftig stär ker von Extremregenereignissen abhän gen und damit von Jahr zu Jahr sehr stark schwanken. Während sich die Änderungen für Niederschläge und Abfluss gut vorher sagen liessen, seien die Folgen des Klima wandels für den Geschiebetransport noch alles andere als klar, denn ob das von schmelzenden Gletschern freigesetzte Material tatsächlich ins Gewässer gelan ge, hänge von vielen Faktoren ab. «In An betracht dieser Erkenntnisse», erklärte Lane, «ist es wahrscheinlich, dass die Re naturierung von Flüssen in den Alpen kon textspezifischer, zeitabhängiger und an passungsfähiger werden muss. Das ist angesichts der langen Lebensdauer der Infrastrukturen, in die heute investiert wird, eine Herausforderung.»

Danksagung

Der Erfolg der Veranstaltung ist Stefan Vollenweider (Geschäftsführer WasserAgenda 21) und den Mitgliedern des Advisory Boards zu verdanken. Sie nah men an mehreren Organisationssitzungen teil und trugen entscheidend zur Planung und Durchführung der Veranstaltung bei. Zudem beteiligten sie sich an der Begut achtung der Artikel des Tagungsbandes: Dr. Christian Marti (Kanton Zürich), Dr. Giovanni De Cesare (EPFL), Prof. Dr. Stuart Lane (UNIL), Dr. Steffen Schweizer (KWO) und Dr. Volker Weitbrecht (ETHZ).

Konferenzpublikationen: Tagungsband (Proceedings): https://doi.org/10.3929/ethz-b-000513098

Zusammenfassung der Workshops: https://plattform-renaturierung.ch//internationalsymposium-on-bedload-management

In den Workshops wurden zentrale Herausforderungen (rot) und Lösungsansätze (weiss) für die Zukunft der Geschiebesanierung diskutiert. Grafik: Atelier Scheidegger/BAFU.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

Mitteilungen Dezember 1922

Schweizerische Wasserwirtschaft, Band 15 (1922 1923), Seite 52 ff; dx.doi.org/10.5169/seals 920327

Einleitung

Das Jahr 2022 markiert den 114. Jahrgang der Fachzeitschrift des Schweizerischen Wasserwirtschaftverbandes (SWV). In dieser Serie zollen wir der langen Geschichte der Zeitschrift Tribut und wiederholen einen Artikel, welcher vor hundert Jahren ver öffentlicht wurde.

Die seit 1976 bis heute unter dem Namen «Wasser Energie Luft» bekannte Pub likation wurde im Jahr 1908 unter dem Titel «Schweizer Wasserwirtschaft» zum ersten Mal herausgegeben. Die anfänglich alle drei bis vier Wochen erschienene Zeitschrift änderte 1930 zum ersten Mal den Namen und wurde bis 1975 unter «Schweizerische Wasser- und Energiewirtschaft» geführt.

Heute erscheint das «WEL» vier Mal pro Jahr und konzentriert sich auf die Themen Wasserkraft und Hochwasserschutz. In früheren Jahren beschäftigte sich die Zeit schrift auch mit Themen wie z. B. der Binnenschifffahrt.

Die reichhaltige Geschichte des «WEL» und der Wasserwirtschaft in der Schweiz kann anhand aller publizierten Ausgaben online unter www.swv.ch/wel-archiv er kundet werden.

Wanderausstellung der Elektrizitätswerke des Kantons Zürich

Die Elektrizitätswerke des Kantons Zürich veranstalten in verschiedenen grösseren Ortschaften des Kantons eine Wander ausstellung für elektrische Apparate. Es liegt ihr der Gedanke zu Grunde, der Öf fentlichkeit die verschiedenen Anwen dungsgebiete der Elektrizität vorzuführen. Diese Veranstaltungen sind vom Stand punk te der Förderung der Verwertung der Elektrizität und damit der Festigung des Elektrizitätsmarktes sehr zu begrüssen und zur Nachahmung, namentlich den kanto nalen Werken, sehr zu empfehlen.

Die Ausstellung zeichnet sich durch ei ne übersichtliche Anordnung der Gegen stände aus. Die Abteilung für Hausappa rate ist namentlich den Hausfrauen gewid met. Sie wird beherrscht von den Kochund Heizapparaten, dem Zukunftsgebiete der Elek trizitätsverwertung. Die elektrische Küche nimmt natürlich den Hauptraum ein. Auf diesem Gebiete sind in den letzten Mo naten sehr grosse Fortschritte gemacht worden, die der elektrischen Küche, an gemessene Tarife vorbehalten, eine gros se Zukunft verheissen. Die praktische Vor

führung der elektrischen Küche und spe ziell der Glühroste mit dem Grillaufsatz bil det natürlich die Hauptattraktion der Aus stellung. Stark vertreten sind auch die Warmwasserboiler, deren Anwendung in neuester Zeit, namentlich von den zürche rischen Kantonswerken energisch geför dert wird. Die Abteilung «Apparate für ge werbliche Zwecke» zeigt die verschiede nen Anwendungsgebiete der Elektrizität im Gewerbebetrieb. Die bekannten Appa rate sind durch eine Reihe von Neuerun gen vermehrt worden, so werden Warm wasserhahnen vorgeführt, die an beste henden Kaltwasserleitungen angebracht werden können.

Immer mehr Anklang finden auch die kleinen elektrischen Schleif-, Polier- und Bohrmaschinen. Besonderes Interesse fin det eine grosse Bratpfanne für Hotel- und Anstaltsküche, mit der in der Stunde etwa 180 Coteletts gebraten werden können.

Die Landwirtschaft ist noch mehr auf nahmefähig für elektrische Apparate. Die fahrbaren und stationären Motoren haben bereits eine grosse Anwendung gefunden. Als interessante und zweifellos willkom mene Neuheit wird ein Kipperkessel von 50 Liter Inhalt mit Wärme-Isolation für den Betrieb mit billigem Nachtstrom gezeigt.

Der Kessel genügt für einen Schweinebe stand von 5 8 Stück, sofern jede Nacht der Inhalt voll ausgenutzt wird. Versuche in grossen Gutsverwaltungen haben er geben, dass im Mittel ein Aufwand von 400 kWh pro Tier im Jahr nötig ist, was bei einem kWh-Preis von 5 Rp. eine Auslage von Fr. 20.– jährlich ausmacht, der vierte Teil der Kosten der bisherigen Holzfeue rung. Der Apparat wird von der Firma A.G. Kummler & Matter in Aarau gebaut.

Organisator der Ausstellung ist Herr Ing. Burri von den E. K. Z. Der Verwaltung gebührt das Verdienst, dass sie in weit blickender Weise dieses Unternehmen un terstützt und gefördert hat.

Was ist ein StromlieferungsVertrag?

Das Bundesgericht hat einen Entscheid gefällt, der dem Laien als selbstverständ lich erscheinen muss, dessen Begründung dem Juristen dagegen nicht geringe Schwie rigkeiten bereitete. Ein Fall aus dem täg lichen Leben. Im September 1919 brannte in Niederweningen (Zürich) die der Firma Gebr. Renold gehörende Häckselfabrik samt Lagerhaus vollständig nieder. Als Brand ur sache vermutet man Selbstentzündung des Heustockes. Sicheres war indessen nicht festzustellen. Die Fabrik wurde von den Eigentümern nicht aufgebaut. Einmal fehlten die hiezu notwendigen Mittel. Die Brandassekuranzsumme wurde von den das Brandobjekt belastenden Hypotheken beinahe vollständig verschlungen. Ein Neu bau im bisherigen Umfange wäre damals auf 275 000 Fr. zu stehen gekommen. Schliess lich hätte mit einer Rendite dieser Häck selfabrik bei den enorm gesteigerten Eisen bahnfrachten nicht mehr gerechnet wer den können. Damit waren aber die Elek trizitätswerke des Kantons Zürich nicht einverstanden. Sie hatten nämlich kaum 3/4 Jahre vor dem Brande mit dem Fabrik eigentümer einen zehnjährigen Stromliefe rungsvertrag abgeschlossen, worin sie sich einerseits verpflichteten, dem Abneh

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mer die für die Beleuchtung und den Be trieb dieser Fabrik notwendige elektrische Energie zu liefern, ihm anderseits aber aus drücklich untersagten, den Strom ander weitig zu verwenden, z. B. an Dritte abzu geben. Die Firma Renold garantierte ihrer seits einen jährlichen Strombedarf im Be trage von mindestens 1000 Fr. Für diese Stromlieferung mussten die Elektrizitäts werke bis zur Fabrik eine Hochspannungs leitung erstellen; und zwar auf ihre Kosten. Bei der Festsetzung des Strompreises wurde die Amortisation dieser Erstellungs kosten natürlich mitkalkuliert. Nach dem Brande der Fabrik war diese Leitung, falls kein Neubau erstellt wird, sozusagen wert los. Als die Firma, bezw. deren Rechts nachfolger R., sich definitiv weigerte, die Fabrik wieder aufzubauen und letzterer sich auf den Standpunkt stellte, dass mit dem Wegfall des Stromverwertungsobjek tes auch der Stromlieferungsvertrag da hingefallen sei, reichten die Elektrizitäts werke Klage ein, worin sie vom Beklagten zwar nicht die effektive Abnahme des von ihnen zur Verfügung gestellten Stromes verlangten, sondern bloss die Bezahlung des garantierten jährlichen Mindestbe darfes im Betrage von 1000 Fr. während der ganzen Dauer des Vertrages forder ten. R. beantragte Abweisung der Klage, da eine rechtliche Verpflichtung zum Wie deraufbau der Fabrik nicht bestehe und deshalb die Erfüllung des Vertrages beid seitig unmöglich geworden sei.

Das Bundesgericht hatte nun bei die ser Gelegenheit zum ersten Male die Frage zu entscheiden, mit was für einem Rechts

verhältnis man es bei einem solchen Strom lieferungsvertrag überhaupt zu tun hat. Eine ganze Literatur verbreitet sich über diese ausserordentlich umstrittene Frage, und beinahe jeder hat eine andere Mei nung. Das Bundesgericht hat sich ein stimmig auf den Standpunkt gestellt, dass ein Stromlieferungsvertrag als Kaufvertrag oder wenigstens als ein kaufähnliches Rechtsverhältnis behandelt werden müsse und daher Art. 187 ff. des Obligationen rechtes unterstehe. Das Zivilgesetzbuch erklärt in Art. 713 die elektrische Energie als Sache, als Gegenstand des Fahrnis eigentums. Diese «Sache» wird dem Strom abonnenten nicht bloss zum Gebrauch, sondern zum Verbrauch zur Verfügung ge stellt. Von einem Mietvertrag, wie viele Autoren behaupten, kann daher keine Rede sein. Ein Stromlieferungsvertrag weist die entscheidenden Merkmale eines Kaufver trages auf. Daraus ergeben sich aber auch sofort die Schwierigkeiten für die Abwei sung der vorliegenden Klage. Dem Ver käufer einer Sache ist es ganz gleichgül tig, ob der Käufer die vertragsmässig ge lieferte Ware überhaupt verwenden kann oder nicht; es sei denn, die Parteien hät ten dies als Bestandteil des Vertrages aus drücklich oder stillschweigend erklärt. In dieser Beziehung spricht nun die Vertrags bestimmung, dass der Beklagte die von der Klägerin zu liefernde Energie nicht an ders als im eigenen Fabrikbetriebe ver brauchen und niemand anders abgeben darf, entschieden dafür, dass beide Par teien den Fortbestand der Fabrik als Vor aussetzung für die Abnahme und Zahlungs

www.swv.ch/wel-archiv Frühere Ausgaben der Fachzeitschrift des Schweizerischen Wasserwirtschaft verbandes sind unter www.swv.ch/wel archiv für die Öffentlichkeit verfügbar.

pflicht des garantierten Mindest-Strom konsums betrachteten und letztere beim Wegfall dieser Verwendungsmöglichkeit ebenfalls aufhören sollte. Es kann sich nur fragen, ob dem Beklagten im Interesse ei nes billigen Ausgleiches nicht zugemutet werden kann, dass er die abgebrannte Fabrik wieder aufbaue und damit die Er füllung des Vertrages ermögliche. Es muss dies verneint werden. Man forderte damit von ihm hier ein Opfer, das ihm nach Treu und Glauben nicht zugemutet werden kann. Damit hat das Bundesgericht die Klage einstimmig abgewiesen.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

111. ordentliche Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes

111 ème Assemblée générale annuelle de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux

Ganz speziell in Anspruch genommen hat den Verband, insbe sondere dessen Geschäftsführer, das Projekt des von Frau Bun desrätin Simonetta Sommaruga eingesetzten Runden Tisches. Die Ausgangslage am Runden Tisch, der alle Stakeholder rund um die Wasserwirtschaft, sowohl Schutz als auch Produk tion und die kantonale Seite umfasste, war klar. Aus der Liste aller bestehenden Projekte oder Projektideen zum Ausbau der Was serkraft, insbesondere der Speicherkraft, sollte eine Rangierung erfolgen, mit der jene Projekte ermittelt werden konnten, die ei nerseits den grössten Nutzen für die Energiespeicherung und andererseits den kleinstmöglichen Einfluss auf die Landschaft beinhalten. Schliesslich sollen jene Projekte zum Bau empfohlen werden, bis mindestens die Gesamtleistung von zwei Tera wattstunden erreicht wird. In mehreren technischen Runden wur den dazu in einer Art Nutzwertanalyse alle Bereiche beurteilt. Als Resultat besteht heute eine Liste von 15 Zu- und Neubaupro jekten, damit rasch zwei Terawattstunden mehr Wasser gespei chert werden können.

In diesem Prozess musste auch die Wasserkraft einige Kröten schlucken. So hat die Produktionsseite in Aussicht gestellt, die gesetzlichen Rahmenbedingungen für die Restwassermengen, die im Rahmen der Neukonzessionierungen zu erfüllen sind, nicht anzutasten und gleichzeitig mit den Schutzorganisationen beim Neubau der 15 Projekte auch konkrete Ausgleichsmassnahmen auszuhandeln. Im Wissen, dass jede Verhandlung einen Kompro miss darstellt, in dem alle Partner et was geben müssen, wurde schliesslich das Papier von allen anwesenden Organisationen inklusive der Kantone mit Ausnahme von Landschaftsschutz Schweiz unterzeichnet.

Zusammenfassung der Präsidialansprache

Hauptversammlung, Donnerstag, 1. September 2022, in Hofstetten bei Brienz

Auch im vergangenen Jahr haben sich die Gremien des SWV mit den wichtigsten Themen, die die Mitglieder betreffen, intensiv auseinandergesetzt. Dabei stehen folgende Bereiche im Vorder grund: Wasserbau, Heimfall, fehlende Strommarktabkommen, Abgaben und Steuern, Forschung und Umweltthemen.

An den üblichen drei Ausschusssitzungen, einer zweitägigen Klausur mit Besichtigung sowie der Vorstandssitzung standen die Entwicklung der politischen Rahmenbedingungen im Fokus. So hat sich der Verband zu folgenden Vernehmlassungen um fassend geäussert: Stauanlageverordnung, Förderverordnung für die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien, Änderung des Energiegesetzes sowie Szenario-Rahmen 2030 / 2040.

Nach jahrelangen Widerständen gegen Wasserwirtschafts projekte ist es doch als nicht selbstverständlich zu betrachten, dass Verbände wie der WWF Schweiz oder Pro Natura Schweiz, natürlich in Anbetracht der Notwendigkeit durch die Energie strategie, das Papier unterzeichnet haben. An dieser Stelle sei allen, die an diesem wichtigen und in Zukunft vielleicht auch für andere Stromproduktionsbereiche beispielhaften Projekt mitge arbeitet haben, ein recht herzliches Dankeschön ausgesprochen. Seitens des Wasser wirtschaftsverbandes verdient vor allem der Geschäftsführer Andreas Stettler ein Merci für seinen grossen Einsatz. Ich denke, der Wasserwirtschaftsverband als Gesamtes konnte hier einen wesentlichen Meilenstein in der Geschichte der Wasser wirtschaft setzen und die Bedeutung der Wasserkraft für die Zukunft weiter stärken. Allen Mitwirkenden im Verband, inkl. auch auf der Geschäftsstelle, sei bestens gedankt. Dieser Dank geht besonders auch an die langjährigen Mitarbeiterinnen Sonja Rahmer und Doris Hüsser, die sich aufgrund einer neuen Heraus forderung bzw. altershalber entschieden haben, den Verband zu verlassen. Wir wünschen ihnen für ihre Zukunft alles Gute.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 285

Albert Rösti, Präsident SWV.

Protokoll der 111. ordentlichen Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes

Donnerstag, 1. September 2022, in Hofstetten bei Brienz

Begrüssung

Der Präsident, Nationalrat Albert Rösti, heisst die anwesenden Mitglieder und Gäste zur 111. ordentlichen Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) herz lich willkommen. Diese findet im Anschluss an die Jahrestagung 2022 in der Trauffer Erlebniswelt in Hofstetten bei Brienz statt.

Die Verbandsgruppen sind vertreten durch Laurent Filippini, Präsident des Tessiner Wasserwirtschaftsverbandes ATEA, Michelangelo Giovannini, Präsident des Rheinverbandes RhV und Tom Fürst, Vizepräsident des Verbandes Aare-Rheinwerke VAR. Die Mit glieder des Vorstandes und des Ausschusses sind mehrheitlich an wesend. Die Kommissionen des SWV sind durch zahlreiche Mit glieder vertreten, namentlich durch die Kommissionsvorsitzenden Peter Lustenberger seitens der Kommission Hydrosuisse und Jürg Speerli seitens der Kommission Hochwasserschutz. Die Fach gruppe Umwelt der Kommission Hydrosuisse ist auch mit eini gen Mitgliedern vertreten, so auch mit ihrer Vor sit zenden Nadia Semadeni Wicki. Speziell begrüsst werden Robert Boes und Andrea Balestra als Vertreter des Schweizerischen Talsperren komitees (STK). Verschiedene Personen, welche an der Versamm lung nicht teilnehmen können, haben sich entschuldigt. Auf das Verlesen der Liste wird verzichtet. Der Präsident bedankt sich im Namen des Verbandes bei den Sponsoren dieser Tagung, insbe sondere bei der KWO für die Organisation der Exkursion am Fol getag und bei der Trauffer Erlebniswelt für die Gastfreundschaft.

Traktandum 1: Präsidialansprache (siehe Text auf Seite 285)

Traktandum 2: Begrüssung, Traktanden

Die Einladung zur Hauptversammlung wurde im Juni 2021 zu sammen mit dem Jahresbericht 2021 in der Verbandszeitschrift «Wasser Energie Luft» (WEL), Heft 2/2022, publiziert. Die Trak tandenliste sowie die Unterlagen zu den Geschäften wurden allen Angemeldeten per E-Mail zugestellt. Bis zum statutarisch vor gesehenen Termin von Ende April des laufenden Jahres sind keine Anträge der Mitglieder eingegangen. Die Trak tanden wur den vom Vorstand wie folgt festgelegt:

1. Präsidialansprache

2. Begrüssung, Traktanden

3. Protokoll der 110. Hauptversammlung vom 2.9.2021 in Airolo

4. Jahresbericht 2021

5. Jahresrechnung 2021, Revisionsbericht und Entlastung der Organe

6. Budget 2023

7. Nächste Hauptversammlung

8. Mitteilungen, Verschiedenes

Die Traktandenliste und deren Reihenfolge werden ohne Bemerkungen von der Versammlung genehmigt.

Präsenz

Alle angemeldeten Mitglieder des Verbandes haben ihre Stimm rechtsausweise bei der Registration erhalten. Darauf ist die An zahl der Stimmen vermerkt, die sie vertreten.

Die Versammlung ist unabhängig von der anwesenden Anzahl Stimmrechte beschlussfähig. Insgesamt sind 465 von 1041 Stimm rechten anwesend; das einfache Mehr beträgt somit 233 Stimmen.

Procès-verbal de la 111ème Assemblée générale annuelle de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux

Jeudi, 1 septembre 2022, à Hofstetten près de Brienz

Message d’accueil

Le président, le conseiller national Albert Rösti, souhaite la bien venue aux membres et invités présents à la 111ème assemblée générale ordinaire de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux (ASAE). Celle-ci a lieu à la suite du symposium annuel 2022 au Trauffer Erlebniswelt à Hofstetten près de Brienz.

Les groupes régionaux affiliés à l’ASAE sont représentés au jourd’hui par Laurent Filippini, président de l’Associazione Ticinese di Economia delle Acque (ATEA), Michelangelo Giovannini, pré sident de l’Association Rheinverband (RhV), et Tom Fürst, vice-pré sident de l’Association Aare-Rheinwerke (VAR). Les membres du bureau du comité et du comité sont en majorité présents. Les com missions de l’ASAE sont représentées par de nombreux membres, notamment par leurs présidents, respectivement Peter Lustenberger pour la commission Hydrosuisse et Jürg Speerli pour la commission pour la protection contre les crues. Le groupe spécialisé Environne ment de la commission Hydrosuisse est également représenté par quelques membres, dont sa présidente Nadia Semadeni Wicki Robert Boes et Andrea Balestra, en tant que représentants du Comité suisse des barrages (CSB), sont tout particulièrement sa lués. Plusieurs personnes non présentes à l’assemblée ont présen té leurs excuses. On renonce à la lecture des personnes excusées. Au nom de l’Association, le président remercie les sponsors de ce symposium, en particulier KWO pour l’organisation de l’excursion du lendemain et la Trauffer Erlebniswelt pour son hospitalité.

Point 1 : Allocution présidentielle (cf. texte à la page 285)

Point 2 : Ordre du jour L’invitation à l’assemblée générale annuelle a été publiée en juin 2022 avec le rapport annuel 2021 dans la revue 2/2022 « Wasser Energie Luft Eau énergie air » (WEL). L’ordre du jour et les docu ments relatifs aux opérations ont été envoyés à tous les partici pants par e-mail. Jusqu’à la date prévue par les statuts à la fin avril de l’année en cours, aucune demande n’a été reçue de la part des membres et l’ordre du jour a été fixé par le comité comme suit :

1. Allocution présidentielle

2. Message d’accueil, ordre du jour

3. Procès-verbal de la 110ème assemblée générale annuelle le 2 septembre 2021 à Airolo

4. Rapport annuel 2021

5. Compte 2021 et rapport de révision, décharge des organes

6. Budget 2023

7. Prochaine assemblée générale

8. Communications, divers. L’ordre du jour et leur ordre sont approuvés sans aucune remarque par l’Assemblée.

Présence

Tous les membres inscrits de l’Association ont reçu leurs cartes de légitimation pour les votes lors de l’enregistrement. Le nombre de voix représenté est marqué sur le bulletin de vote.

L’Assemblée délibère valablement, indépendamment au nombre de voix présent. Il y a 465 voix présentes sur les 1041 au total. La majorité simple est à 233 voix.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 287

Traktandum 3: Protokoll der 110. Hauptversammlung vom 2. September 2021 in Airolo

Das Protokoll der 110. ordentlichen Hauptversammlung wurde im WEL, Heft 4/2021, auf den Seiten 226 bis 229 in deutscher und französischer Sprache abgedruckt. Es sind keine schriftli chen Anmerkungen zum Protokoll eingegangen. Das Wort wird auch von der Versammlung nicht verlangt.

Die Versammlung genehmigt das Protokoll einstimmig.

Traktandum 4: Jahresbericht 2021

Der neu gestaltete Jahresbericht 2021 ist im WEL, Heft 2/2022, auf den Seiten 123 bis 138 in deutscher und französischer Sprache veröf fentlicht worden und wurde den Teilnehmenden vor der Ver sammlung nochmals zugestellt und ist ebenfalls auf der Webseite verfügbar.

Der Geschäftsführer wirft einen kurzen Blick auf die Highlights des Jahres 2021 und erwähnt einige wichtige Projekte des Ver bandes. Es erfolgen keine Wortmeldungen.

Der Jahresbericht wird in zustimmendem Sinne zur Kenntnis ge nommen und der Geschäftsstelle für die Berichterstattung und insbesondere für die gelungene Gestaltung verdankt.

Traktandum 5: Jahresrechnung 2021, Revisionsbericht und Entlastung der Organe

Die Jahresrechnung 2021 und die Bilanz per 31. Dezember 2021 wurden mit dem Jahresbericht 2021 im WEL, Heft 2/2022, veröf fentlicht. Das Wichtigste wird vom Geschäftsführer wie folgt zu sammengefasst:

Rechnung

Die Rechnung schliesst mit einem Einnahmenüberschuss von CHF 10 245.33, welcher als Gewinnvortrag dem aktiven Vereins vermögen gutgeschrieben werden soll. Auf der Ertragsseite fällt die Zunahme der Mitgliederbeiträge um CHF 35 000.– auf, welche dank erfolgreicher Akquisition neuer Mitglieder zustande kam. Dank der Durchführung der Tagungen und Kurse konnten grössere De ckungsbeiträge als während des Lockdowns erwirtschaf tet wer den. Grössere Investitionen und Einmalaufwendungen, wie z. B. die Digitalisierung des WEL, die Erschliessung eines Teils des Archivs oder die Produktion des Films zur KOHS-Tagung an der Gürbe, wer den über die Rückstellungen der Passivseite der Bilanz gebucht.

Bilanz

Die Bilanz zeigt das fast ausschliesslich aus Eigenmitteln beste hende Vermögen. Die Position der Rückstellungen, Reserven und Fonds reduziert sich auf CHF 961 090.16. Zusammen mit dem Vereinsvermögen resultiert eine Bilanzsumme von CHF 1 472 929.91. Die finanzielle Stabilität des Verbandes ist weiterhin gegeben.

Revision

Rechnung und Bilanz wurden von der OBT AG in Brugg im Rahmen einer eingeschränkten Kontrolle revidiert und für in Ordnung befun den. Auf das Vorlesen des Berichts wird verzichtet. Die OBT AG hat keine Beanstandungen gefunden, welche der Abnahme der Rech nung entgegenstehen würden. Ausschuss und Vorstand bean tragen die Abnahme der Rechnung und die Entlastung der Organe.

Die Jahresrechnung 2021 und die Bilanz per 31. Dezember 2021 werden von der Versammlung ohne Diskussion einstimmig ge nehmigt und die Organe entlastet.

Point 3 : Procès-verbal de la 110ème assemblée générale du 2 septembre 2021 à Airolo

Le procès-verbal de la 110ème assemblée générale ordinaire a été publié dans le numéro 4/2021 de la revue WEL aux pages 226 229 en allemand et en français. Aucune observation écrite n’a été reçue sur le protocole. Personne ne réclame la parole au sein de l’Assemblée.

L’Assemblée approuve à l’unanimité le procès verbal.

Point 4 : Rapport annuel 2021

Le rapport annuel 2021, qui fait l’objet d’une nouvelle présenta tion, a été publié en allemand et en français dans le numéro 2/2022 de la revue WEL aux pages 123 138. De plus, il a été envoyé de nouveau aux participants avant l’assemblée et est également disponible sur le site internet.

Le directeur revient brièvement sur les temps forts de 2021 et évoque quelques projets importants de l’Association. Aucune prise de parole n’est demandée.

L’Assemblée prend acte et approuve le rapport annuel, tandis que le secrétariat de l'Association est remercié pour le rapport et en particulier pour la conception réussie.

Point 5 : Compte 2021 et rapport de révision, décharge des

organes

Les comptes annuels 2021 et le bilan au 31 décembre 2021 ont été publiés et expliqués avec le rapport annuel 2021 dans la re vue WEL 2/2022. Les principaux points sont résumés ci-dessous par le directeur :

Compte

Les comptes 2021 bouclent avec un excédent de recettes de CHF 10 245.33, excédent qui sera crédité à la fortune de l’Asso ciation. Du côté des revenus, on note une augmentation des co tisations des membres de CHF 35 000, grâce à l’acquisition réus sie de nouveaux membres. L’organisation de symposiums et de cours a permis de générer des contributions plus importantes que lors du confinement. Les investissements plus importants et les dépenses uniques, comme la numérisation de la revue WEL, la mise en valeur d’une partie des archives ou la production du film pour le symposium CIPC sur la Gürbe, sont comptabilisés dans les provisions du passif au bilan.

Bilan

Le bilan présente les actifs presque exclusivement constitués de fonds propres. Le poste des provisions, réserves et fonds se réduit à CHF 961 090.16. Avec la fortune active de l’Association, le total du bilan s’élève à CHF 1 472 929.91. La stabilité financière de l’Association est toujours assurée.

Révision

Compte et bilan ont été soumis par le cabinet OBT AG à Brugg à un contrôle restreint et approuvés. On renonce à la lecture du rapport. L’organe de révision n’a aucune objection à formuler qui pourrait empêcher l’acceptation des comptes. Bureau du comi té et comité de l’ASAE sollicitent alors l’acceptation des comptes et la décharge des organes.

Les comptes 2021 de l’Association et le bilan au 31 décembre 2021 sont approuvés à l’unanimité par l’Assemblée sans discus sion et les organes sont déchargés.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 289

Traktandum 6: Budget 2023

Das Budget 2023 basiert auf gleichbleibenden Mitgliederbeiträ gen und wurde vom Ausschuss im März und vom Vorstand in der Sitzung im Mai zuhanden der Hauptversammlung genehmigt. Der Geschäftsführer erläutert die wichtigsten Positionen.

Die Mitgliederbeiträge werden vorsichtshalber in gleicher Höhe budgetiert, wie sie in der Erfolgsrechnung 2021 ausgewiesen wer den konnten. Des Weiteren wird angenommen, dass sämtliche Tagungen wie üblich durchgeführt werden. Die KOHS-Kurse wer den nach Abschluss der Serie 5 einen einjährigen Unterbruch er fahren, bis die neue Serie 6 von den Organisatoren und Referenten ausgearbeitet sein wird.

Gemäss Voranschlag 2023 steht einem budgetierten Ertrag von CHF 1 171 070.00 ein Aufwand von CHF 1 141 000.00 gegenüber, womit mit CHF 30 070.00 ein positives Ergebnis budgetiert wird.

Das Budget 2023 wird mit gleichbleibenden Mitgliedertarifen ohne Bemerkungen einstimmig genehmigt.

Traktandum 7: Hauptversammlung 2023

Bei den Durchführungsorten der Hauptversammlungen ist es seit Jahren das Ziel des Verbands, die verschiedenen Regionen des Landes mit ihrer wasserwirtschaftlichen Bedeutung angemessen zu berücksichtigen. Die Westschweiz wurde im Jahr 2019 mit der Besichtigung des Pumpspeicherkraftwerks Nant de Drance letzt mals besucht. Die Stadt Genf hingegen war noch nie Austra gungsort der Jahrestagung. Der Vorstand schlägt deshalb vor, die nächste Jahrestagung mit Hauptversammlung am 31. August / 1. September 2023 durchzuführen.

Die Versammlung stimmt dem Vorschlag zur Durchführung der nächsten HV am 31. August / 1. September 2023 in Genf zu.

Traktandum 9: Mitteilungen, Verschiedenes

Der Geschäftsführer nimmt die Gelegenheit wahr, den anwesen den Mitgliedern die anstehenden Tagungen und Kurse in Erin nerung zu rufen. Dies sind die Fachtagungen der Kommissionen Hydrosuisse und Hochwasserschutz sowie die im Herbst 2022 geplanten KOHS-Kurse.

Abschluss und Dank

In der Umfrage folgen keine weiteren Wortmeldungen aus der Versammlung. Der Präsident verdankt deshalb abschliessend die Zusammenarbeit und dankt namentlich

• den Kollegen im Vorstand und den Mitgliedern in den Kommissionen für die konstruktive und gute Zusammenarbeit im Interesse des Verbandes;

• allen Mitgliedern und Anwesenden für ihre Unterstützung und das Interesse an den Aktivitäten des Verbandes, der Geschäftsstelle in Baden, welche das ganze Jahr hindurch die vielfältige Verbands und Redaktionsarbeit bewältigt.

Der Präsident schliesst die 111. ordentliche Hauptversammlung des SWV und lädt zum Apéro und Abendessen im Hotel Grimsel Hospiz ein.

Point 6 : Budget 2023

Le budget 2023 est basé sur des montants de cotisations des membres inchangés et a été approuvé par le bureau du comité en mars et par le comité lors de sa séance en mai, à l’attention de l’Assemblée générale. Le directeur explique les principaux postes.

Par précaution, les cotisations des membres sont budgétées au même niveau qu’elles ont été reportées dans le compte de résultat 2021. Par ailleurs, il est supposé que tous les sympo siums se dérouleront comme prévu. Les cours CIPC connaîtront une interruption d’un an à la fin de la série 5, jusqu’à ce que la nouvelle série 6 soit élaborée par les organisateurs et les inter venants.

Selon les estimations pour 2022, le revenu budgété se monte à CHF 1 171 070.00 pour des charges de CHF 1 141 000.00 et un résultat budgétisé positif à CHF 30 070.00.

Le budget 2023 avec des montants de cotisations inchangés pour les membres est approuvé à l’unanimité sans remarques.

Point 7 : Assemblée générale annuelle 2023

Lors du choix des emplacements pour l’assemblée générale, l’objectif de l’Association depuis des années est de prendre en compte de manière appropriée les différentes régions du pays et leur importance pour l’aménagement des eaux. La Suisse ro mande a été visitée pour la dernière fois en 2019 avec la visite de la centrale de pompage-turbinage de Nant de Drance. En re vanche, Genève n’a encore jamais accueilli le symposium annuel. Le comité propose donc d’y organiser le prochain symposium annuel avec assemblée générale les 31 août / 1 septembre 2023.

L’Assemblée approuve la proposition de procéder à la prochaine assemblée générale les 31 août / 1 septembre 2023 à Genève.

Point 8 : Communications, divers Le directeur profite de l’occasion pour rappeler aux membres présents les symposiums et les cours à venir. Il s’agit des sym posiums spécialisés des commissions Hydrosuisse et Protection contre les crues, ainsi que les cours CIPC prévus à l’automne 2022.

Conclusion et remerciement Suite à la demande du président, aucune autre prise de parole n’est requise par l’Assemblée. Le président remercie l’Assemblée pour la collaboration. Enfin, il remercie également :

• les collègues du comité et les membres des commissions pour leur collaboration bonne et constructive dans l’intérêt de l’Association

• tous les membres et participants pour leur soutien et intérêt envers les activités de l’Association, le secrétariat de l’Asso ciation à Baden qui se charge tout au long de l’année des divers travaux de rédaction et activités de l’Association.

Le président clôt la 111ème assemblée générale ordinaire de l’ASAE, et invite à un apéritif et un dîner à l’Hotel Grimsel Hospiz.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 290

Nachrichten

Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

Politik

Die wichtigsten Beschlüsse des Ständerats zum Energie-Mantelerlass

Der Ständerat hat in der Herbstsession 2022 die Beratungen zum Bundesgesetz über eine sichere Stromversorgung ab geschlossen. Nachfolgend werden die wichtigsten Beschlüsse im Hinblick auf die Wasserkraft zusammengefasst: • Ausbauziele: Das Energiegesetz enthält neu verbindliche Zielwerte und nicht mehr nur Richtwerte für die Jahre 2035 und 2050. Die Zielwerte legen den an gestrebten Ausbau der Wasserkraft und der anderen erneuerbaren Energien so wie die Senkung des Energie- und Elek trizitätsverbrauchs pro Kopf fest. Ge genüber dem ursprünglichen Vorschlag des Bundesrats werden die Zielwerte deutlich erhöht. Für die Wasserkraft gelten die Zielwerte 37,9 Terawattstun den bis 2035 und 39,2 Terawattstunden bis 2050. Der Bundesrat legt gesamt haft und für einzelne Technologien alle fünf Jahre Zwischenziele fest. Er ergreift rechtzeitig Massnahmen zur Zielerrei chung.

•

Importrichtwert: Der Import von Elek trizität im Winterhalbjahr (1. Oktober bis 31. März) soll netto den Richtwert von fünf Terawattstunden nicht überschrei ten. Dieser Wert ist nicht verbindlich.

• Interessenabwägung: Umweltbestim mungen für den Bau wie auch den Be stand sowie die Erweiterung und die Erneuerung von Anlagen zur Produktion von erneuerbaren Energien bleiben in Kraft. Die gesetzlichen Restwasser mengen gelten bei der Erneue rung der wasserrechtlichen Konzession weiter hin.

• Biotope: Der Schutz von Biotopen und von Wasser- und Zugvogelreservaten von nationaler Bedeutung, in denen ein

Drittel der geschützten Arten lebt, wird aufgeweicht. Heute sind dort neue An lagen zur Nutzung erneuerbarer Ener gien ausgeschlossen. Künftig gilt dieser absolute Schutz nicht mehr, bis die im Gesetz verankerten Ziele erreicht sind.

• Nationales Interesse: Namentlich Spei cherwasserkraftwerke, Pumpspeicher kraftwerke, Fotovoltaikanlagen und Wind kraftwerke sowie Elektrolyseure und Methanisierungsanlagen sind von einem nationalen Interesse, wenn sie einen zentralen Beitrag zur Erreichung der Ausbauziele leisten. Das nationale Inte resse geht entgegenstehenden Interes sen von kantonaler, regionaler und loka ler Bedeutung vor. Der Bundesrat kann zudem beschliessen, dass die notwen digen Bewilligungen für diese Anlagen in einem konzentrierten und abgekürz ten Verfahren erteilt werden.

• Gleitende Marktprämie: Die ins Netz eingespeiste Elektrizität wird mit einer gleitenden Marktprämie vergütet. Dieser Förderungsmechanismus kommt zum Tragen, wenn der Marktpreis, zu dem die Elektrizität verkauft werden kann, unter den Gestehungskosten liegt. In die sen Fällen soll mit der Marktprämie die Differenz zwischen Marktpreis und Ge stehungskosten ausgeglichen werden. Die gleitende Marktprämie wird über den Netzzuschlagsfonds finanziert.

• Förderung der Pumpspeicherkraft werke: Der Bundesrat kann für neue oder erweiterte Pumpspeicherwerke anstelle der gleitenden Marktprämie Investitions beiträge bis sechzig Prozent der Investi tionskosten vorsehen.

• Die Strommarktöffnung: Der Ständerat spricht sich gegen die vom Bundesrat vorgeschlagene vollständige Strommarkt öffnung aus. Derzeit haben einzig End verbraucher mit Bezügen von mehr als 100 Megawattstunden pro Jahr Zugang zum freien Markt.

• Energiereserve: Zur Absicherung gegen ausserordentliche Situationen wie kriti sche Versorgungsengpässe oder -aus

fälle wird mittels Ausschreibung jährlich eine Energiereserve gebildet. Dringliche Massnahmen wurden bereits getroffen. Im Stromversorgungsgesetz wird nun die gesetzliche Grundlage geschaffen.

• Netzzuschlag: Die Unterstützungsins trumente werden weiterhin über den Netzzuschlag finanziert und damit von allen Stromverbrauchern getragen. Der Netzzuschlag von heute höchstens 2,3 Rappen pro Kilowattstunde wird nicht erhöht. Möglich ist aber ein Winterzu schlag. Der Netzzuschlagsfonds, über welchen die Finanzierung abgewickelt wird, kann sich verschulden, um kurz fristige Schwankungen in den Finanz strömen auszugleichen. Mindestens ein Drittel des zurückerstatteten Netzzu schlags müssen für Energieeffizienz massnahmen oder für Investitionen in erneuerbare Energien im Inland ver wendet werden.

Nun berät die Energiekommission des Na tionalrates den Energie-Mantelerlass. An seiner ersten Sitzung nach der Herbst session ist er auf die Vorlage eingetreten.

Solaroffensive

Die Solaroffensive für mehr inländischen Winterstrom hat am Dienstag der letzten Woche der Herbstsession eine wichtige Hürde genommen. Der Ständerat hat alle Differenzen in der kurzfristig erstellten Vorlage ausgeräumt. Er folgte dabei dem Nationalrat. Das Gesetz soll bereits per 1. Oktober 2022 in Kraft treten. Lanciert hat te die Solaroffensive der Ständerat im Zu sammenhang mit dem indirekten Gegen vorschlag zur Gletscher-Initiative als Zu satzvorlage. Der Nationalrat nahm am Montag der gleichen Woche verschiedene Anpassungen zugunsten der Umwelt vor und sorgte damit in Zusammenarbeit mit der Verwaltung für die Verfassungsmäs sigkeit der Beschlüsse. Die kleine Kammer schloss sich am Dienstag allen Änderun gen oppositionslos an.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 291

Den Anstoss zur Vorlage gaben SolarGrossanlagen in Gondo und in Grengiols im Wallis. Der Nationalrat hat die Vorlage des Ständerates mit der Erhöhung der Grimsel-Staumauer ergänzt. Dieser «Grim sel-Paragraf» soll es ermöglichen, das Projekt voranzubringen und dabei die lau fenden Bauarbeiten für eine Ersatz-Stau mauer auszunützen.

Dringliches Gesetz zur Beschleunigung von fort ge schrittenen Windparks und von grossen Vorhaben der Speicher wasserkraft

In der Herbstsession hat die Kommission für Umwelt, Raumplanung und Energie des Nationalrates eine parlamentarische Initiative (22.461) eingereicht, mit welcher die Übergangsbestimmungen in Art. 71 EnG aus der Solaroffensive ergänzt wer den sollen. Dabei soll der Ausbau weiterer Speicherwasserkraft- und Windkraftpro jek te beschleunigt werden.

Energiewirtschaft

72 Prozent des Stroms aus Schweizer Steckdosen stammten 2021 aus Wasserkraft

Die Daten zum Schweizer Strom-Liefermix (Strommix ab Steckdose) werden jährlich er hoben und auf www.stromkennzeichnung. ch im Stromkennzeichnungs-Cockpit ver öffentlicht.

• 68 Prozent des im Jahr 2021 gelieferten Stroms wurden in Grosswasserkraftwer ken und nichtgeförderten Kleinwasser kraft werken produziert, leicht mehr als im Vorjahr (2020: 66 Prozent). Die ge lieferte Wasserkraft wurde zu 76 Pro zent in der Schweiz produziert (2020: 76 Prozent).

• Der Anteil neuer erneuerbarer Energie träger (Kleinwasserkraft, Sonne, Wind und Biomasse) nimmt weiter zu, von 10,3 Prozent (2020) auf 11,5 Prozent im Jahr 2021. Davon wurden rund 79 Pro zent in der Schweiz produziert und rund drei Fünftel durch das Einspeisevergü tungssystem (ESV) gefördert.

Aus beiden Kategorien ergibt sich für den Liefermix in der Schweiz ein Wasserkraft anteil von knapp 72 Prozent. Die Was serkraft ist somit die weitaus gefragteste Stromquelle im schweizerischen Liefer mix.

Wasserkraftnutzung

Das Dotierkraftwerk Schönenwerd nimmt den ordentlichen Betrieb auf

Genau zwei Jahre nach Start der Bauarbeiten ging das Dotierkraftwerk in Schönenwerd offiziell in Betrieb. Mit einer maximalen Leistung von 950 Kilowatt und einer mittleren Jahresproduktion von fünf Gigawattstunden können rund 1000 Haushalte mit nachhaltigem Strom aus der Region versorgt werden.

Im September 2020 wurden die ersten Bauarbeiten für den Neubau in Angriff ge nommen. Das Bauwerk beinhaltet den Neubau des Einlaufes mit Horizontal rechen, Bypass und das Maschinenge bäude mit Turbine, Generator und dem Auslauf in den Altlauf der Aare. Dank der Verbreiterung der bestehenden Wehrbrü cke konnte die Sicherheit für den Lang samverkehr verbessert werden. Parallel da zu entstand ein naturnahes Umgehungs gerinne durch den Schönenwerder Scha chenwald, das für Fische und Amphibien eine weitere Auf- und Abstiegsmöglichkeit zum Aare-Altlauf und einen spannenden Lebensraum bietet. Das neue Kraftwerk erfüllt alle aktuellen Anforderungen an den gefahrlosen Fischabstieg. Zudem wurde das mit Beton verbaute Ufer unterhalb des neuen Dotierkraftwerkes zurückgebaut und renaturiert und der alte Grillplatz «Enten nest» durch eine familienfreundlichere Va riante ersetzt.

Von der Planung über den Rückbau bis zur Fertigstellung dauerte das Projekt rund drei Jahre. Das Dotierkraftwerk ist Teil der Kompletterneuerung des Wasser kraftwerks an der Aare und ermöglicht die energetische Nutzung einer grösseren Rest wassermenge. Das neue Restwasserre gime mit der Verdoppelung von 10 m 3 /s auf 20 m 3 /s, saisonal abgestuft von 15 / 20 / 25 m 3 /s, trat per 1. Januar 2020 bereits in Kraft.

Stausee-Sanierung Gigerwald wegen Winterstromproduktion verschoben

Die umfangreichen Sanierungsarbeiten bei der Stauanlage Gigerwald im Taminatal (SG) werden unterbrochen und um zwei Jahre verschoben. Grund dafür ist die drohende Stromknappheit in den kommenden Wintern. Zwar sind die Arbeiten unabdingbar für den langfristigen Betrieb der Anlage, doch ist die Ver fügbarkeit von bis zu 160 GWh Energie aus dem vorhandenen Wasser im Stausee und aus dem Umwälzbetrieb angesichts der extremen Situation zu priorisieren.

Die Stauanlage Gigerwald ist Teil der Kraft werke Sarganserland AG (KSL), welche wiederum zu 98,5 Prozent im Besitz der Axpo ist. Die Anlage hätte diesen Winter aufwändig saniert werden sollen, inklusive kompletter Entleerung des Stausees. Die Sanierungsarbeiten sind zwar nötig, um die Anlage langfristig weiter zu betreiben und können nicht zu lange aufgeschoben werden, doch deren wertvoller Winterstrom von bis zu 160 GWh Stromproduk tion in

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild: Eniwa AG.

den Wintermonaten ist in der extremen Si tuation zugunsten der Ver sorgungssicher heit zu priorisieren. Die bereits im Frühjahr 2022 gestarteten Bauvorbereitungen wer den deshalb per sofort unterbrochen und die Ausführung der Sanierungsarbeiten auf den Winter 2024/25 verschoben.

«Die Gefahr einer Strommangellage im kommenden Winter hat sich in den letzten Wochen zugespitzt. Wir haben daher ent schieden, die Arbeiten per sofort zu unter brechen, um jede mögliche Kilowattstunde im See zurückzubehalten und im Winter den Umwälzbetrieb zu ermöglichen. Damit wollen wir unseren Beitrag an die Versor gungssicherheit in den kommenden Win tern weiter steigern» sagt Christoph Brand, CEO von Axpo.

Die Bauarbeiten können nur im Winter erfolgen, weil in dieser Zeit weniger Was ser fliesst, das durch die Baustelle geleitet werden muss. Für eine reibungslose Durch führung der Sanierungsarbeiten im Winter 2024/25 wird der Stausee Gigerwald im Oktober gleichen Jahres komplett entleert. Die Anlage wird dann voraussichtlich im Frühsommer 2025 wieder in Betrieb ge hen.

Feierliche Inbetriebnahme des Gemeinschaftskraftwerks Inn

Nach acht Jahren Bauzeit und einer Investitionssumme von 620 Mio. Euro ist eines der grössten Infrastruktur­Projek te Tirols und des Schweizer Kantons Graubünden nun abgeschlossen: Das Gemeinschaftskraftwerk Inn (GKI), das zu 86 Prozent der TIWAG Tiroler Wasserkraft AG und zu 14 Prozent der Engadiner Kraftwerke AG (EKW) gehört, wurde am 4. November im Rahmen eines Festaktes im Krafthaus in Prutz offiziell eröffnet.

Feierliche Einweihung

des Gemeinschaftskraftwerks Inn. Foto zVg.

Grenzüberschreitendes Vorzeigeprojekt

Das zum Grossteil unsichtbare, da haupt sächlich unterirdisch gebaute Kraftwerk erstreckt sich vom Ortsteil Martina in der Schweizer Gemeinde Valsot über das Ge biet von sieben Gemeinden im Tirol. Mit einer installierten Leistung von 89 Mega watt können jährlich rund 440 GWh saube rer Strom aus erneuerbarer, heimischer Wasserkraft erzeugt werden.

«Mit der Inbetriebnahme des GKI ha ben wir einen grossen Schritt auf dem Weg in eine nachhaltige, sichere und autonome Energiezukunft Tirols gemacht», bekräftigt TIWAG-Vorstandsvorsitzender Erich Entstrasser : «Das GKI wird viele Jahrzehnte umweltfreundlichen Strom aus erneuer barer Wasserkraft erzeugen, dessen Nut zen insbesondere kommenden Generatio nen zugutekommen wird.»

Auch für die EKW, für den Kanton Grau bünden und die Schweiz stellt das Kraft werk einen wesentlichen Schritt dar, um

die Energieversorgung im Sinne der Ener giestrategie und der Klimaziele umzubauen.

Die Bauarbeiten an den einzelnen Ab schnitten gestalteten sich in den vergan genen Jahren als aufwendig und heraus fordernd. Die meteorologischen wie geo logischen Rahmenbedingungen an der Wehrbaustelle Ovella sorgten für Verzöge rungen, die Beschaffenheit des Gesteins verlangsamte auch den Vortrieb des Trieb wasserstollens durch die beiden Tunnel bohrmaschinen.

Umfangreiche Ausgleichsmassnahmen Besonderer Fokus lag bei der gesamten Konzeption und Umsetzung auf einer na turnahen Gestaltung der Gesamtanlage. So garantiert ein dynamisches Restwas sermodell an der Wehranlage ein natürliches Abflussverhalten des Inn. Dies ver bessert die ökologische Situation im Inn wesentlich, und die bestehenden von Kraft werken verursachten Abflussschwankun gen können so eliminiert werden. Eine Fischwanderhilfe ermöglicht zudem die Durchgängigkeit der Anlage für Fische und andere Flusslebewesen.

Generell wurden und werden alle durch die Bauarbeiten beanspruchten Flächen begrünt, bepflanzt oder aufgeforstet. Auf der ehemaligen Baustelleneinrichtungs fläche in Maria Stein wird noch bis 2023 ein weitläufiges Biotop mit neuen Lebens räumen für Fische und Kleintiere geschaf fen. Die Umgebung wird zudem renatu riert, wodurch eine abwechslungsreiche Auenlandschaft entsteht. Auch in der Schweiz entstand eine umfangreiche Aus gleichsmassnahme unterhalb des Dorfes Ramosch. Die Aue Panas-ch wurde in Zu sammenhang mit dem neuen Kraftwerk umfassend revitalisiert.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

Gemeinschaftskraftwerk Inn. Foto SWV.

Veranstaltungen

Agenda

29.3.2023, Bern Symposium «Talsperren und Extremhochwasser»

KOHS-Wasserbautagung 2023 / Symposium CIPC 2023

«Wasser ohne Grenzen Interaktion zwischen Fliessgewässern und dem Grundwasser» 21.6.2023, Hotel Arte, Olten

Schweizerisches Talsperrenkomitee www.swissdams.ch

21.6.2023, Olten

KOHS-Wasserbautagung 2023: «Wasser ohne Grenzen – Interaktion zwischen Fliessgewässern und dem Grundwasser» (d/f) Kommission KOHS des SWV www.swv.ch

28. 30.6.2023, Wallgau, Oberbayern Wasserbau krisenfest und zukunftsweisend

21. Wasserbau-Symposium der ETH Zürich, der TU Graz und der TU München www.cee.ed.tum.de/wb/veranstaltungen/ symposium wallgau 2023

4. 6. Juli 2023, Lindau

Die jährlich von der Kommission Hoch wasserschutz (KOHS) des SWV organi sier te Tagung. / Le symposium annuel de la Commission pour la protection contre les crues (CIPC) de l’ASAE.

Zielpublikum / Public cible Angesprochen werden Wasserbauer und weitere mit Hochwasserschutz und Ge wässerrevitalisierung beschäftigte Fach leute aus Privatwirtschaft, Ver waltung und Forschung. Die Tagung ist immer auch ein ausgezeichneter Treffpunkt der Fachwelt. / Le symposium est destiné aux spécialistes des aménagements des cours d’eau et aux personnes du privé, de l’administration et de la recherche en lien avec la protection contre les crues et les revitalisations des cours d’eau. La journée est d’ailleurs toujours une excel lente opportunité d’échange entre les pro fessionnels.

Inhalt, Sprache / But, Langues

Das detaillierte Tagungsprogramm kann der Website entnommen werden. Die Vor träge werden in Deutsch und Französisch gehalten mit Parallelprojektion der Folien in beiden Sprachen. / Pour les détails voir le site web. Les conférences seront présentées en allemand et français avec projec tion simultanée des slides dans les deux langues.

Anmeldung / Inscription www.swv.ch

Mit Talsperren nachhaltig in die Zukunft

19. Deutsches Talsperren-Symposium www.talsperrensymposium.de

5. 8.9.2023, Interlaken

12 th ICOLD European Club Symposium «Role of dams and reservoirs in a successful energy transition» & 75-Jahr-Jubiläum des Schweizerischen Talsperrenkomitees mit Workshops und Exkursionen (u. a. zur Baustelle der neuen Spitallamm-Bogenstaumauer, KWO) Schweizerisches Talsperrenkomitee www.swissdams.ch

31.8. / 1.9.2023, Genf SWV-Tagung mit Exkursion und 112. SWV-Hauptversammlung SWV www.swv.ch

8.11.2023, Olten Hydrosuisse-Fachtagung Wasserkraft 2023 Kommission Hydrosuisse des SWV www.swv.ch

Personen

Beat Imboden: Neuer Geschäftsleiter der Grande Dixence SA

Unser langjähriges Mitglied der Kommission Hydrosuisse, Beat Imboden, wurde zum neuen Geschäftsleiter der Grande Dixence SA ernannt. Der 57 jährige Ingenieur tritt am 1. August 2023 die Nachfolge von Amédée Kronig an, der sich nach 11 Jahren an der Spitze der Grande Dixence SA in den Ruhestand verabschieden wird.

Beat Imboden. Bild: Alpiq.

Der Verwaltungsrat der Grande Dixence SA hat Beat Imboden zum neuen Ge schäftsleiter der Gesellschaft ernannt. Er wird diese Funktion am 1. August 2023 mit dem Ausscheiden des derzeitigen Ge schäftsleiters Amédée Kronig überneh men.

Beat Imboden ist seit 2010 als AssetManager und Projektleiter bei Alpiq tätig. Der diplomierte Elektroingenieur ETH Zü rich ist für die Anlagen von Electra-Massa und Energie Electrique du Simplon verant wortlich. Zuvor war er unter anderem für BKW, Rhonewerke/FMV und ABB tätig. Dank seiner umfangreichen Kenntnisse in der Wasserkraft, seiner technischen Kom petenz, seiner Erfahrung und seiner menschlichen Qualitäten bringt Beat Imboden alle erforderlichen Voraussetzungen mit, eines der wichtigsten Speicherkraft werke der Schweiz zu leiten.

Der aktuelle Geschäftsleiter Amédée Kronig ist seit 2011 im Amt und bereits seit 1988 für Grande Dixence tätig. In den vergangenen sechs Jahren leitete er die Sanierung der Kraftwerke Fionnay und Nendaz sowie die Sanierung der Druck leitung zwischen dem Stausee Lac des Dix und der Rhoneebene. Somit wird er den Wasserkraftkomplex seinem Nachfolger in einwandfreiem Zustand übergeben können.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

Der Verwaltungsrat der Grande Dixence SA spricht Amédée Kronig seinen herz lichen Dank für den langjährigen Einsatz im Dienst des Wasserkraftkomplexes aus, der wesentlich zur Sicherung der Schwei zer Stromversorgung beiträgt. Die Mitglie der des Verwaltungsrats freuen sich auf die zukünftige Zusammenarbeit mit Beat Imboden und wünschen ihm für seine neuen Aufgaben schon jetzt viel Erfolg.

Prof. Dr. Dr. h. c. Daniel Vischer feiert 90. Geburstag

Mitte Dezember vollendet Prof. Daniel L. Vischer sein 90. Lebensjahr. Daniel Vischer war von 1970 bis 1998 ordentlicher Professor für Wasserbau an der ETH Zürich und Direktor der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW).

Naturgefahren (PLANAT) sowie Kuratori umspräsident des Schnitter-Fonds der ETH Zürich für Technikgeschichte. Er be arbeitete viele Aspekte der wasserbasier ten Naturgefahren und der Wasserbauge schichte der Schweiz.

Prof. Dr. Dr. h. c. Daniel Vischer

Daniel Vischer wuchs im Kanton Bern auf und studierte an der ETH Zürich Bauinge nieurwesen. Anschliessend promovierte er an der Universität Karlsruhe zum The ma Strömungsverluste in Vereinigungen von Druckrohren. Ab 1957 arbeitete er bei der Motor Columbus Ingenieurunterneh mung in Baden, Vorgängerin der späteren Colenco und somit Teil der heutigen AFRY Schweiz. Dort befasste er sich hauptsäch lich mit Wasser- und Tunnelbauten und war dabei sowohl in der Schweiz als auch in Entwicklungs- und Schwellenländern tätig. 1970 wurde er als ordentlicher Pro fessor sowie als Direktor der VAW an die ETH Zürich berufen. In seiner Forschung widmete er sich der hydromechanisch zweckmässigen Gestaltung von Wasser bauten, den flussmorphologisch relevan ten Geschiebebewegungen sowie der Entstehung und Ausbreitung von Naturge fahren, insbesondere von Hochwassern und Schwallwellen in Seen. 1986 war er Gastprofessor an der Universität Christ church, Neuseeland, und 1994 an der Technischen Universität Dresden. Im Jahr 1992 erhielt er den Titel des Ehrendoktors der Universität Stuttgart.

Prof. Vischer war unter anderem Mit glied der Eidgenössischen Kommission für

In seiner fast 30-jährigen ProfessorenTätigkeit bildete Daniel Vischer unzählige Bau- und Kulturingenieure/-innen im Was serbau aus. Daneben promovierten Dut zende von angehenden Wasser- und Fluss bauingenieur/innen sowie Glaziologen und Glaziologinnen unter seiner Leitung an der VAW. Diese Absolventen waren und sind in zahlreichen Institutionen in der Privat wirtschaft, in öffentlichen Verwaltungen und an Lehr- und Forschungseinrichtungen in der Schweiz und zahlreichen Ländern in führenden Funktionen tätig und präg(t)en die genannten Disziplinen auch dank ihrer Kenntnisse und Fähigkeiten, die sie u a. bei Daniel Vischer gelernt und vorgelebt bekommen haben. Das Renommee von Prof. Vischer als begnadeter Hochschul lehrer und humorvoller Redner, der mit seinen trockenen Kommentaren die Zu hörerschaft zum Lachen brachte, ist le gendär. Daniel Vischer und die VAW unter seinem Direktorat haben den Wasser- und Flussbau sowie die Glaziologie in der Schweiz massgebend geprägt!

Die Verfasser dieses Beitrags haben selbst aus erster Hand einen Teil ihrer Aus bildung bei Daniel Vischer erhalten, was ihnen in bester Erinnerung geblieben ist. Sie gratulieren ihm herzlich zum runden Jubiläum und wünschen ihm Gottes Segen sowie das Allerbeste im neuen Lebens jahrzehnt.

Prof. Dr. Robert Boes und Prof. em. Dr. Willi H. Hager, Versuchsanstalt für Wasserbau und Glaziologie (VAW), ETH Zürich

Publikationen

Bed

Publikation: 2022; Autor: Dr. Fiona Maager; Herausgeber: Prof. Dr. Robert Boes, VAW –ETH Zürich, VAW Mitteilung 272, A5 Format, 262 Seiten, kostenloser Download unter: vaw.ethz.ch/das institut/publikationen/vawmitteilungen.html. Beschrieb: In the past, steep mountain torrents and streams have often been equipped with a series of check dams to prevent bed erosion and to stabilize the

bed. In natural mountain stream systems with bed slopes above 4 % that typically feature a coarse sediment grain size dis tribution, sequences of steps with large boulders, followed by pools created by the impinging water jet are often formed by sorting and scouring processes. With al ternating supercritical flow over the steps and subcritical flow in the pools, the series of emerging hydraulic jumps is highly effi cient in dissipating energy. Nowadays, wa ter protection legislation demands meas ures to counter the degradation of rivers and fluvial ecosystems, and to enhance river morphology and aquatic habitats for flora and fauna by using nature-based solutions whenever possible. To replace ageing check dams so-called artificial steppool sequences constitute a more na ture-like bed stabilization method, mim icking the self-organized natural step-pool structures in steep mountain streams. The steps are built by placing boulders to speed up the step-pool forming processes found in natural systems and to save on costly boulder material.

This research project of Dr. Maager deals with a systematic experimental labo ratory investigation of step-pool sequenc es. Due to the large number of existing check dam series in Swiss and interna tional mountain streams, this topic de serves to receive more scientific attention. In the past, particularly natural step-pool systems have been focused on, amongst others in a laboratory study conducted at VAW (Weichert 2006, see VAW Mitteilung 192). Dr. Maager has extended the know ledge of natural, i. e. self-organized steppool systems, by developing a method to quantify the effect of macrorough side walls (Part A), and has then focused on

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden 295

artificially built sequences (Part B), which are meant to be an alternative to check dams. The main practically-relevant re sults of this thesis have also been present ed at a workshop in Zweisimmen, Switzer land, in late August 2022, published as VAW-Mitteilung 273.

Zeitschriften

«WasserWirtschaft»

Themen der Ausgabe 10 / 2022

• Clemens Jacobs und Christian Iber: Einsatz des Copernicus-EMS beim Hochwasser 2021 in Rheinland-Pfalz

• Christian Kuhlicke, Uwe Müller, Peter Heiland, Gerard Hutter, Christian Illing, Gesa Kutschera, Marc Scheibel, Thomas Siekmann, Franz Tragner, André Assmann und Christiane Pyka: Das neue DWA-Merkblatt Hoch wasserrisikokommunikation

• Margret Johst und Norbert Demuth: Hochwasserfrühwarnung in RheinlandPfalz

• Andy Philipp: Hochwasserfrühwarnung in Sachsen

• Martin Röllecke und Hans Hoffmann: Herausforderungen im Einsatz des THW bei der Bewältigung der Hochwasserkatastrophe 2021

• Peter Krause: Hochwasserwarnung und -information in Thüringen

• Thomas Bettmann: Das JuliHochwasser 2021 in Rheinland-Pfalz

• Uwe Müller: 20 Jahre Hochwasser risikomanagement in Sachsen

• Lisa Marie Rempe, Natalie Stahl van Rooijen, Joachim Stoermer, Jonas Peter und Olga Unger: Hochwasser 2021 in Bayern

• Robert Jüpner: Operativer Hochwasserschutz Lernen aus der Hochwasserkatastrophe 2021?

Themen der Ausgabe 11 / 2022

• Helmut Fleischer: Tragverhalten alter Staumauern und Folgerungen für die Bauwerksüberwachung

• Jannik Jänichen, Clémence Dubois, Jussi Baade, Christiane Schmullius, Volker Bettzieche und Katja Last: Satellitenüberwachung der Bewegungen der Möhnestaumauer

• Tobias Vogtmann, Sarah Dickel und Stephan Theobald: Modellbasierte prädiktive Regelung eines TalsperrenVerbundsystems zur Erreichung von Bewirtschaftungszielen an der Weser

• Christoph Mudersbach: Anwendung und Bewertung der saisonalen Hochwasserstatistik in Deutschland –ein Diskussionsbeitrag

• Sebastian Kerger, Daniel Löwen, Rainer Stecken und Björn Boos: IT-Sicherheitsniveau kritischer Infrastruktur unterhalb der KritisV

Themen der Ausgabe 12 / 2022

• Jürgen Jensen, Gerhard Haimerl, Christian Seidel, Jens Metzger und Gerald Müller: Neue Chancen für die kleine und mittelgroße Wasserkraft

• Jürgen Jensen, Christian Seidel, Gerhard Haimerl, Jens Metzger und Gerald Müller: Theoretische und physikalische Grundlagen für die Wasserkraftnutzung

• Christian Seidel, Jens Metzger, Gerhard Haimerl, Jürgen Jensen und Gerald Müller: Wasserkraftanlagen und Wasserkraftmaschinen: Wasserräder

• Jens Metzger, Christian Seidel, Jürgen Jensen, Gerhard Haimerl und Gerald Müller: Wasserkraftmaschinen: Wasser kraftschnecken, kinetische Wasser kraftwandler und Wasserkraftturbinen

• Christian Seidel, Jens Metzger, Gerhard Haimerl, Jürgen Jensen und Gerald Müller: Einsatzbereiche und Potenziale von Wasserkraftmaschinen

• Gerhard Haimerl, Jens Metzger, Jürgen Jensen, Christian Seidel und Gerald Müller: Rahmenbedin gungen und Limitierungen bei kleinen und mittelgroßen Wasser kraftanlagen

• Jens Metzger, Jürgen Jensen, Christian Seidel, Gerhard Haimerl und Gerald Müller: Vergleichende Bewertung von erneuerbaren Energieträgern

Themen

der Ausgabe 1 / 2023

• Kirstin Meyer, Michael Reiners, Andreas Matheja, Karoline Lillie und Simon Krentz: Klima-Wasser-Koope ration Ahlde Entwicklung von Maß nahmen

• Kirstin Meyer, Michael Reiners, Andreas Matheja, Karoline Lillie und Simon Krentz: Klima-Wasser-Koope ration Ahlde Ergebnisse des Feld versuchs

• Ulrich Schwevers und Beate Adam: Funktionsbewertung von Fischauf stiegsanlagen anhand biologischer Parameter

• Richard H. Stanulla, Kevin Schmelzer und Steffen Hein: Bauwerksprüfung

wasserbautechnischer Anlagen –handnahe Prüfung nach DIN 1 076

• Önder Türksoy, Benjamin Mewes, Gabriele Demisch und Katja Last: Datengetriebene Bauwerksanalyse am Baldeneysee

«ÖWAW»

Themen der Ausgabe 5 6 / 2022

• Blöschl G., Waser J., Buttinger Kreuzhuber A., Cornel D., Eisl J., Hofer M., Hollaus M., Horváth Z., Komma J., Konev A., Parajka J., Pfeifer N., Reithofer A., Salinas J., Valent P., Viglione A., Wimmer M. H., Stiefelmeyer, H.: HOchwasserRisikozonierung Austria 3.0 (HORA 3.0)

• Klingler C., Feigl M., Linsbichler T., Frey S., Schulz K.: Potenzial von Machine Learning bei der kurzfristigen Leistungsprognose innerhalb einer Laufkraftwerkskette

• Müller Czygan G., Tarasyuk V., Wagner C., Wimmer M.: Die deutschsprachige Wasserwirtschaft im Jahr 2020/21 –Metastudie «WaterExe4.0» zeigt Erfolgsfaktoren und Erwartungen für die digitale Zukunft auf

• Weninger T., Gartner K., Riedel S., Scheper S., Michel K.: Der Windschutzeffekt von Bodenschutz anlagen am Beispiel Marchfeld

Themen der Ausgabe 7 8 / 2022

• Uhl M., Hartmann C., Hornek Gausterer R., Kratz K., Scharf S.: Eine Geschichte der Emerging Substances in Österreich

• Clara M., Deutsch K., Fenz R.: Priorisierung und Regulierung von Spurenstoffen

• Brielmann H., Grath J., Wemhöner U., Lindinger H., Scheidleder A.: Schadstoffe im Grundwasser –Vorgangsweise zur Identifizierung und Priorisierung von neu auftretenden Spurenstoffen

• Lenz K., Gabriel O.: Spurenstoffe in Oberflächengewässern und Emissionen

• Worgull D., Hohenblum P., Denner M., Köppel S., Scharf S.: Anforderungen an die moderne Umweltanalytik

• Fürhacker M., Schaar H., Kreuzinger N., Lenz K.: Biologische Wirktests –Grundlagen und erste Ergebnisse in der aquatischen Umwelt für Österreich

• Jakl T., Perthen Palmisano B.: Stoffradar auf Neues gefasst sein in der Chemikalienpolitik

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 4, CH-5401 Baden

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Abdichtungen

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OePlan

Schweizerische Fachzeitschrift für Wasser wirtschaft / Revue suisse spécialisée sur l’aménagement des eaux

Gegründet 1908 / Fondée 1908

Bis 1930 «Schweizerische Wasser wirtschaft»; 1931 1934 «Schweizerische Wasser- und Energiewirtschaft»; 1935 1975 «Wasser- und Energiewirtschaft»; ab 1975 «Wasser Energie Luft»

Herausgeber / Éditeur

Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (SWV) / Association suisse pour l’aménagement des eaux (ASAE)

Redaktionsleitung / Direction de la rédaction Andreas Stettler, andreas.stettler@swv.ch

Layout, Anzeigen, Redaktion / Mise en page, annonces, rédaction Mathias Mäder, mathias.maeder@swv.ch

ISSN 0377-905X

Verlag, Administration / Édition, administration SWV, Rütistrasse 3 a, CH-5401 Baden Telefon +41 56 222 50 69, info@swv.ch, www.swv.ch Postkonto Zürich: 80-1846-5 Mehrwertsteuer-Nr.: CHE-115.506.846

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«Wasser Energie Luft» ist offizielles Organ des SWV und seiner Gruppen: / «Eau énergie air» est l’organe officiel de publication de l’ASAE est ses groupes régionaux: Associazione Ticinese di Economia delle Acque (ATEA), Verband Aare-Rheinwerke (VAR), Rheinverband (RhV).

Die publizierten Beiträge geben die Meinung der jeweiligen Autoren wieder. Diese muss sich nicht mit derjenigen der Redaktion oder der Verbände decken. / Les articles publiés reflètent les avis des auteurs et ne correspondent pas forcément à ceux de la rédaction ou des associations.

Armaturen

Revitalisierung

an Fliessgewässern und Seeufern Varianten- und Machbarkeitsstudien Ausführungsplanung und Umsetzung

Gewässerentwicklung Entwicklungsziele und Initiierung Unterhaltskonzepte und Pflegepläne Erfolgskontrolle und Monitoring

Begleitplanungen

Landschaftsgestaltung Aquatisch, terrestrische Ökologie (UBB, UVB) Boden (Bodenschutzkonzepte, BBB) Naherholung und Besucherlenkung

Wir arbeiten in einem interdisziplinären Team aus Kulturingenieuren, Landschaftsarchitekten und Umweltfachleuten. Mit über 30 Jahren Erfahrung bieten wir ihnen kreative und nachhaltige Lösungen.

Gewässerpflege

Bautenschutz

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Gewässervermessung

Druck, Lektorat / Production, Correction Horisberger Regensdorf AG

Engineering & Lieferung

• von HSR Entsander (Patent)

• von Sonderkonstruktionen im Stahlwasser- und Maschinenbau www.stahltec.ch

Ingenieursdienstleistung

Lösungen aus einer Hand von der Bedürfnisanalyse bis zur Realisierung

Wasserbau

Hochwasserschutz Renaturierung von Fliessgewässern und Seen

Wellenschutz

Kraftwerkbau

Hydraulische Modellierungen Murgang- und Geschiebeanalysen Gefahrenkarten und Notfallplanungen Gewässerraumbestimmung

Fachgutachten Naturgefahren Gewässerunterhalt Schutzbautenkataster

Umwelt

Umweltberichterstattung und Umweltbaubegleitung

Aufwertung von aquatischen und terrestrischen Lebensräumen Erfolgs- und Wirkungskontrollen Bodenkundliche Baubegleitung Landumlegung www.kzag.ch

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