Wasser Energie Luft 4/2010 by Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband SWV

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1910 2010

4-2010 9. Dezember 2010

· 100-Jahr-Feier des SWV · Schwemmholz-Rückhalt · Gewässerökologie Oberhasli · Gestion sédimentaire · IFKIS-Hydro Sihl «Teil 2»

Kaum zu glauben, aber wahr: Das Naturgestein Basalt ist fast so hart wie Diamant.

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1910 2010

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«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Editorial Schwerpunkte setzen

Den Überblick gewinnen und dann Schwerpunkte

Roger Pfammatter Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

setzen – das habe ich mir für meinen Einstieg als Geschäftsführer des SWV vorgenommen. Das gleiche Credo vermag aber auch zur Lösung der Interessenkonflikte um unsere Gewässer beizutragen. Mit dem raschen Wandel haben sich diese zugespitzt: alleine in den letzten 100 Jahren hat sich die Wohnbevölkerung der Schweiz verdoppelt; der Energiebedarf und der Stromverbrauch pro Kopf haben sich verzehnfacht; der für Siedlungen und Verkehr beanspruchte Raum hat sich explosionsartig ausgedehnt; und mit steigendem Wohlstand sind die Ansprüche an den Umweltschutz gestiegen. Die Maxime «überall alles» ist aber nicht zu haben – schon gar nicht im Spannungsfeld von Schutz und Nutzung. Die Kraft des Wassers ist dort zu nutzen, wo es zur Deckung unseres steigenden Strombedarfes am wirtschaftlichsten möglich ist. Und die Gewässerlebensräume sind dort zu schützen, wo zur Erhaltung unserer Lebensgrundlagen die grösste Wirkung erzielt wird. Damit beides gelingt, braucht es räumliche Prioritätensetzungen und Interessensausgleich, wie dies mit dem Instrument der Schutz- und

Nutzungsplanung bereits heute als Ausnahmeregelung möglich ist. Gerade die kommenden Jahrzehnte verlangen nach attraktiven und verlässlichen Rahmenbedingungen, damit die nötigen Investitionen in die Erneuerung und den Ausbau der Wasserkraft als wichtigste, erneuerbare Energiequelle der Schweiz getätigt werden. Der Verband setzt sich weiterhin ein für die verantwortungsvolle Bewirtschaftung unserer Gewässer – sowie für einen fundierten Fachaustausch zwischen Praxis, Wissenschaft und Behörden mit Fokus auf den Gebieten Wasserkraft, Hochwasserschutz und Wasserbau. Dazu bietet die Zeitschrift «Wasser Energie Luft» eine wichtige Plattform – und ist damit einer der gesetzten Schwerpunkte unserer Tätigkeit. In dieser Ausgabe bringen wir neben Informationen zum aktuellen Geschehen den Bericht zur 100-Jahr-Feier anlässlich der 99. Hauptversammlung im Zürcher Rathaus sowie Hauptartikel zu den Themen Schwemmholzrückhalt, Gewässeruntersuchungen im Oberhasli, Hochwasservorhersage an der Sihl und Sedimentbewirtschaftung beim Kraftwerk Lavey. Dazu wünsche ich spannende Lektüre!

Fixer des priorités

Acquérir une vue d’ensemble puis fixer des objectifs – c’est ce que je me suis proposé de faire pour mon début en tant que directeur de l’ASEA. Mais le même credo peut aussi contribuer à la solution des conflits d’intérêts concernant nos cours d’eau. Ceux-ci se sont aggravés du fait de l’évolution rapide: au cours des seules 100 dernières années, la population résidentielle de la Suisse a doublé; la demande d’énergie et la consommation d’électricité par habitant se sont décuplées; l’espace mis à contribution par l’habitat et la circulation a littéralement explosé; et les exigences à la protection de l’environnement se sont accrues avec la croissance de la prospérité. La maxime «partout tout» n’est pas disponible – et encore moins dans le contexte de la protection et de l’exploitation. La force de l’eau doit être utilisée là où cela est le plus économique pour couvrir notre consommation de courant croissante. Et les biotopes aquatiques sont à protéger là où l’effet le plus grand est atteint pour la préservation de nos conditions d’existence. Pour réussir les deux choses, on a besoin de définir des priorités spatiales et un équilibre des intérêts comme cela est déjà possible aujourd’hui

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

avec l’instrument du plan de protection et d’utilisation en tant que réglementation d’exception. Précisément les décennies à venir demandent des conditions-cadre attractives et fiables pour qu’il soit possible de réaliser les investissements nécessaires dans la rénovation et l’aménagement de la force hydraulique qui est la source d’énergie renouvelable la plus importante de la Suisse. L’association continue à se mobiliser pour une exploitation responsable de nos cours d’eau – ainsi que pour un échange professionnels entre la pratique, la science et les autorités focalisé sur les secteurs aménagements hydrauliques et protection contre les crues. A cette fin la revue «eau energie air» propose une plate-forme importante – et est ainsi l’une de nos activités prioitaires. Nous publions dans ce numéro outre des informations sur les événements actuels le rapport sur le centenaire fêté à l’occasion de la 99ème Assemblée générale ainsi que l’article principal sur les thèmes accumulation de bois flottants, analyses de l’eau dans l’Oberhasli, la prévision des crues de la Sihl et la gestion des sédiments à la centrale hydroélectrique de Lavey.Nous vous souhaitons une lecture captivante.

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Inhalt

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Schwemmholzrückhalt Ettisbühl/Malters Simona Tamagni, Volker Weitbrecht, Urs Müller, Roni Hunziker, Hanspeter Wyss, Roger Kolb, Walter Baumann

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Schwemmholzrückhalt beim Einlauf-Bauwerk zum Lyssbachstollen Michael Pfister

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Modelluntersuchungen zum Einlaufbauwerk und zur Kapazität des Hochwasser-Entlastungsstollens in Lyss Esther Rühli, Michael Pfister, Adriano Lais

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Zahlreiche gewässerökologische Untersuchungen im Oberhasli – Wichtige Unterstützung des partizipativen Begleitprozesses von KWOplus Steffen Schweizer, Matthias Meyer, Nick Heuberger, Sandra Brechbühl, Max Ursin

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Das horizontale Wasserrad im Wallis: Turbinna, Torbena, Turbit – «Hommage» an Paul-Louis und Jeanne Pelet Daniel L. Vischer

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Informationsbedarf für die Früherkennung von Trockenheit in der Schweiz – Die Sicht potenziell betroffener Nutzergruppen Sylvia Kruse, Irmi Seidl, Manfred Stähli

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IFKIS-Hydro Sihl: Beratung und Alarmorganisation während des Baus der Durchmesserlinie beim Hauptbahnhof Zürich, (2. Teil) A. Badoux, M. Zappa, M. Schatzmann, M. Oplatka, M. Bösch, S. Jaun, M. Gross, P. Steiner, C. Hegg, J. Rhyner

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Inhalt

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L’aménagement hydroélectrique de Lavey: Du passé au futur Eric Davalle

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Das Flusskraftwerk Lavey: Von der Vergangenheit in die Zukunft Eric Davalle

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Amélioration de la gestion sédimentaire au barrage de Lavey sur le Rhône à Evionnaz Gérard de Montmollin, Khalid Essyad, Jérôme Dubois

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Barrage de Lavey – Modélisations physique et numérique des écoulements et du transport solide dans le Rhône Michael Müller, Martin Bieri, Jean-Louis Boillat, Anton J. Schleiss

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100-Jahr-Feier des SWV – Grusswort der Bundespräsidentin Doris Leuthard

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Herausforderungen an die Wasserkraft im 21. Jahrhundert Hans E. Schweickardt

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100 Jahre Wasserwirtschaft – und kein bisschen müde! Caspar Baader

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Protokoll der 99. ordentlichen Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes vom Donnerstag, 2. September 2010 in Zürich

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Nachrichten Politik Wasserkreislauf/Wasserwirtschaft Wasserkraftnutzung Klima Rückblick Veranstaltungen Agenda Veranstaltungen Personen Nekrolog Literatur

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Branchen-Adressen

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Impressum

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Schwemmholzrückhalt Ettisbühl/Malters Simona Tamagni, Volker Weitbrecht, Urs Müller, Roni Hunziker, Hanspeter Wyss, Roger Kolb, Walter Baumann

Zusammenfassung Bei grossen Hochwasserereignissen kann die Kleine Emme grosse Mengen von Schwemmholz aus dem Entlebuch mobilisieren, was auch im Jahr 2005 zu ernsthaften Verklausungsproblemen entlang der Kleinen Emme und der Reuss im Kanton Luzern und auch in den Unterliegerkantonen geführt hat. Im Rahmen des Gesamtprojekts «Hochwasserschutz Kleine Emme und Reuss» wurde deshalb in Ettisbühl (Gemeinde Malters) in Kombination mit dem Neubauprojekt des Kraftwerkes der Steiner Energie AG eine Schwemmholzrückhalteanlage für einen gezielten Rückhalt und für die Entnahme eines Teils des Schwemmholzes projektiert. Mit Hilfe eines physikalischen Modells wurde das Projekt auf die Wirksamkeit des Schwemmholzrückhaltes und auf den Hochwasserschutz erfolgreich geprüft und optimiert. Die Versuche zeigten, dass durch eine Modifikation der Anströmungsrichtung des Holzrechens und der Form des Holzrückhalteraums sowie durch den zusätzlichen Einbau einer zweiten Rechenreihe im Entlastungskorridor die geforderten Ziele bezüglich Holzrückhalt und Hochwassersicherheit auch im Überlastfall erreicht werden können. Das Projekt befindet sich zurzeit in der Ausführungsphase; die Arbeiten sollten im Sommer 2011 fertig gestellt sein.

1. Einleitung Die Hochwasserereignisse in den vergangenen Jahren haben immer wieder gezeigt, dass die Kleine Emme bei Hochwasser viel Schwemmholz aus ihrem Einzugsgebiet mitführt. Das Schwemmholz erhöht das Risiko von Verklausungen und Ausuferungen sowohl an der Kleinen Emme wie auch an der Reuss und verursacht Probleme bei Brücken und Wehranlagen in den Kantonen Luzern und Aargau. Anhaltende grossflächige und intensive Niederschläge führten dazu, dass in der Nacht vom 21. auf den 22. August 2005

an der Kleinen Emme ein Hochwasser wütete, welches alle seit Beginn der Messungen registrierten Abflussspitzen bei Weitem übertraf und Schäden an Bauten und Industrieanlagen in Höhe von über 200 Mio. CHF verursachte (Bezzola und Hegg, 2007). Bemerkenswert beim Hochwasser vom August 2005 war nicht nur der sehr grosse maximale Abfluss von ca. 700 m3/s (Messstation Littau zuzüglich Ausbruch nach Emmenbrücke), sondern auch, dass eine aussergewöhnlich hohe Schwemmholzmenge in der Kleinen Emme transportiert wurde. Die be-

Bild 1. Beim Hochwasser im August 2005 abgelagertes Schwemmholz in Reussbühl. Quelle: vif, Kanton Luzern. «Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

schränkte Abflusskapazität in den kritischen Abschnitten der Kleinen Emme bei Emmen führte zu einer Ausuferung des Wassers und zu grossen Holzablagerungen in den Quartieren von Reussbühl und Emmenbrücke (Bild 1 und Bild 2). In der Reuss führte das anfallende Schwemmholz bei den Wehranlagen in Perlen, Bremgarten und Windisch zu gefährlichen Verklausungen, und es entstanden grosse Sachschäden. Aber nicht nur bei Grossereignissen wie im August 2005, sondern auch bei vergleichsweise kleinen Hochwasserabflüssen wie beim Gewitter vom 29. Juli 2008 im Einzugsgebiet des Rümligs und der Entlen können grosse Schwemmholzmengen mobilisiert werden (Bild 2). Der Kanton Luzern hat als Reaktion auf das Hochwasserereignis 2005 ein umfassendes Hochwasserschutz- und Renaturierungsprojekt für die Kleine Emme und die Reuss in Auftrag gegeben. Das Teilprojekt Kleine Emme, dessen öffentliche Planauflage im Juli 2010 durchgeführt wurde, umfasst den Flussabschnitt von der Fontanne oberhalb Wolhusen bis zur Mündung in die Reuss. Es beinhaltet Massnahmen zur Vergrösserung der Abflusskapazität im Siedlungsgebiet, eine Stabilisierung der beschädigten Ufer, eine ökologische Aufwertung sowie einen Umbau der Wehre. Im Weiteren wurde im Rahmen dieses Projektes auch beschlossen, gemeinsam mit dem Bund und den Kantonen Aargau, Zug und Zürich die

Bild 2. Schwemmholzteppich beim Seetalplatz Emmenbrücke im Juli 2008. Quelle: vif, Kanton Luzern. 269

Bild 4. Schwemmholzaufkommen beim Hochwasser 2005 und im Zustand nach der Realisierung der vorgeschlagenen Massnahmen zwischen Sörenberg und Windisch. Ein steigender Verlauf bedeutet eine Zunahme der Schwemmholzfracht, ein sinkender Verlauf bedeutet Ablagerungen von Schwemmholz an Brücken, Wehren oder am Ufer. Quelle: Hunziker et al. (2009).

Bild 3. Übersicht über die Standorte mit den vorgeschlagenen Rückhaltemassnahmen. Quelle: Hunziker et al. (2009). Schwemmholzproblematik anzugehen und Möglichkeiten für einen gezielten Rückhalt und für die Entnahme des Schwemmholzes zwischen Malters (Kleine Emme) und Bremgarten (Reuss) zu erarbeiten (s. Abschnitt 2). Als erste Massnahme zur Schwemmholzbewirtschaftung wird zurzeit die Holzrückhalteanlage Ettisbühl in der Kleinen Emme realisiert (s. Abschnitt 5). Das im März 2009 erstellte Bauprojekt für die Holzrückhalteanlage Ettisbühl sieht die Kombination einer Schwemmholzanlage, bestehend aus einem Ausleitungskorridor mit integriertem Rechen und Holzrückhalteraum, mit einem neuen Flusskraftwerk der Steiner Energie AG vor (s. Abschnitt 3). Zeitlich parallel zur Ausarbeitung des Bauprojekts wurden an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich hydraulische Modellversuche zur Holzrückhalteanlage Ettisbühl durchgeführt (s. Abschnitt 4 und VAW, 2009). Die aus den Modellversuchen gewonnenen Erkenntnisse und Optimierungsmöglichkeiten flossen in die laufende Planung ein. 2. Schwemmholzstudie Das Hochwasser im Jahr 2005 war gekennzeichnet durch ein sehr grosses Schwemmholzaufkommen. Die Kleine Emme schwemmte ca. 3500 m3 Holz (Festvolumen) in die kritischen Abschnitte bei Emmen und Littau, wo es infolge von Schwemmholzablagerungen zu grossen Schäden kam. In der Reuss waren vor allem die Wehre vom grossen Schwemmholzanfall betroffen. Um die 270

Schwemmholzproblematik an den beiden Flüssen in den Griff zu bekommen, wurde ein Schwemmholzrückhaltekonzept erarbeitet. Das Konzept sieht vor, mit unterschiedlichen Massnahmen (Bild 3) die Menge des Schwemmholzes sowohl in der Kleinen Emme als auch in der Reuss zu reduzieren. Das verbleibende Schwemmholz wird zurückgehalten und nach einem Ereignis entnommen. Parallel dazu soll im Einzugsgebiet die Schwemmholzzufuhr in die Kleine Emme mit forstlichen Massnahmen möglichst gering gehalten werden. In Hunziker et al. (2009) sind die Ergebnisse der Schwemmholzstudie im Detail erläutert. Die Untersuchungen im Rahmen des Schwemmholzrückhaltekonzeptes zeigten, dass vor allem bei den Wehren günstige Bedingungen für einen Schwemmholzrückhalt vorherrschen. Es wird jeweils mit einem Rückhalteanteil von 50–80% des anfallenden Schwemmholzes gerechnet. Aufweitungen und Seitenarme können zwar auch einen Beitrag leisten, der Rückhalteanteil wird jedoch nur auf 10–20% geschätzt. Aus diesem Grund wurde im Schwemmholzrückhaltekonzept das Schwergewicht der Anstrengungen bei der Realisierung der Rückhaltemassnahmen bei den Wehren gelegt. Der Standort Ettisbühl ist damit ein wichtiger Teil des Gesamtkonzeptes. Mit den Massnahmen kann bei einem Ereignis analog zum Hochwasser 2005 das Schwemmholzaufkommen in den kritischen Abschnitten in Emmen als auch in Bremgarten und Windisch deutlich reduziert werden (Bild 4).

3. Projekt Ettisbühl/Malters Die Wasserkraftnutzung hat in Malters eine lange Tradition. Bereits im Jahr 1879 hat die Familie Steiner das Wasser der Kleinen Emme für ihre Mühlen verwendet. Ab 1913 wurde mit zwei Zentralen bei einer Höhendifferenz von 13.52 m und einer Ausbauwassermenge von 6 m3/s die Wasserkraft über viele Jahre genutzt. Auf Grund hoher Unterhaltskosten am Werkkanal sowie Immissionsproblemen in der Zentrale Feld wurde im Jahr 1998 der Kraftwerksbetrieb eingestellt und ein Teil der Anlagen zurückgebaut. Aus den Steiner Mühlen entstand die Steiner Energie AG mit einem eigenen Versorgungsgebiet in der Gemeinde Malters. Die Besitzer der Mühle verkauften 1996 das gesamte Aktienpaket der Steiner Energie AG an die Centralschweizerische Kraftwerke AG (CKW). Alle Dienstleistungen werden unverändert weitergeführt. Ein Konzessionsprojekt in den 1990erJahren und eine Machbarkeitsstudie (CKW, 2005) zeigten das nach wie vor hohe Energiepotenzial eines Wehrkraftwerkes in Ettisbühl auf. Zusätzlich veränderte sich die Situation grundlegend durch das Hochwasser 2005. Es stellte sich heraus, dass der Standort Ettisbühl mit seinem Gefällssturz und seinen topografischen Gegebenheiten sowohl als Standort für ein Wehrkraftwerk als auch für eine Schwemmholzentnahme geeignet ist. Die Steiner Energie AG trieb zusammen mit der CKW das konzessionierte Projekt von 1995 erneut voran. Die IM Ingenieurbüro Maggia AG (IM) aus Locarno erhielt den Auftrag, ein entsprechendes Vorprojekt in Zusammenhang mit einem Konzessionsprojekt für das Kraftwerk zu erarbeiten. 2007 beschlossen der Kanton Luzern und die Steiner Energie AG, die beiden Projekte gemeinsam zu rea-

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Holzrechen Krafthaus

Wehranlage Stauklappe

Ausleitungskorridor

in Kle

Bild 5. Überblick über das Projektgebiet. Eingezeichnet ist das geplante Konzept mit Krafthaus, Wehranlage, Ausleitungskorridor und frontal angeströmtem Holzrechen. Zu sehen ist die starke Seitenerosion im Bereich der Aussenkurve während des Hochwassers 2005. Quelle Foto: vif, Kanton Luzern. 5 Wasserstands-Messstellen 5 Ultraschall Wasserspiegelsensoren

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Modellmassstab 0m 1m 0m 50m Naturmassstab

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lisieren. Unter der Federführung der Steiner Energie AG in Zusammenarbeit mit dem Verkehrs- und Infrastruktur-Departement des Kantons Luzern wurde ein Vorprojekt erstellt. Auftrag: Schwemmholz und Kraftwerk im Gebiet Ettisbühl, Malters, Kt. Luzern. Mit den bereits vorhandenen Projektideen für einen Holzrückhalt in diesem Flussabschnitt entwickelte IM im Auftrag der Steiner Energie AG/CKW am Standort Ettisbühl ein Multifunktionsprojekt mit Wasserkraftwerknutzung und Holzrückhalt (Bild 5). Durch die Schaffung einer aus Hochwasserschutzgründen ohnehin notwendigen Seitenentlastung für das neue Flusskraftwerk Ettisbühl und der Ausrüstung des Seitenwehrs mit einer regulierten Stauklappe, kombiniert mit einem Holzrückhalteraum, ergab sich die Möglichkeit, mit einer gezielten Regulierung der Abflüsse eine wirksame Holzausleitung in den Rückhalteraum zu erzielen. Die Bestvariante des Vorprojekts sieht eine kombinierte Lösung vor, bestehend aus Schwemmholzrückhalt und Nutzung der Wasserkraft. Mit Hilfe eines neu zu errichtenden Wehrs, bestehend aus einem Hauptschütz und einem Spülschütz (Bild 6, Nr. 9 und 10), soll bei einer Höhendifferenz von 6.30 m und einer Ausbauwassermenge von QA = 16 m3/s eine Ausbauleistung von 872 kW realisiert werden. Als weiteres Regulierorgan dient eine Stauklappe (Bild 6, Nr. 12), die den Zufluss zum geplanten Holzrückhalteraum steuert (Bild 6, Nr. 23). Es ist vorgesehen, die Kleine Emme oberhalb der Wehrorgane und des Kraftwerks auf der rechten Seite (Kurvenaussenseite) aufzuweiten. Auf diese Weise entsteht ein Korridor, durch den im Hochwasserfall das anfallende Schwemmholz über das Ausleitbauwerk (Stauklappe und Tosbecken, Bild 6, Nr. 12) in den geplanten Holzrückhalteraum transportiert werden soll. Am unteren Ende des Holzrückhalteraums soll ein V-förmiger Schwemmholzrechen (Bild 6, Nr. 14) installiert werden, hinter dem das ausgeleitete Wasser über einen 2 m hohen Absturz wieder in das Hauptgerinne der Kleinen Emme geführt wird. Für eine Notentlastung ist zusätzlich ein unregulierter seitlicher Überfall vorgesehen (Bild 6, Nr. 13), der bei einem Versagen der Wehrorgane bzw. einer Fehlbedienung eine Entlastung ins Unterwasser gewährleistet. Bei ansteigenden Abflüssen und einsetzendem Geschiebetransport in der Kleinen Emme (ab ca. 80 m3/s) kann das Spülschütz der Wehranlage geöffnet werden, um den Geschiebetransport ins Unterwasser zu gewährleisten. Bei grösseren Abflüssen wird auch das als Segmentschütz ausgebildete Hauptschütz angehoben, um eine Verlandung des Stauraums zu vermeiden. Bei Wassermengen über 350 m3/s (HQ10), bei denen

Unregulierter seitlicher 19 Stechpegel 1 Wasserzufuhr 7 Bewegliche Sohle 13 Überfall Ultraschallsensor Magnetisch-Induktiver 14 Schwemmholzrechen 20 (Wasserspiegel) 2 Durchflussmesser (MID) 8 Insel Lasersensor 15 Nadelwehr 3 Plattenschieber 9 Hauptschütz 21 (Sohlenlage) 10 Spülschütz 16 Geschiebekorb 4 Einlaufbecken 22 Mess- und Steuercomputer 11 Kraftwerkskanal 17 Wasserrücklauf 5 Geschiebezufuhr 23 Holzrückhalteraum Stauklappe mit Gesteuertes 12 Tosbecken 18 6 Holzzugabe (manuell) xy-Positioniersystem

Bild 6. Übersicht des physikalischen Modells an der VAW auf Grundlage der vom Ingenieurbüro Maggia AG ausgearbeiteten Pläne, Modellmassstab 1:50. mit Schwemmholz gerechnet werden muss, wird die Stauklappe zum Holzrückhalteraum hin geöffnet, so dass anfallendes Schwemmholz im Bereich des Rechens zurückgehalten werden kann. Im Überlastfall mit Abflüssen über 650 m3/s (HQ100) und gleichzeitigem Versagen eines der Wehrorgane oder einer Fehlbedienung springt zusätzlich der unregulierte seitliche Überfall an. Bei absteigender Hochwasserwelle wird zuerst das Hauptschütz geschlossen, um eine Spülung des Kraftwerkskanals zu gewährleisten. Nach einem Hochwasserereignis muss der Holzrückhalteraum maschinell geräumt werden.

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4. Modellversuche an der VAW Zur Überprüfung und Optimierung des Holzrückhaltekonzepts am geplanten Neubau des Kraftwerks Ettisbühl bei Malters beauftragte die Dienststelle Verkehr und Infrastruktur (vif) des Kantons Luzern die VAW mit der Durchführung von hydraulischen Modellversuchen. 4.1 Physikalisches Modell Die im Vorprojekt von IM Ingenierbüro Maggia AG gewählte Bestvariante mit V-förmigem Holzrechen (s. Kap. 2) wurde im Massstab 1:50 modelliert. Die Modellgrenzen reichen 271

Bild 7. Rückhaltebilanz der durchgeführten Versuche mit Schwemmholzzugabe. von km 11 025 bis km 11 850, d.h. vom Beginn der Linkskurve vor der Aufweitung bis nach dem Zusammenlauf des Holzrückhalteraums und der Kleinen Emme (Bild 6). Mit dem gewählten Massstab von 1:50 ergeben sich somit Modellabmessungen von etwa 12.5 m Länge und 6 m Breite. Bild 6 zeigt schematisch das nachgebildete Gebiet und die wichtigsten Bestandteile für den Modellbetrieb. Das Modell ist zwischen Einlaufbereich und den Wehrorganen mit einer beweglichen Sohle ausgestattet (km 11 350 bis km 11 850, Bild 6, Nr. 7), um die morphologischen Veränderungen zu untersuchen. Die Flusssohle unterhalb der Wehrorgane wurde hingegen fest eingebaut. Sowohl das Hauptschütz und das Spülschütz im Hauptkanal (Bild 6, Nr. 9 und 10) als auch die Stauklappe vor dem Holzrückhalteraum (Bild 6, Nr. 12) sind beweglich und regulierbar eingerichtet. Das Kraftwerk wird nicht modelliert, da für die Modellversuche nur die Hochwasserereignisse (HQ10, HQ100 und EHQ) massgebend sind und dabei der Kraftwerksbetrieb eingestellt ist. Die Wasser- und die Geschiebemenge werden PC-gesteuert über das Einlaufbecken bzw. mit einer Beschickungsmaschine dem Modell zugeführt. Das Schwemmholz wird am oberen Ende des Modells manuell und gleichmässig über die Querschnittsbreite verteilt zugegeben. Der Unterwasserstand wird mit Hilfe eines Nadelwehrs gemäss den von Hunziker, Zarn & Partner bestimmten Wasserständen geregelt. Der Versuchsstand ist mit einem Laserabstands- und einem Wasserstandssensor auf einem 2D-Positioniersystem ausgestattet. Zusätzlich sind an fünf festen Positionen Wasserstandssensoren zur kontinuierlichen Erfassung der Wasserspiegellagen installiert. Eine unter dem Hallendach montierte Kamera dient der fotografischen Dokumentation des Versuchs. Die Modellabmessungen und die Strömungs- und Transportgrössen wurden nach dem Froud’schen Ähnlichkeitsgesetz für Strömungen mit freier Oberfläche bestimmt. 272

Die Skalierung der natürlichen Kornverteilung in die Kornverteilung des Modellsediments wurde nach Zarn (1992) durchgeführt. Dabei wird berücksichtigt, dass durch die geometrische Skalierung der Naturkorngrössen in Modellgrösse viele Kornfraktionen in Bereiche fallen, in denen die kritische dimensionslose Schubspannung zur Bestimmung des Bewegungsbeginns nach Shields von der Kornreynoldszahl abhängt und nicht, wie im Fall des Natursediments, konstant ist. Das anfallende Schwemmholz wird für die Simulation in drei Klassen eingeteilt. Die beiden grössten Klassen (Stamm- und Astholz) werden analog den Untersuchungen an der Matteschwelle in Bern (Möller et al., 2009) geometrisch skaliert und mit Schnittholz nachgebildet, während die kleinste Klasse (Feinholz) in einem Modell dieses Massstabs nicht modelliert werden kann. Damit wird in Kauf genommen, dass der Verlegungsgrad des Rechens im Modell etwas unterschätzt wird. Es wird auch davon ausgegangen, dass die Holzrückhalterate leicht unterschätzt wird, da das verwendete Schwemmholz gegenüber den in Natur herrschenden Verhältnissen glatter und weniger verastet ist. Insgesamt wurden 18 Versuche mit Schwemmholzzugabe durchgeführt. Die Versuche 1–9 (Bild 7) dienten der Optimierung der Verhältnisse im Oberwasser vor allem hinsichtlich der Abflussverteilung zwischen Kleiner Emme und Ausleitungskorridor. Anhand des Versuchs 10 wurde prinzipiell die Funktion eines parallel angeströmten Rechens getestet. Mit den Versuchen 11–18 wurde die Anordnung der einzelnen Elemente im Unterwasser optimiert und der endgültige Entwurf hinsichtlich der Funktionalität während der Bemessungshochwasserereignisse getestet. 4.2

Erkenntnisse und Optimierung Die Versuche wurden für die Hochwasserereignisse HQ10, HQ100 und EHQ unter statio-

nären Bedingungen durchgeführt. Bei den Optimierungsversuchen mit V-förmigem Holzrechen (Versuche Nr. 1 bis 9) konnten für ein HQ10 im Allgemeinen mindestens 50% des anfallenden Schwemmholzes zurückgehalten werden (Bild 7). Somit waren die Anforderungen bezüglich des Holzrückhaltes bereits erfüllt. Als problematisch zeigte sich bei dieser Anordnung der starke Rückstaueffekt am Holzrechen, verursacht durch die sehr hohen Fliessgeschwindigkeiten im Bereich zwischen dem Tosbecken und dem frontal angeströmten Rechen. Dies führte zu einem starken Auftürmen von 2–3 Holzlagen über die Oberkante der Rechenstäbe und damit auch zu einem starken Rückstau (Bild 8). Im Falle eines HQ100 führt dies zu einem Überströmen des Hochwasserschutzdamms (Bild 10, Nr. 4). Somit besteht in diesem Fall kein Freibord bzw. keine nutzbare Reserve für den Überlastfall. Analog zu Beobachtungen im Rahmen von Modellversuchen zur Matteschwelle in Bern (Möller et al., 2009, und VAW, 2008), die aus Sicht des Holzrückhalts einen sehr gut funktionierenden Schwemmholzrechen darstellt, wurde für das Projekt Ettisbühl eine neue Konfiguration mit parallel angeströmtem Rechen entworfen (Bild 9 und Bild 10). Die parallele Anströmung, kombiniert mit einem grösseren Tosbecken und kleinerer Sohlenneigung zur Verringerung der Fliessgeschwindigkeiten in Richtung des Holzrechens, sollte zu einer Verringerung des Rückstaus führen. Zusätzlich bildet sich bei dieser Anordnung im Holzrückhaltebereich eine «Rezirkulationszone» aus (Bild 9 und Bild 10), in der treibendes Holz zurückgehalten wird, ohne direkt vor dem Rechen zu verklausen. Auch beim Anspringen des nun linksseitig angeordneten Überlastkorridors (Bild 9), bleibt sämtliches Holz in diesem Bereich und kann nicht wie im ursprünglichen Entwurf über den Überlastkorridor ins Unterwasser ausgetragen werden. Mit dieser Konfiguration konnten bei jedem durchgeführten Versuch selbst bei HQ100 und EHQ mindestens 50% des anfallenden Schwemmholzes zurückgehalten werden (Bild 7, Versuch Nr. 10 bis 15), wobei die Kote des Hochwasserschutzdamms nie erreicht wurde. Die erforderlichen Freiborde für den HQ100- und den EHQ-Fall konnten eingehalten werden. Um den Holzrückhalt zusätzlich zu erhöhen, wurde in einer weiteren Phase (ab Versuch Nr. 16) eine zweite Rechenreihe unterhalb des bestehenden parallel angeströmten Rechens angeordnet (Bild 10). Dieser zweite Rechen verläuft von einem in Natur vorhandenen Strommast (Bild 10) «geschützt» durch ein schlankes Betonfundament mit maximalem

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504.0 Kote Hochwasserschutzdamm 503.65

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9.0

Zeit [h]

Bild 8. Auftürmen des Schwemmholzes am V-förmigen Holzrechen während eines HQ100-Ereignisses. Links: Während des Versuchs Nr. 5 (Blick gegen die Strömungsrichtung); rechts: Messung der Wasserspiegellage vor dem Holzrechen während des Versuchs Nr. 9. Durchmesser von 4 m bis zur Kraftwerksinsel. Auf der rechten Seite zwischen Fundament des CKW-Strommastes und Hochwasserschutzdamm ist ein Entlastungskorridor vorgesehen, der eine ausreichende Kapazität für den Überlastfall aufweisen muss, um die Gefahr eines Rückstaus und ein Abschwemmen des Holzteppichs über die Rechenstäbe von Rechen 1 auszuschliessen. Mit dem zweiten Rechen erreicht man eine Erhöhung der Holzrückhalterate um ca. 10% (Bild 7, Versuche Nr. 16 bis 18), so dass insgesamt ca. zwei Drittel des anfallenden Holzes zurückgehalten werden können. Mit der gegebenen Konfiguration im Oberwasserbereich ist es kaum möglich, den Holzrückhalt weiter zu verbessern, da ca. ein Drittel des anfallenden Holzes direkt im Hauptkanal der Kleinen Emme transportiert wird und somit nicht in den Bereich der Holzrechen gelangt. Die Konfiguration des Rückhalteraums mit dem optimierten Tosbecken und den beiden Rechenreihen stellt somit eine optimale Lö-

sung dar, da es nahezu das gesamte in den Rückhaltebereich eingeleitete Schwemmholz zurückhält. Mit dem im Modell untersuchten «Final Design» wird die Kote des Hochwasserschutzdamms (Bild10) auch bei einem EHQ nicht erreicht, es bleibt ein Freibord von ca. 50 cm. 5. Laufende Bauausführung Mit Beschluss vom 7. Juli 2009 hat der Regierungsrat des Kantons Luzern das Projekt für den Bau einer Holzrückhalteanlage an der Kleinen Emme im Abschnitt Ettisbühl bewilligt. Seit Januar 2010 wird das Bauprojekt mit parallel angeströmtem Rechen und mit einer zweiten Rechenreihe umgesetzt (Bild 11). Die Arbeiten dauern noch bis in den Sommer 2011. Die Kosten der Holzrückhalteanlage belaufen sich auf rund 7.3 Millionen Franken. An diesen Kosten beteiligen sich neben dem Bund, dem Kanton Luzern und der Gemeinde Malters auch die Unterliegerkantone Aargau, Zug und Zürich.

Bild 9. Situation nach einem EHQ mit der gewählten Bestvariante: angedeutet sind die «Hauptströmungsrichtungen» und die Rezirkulationszone im Holzrückhaltebereich. 6.

Schlussfolgerungen und Ausblick Das Hochwasserereignis August 2005 hat in der Schweiz etliche Hochwasserschutzmassnahmen ausgelöst, darunter auch ein Projekt zum Schwemmholzmanagement Kleine Emme/Reuss. Mit diesem Projekt wurde auf-

Hochwasserschutzdamm Endschwelle Tosbecken

Rechen 1

Konstantes Sohlenniveau Leitwand Entlastungskorridor

Kraftwerksinsel

Schwelle Pfeiler parallel angeströmter Rechen 1

Blockrampe

Absturz nach dem Rechen

Rechen 2

Strommast Rechen 2

Kle

E ine

Bild 10. Links: Darstellung des optimierten Holzrückhalteraums mit parallel angeströmtem Rechen (Blick gegen die Strömungsrichtung). Rechts: Detail des optimierten Unterwasserbereichs mit einem zweiten Rechen. «Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

273

VAW (2009). Hochwasserschutz und Renaturierung Kleine Emme und Reuss – Schwemm-

Hauptschütz und Spülschütz

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Kraftwerksinsel

tamagni@vaw.baug.ethz.ch weitbrecht@vaw.baug.ethz.ch

Bild 11. Baustelle der Holzrückhalteanlage im September 2010. Quelle: vif, Kanton Luzern.

Urs Müller IM Ingegneria Maggia SA

gezeigt, wie durch gezielte Schwemmholzrückhaltemassnahmen die Hochwassersituation in diesem Bereich deutlich entschärft werden kann. Ein wesentliches Element ist dabei für den Standort Ettisbühl bei Malters an der Kleinen Emme vorgesehen. Zusammen mit dem Neubau eines kleinen Wasserkraftwerks soll hier eine Schwemmholzrückhalteanlage entstehen, mit dem Ziel, mindestens 50% des anfallenden Schwemmholzes zurückzuhalten. Die Modellversuche an der VAW bestätigten das grundlegende Konzept, bei dem anfallendes Schwemmholz über einen Ausleitungskorridor, kontrolliert mit einer zusätzlichen Wehrklappe, in einen in der Aussenkurve liegenden Holzrückhalteraum geleitet wird und dort durch einen Rechen zurückgehalten werden soll. Während der Optimierungsphase konnte ein neues Konzept zum Schwemmholzrückhalt entwickelt werden. Der ursprünglich vorgesehene, frontal angeströmte V-Rechen konnte zwar mindestens 50% des anfallenden Schwemmholzes zurückhalten, führte jedoch zu starken Rückstaueffekten und somit zur Gefährdung der Hochwassersicherheit. Das neue, im Modellversuch entwickelte Konzept sieht einen parallel angeströmten Rechen bei einer gleichzeitigen Minimierung der vorhandenen Fliessgeschwindigkeiten vor. Die parallele Anströmung verhindert das starke Auftürmen des Holzes vor dem Holzrechen und somit einen grossen Rückstau bei gleicher Rückhalterate. Mit der neuen Konfiguration kann nicht nur der gewünschte Holzrückhalt erreicht, sondern auch die Hochwassersicherheit für alle Bemessungsabflüsse gewährleistet werden. Um auch für andere Massnahmen an grösseren Flüssen einen möglichen 274

Schwemmholzrückhalt besser planen zu können, wird derzeit der genaue Einfluss der Anströmungsverhältnisse eines Schwemmholzrechens mit weiteren grundlegenden Modellversuchen untersucht. Dabei geht es vorwiegend um die Frage, wie der Rückstau im Bereich des verlegten Rechens minimiert und gleichzeitig der Holzrückhalt maximiert werden kann.

Via Stefano Franscini 5, Casella Postale 46 CH-6601 Locarno 1, urs.mueller@im-maggia.ch Dr. Roni Hunziker, Hunziker Zarn & Partner AG Schachenallee 29, CH-5000 Aarau rhunziker@hzp.ch Hanspeter Wyss Centralschweizerische Kraftwerke AG

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Schwemmholzrückhalt beim EinlaufBauwerk zum Lyssbachstollen Michael Pfister

Zusammenfassung Der Lyssbachstollen entlastet die Gemeinde Lyss von künftigen Hochwassern. Diese werden oberstrom der Gemeinde gefasst und im Stollen um Lyss geleitet. Im Rahmen einer Risikoanalyse wurde auch der unwahrscheinliche Fall von Schwemmholzaufkommen bei einem Hochwasser in Betracht gezogen. Das Fassungsbauwerk wurde in der Folge derart ausgelegt, dass Schwemmholz die Funktionstüchtigkeit des Hochwasserstollens nicht gefährden soll. Die geplanten Massnahmen wurden in Modellversuchen an der VAW überprüft.

1. Einleitung Der Lyssbach überflutete wiederholt Teile von Lyss im Berner Seeland und verursachte bisher Schäden von gegen 100 Mio. Franken. Allein im Sommer 2007 traten drei Hochwasserereignisse auf. Ursache für diese Überflutungen waren Kapazitätsengpässe des Bachbetts. Um die Hochwassersicherheit in der Gemeinde Lyss zu verbessern, sind Massnahmen zu ergreifen. Abklärungen haben ergeben, dass ein Entlastungsstollen gebaut werden soll. Dieser Stollen fasst ein Hochwasser beim Einlaufbauwerk Leen oberstrom von Lyss und führt es in gestreckter Linienführung zum Auslaufbauwerk Fulenmatt unterstrom der Gemeinde. Das Gerinne des Lyssbachs im Dorf wird für den Hochwasserfall nur mit einem reduzierten, vertretbaren Abfluss beschickt. Bei bisherigen Hochwässern wurde im Lyssbach kein ausgeprägtes Schwemmholzaufkommen beobachtet. Trotzdem soll sichergestellt werden, dass der Entlastungsstollen auch bei einem unerwarteten Schwemmholzaufkommen funktionstüchtig bleibt und keine bedeutenden Ausuferungen beim Einlaufbauwerk auftreten. Daher wurde das Einlaufbauwerk mit einem Grobholz-Einlaufrechen versehen, welcher einen Eintritt von Schwemmholz in den Stollen und damit ein Verklausen verhindern soll. Die Versuchanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich wurde in der Folge vom Tiefbauamt des Kantons Bern beauftragt, die Effizienz dieses Grobholzrechens im physikalischen Modellversuch mit Massstab 1:16 abzuschätzen (VAW 2010).

Einlaufbauwerk zum Lyssbachstollen Im Hochwasserfall staut ein Drosselwehr den Lyssbach und lässt nur einen reduzierten Abfluss Richtung Gemeinde zu (Bild 1). Die Strömung wird dann aus dem Hauptgerinne des Lyssbachs über einen seitlichen, überströmbaren Damm in einen Beruhigungsteich geleitet, welcher bei Niederwasser mit stehendem Wasser gefüllt ist. Von diesem fliesst das Wasser einem 1.85 m hohen Überfallwehr mit Kronenkote 456.10 m ü.M. zu, welches knapp

36 m lang ist und schräg angeströmt wird. Ans Überfallwehr schliesst eine 4.68 m breite Sammelrinne an, welche das Wasser nach einer knapp 60 m langen Beschleunigungs- und Verzugsstrecke dem 2.5 km langen Stollen mit einem lichten Durchmesser von 4.40 m zuführt (Rühli et al. 2010). Der Grobholzrechen besteht aus vertikalen, strömungstechnisch günstigen Rundprofilstäben mit einem Achsabstand von 1 m und einem Durchmesser von 0.24 m, verfügt über eine gerade Achse und ist dem Überfallwehr um 3 m vorgelagert. Dieser eher enge Stababstand wurde gewählt, um einen verhältnismässig grossen Schwemmholzrückhalt zu erreichen. Die beiden Stirnseiten sind mit jeweils zwei Stäben verbaut. Die Rechenstäbe werden bis auf Kote 457.50 m ü.M. hochgezogen, damit bei Hochwasser kein Holz über den Grobholzrechen ausgetragen wird. Die Zuflüsse des Lyssbachs betragen für ein 100-jährliches Hochwas-

Bild 1. Einlaufbauwerk zum Entlastungsstollen bei Hochwasser mit Schwemmholzaufkommen, charakteristischer Schwemmholzpfad und Zirkulationszone. (A) Zufluss Lyssbach, (B) Abfluss im Entlastungsstollen, (C) Drosselwehrabfluss nach Lyss und (P) Wasserspiegel-Messpunkt.

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Bild 2. (a) Residualer Drosselwehrabfluss mit und ohne Drosselrechen (DR) und (b) Wasserspiegellagen im Beruhigungsteich bei P (Bild 1). Beide als Funktion der Schwemmholzzugabe und für LF gemäss Legende und Tabelle 1. ser HQ100 = 42.6 m3/s und für ein Extremhochwasser EHQ = 63.9 m3/s. Bei einem 100-jährlichen Hochwasserereignis und Starkniederschlägen in Lyss werden durch das Drosselwehr höchstens 5 m3/s abgeleitet, damit die Kapazität des Bachbetts von 17.4 m3/s im Dorf für Nebenzuflüsse eine ausreichende Reserve aufweist. Ansonsten wird der Lyssbach im Dorf bei einem HQ100 mit 17.4 m3/s beschickt. Bei einem Extremhochwasser wird auf die Reserve verzichtet und das Drosselwehr auf 17.4 m3/s geöffnet. Bei Niederwasser ist das Drosselwehr voll geöffnet. Die Kapazität des Entlastungsstollens wird auf den vollen Lyssbachzufluss ausgelegt, d.h. für den Fall eines geschlossenen Drosselwehrs. Das Konzept zur Rückhaltung von Schwemmholz lehnt sich an jüngste Forschungsarbeiten der VAW an (Möller et al. 2009, Weitbrecht und Rüther 2009, VAW 2009, Tamagni und Weitbrecht 2010) und verbindet einen schräg angeströmten Rechen mit einer Zirkulationszone (Bild 1). Schräg und insbesondere längs angeströmte Rechen haben die Eigenschaft, anfallendes Holz parallel zur Rechenachse auszurichten. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Holz den Rechen passiert, verringert sich dadurch deutlich. Ein bedeutender Anteil des Holzes wird stattdessen typischerweise dem Rechen entlang zur Zirkulationszone transportiert, wo es bis zum Ende des Ereignisses verbleibt, anstatt den Rechen zu verlegen. Daher ist dessen Verlegungsgrad vergleichsweise gering und die Durchströmung weniger stark eingeschränkt, so dass auch der rechenerzeugte Aufstau des Oberwassers relativ gering ist. 276

3. Schwemmholzaufkommen Eine grobe Abschätzung des Schwemmholzaufkommens im Lyssbach basiert auf einer Überschlagsberechnung nach Lange und Bezzola (2006), da Erfahrungen mit Schwemmholz im Lyssbach fehlen und die Modellversuche eine Extrembetrachtung abdecken. Das Lockervolumen des Holzaufkommens H [m3] korreliert oft mit der Fläche des Einzuggebiets EG [km2], welche beim Einlaufbauwerk zum Lyssbachstollen 48.2 km2 beträgt. Im vorliegenden Fall ist somit das mögliche Lockervolumen ungefähr H = 45 · EG2/3 = 596 m3. Die Umrechnung zum Festholzvolumen V erfolgt mit dem Auflockerungsfaktor a, der typischerweise zwischen zwei und fünf beträgt. Der Faktor zwei steht für eine sehr kompakte, fünf wird für eine lockere Lagerung angesetzt. Aufgrund mangelnder Daten wird hier mit einem Mittelwert von a = 3.5 gerechnet, so dass V = H/ a = 170 m3. Der Kunde hat auf dieser Basis das massgebende Schwemmholzvolumen für die Versuche freihändig auf V = 150 m3 Festholz festgelegt. Die Holzzusammensetzung definiert er wie folgt: ¾ des anfallenden Holzes, d.h. rund 110 m3, bestehen aus Astwerk mit Längen von 1 bis 2 m, und ¼ des anfallenden Holzes, d.h. rund 40 m3, besteht aus Baumstämmen von ca. 3 m Länge. Zusätzlich werden in der Schwemmholzfracht einzelne Wurzelstöcke erwartet. Weiter hat der Kunde festgelegt, dass das Schwemmholz sowohl kontinuierlich, d.h. nach und nach in Form von Einzelstämmen, als auch schubweise, d.h. als lockerer Haufen, anfallen kann.

Der Zufluss aus dem Lyssbach wird entweder als HQ100 oder EHQ angesetzt, da eine Mobilisierung von Schwemmholz bei diesen Hochwässern am wahrscheinlichsten ist. Die beiden Hochwasserfälle werden sowohl bei geschlossenem als auch bei geöffnetem Drosselwehr untersucht. Die beiden Schwemmholztypen «Stammholz» und «Astholz» werden für die Versuche gleichmässig gemischt und jeweils in Vierteln der Gesamtfracht dem Zufluss zugegeben. Jeder Viertel enthält zudem einen Wurzelstock. Nach Zugabe jedes Viertels wird der Wasserspiegel beim Punkt P rechtsufrig im Beruhigungsteich gemessen (Bild 1). Am Ende eines Tests, d.h. nach Zugabe von 4/4 der Fracht bzw. 150 m3 Festholz, wird die Masse des nicht zurückgehaltenen Holzes sowohl unterstrom des Drosselwehrs als auch am Ende des Modellstollens gewogen und in Relation zur Gesamtfracht gesetzt. Im Modell ist der Rechen-Verlegungsgrad generell geringer als im nachgebildeten Prototyp, da Blätter und kurzes Astwerk dem Schwemmholz nicht massstäblich beigemischt werden können. Das Modell überschätzt daher Abflüsse durch verlegte Rechen, und unterschätzt damit die erzeugten Aufstauhöhen. Zudem ist die Steifigkeit des Modellholzes vergleichsweise gross, so dass ein Brechen der Stämme im Prototyp wahrscheinlicher ist (Rimböck 2003). Insbesondere beim verlegten Rechen sind Hölzer der Strömungskraft ausgesetzt, was im Prototyp eher zum Bruch und damit zum Passieren des Rechens führen kann.

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Auswirkungen des Schwemmholzes Tabelle 1 zeigt eine Übersicht der untersuchten Lastfälle (LF) sowie der wichtigsten Beobachtungen und Parameter im Bereich des Beruhigungsteichs, welche durch das Schwemmholz beeinflusst werden. Generell liegt der Holzaustrag beim Grobholzrechen knapp über 10% bei HQ100 (LF 1 bis LF 4) und knapp über 20% bei EHQ (LF 5 bis LF 8). Im Umkehrschluss folgt, dass bei HQ100 knapp 90% und bei EHQ knapp 80% des Holzes bei geschlossenem Drosselwehr zurückgehalten werden. Es passiert fast ausschliesslich kurzes Astholz den Grobholzrechen, während langes Stammholz in der Regel zurückgehalten wird. Durch das geöffnete Drosselwehr wird im Modell weniger als 1% des anfallenden Holzes bei einem initialen Abfluss von 5.0 m3/s, und ungefähr 4 bis 7% bei einem initialen Abfluss von 17.4 m3/s ausgetragen. Das geöffnete Drosselwehr verklaust im Hochwasserfall immer, wodurch sich ihre initiale Abflusskapazität bis zur Hälfte verringert, wie die Tests ohne Drosselrechen in Bild 2a zeigen. Ein verklauster Grobholzrechen stellt für die Strömung ein Hindernis dar, so dass diese beim Einfliessen in die Sammelrinne mehr Energie dissipiert. Diese wird durch einen zusätzlichen Aufstau im Beruhigungsteich zur Verfügung gestellt. Als Konsequenz steigt dort der Wasserspiegel an, was bei einzelnen Lastfällen zu Ausuferungen führt. Diese Ausuferungen werden ausschliesslich in der Zirkulationszone im unteren Bereich des Teichs, d.h. entlang der flachen Böschung zwischen dem Grobholzrechen und dem Drosselwehr beobachtet. Bild 2b zeigt die maximal gemessenen Wasserspiegellagen in Funktion der Schwemmholzzugabe, lokal aufgenommen beim Punkt P (Bild 1). Die initialen Wasserspiegel, definiert als Wasserspiegel vor der Holzzugabe, sind beim Wert Null der Ordinate zu entnehmen. Der zusätzliche, durchs Schwemmholz verursachte Aufstau entspricht somit der Differenz zwischen den jeweiligen Wasserspiegel und dem initialen Wert vor der Holzzugabe. Die minimale Kote der Uferlinie von 457.17 m ü.M. im Ausuferungsbereich ist im Bild gekennzeichnet. Der maximale Überstau beträgt ungefähr 0.13 m bei geschlossenem Drosselwehr für die LF 5 und 6. Dieser wird im Modell allerdings leicht verfälscht, da dort beim Austrittsquerschnitt kein Einfluss der Vegetation und der unterwasserseitigen Strömung wirkt. In Bild 3 ist das typische Verhalten

des Schwemmholzes im Beruhigungsteich dargestellt. Zu Beginn der Zugabe, d.h. nach dem ersten Viertel bzw. nach 37.5 m3 Festholz, strömt bei geschlossenem Drosselwehr das meiste Holz den Grobholzrechen ungefähr in dessen Mitte an und verklaust dort zu einem dünnen Holzstreifen. Am unterstrom gelegenen Ende des Grobholzrechens bildet sich ein lockerer Haufen, von dem sich sporadisch Holz löst und dann in der Zirkulationszone langsam rotiert. Die ersten Meter des Grobholzrechens nahe der oberen Stirnseite sind vollständig frei. Nach Zugabe des zweiten Viertels bzw. nach 75 m3 Festholz (Bild 3a) migriert das zugegebene Holz meist entlang des dünnen Holzstreifens vor dem Grobholzrechen direkt zur Zirkulationszone, ohne den Grobholzrechen massgeblich zu verlegen. Der Austrag durch den Grobholzrechen ist gering. Zudem erzeugt die Zirkulation entlang des

linken Ufers eine ausgeprägte Rückströmung und führt dadurch dem untersten Rechenabschnitt stetig Holz zu. Obwohl nach Zugabe des dritten Viertels bzw. nach 112.5 m3 Festholz nur noch wenig Holz zusätzlich am Grobholzrechen hängen bleibt, ist dieser inzwischen auf praktisch seiner ganzen Länge bis zur Sohle hin verlegt (Bild 4), mit Ausnahme der ersten Meter bei der oberen Stirnseite. Der grössere Holzanteil strömt parallel am Grobholzrechen entlang und gelangt zur Zirkulationszone. Diese ist nun ganz mit Holz gefüllt. Am Ende der Zugabe, d.h. nach 150 m3 Festholz (Bild 3b), verkeilt sich der Haufen in der Zirkulationszone zunehmend auf der flachen Uferböschung zwischen dem Überfallwehr und dem Drosselwehr und kommt schliesslich zum Stillstand. Die obersten Meter des Grobholzrechens und die obere Stirnseite sind nicht verlegt und leiten einen bedeutenden Anteil des Ab-

b) Bild 3. Schwemmholzsituation im Beruhigungsteich nach Zugabe von (a) 75 und (b) 150 m3 Schwemmholz für LF 5.

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Bild 4. Von der Sohle bis über den Wasserspiegel verlegter Grobholzrechen (LF 2, nach Zugabe von 150 m3 Festholz ), von der Rückseite betrachtet und nahe der unteren Rechenstirnseite.

b) Bild 5. Nach Zugabe von 150 m3 Festholz beim LF 8, (a) verklaustes Drosselwehr ohne und (b) freies Drosselwehr mit Drosselrechen. 278

flusses ab. In der Sammelrinne tritt trotz Schwemmholzaufkommen und grösstenteils verlegtem Grobholzrechen das ungestörte und effiziente Tauchstrahlregime auf (Rühli et al. 2010), insbesondere dank der freien oberen Rechenstirnseite. Bei geöffnetem Drosselwehr zeigt sich grundsätzlich eine analoge Schwemmholzsituation. Durch die Drosselströmung bedingt kommt bereits ab der Zugabe des ersten Viertels ein Holzhaufen vor dem Drosselwehr zu liegen (Bild 5a). Einzelne Hölzer verkeilen sich unter der Schützenlippe, was die Regulierbarkeit oder ein Schliessen des Drosselwehrs ohne vorherige Räumung des Holzes erschweren oder verunmöglichen kann. Zudem wird durch die Verlegung der initiale Abfluss abgemindert. Wenn das Schwemmholz schubweise, d.h. in Form eines Haufens, anfällt, ist das Drosselwehr früher als bei einer Einzelholzzugabe verlegt. Dieses ist dann bereits beim ersten Holzaufkommen massgeblich verklaust, weshalb danach weniger Holz passieren kann. Schwemmholz, das durch den Grobholzrechen des Umleitstollens gelangt, verursacht im Modell weder in der Sammelrinne, der Beschleunigungs- und Verzugstrecke noch im Stollen eine nachhaltige Störung des Abfluss oder gar eine Verklausung. 5. Drosselrechen Das Drosselwehr verklaust immer, wenn es bei Hochwasser mit Schwemmholzaufkommen geöffnet ist. Es resultieren eine Abflussreduktion und betriebliche Einschränkungen beim Regulieren. Daher wurden unterschiedliche Drosselrechen untersucht, von denen ein schräg zum Drosselwehr angeordneter Rechen mit einem Stababstand von 1 m und einem Stabdurchmesser von 0.24 m insgesamt günstigste hydraulischen Eigenschaften aufweist (Bild 5b). Auch dieser wird schräg angeströmt: Bei Niederwasser fliesst die Strömung aus dem Hauptgerinne auf den Drosselrechen zu und im Hochwasserfall entsprechend der Zirkulation aus dem Beruhigungsteich. Zudem ist die Rechenlänge grösser als die Drosselbreite, was die Abflusskapazität im Hochwasserfall erhöht. Holz, das diesen Drosselrechen vereinzelt trotzdem zu passieren vermag, verkeilt sich im Modell nicht beim Drosselwehr. Entsprechend bleibt das Drosselwehr frei von Schwemmholz, und es bestehen keine Einschränkungen bezüglich der Regulierbarkeit. In Tabelle 2 sind Kennzahlen zweier Lastfälle mit und ohne Drosselrechen vergleichend gegen-

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Tabelle 1. Übersicht der im Modell getesteten Lastfälle (LF) und deren Auswirkungen, mit LBS als Lyssbachstollen und BT als Beruhigungsteich. Initialer Drosselabfluss vor Schwemmholzzugabe, residualer nach Zugabe von 150 m3 Festholz bei verklaustem Drosselwehr, ohne Drosselrechen.

Tabelle 2. Vergleich relevanter Parameter der Varianten mit und ohne Drosselrechen. übergestellt. Es ist ersichtlich, dass der Schwemmholzaustrag beim Grobholzrechen praktisch unabhängig davon ist, ob ein Drosselrechen installiert ist oder nicht. Das Drosselwehr mit Rechen dagegen weist bessere hydraulische Eigenschaften auf. Generell liegt der Holzaustrag beim Grobholzrechen des Stollens nach wie vor knapp über 10% bei HQ100 und knapp über 20% bei EHQ. Es passiert fast ausschliesslich kurzes Astholz den Grobholzrechen und den Drosselrechen, während langes Stammholz in der Regel zurückgehalten wird. Die maximalen Wasserspiegel im Beruhigungsteich werden durch den verlegten Drosselrechen kaum beeinflusst. Ausuferungen treten für die LF 5 und 6 nach wie vor ausschliesslich im unteren Bereich des Teichs auf, d.h. entlang der flachen Böschung zwischen dem Grobholzrechen und dem Drosselwehr. Bei grossem Schwemmholzaufkommen liegen die Wasserspiegel im Beruhigungsteich mit dem Drosselrechen sogar eher tiefer. Der Grund dafür liegt darin, wie Bild 2a zeigt, dass der residuale Drossel-Abfluss mit verklaustem Drosselrechen deutlich grösser ist als jener ohne Rechen, dafür mit verklaustem Drosselwehr. Gleichzeitig bleibt die Schützenunterlippe bei den getesteten LF während des Hochwassers eingetaucht, d.h. das Drosselwehr stellt auch mit Rechen den Regulierquerschnitt dar. Durch ein weiteres Öffnen des Drosselwehrs kann der Abfluss Richtung Lyss auch bei verklaustem Rechen erhöht werden.

Auf das Schwemmholzverhalten im Beruhigungsteich, die Wasserspiegel, das Ausufern sowie auf den Schwemmholzdurchgang beim Grobholzrechen vor dem Stollen wirkt sich der Drosselrechen generell nur geringfügig aus. 6. Fazit Ein relevantes Schwemmholzaufkommen wurde im Lyssbach bisher nie beobachtet. Trotzdem wurde beim Stolleneinlauf ein Grobholzrechen vorgesehen und im Modell getestet. Dieser Grobholzrechen funktioniert nach dem Konzept des längs oder schräg angeströmten Rechens mit Rückhalteraum. Im Hochwasserfall vermag nur wenig und fast ausschliesslich kurzes Astholz zu passieren. Es gelangen knapp über 10% des Schwemmholzes bei HQ100 und knapp über 20% bei EHQ durch den Grobholzrechen in den Stollen. Im Modell kommt es weder in der Sammelrinne, noch in der Beschleunigungs- und Verzugstrecke oder im Stollen zu Verklausungen. Der Wasserspiegel im Beruhigungsteich steigt aufgrund des verklausten Grobholzrechens auf knapp 0.30 m über den entsprechenden Wasserspiegel ohne Schwemmholzaufkommen. Zu Ausuferungen kommt es im Modell nur für den Betriebszustand mit einem Zufluss aus dem Lyssbach von EHQ=63.9 m3/s und bei geschlossenem Drosselwehr. Die Ausuferungen sind auf den Bereich zwischen dem Grobholzrechen und dem Drosselwehr beschränkt. Diese Ausuferungen werden in Kauf genommen, da sie

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ausschliesslich bei einer extrem unwahrscheinlichen Abflusskombination mit unerwartetem Schwemmholzaufkommen auftreten: Einem Extremhochwasser EHQ im Lyssbach und gleichzeitig in den Nebenzuflüssen in Lyss, so dass das Drosselwehr geschlossen wird. Ohne Schwemmholzaufkommen treten für alle LF aus Tabelle 1 entsprechend den Beobachtungen im Modell keine Ausuferungen auf. Das Drosselwehr verklaust immer, wenn es bei Hochwasser mit Schwemmholzaufkommen geöffnet ist. Es resultieren eine Abflussreduktion und operationelle Einschränkungen. Um die Regulierbarkeit und Abflusskapazität des Drosselwehrs sicherzustellen, wurde zusätzlich ein Drosselrechen im Hauptgerinne entworfen und erfolgreich im Modell eingesetzt. Dieser Drosselrechen weist jedoch einen entscheidenden Nachteil auf: Er steht im Hauptgerinne des Lyssbachs und wird somit permanent beaufschlagt, also auch bei Niederwasser. Es ist demzufolge damit zu rechnen, dass er meist belegt ist und einen aufwändigen Unterhalt erfordert. Die angestrebte Hochwassersicherheit von Lyss ist auch ohne Drosselrechen sichergestellt: Im Hochwasserfall soll zum Einen das Bachbett in Lyss mit einem vertretbaren Abfluss beschickt werden. Eine Verklausung des Drosselwehrs ohne Rechen hat bis zu einem bestimmten Grad die gleiche Wirkung wie eine Drosselsenkung: der Drosselabfluss wird verringert. Zum Andern ist der Entlastungsstollen für ein EHQ ausgelegt, und daher nicht auf 279

einen gewissen Drosselabfluss angewiesen. Ein vollständig verlegtes Drosselwehr wirkt sich somit nicht auf die Funktionstüchtigkeit des Lyssbachstollens aus. Auf den Drosselrechen wird daher aus betrieblichen Gründen verzichtet. Abschliessend sei nochmals darauf hingewiesen, dass im Lyssbach bisher kein relevantes Schwemmholzaufkommen beobachtet wurde. Die hier vorgestellte Untersuchung deckt einen Aspekt der LyssbachstollenFunktionstüchtigkeit für ein unwahrscheinliches Ereignis ab.

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Danksagung

tersuchungen zum Einlaufbauwerk und zur Ka-

Anschrift des Verfassers

Die VAW bedankt sich beim Tiefbauamt des

pazität des Hochwasser-Entlastungsstollens in

Dr. Michael Pfister, Versuchsanstalt für Wasser-

Kantons Bern (Oberingenieurkreis III), insbe-

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bau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH-

sondere bei Herrn Jörg Bucher, für den Auftrag

Tamagni, S., Weitbrecht, V. (2010). Schwemm-

Zürich, CH-8092 Zürich

und die ausgezeichnete Zusammenarbeit. Der

holzrückhalt mit parallel angeströmtem Rechen.

Aktuelle Adresse: Laboratoire de constructions

Autor verdankt zudem Herr Alexander Schmid

Bericht 124 des Lehrstuhls und der Versuchsan-

hydrauliques, EPFL Lausanne, CH-1015 Laus-

für die Unterstützung bei den Modellversu-

stalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft, TU:

anne, michael.pfister@epfl.chbau, Hydrologie

chen.

München, 483–492

und Glaziologie (VAW).

Zuhause im nassen Element: WALO-Wasserbau Wasserbau ist eine komplizierte Teamarbeit. Deshalb setzen Sie für Arbeiten auf und unter Wasser mit Vorteil auf eine erfahrene Gruppe spezialisierter Profis wie das WALOWasserbau-Team. Eisiger Stausee? Turbinen vor Flusskraftwerken oder schlechte Sicht? WALO begleitet Ihr Projekt mit der richtigen Ausrüstung, vom Seilbagger über Pontons bis zum Schleppschiff. Gut zu wissen: Alle Prozesse sind nach ISO 9001 zertifiziert. Das bedeutet Qualität zugunsten von Kunden, Mitarbeitern, Partnern und späteren Benutzern.

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280

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Modelluntersuchungen zum Einlaufbauwerk und zur Kapazität des HochwasserEntlastungsstollens in Lyss Esther Rühli, Michael Pfister, Adriano Lais

Zusammenfassung Um die Hochwassersicherheit der Gemeinde Lyss (BE) zu verbessern, ist zurzeit ein 2.5 km langer Entlastungsstollen im Bau. Sein Einlaufbauwerk fasst ein Hochwasser oberstrom von Lyss und führt es in gestreckter Linienführung zum Auslaufbauwerk unterstrom der Gemeinde. Mit einem regulierten Drosselwehr wird der Wasserabfluss bei Hochwasser im Siedlungsgebiet massiv reduziert und dem Entlastungsstollen zugeführt. Im Rahmen der Detailprojektierung durch den Kanton Bern wurden an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) physikalische Modelluntersuchungen zur hydraulischen Optimierung des Gesamtkonzepts mit Drosselwehr, Einlaufbauwerk und Entlastungsstollen durchgeführt. Der Artikel beschreibt die Strömungssituation im Zulaufbereich, Einlaufbauwerk und Stollen für den Ausgangsentwurf und den erarbeiteten Ausführungsvorschlag.

1. Einleitung Die Gemeinde Lyss im bernerischen Seeland wurde in Vergangenheit wiederholt von Hochwassern des Lyssbachs überflutet. Allein im Sommer 2007 traten bei Starkniederschlägen drei Schadensereignisse auf. Ursache für die Überflutungen sind Kapazitätsengpässe des Gerinnes, einerseits verursacht durch eine dichte Besiedlungsstruktur im Dorf und anderseits durch enge Durchlässe unter Brücken. Da eine Kapazitätserhöhung des Gerinnes im Dorf technisch und finanziell zu aufwändig ist, wird künftig ein Entlastungsstollen die Hochwassergefahr am Lyssbach nachhaltig bannen (Bild 1). Im Hochwasserfall wird über das Bachbett des Lyssbachs nur ein reduzierter Abfluss abgegeben, wozu ein reguliertes Drosselwehr errichtet wird. Die Versuchsanstalt für Wasser-

Bild 1. Projektgebiet mit dem geplanten Entlastungsstollen. bau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich wurde vom Tiefbauamt (TBA) des Kantons Bern, vertreten durch den Oberingenieurkreis III, beauftragt, Modellversuche zum Lyssbachstollen durchzuführen (VAW 2010). Die Notwendigkeit dafür ergab sich einerseits durch die mannigfachen komplexen hydraulischen Verhältnisse beim Drosselwehr und Einlaufbauwerk zum Stollen, da das Strömungsgeschehen an dieser Stelle von Rezirkulationen geprägt ist. Anderseits erzwingen die topographischen Verhältnisse und die Notwendigkeit der Unterquerung des Trassees der Bahnlinie Bern-Lyss im Einlaufbereich, den Stollen annähernd im

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hydraulisch kritischen Gefälle zu neigen, was bei knapper Bemessung ein Zuschlagen infolge stehender Wellen bewirken kann. Diese Gefahr ist insbesondere dadurch hoch, dass bei Hochwasser ein Nebenbach des Lyssbachs, der Grentschelbach, nach zwei Dritteln der Stollenstrecke über einen Vertikalschacht in den darunter liegenden Stollen eingeleitet wird. Diese Einleitung vermag die Strömung mit relativ kleinen Froudezahlen 0.9<F<1.5 empfindlich zu stören. Der vorliegende Artikel beschreibt den im Modell erarbeiteten Ausführungsvorschlag sowie ausgesuchte hydraulische Phänomene. Vergleiche der Strö281

kleidung und einem Bankett errichtet und weist ein Gefälle von 5.6‰ auf. Unterstrom des Stollens schliesst das Auslaufbauwerk Fulenmatt mit Tosbecken an. Nach zwei Dritteln der Stollenstrecke erfolgt die Einleitung des Hochwasseranteils des Grentschelbachs im Firstbereich des Stollens. Bei Niederwasser fliesst der Lyssbach ungehindert durch das Drosselwehr nach Lyss; der Beruhigungsteich ist dabei knietief geflutet. 2.2

Bild 2. Physikalisches Modell der VAW im Massstab 1:16. mungscharakteristiken des Ausgangsentwurfs und des Ausführungsvorschlags zeigen die hydraulischen Auswirkungen einiger Massnahmen. 2.

Projekt

2.1 Übersicht Das Einlaufbauwerk zum Entlastungsstollen ist im Ortsteil Leen eingangs der Gemeinde Lyss geplant und hat sich den engen Platzverhältnissen zwischen der Wiler- und der Bernerstrasse anzupassen. Bei Hochwasser wird der Lyssbach durch die Regulierschütze des Drosselwehrs gestaut, der Abfluss nach Lyss gedrosselt und der Grossteil des Abflusses durch den 2.5 km langen Stollen entlastet (Bild 2). Durch den Aufstau wird die Strömung rechtsseitig über einen überströmbaren Damm aus dem Hauptgerinne in einen Beruhigungsteich geleitet, wonach 282

es dem Einlaufbauwerk des Stollens, einer Sammelrinne mit seitlichem Überfall von 35.8 m Länge, zufliesst. Vor dem Überfallwehr ist in einem Abstand von 3 m ein Grobholzrechen angeordnet. Das System von reguliertem Drossel- und festem Überfallwehr wird im Folgenden auch als Trennbauwerk benannt. Die Sammelrinne weist ein Rechteckprofil mit einer Breite von 4.68 m und ein Längsgefälle von 8‰ auf. Unterstrom der Sammelrinne ist eine 57 m lange und 4.40 m breite Beschleunigungsstrecke mit drei Gefällestufen angeordnet. Ihre Längsachse ist im Grundriss um 17° zur Sammelrinne abgewinkelt. Auf den letzten 20 Metern wird das Rechteckprofil der Beschleunigungsstrecke bei einem Gefälle von 4% auf das Kreisprofil des Stollens verzogen. Der Entlastungsstollen wird gemäss Unternehmervorschlag mit einem Innendurchmesser von 4.40 m mit Spritzbetonaus-

Hydrologie, Dimensionierungsabfluss und Regulierung im Hochwasserfall Der Hochwasserschutz für Lyss wird auf ein 100-jährliches Hochwasser entsprechend einem Zufluss von HQ100 = 42.6 m3/s aus dem Lyssbach ausgelegt. Der Entlastungsstollen soll aber auch die Abfuhr eines Extremhochwassers EHQ sicherstellen. Das EHQ wird aus einer Multiplikation des HQ100 mit dem Faktor 1.5 abgeleitet und beträgt für den Lyssbach im Projektgebiet 63.9 m3/s. Für den Fall einer Verklausung der Regulierschütze muss die Hochwasserabfuhr allein durch den Stollen erfolgen. Die Sammelrinne, die Beschleunigungsstrecke und der Stollen müssen folglich im Extremfall das gesamte EHQ aufnehmen können. Der Dimensionierungsabfluss des Stollens beträgt, um das EHQ des Grentschelbachs von 5.1 m3/s erhöht, somit 69.0 m3/s. Abflüsse, die kleiner sind als die maximale Abflusskapazität des Gerinnes im Dorf von 17 m3/s, sollen voraussichtlich weiterhin komplett durch das Siedlungsgebiet geleitet werden. Bei höheren Zuflüssen wird der Abfluss nach Lyss auf maximal 17 m3/s begrenzt, im Fall eines Starkregens in Lyss muss auf 5 m3/s gedrosselt werden, um im Lyssbach noch genügend Kapazität für die Aufnahme des Regenwassers verfügbar zu halten. 3.

Hydraulische Modellversuche

3.1 Physikalisches Modell der VAW Die VAW wurde beauftragt, das geplante Trennbauwerk – bestehend aus einer kurzen Fliessstrecke des Lyssbachs, dem Drosselwehr mit Regulierschütze, dem Beruhigungsteich und dem Überfallwehr – sowie die Sammelrinne, die Beschleunigungs- und Verzugsstrecke, 170 m des Stollens und die Einleitung des Grentschelbachs in den Stollen hydraulisch zu mo-

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(a)

(b)

Bild 3. Schematischer Grundriss des Trennbauwerks, (a) Ausgangsentwurf und (b) Ausführungsvorschlag.

Bild 4. Strömungsbild beim Einlaufbauwerk bei EHQ mit geschlossenem Drosselwehr, (a) Ausgangsentwurf und (b) Ausführungsvorschlag. dellieren (Bild 2), die Funktionstüchtigkeit dieses Systems zu überprüfen und allenfalls unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen zu optimieren. Die geometrische Abbildung des strömungsrelevanten Projektgebiets erfolgte grösstenteils im Massstab 1:16. Erschwerend kam während der laufenden Untersuchung hinzu, dass sich der im Ausgangsentwurf angesetzte Innendurchmesser von 4.0 m mitunter aus hydraulischen und der Stollenausbau gemäss Unternehmervorschlag aus baulichen Gründen änderten. Beides hatte Einfluss auf die Modelluntersuchung. Anstatt den Modellstollen aus Acrylglas zu ersetzen, wurde in Abstimmung mit dem Kunden der geometrische Modellmassstab der Beschleunigungsstrecke und des Stollens angepasst (1:17.12) und ein fiktiver Stollendurchmesser von 4.28 m angesetzt. Der Massstabswechsel ist modelltechnisch zulässig, da sich die Strömungsverhältnisse in der Beschleunigungsstrecke und im Stollen und das Strömungsgeschehen in der Sammelrinne nicht gegenseitig beeinflussen, weil für Abflüsse bis zum Dimensionierungshochwasser ein Fliesswechsel zwischen Sammelrinne und Beschleunigungsstrecke auftritt. Der um 0.12 m grössere Prototyp-Stollendurchmesser soll

gemäss einer Vorgabe des Kunden die erhöhten kontinuierlichen Strömungsverluste infolge der rauen Wandbeschaffenheit des Spritzbetons kompensieren. Im Modellstollen werden die Strömungsverhältnisse unverzerrt für eine äquivalente Sandrauhigkeit von 1.2 mm und einen fiktiven Stollendurchmesser von 4.28 m abgebildet. 3.2 Fragestellungen Von zentralem Interesse sind u.a. folgende Aspekte: • Trenncharakteristik des Trennbauwerks • Anspringen der Entlastung in Funktion des Betriebs der Regulierschütze • Breite des Drosselwehrs • Lage der Krone des Überfallwehrs • Kontur und Standort des Überströmdamms sowie der Furten ober- und unterstrom davon • Abflusscharakteristik des Überfallwehrs • Abflusskapazität der Sammelrinne • Einleitung der Strömung in den Stollen unter Berücksichtigung von Stosswellen bei schiessendem Abfluss und der freien Luftzirkulation • Abflusskapazität des Entlastungsstollens

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• • •

Luftzirkulation im Stollen, Notwendigkeit von Belüftungseinrichtungen Einleitung des Grentschelbachs in den Entlastungsstollen Verhalten des Bauwerks im Überlastfall

3.3

Drosselwehr und Trenncharakteristik Das Drosselwehr wird mit einer regulierbaren Hubschütze ausgestattet. Seine Gestalt und die Kronenhöhe des Überfallwehrs bestimmen die Trenncharakteristik der Teilabflüsse und legen somit fest, bei welchem Zufluss der Entlastungsstollen spätestens in Betrieb geht. Bei vollständig geöffnetem Drosselwehr soll die Entlastung erst bei einem Zufluss von ungefähr 17 m3/s selbständig anspringen. Dieser Abfluss tritt durchschnittlich etwa einmal pro Jahr auf und entspricht der maximalen Abflusskapazität des Lyssbachgerinnes im Siedlungsgebiet. Ein häufigeres selbständiges Anspringen der Entlastung bei kleineren Zuflüssen ist aufgrund der Unterhaltskosten nicht erwünscht. Durch Regulierung des Drosselwehrs kann die Entlastung aber auch bei kleineren Zuflüssen jederzeit in Betrieb genommen werden. Der Ausgangsentwurf sah zu 283

Bild 5. Horizontales Geschwindigkeitsfeld im Lyssbach und Beruhigungsteich bei EHQ mit geschlossenem Drosselwehr, (a) Ausgangsentwurf und (b) Ausführungsvorschlag.

Bild 6. Wasserspiegellagen entlang des Überfallwehrs für EHQ mit geschlossenem Drosselwehr. Gunsten einer möglichst kleinen Regulierschütze eine Breite des Drosselwehrs von 4 m vor, wogegen die typische Sohlenbreite des Lyssbachs 6 bis 9 m beträgt. Das Drosselwehr engt das Gerinne folglich auch bei voll gezogener Schütze ein und erzeugt einen ausgeprägten Rückstau. Die Entlastung springt im Modellversuch dann bereits bei einem Zufluss von ca. 9 m3/s an. Durch eine Verbreiterung der Drossel auf 7 m (entsprechend der Breite des Durchlasses unter der nachfolgenden Brücke), der strömungstechnisch günstigen Profilform der Randpfeiler und einer Anhebung der Krone des Überfallwehrs um 10 cm auf 456.10 m ü.M. wird der Lyssbach im Ausführungsvorschlag wie gefordert ab 17 m3/s entlastet. 3.4 Zulauf und Beruhigungsteich Im Einlaufbereich zum Stollen müssen sowohl für Hoch- als auch für Niederwasser hydraulisch günstige Strömungsverhältnisse erarbeitet werden. Bei Hochwasser soll das Überfallwehr möglichst homogen und frontal angeströmt werden. Dagegen soll der Lyssbach bei Niederwasser durch das Trennbauwerk möglichst unbe284

Bild 7. Oberflächenströmung bei einem Abfluss von (a) 17 m3/s (die Entlastung ist gerade nicht in Betrieb) und (b) HQ100 mit offener Drossel (5 m3/s), beide für den Ausführungsvorschlag. einflusst in seinem Hauptgerinne abfliessen. Die Strukturvielfalt des Gewässers ist dabei zu gewährleisten, an einen Einstau gekoppelte Sedimentationen sind zu verhindern. Um beiden Anforderungen Rechnung zu tragen, sieht der Ausgangsentwurf den Aushub eines rechtsseitig angeordneten Beruhigungsteichs vor (Bild 3a). Das rechte Ufer des Lyssbachs wird im Bereich des Teichs als überströmbarer Damm gestaltet, wobei die Dammkrone deutlich tiefer als das den Teich umgrenzende Ge-

lände liegt. Je ein Durchbruch resp. eine Furt ober- und unterstrom des Dammes ermöglichen die Flutung des Beruhigungsteichs, was die Belastung der Sohle beim Überströmen des Damms zu Beginn eines Hochwassers reduziert. In der linken Uferböschung dient eine Berme als Fahrweg für Unterhaltsarbeiten. In Bezug auf die Sicherstellung der geforderten gleichmässigen Anströmung des Überfallwehrs bei Hochwasser zeigen sich im Ausgangsentwurf Defizite. Der

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leicht schiessende Zufluss folgt der abrupten Öffnung des Bachbetts bei der oberen Furt nicht und löst von der Böschung ab. Es folgt eine Strömungskonzentration auf die zweite, unterstrom gelegene Hälfte des Überfallwehrs, wie der Oberflächenstruktur und dem horizontalen Geschwindigkeitsfeld zu entnehmen ist (Bild 4a und 5a). Im Strömungsschatten des zurückspringenden Ufers dreht im oberen Bereich des Beruhigungsteichs eine Walze im Uhrzeigersinn vor dem Überfallwehr. Infolge der Walzenbewegung wird dieser Bereich des Überfallwehrs durch eine schwache Rückströmung versorgt. Der Wasserspiegel liegt ca. 0.5 m niedriger als entlang der unterstrom gelegenen Hälfte des Überfallwehrs (Bild 6). Damit einhergehend wird nur ein kleiner Teilstrom in den oberen Bereich der Sammelrinne entlastet. Der Fuss des Überströmdamms wird durch einen langgestreckten Wechselsprung hydrodynamisch belastet, was in Kombination mit einer beweglichen Sohle Kolkungen begünstigt. Erosionstechnisch ebenfalls ungünstig sind die horizontalen Wirbel in der turbulenten Scherschicht, die sich linksseitig im Bereich der Berme ausbilden und auf das Bachbett einwirken. Um eine gleichmässigere Anströmung des Überfallwehrs zu erreichen, wurden der Zulauf und der Beruhigungsteich mithilfe des Modells in einem umfangreichen Optimierungsprozess angepasst. Bild 3b zeigt den Ausführungsvorschlag. Folgende Massnahmen werden ergriffen: (1) Rechtsseitige Aufweitung des Zulaufs 30 m oberstrom des Einlaufbauwerks (2) Aufhebung der oberen Furt (3) Verlängerung, Senkung und Anbindung des Überströmdamms an das rechte Ufer (4) Anordnung einer rechtsseitigen, vertikalen Ufermauer (5) Aufhebung der Berme im Zulaufbereich Die Massnahme (1), wozu die Furt (2) aufzuheben ist und eine Einlaufmauer (4) benötigt wird, reduziert die Fliessgeschwindigkeiten und ermöglicht die Auffächerung der Strömung seitlich nach rechts. Dadurch strömt das Wasser bereits zu Beginn des Beruhigungsteichs in Richtung Überfallwehr (Bild 4 und Bild 5). Durch das Abdrehen und den Anschluss des Überströmdamms an die rechte Ufermauer (3) kann der Überströmdamm zusätzlich gezielt als Leitbauwerk eingesetzt werden, da er in solcher Gestaltung analog zu einer Lenkbuhne wirkt. Der Überfall wird schräg, aber dennoch relativ gleichmässig auf seiner ganzen Länge angeströmt

(Bild 6). In guter Näherung wird die Abflusscharakteristik eines frontal angeströmten Überfalls erreicht; die mittleren, gemessenen Überfallhöhen können rechnerisch verifiziert werden. Der maximale Wasserspiegel im Beruhigungsteich konnte trotz der Anhebung der Überfallkrone um 10 cm im Vergleich zur Ausgangsvariante leicht gesenkt werden, was auf ein effizientes Abflussregime des Überfallwehrs und der Sammelrinne hinweist. Die mit den ergriffenen Massnahmen erreichte Umlenkung der Strömung zum Überfall hin ist aber auch auf den Einstau und damit auf eine starke Drosselung des Lyssbachs angewiesen. Bei schwacher Drosselung fliesst der Lyssbach, insbesondere bei ansteigendem Hochwasser, im Hauptgerinne bis vor das Drosselwehr und wird erst bei der unteren Furt nach rechts der Entlastung zugeführt. Die Krone des Überströmdamms weist in der optimierten Variante dasselbe Längsgefälle wie das Hauptgerinne auf und liegt mit ca. 0.45 m über dessen Sohle

etwas niedriger als im Ausgangsentwurf. Die Kombination aus dem niedrigeren Damm und der gleichmässigeren Überströmung führt zu geringeren Strömungsturbulenzen. Anstelle eines voll ausgeprägten Wechselsprungs tritt nun lediglich bei EHQ ein ondulierender Wechselsprung über dem Damm auf (Bild 4b). Bild 7 zeigt die Oberflächenströmung. Bei Abflüssen bis 17 m3/s, bei denen der Wasserspiegel zwar über der Dammkrone, aber unterhalb der Krone des Überfallwehrs liegt und der Entlastungsstollen folglich nicht in Betrieb ist, fliesst der Lyssbach in seinem Hauptgerinne ab. Bei starker Drosselung eines Hochwassers wird die Strömung jedoch in Richtung Überfallwehr umgelenkt. Im Beruhigungsteich bildet sich dann eine grossräumig im Gegenuhrzeigersinn zirkulierende Walze. Die Anströmung des Grobholzrechens vor dem Überfallwehr erfolgt unter einem Winkel von etwa 30° zur Achse des Überfallwehrs. Diese Schräganströmung wirkt sich bei Schwemmholzanfall positiv aus, wie von Pfister (2010) gezeigt ist.

Bild 8. Abflussregimes in der Sammelrinne, (a) Tauchstrahl und (b) Oberflächenstrahl.

Bild 9. Strömungsmuster in der Sammelrinne für (a) EHQ mit Tauchstrahl und (b) Überlastfall mit Oberflächenstrahl. Blick in Fliessrichtung.

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Wechsel bei höheren Abflüssen abspielen. Gemäss einer einfachen Abschätzung sind Ausuferungen im Beruhigungsteich ab einem Abfluss von ca. 76 m3/s zu erwarten (Bild 10).

Bild 10. Wasserspiegellage im Beruhigungsteich bei geschlossenem Drosselwehr in Abhängigkeit von Q. 3.5 Sammelrinne In der Sammelrinne liegt strömender Abfluss vor; für Abflüsse bis EHQ erfolgt beim Übergang von der Sammelrinne in die Beschleunigungsstrecke ein Fliesswechsel. Für grössere Abflüsse, wie sie im Rahmen der Versuche zum Überlastfall betrachtet werden, wird auch die Beschleunigungsstrecke im strömenden Abflussregime durchflossen. Die Fliessverhältnisse in der Sammelrinne lassen sich dann nicht mehr von jenen in der Beschleunigungsstrecke entkoppeln, was die Aussagekraft des Modells aufgrund des unterschiedlich gewählten Massstabs von Sammelrinne und Beschleunigungsstrecke einschränkt (Abschnitt 3.1). Die Strömung in der Sammelrinne weist bis EHQ das hydraulisch günstige Abflussregime eines Tauchstrahls mit Walze auf (Bild 8a und Bild 9a). Dieses Regime weist darauf hin, dass die Sammelrinne effizient betrieben, d.h. günstig angeströmt, gleichmässig beaufschlagt und nicht vom Unterwasser her beeinflusst wird. Bei HQ100 erfolgt der Überfall vollkommen und an der Wasseroberfläche in der Sammelrinne zeigt sich die typische Struktur des dominanten Wirbels entlang der Rückwand mit glatter Wasseroberfläche sowie eines zweiten, kleinen Wirbels entlang des Überfallwehrs. Bei EHQ liegen im oberen Bereich die Wasserspiegel in der Sammelrinne auf gleicher Höhe wie im Beruhigungsteich und der Überfall erfolgt lokal entsprechend unvollkommen, das hydraulisch günstige Abflussregime mit Tauchstrahl bleibt jedoch erhalten. Das Umschlagen des Abflussregimes zum Oberflächenstrahl (Bild 8b und Bild 9b) erfolgt im Modell bei Abflüssen ab 68 m3/s und ist mit einem markanten Anstieg des Wasserspiegels im Beruhigungsteich verbunden. Im Prototyp würde sich dieser 286

3.6 Beschleunigungsstrecke Im Ausgangsentwurf ist die 4 m breite Beschleunigungsstrecke mit vier Gefällestufen geplant. Auf den ersten 8 m Fliessweg beträgt das Gefälle im Bereich der Richtungsänderung und der Breitenreduktion 4%, auf den folgenden 29.28 m 0.8% und in der 20 m langen Verzugsstrecke vor dem Stollen 9.3% (1. Hälfte) bzw. 0.56% (2. Hälfte). Die Strömung wird in diesem Entwurf derart stark beschleunigt, dass sich zu Beginn des Stollens verzögerter, schiessender Abfluss einstellt. Dieser läuft auf Verhältnisse nahe dem kritischen Abflussregime im Stollen auf, womit ideale Voraussetzungen für die Ausbildung von stehenden Wellen geschaffen sind. Im Modell werden diese denn auch beobachtet, eine Optimierung des Ausgangsentwurfs war daher angezeigt. Bild 11 zeigt das Längsprofil der Sammelrinne und Beschleunigungsstrecke für den Ausführungsvorschlag. Die Breite der Beschleunigungsstrecke ist zusammen mit dem Stollendurchmesser im Modell auf den Wert 4.28 m vergrössert (Abschnitt 3.1). Der flache Gefälleabschnitt der Sammelrinne ist um die ersten 8 m der Beschleunigungsstrecke verlängert, um Störungen durch die Strömungsumlenkung und die Breitenreduktion zwischen der Sammelrinne und der Beschleunigungsstrecke zu mindern. Im

anschliessenden, 1.06% geneigten Abschnitt erfolgt die Beschleunigung und Überführung der Strömung auf Abflussverhältnisse annähernd jenen im Stollen für Normalabflussregime. Im letzten, 20 m langen Abschnitt findet der Verzug vom Rechteck- auf das Kreisprofil statt. Dieser Verzug ist mit einer Querschnittsreduktion verbunden, weshalb in diesem Abschnitt das Gefälle auf 4% erhöht wird. Damit wird der potenzielle Anstieg der Abflusstiefen infolge der Querschnittsreduktion durch eine Beschleunigung der Strömung verhindert. Der Verzug der Sohle und der Decke werden zudem räumlich voneinander getrennt. In den ersten 10 m der Verzugsstrecke findet der Übergang vom Rechteck- aufs Kreisprofil an der Sohle statt, auf den zweiten 10 m wird an der Sohle das Kreisprofil beibehalten, indes an der Decke der Verzug ausgeführt wird. Da bei EHQ knapp schiessende Verhältnisse vorliegen, bezweckt diese Aufteilung eine Reduktion von Stosswellen. Mit diesen Anpassungen wird der Abfluss strömungstechnisch günstig in den Stollen eingeleitet (Bild 12a). Im Modell werden selbst bei EHQ keine stehenden Wellen oder Rückstaueffekte beobachtet. Die Luft kann frei zirkulieren. Für den Abschnitt mit einem Gefälle von 1.06% stellt sich bei EHQ eine Abflusstiefe h von 2.6 m über dem Bankett ein. Die Fliessgeschwindigkeiten v in der Beschleunigungsstrecke liegen um 5.7 m/s und die Froudezahl F beträgt 1.15. Die Abflusstiefen anfangs Stollen betragen bei HQ100 und EHQ ca. 96% der entsprechenden Normalabflusstiefe im Stollen. Normalabflussverhältnisse stellten sich nach etwa 75 Stollenmetern ein.

Bild 11. Längsschnitt durch Sammelrinne und Beschleunigungsstrecke des Ausführungsvorschlags, Fliessrichtung von rechts nach links. «Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

(a)

(b)

Bild 12. Abflussbild beim Übergang von Beschleunigungsstrecke zum Stollen im Ausführungsvorschlag bei (a) EHQ und (b) Überlastfall. In (b) schlägt die stehende Welle an, die Luftzirkulation ist lokal unterbrochen. Fliessrichtung von links nach rechts. Bei Abflüssen grösser als EHQ bilden sich im Übergang zum Stollen stehende Wellen (Bild 12b), die im Modell bei einem Abfluss von 76 m3/s die Stollenfirste erreichen und die Luftzirkulation unterbinden. Eine Vollfüllung der Beschleunigungsstrecke stellt sich ab ca. 80 m3/s ein. 3.7 Stollen Der Lyssbachstollen ist im Freispiegelabfluss zu betreiben. Wird die maximale Abflusskapazität des Stollens unter Freispiegelbedingungen überschritten, kommt es zum Zuschlagen. Dies ist bei Teilfüllungsverhältnissen y = h/D grösser als 85% zu erwarten, kann jedoch auch schon früher eintreten. Selbst in einem prismatischen Gerinne muss aufgrund von Massabweichungen beim Bau, lokalen Störungen durch Ablagerungen oder kritischen Fliesszuständen mit der Tendenz zur Bildung stehender Wellen mit einem Zuschlagen bereits ab einem Teilfüllungsverhältnis von 55% gerechnet werden (Sauerbrey 1969). Mit dem Zuschlagen verbunden ist eine Reduktion der Abflusskapazität des Stollens. Verursacht wird diese durch die gegenüber der Zunahme des Fliessquerschnitts überproportional ansteigenden Berandungsfläche im voll gefüllten Fliessquerschnitt und damit erhöhten Reibungsverlusten. Zusätzlich kann beim Rohrscheitel Luft eingeschlossen und allenfalls akkumuliert werden, die ihrerseits den Fliessquerschnitt einengt. Gargano und Hager (2002) geben für Kreisprofile abhängig von der Froudezahl, für runde Profile F = Q/(gDh4)0.5, ein maximales Teilfüllungsverhältnis y an, bei dem für ondulierende Abflussverhältnisse der Querschnitt gerade nicht zuschlägt yF<0.9 für 1<F<2

(1)

Sauerbrey (1969) gibt abhängig vom relativen Abfluss ein Grenzgefälle So an, bei

Bild 13. (a) Teilfüllungsverhältnis y[Q] und Froudezahl F[Q] für D = 4.00 m und 4.28 m, und (b) effektive und maximal erlaubte Teilfüllungsverhältnisse nach Sauerbrey (1969) sowie Gargano und Hager (2002). dem Zuschlagen auftreten kann. Das entsprechende Teilfüllungsverhältnis wird in Abhängigkeit von So ausgedrückt zu So[‰] = 20.5[qD – 0.36] mit qD=Q/(gD5)0.5

(2)

y = 0.92–0.03So

(3)

Aus den Gln. (2) und (3) lässt sich eine Beziehung zwischen dem Teilfüllungsverhältnis y und der Froudezahl F herleiten. Der Stollen verfügt über ein Bankett, was bei der Abschätzung der Froudezahl berücksichtigt wurde. Mithilfe der Modellversuche und der genannten theoretischen Betrachtungen konnte gezeigt werden, dass die Abflusskapazität des Lyssbachstollens im Ausgangsentwurf mit einem Durchmesser von 4.0 m und einer Tübbingauskleidung mit angenommener äquivalenter Sandrauigkeit kS = 1.2 mm nicht ausreicht, um ein EHQ im Freispiegelabfluss abzuführen. Der Stollendurchmesser wurde daher im Verlauf der Projektierung auf 4.40 m erhöht, wobei im Gegenzug die Auskleidung mit Spritzbeton mit vergleichsweise rauer Oberfläche erfolgt (wie in Abschnitt

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

3.2 beschrieben, bildet der Modellstollen einen Durchmesser von 4.28 m bei einer Sandrauhigkeit von 1.2 mm ab). Bild 13a zeigt die rechnerische Beziehung zwischen dem Abfluss Q und dem Teilfüllungsverhältnis y resp. der Froudezahl F im Lyssbachstollen bei Normalabfluss für den Ausgangsentwurf und den Ausführungsvorschlag. Beim Stollendurchmesser von 4.00 m beträgt der Teilfüllungsgrad im Stollen nach der Bacheinleitung beim Dimensionierungsabfluss von Q = 69.0 m3/s um y = 0.88 und F = 0.91. Für beide Abflüsse ist der maximale Teilfüllungsgrad gemäss den obenstehenden Bedingungen von Sauerbrey überschritten (Bild 13b). Mit einer Vergrösserung des Stollendurchmessers können die oben genannten Kriterien erfüllt werden, ein Zuschlagen des Stollens ist für Abflüsse bis zum Dimensionierungsabfluss nicht zu erwarten. Die maximale Abflusskapazität des Stollens im Freispiegelabflussregime ohne Einleitung des Grentschelbachs kann sowohl rechnerisch (allerdings unter Verletzung der nach Sauerbrey erlaubten Teilfüllungsverhältnisse) wie auch im Modellversuch auf ca. Q = 80 m3/s bei einem 287

Teilfüllungsverhältnis von 85% abgeschätzt werden. Im Bereich des Stollenanfangs wird im Modell ab Q = 72 m3/s eine stehende Welle beobachtet, die bei einem Abfluss von Q = 76 m3/s die Stollenfirste erreicht, zum lokalen Zuschlagen führt und die Luftzirkulation unterbricht. Im zugeschlagenen Bereich treten kleine Unterdrücke von ca. 0.3 m WS auf. Bei sichergestellter Belüftung schlägt der Stollen unterstrom der Welle bis zu einem Abfluss von ca. 80 m3/s wieder auf. Ein massgeblicher Druckabflusszustand, der die Kapazität wiederum erhöhen würde, kann sich aufgrund der topographischen Randbedingungen nicht aufbauen, da der Beruhigungsteich ab einem Abfluss von ca. 76 m3/s ausufert (Abschnitt 3.5). 4. Schlussfolgerungen In Lyss werden künftig Hochwasser mittels eines Entlastungsstollens abgeleitet, damit die Abflusskapazität des Lyssbachs im Dorf nicht mehr überschritten wird. Grosse Schäden wie in den letzten Jahren sollen dadurch künftig vermieden werden. Beim Fassungsbauwerk oberstrom der Gemeinde und bei der Einleitung in den Stollen treten komplexe hydraulische Verhältnisse auf, die das TBA des Kantons Bern genauer untersuchen liess. Es hat die VAW beauftragt, grosse Teile des Entlastungsstollens mit seinem Fassungsbauwerk zu modellieren und zu optimieren. Der Beruhigungsteich beim Einlaufbauwerk ist ein Schlüsselelement des Bauwerks. Mithilfe der Modellversuche konnten insbesondere die Trenncharakteristik und die Anströmung des Überfallwehrs verbessert werden. Dazu wurden das Gerinne im Zulauf verbreitert und Massnahmen zur Abflusslenkung ergriffen. Namentlich das Zurücksetzen der rechtsseitigen Böschung oberstrom des Überfallwehrs und der Anschluss des Überströmdamms an die Ufermauer bewirken im Hochwasserfall eine Strömungslenkung zum Überfallwehr hin. Die Umlenkung der Strömung aus dem Hauptgerinne ist den-

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noch auf einen Einstau angewiesen, der durch eine Drosselung des Teilabflusses nach Lyss erwirkt wird. Bei Niederwasser ist hingegen die Führung des Lyssbachs im Hauptgerinne sichergestellt. Die Vermeidung von Ausuferungen im Siedlungsgebiet resp. die Begrenzung des tolerierbaren Abflusses ist von der Regulierung des Drosselwehrs abhängig. Der Abfluss in der Sammelrinne erfolgt für Abflüsse bis EHQ effizient und im Tauchstrahlregime, was auf eine gleichmässige Anströmung des Überfallwehrs und ausbleibende Unterwassereinflüsse hinweist. Die verschiedenen Sohlengefälle entlang der Beschleunigungsstrecke wurden so gewählt, dass der Abfluss dem Stollen ungefähr mit dessen Normalabflussbedingungen zugeführt wird und die freie Luftzirkulation sichergestellt ist. Ein zentraler Punkt war dabei die Ausbildung der Verzugsstrecke, um ein Zuschlagen der ersten Stollenmeter zu vermeiden. Dazu wurde das Sohlengefälle in diesem Bereich verkleinert und der Verzug der Sohle und der Decke räumlich getrennt. Mithilfe der Modellversuche und theoretischer Überlegungen konnte zudem gezeigt werden, dass ein Stollendurchmesser von mindestens 4.28 m bei einer äquivalenten Sandrauhigkeit von 1.2 mm erforderlich ist, um für das Dimensionierungshochwasser die maximal zulässigen Teilfüllungsverhältnisse nicht zu überschreiten und damit ein Zuschlagen des Stollens zu vermeiden. Der Kunde hat sich entsprechend dem Unternehmervorschlag für eine Ausführungsvariante mit Innendurchmesser von 4.40 m und Spritzbetonauskleidung entschieden. Im Überlastfall liegt die abgeschätzte Kapazität des Systems Sammelrinne und Beruhigungsteich bei einem ähnlichen Grenzabfluss wie diejenige des Stollens bei Freispiegelabfluss. Höhere Zuflüsse führen in erster Linie zu Ausuferungen im Beruhigungsteich; der Abfluss in den Stollen wird sich nicht erhöhen, da sich infolge der Ausuferung die notwendige Druckhöhe für höhere Stollen-

abflüsse nicht einstellen kann. Mit einem Belüftungskonzept, das sicherstellt, dass auch bei Unterbruch der Luftzirkulation durch eine stehende Welle keine unbelüfteten Abschnitte auftreten, wird der Stollen somit auch im Überlastfall über weite Abschnitte im Freispiegelabfluss betrieben. Insgesamt konnte somit mit Hilfe der im hydraulischen Modellversuch getätigten Anpassungen die Funktionstüchtigkeit und Abflusskapazität des Hochwasser-Entlastungsstollens Lyss nachgewiesen werden. Die Kosten für diesen Nachweis und die Optimierung des Bauwerks belaufen sich auf knapp 3‰ der totalen Projektkosten. Danksagung Die VAW bedankt sich beim TBA des Kantons Bern (Oberingenieurkreis III), insbesondere bei Herrn Jörg Bucher, für den Auftrag und die ausgezeichnete Zusammenarbeit.

Literatur Gargano R., Hager W.H. (2002). Undular hydraulic jumps in circular conduits. Journal of Hydraulic Engineering 128(11): 1008–1013. Pfister, M. (2010). Schwemmholzrückhalt beim Einlaufbauwerk zum Lyssbachstollen. «Wasser Energie Luft»102(4), 275–280. Sauerbrey, M. (1969). Abfluss in Entwässerungsleitungen unter besonderer Berücksichtigung der Fliessvorgänge in teilgefüllten Rohren. Wasser und Abwasser in Forschung und Praxis 1. Erich Schmidt Verlag, Bielefeld. VAW (2010). Entlastungsstollen Lyssbach, Hydraulische Modellversuche. VAW-Bericht 4266, ETH Zürich (unveröffentlicht).

Anschrift der Verfasser Esther Rühli, Dr. Michael Pfister* und Adriano Lais, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich CH-8092 Zürich, ruehli@vaw.baug.ethz.ch

*Aktuelle Adresse: Laboratoire de constructions hydrauliques, EPFL Lausanne, CH-1015 Lausanne. michael.pfister@epfl.chbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW).

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Zahlreiche gewässerökologische Untersuchungen im Oberhasli Wichtige Unterstützung des partizipativen Begleitprozesses von KWOplus Steffen Schweizer, Matthias Meyer, Nick Heuberger, Sandra Brechbühl, Max Ursin

Ausgangslage und kurzer geographischer Beschrieb des Oberhasli Die KWO ist seit Ende der 1990er-Jahre bestrebt, die Nutzung des Wasserkraftpotenzials im Oberhasli weiter auszubauen bzw. zu optimieren. Ein Kernstück der Ausbaupläne betrifft die intensivere Nutzung des Grimselsees – ein mit einer sehr langen Vorgeschichte belastetes Projekt, welches auch Auswirkungen auf die Wahrnehmung der Öffentlichkeit und der Umweltschutzverbände für weitere eher unkritische Ausbauprojekte (z.B. «Tandem»: Ausbau der Kraftwerkskette Handeck – Innertkirchen oder «Grimsel 3»: Pumpspeicherwerk zwischen Oberaarsee und Räterichsbodensee) hat, die unter dem Namen von KWOplus zusammengefasst werden. Damit die KWO dem gesellschaftlichen Auftrag für einen Ausbau der Nutzung von regenerativen Energien gerecht werden kann und gleichzeitig ein sinnvoller Kompromiss zwischen Nutzen und Schutz der Gewässer im Oberhasli möglich ist, wurde im Sommer 2009 von der Bernischen Energiedirektorin B. Egger-Jenzer ein runder Tisch mit drei Ebenen ins Leben gerufen. Das Amt für Wasser und Abfall (AWA) hat dabei die Koordination zwischen den verschiedenen Ebenen sowie der politischen Begleitgruppe übernommen. Dieser politischen Ebene gehören Vertreter der Umweltschutzverbände, der Gemeinden, der Politik sowie der KWO an. Auf der fachlichen Ebene treffen sich die Vertreter der kantonalen Ämter und der KWO, um gewässerökologische und methodische Fragen zu diskutieren. Im Ausschuss, der dritten Ebene, verhandeln unter der Leitung des AWAs die Vertreter von Pro Natura, des Bernisch Kantonalen Fischereivereins (BKFV) und des Grimselvereins direkt mit der KWO über den Umfang und die Zuordnung von ökologischen Ausgleichsmassnahmen.

Eine weitere Rahmenbedingung ist, dass sämtliche Schweizerische Kraftwerke aufgrund des Gewässerschutzgesetzes (GSchG Art. 80ff.) dazu verpflichtet sind, bis 2012 die von ihnen genutzten Gewässer zu sanieren. Diese Ausgangslage veranlasste die KWO zu umfassenden gewässerökologischen Untersuchungen – in einem für die Schweiz bisher einzigartigen Umfang (Bild 1). Neben hydrologischen und hydraulischen Analysen zu den Thematiken Restwasser, Schwall/Sunk, Geschiebehaushalt, Hochwassersicherheit, Kolmation (Verfüllung der Poren in der Bachsohle mit Feinmaterial), Habitate und

Wasserqualität wurden auch sämtliche biologischen Kriterien wie die Ökologie von Fischen, Wirbellosen, Wasserpflanzen und Auen sowie die Vernetzungen und die Funktionalität der Gewässer im Oberhasli untersucht. Ausserdem wurde der Einfluss der Gewässer auf die landschaftliche Wahrnehmung bestimmt. Bei diesen zahlreichen Untersuchungen hat es z.T. überraschende Ergebnisse und unerwartete Erkenntnisse gegeben. Generell bilden die getätigten Untersuchungen die notwendige Grundlage für einen angestrebten und ausgewogenen Kompromiss von Nutzen und Schutz der Gewässer. Aufgrund der vorliegenden

Bild 1. Gewässerökologische Untersuchungen initiiert durch die KWO. SNP = Schutzund Nutzungsplan, der für das Konzessionsgesuch für eine Vergrösserung des Grimselsees ausgearbeitet wurde. Das Konzessionsgesuch wurde im September 2010 eingereicht.

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Untersuchungen konnte so in der o.g. Begleitgruppe stets fachlich, konstruktiv, lösungsorientiert und transparent diskutiert werden, was den Annäherungsprozess bisher sehr beschleunigt hat. Das Einzugsgebiet der KWO liegt im östlichen Berner Oberland in der Region von Grimsel und Susten (Bild 1). Insgesamt wird in den zwei Haupttälern (Aare- und Gadmental) sowie in den zwei bedeutenden Seitentälern (Urbach- und Gental) an insgesamt 27 Fassungen Wasser für die Energieerzeugung entnommen. Die Einzugsgebietsfläche oberhalb von Innertkirchen beträgt rund 450 km2, wovon etwa 350 km2 für die Wasserkraft genutzt werden. Die Aare entspringt dem Unteraargletscher auf knapp 2000 m ü.M. und speist mit ihrem Wasser den Grimselsee (1909 m ü.M.). Danach verläuft sie als Restwasserstrecke bis zur Wasserrückgabe in Innertkirchen (620 m ü.M.) und dann als Schwallstrecke bis zu ihrer Mündung in den Brienzersee auf 564 m ü.M.. Die Schwallstrecke unterhalb der Wasserrückgabe in Innertkirchen weist verschiedene Morphologietypen auf: Buhnen zwischen der Wasserrückgabe in Innertkirchen und der Aareschlucht (0.7 km), natürliche Morphologie in der Aareschlucht (1.5 km), alternierende Kiesbänke im Raum Meiringen (1.5 km), begradigter Kanal zwischen Meiringen und Brienzersee (12 km). Dagegen sind die Fliessgewässer oberhalb von Innertkirchen grösstenteils morphologisch natürlich bis naturnah. Nur sehr vereinzelt gibt es hier kurze Abschnitte, die stark verbaut oder mit künstlichen und nicht fischgängigen Schwellen stabilisiert sind. Das hydrologische Abflussregime schwankt je nach Höhenlage zwischen a glazial (von Gletscher geprägt) und nivalalpin (von der Schneeschmelze geprägt) – der höchste Punkt des oberen Aareeinzugsgebiets (Finsteraarhorn) liegt auf 4274 m ü.M.. Der Gletscheranteil des Einzugsgebiets liegt beim Pegel der Landeshydrologie in Brienzwiler bei 21%. Im Allgemeinen ist die Wasserqualität der Oberflächengewässer im Oberhasli sehr gut. 2.

Gewässerökologische Untersuchungen und Ergebnisse Für eine umfassende Analyse der gewässerökologischen Situation eines Fliessgewässers müssen hydrologische, hydraulische, chemische und biologische Aspekte beachtet werden. Die Berücksichtigung dieser Aspekte ist im Gewässerschutzgesetz (GSchG) sowohl für die Gewässersanierung (Art. 80ff.) als auch 290

für Neuregelungen der Konzessionsbedingungen (Art. 29ff.) verankert. Zusätzlich wird auch die Beachtung von landschaftlichen Gesichtspunkten gefordert. Um alle gewässerökologisch relevanten Fragen bezüglich Ausbauvorhaben und der Gewässersanierung sachlich diskutieren und lösen zu können, hat die KWO in den letzten Jahren zahlreiche gewässerökologische Untersuchungen an allen relevanten Flussabschnitten durchführen lassen. Dies geschah und geschieht in Zusammenarbeit mit anerkannten Umweltbüros und Experten sowie mit der finanziellen Beteiligung an den Forschungsprojekten «Nachhaltige Nutzung der Wasserkraft – Innovative Massnahmen zur Reduzierung der Schwall/Sunkproblematik» (KTIForschungsprojekt Nr. 9676), «Alpwaterscarce» (www.alpwaterscarce.eu) und Unterstützung des Swiss Electric Research Forschungsprojekts «HydroNet» (www. ccem.ch/hydronet). Die genannten Forschungsprojekte werden unter anderem von der Eawag, EPFL, ETHZ, FH Fribourg und FH Lausanne geführt. 2.1

Hydrologische Untersuchungen und Ergebnisse Für die Festlegung von sowohl gesetzlich als auch gewässerökologisch sinnvollen Dotierwassermengen – sei es im Rahmen der Gewässersanierung (GSchG Art. 80ff.) oder im Rahmen einer Neukonzessionierung (GSchG Art. 29ff.) – bedarf es u.a. einer ausreichend genauen Kenntnis der Niedrigwasserverhältnisse (Q347) an einer bestimmten Fassung sowie möglichen Versickerungseigenschaften in der Restwasserstrecke. An insgesamt acht Fassungen gibt es diesbezüglich noch offene Fragen, die in z.T. sehr aufwendigen Verfahren von den Büros BWU und BIG quantitativ oder semiquantitativ angegangen und gelöst werden (BIG 2009, BWU Mathez 2009a, 2009b, 2010). Zusätzlich wurden auch zwei Bäche hydrologisch untersucht, die aktuell in den Räterichsbodensee münden und sich prinzipiell für eine Dotierung eignen würden. Eine Umleitung eines dieser Bäche ermöglicht künftig, dass die Aare wie bisher ganzjährig klares Wasser führt. Verglichen zum heutigen Zustand würde dagegen eine Dotierung mit trübem Stauseewasser die gewässerökologische Situation in der Aare verschlechtern (Kap. 2.3.1 und 2.3.2). Beide Bäche versiegen zeitweise im Hochwinter, führen aber in der restlichen Jahreszeit beachtliche Wassermengen. Da die heutige gewässerökologische Situation in der Aare unterhalb vom Räterichsbodensee bereits relativ gut ist

(Kap. 2.3.1 und 2.3.2), konnte so in der Begleitgruppe ein sachlich vernünftiger Kompromiss für die Dotierung ab dem Räterichsbodensee mit einem dieser Bäche gefunden werden. Um die aktuellen Auswirkungen von künstlichen Pegelschwankungen in der Schwallstrecke zu bestimmen, aber auch um die Effekte von dem geplanten Beruhigungsbecken (Schweizer et al. 2008) zum Dämpfen der Pegelschwankungen zu simulieren, wurden in Zusammenarbeit mit dem Büro Limnex AG aufwendige Driftversuche durchgeführt (Bild 2) (Limnex 2009). Dabei wurde die Wasserrückgabe in die Aare beim ersten Versuchstag im März 2008 innerhalb von fünf Minuten von 8 m3/s auf 62 m3/s erhöht (heute maximal möglicher Anstieg), während beim zweiten Versuchstag (einen Monat später) die gleiche Erhöhung sich auf 30 Minuten ausdehnte (Simulierung des geplanten Beruhigungsbeckens) und den Organismen so eine viel längere Reaktionszeit ermöglichte (das Beruhigungsbecken kann künftig die Pegelanstiegs- und Rückgangsraten sowie die Schwall- und Sunkraten halbieren). Mit im Fluss aufgestellten Netzen und mit Tauchpumpen wurden die in der Hasliaare treibenden (driftenden) wirbellosen Organismen (v.a. Insektenlarven) für jedes Szenario und für zwei verschiedene Flussmorphologien (Kanal und alternierende Kiesbänke) gemessen. Bei diesen Driftversuchen zeigte sich, dass mit dem geplanten Beruhigungsbecken die maximale Konzentration von driftenden Organismen (Driftdichten) beim Schwallanstieg um mehr als die Hälfte reduziert werden kann. In der Kiesbankstrecke wird diese maximale Driftdichte gegenüber dem Kanal zudem nochmals deutlich vermindert, was auf die naturnähere Morphologie zurückzuführen sein dürfte. Nach dem ersten Schwallanstieg ging die Wirbellosen-Drift in allen Versuchen rasch wieder zurück, blieb aber während des Schwalldurchganges weiterhin über der natürlichen Grunddrift (Limnex 2009). Bei den anorganischen Partikeln in der Drift (Sand, Schwebstoffe) wurde die Konzentration beim Schwallanstieg weder durch die Simulierung des Beruhigungsbeckens noch durch die Morphologie so stark beeinflusst, wie dies bei den Wirbellosen der Fall war (Limnex 2010). Eine Kombination aus geplantem Beruhigungsbecken und morphologischer Aufwertung der Hasliaare (Absenken der Vorländer zur Ausbildung von alternierenden Kiesbänken) könnte somit die Verdriftungsproblematik entschärfen, indem ein übermässiges Ab-

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Bild 2. Driftversuche in der Aare im März/April 2008 (Limnex 2009). Links, Messung in unzugänglicher Kanalstrecke mittels Lastwagenkran, Tauchpumpe, Schläuchen, Netz und Bottich; rechts, Messung der Drift mit fixiertem Netz in der Kiesbankstrecke. Fotos Peter Baumann, Limnex AG. treiben von Wirbellosen auf der Flusssohle durch die Schwälle («Katastrophendrift») wohl weitgehend verhindert würde (Limnex 2009). Natürliche Driftverhältnisse wären damit aber noch nicht erreicht, sind in Schwallstrecken normalerweise aber auch nicht zu erreichen. Inwieweit das geplante Beruhigungsbecken den ab 2011 neu geltenden Forderungen des Gewässerschutzgesetzes und der Gewässerschutzverordnung bzgl. Schwall/Sunk nachkommt, muss noch geklärt werden. Zusätzlich konnte in einer hydraulischen Untersuchung gezeigt werden, dass die Buhnen in Innertkirchen die Schwallwellen verzögern und den Abflussanstieg abflachen (LCH 2010, Meile 2008, Limnex 2009). Dies ist bei einer künftigen Steuerung des Beruhigungsbeckens zu berücksichtigen: Eventuell ist anstelle der Dämpfung des Schwallanstiegs die Erzeugung eines Vorschwalls zur Vorwarnung der aquatischen Organismen aus ökologischer Sicht vorteilhafter. Im Rahmen des von der KWO mitfinanzierten KTI-Forschungsprojekts wurde an der EPFL ein hydrologisch-hydraulisches Modell entwickelt, das sämtliche KWO-Einrichtungen und die wichtigsten Gewässer abbildet. Damit können neben innerbetrieblichen Möglichkeiten zur Reduktion von Schwall/Sunk auch Klimaszenarien (Veränderung von Niederschlag, Gletscherrückgang, Trockenperioden…) und Hochwassersimulationen (Steuerung der Stauseen im Hochwasserfall) gerechnet werden (Bieri & Schleiss 2009, Bieri et al. 2010). Erste Modellrechnungen zeigen, dass durch den Rückhalt in den KWOSpeicherseen der Spitzenabfluss während dem Hochwasser von 2005 in Brienzwiler von 590 (Speicherseen 100% gefüllt) auf

520 m3/s (Seestände 2005) entschärft werden konnte (LCH 2009). Diese Modellrechnung wurde auch in der Begleitgruppe des «Hochwasserkonzepts Aare Meiringen bis Brienzersee» diskutiert und momentan sind Abklärungen zur aktiven Hochwasserbewirtschaftung durch präventiven Turbinierbetrieb im Gange. Dies zeigt, wie vielseitig das Modell eingesetzt werden kann. Die Methode zur Beurteilung des Natürlichkeitsgrades des Abflussregimes HYDMOD-F (in Entwicklung stehendes Modul Hydrologie des Modul-StufenKonzeptes, Pfaundler et al. 2007) wurde für alle Restwasserstrecken (Heuberger & Schweizer 2010) und für die Schwallstrecke (Heuberger & Schweizer 2009) getestet. Dazu fand ein Austausch über die gemachten Erfahrungen mit dem BAFU statt. Das BAFU ist aktuell mit der Überarbeitung von HYDMOD-F für die definitive Publikation dieser Methode im Frühjahr 2011 (Pfaundler et al. 2011) befasst. Die sehr grosse Anzahl an umfassenden gewässerökologischen Untersuchungen macht das Oberhasli zu einem optimalen Testgebiet für neue Bewertungssysteme. 2.2

Hydraulische Untersuchungen und Ergebnisse

2.2.1 Geschiebe Der Geschiebehaushalt eines Gewässers spielt sowohl für die ökologische Situation als auch für die Hochwassersicherheit eine entscheidende Rolle. Zum einen gewährleistet ein naturnaher Geschiebehaushalt eine für das Ökosystem notwendige Gewässerdynamik, da damit immer wieder Pionierstandorte für Spezialisten geschaffen werden. Zum anderen garantiert

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ein naturnaher Geschiebehaushalt eine gewisse Strukturvielfalt, die den Lebensraum für viele aquatische Organismen bildet, wie z.B. Lückenräume für Wirbellose oder Laichplätze für Fische. Der Geschiebehaushalt beeinflusst direkt die Höhenlage der Flusssohle und somit die Situation bei Hochwasser: Bei einer Eintiefung der Sohle können Unterspülungen von Uferbefestigungen auftreten, während bei einer Auflandung der Abflussquerschnitt verringert wird. Die KWO und das Tiefbauamt des Kantons Bern lassen seit mehreren Jahren den Geschiebehaushalt von Gadmerwasser (Hunziker, Zarn & Partner 2008, 2009) und der Aare (z.B. Hunziker, Zarn & Partner 2007) untersuchen. Aufgrund verschiedener Geschiebesammler besteht am Gadmerwasser ein Geschiebedefizit, welches in den letzten Jahrzehnten dazu geführt hat, dass sich das Gewässer eingetieft hat und die Strukturvielfalt beeinträchtigt ist. Zusätzlich besteht ein für dieses Gewässer untypisches Defizit an kleinen und mittleren Korngrössen, die für die Naturverlaichung von Bachforellen nötig sind. Die Analyse des Geschiebehaushalts ergab, dass eine Geschiebedotierung von gut 1000 m3 pro Jahr unterhalb des bestehenden Sammlers Obermad zu keinen aus Hochwassersicht gefährlichen Auflandungen führen dürfte. Diese Geschiebedotierung ist Bestandteil der Gewässersanierung und wird bereits seit 2008 in Vorleistung freiwillig ausgeführt (Bild 3). Die ersten drei Kilometer unterhalb der Zugabestelle zeigen bereits nach drei Jahren eine markante Zunahme an potenziellen Laichplätzen (aktuelles Monitoring und Beobachtungen von Schweizer S., Meyer M. und Fischereiverein Oberhasli). Ein um291

Bild 3. Geschiebedotierung 2009. Links, Laster bringt Geschiebe unterhalb des heutigen Geschiebesammlers ein, rechts, mit Geschiebe dotierte Sohle des Gadmerwassers direkt unterhalb des Geschiebesammlers – bereits einen Monat später hat ein kleineres Hochwasser das deponierte Material vollständig abgetragen. fassendes biologisches und hydraulisches Monitoring soll in den kommenden Jahren die optimale Geschiebemenge definieren, die die grösstmögliche Verbesserung für Wirbellose und Fische mit sich bringt, aber gleichzeitig auch einen angemessenen Schutz vor Überflutungen garantiert. Um den Einfluss des Schwallbetriebs auf die Sohle der Aare zu untersuchen, wurden hydraulische Modelluntersuchungen und Berechnungen an der Technischen Universität München (2007) durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Sohle bei Schwallabflüssen nicht bewegt oder aufgerissen wird. Diese Sohlenstabilität bei fast täglich auftretendem Schwall ist für alle aquatischen Organismen lebenswichtig. Pro Jahr treten in der Aare ein bis zwei natürliche Hochwasserereignisse auf, die die Sohle aufreissen. Diese Störungen sind aber aus ökologischer Sicht nötig, damit sich eine natürliche Dynamik ausbilden kann und die Poren der Sohle von Feinmaterial wieder befreit werden (Dekolmation). 2.2.2 Hochwasserdynamik Im von den KWO mitfinanzierten Forschungsprojekt «Alp Water Scarce» untersucht die Eawag mittels verschiedener Parameter strukturelle (Habitatvielfalt = Vielfalt an Lebensräumen) und funktionelle (Respiration) Aspekte in Abhängigkeit von der Hydrologie in der Aue Sandey im Urbachtal, einer Aue von nationaler Bedeutung. Aufgrund des Stausees Mattenalp (etwa 5 km oberhalb von Sandey) ist die obere Hälfte des ursprünglichen Einzugsgebiets dieser Aue abgeschnitten. In der Regel fällt in diesem Gebiet der Niederschlag allerdings als Schnee, bzw. bei Regen wird dieser von den Gletschern wie ein Schwamm zuerst zurückgehalten 292

und ist somit nicht direkt abflusswirksam. Zudem gelangen Niederschläge unterhalb des Stausees direkt ins System. Daher ist die Aue von einem eingeschränkt natürlichen Abfluss geprägt, der aber die für alpine Systeme typische Expansions- und Kontraktionsdynamik des Gewässernetzes gewährleistet. Hierdurch werden bei Starkregenereignissen weite Teile der Aue überflutet, fallen anschliessend aber wieder trocken. Dies sind ideale Voraussetzungen, um Indikatoren hinsichtlich zukünftiger Wasserknappheit im Alpenraum im Rahmen des obengenannten Projektes zu testen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die hydrologische Dynamik ausreicht, um eine auentypische Habitatvielfalt zu gewährleisten. Allerdings haben historische Luftbildanalysen gezeigt, dass Anzahl und Fläche der Habitate wesentlich geringer sind als vor dem Bau des Sees. Einen wesentlichen Beitrag hierzu leisten aber die insbesondere in den letzten 20–30 Jahren geschütteten Dämme, die damit als ökologisch fragwürdig eingestuft werden müssen. Da bei grösseren Hochwasserereignissen die meisten Fassungsschütze geöffnet werden und somit der gesamte Abfluss in die Restwasserstrecke gelangt, ist die Hochwasserdynamik in den meisten Restwasserabschnitten intakt. Zusätzlich wird die Dynamik noch durch die steile Topographie und die häufigen Starkregenereignisse im Oberhasli unterstützt. 2.2.3 Hydraulische Habitate Da die von der KWO genutzten Fliessgewässer fast ausschliesslich in einer natürlich bis naturnahen Morphologie verlaufen, hängt die Habitatvielfalt hauptsächlich von der Restwasserführung ab. Bei den 1994 und 2008 durchgeführten Dotierversuchen

wurden sowohl landschaftliche Kriterien (Kap. 2.4) untersucht als auch benetzte Breite, mittlere und maximale Fliessgeschwindigkeit und Wassertiefe in Abhängigkeit von der Dotierwassermenge aufgenommen. Dies bildet eine wichtige Grundlage bei der Diskussion der festzulegenden Dotierwassermengen im Rahmen der Gewässersanierung und der geplanten Ausbauvorhaben. Neben der Habitatvielfalt wurde dabei der Fokus auf maximale Tiefen (Durchgängigkeit für Fische) und Geschwindigkeiten (für strömungsliebende Wirbellose, z.B. Lidmücken) gelegt. Im Rahmen des von der KWO mitfinanzierten Forschungsprojekts «Nachhaltige Nutzung der Wasserkraft – innovative Massnahmen zur Reduzierung der Schwall/Sunkproblematik» wurde zudem die Schwallstrecke an mehreren Abschnitten per Boot vermessen. Die gewonnenen Daten dienen für die Erstellung eines detaillierten hydraulischen Modells, das die Verteilung von Fliessgeschwindigkeit und Abflusstiefe in Abhängigkeit vom Abfluss generiert. Diese Modellaussagen geben wichtige Erkenntnisse für die Wanderungsbedingungen der Seeforellen. Erste hydraulische Voruntersuchungen und Modellierungen wurden bereits 2007 durchgeführt (Herzog 2007). Ausserdem wurde 2008 im Urbachtal eine Verrohrungskartierung durchgeführt, die mögliche Aufwertungsmassnahmen im Rahmen einer Schutz- und Nutzungsplanung aufzeigen konnte (Meyer & Heuberger 2008b). 2.3

Biologische Untersuchungen und Ergebnisse Für eine gewässerökologische Gesamtbeurteilung sind neben den hydraulischen und hydrologischen Aspekten vor allem

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die biologischen Gesichtspunkte aussagekräftig. Neben Aussagen zu Fischen, Wirbellosen, Wasserpflanzen und Auen spielen zudem die Vernetzung (longitudinal, lateral und vertikal), die Dynamik und die verschiedenen ökologischen Funktionen eine sehr entscheidende Rolle. Die KWO hat sowohl in den Restwasserstrecken als auch in der Schwallstrecke umfangreiche biologische Untersuchungen durchführen lassen, die z.T. überraschende Ergebnisse aufzeigen. 2.3.1 Fische In der Restwasserstrecke oberhalb der Wasserrückgabe wurden mittels Elektrobefischung die Abundanz, die Biomasse und die Artenvielfalt der Fischfauna aufgenommen (Haas & Peter 2009). Neben den heimischen Arten Groppe, Äsche, Trüsche, Egli, Felchen, Bach- und Seeforelle (während der Laichzeit) kommen in den oberhasler Gewässern auch standortfremde Bach- und Seesaiblinge, Regenbogenforellen und kanadische Seeforellen vor (WFN 2000). Das Vorkommen der Fische ist in vielen Flussabschnitten und Seen auf künstlichen Besatz zurückzuführen. Aus ökologischer Sicht ist vor allem die Frage nach einer erfolgreichen Reproduktion entscheidend, bei der die natürliche Verlaichung funktionieren und verschiedene Habitate für alle Lebensstadien der Fische vorhanden sein müssen (zum Aspekt Durchgängigkeit siehe Kap. 2.3.4). Das Umweltbüro Büsser führte an ausgewählten Laichgruben im Herbst 2009 Kartierungen und im Frühling 2010 Probenahmen durch, die eine erfolgreiche Reproduktion von Bachforellen nachweisen (Büsser 2010) – damit konnte der Fischereiverein Oberhasli neue Erkenntnisse hinsichtlich des Schlupfzeitpunkts gewinnen. Auch in der Aare auf rund 1600 m ü.M. ist bereits 1 km unterhalb des Räterichsbodensees die intakte Fortpflanzung von Bachforellen dokumentiert. Um dies auch weiterhin zu gewährleisten, ist eine Dotierung unterhalb des Stausees mit klarem Wasser während den Wintermonaten zu bevorzugen (bei einer winterlichen Dotierung mit trübem Seewasser wird eine verstärkte Kolmatierung der Flusssohle erwartet, die die Frischwasserzufuhr der Fischeier gefährden würde). Innerhalb des KTI-Forschungsprojekts wird von der Eawag der Einfluss von Morphologie und künstlichen Pegelschwankungen auf die Fischfauna, unter besonderer Berücksichtigung der Seeforelle, untersucht. Die auf der roten Liste als stark gefährdet geführte Art (BAFU

2007) wandert ab September vom Brienzersee in die Gewässer des Oberhasli auf, um dort zu verlaichen (Meyer 2010). Während den ersten Lebensjahren steigen die juvenilen Seeforellen dann in den Brienzersee ab (Bagliniere & Maisse 1991), wo sie im Lauf von etwa 7 Jahren Grössen von bis zu knapp 1 m erreichen können (Schulz 1995, Bild 4). Fangstatistiken der Laichfänge des hiesigen Fischereivereins (AquaTerra 2007) und Untersuchungen in diesem Forschungsprojekt zeigen, dass die Aufwanderung der Seeforellen trotz ungünstiger Morphologie und künstlichen Pegelschwankungen funktioniert. Es wird vermutet, dass die Fische während geringer Wasserführung (Sunkphase) verstärkt aufwandern und sich hinter grossen Blöcken und vor allem in seitlichen Zuflüssen ausruhen (AquaTerra 2007). Voruntersuchungen mit semiquantitativer Elektrobefischung haben in der Schwallstrecke der Aare neben Groppen, Bachsaiblingen, Bach- und Seeforellen auch noch die Trüsche nachgewiesen (Haas & Peter 2009). Auffallend ist die deutliche Zunahme von Abundanz und Biomasse der Fische im Bereich der Einmündungen von Seitenbächen (Haas & Peter 2009). Eine Diplomarbeit des o.g. Forschungsprojekts hat sich mit verschiedenen konkreten Verbesserungsmöglichkeiten für die bedrohte Seeforelle im Oberhasli auseinandergesetzt und mögliche Aufwertungsmassnahmen untersucht (Meyer 2010). Ausserdem wird an der FH Fribourg in Labor- und Feldversuchen eine optimale Geometrie für die Auffindung von Uferausbuchtungen (zum Ausruhen der Fische während höheren Abflüssen) erforscht (Ribi et al. 2010a und 2010b). Neben dem geplanten Beruhi-

gungsbecken in Innertkirchen (Schweizer et al. 2008 und Kap. 2.1) und einer möglichen morphologischen Aufwertung der Kanalstrecke scheint vor allem die bessere Anbindung und teilweise Renaturierung der seitlichen Zuflüsse in die Aare die effektivsten realisierbaren Massnahmen für die Förderung der Seeforelle im Oberhasli zu sein (Meyer 2010). Aufgrund der Morphologie des Gerinnes ist ein Stranden von Fischen bisher nicht beobachtet worden (Zumbrunn 2010 mdl.). Die KWO unterhält eine partnerschaftliche Beziehung zum Fischereiverein Oberhasli. So werden regelmässig die Gewässer gemeinsam begangen und mögliche Ausgleichsmassnahmen und Dotierungen im Rahmen der Gewässersanierung und der Ausbauvorhaben von KWOplus diskutiert. Zudem wurde der Neubau der Brutanstalt in Meiringen finanziell von der KWO unterstützt. Damit wird ermöglicht, dass sowohl Hasliaare als auch Urbachwasser mit autochthonen Seeforellen besetzt werden können. 2.3.2 Wirbellose und Wasserpflanzen Benthos) Zusätzlich zur Fischfauna spielen auch die Wirbellosen und die Wasserpflanzen bei der Beurteilung der gewässerökologischen Situation eine sehr wichtige Rolle. Sie bilden die untersten Ebenen der Nahrungspyramide, sind verantwortlich für den Abbau von organischem Material und somit für die Selbstreinigung der Gewässer. Für eine genaue Beurteilung werden Artenvielfalt, Biomassen, Abundanzen und Bewuchsdichten bestimmt. Die von den Büros Limnex AG und AquaTerra durchgeführten Untersuchungen umfassen im Einzugsgebiet der KWO rund 60

Bild 4. Links, Abstreifen eines Seeforellenweibchens in der Brutanstalt Meiringen zur künstlichen Aufzucht von Seeforellen, rechts, Wiedereinsetzen der Seeforelle in die Aare.

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Stellen mit bis zu vier Probenahmen pro Stelle. Dabei führten die schon vollständig ausgewerteten Erhebungen in der Restwasserstrecke und der Schwallstrecke der Hasliaare zu teilweise überraschenden Ergebnissen (AquaTerra 2007; Limnex 2008, 2009, 2010). Um den Einfluss von trübem Wasser auf die Lebensgemeinschaft der wirbellosen Organismen (Benthos) abschätzen zu können, wurden biologische Proben in der Restwasserstrecke der Aare unterhalb des Räterichsbodensees entnommen (vgl. 2.3.1). Als Referenzstrecke wurde dazu auf dieselbe Weise und zu vergleichbaren Zeiten die ungenutzte und daher während der Schnee- und Gletscherschmelze sehr trübe Weisse Lütschine untersucht. Die wegen der Wasserkraftnutzung ganzjährig recht klare Aare zeigte dabei im Sommer eine etwa fünffach höhere Häufigkeit und Biomasse sowie eine rund doppelt so grosse Artenvielfalt an wirbellosen Sohlenbewohnern (Makroinvertebraten). Natürlicherweise, d.h. ohne den Entzug des kalten und trüben Gletscherwassers durch die KWO, wäre im Sommer auch die Aare viel unproduktiver als heute. Im Winter herrschen zwischen den beiden Gewässern demgegenüber viel ausgeglichenere Verhältnisse. Bei genauerer Betrachtung erwies sich die Anzahl an extrem strömungsbedürftigen Organismen in der Restwasserstrecke der Aare gegenüber der Weissen Lütschine reduziert, und in zwei der am meisten auf hohe Fliessgeschwindigkeiten angewiesenen Invertebraten-Gruppen wurde eine veränderte Artenzusammensetzung festgestellt (Limnex 2008). Bei den Probenahmen wurde an verschiedenen Stellen in der Restwasserstrecke der Aare auch die sehr seltene fädige Rotalge Paralemanea torulosa festgestellt (Bild 6). Es handelt sich dabei um den ersten Nachweis dieser Art für die

Schweiz, weshalb die Bestimmung durch ausgewiesene Spezialisten für die Rotalgen durchgeführt und abgesichert wurde. Neben Paralemanea torulosa wurde in der Aare zudem auch die verwandte, aber häufigere Art Lemanea fluviatilis gefunden. Deren Häufigkeit geht nach Pfister (2003) in Restwasserstrecken meistens stark zurück, ausser wenn diese ein wasserreiches Resteinzugsgebiet und eine entsprechend «ausreichende natürliche Dotierung» aufweisen. In der Restwasserstrecke der Hasliaare werden diese Bedingungen offenbar schon heute erfüllt (Limnex 2010). Eine Dotierung der Aare mit trübem Wasser aus dem Räterichsbodensee hätte zweifellos auch Auswirkungen auf den Algenbewuchs und könnte die festgestellten Rotalgen im schlechteren Fall zum Verschwinden bringen. Auch die gewässerökologischen Verhältnisse in der Schwallstrecke der Hasliaare wurden eingehend untersucht. Neben den Driftmessungen (Kap. 2.1) wurden in den morphologisch unterschiedlichen Abschnitten Benthosproben genommen (Limnex 2009, 2010). Dabei wurden selbst in der kanalisierten Strecke 35 taxonomische Einheiten (Arten) von Makroinvertebraten unterschieden, was trotz der klaren Defizite in Struktur und Hydrologie auf eine vergleichsweise hohe Artenvielfalt hinweist. In der morphologisch vielfältigeren Kiesbankstrecke waren bei der angewandten Bestimmungstiefe sogar 45 verschiedene Taxa vertreten (Bild 5). Im Gegensatz dazu blieb die Abundanz (Häufigkeit) und die Biomasse der Wirbellosen in allen untersuchten Abschnitten der Schwallstrecke gering, und die Biomasse lag überall z.T. deutlich unter den Sollwerten (z.B. nach Dückelmann 2001) für natürliche Gewässer. Dass sich der Schwallbetrieb aus Wasserkraftwerken in erster Linie auf die Quantität, aber weniger auf die Qualität des Makrozoobenthos

Bild 5. Artenvielfalt (Taxazahl), Abundanzen und Biomassen der Wirbellosen in der Schwallstrecke. Die Probenahmen wurden im März 2008 und März 2010 von der Firma Limnex AG durchgeführt und anschliessend ausgewertet (Limnex 2008). 294

auswirkt, entspricht auch den Erfahrungen aus anderen Schwallstrecken (Baumann & Klaus 2003). Im September 2009 wurden ausserdem gewässerökologische Untersuchungen im Engstlensee durchgeführt. Dieses auch «als der schönste schweizerische Bergsee» bekannte Gewässer wird von der KWO seit 1962 bewirtschaftet. Aus verschiedenen Seetiefen wurden Proben der wirbellosen Fauna entnommen. Darin waren u.a. eine seltene und nur wenige mm grosse Erbsenmuschelart (Pisidium conventus) vertreten. Diese Art ist nur von wenigen Standorten bekannt, darunter Brienzer- und Thunersee sowie in hochgelegenen Seen des Engadins (Turner et al. 1998). Im Engstlensee waren die Pisidien schon 1960, also kurz vor Beginn der Bewirtschaftung des Sees über die gesamte Seetiefe vertreten (Grimas & Nilsson 1962). Neben den Erbsenmuscheln besteht das Makrozoobenthos im See hauptsächlich aus Würmern und Larven von Zuckmücken, die beide 2009 ähnliche Häufigkeiten wie 1960 aufwiesen. 2.3.3 Auen, Vernetzung der Gewässer, Durchgängigkeit und Funktionalität von Gewässern Auen werden von regelmässigen Überflutungen geformt und geprägt. Sie können mit zunehmender Entfernung zum Fliessgewässer grob in Pionierstandorte, Weichund Hartholzauen unterteilt werden. Aufgrund landwirtschaftlicher Nutzungen im Gewässerraum, der Nutzung der Wasserkraft sowie Gewässerverbauungen (z.B. Schildkröten, Schwellen) und Geschieberückhalt fehlt vielerorts die natürliche Abfolge der Auen im Oberhasli. Im Auftrag der KWO wurde von der Auenberatungsstelle in Yverdon die Aue Obermad nach der MultikriterienAnalyse (offizielle Methode vom BAFU zur Beurteilung von Auen, Paccaud et al.

Bild 6. Die Rotalge Paralemanea torulosa (Foto Peter Baumann, Limnex AG).

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2009, Thielen et al. 2002) bewertet und in Zusammenarbeit mit dem Büro Hunziker & Zarn verschiedene Fluss- und Auenrevitalisierungen als Ausgleichsmassnahmen für KWOplus auf Stufe Vorprojekt ausgearbeitet (Service Conseil Zones Alluviales 2010). Aktuell erfolgen weitere vertiefte ökologische und hochwasserrelevante Abklärungen sowie Verhandlungen mit den Landeigentümern. Wie in Kap. 2.2.2 bereits erwähnt, untersucht die Eawag die strukturelle Zusammensetzung und ökologische Funktionalität in Verbindung mit der hydrologischen Dynamik in der Aue Sandey (Bodmer et al. 2010, Döring 2010). Hieraus wurde ein weiteres Eawag-Forschungsprojekt entwickelt, das sich der vertikalen hydrologischen Vernetzung der Aue (z.B. Austausch von Oberflächen- und Grundwasser, Fliesswege im Untergrund) und der Grundwasserfauna widmet, um die oben genannten Aspekte in der vertikalen Dimension zu erweitern. Beiden Projekten sind momentan zwei Diplomarbeiten und drei Praktika angeschlossen. Im Jahr 2008 wurden in ausgewählten Abschnitten des Urbachwassers, der Aare und des Gentalwassers sämtliche künstlichen und natürlichen Abstürze kartiert, um die Durchgängigkeit in den Gewässern zu untersuchen (Meyer et al. 2008a). Aufgrund der Topographie treten sehr viele natürliche Abstürze auf, allerdings finden sich an einigen Stellen auch künstliche Barrieren, die teilweise längere Gewässerabschnitte voneinander trennen oder für Fische nur flussabwärts zu überwinden sind. Die KWO hat bereits in den 1990er Jahren mit einer Blockrampe freiwillig eine künstliche Schwelle im Gadmerwasser fisch- und wirbellosengängig gemacht. Weitere Blockrampen und ein Fischpass sind jeweils bei künstlichen Barrieren im Rahmen der Gewässersanierung und der Ausbauprojekte von KWOplus geplant (Kap. 4). Landschaftliche Untersuchungen und Ergebnisse Aufgrund der touristischen Bedeutung des Grimselgebiets aber auch wegen klarer Bestimmungen im GSchG bzgl. Neuregelung der Konzessionsbedingungen wurden von den Büros B+S und Sigmaplan zudem an sämtlichen Restwasserstrecken landschaftliche Erhebungen durchgeführt (B+S 2009, Sigmaplan 2010b und 2010c). Bei den wichtigsten Talgewässern konnten im Rahmen der Dotierversuche 1994 und 2008 mit akustischen Messungen (Rauschen) sowie mit einer umfangreichen Fo-

todokumentation die landschaftliche Wirkung in Abhängigkeit der Abflussmenge abgeschätzt werden. Auf diese Weise wurde versucht, möglichst sachliche Argumente für eine Einschätzung der landschaftlichen Wirkung des Abflusses heranziehen zu können. Allerdings ist die landschaftliche Wirkung immer mit einer gewissen Subjektivität verbunden. Beispielsweise hat die Fotodokumentation der Dotierversuche bei der Bestimmung der Restwassermenge für den landschaftlich bedeutsamen Handeckfall die Entscheidungsfindung sachlich unterstützt (Bild 7). Die Fotodokumentation der Dotierversuche zeigt, dass wegen eines Einschnitts beim Überfall die benetzte Breite des Handeckfalls bei einer Dotation von 500 l/s sich nicht sehr vergrössert. Bei der Frage, inwieweit diese Dotierung einen grösseren optischen Zugewinn mit sich bringt, gehen die Meinungen der Beteiligten auseinander. 2.5

Pumpspeicherung und Trübung in KWO-Stauseen und Brienzersee Im Rahmen des Forschungsprojekts «HydroNET» werden von der Eawag und der EPFL seit 2008 Trübstoff-, Wassertemperatur- und Sedimentmessungen im Oberaarsee und im Grimselsee sowie im Einund Auslauf der Zentralen durchgeführt. Ausserdem werden Wassertiefen und tie-

fenabhängige Fliessgeschwindigkeiten erhoben, um daraus ein zweidimensionales Strömungsmodell zu entwickeln. Die bisher durchgeführten Analysen zeigen, dass die Pumpspeicherung zwar einen Einfluss auf die Strömungsbedingungen vor der Fassung im Grimselsee, jedoch keinen Einfluss auf die Korngrössenverteilung der Trübstoffe des Seewassers hat (Bonalumi et al. 2010, Müller & Schleiss 2009, Müller et al. 2010). Bereits 2006 konnte in einem Expertengremium von Eawag, Fischereiinspektorat und Bernerischem Fischereiverband festgestellt werden, dass die Wassernutzung der KWO (Änderung des Abfluss- und Trüberegimes der Aare) keinen signifikanten Einfluss auf die Felchenpopulation im Brienzersee hat (Finger 2006). Deren abnehmende Grösse und Gesamtbiomasse ist fast ausschliesslich auf die reduzierte Nährstoffzufuhr, hauptsächlich infolge des Betriebs von Abwasserreinigungsanlagen, zurückzuführen (BVE 2006). Der BKFV hat seinerzeit in einer Medienmitteilung gefordert, dass geprüft werden sollte, inwieweit die im Grimselsee durch Sedimentation zurückgehaltenen Nährstoffe anderweitig dem Brienzersee zugeführt werden könnten. Im oben genannten Expertengremium konnte allerdings nachgewiesen werden, dass der Nährstoffeintrag auch heute noch über dem ursprünglichen Wert liegt (BVE 2006). Weitergehende Studien haben ge-

2.4

Bild 7. Handeckfall – links, ohne zusätzliche Dotierung vom Räterichsbodensee, rechts, mit Dotierung (500 l/s) von trübem Wasser aus dem Räterichsbodensee (Herbst 2008). «Bemerkung: Nach Art. 31 GSchG wäre eine Dotierwassermenge von 322 l/s verlangt (ohne eine eventuelle Erhöhung nach Art. 33 GSchG).»

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zeigt, dass eine Vergrösserung des Grimselsees nur geringfügige Auswirkungen auf das Ökosystem des Brienzersees haben dürfte (Limnex 2006, Finger 2007). 3.

Von der KWO mitentwickelte Bewertungssysteme

3.1

Bewertung aller Restwasserstrecken und der Schwallstrecke mit SNP-Bewertungsmethode Das Verwaltungsgericht des Kantons Bern hat in einem vom Bundesgericht bestätigten Urteil aus dem Jahr 2008 entschieden, dass die Erhöhung der Staumauern des Grimselsees um 23 m eine Anpassung und Ergänzung der Gesamtkonzession der KWO erfordert. Daraufhin hat sich die KWO entschieden, in diesem Zusammenhang eine Schutz- und Nutzungsplanung (SNP) nach Art. 32c (GSchG) auszuarbeiten. Da bei einer solchen Planung Dotierwassermengen mit verschiedenen gewässerökologischen Aufwertungsmassnahmen (z.B. Auen- und Flussrevitalisierungen, Blockrampen, Ausdolungen, Nutzungsverzichte) gegeneinander aufgewogen werden müssen, bedarf es einer ökologisch nachvollziehbaren, transparenten und praktikablen Bewertungsmethode. Die vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) für eine SNP empfohlene Methode von Ernst Basler und Partner (Basler & Partner 2005) wurde eher für kleinere Gebiete mit wenigen zu bewertenden Flussabschnitten entwickelt. Allerdings ist der für die SNP KWOplus bestimmte Perimeter mit rund 500 km2 (inklusive Aareboden zwischen Meiringen und Brienzersee, Bild 1) wesentlich grösser als alle bisher in der Schweiz behandelten SNP-Perimeter. Insgesamt enthält der SNP-Perimeter von KWOplus 62 zu bewertende homogene Flussabschnitte. Deshalb ist die vom BAFU empfohlene Bewertungsmethode hier nicht praktikabel und bedarf einer Anpassung. In enger Zusammenarbeit mit dem Büro Sigmaplan wurde auf die spezifischen Bedingungen im Oberhasli eingegangen und es wurden nur deutlich sensitive Indikatoren verwendet (Sigmaplan 2010d). Mit insgesamt sechs Indikatoren und 11 Unterindikatoren (Tab. 1a) konnte die offizielle BAFU-Methode an die Situation im Oberhasli angepasst werden. Zur Gewichtung der einzelnen Abschnitte wurden insgesamt vier Aspekte berücksichtigt (Tab. 1b). Die einzelnen Indikatoren, Unterindikatoren und Abschnittsgewichtungen wurden ausführlich im Rahmen des Begleitprozesses mit folgenden kan296

Tabelle 1a. Für die SNP KWOplus verwendeten und mit den involvierten Fachstellen abgestimmten Indikatoren und Unterindikatoren sowie deren Gewichtungen für die Gesamtbewertung (Sigmaplan 2010d).

Tabelle 1b. Für die SNP KWOplus verwendeten und mit den Fachstellen abgestimmten Abschnittsgewichtungen (Sigmaplan 2010d). tonalen Ämtern diskutiert und gemeinsam wurden die einzelnen Gewichtungsfaktoren festgelegt: Amt für Wasser und Abfall (AWA), Abteilung für Naturförderung (ANF), Fischereiinspektorat (FI), Oberingenieurkreis 1 (OIK), Amt für Gemeinden und Raumordnung (AGR) und das Gewässer- und Bodenschutzlabor (GBL). Das BAFU wurde regelmässig über den Stand der Diskussionen unterrichtet. Dadurch konnte eine absolut transparente, nachvollziehbare, umfassende und praktikable Bewertungsmethode entwickelt werden, die es erlaubt, Mehrnutzungen (Abgabe von geringeren Dotierwassermengen als diejenigen, die bei einer Neukonzessionierung ohne SNP nötig wären) mit verschiedenen Ausgleichsmassnahmen (z.B., Fluss- und Auenrevitalisierungen, Erhöhung der Dotierwassermenge an einer anderen Fassung, Fischpässe) anhand von sog. Ökopunkten so weit möglich objektiv vergleichen zu können (Sigmaplan 2010d). Diese Bewertungsmethode eignet sich prinzipiell für jede Schutz- und Nutzungsplanung nach GSchG, aber auch für die Ausarbeitung von Strategien zur Wasserkraftnutzung auf kantonaler oder

auf Bundesebene. Allerdings bedarf es in jedem neuen Anwendungsfall bestimmter Anpassungen und Ergänzungen. Es sei hier nochmals darauf hingewiesen, dass bei Verhandlungen vor allem der frühzeitige Einbezug aller Beteiligten und die Klärung aller gewässerökologisch relevanten Fragen meist ausschlaggebend sind. Und letztlich muss das sog. «Bauchgefühl» aller Beteiligten stimmen, dass die verhandelten Ausgleichsmassnahmen auch die Mehrnutzung mehr als kompensieren können. 3.2 Bewertung Schwall/Sunk Die Thematik Schwall/Sunk ist für die KWO nicht nur wegen dem geplanten Beruhigungsbecken in Innertkirchen (UVP-Ausgleichsmassnahme für «Tandem», vgl. Kap. 1, Schweizer et al. 2008) sondern auch wegen der bevorstehenden Änderung des GSchG von zentraler und aktueller Bedeutung. Da das Schwall/SunkVerhältnis nicht auf die spezifischen Eigenschaften (z.B. Lebensgemeinschaften, Morphologie und weitere) in einer Schwallstrecke eingeht, ist es als alleiniges Bewertungskriterium ökologisch gesehen nicht aussagekräftig (Schweizer et al. 2009).

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Aus den Erfahrungen bei den in der Aare durchgeführten Driftversuchen (Kap. 2.1) sowie in Diskussion mit verschiedenen Experten der Eawag und der Limnex AG konnte ein Bewertungsmodell entwickelt werden, das sich allein an den in Schwallstrecken möglichen ökologischen Defiziten orientiert und ausschliesslich auf leicht bestimm- und messbaren hydraulischen und hydrologischen Kenngrössen basiert (Schweizer et al. 2009). Die in dieser Bewertungsmethode abgeleiteten Erkenntnisse sollen bei der Planung und bei der künftigen Steuerung des Beruhigungsbeckens berücksichtigt werden. Verschiedene Kraftwerksbetreiber haben bereits ihr Interesse an diesen gewonnenen Erkenntnissen für eine praktikable und ökologisch nachvollziehbare Bewertungsmethode gezeigt, um diese mit noch einigen offenen Fragen behaftete Thematik sachlich und proaktiv angehen zu können. 4.

Partizipation der Ämter, Umweltschutzverbände und politischen Vertreter Wie bereits in der Einleitung beschrieben, gibt es an der Grimsel eine sehr lange Vorgeschichte, weshalb sämtliche Ausbauvorhaben der KWO äusserst kritisch verfolgt werden. Um aber trotzdem dem gesellschaftlichen Auftrag für einen Ausbau der regenerativen Energien gerecht werden zu können, hat sich die KWO entschlossen, alle ökologisch relevanten Fragen sachlich und transparent anzugehen, um proaktiv Lösungen zu finden. Seit Juli 2009 wird im Rahmen des Begleitprozesses (Kap. 1) ein sehr enger Kontakt mit allen betroffenen Fachstellen, mit den politischen Vertretern und den Gemeinden sowie mit allen interessierten Umweltschutzverbänden gepflegt. So haben alle Beteiligten jederzeit Einsicht in sämtliche Untersuchungsergebnisse und werden bei jedem einzelnen Schritt (von der Defiziterhebung über die Diskussion von Lösungsansätzen bis zur endgültigen Planung und Bewertung aller Massnahmen) involviert. Der Einbezug aller Beteiligten garantiert eine möglichst hohe Qualität der Ausgleichsmassnahmen. In direkten Verhandlungen mit Pro Natura, dem Bernerischen Fischerei Verband und dem Grimselverein werden seit einem guten Jahr alle ökologisch relevanten Fragen bezüglich der Ausbauvorhaben «Tandem» und «Grimsel 3» sowie der Gewässersanierung ausführlich diskutiert. In diesem Ausschuss werden in einer konstruktiven Art und Weise gemeinsam Lösungen erörtert und verhandelt. Die in

den vorigen Kapiteln beschriebenen gewässerökologischen Untersuchungen bieten bei den Diskussionen und Verhandlungen die entscheidende Basis für: • Transparenz • sachliche Diskussionen • angenehmes Verhandlungsklima • Einigung bei verschiedenen Grundsatzfragen • das Erkennen und Bewerten der ökologischen Defizite • die mit allen Beteiligten gemeinsame Entwicklung und Bewertung von Ausgleichsmassnahmen. Bei den gewässerökologischen Ausgleichsmassnahmen handelt es sich um Restwasserdotierungen, Nutzungsverzichte, Auen- und Flussrevitalisierungen, Massnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit, landschaftliche Massnahmen, Verbesserungen des Geschiebehaushalts, Ausdolungen und einem Beruhigungsbecken zur Dämpfung der künstlichen Pegelschwankungen (Schweizer et al. 2008). Es wird versucht, die einzelnen Massnahmen so aufeinander abzustimmen, dass möglichst viele Synergien erzeugt werden und so das Ganze einen wesentlich grösseren ökologischen Gewinn als die Summe der einzelnen Massnahmen erreicht. Bei einem Grossteil der Massnahmen ist die Realisierung bereits heute geklärt, bei den übrigen sind die Untersuchungen bereits auf Stufe Vorprojekt, und es finden aktuell konkrete Gespräche mit den Landeigentümern statt. Ein wichtiges Hilfsmittel bei den konkreten Verhandlungen ist das Einführen von sogenannten ökologischen Qualitätsniveaus, d.h. das z.B. neben einer bestimmten Restwassermenge auch ökologische Zielvorgaben verhandelt werden, die in einem mehrjährigen Monitoring überprüft werden. Bei Nichterreichen der formulierten Ziele können weitergehende Massnahmen gefordert werden (z.B. Erhöhung der Restwassermenge). 5. Diskussion und Ausblick Die KWO erreicht mit all den in den hier beschriebenen und durchgeführten gewässerökologischen Untersuchungen ein neues, für ein schweizerisches Wasserkraftwerk bisher unerreichtes Niveau an ökologischer Genauigkeit (Sigmaplan 2010a) – dies ist nicht zuletzt auf die Beharrlichkeit der Umweltschutzverbände zurückzuführen. Dass es die KWO mit diesen Untersuchungen auch wirklich ernst meint, zeigen sowohl die enge Zusammenarbeit mit allen betroffenen Fachstellen und Umweltschutzverbänden (Bild 8) als

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auch die Summe der Ausgleichsmassnahmen für KWOplus, die in den im September 2010 eingereichten Konzessionsgesuchen aufgeführt sind. Ein in den Verhandlungen wichtiger Vertrauensbeweis ist, dass die KWO sämtliche Untersuchungsberichte sowohl den Ämtern als auch den Umweltschutzorganisationen zugänglich gemacht hat. Ausserdem haben die Umweltschutzverbände gleichzeitig mit den Ämtern sämtliche Konzessionsgesuchsunterlagen für die KWOplus-Ausbauprojekte erhalten. In der Regel und von Gesetzes wegen bekommen die Umweltschutzverbände erst ab der öffentlichen Auflage die Gelegenheit, die Gesuche zu prüfen. Die Vielzahl der Untersuchungen (Kap. 2) sowie die entwickelte Bewertungsmethode (Kap. 3.1) (Sigmaplan 2010d) und der Einbezug von sog. ökologischen Qualitätsniveaus (Kap. 4) ermöglichen es, mit allen Beteiligten sachlich zu diskutieren und so einen möglichst ausgewogenen Kompromiss zwischen Nutzen und Schutz der oberhasler Gewässer zu suchen. Damit ist zum ersten Mal seit der letzten konzessionsrelevanten Kraftwerkserweiterung (1980) wieder eine Einigung zwischen den verschiedenen Interessensvertretern für zwei gesellschaftlich sehr bedeutende Ausbauprojekte («Tandem» und «Grimsel 3») an der Grimsel zum Greifen nah. Mit all den hier beschriebenen Untersuchungen gehört das Oberhasli mittlerweile zu den am besten gewässerökologisch untersuchten Gebieten in der Schweiz. Damit bieten die sehr guten und z.T. sehr detailliert untersuchten Gewässer im Oberhasli eine hervorragende Grundlage für weitere Forschungsprojekte und für das Testen gewässerökologischer Bewertungsmethoden. Derzeit wird darüber diskutiert, ob ein Forschungsprogramm weitergeführt wird und es ist durchaus wahrscheinlich, dass das eine oder andere neue Forschungsprogramm hinzukommt. Durch die Zusammenarbeit mit allen betroffenen Fachstellen, allen interessierten Umweltschutzverbänden, mit einer Vielzahl von externen Büros und Experten (Bild 8) sowie den wichtigsten schweizerischen Forschungsinstituten ist eine aus gewässerökologischer Sicht optimale Planung und Realisierung der Ausgleichsmassnahmen gewährleistet. Auch können die enge Zusammenarbeit und die Beteiligung sämtlicher Interessensgruppen als Vorbild für grössere wasserbauliche Projekte dienen und die in dem Beteiligungsprozess gewonnenen Erfahrungen können so bei anderen Grossprojekten bereits in der Planung mit ein297

Bild 8. Im Begleitprozess beteiligte Institutionen, Verbände, Büros und Personen. Der politischen Begleitgruppe gehören ausserdem die Organisationen Green Peace, Aqua Viva, WWF, Greinastiftung und Stiftung Landschaftsschutz Schweiz an. fliessen. Abschliessend möchten sich die Autoren bei allen Beteiligten und vor allem bei den ehrenamtlich Tätigen für die aufgewendete Zeit, für den grossen Wissensaustausch und für die konstruktive Haltung bedanken. 6. Danksagung Ein grosses Dankeschön an folgende Personen, die am Begleitprozess beteiligt sind und/oder das Manuskript kritisch durchgelesen haben. Peter Baumann (Limnex AG), Marc Baumgartner (BAFU), René Bayer (B+S), Martin Bieri (EPFL), Dr. Peter Büsser (Umweltbüro Büsser), Dr. Michael Döhring (Eawag), Matteo Bonalumi (Eawag), Dr. David Finger (Eawag, jetzt Infras), Daniel Fischlin (KWO), Martin Flück (FI), Urs Eichenberger (Grimselverein / Metron), Beat Gilgen (Kern), Dr. Markus Graf (ANF), Heinz Habegger (AWA), Reto Haas (Eawag, jetzt Grunter), Nils Hählen (OIK), Beatrice Herzog (Herzog Ingenieure), Simon Jenni (Advokatur Jost Stämpfli Kilchenmann Messerli Streit), Heinz Kasper (Emch + Berger), Manfred Kummer (BAFU), Dr. Verena Lu298

bini (AquaTerra), Catherine Mathez (BWU), Claude Meier (AquaTerra), Dr. Markus Meyer (BKFV), Michael Müller (EPFL), Willy Müller (FI), Dr. Andreas Niedermayr (Hunziker, Zarn & Partner), Dr. Johann Neuner (KWO, jetzt Tiwag), Lea Odermatt (BIG), Bernard Oppeliguer (AWA), Emilie Person (Eawag), Dr. Armin Peter (Eawag), Dr. Martin Pfaundler (BAFU), Wilhelm Regez (KWO), Jean-Marc Ribi (FH Fribourg), Dr. Christopher Robinson (Eawag), Dr. Christian Roulier (Auenberatungsstelle), Dr. Anton Schleiss (EPFL), Irène Schmidli (AWA), Dr. Heinz Tscholl (KWO), Dr. Luca Vetterli (Pro Natura), Kurt Wächter (Limnex AG), Thomas Wagner (Sigmaplan), Frank Weber (AGR), Dr. Alfred Johny Wüest (Eawag), Dr. Markus Zeh (GBL), Heiko Zeh Weissmann (Sigmaplan).

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299

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higungsbecken Innertkirchen. Versuchsbericht

Postfach 63, CH-3862 Innertkirchen

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des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt für

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

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(2010c):

Dotierversuche

LE COMITÉ SUISSE DES BARRAGES EST HEUREUX D'ACCUEILLIR LA 79È RÉUNION ANNUELLE DE LA CIGB DU 29 MAI AU 3 JUIN 2011 À LUCERNE EN SUISSE THE SWISS COMMITTEE ON DAMS IS PLEASED TO HOST THE 79TH ANNUAL MEETING OF ICOLD FROM MAY 29 TO JUNE 3, 2011 IN LUCERNE, SWITZERLAND 300

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden ©

mmi

Das horizontale Wasserrad im Wallis: Turbinna, Torbena, Turbit «Hommage» an Paul-Louis und Jeanne Pelet Daniel L. Vischer

Zusammenfassung Der Verfasser wollte eigentlich PaulLouis Pelet, emeritierter Professor für Geschichte an der Universität Lausanne, zur Abfassung dieses Artikels veranlassen. Denn die Erforschung der Wasserräder und damit der mit Wasserkraft betriebenen Mühlen im Wallis gehörte zu dessen wissenschaftlichen Schwerpunkten. Einige seiner entsprechenden Publikationen sind im Literaturverzeichnis angeführt. Sie bestechen neben ihrem Inhalt auch durch die zahlreichen Illustrationen, von denen viele von seiner Frau, Jeanne Pelet, stammen. Nun ist Paul-Louis Pelet aber Ende November 2009 im Alter von 89 Jahren gestorben, und seine betagte Frau widmet sich heute – wie auch schon früher – eher der Poesie. Dem Verfasser blieb somit nichts anderes übrig, als selber «zur Feder zu greifen». Es liegt ihm daran, die Leistungen von Paul-Louis und Jeanne Pelet zu würdigen und noch besser bekannt zu machen. Freilich beschränkt er sich auf die Darstellung des horizontalen Wasserrads – während Pelet auch das vertikale im Auge hatte und überdies noch eine einfache Wasserstrahlpumpe («Trompe à air») als Gebläse in kleinen Essen. Wie Pelet streut auch der Verfasser verhältnismässig viele Abbildungen in den Text ein. Um ausgewogen zu bleiben, sei erwähnt, dass sich noch zwei andere Autoren aus der Schweiz eingehend mit der Technik von Wasserrädern befasst haben, nämlich Adolf Gähwiler und Berthold Moog. Der erste beschrieb schweizerische Objekte und baute sie in Modellen nach (Gähwiler 1981, 1983, 1989, 1991), der zweite erarbeitete nichts weniger als die weltweite Geschichte des horizontalen Wasserrads (Moog 1994).

Merkmale des horizontalen Wasserrads Grundsätzlich handelt es sich bei jedem Wasserrad um den Kern eines ortsfesten Antriebs, also eines fixen Motors, der sich für fixe Maschinen einsetzen lässt (und dementsprechend nicht für mobile, wie etwa Fahrzeuge und Schiffe). Ein Wasserrad wandelt die hydraulische Energie einer Wasserströmung in eine mechanische Rotationsenergie um und existiert in zwei Versionen: als vertikales Wasserrad und als horizontales. Hier steht, wie erwähnt, das horizontale im Blickfeld. Es ist zuunterst an einer vertikalen Achse angebracht und treibt mit dieser eine darüber liegende Maschine an. Das horizontale Wasserrad wird in der Regel über eine Schussrinne oder ein Druckrohr mit Düsenauslass beschickt. Das Wasser schlägt dabei im Freistrahl

auf die brett- oder löffelartigen Radschaufeln (Bilder 1 und 2). Die Drehzahl wird mit dem Zufluss reguliert. In selteneren Fällen befindet sich das Wasserrad in der Bodenöffnung eines grösseren Behälters und wird durch das auslaufende Wasser bewegt. Als Wirkungsgrad wird das Verhältnis zwischen der Leistung des Wasserrads und der Leistung des Freistrahls definiert. Er hängt selbstverständlich von der Führung des Wassers ab. Bei einer Konstellation gemäss Bild 1 erreicht er 30 bis 35%, bei einer Konstellation gemäss Bild 2 ist er geringer, nämlich 20 bis 25% (Moog 1994). Das liegt in der Grössenordnung des Wirkungsgrads traditioneller unterschlächtiger Vertikalräder. Oberschlächtige Vertikalräder sind wesentlich effizienter (Kreiner 2001). Weil das horizontale Wasserrad

Bild 1. Wasserrad und Mahlgang der Mühle von Bessard. Die Mühlsteine wurden bei dieser einfachsten Anordnung von Hand mit Getreide beschickt, aus Pelet 1998 (Zeichnung J. Pelet).

Bild 2. Wasserrad und Kollergang der Mühle von Binn, aus Pelet 1998 (Zeichnung J. Pelet).

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

301

Anzahl der Wasserräder im Wallis Vertikale Räder 976 Horizontale Räder 353 Nicht bestimmbar 1139 Gesamtzahl 2468

Bild 3. Verbreitung des horizontalen Wasserrads in der Alten Welt (--- nördliche Grenze des Getreideanbaus), aus Pelet 1998 (Plan J. Pelet). eines Mahlgangs direkt den Läuferstein antreibt, muss seine Drehzahl um 100 Umdrehungen pro Minute liegen. Ein Kollergang läuft je nach Machart und Zweck wesentlich langsamer. 2.

Einordnung in die Technik und Verbreitung Wer an ein Wasserrad denkt, sieht gewöhnlich das vertikale vor sich. Es war einst viel verbreiteter und prägte dementsprechend auch die Genremalerei der Zeit. Das horizontale Wasserrad ist vergleichsweise wenig bekannt, ja, Kreiner (2001) bezeichnet seine Anwendung gar als eine heute im deutschsprachigen Raum verkannte Technik. Denn die an sich wegweisende Übersicht von Moog (1994) ist englisch abgefasst und offenbar nicht allgemein bekannt. Und so war es das Ziel des Artikels von Kreiner, das horizontale Wasserrad für deutsche Leser in Evidenz zu bringen. Er hielt auch die Bezeichnungen der damit angetriebenen Mühlen fest, in deutsch: Horizontalmühlen, Stockmühlen, Flodermühlen, Türkische Mühlen, Balkanmühlen, Bauernmühlen, Gebirgsmühlen, Löffelradmühlen (bei löffelartig ausgebildeten Radschaufeln gemäss Bild 1) und Turbinenmühlen. Bemerkenswert ist auch die ausgedehnte Literatur, auf die sich Kreiner stützt. Die Arbeiten von Pelet – wohl etwas zu abseitig erschienen – führte er aber nicht an. Sowohl die vertikalen wie die horizontalen Wasserräder gehören zur Familie der Wasserkraftmaschinen. Wie die einschlägige Literatur belegt, hatte das hori302

zontale Wasserrad vielerorts keine grosse Bedeutung, so etwa im Flachland und im Bergbau. Vielleicht war dieses Wasserrad – zumindest in einigen gebirgigen Gegenden Europas – einfach «der Motor des kleinen Mannes». Der «grosse Mann» setzte das Vertikalrad ein. Es scheint, dass das horizontale Wasserrad erstmals in Kleinasien im ersten Jahrhundert v.Chr. gebaut und eingesetzt wurde. Dort löste es mit der Zeit den Antrieb der Mühlen mit Kurbeln, Treträdern und Göpeln (Rundläufen), das heisst mit Muskelkraft, ab. In den folgenden Jahrhunderten verbreitete es sich in der gesamten Alten Welt von Irland bis Japan. Bild 3 zeigt die entsprechende geografische Verteilung (Pelet 1998). Mit einer ähnlichen Karte weist Moog (1994) darauf hin, dass die Technik des horizontalen Wasserrads mit den europäischen Auswanderern schliesslich auch die Neue Welt, das heisst Nord- und Südamerika, erreichte. Ganz allgemein bezeichnet er das horizontale Wasserrad als den ersten Motor der Menschheit. 3. Die Walliser Wasserräder Pelet widmete sich – wie erwähnt – den alten Mühlen im Wallis (Pelet 1981, 1988, 1991, 1994, 1998). Zusammen mit einer Mitarbeiterin führte er dort Mitte der 1980er-Jahre eine flächendeckende Erhebung durch (Mirabdolbaghi und Pelet 1997) und gelangte unter anderem hinsichtlich der bestehenden, verfallenen oder bloss urkundlich bezeugten Wasserräder zu folgender Übersicht:

Von den bestimmbaren Anlagen handelte es sich bei rund einem Viertel also um horizontale Wasserräder. Sie waren kleiner als die vertikalen; ihr Durchmesser lag in der Regel unter 2 m. Da sie für Mahlzwecke – wie bereits angedeutet – ohne Getriebe eingesetzt werden konnten, waren sie leichter zu konstruieren und benötigten nur wenig Platz. Deshalb waren sie billiger und wurden hauptsächlich an wenig besiedelten Orten verwendet. Dort trieben sie meist eine Getreidemühle oder einen Kollergang an (Bilder 1 und 2). Pelet (1998) achtete auch auf ihre Namen. Je nach Dorf hiessen sie Turbinna, Torbena, Tourbinna usw. Diese Bezeichnungen stammen offensichtlich vom lateinischen Wort Turbo oder Turben für Kreisel ab (Mehrzahl Turbines oder Turbina). Sie gleichen auch dem entsprechenden französischen Wort Toupie. Wenn ein horizontales Wasserrad noch nicht beschaufelt war, wurde seine Nabe, die sogenannte Trommel, manchmal Turbit oder Turbet genannt, das heisst kleiner Kreisel. Die Walliser betrachteten die horizontalen Wasserräder also gleichsam als vom Wasser bewegte Kreisel. Bekanntlich umfasst der Begriff Turbinen heute alle von Wasser, Gas und Dampf bewegten modernen Triebräder. Für die Ausgestaltung der horizontalen Wasserräder wurden im wesentlichen vier Typen verwendet (Bild 4). Dazwischen gab es aber auch alle Übergangsformen (Pelet 1988). Sie stimmen mit den Typen überein, die auch anderswo vorkommen, so insbesondere mit jenen in den benachbarten Kantonen Graubünden und Tessin (Gähwiler 1981, 1983, 1991; Schnitter 1989, 1992). Es gab folglich keine Walliser Sonderausführung. «Die Holzturbinen des Wallis» lautet der Titel der letzten zusammenfassenden Publikation von Pelet (1998). Tatsächlich bestanden die einfacheren und vor allem die älteren horizontalen Wasserräder ganz aus Holz. Doch wurden bald auch Teile aus Gusseisen oder Stahl eingebaut. So hielten Stahlreifen die Felgen zusammen oder Stahlklammern und andere Befestigungsmittel die Schaufeln. Als vertikale Achsen dienten anfänglich Holzbalken (Bild 2); später wurden viereckige oder

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

runde Stahlstangen bevorzugt (Bild 1). Zuletzt gab es sogar Wasserräder aus Gusseisen oder Stahl. 4. Die Mühlen in der Landschaft Es wurde bereits angedeutet, dass die Genremalerei zum Thema Mühlen und Müller (wie auch der einst beliebten schönen Müllerinnen) praktisch nur Anlagen mit vertikalen Wasserrädern zeigt. Dasselbe gilt auch für die heutigen, stimmungsvollen Fotobände von alten Mühlen in ganz Europa. Pelet (1991) reproduzierte selber etwa 20 entsprechende Darstellungen von Walliser Anlagen. Dazu bemerkte er freilich auch, dass diese Einseitigkeit plausibel ist: Die horizontalen Wasserräder liegen ja unmittelbar unter den von ihnen angetriebenen Mahl- und Kollergängen und damit im Keller der Mühlen, wo man sie von aussen nicht wahrnimmt. Sichtbar sind höchstens die Wasserzufuhr in Form einer kleinen Druckleitung oder einer kurzen Schussrinne sowie die Wasserabfuhr als bescheidenes Bächlein. Das liess keine Mühlenromantik aufkommen. Die Mühlen standen manchmal für sich allein. Es gab aber auch Serien von Mühlen. Diese Anordnung bot sich dort an, wo man einen Bach mittels einer Fassung in einen Kanal ausleitete, den man dann mehrfach nutzte. Bild 5 zeigt die Mühlen von St. Luc als Beispiel. Dort folgten sich eine Maismühle, eine Stoffwalke, eine Roggenmühle, eine Roggen- und Weizenmühle, ein Kollergang für das Auspressen von Nüssen und das Walken von Gerste, also fünf verschiedene Betriebe mit sechs Wasserrädern. Typisch ist, dass es sich um horizontale Räder handelte, mit Ausnahme der Stoffwalke, bei der ein vertikales Rad die Walkhämmer (Stampfen) bewegte. Näheres über diese Serie findet sich bei Salamin (1986) und Moog (1989). Viele Walliser Mühlen waren in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts noch in Betrieb. Dann wurden sie – wie früher schon zahlreiche ältere Mühlen – aufgegeben und zerfielen zu Ruinen oder wurden abgebrochen. Gebäude, die nahe an Wildbächen im Gebirge stehen, sind ja oft zerstörenden Hochwassern, Murgängen und Lawinen ausgesetzt. Einige Mühlen wurden aber restauriert und blieben als Demonstrationsobjekte erhalten (siehe unter anderen Moog 1989, 1990; Herbst 1991). Zwei der neun am Mühlebach bei Törbel stehenden Mühlen wurden 1984 demontiert, um im Schweizerischen Freilichtmuseum Ballenberg, Berner Oberland, wieder aufgebaut zu werden. Dort gehören dementsprechend zwei betriebsfähige Hori-

Bild 4. Typen von horizontalen Wasserrädern im Wallis mit angedeuteten Übergangsformen, aus Pelet 1998 (Zeichnung J. Pelet).

Bild 5. Mühlengruppe in St. Luc: A Maismühle, B Stoffwalke, C Haus des Müllers, D Roggenmühle, E Roggen- und Weizenmühle, F Nuss- und Gerstenmühle, aus Pelet 1998 (Zeichnung C. Ançay). zontalräder mit je einem Mühlgang zu den Exponaten.

serkorrektionen und der Wasserkraftnutzung in der Schweiz. 9. Int. Fachmesse Pro Aqua Pro Vita, Basel, 9E, 3.1–3.14.

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Prof. Dr. Dr. h.c. Daniel L. Vischer

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bines de bois du Valais. Verlag Monographic,

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story and Technique of the First Prime Mover.

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«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Informationsbedarf zur Früherkennung von Trockenheit in der Schweiz Die Sicht potenziell betroffener Nutzergruppen Sylvia Kruse, Irmi Seidl, Manfred Stähli

Zusammenfassung Das Forschungsprojekt DROUGHT-CH erarbeitet im Rahmen des Nationalen Forschungsprogrammes NFP61 «Nachhaltige Wassernutzung» die hydrologischen und klimatologischen Grundlagen für eine Informationsplattform zur Früherkennung von Trockenheit in der Schweiz. Damit die Informationsplattform Inhalte bieten kann, die für möglichst viele trockenheitssensitive Sektoren nützlich sind, führte das Projekt einen Expertenworkshop mit Vertreterinnen und Vertretern verschiedener wasserrelevanter Sektoren durch. Dabei wurden die zentralen für die Früherkennung relevanten Indikatoren identifiziert.

1. Einleitung Trockenheit ist ein temporäres Wasserdefizit im Vergleich zu den regionalen Normalbedingungen. Längere Perioden von Trockenheit können erhebliche Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von Wasserressourcen, auf ökonomische Aktivitäten, auf Ökosysteme und auf die menschliche Gesundheit haben. Hohe Temperaturen und geringe Niederschläge führen dazu, dass Wasserstände in Oberflächengewässern und Grundwasser sinken und die Feuchtigkeit des Bodens abnimmt. Dies hat für verschiedene trockenheitssensitive Handlungsfelder unterschiedliche Auswirkungen: Die Landwirtschaft erlebt in Trockenperioden aufgrund der geringen Bodenfeuchte und des Niederschlagdefizits Ernteschäden und Ertragseinbussen. In der Forstwirtschaft steigt in Trockenperioden die Waldbrandgefahr. Die Stromproduzenten können weniger Energie durch Wasserkraft gewinnen, wenn der Durchfluss in Bächen und Flüssen sinkt. Die Transport- und Touristikschifffahrt muss ab einem kritischen Wasserstand den Schiffverkehr auf Seen und Flüssen einschränken oder einstellen (vgl. Bild 1). Darüber hinaus kann Trockenheit die Auswirkungen von Hitzewellen auf die menschliche Gesund-

heit verstärken, wie der Hitzesommer 2003 vor Augen führte. Auch Fauna und Flora von aquatischen Ökosystemen und Feuchtgebieten sind von Trockenperioden betroffen, zum Beispiel durch Fischsterben oder die Zunahme von Schädlingen und Parasiten. Nicht nur 2003, das Rekordjahr in Bezug auf Temperatur und Niederschlag (OcCC 2005), sondern auch in den vergangenen Jahrhunderten sowie in jüngster Zeit führten länger anhaltende Trockenperioden zu Krisensituationen. Die Klimageschichte der Schweiz seit dem 16. Jahrhundert zeigt, dass Trockenperioden und Dürren immer wieder aufgetreten sind (Pfister 2000). Die letzten grösseren Dürreperioden liegen ein Viertel- bzw. ein halbes Jahrhundert zurück (1976 bzw. 1947 und 1949), wobei im 20. Jahrhundert Trockenzeiten gegenüber den vorangehenden Jahrhunderten deutlich seltener auftraten. Bisher gibt es keine klaren Anzeichen dafür, dass Trockenperioden heute häufiger auftreten, auch wenn Extremereignisse wie das Jahr 2003 zeigen, dass Dürren in den sonst wasserreichen Alpen durchaus vorkommen können. Für die Zukunft gehen regionale Klimaszenarien allerdings von einer Zunahme der Häufigkeit und Intensität von Hitze- und Trockenereignissen aus, wobei in der Schweiz regionale und saisonale Un-

terschiede wirksam werden (vgl. Bild 2, ausführlich EEA 2009). Die erwartete Entwicklung des Klimas – eine Zunahme der Jahresdurchschnittstemperaturen, eine Abnahme der Niederschläge im Sommer und eine noch deutlichere Abnahme des Wasserabflusses im Sommer – zeigt, dass sich die wassernutzenden Akteure in der Schweiz auf eine Zunahme an Trockenperioden in den kommenden Jahrzehnten vorbereiten müssen. Die grösste relative Zunahme von Trockenperioden wird in den nördlichen Alpen erwartet, wo die Zahl von Trockenperioden bisher gering ist. Die Modellierungen der zukünftigen Sommertemperaturen und -niederschläge zeigen für den Zeitraum 2071–2100 sogar ein Sommerklima, in dem die Bedingungen des extremen Hitzesommers 2003 einem Durchschnittssommer gleich kommen (Schär et al. 2004; Beniston 2005). Ob Trockenperioden in den Sektoren, die auf die Verfügbarkeit von Wasser angewiesen sind, zu Problemen und Schäden führen, hängt einerseits von der Intensität und Dauer der Trockenperioden ab. Andererseits wird die Verwundbarkeit eines Sektors durch die bestehenden Möglichkeiten bestimmt, vorsorgend Gegenmassnahmen zu ergreifen und so Schäden

Bild 1. Die Schifflände in Mammern (TG) im Sommer 2003 (Quelle: Lukas Reimann, URh).

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

305

Bild 2. Jahreszeitliche Veränderung von Niederschlag und Temperatur im Alpenbogen bis Ende des 20. Jahrhunderts (EEA 2009, 27). 1 zu vermeiden oder zu vermindern. Da die trockenheitssensitiven Handlungsbereiche (z.B. Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Schifffahrt, Wasserwirtschaft) bereits seit Jahrhunderten immer wieder mit Trockenperioden zu kämpfen haben, haben sich eine Reihe von Anpassungsmassnahmen etabliert, die, wenn sie frühzeitig eingesetzt werden, Schäden vorbeugen oder mindern können. Zum Beispiel werden in der Landwirtschaft insbesondere im Obst- und Gemüseanbau in Perioden mit geringem Niederschlag in einigen Regionen bereits heute Bewässerungssysteme genutzt (vgl. Bild 3); Fische werden ausgefischt und umgesetzt, wenn abzusehen ist, dass ein Flusslauf trocken fallen wird; die Personenschifffahrt greift in Phasen mit zu geringen Wasserständen auf Transportalternativen zurück. Die Massnahmen sind in den verschiedenen Sektoren unterschiedlich aufwendig und wirksam. Grundlegende Voraussetzung für das Ergreifen von effektiven Gegenmassnahmen ist die Verfügbarkeit von Informationen, die frühzeitig auf Intensität und Dauer der bevorstehenden Trockenperioden hinweisen. Die Früherkennung von Trockenheit ist jedoch aus verschiedenen Gründen eine Herausforderung. Zum einen sind Trockenereignisse komplexe Phänomene, die eine

Bild 3. Bewässerung von Bergwiesen in Eggen (VS) (Quelle: Stefan Lauber, WSL).

Vielzahl von miteinander in Wechselwirkung stehenden klimatologischen und hydrologischen Faktoren und Prozesse umfassen. Zudem ist die Sensitivität von Regionen gegenüber Trockenperioden abhängig von verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel den Speichereigenschaften der Böden oder der natürlichen Regenerationsfähigkeiten der Gewässer- und Grundwasserkörper. Weiter ist die Früherkennung von Trockenheit auch von der Anpassungsfähigkeit der Sektoren bestimmt, die auf Wasser angewiesen sind. Zudem fehlt das flächendeckende Monitoring einiger relevanter Variablen, wie zum Beispiel der Bodenfeuchte auf regionalem Massstab in der Schweiz (Seneviratne 2010). Auf globaler Ebene sowie auf Ebene der EU werden bereits Informationssysteme zur Früherkennung eingesetzt, z.B. das European Drought Observatory (EDO) (http://edo.jrc.ec.europa.eu) oder der Global Drought Monitor (http://drought.mssl. ucl.ac.uk). Für die Schweiz scheinen diese Informationssysteme jedoch wenig aussagekräftig. Die in den Informationssystemen vermittelten Indikatorvariablen werden meist mit grossskaligen hydrologischen Modellen oder Landoberflächenmodellen berechnet. Laguardia und Niemeyer (2008) zeigten jedoch, dass die Bodenfeuchte-

werte, die vom im EDO verwendeten Modell für den Alpenraum berechnet werden, sogar negativ mit Bodenfeuchtewerten aus Fernerkundungsdaten korrelieren. Als Gründe nennen sie die geringe räumliche Auflösung der Eigenschaften der Landoberfläche, aber auch einen Mangel an Beobachtungsdaten zur Validierung des Modells. Grundsätzlich scheinen globale oder kontinentale Modelle die lokalen Variabilitäten der für Trockenheit relevanten Indikatoren im Alpenraum bisher nur ungenügend abzubilden. Ein spezifisches Informationssystem für Trockenheit für die Schweiz müsste also sowohl die Komplexität der hydrologischen Prozesse als auch die unterschiedlichen räumlichen Skalen der beeinflussenden Faktoren (z.B. lokale Situation, Flussgebietsebene, regional- oder kontinental-klimatische Einflüsse) berücksichtigen. Zudem sollte es anschlussfähig an bestehende nationale und regionale hydro-meteorologische Informationssysteme in der Schweiz sein. 2.

Das Forschungsprojekt DROUGHT-CH: Früherkennung von Trockenheit und Niedrigwasserereignissen in der Schweiz Das Projekt DROUGHT-CH «Early recognition of critical drought and low

Erläuterungen: Links: absolute Veränderung der Temperatur. Rechts: relative Veränderung des Niederschlags. Regional-Angaben: G = Greater Alpine Region, A = Alpen, NW = Nordwestalpen, NE = Nordostalpen, SW = Südwestalpen, SE = Südostalpen, H = höher als 1 500 m. Jahreszeiten: Winter (Dezember, Januar, Februar) Frühling (März, April, Mai), Sommer (Juni, Juli, August), Herbst (September, Oktober, November). Quelle: EURAC, 2008, basierend auf Daten des CLM Klimaszenarios (Lautenschlager et al., 2008).

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flow conditions in Switzerland» 2 hat zum Ziel, geeignete Ansätze für ein nutzerorientiertes Früherkennungssystem für Trockenheit und Niedrigwasserereignisse zu entwickeln. Als Grundlage dafür wird zum einen ein besseres Verständnis der hydrologischen und klimatologischen Entstehungsprozesse von Trockenperioden erarbeitet. Zum anderen werden die Informationsbedürfnisse der von Trockenheit betroffenen Nutzergruppen und Entscheidungsträger erhoben, damit jene Indikatoren für das Informationssystem berücksichtigt werden, die von den betroffenen Sektoren für die Früherkennung von Trockenheit benötigt werden. Die Informationsplattform soll so zielgruppenorientiert gestaltet werden. Ergebnis wird unter anderem ein Prototyp einer virtuellen Informationsplattform sein. Entsprechend dieser sowohl naturwissenschaftlichen als auch sozialwissenschaftlichen Forschungsziele ist das Projektteam interdisziplinär zusammengestellt (vgl. Tabelle 1). 3.

Informationsbedarf für die Früherkennung aus Sicht potenziell betroffener Sektoren Um die Informationsbedürfnisse der zukünftigen Nutzer/innen einer Informationsplattform zur Früherkennung von Trockenheit zu erheben, wurde eine schriftliche Befragung durchgeführt. Diese richtete sich an zentrale Vertreter/innen verschiedener trockenheitssensitiver Sektoren (Landwirtschaft: Ackerbau, Obstanbau, Gemüseanbau; Forstwirtschaft; Wasserwirtschaft; Raumentwicklung; Schifffahrt; Fischerei). Befragt wurden stellvertretend für die Sektoren insbesondere Verbände, kantonale Fachstellen und einzelne Wissenschaftler/innen. Im Zentrum standen unter anderem die Fragen, • was aus Sicht des Sektors unter Trockenheit verstanden wird, zu welchen Folgen und Problemen Trockenheit führen kann und • welche Informationen und Indikatoren in einem Informationssystem zur Früherkennung enthalten sein müssten und welcher zeitliche und räumliche Konkretisierungsgrad notwendig ist. Aufbauend auf der Auswertung dieser Befragung wurde ein Expertenworkshop «Informationsplattform Trockenheit» am 19. Mai 2010 durchgeführt. Ziel war es, gemeinsam zu bestimmen, welches die zentralen Indikatoren sind, an denen sich Trocken-

Tabelle 1. Teilprojekte und Forschungspartner/innen des Projektes DROUGHT-CH. situationen frühzeitig erkennen lassen. Als Grundlage dafür wurde auch zusammengetragen, welche Art von Massnahmen zur Vermeidung von ökologischen oder wirtschaftlichen Schäden ergriffen werden können, wenn Trockensituationen frühzeitig erkannt werden. Die anwesenden Expertinnen und Experten kamen aus folgenden Handlungsbereichen: Landwirtschaft, Forstwirtschaft (insb. Waldbrandgefahr), Wasserver- und -entsorgung, Wasserkraftnutzung, Schifffahrt, Naturschutz, Fischerei, Umweltverwaltung. Die zentralen Ergebnisse werden im Folgenden zusammengefasst. 3.1

Indikatoren zur Früherkennung von Trockenheit In der Befragung sowie im Workshop wurden folgende zentrale Indikatoren für die Früherkennung von Trockenheit genannt: Boden • Bodenfeuchte • Streufeuchte Gewässer • Abflussmenge von Flüssen • Grundwasserspiegel • Wasserstand von Gewässern • Wassertemperatur Klima • Evapotranspiration • Luftfeuchte • Lufttemperatur • Niederschlagsmenge • Windgeschwindigkeit Schnee • Schneehöhe • Schneemenge • Schneewassermenge In der Befragung sowie in der Diskussion mit den Expertinnen und Experten wurde deutlich, dass einige Indikatoren nur für einzelne Sektoren relevant sind. Wind und Streufeuchte sind beispielsweise zentrale

Indikatoren für die Früherkennung von Waldbrandgefahr. Wassertemperatur ist entscheidend für den Sauerstoffgehalt des Wassers und kann Aufschluss über mögliche Auswirkungen auf die Gewässerfauna geben. Die Veränderung der Bodenfeuchte und der Evapotranspiration kann der Landund Forstwirtschaft entscheidende Hinweise auf eine bevorstehende Trockenperiode geben. Die Niederschlagsmenge ist ein Indikator, der sowohl für die Landwirtschaft als auch für die Forstwirtschaft, Wasserkraft und Wasserwirtschaft relevant ist. Die Veränderung der Abflussmenge von Flüssen ist entscheidend für die Wasserwirtschaft und Wasserkraftgewinnung ebenso wie für Fischerei und Naturschutz. Aussagekräftig sind für alle Sektoren der Vergleich zum langjährigen Mittelwert. Unterschiedlich ist jedoch je nach Sektor, wann und wie oft die Informationen bereit gestellt bzw. aktualisiert werden müssen und in welcher räumlichen Auflösung Informationen zur Früherkennung benötigt werden. Die Landwirtschaft benötigt zum Beispiel standortbezogene Informationen über Bodenfeuchte und Niederschlagsmengen. Für die Früherkennung von Trockenheit bei der Nutzung von Wasserkraft sind hingegen Informationen auf Einzugsgebietsebene notwendig. Insofern wurde in der Diskussion mit den verschiedenen Expertinnen und Experten deutlich, dass für die Gestaltung einer Informationsplattform zur Früherkennung von Trockenheit, die relevanten Indikatoren zeitlich und räumlich differenziert abgebildet werden müssten. 3.2

Erfolgskriterien für Früherkennung Ziel der Bereitstellung von Informationen zur Früherkennung von Trockenperioden ist, dass in den verschiedenen Handlungs-

Der Schweizer Nationalfonds (SNF) fördert das Projekt im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms NFP61 «Nachhaltige Wassernutzung» von Januar 2010 bis Dezember 2012.

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bereichen frühzeitig Massnahmen ergriffen werden können, um Schäden durch Trockenperioden zu vermeiden. Dazu müssen die notwendigen Informationen vorhanden sein und aufbereitet werden. Es gibt verschiedene Erfolgskriterien, die für das Erkennen von Trockensituationen zentral sind (vgl. Tabelle 2). Im Workshop wurden die anwesenden Expertinnen und Experten gebeten, die unterschiedlichen Kriterien aus Sicht ihres Handlungsbereichs zu bewerten. Bei der Bereitstellung von Informationen zur Früherkennung von Trockenheit scheint es wichtig zu sein, dass die Informationen sektorspezifische Indizes enthalten und dass das Ausmass der Gefährdung ortsbezogen abgebildet wird. Bezüglich der Effekte von Früherkennung ist aus Sicht der meisten Personen Früherkennung dann erfolgreich, wenn trockenheitsbedingte Schäden, Ertrags- oder Einkommensausfälle vermieden werden können. 3.3

Geeignete Kanäle und Formen der Früherkennung Früherkennung ist erfolgreich, wenn die bereitgestellten Informationen auch die Zielgruppe erreichen und entsprechende Massnahmen ergriffen werden, um Schäden frühzeitig zu vermeiden. Daher wurden in der Untersuchung des Informationsbedarfs der verschiedenen Nutzergruppen auch geeignete Kanäle und Formen zur Weitergabe von Informationen zur Früherkennung erhoben und diskutiert. Grundsätzlich lassen sich für die Früherkennung unterschiedliche Formen unterscheiden: internetbasierte Plattform, Newsletter für eine breite Öffentlichkeit, zielgruppen- bzw. sektorspezifische Aufbereitung der Information in Bulletins, SMS-Dienste und Applikationen für das Smart-Phone. Zwar ist Trockenheit ein schleichendes Ereignis, das nicht plötzlich auftritt wie andere Naturgefahren; dennoch ist

es für einzelne sensitive Sektoren relevant, nahezu täglich Informationen zur Früherkennung verfügbar zu haben. Dementsprechend plädierten die meisten Expert/inn/en für eine internet-basierte Plattform in der Informationen zu den verschiedenen Indikatoren dargestellt werden. Auf diese Weise können relevante Informationen zu jedem Zeitpunkt abgerufen werden. Deutlich wurde in der Diskussion auch, dass auf einzelne Sektoren oder Zielgruppen ausgerichtete oder aufbereitete Informationen zur Früherkennung (z.B. in Form von Bulletins) gewünscht werden und sektorspezifische Fachmedien (z.B. Verbandsnachrichten oder Newsletter) als geeignet angesehen werden, um die Informationen nutzergerecht zu vermitteln.

erkennung abbilden und modellieren zu können. Des weiteren werden die ökonomischen Potenziale eines Früherkennungssystems für einzelne trockenheitssensitive Sektoren untersucht. Ziel ist es dabei, Aufwand und Nutzen von Gegen- und Anpassungsmassnahmen zu erheben und darauf aufbauend abzuschätzen, wie effektiv eine Informationsplattform für die Früherkennung im Bezug auf die Schadensvermeidung und -reduktion sein kann. Dank Wir bedanken uns bei den Expertinnen und Experten für ihre Teilnahme an der Befragung und dem Workshop. Dank gilt ebenfalls den Forschungspartnern des Projektes DROUGHT-CH, insbesondere Kerstin Stahl für ihre Ergänzung des Manuskriptes, sowie dem Schweizer Nationalfonds,

4. Fazit und Ausblick Beim Expertenworkshop «Informationsplattform Trockenheit Schweiz» wurde deutlich, dass eine Informationsplattform für Trockenheit unterschiedliche Informationsbedürfnisse von verschiedenen Sektoren und Zielgruppen berücksichtigen muss. Dabei ist den unterschiedlichen Anforderung an die Bereitstellung von Information und der räumlichen und zeitlichen Dimensionierung Rechnung zu tragen. Es zeigte sich, dass die Informationsbedürfnisse der verschiedenen Sektoren sehr unterschiedlich sind. Entsprechend ist es eine offene Frage, wie sektorspezifisch die Informationsplattform gestaltet werden kann. Grundsätzlich wird die Form einer internetbasierten Informationsplattform von den anwesenden Expertinnen und Experten begrüsst. Es wird angeregt, dass diese Plattform zum einen mit bestehenden Formaten verknüpft wird und zum anderen dynamisch und modular und damit erweiterbar gestaltet wird. Im weiteren Verlauf des Projektes werden die hydrologischen und klimatologischen Daten und Prozesse erarbeitet, um die notwendigen Indikatoren für die Früh-

der diese Forschungsarbeit ermöglichte. Literatur Beniston, M. (2005). Mountain climates and climatic change: An overview of processes focusing on the European Alps. In: Pure and Applied Geophysics 162(8-9): 1587–1606. EEA European Environment Agency (Hrsg.) (2009). Climate Change Impacts and Adaptation in the European Alps: Focus Water Resources. ETC/ACC Technical Paper. Copenhagen. Laguardia, G.; Niemeyer, S. (2008). On the comparison between the LISFLOOD modelled and the ERS/SCAT derived soil moisture estimates. In: Hydrology and Earth System Sciences, 12: 1339–1351. Lautenschlager, M.; Keuler, K., et al. (2008). Climate simulation with CLM, climate of the 20th century, data stream 3: European region MPI-M/ MaD. World Data Center for Climate. OcCC (2005). Hitzesommer 2003. Synthesebericht. Bern. Pfister, C. (2000). Dürresommer im Schweizer Mittelland seit 1525. In: OcCC (Hrsg.): Klimaänderung Schweiz. Trockenheit in der Schweiz. Workshopbericht. Anhang. OcCC. Bern. Schär, C.; Vidale, P.L. et al. (2004). The role of increasing temperature variability in European summer heatwaves. In: Nature, 427: 332–336. Seneviratne, S. I.; Corti, T. et al. (2010). Investigating soil moisture-climate interactions in a changing climate: A review. In: Earth-Science Reviews 99 (3-4): 125–161.

Anschrift der Verfasser Sylvia Kruse*, Irmi Seidl, Manfred Stähli Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf * Tel. +41 44 739 22 77, Fax +41 44 739 22 15

Tabelle 2. Phasen und Erfolgskriterien für Früherkennung. 308

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IFKIS-Hydro Sihl: Beratung und Alarmorganisation während des Baus der Durchmesserlinie beim Hauptbahnhof Zürich (2. Teil) A. Badoux, M. Zappa, M. Schatzmann, M. Oplatka, M. Bösch, S. Jaun, M. Gross, P. Steiner, C. Hegg, J. Rhyner

Zusammenfassung Durch den Bau des neuen Bahnhofs Löwenstrasse wird das Überschwemmungsrisiko in der Zürcher Innenstadt und auf der Baustelle Durchmesserlinie erhöht. Im vorliegenden Artikel präsentieren wir die Umsetzung von Vorhersageprodukten eines komplexen, probabilistischen Hochwasservorhersagesystems für das Einzugsgebiet der Sihl (Regionalmodul IFKIS-Hydro Sihl). Modellausgaben werden mit Produkten zur Entscheidungshilfe ergänzt und dienen der Früherkennung potentiell bedrohlicher Abflussereignisse. Im Falle von prognostizierten kritischen Hochwasserspitzen der Sihl sind die folgenden organisatorischen Massnahmen vorgesehen: (i) Vorabsenkung des Sihlsees zur Reduktion der Abflussspitzen im Raum Zürich Hauptbahnhof und (ii) Alarmorganisation zur Einleitung einer Baustellenräumung und einer allfälligen Baustellenflutung. Über eine mögliche Vorabsenkung oder eine Baustellenräumung und -flutung entscheiden zwei verschiedene Expertengruppen. Das System IFKIS-Hydro Sihl wird in der ersten Bauphase des Projektes Durchmesserlinie bislang erfolgreich eingesetzt. Dies setzt voraus, dass das System durch gut geschultes Personal betrieben wird, das in verschiedenen Situationen mit Unsicherheiten der meteorologischen und vor allem hydrologischen Modelldaten umzugehen weiss und diese den Endnutzern kommunizieren kann. Glücklicherweise sind seit Baubeginn grössere Abflussereignisse ausgeblieben. Im vorliegenden Artikel wird anhand von zwei mittleren Ereignissen (Juli und August 2009) der Umgang mit den Vorhersageprodukten erläutert. Zudem wird auf die daraus abgeleiteten Empfehlungen an die Endbenutzer eingegangen.

1. Einleitung Hochwasser stellen von alters her eine zerstörerische Naturgefahr dar, die vielerorts den Lebensraum der Menschen regelmässig bedroht. Treten im Zusammenhang mit Starkniederschlagsereignissen Naturgefahrenprozesse wie z.B. Hochwasser, Rutschungen oder Murgänge auf, wird die Gesellschaft hauptsächlich aufgrund von Todesfällen und Schäden an privaten Gütern und Infrastrukturen in Mitleidenschaft gezogen (z.B. Barredo, 2009; Guzzetti et al., 2005; Jonkman und Vrijling, 2008; Merz et al., 2004). Gemäss Berz et al. (2001) tritt weltweit keine andere Naturgefahr derart oft auf und richtet solch hohe Schäden an wie Hochwasser. Besonders kritische Situationen entstehen, wenn dicht besiedelte Gebiete von Hochwasser betroffen sind (Kreibich und Thieken, 2009; Kunreuther, 2006). Als Beispiele in der neueren Vergangenheit wären in Europa die Überflutungen durch den Arno in Florenz 1966 (Morandini,

1967), durch die Elbe in Dresden und Prag 2002 (Walther et al., 2004) oder durch die Aare in Bern 1999 und 2005 (BWG, 2000; Bezzola und Hegg, 2007) zu erwähnen. In der Schweiz verursachten Hochwasser, Rutschungen, Murgänge und Steinschlag für den Zeitraum von 1972–2007 Gesamtschäden von durchschnittlich 360 Mio. CHF pro Jahr (Hilker et al., 2008). Über 90% dieser Schadenskosten sind dabei auf den Naturgefahrenprozess Hochwasser zurückzuführen (Hilker et al., 2009). Hochwasser der Sihl ziehen die Stadt Zürich schon seit jeher in Mitleidenschaft, wobei erste schwere Ereignisse aus den Jahren 1562 und 1732 aktenkundig sind. Weitere gravierende Überschwemmungen folgten 1846, 1874 und 1910. Im Jahr 1865 formulierte der Zürcher Karl Bürkli erstmals die Idee einer Ableitung der Sihl in den Zürichsee. Rund zehn Jahre später reichte er in seiner Funktion als Kantonsrat eine Motion ein, die

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zwar vom Kantonsingenieur geprüft, aber – auch nach einem zweiten Vorstoss 1897 – nie realisiert wurde (Vischer, 2003). In den folgenden Jahrzehnten wurde kaum mehr über solche Projekte gesprochen, was sicher auch mit dem Bau der Staumauer und der Aufstauung des Sihlsees 1932–1937 zu tun hat. Seither ereigneten sich in der Tat kaum grössere Hochwasser in der Sihl. Interessanterweise liegen jedoch in den Archiven Berichte aus den Jahren 1962 und 1971 vor, die zeigen, dass damals die Idee eines Hochwasser-Entlastungsstollens von der Sihl in den Zürichsee erneut aufgegriffen wurde (Vischer, 2003). Öffentlich thematisiert wird der Entlastungsstollen erst wieder seit dem Hochwasserereignis im August 2005. Ein moderner, kosteneffektiver Schutz vor Hochwassergefahren in bebauten Gebieten besteht aus einer Kombination von regelmässigem Gerinneunterhalt, raumplanerischen und bautechnischen Massnahmen und einer gut geschulten Notfallorganisation, die unter anderem ein erfolgreiches Abflussvorhersagesystem umfasst. Der Bedarf einer Früherkennung extremer Wetterphänomene und den daraus resultierenden hydrologischen Ereignissen ist in der Schweiz nach dem Hochwasser 2005 stark gestiegen. Ein Früherkennungssystem basiert auf einer effizienten Erfassung, Übermittlung und Darstellung ereignisrelevanter Daten und Informationen − vor und während gefährlichen Naturereignissen. Dies erfordert eine zentrale Daten- und Informationsplattform, die jederzeit von den verantwortlichen Personen in den zuständigen Krisenstäben aufgerufen und konsultiert werden kann (Bründl et al., 2004). Eine solche steht für die Sihl mit IFKISHydro (Romang et al., 2007; 2010) zur Verfügung. Im Verlaufe des Jahres 2010 wird die Plattform IFKIS-Hydro Sihl in die neue Gemeinsame Informationsplattform für Naturgefahren des Bundes (GIN) integriert (Heil et al., 2010). 309

Im vorliegenden Beitrag präsentieren wir die Umsetzung von Vorhersageprodukten eines komplexen, probabilistischen Hochwasservorhersagesystems für das voralpine Einzugsgebiet der Sihl (vgl. Zappa et al., 2010; «Wasser Energie Luft» 3-2010). Im Rahmen des Projektes «Durchmesserlinie (DML) SBB» wird seit 2007 im Areal des Zürcher Hauptbahnhofs unterhalb der Sihl der neue Bahnhof Löwenstrasse erstellt (Schatzmann et al., 2008). Die Arbeiten führen zu einer Reduktion der Abflusskapazität der Sihl (Bild 1, vgl. auch Abschnitt 2.2) und somit zu einer vorübergehenden Verschärfung des Hochwasserrisikos im Bereich des Hauptbahnhofes. Die Modellausgaben des Vorhersagesystems werden mit weiteren Entscheidungshilfeprodukten ergänzt und dienen zur Früherkennung potenziell bedrohlicher Abflussereignisse in der Zürcher Innenstadt im Allgemeinen und auf der Baustelle DML im Speziellen. In Abschnitt 2 gehen wir auf die Hochwassersituation entlang der Sihl mit Schwerpunkt Zürich Hauptbahnhof ein. Nachfolgend werden die angewendeten Werkzeuge der Hochwasserwarnung präsentiert (Abschnitt 3) sowie die Organisation der Expertengruppen, die zur Verfügung stehenden Handlungsoptionen und das Sicherheitsdispositiv diskutiert (Abschnitt 4). Abschliessend zeigen wir in Abschnitt 5 anhand zweier Hochwasserereignisse im Sommer 2009 wie die Produkte des Vorhersagesystems interpretiert und als Basis für die Entscheidfindung verwendet werden.

Hochwassersicherheit des Sihltals und der Stadt Zürich

2.1

Gebietsbeschreibung und historische Hochwasser Das voralpine Einzugsgebiet der Sihl bis Zürich umfasst eine Fläche von 336 km2 und weist eine mittlere Höhe von 1060 m ü.M. auf. Das Gebiet reicht von 412 m ü.M. am Standort Zürich-Sihlhölzli (Abflussmessstation des Bundesamtes für Umwelt BAFU) bis auf 2282 m ü.M. (Spitze Drusberg, Kt. SZ). Eine besondere hydrologische Charakteristik des Einzugsgebietes der Sihl stellt die Form des untersten Gerinneabschnittes entlang des Sihltals bis zur Stadt Zürich dar. Je nach hydrologischen Vorbedingungen unterhalb des Stausees werden Hochwasserwellen aus den Teileinzugsgebieten der Alp oder der Biber in diesem schmalen und rund 30 km langen Streifen mehr oder weniger stark abgeflacht. In Abhängigkeit des vorherrschenden Abflusses variieren die Fliesszeiten entlang dieses Abschnittes zudem stark. Während Hochwasserspitzen kleiner Ereignisse den Pegel Sihlhölzli bis zu sechs Stunden nach ihrer Registrierung an der Messstation Blattwag (oberes Sihltal) erreichen, dauert dies bei grösseren Ereignissen nur knapp drei Stunden. Detaillierte Angaben zum Gesamtgebiet, den verschiedenen Teileinzugsgebieten der Sihl sowie zur beträchtlichen Beeinflussung des Abflussregimes der Sihl seit Beginn der Wasserkraftnutzung 1938 werden in Zappa et al. (2010) gegeben. Historische Hochwasser an der

Bild 1. Die Sihl fliesst unter dem Hauptbahnhof Zürich hindurch. Zwei der insgesamt fünf Durchlässe waren (zum Zeitpunkt der Aufnahme) mit Fluttoren geschlossen, welche im Falle einer Baustellenflutung geöffnet werden könnten. Aufnahmedatum: 14. Juli 2008; Abfluss rund 105 m3 s-1; Aufnahme von Oberstrom. 310

Sihl mit beträchtlichen Schäden in Zürich sind aus den Jahren 1846, 1874 und 1910 bekannt. Zur Zeit dieser Ereignisse existierte allerdings der Sihlsee noch nicht. Seit dessen Bau blieben grössere Hochwasserereignisse aus. Es lässt sich somit nicht sagen, ob unter den heutigen Bedingungen ähnlich hohe Werte aufgetreten wären. Es gilt jedoch zu beachten, dass auch heute unter ungünstigen Bedingungen, z.B. bei bereits hohem Seestand und einsetzendem Starkregen, eine Speicherung im Stausee nicht möglich ist. In solchen Fällen können unter Berücksichtigung der vorgeschriebenen Entlastungsausflüsse sehr grosse Wassermengen aus dem Einzugsgebiet des Sihlsees in das untere Einzugsgebiet der Sihl abfliessen und zur Erhöhung eines bestehenden Spitzenabflusses beitragen. Aus diesem Grund ist es für die Hochwassersicherheit des Sihltals und der Stadt Zürich wichtig, die Nutzung des Sihlsees als Hochwasserrückhalteraum in Betracht zu ziehen. 2.2

Der Hauptbahnhof als neuralgischer Punkt für die Hochwassersicherheit der Stadt Zürich Der über der Sihl angelegte Hauptbahnhof sowie die flussaufwärts angrenzenden Stadtteile liegen auf oder an der Peripherie des natürlichen Schwemmkegels der Sihl, der über die vergangenen 10 000 Jahre geschüttet wurde. Der Bereich um den Hauptbahnhof liegt deshalb a priori in einer potenziellen Risikozone, was auch durch die Chroniken der verschiedenen Hochwasserereignisse der Sihl im Laufe der letzten Jahrhunderte bestätigt wird (Zappa et al., 2010). Letztmals stand der Hauptbahnhof während des Ereignisses im Juni 1910 unter Wasser. Damals war die Situation des Bahnhofes allerdings noch etwas anders. Heute fliesst die Sihl − rund 500 m oberhalb ihrer Mündung in die Limmat − in einem System von fünf parallelen, 200 m langen Durchlässen unter dem Zürcher Hauptbahnhof hindurch (Bilder 1 bis 3). Diese Anordnung stellt aus Sicht der Hochwassersicherheit eine der Hauptgefährdungen im Stadtgebiet dar, da sie über dem Gewässer keinen Raum lässt und Blockierungen und Verklausungen durch Schwemmholz und anderem Treibgut begünstigt. Mit seinen gegen 3000 Fahrten pro Tag ist der Zürcher Hauptbahnhof einer der meistfrequentierten Bahnhöfe der Welt. Aufgrund seiner Stellung als Knotenpunkt im Schweizer Schienennetz haben Betriebsstörungen grossräumige

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Bild 2. Überflutungskarte der Zürcher Innenstadt im Falle eines Hochwassers der Sihl mit einer Wiederkehrperiode von 300 Jahren (ca. 450 m3 s-1). Die verschiedenfarbigen Flächen geben die Höhe einer Überschwemmung im Stadtgebiet an (HB = Hauptbahnhof). Die vollständige Originalkarte ist online verfügbar unter: www.gis.zh.ch [Juli 2010]. Auswirkungen. Zudem besteht im Falle einer Überschwemmung ein sehr grosses Schadenspotenzial im Bahnhof − inklusive der ganzen angrenzenden Tunnelsysteme − und in seiner Umgebung (Bild 2 und 3). Groben Abschätzungen zu Folge muss von direkten und indirekten Schäden in der Grössenordnung von mehreren 100 Millionen CHF bis mehreren Milliarden CHF ausgegangen werden. Ebenso ist von einer direkten Gefahr für Personen auszugehen, da täglich 350 000 Passagiere den Zürcher HB benutzen. Im Rahmen der Bauarbeiten des neuen unterirdischen Bahnhofs Löwenstrasse werden zwischen April 2008 und Dezember 2010 die Seitenwände und die Decke des unterirdischen Bahnhofs aus den einzelnen Durchlässen der Sihl heraus gebaut (Bild 3). Während dieser kritischen Bauphase wird der Durchflussquerschnitt des Flusses um 40% (während den Wintermonaten vorübergehend sogar um 60%) reduziert, wenn jeweils zwei bis drei der fünf unter dem Bahnhof führenden Durchlässe geschlossen bleiben. Aufgrund dieser Kapazitätsreduktion wird das bereits bestehende Hochwasserrisiko beträchtlich erhöht und es ergibt sich somit ein zusätzlicher Bedarf an präzisen Abflussvorhersagen. Hochwasserereignisse von rund 300 m3 s-1, was einer Wiederkehrperiode von 30–40 Jahren entspricht, können bereits zur Überflutung der Baustelle und schlimmstenfalls der gesamten unterir-

Bild 3. Querschnitt der Sihl im Bereich des Zürcher Hauptbahnhofes mit Oberbahnhof, Sihl und neuem Bahnhof Löwenstrasse (oben). Längsschnitt der Sihl im Bereich des Zürcher Hauptbahnhofes mit Oberbahnhof, Sihl und neuem Bahnhof Löwenstrasse (rot) neben den bestehenden unterirdischen Bahnhöfen Museumstrasse und SZU (unten) (Quelle: SBB).

dischen Anlagen (inklusive den Bahnhöfen Museumstrasse und SZU sowie den Gewerbebetrieben von RailCity und Shopville) sowie der angrenzenden Stadtteile im Grossraum des Zürcher Hauptbahnhofes führen. Um einen kleinen Teil der während der Bauzeit verminderten Abflusskapazität zurück zu gewinnen, wurden verschiedene bauliche Massnahmen (z.B. Sohlenabsenkung, Sohlen- und Uferstabilisierungen, Installation von Fluttoren usw.) in die Wege geleitet, welche hier nicht im Detail beschrieben werden. Daneben sind zwei organisatorische Massnahmen vorgesehen, welche massgeblich auf dem in Zappa et al. (2010) beschriebenen Prognosemodell beruhen: Die Vorabsenkung des Sihlsees und die Alarmorganisation zur Räumung und Flutung der Baustelle. Mit der Vorabsenkung des Sihlsees soll der Spitzenabfluss am Zürcher Hauptbahnhof auf weniger als 300 m3 s-1 reduziert werden. Im Handbuch zur Alarmorganisation sind sämtliche Handlungen beschrieben, welche ein termingerechtes und kontrolliertes Fluten der Baustelle ermöglichen. Das heisst, dass die Kapazität der Sihl von drei Durchlässen wieder auf die ursprünglichen fünf Durchlässe vergrössert werden kann. In Abschnitt 4 dieses Beitrages werden das Vorgehen bei einer Vorabsenkung des Sihlsees sowie die Einleitung der Baustellenräumung und -flutung im Detail erläutert.

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Werkzeuge zur Entscheidungshilfe Das Hochwasserereignis 2005 führte in der Stadt Zürich kaum zu Schäden. Die vom Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons Zürich (AWEL) in Auftrag gegebene Ereignisanalyse zeigte jedoch, dass bereits geringe bis mittlere Verschiebungen der Niederschlagsfelder zu schwerwiegenderen Überschwemmungen geführt hätten (Schwanbeck et al., 2007). Als Sofortmassnahme entwickelten das Geographische Institut der Universität Bern GIUB, die Eidgenössische Forschungsanstalt WSL, das Büro TK-Consult und die MeteoSchweiz das System IFKIS-Hydro Sihl, mit dem seit Herbst 2008 operationell Informationen für die Notfallorganisation und für den Hochwasserrückhalt im Sihlsee zur Verfügung stehen. Im März 2010 ist die gemeinsame Informationsplattform Naturgefahren (GIN) des Bundes aufgeschaltet worden, die IFKISHydro Sihl als erstes Regionalmodul integriert (Heil et al., 2010). 3.1

Visualisierungsplattform für Modellwarnungen Grundlage für eine Entscheidungsfindung und Massnahmenplanung sind schnell und benutzergerecht zur Verfügung gestellte Informationen zur meteorologischen und hydrologischen Lageentwicklung. Dazu dient eine für das AWEL massgeschneiderte, internetbasierte Lösung auf der 311

Grundlage von IFKIS-Hydro (Romang et al., 2010). In diese Visualisierungsplattform (Bild 4) fliessen Vorhersageprodukte des operationellen Hochwasservorhersagesystems PREVAH/FLORIS (Zappa et al., 2010), Informationen der meteorologischen Modelle sowie gemessene hydrometeorologische Daten (Niederschlag, Niederschlagsradar, Schneehöhe, Abfluss usw.) ein. Dabei wurde auf eine gute Kompatibilität mit GIN geachtet. Der Benutzer kann über die Plattform laufend auf die neuesten Modellergebnisse und Messungen zugreifen, welche ihm eine Einschätzung

der Lage im Einzugsgebiet erlauben und eine solide Grundlage für die Entscheidungsfindung liefern. Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die zur Verfügung stehenden Produkte zur Entscheidungshilfe. Einmal täglich liefert die MeteoSchweiz das COSMO-LEPS Ensemble (in Form von 16 einzelnen, gewichteten Membern), eine Vorhersage der Wetterentwicklung der nächsten fünf Tage. Mittels dieser mittelfristigen Prognosen wird das hydrologisch/hydraulische Modellsystem PREVAH/FLORIS angetrieben, welches das Abflussverhalten der Sihl und ihrer

Tabelle 1. Übersicht über die auf der Warnplattform der DML (vgl. Bild 4) zur Entscheidungshilfe vorhandenen Produkte, die nach der maximalen zur Verfügung stehenden Vorlaufzeit geordnet sind (abnehmend von oben nach unten).

Teileinzugsgebiete für denselben Zeitraum von fünf Tagen modelliert. Anhand der dreimal täglich von der MeteoSchweiz gelieferten COSMO-7 Daten wird zusätzlich eine deterministische Abflussvorhersage für einen Zeitraum von drei Tagen berechnet. Hier stehen dem Nutzer auch Simulationen der Sihl zur Verfügung, die durch die Kombination des Wettermodells mit dem am BAFU betriebenen hydrologischen System FEWS erstellt werden. Für einen Vorhersagezeitraum von jeweils 24 Stunden stehen schliesslich achtmal täglich die Abflussvorhersagen zur Verfügung, welche vom räumlich hoch aufgelösten deterministischen atmosphärischen Modell COSMO-2 angetrieben werden. Zudem können die Nutzer alle modellierten Daten auch jederzeit mit aktuellen Messdaten vergleichen und so die Entwicklung eines Hochwassers im Gebiet (inkl. Teileinzugsgebiete mit Messstationen) leicht verzögert nachvollziehen. Hydrologische Abflussdaten erscheinen dabei mit einer Verzögerung von rund 60 Minuten auf der Plattform, Daten des Niederschlagsradars liegen alle fünf Minuten neu vor. Die Zusammenstellung von Informationen mit unterschiedlicher Vorlaufszeit (und Aktualisierungsfrequenz) auf der Plattform soll während komplexen Hochwassersituationen entlang der Sihl verlässliche Daten sowohl für die Frühwarnung als auch für das Management des Ereignisses in Echtzeit bieten. Je näher ein Hochwasser rückt, desto genauere, zeitlich und räumlich höher aufgelöste Informationen stehen dem Anwender zur Verfügung. Diese weisen nicht nur regionalen, sondern auch stark lokalen Charakter auf. 3.2

Bild 4. Die webbasierte Visualisierungsplattform IFKIS-Hydro Sihl am 15.07.2009. Die wahrscheinlichste Abflussspitze der Sihl beim Hauptbahnhof von rund 75 m3 s-1 wird mit rund 80 Stunden Vorlaufzeit auf den 18.07.2009 um 12:00 Uhr vorausgesagt. Abflussspitzen von über 150 m3 s-1 sind möglich (zwei Member). Die tatsächlich gemessene Spitze betrug rund 115 m3 s-1 und wurde am 18.07.2009 um 04:20 Uhr gemessen (Quelle: Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft, Kanton Zürich). 312

Warnstufen für die Baustelle Durchmesserlinie Für den Bau des Bahnhofs Löwenstrasse als Bestandteil der Durchmesserlinie wurde vom Bundesamt für Verkehr BAV eine eigenständige Alarmorganisation für Hochwasser in der Sihl gefordert. Diese unterscheidet sich von derjenigen des Kantons Zürich und wird im Folgenden beschrieben. Kernelement ist die Plattform IFKIS-Hydro Sihl. Diese stellt Alarme auf drei verschiedenen Warnstufen für alle berücksichtigten Abflussmessstellen sowie für virtuelle Kontrollpunkte, wie etwa der gesamte Zufluss in den Sihlsee dar. Die aktuell gültigen Warnstufen für ausgewählte Kontrollpunkte im Einzugsgebiet der Sihl sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Die Definition der Warnstufen für Standorte mit Abflussmessstationen basieren auf der statistischen Wiederkehrperiode von Er-

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eignissen. Warnstufe 1 (WS1) entspricht einem Abflusswert mit einer Wiederkehrdauer von rund 60 Tagen. Bei WS2 beträgt die Wiederkehrperiode 120 bis 180 Tage und bei WS3 beträgt sie 10 Jahre. Für den virtuellen Kontrollpunkt Zufluss Sihlsee entsprechen die drei Warnstufen denjenigen Zuflussmengen in m3s-1, welche einer Zunahme des Seespiegels um 1 cm, 2 cm bzw. 4 cm innerhalb einer halben Stunde entsprechen. Für den Pegel des Sihlsees selbst sind die Warnstufen gemäss dem Regulierreglement definiert. Loggt sich ein Anwender in IFKISHydro Sihl ein, kann er sich auf einen Blick informieren, ob für ein gewisses Teileinzugsgebiet oder für die Sihl am Standort Zürich eine Frühwarnung ausgegeben wurde. Die Modellwarnungen basieren auf den durch COSMO-LEPS, COSMO-7 und COSMO-2 angetriebenen PREVAH/FLORIS Modellierungen. Der Hintergrund des Schriftzuges des betroffenen (Teil-) Einzugsgebietes ist gemäss der aktuell zutreffenden Warnstufe eingefärbt (z.B. roter Hintergrund für «Sihlsee, Level» in Bild 4). Während bei einer grünen Hintergrundsfarbe keine der hydrologischen Vorhersagen die tiefste Warnstufe erreicht hat, kennzeichnet ein gelber, oranger oder roter Hintergrund die Überschreitung der WS1, WS2 bzw. WS3. Die hydrologischen Ensemble-Vorhersagen (H-EPS) machen den Benutzer auf eine allfällige Warnung für ein Gebiet aufmerksam, wenn mindestens ein Drittel der Member eine der vordefinierten Warnstufen überschritten hat. Auf der Visualisierungsplattform werden zudem die Modellganglinien und -warnungen der letzten sechs Tage angezeigt, was für die Nachvollziehbarkeit von zurückliegenden Entscheidungen wichtig ist. 4.

Organisatorische Massnahmen im Rahmen des Projektes DML Der Bau des Bahnhofs Löwenstrasse im Rahmen des Projektes «Durchmesserlinie SBB» führt – wie bereits in Abschnitt 1 und 2 ausgeführt – zu einer vorübergehenden

Einengung des bereits begrenzten Abflussquerschnittes der Sihl. Entsprechend wurden organisatorische Massnahmen erarbeitet, welche im Falle von erwarteten Hochwasserspitzen zur Durchführung gelangen. Während die «Vorabsenkung Sihlsee» innerhalb eines Zeitraumes von drei Tagen vor Ereignisbeginn durchgeführt wird, tritt die Einleitung der Baustellenräumung und -flutung frühestens 24 Stunden vor Ereignisbeginn bzw. während der Ereignisphase in Kraft. 4.1 Vorabsenkung Sihlsee Das Einzugsgebiet des Sihlsees umfasst fast die Hälfte der gesamten betrachteten Einzugsgebietsfläche. Eine Reduktion oder gänzliche Unterbindung des Abflusses aus diesem Teileinzugsgebiet kann den Hochwasserabfluss der Sihl deutlich reduzieren, und somit das Hochwasserrisiko in der Stadt Zürich temporär wesentlich entschärfen. Um während eines Hochwasserereignisses eine solche Abflussreduktion zu ermöglichen, muss der Sihlsee entweder bereits vor dem Niederschlag einen sehr tiefen Pegelstand aufweisen, oder der See muss vorzeitig künstlich abgesenkt werden. Eine Vorabsenkung des Sihlsees kann in Betracht gezogen werden, wenn die meteorologischen und hydrologischen Vorhersagen unter Berücksichtigung des aktuellen Seestandes des Sihlsees aufzeigen, dass der Seepegel das Stauziel von 889.34 m ü.M. überschreiten könnte oder wenn eine Pegelzunahme von mehr als 2 cm in 30 Minuten (ab einem Pegel von 888.70 m ü.M.) zu erwarten ist. Diese beiden Situationen würden aufgrund des Wehrreglements in einer automatischen Hochwasserentlastung des Sees resultieren, was zu einem ungünstigen Zusammenfallen der Wassermengen aus dem Sihlsee mit allfälligen Hochwasserspitzen aus den unterliegenden Einzugsgebieten der Alp und/oder Biber führen könnte. Um ein Rückhaltevolumen von 10, 20 oder sogar 30 Mio. m3 zu schaffen, muss eine Entlastung in einem Zeitraum der Grös-

Tabelle 2. Warnstufen (WS) für ausgewählte Kontrollpunkte im Einzugsgebiet der Sihl. «Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

senordnung von 24 bis 48 Stunden, in Extremfällen bis 72 Stunden vor Ereignisbeginn erfolgen. Die genaue Menge abzulassenden Wassers wird mittels eines Berechnungs- und Entscheidungsschemas ermittelt, das auf den vorliegenden Niederschlags- und Abflussvorhersagen basiert, und auch die Turbinierwassermengen des Kraftwerkes berücksichtigt. Die Prognose von lokalen Gewitterereignissen ist über einen Zeitraum von 48 bis 72 Stunden nicht möglich, weshalb eine Vorabsenkung in erster Linie als Massnahme bei lang anhaltenden, ausgiebigen Niederschlagsereignissen (analog August 2005 und 2007 oder Mai 1999) vorgesehen ist. Liegt der Pegel des Sihlsees sehr hoch (höher als 888.50 m ü.M.) und ist eine grosse allgemeine Gewitteraktivität prognostiziert, kann aber ebenfalls eine Vorabsenkung in Betracht gezogen werden. DurcheinevorzeitigeAbsenkungdes Sihlsees steigt der resultierende Abfluss in der Sihl auf einen Wert von 60 bis 130 m3 s-1, in Extremfällen auf bis ~ 170 m3 s-1 (entspricht einem kleinen Hochwasser mit einer Jährlichkeit von unter 5 Jahren). Da sich eine Änderung des Wasserstandes in der Sihl bei Niederwasser viel stärker bemerkbar macht als bei Hochwasser, erfolgt im Falle einer Absenkung die Erhöhung der Abflüsse je nach vorherrschendem Wetter unterschiedlich schnell. Bei schönem Wetter erfolgt der Anstieg bis auf einen Abfluss von 20 m3 s-1 über mindestens sechs Stunden. Dies erlaubt den Erholungssuchenden entlang der Sihl, sich in einem angemessenen Zeitraum aus dem Flussbett bzw. dem Uferbereich zurückzuziehen. Ist die Witterung schlecht, erfolgt der Anstieg schneller. Beratungsgruppe «Vorabsenkung Sihlsee» Über eine allfällige Vorabsenkung des Stausees wird in kritischen Situationen im Rahmen der Beratungsgruppe «Vorabsenkung Sihlsee» diskutiert. Diese setzt sich aus jeweils einem Vertreter der nachfolgend aufgelisteten Organisationen zusammen. • SBB Durchmesserlinie • SBB Etzelwerk AG • igzalo (Basler&Hofmann/Pöyry Infra): Bauleitung/Projektverfasser • igzalo (Basler&Hofmann/Pöyry Infra): Wasserbau • Eidg. Forschungsanstalt WSL • Vertreter Bezirk Einsiedeln • Bauplatzversicherung der SBB Die Beratungsgruppe wird durch die Ver313

Bild 5. Fluttore unterstrom (links): Spundwandbohlen im Wechsel mit Betonelementen. Im Rahmen einer Baustellenflutung werden diese Elemente mittels Seilbagger hochgezogen (rechts) (Quelle: igzalo). treter Wasserbau/Hydrologie der igzalo einberufen, wenn aufgrund des operationellen Modells die Eintretenswahrscheinlichkeit eines bedrohlichen Abflusses von mehr als 300 m3 s-1 der Sihl am Zürcher HB zwischen 5 und 20% liegt. Im Ernstfall trifft sich die Beratungsgruppe «Vorabsenkung Sihlsee» am Standort Hauptbahnhof Zürich. In der Gruppe nicht direkt vertreten ist die MeteoSchweiz, welche jedoch bei Bedarf via 24-Stunden-Hotline jederzeit eine Spezialberatung liefern kann. Die SBB-Durchmesserlinie in ihrer Funktion als Bauherrin leitet die Besprechungen der Beratungsgruppe, trägt die Verantwortung über jegliche Entscheide (Mehrheitsbeschluss sämtlicher Vertreter) und löst die Vorabsenkung Sihlsee oder die Korrektur einer bereits laufenden Vorabsenkung aus. Ebenso beendet oder reduziert die SBB-Durchmesserlinie die Vorabsenkung auf der Basis von vordefinierten Niederschlags- und Abflusskriterien. Der Beschluss wird der Hochwasserfachstelle des Kantons und der Kantonspolizei mitgeteilt. Diese können in Ausnahmesituationen die Führung für die Steuerung des Sihlsees übernehmen. Das Bundesamt für Umwelt BAFU ist für Abflussprognosen im Einzugsgebiet der Limmat verantwortlich. Aus diesem Grund können Experten der Sektion Analysen und Vorhersagen des BAFU jederzeit konsultiert werden, falls Entscheidungen der Beratungsgruppe die unterliegenden Regionen massgeblich betreffen würden. Das Vorgehen im Rahmen der Besprechungen der Beratungsgruppe ist gemäss einem detaillierten Protokoll gere314

gelt. Sämtliche Beschlüsse und Wege der Entscheidungsfindung werden durch die Bauleitung schriftlich protokolliert, um eine Nachvollziehbarkeit zu gewährleisten. 4.2

Alarmorganisation zur kontrollierten Räumung und Flutung der Baustelle Ziel der Alarmorganisation ist die Durchführung einer kontrollierten Flutung der Baustelle. Diese Massnahme wird dann zentral, wenn die Vorabsenkung Sihlsee nicht oder nur unzureichend ausgeführt werden konnte und im Zeitraum von 24 Stunden ein Hochwasserabfluss von mehr als 300 m3 s-1 erwartet wird. Bevor die Baustelle geflutet werden kann, müssen innerhalb dieser 24 Stunden die Durchlässe geräumt und flutungssicher gemacht werden, was je nach Bauphase mit unterschiedlich grossem Aufwand verbunden ist. Die Baustellenflutung selbst wird unterstromseitig durch Ziehen von im Wechsel angeordneten Spundwandbohlen und Betonelementen mittels Seilbagger (Bild 5) und oberstromseitig durch Heben von Fluttoren mittels Hydraulikantrieb ausgeführt. Dabei werden die abgeschotteten Durchlässe jeweils zuerst unterstromseitig und darauf oberstromseitig geöffnet, damit die Bildung einer Flutwelle vermieden werden kann. Diese Prozedur alleine dauert gut zwei Stunden. Die Alarmorganisation ist in verschiedene Phasen unterteilt und basiert auf dem prognostizierten Abfluss der Sihl für den Standort Zürich Sihlhölzli sowie auf dem gemessenen Abfluss in der Blattwag (Tabelle 3). Die wichtigsten Phasen sind nachfolgend kurz zusammengefasst:

•

Phase «Ständige Überwachung»: Tägliche Konsultation von Niederschlagsund Abflussprognosen durch Berater WSL und igzalo (Basler&Hofmann/ Pöyry Infra) bei tiefen bis mässigen Abflüssen der Sihl. Ab einem gemessenen Abfluss in der Blattwag von 40 m3 s-1 werden alle Materialien entfernt und Bauarbeiter müssen den offenen Flussraum verlassen (gilt nicht im Bereich der durch Fluttore abgeschotteten Durchlässe). • Phase «Bereitschaft»: Ab den entsprechenden Grenzwerten wird die Koordinationsgruppe Baustelle einberufen und erste Massnahmen zur Gewährleistung der Hochwassersicherheit eingeleitet (z.B. Entfernung von Schwemmholz). • Phase «Baustellenflutung»: Erreichen die Abflüsse in der Sihl sehr hohe Werte bzw. sind solche prognostiziert, wird durch Beschluss der Koordinationsgruppe Baustelle die kontrollierte Baustellenflutung ausgelöst und durchgeführt. Die gültigen Grenzwerte für die operationelle Bestimmung der vorherrschenden Phase sind in Tabelle 3 aufgeführt. Eine kontrollierte Flutung der Baustelle kann innerhalb von sechs bis zwölf Stunden durchgeführt werden. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass bereits bei den ersten Anzeichen eines Hochwassers auf der Baustelle mit Vorbereitungs- und Räumungsmassnahmen begonnen wird. Über eine allfällige Flutung muss demnach mindestens 24 Stunden vor dem Erreichen eines kritischen Abflusses beraten werden.

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Tabelle 3. Grenzwerte für die operationelle Bestimmung der vorherrschenden Phase der Alarmorganisation. Die Bedingungen für eine Baustellenflutung sind in drei Varianten (a) bis (c) definiert.

Koordinationsgruppe der Alarmorganisation In der Koordinationsgruppe der Alarmorganisation sind der Bauunternehmer, der Bauherr, die Bauleitung/Projektverfasser igzalo, die Vertreter Wasserbau/Hydrologie der igzalo und bei Bedarf die Versicherung der SBB vertreten. In diesem Organ werden sämtliche Fragen betreffend Hochwassersicherheit auf der Baustelle besprochen und gegebenenfalls die kontrollierte Baustellenflutung ausgelöst. Als Betreiber des Vorhersagesystems wirkt die WSL bei einer Einberufung der Koordinationsgruppe beratend mit. Ab prognostizierten Abflüssen am Zürcher Hauptbahnhof von mehr als 200 m3 s-1 erfolgt die Koordination mit den zuständigen kantonalen Stellen. Überlegungen zum Verhältnis von Kosten und Nutzen Die Kosten, die mit einer Flutung der Baustelle zusammenhängen, sind weitgehend auf den Unterbruch der Arbeiten und somit die Verzögerung des Arbeitsprozesses zurückzuführen. Sie hängen daher stark von der Situation der Baustelle zum Zeitpunkt der Flutung sowie von dessen Dauer und den darauf folgenden Aufräumarbeiten ab. Es wird davon ausgegangen, dass bestenfalls eine Verzögerung von drei Arbeitstagen verursacht wird. Gemäss igzalo (2008) wird der Schaden infolge einer Baustellenflutung auf rund 1.7 Mio. CHF geschätzt. Die Folgekosten infolge Bauverzögerungen könnten eine weitere Million Franken betragen. Das Restrisiko eines sehr grossen Hochwasserereignisses (Wiederkehrperiode von 300–500 Jahren) beziffert sich unter der Annahme eines Schadenpotenzials von mindestens 500 Mio. CHF bei der Flutung des HB-Areals (direkte Schadenskosten und Infrastruktur sowie volkswirtschaftliche Folgekosten) und einer Bauzeit von rund drei Jahren auf mindestens 3.75 Mio. CHF (igzalo, 2008). Berücksichtigt man ein volks- bzw. betriebswirtschaftlich anzustrebendes Verhältnis von verhinderten Schäden zu den Kosten der Präven-

tion von 4/1 bis 2/1, dann lohnt es sich, Vorabsenkungskosten in der Grössenordnung von 1.5 bis 3 Mio. CHF in Betracht zu ziehen. Selbstverständlich wird die Koordinationsgruppe der Alarmorganisation vor einem zu fällenden Entscheid aktuelle Schätzungen zu den Kosten einer Baustellenflutung beiziehen. Gemäss Vorgabe der Etzelwerk AG werden pro 10 Mio. m3 Vorabsenkung (entspricht in etwa 1 m Stauhöhe Sihlsee) Folgekosten von rund 1.25 Mio. CHF in Rechnung gestellt. Bei dieser Abschätzung handelt es sich allerdings um Richtkosten. Effektiv sind die Einkommensausfälle nur zu zahlen, falls das präventiv entlastete Wasser durch die Auffüllung des Sihlsees während dem Niederschlagsereignis nicht vollständig kompensiert wird. Fällt ein Niederschlagsereignis gegenüber dessen Prognose abgeschwächt aus, so entstehen Teilkosten. Abschliessend lässt sich somit sagen, dass die tatsächlichen Kosten für den Kraftwerkbetreiber in den meisten Fällen tiefer ausfallen dürften als die zum Zeitpunkt der Entscheidung für eine Vorabsenkung berechneten Ausfallkosten. 4.3

Kommunikation

Interne Kommunikation: Die WSL und die igzalo (Wasserbau/ Hydrologie) führen wöchentlich (jeweils freitags) eine Lagebeurteilung der hydrologischen Situation im Einzugsgebiet der Sihl durch und stellen diese allen Personen der Beratungsgruppe «Vorabsenkung Sihlsee», einer Koordinationsgruppe Baustelle sowie der kantonalen Hochwasserfachstelle zu. Die Lagebeurteilung bezieht sich auf das folgende Wochenende und gibt ein Statement über die Wahrscheinlichkeit einer Einberufung der Beratungsgruppe und/oder der Koordinationsgruppe ab. Dementsprechend wird den beteiligten Verantwortlichen eine Empfehlung darüber abgegeben, ob sie den Grossraum Zürich verlassen können oder dies vermeiden sollten.

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Externe Kommunikation im Rahmen der Vorabsenkung Sihlsee: Über die Einberufung der Beratungsgruppe «Vorabsenkung Sihlsee» werden die Verantwortlichen der SBB, des Kantons Zürich sowie zwei Kraftwerkbetreiber an der Sihl im näheren Bereich des Sihlsees per Email, Fax und/oder Mobiltelefon informiert. Wird eine Vorabsenkung des Sihlsees ausgeführt, bestellt die Beratungsgruppe bei der Etzelwerk AG per Fax den notwendigen Entlastungsabfluss (m3 s-1) für die erforderliche resp. noch mögliche Entlastungsdauer (h). Anschliessend werden, nebst den Verantwortlichen seitens SBB und Kanton Zürich, sämtliche Anstössergemeinden der Sihl, sämtliche Kraftwerkbetreiber entlang der Sihl und der Limmat und zahlreiche weitere «feste Sihlanstösser» per Email oder Fax über die Durchführung der Vorabsenkung informiert. Die Kommunikation der «mobilen Sihlanstösser», insbesondere der Erholungssuchenden geschieht a) durch mehr als 100 Warntafeln entlang der Sihl zwischen Zürich und Schindellegi und b) durch das bereits erwähnte langsame Hochfahren des Abflusses aus dem Sihlsee. Zudem werden die Medien über die Vorabsenkung informiert. 5.

Interpretation der Modellierungen und Anwendungsbeispiele

5.1

Interpretation der Grafiken auf der Web-Plattform In Bild 4 ist beispielhaft der grafische Output der PREVAH/FLORIS Simulation vom 15. Juli 2009 dargestellt. Die y-Achse stellt die Abflusswerte in m3 s-1 dar, während auf der x-Achse die Zeit abgebildet ist. Die Abflussmessungen sind mit einer blauen Linie dargestellt und enden zum Zeitpunkt, an dem die Grafik erstellt wurde. Die hellgrüne Kurve stellt den anhand gemessener Niederschlagswerte simulierten Abfluss (auch Nowcasting genannt) dar. Die verschiedenen Kurven, die auf der Zeitachse rechts vom aktuellen Zeitpunkt liegen, sind Prognosedaten, die auf der Basis von meteorologischen Vorhersagedaten berechnet wurden. Sie sind alle durch rötliche Farbtöne gekennzeichnet. Je nach verwendetem meteorologischem Modell ist der Zeitraum der Vorhersage unterschiedlich lang (vgl. Abschnitt 3.2). Hier wenden wir uns hydrologischen Vorhersagen zu, die auf Daten von COSMO-LEPS basieren. Anhand der Ensemble-Vorhersage mit 16 Varianten (Membern) der Witterungsentwicklung 315

modelliert PREVAH 16 entsprechende Abflussganglinien, welche in Bild 4 violett gekennzeichnet sind. Die einzelne dunkelrote Kurve stellt dabei den Median der Ensemble-Member dar. Der interquartile Bereich (25–75%) ist hellrosa hinterlegt. Er enthält per Definition zu jedem Zeitpunkt die Hälfte aller Member. Gemäss hydrologischer Prognose wird sich der Abfluss zum Zeitpunkt t mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% innerhalb dieser Fläche befinden. Der interquantile Bereich von 33–66% ist mit einer etwas dunkleren Farbe hinterlegt (mittleres Drittel). Die Unsicherheit einer Wettervorhersage ist umso grösser, je weiter der Vorhersagezeitpunkt in der Zukunft liegt. Diese Unsicherheit wird dem hydrologischen Modell vererbt. Die Member stellen die möglichen Entwicklungen des Abflusses dar und drücken auf diese Weise die Unsicherheit in der Wettervorhersage aus. Es ist von Wichtigkeit, die einzelnen

Member nicht separat zu betrachten, sondern das Ensemble der Abflussvorhersage immer als Einheit zu interpretieren. 5.2 Die Peak-Flow-Box Als Interpretationshilfe dienen bei prognostizierten Hochwasserereignissen zwei verschachtelte blaue Rechtecke mit einem gemeinsamen Fadenkreuz (Bilder 4, 6 und 7). Diese so genannte Peak-Flow-Box besteht aus vier Elementen, deren Bedeutung nachfolgend erläutert wird. • Das äussere Rechteck weist zwei wichtige Punkte auf. Die linke untere Ecke wird durch den Zeitpunkt t0 (früheste Auftretenszeit der Abflussspitze eines Members, dessen Wert das WL1 überschreitet) und den Abfluss p0 (tiefster prognostizierter Spitzenwert eines Members während dem Ereignis) definiert. Die rechte obere Ecke ist analog definiert. Sie stellt den spätesten Zeitpunkt (t100) und den maximalen

Abfluss (p100) des Ensembles dar. Das innere Rechteck hat als linke untere Koordinate die 25% Quartile der Spitzenabflusszeit (t25) und die 25% Quartile des Spitzenabflusses (p25) aller Member der gesamten Vorhersageperiode. Für die rechte obere Ecke sind entsprechend die 75% Quartile (t75 und p75) ausschlaggebend. Das innere Rechteck enthält 25% aller Spitzenabflüsse des Ensembles. • Die horizontale Linie des Fadenkreuzes reicht von p0 bis p100 und repräsentiert den Ensemble-Median des Spitzenabflusses (p50). Die vertikale Linie des Fadenkreuzes reicht von t0 bis t100 und repräsentiert den EnsembleMedian der Spitzenabflusszeit (t50). In den folgenden beiden Abschnitten werden zwei verschiedene Hochwassersituationen aus dem Jahr 2009 präsentiert. Diese wurden durch lang andauernde bzw. durch gewittrige Niederschläge ausgelöst und geben bestehende Probleme bei der Hochwasservorhersage wieder. •

5.3

Bild 6. Das Abflussereignis vom 17./18. Juli 2009. Vorhersagen des Modellsystems PREVAH/FLORIS für den Abfluss der Sihl beim Hauptbahnhof rund 36 Stunden (Prognose vom 16. Juli; Grafik oben) und zwölf Stunden (Prognose vom 17. Juli; Grafik unten) vor dem Beginn des Ereignisses. Meteorologische Datengrundlage COSMOLEPS. Die beobachteten Abflüsse (Stundenmittel, blaue Linie) wurden zu Auswertungszwecken nachträglich jeweils für den gesamten dargestellten Zeitraum angegeben; in der Abflussprognose endet sie zum Zeitpunkt der Modellrechnung (vgl. Bild 4). 316

Ereignis vom 17. Juli 2009 – Markante Kaltfront Am Freitag, 17. Juli 2009 ging eine markante Kaltfront über die Schweiz hinweg. Eine detaillierte Ereignis-Dokumentation ist in MeteoSchweiz (2009a) gegeben. Insgesamt brachte die Kaltfront beträchtliche Niederschlagsmengen. Vom 17. Juli 18 Uhr bis zum nächsten Morgen um 6 Uhr fielen von den östlichen Alpen bis zum Bodenseeraum verbreitet zwischen 40 und 70 mm Niederschlag. In den östlichen Voralpen kamen Mengen von über 100 mm zustande. Diese Starkniederschläge führten in weiten Teilen der Schweiz zu erhöhten Pegelständen in Bächen und Flüssen. Der Abfluss der Sihl im Sihlhölzli erreichte am 18. Juli um 4:20 Uhr ein maximales Stundenmittel von 117 m3 s-1. In den Bildern 4 und 6 sind die Vorhersagen des Modellsystems PREVAH/ FLORIS für den Abfluss der Sihl beim Hauptbahnhof drei Tage (Bild 4), zwei Tage und einen Tag (Bild 6) vor dem tatsächlichen Hochwasserereignis dargestellt. Die Unsicherheit im Timing der Abflussspitze beträgt in der Prognose vom 15. Juli knapp mehr als einen Tag (Bild 4, äusseres Rechteck der Peak-Flow-Box), wobei das Ensemble den Spitzenwert am 18. Juli mittags andeutet. In der Vorhersage vom 16. Juli hat sich diese Unsicherheit bezüglich des Timings der Abflussspitze verringert und beträgt noch 18 Stunden (Bild 6, oben). Der Median des Zeitpunktes der Spitzen aller Member befindet sich genau

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bei 4 Uhr, der Auftretenszeit der tatsächlich gemessenen Abflussspitze. Die Vorhersageunsicherheit der Spitzenabflusswerte ist für die Prognosen vom 15. und 16. Juli sehr hoch. Die einzelnen Ensemble-Member zeigen drei Tage vor dem Ereignis Spitzenwerte zwischen 10 und 280 m3 s-1 (Bild 4) und zwei Tage vor dem Ereignis zwischen 15 und 160 m3 s-1 (Bild 6, oben). Anhand des inneren Rechteckes der Peak-Flow-Box lässt sich der zu erwartende Spitzenwert etwas besser einordnen. Die entsprechenden Ensemble-Mediane betragen 70 m3 s-1 bzw. 75 m3 s-1 und deuten klar auf ein Abflussereignis mit Spitzenwert über der WS1 hin. Trotz leichter Zunahme der Prognoseunsicherheit gegenüber dem Vortag stimmt die Vorhersage vom 17. Juli 2009 sowohl im Timing, als auch im Abflussvolumen relativ gut mit der gemessenen Abflusskurve überein (Bild 6, unten). Die beobachtete Spitze kommt dabei knapp im inneren Rechteck der Peak-Flow-Box zu liegen, und weicht nur wenig vom Fadenkreuz der Peak-Flow-Box ab. Das beobachtete Maximum von 117 m3 s-1 liegt rund 20 m3 s-1 über dem EnsembleMedian des Spitzenabflusses (97 m3 s-1) und wurde etwas nach 4 Uhr erreicht, was einer zeitlichen Abweichung vom Ensemble-Median der Spitzenabflusszeit von 4 Stunden entspricht. Bei der Interpretation einer Prognose darf das Fadenkreuz der Peak-Flow-Box jedoch nicht als deterministische Prognose betrachtet werden. Die Peak-Flow-Box stellt lediglich eine Hilfe zur Interpretation der Ensemble-Vorhersage dar. In der Lagebeurteilung vom 17. Juli (9:40 Uhr) fassten die verantwortlichen Berater der WSL und igzalo die Situation wie folgt zusammen: «Im Einzugsgebiet der Sihl ist zwischen Freitagmittag und Samstagmittag mit zwischen 40 und 60 mm allenfalls bis gegen 80 mm [Niederschlag] zu rechnen. Zusammen mit der von den Vorregen vorhandenen Vorfeuchte lässt dies ein Überschreiten der 2. Warnstufe an den meisten Abflussmessstellen als wahrscheinlich erscheinen [vgl. Tabelle 2]. An der Sihl in Zürich sind Abflüsse zwischen 70 und 130 m3 s-1 wahrscheinlich, ein deutliches Überschreiten der Schwelle von 200 m3 s-1 ist nach keiner der vorliegenden Vorhersagen zu erwarten [Bild 6, unten]. Falls wegen deutlich höherer Niederschläge als erwartet mehr Wasser aus dem Sihlsee entlastet werden muss, sind höhere Abflüsse aber nicht völlig ausgeschlossen.»

Insgesamt darf von einer erfolgreichen Prognose gesprochen werden, die auch gut interpretiert wurde. Die Berater teilten eine Spannweite möglicher Spitzenabflüsse mit. Die für die Sicherheit der Baustelle und der Stadt verantwortlichen Personen wurden zudem gebeten, sich bis Samstagmittag für einen allfälligen Einsatz bereit zu halten. Schliesslich mussten jedoch keine weiteren Massnahmen eingeleitet werden. 5.4

Ereignis vom 8. August 2009 – Gewittriger Starkregen Am Samstag, 8. August 2009 haben sich auf der Alpennordseite mehrere, teils heftige gewittrige Regenfälle entladen (MeteoSchweiz, 2009b). Wegen der schwachen südwestlichen Höhenwinde blieben die Niederschlagszonen länger ortsfest und sorgten stellenweise für beträchtliche Niederschlagsmengen. Ein lokales Maximum trat dabei in der Region zwischen Luzern und dem Zürichsee auf. So wurde bei-

spielsweise Wädenswil am frühen Nachmittag von einer Gewitterzelle getroffen. Das Messgerät der MeteoSchweiz Station lag dabei nicht direkt unter dem maximalen Radarecho, trotzdem wurden innert kurzer Zeit fast 53 mm registriert. 40.5 mm fielen allein innerhalb einer Stunde, was gemäss statistischer Auswertung einem Ereignis mit einer Wiederkehrdauer von 18 Jahren entspricht (MeteoSchweiz, 2009b). Die Teileinzugsgebiete des Sihlsees sowie die stark Abfluss bildenden Flyschböden im hinteren Alptal waren am 8. August nur am Rande von den Gewitterzellen betroffen. Trotzdem erreichte die resultierende Abflussspitze der Sihl (Sihlhölzli) einen Wert von über 100 m3 s-1 (5-min-Mittel). Die Besonderheit bei diesem Ereignis war der rasche Anstieg des Wasserspiegels, welcher in der Blattwag in fünf Minuten um 1.4 m bzw. 110 m3 s-1 und dreieinhalb Stunden später beim Sihlhölzli in 20 Minuten um 0.9 m bzw. 110 m3 s-1 anstieg. In Bild 7 sind die entsprechenden

Bild 7. Das Abflussereignis vom 8./9. August 2009. Vorhersagen des Modellsystems PREVAH/FLORIS für den Abfluss der Sihl beim Hauptbahnhof rund 60 Stunden (Prognose vom 6. August; Grafik oben) und 36 Stunden (Prognose vom 7. August; Grafik unten) vor dem Beginn des Ereignisses. Meteorologische Datengrundlage COSMO-LEPS. Die beobachteten Abflüsse (Stundenmittel, blaue Linie) wurden zu Auswertungszwecken nachträglich jeweils für den gesamten dargestellten Zeitraum angegeben; in der Abflussprognose endet sie zum Zeitpunkt der Modellrechnung (vgl. Bild 4).

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317

Bild 8. Das Hochwasserereignis vom 8./9. August 2009. PREVAH/FLORIS Vorhersage des 7. August. Meteorologische Datengrundlage: COSMO-7. Vorhersagen für den Abfluss der Sihl beim Hauptbahnhof zwei Tage und einen Tag vor dem tatsächlichen Ereignis dargestellt. Die Unsicherheit im Timing der Abflussspitze ist für beide Prognosen sehr gross und widerspiegelt die entsprechende Unsicherheit des Wettermodells in der Beschreibung von Gewitterlagen. Es ist vor allem ein grosser zeitlicher Abstand zwischen dem frühest- und spätestmöglichen Zeitpunkt des Spitzenabflusses zu beobachten. Im Gegensatz zum in Abschnitt 5.3 beschriebenen Ereignis vom 17. Juli 2009 ist die von der Peak-Flow-Box dargestellte Zeitspanne viel grösser und beträgt zwei bis drei Tage (äussere Box) bzw. zwei Tage (innere Box). Dies bereitete Schwierigkeiten für die Interpretation der Abflussentwicklung der Sihl für die folgenden zwei bis drei Tage und wurde zudem durch die beträchtliche Spannweite der möglichen Werte des Spitzenabflusses akzentuiert (Bild 7). Die einzelnen Ensemble-Member zeigen zwei Tage vor dem Ereignis Spitzenwerte zwischen 10 und 230 m3 s-1 (Bild 7, oben). Sechs Member weisen für das Wochenende auf Abflussspitzen über dem Wert der WS1. 24 Stunden später deutet die Vorhersage auf Spitzenwerte zwischen 10 und 200 m3 s-1 (Bild 7, unten) für die Stunden bis zum darauf folgenden Montag, 10. August 2009. Sechs Member weisen dabei auf Abflussspitzen über dem Wert der WS1 und vier davon deuten auf ein Ereignis im Verlaufe des Samstagnachmittags und -abends hin. In der Lagebeurteilung vom 7. August (9:15 Uhr) beschrieben die verantwortlichen Berater der WSL und igzalo unter Einbeziehung beider Vorhersagen und der Niederschlagsprognose der MeteoSchweiz die Situation schliesslich wie folgt: «Die aktuellen Niederschlagspro318

gnosen mit COSMO-LEPS weisen auf einen ziemlich unsicheren Verlauf und [eine unsichere] Menge der zu erwartenden Niederschläge. Bis Sonntagabend sind 20 bis 50 mm Niederschlag zu erwarten. COSMO-7 meldet Regenmengen zwischen 25 mm (unteres Teileinzugsgebiet) und 30 mm (Sihlsee-Region) mit einem Schauer am späten Samstagnachmittag. Starke Schauer sind nicht auszuschliessen. Gemäss hydrologischen Modellberechnungen [Bild 7] wird die Sihl am Standort Zürich erhöhte Abflüsse aufweisen. Je nach Intensität und Standort der möglichen Regenschauer, könnte sich in der Nacht auf Sonntag ein Spitzenabfluss von über 40 m3 s-1 ereignen. Nach dem aktuellen Wissensstand sollten für die Baustelle Löwenstrasse keine bedrohlichen Abflussmengen entstehen. Der Stand des Sihlsees könnte dabei das 889 m ü.M.-Niveau überschreiten. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass das Betriebsreglement angesprochen wird.» Eine kritische Interpretation der Prognose anhand des tatsächlichen Verlaufes des Ereignisses zeigt, dass der resultierende Spitzenabfluss von über 100 m3 s-1 laut der Vorhersage (COSMOLEPS) erkennbar gewesen wäre. Die auf COSMO-7 beruhende Abflussvorhersage für Zürich HB (Bild 8) bestätigte jedoch solch hohe Werte bei weitem nicht. Aus diesem Grund wurde in der Lagebeurteilung die zurückhaltende Formulierung «Spitzenabfluss von über 40 m3 s-1» verwendet. Die Prognose lieferte kaum Hinweise darauf, dass für die Stadt Zürich und die Baustelle eine brisante Situation hätte entstehen können. Aus diesem Grund wurde eine Einberufung der Beratungsgruppe (Vorabsenkung Sihlsee) als unwahrscheinlich eingestuft. Den Beratern

war aber bewusst, dass sich Gewitterlagen rasch ungünstig entwickeln können, wie dies etwa im Juni 2007 erfolgte, als nach sehr intensiven, konvektiven Niederschlägen schwere Schäden in der Region Einsiedeln entstanden (Liechti, 2008; Hilker et al., 2008). Dies war der Ausschlag dafür, dass die beteiligten Verantwortlichen der Koordinationsgruppe (Alarmorganisation) gebeten wurden, den Grossraum Zürich vorerst nicht zu verlassen. Die beratenden Hydrologen beurteilten die Lage während des Ereignisses mehrmals pro Tag neu, mussten aber nicht über ungünstige Entwicklungen informieren, die zu weiteren Massnahmen gemäss Ausführungen in Abschnitt 4 hätten führen können. 6.

Schlussfolgerungen und Ausblick Das im Auftrag des AWEL implementierte Regionalmodul zur Hochwasservorhersage IFKIS-Hydro Sihl wird in der Pionierphase des Projektes «Durchmesserlinie (DML) SBB» bislang erfolgreich eingesetzt. Es muss allerdings erwähnt werden, dass seit Baubeginn und bis Ende Juni 2010 glücklicherweise grössere Abflussereignisse in der Sihl ausgeblieben sind. Die seit der Reduktion des Abflussquerschnittes maximale Abflussmenge von 147 m3 s-1 wurde am 15. August 2008 registriert. Dies hat zur Folge, dass in den vergangenen zweieinhalb Jahren nur sehr wenige Situationen beurteilt werden mussten, aus denen sich ernste Hochwasserereignisse hätten entwickeln können. Insbesondere kam es selten vor, dass aufgrund eines hohen Pegelstandes im Sihlsee eine Kopplung der beiden Hauptteile des Gesamteinzugsgebietes (Einzugsgebiet des Sihlsees inkl. obere Sihl und Minster; unteres Einzugsgebiet inkl. Alp und Biber) zu befürchten gewesen wäre. Trotzdem wurden seit Beginn der Anwendung des Vorhersagesystems im Frühjahr 2008 einige wichtige Erkenntnisse gewonnen. Die verschiedenen Produkte der atmosphärischen Modelle (COSMO-LEPS, COSMO-7, COSMO2) liefern nicht immer einheitliche Resultate, was sich selbstverständlich auch in den Ausgabedaten des hydrologisch/ hydraulischen Modellsystems widerspiegelt. Dies erschwert die Interpretation der Modellresultate sowie die Abgabe einer Empfehlung für den Endbenutzer. Die objektive Verifikation zeigt, dass das jeweils höher aufgelöste atmosphärische Modell statistisch bessere Niederschlagsvorhersagen gibt. Es ist dennoch wichtig, dass die Endbenutzer gut geschult sind, um die

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Unsicherheiten im Modelloutput verstehen und kommunizieren zu können. Die Problematik bei der Interpretation einer hydrologischen Abflusssituation ist zudem beträchtlich vom Typ des zugrunde liegenden Niederschlagsereignisses abhängig. Aufgrund der grösseren räumlichen und zeitlichen Unsicherheiten bei der Vorhersage von gewittrigen Starkniederschlägen, zeichnet sich auch eine problematischere Abflussvorhersage ab. In diesem Fall ist ein enger Kontakt zwischen dem Endbenutzer und Meteorologen der MeteoSchweiz noch wichtiger als bei lang andauernden Niederschlägen wie sie Frontsysteme in der Regel hervorbringen. Besonders kritische Situationen für die Abflussvorhersage können entstehen, wenn während lang andauernden Niederschlagsereignissen markante Starkniederschlagszellen eingelagert sind. Dazu kommt, dass stärkere Niederschläge (>10 mm pro 12 h) im Sommerhalbjahr von COSMO-7 deutlich unterschätzt werden. Umso wichtiger sind in diesem Kontext die Überlegungen, was zu tun ist, wenn die Entwicklung des Wettergeschehens anders verläuft als prognostiziert. Ein Warnsystem besteht aus einer ganzen Kette von Elementen, für welche Aufgaben, Kompetenzen und Verantwortungen definiert sein müssen. Als eines der Elemente einer solchen Warnkette liefert die operationelle Abflussvorhersageplattform für die Sihl innovative Produkte zur Entscheidungshilfe. Dies bedingt, wie bereits weiter oben aufgezeigt, eine intensive Interpretation durch geschulte Endbenutzer (bestenfalls erfahrene Naturgefahrenspezialisten oder -berater). Diese müssen die komplexen Vorhersagen des hydrologisch/hydraulischen Modellsystems verstehen, deuten und in eine Warnung umsetzen können. Für das konkrete Beispiel der Sihl in Zürich beobachten die beratenden Hydrologen den Ist-Zustand des Einzugsgebietes und klären die mögliche Entwicklung der Lage ab. Bei Bedarf informieren sie die Bauleitung und leiten die vorgesehenen organisatorischen Massnahmen ein. In der Folge müssen die beteiligten Spezialisten aus verschiedenen Institutionen gemeinsam eine von drei möglichen Entscheidungen treffen: (a) Vorabsenkung des Sihlsees; (b) Räumung/ Flutung der Baustelle im Abschnitt Bahnhof Löwenstrasse der Durchmesserlinie; oder (c) weitere Beobachtung der Lage ohne sofortige Massnahme. Momentan werden die Resultate der Modelle PREVAH und FLORIS bereits in der gemeinsamen Informationsplatt-

form Naturgefahren des Bundes (GIN) dargestellt. Parallel zum aktuellen Betrieb der Modellkette PREVAH/FLORIS und der Plattform IFKIS-Hydro Sihl läuft die Integration der Sihl-Abflussvorhersage in FEWS (Flood Early Warning System), dem Abflussvorhersagesystem des BAFU. Zu einem späteren Zeitpunkt soll GIN direkt von FEWS mit operationellen Ergebnissen versorgt werden. Somit wird künftig die Visualisierungsplattform gänzlich durch GIN abgelöst. Der aktuelle Parallelbetrieb dauert voraussichtlich noch bis 2011/2012 an. Danach wird IFKIS-Hydro Sihl in dieser Form nicht mehr weiter betrieben (allenfalls noch zu Forschungszwecken). Der sehr frühe Einbezug der Bundesbehörden in den Entscheidungsprozess und die Sicherstellung der Kompatibilität mit den Systemen des Bundes vereinfachen diesen Übergang beträchtlich. Mit dem Abschluss der Bauarbeiten in den Durchlässen der Sihl unter dem Hauptbahnhof per Ende 2010 wird die Alarmorganisation des Projektes DML SBB für Hochwasser in der Sihl aufgehoben. Sie wird durch die Alarmorganisation des Kantons Zürich abgelöst, da die Verantwortung für die Hochwassersicherheit am Standort Hauptbahnhof Zürich am 1. Januar 2011 an diesen zurückgeht.

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beteiligten Personen. Besonderer Dank geht an

Einordnung und hydrologische Modellierung für

das Geographische Institut der Universität Bern

die Regionen Huttwil (BE) und Einsiedeln (SZ).

und an das Büro TK Consult für die Grundlagen-

Masterarbeit an der Universität Zürich.

arbeiten am Modellsystem. Zudem danken wir

Merz, B., Kreibich, H., Thieken, A., Schmidtke,

Nadine Hilker für die kritische Durchsicht des

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LAVEY

L’aménagement hydroélectrique de Lavey: Du passé au futur Eric Davalle

Depuis 1950, l’aménagement hydroélectrique de Lavey produit en moyenne 400 GWh/an. Cela constitue les 30% des besoins en électricité des consommateurs de Lausanne et de la proche agglomération. En cette période d’incertitude sur le potentiel de nouvelles productions électriques, assurer son indépendance énergétique, surtout localement, devient essentiel. L’aménagement de Lavey doit donc être préservé par un entretien minutieux et régulier. De plus, si son potentiel énergétique actuel pouvait être accru, cela placerait Lausanne dans des conditions d’approvisionnement en électricité plutôt favorables. Il faut savoir que le droit d’exploiter Lavey est donné à Lausanne sous la forme d’une concession depuis 1950, qui échoit en 2030. Il est donc temps d’envisager les conditions d’une production optimisée au profit des consommateurs et de l’environnement. En effet, au fil des années, le Service de l’électricité, qui est en charge de l’exploitation de l’aménagement de Lavey, a mis en évidence une perte progressive de production. Cela est dû essentiellement à l’accroissement des pertes de charge au niveau des organes de prise d’eau et à l’intérieur de la galerie d’amenée. Pour une chute nette de plus de 44 m, c’est une charge d’environ 10 m qui est perdue par frottement, aux conditions normales d’exploitation. De ce fait, les débits turbinés dans la limite des 220 m3/s autorisés par la concession ne sont pas exploités de manière optimale. Cette baisse de rendement réduit donc d’autant la production potentielle. En marge de ce qui précède, le nouvel aménagement hydroélectrique de Cleuson-Dixence, situé à l’amont de Lavey, a repris sa production depuis début janvier 2010, cela après 10 ans d’interruption d’exploitation, suite à l’accident intervenu sur la conduite forcée qu’il a fallu réhabiliter. Cet aménagement produit du courant électrique aux heures de pointe, en particulier durant la période hivernale. C’est alors un débit supplémentaire et

Figure 1. La prise d’eau en chantier [1] – Wasserfassung im Bau. pratiquement instantané de quelque 70 m3/s qui arrive au barrage de Lavey une à deux heures après. Ces apports ponctuels se manifestent en pleine période de révision des groupes à Lavey, obligeant les opérateurs de l’usine à les laisser transiter par déversement. Cette perte d’eau péjore la production d’autant, mais contrarie aussi très fortement les frayères piscicoles qui sont actives en cette période de l’année. Enfin, et depuis bientôt deux ans maintenant, la nouvelle loi sur l’énergie (LEne) est en vigueur. Elle préconise que la production d’énergie renouvelable s’accroisse de 10% d’ici 2020 (référence à l’année 2000), soit de 5.4 TWh. Pour Lausanne, une production supplémentaire de l’ordre de 100 GWh/an serait en phase avec les conditions de la LEne. Les constats qui précèdent, relatifs à: • la réduction des pertes de charge en exploitation, • la prise en compte des débits supplémentaires issus de CleusonDixence, • la réduction des atteintes au milieu piscicole, • la contribution rationnelle à l’accroissement d’énergie renouvelable, sont autant d’arguments à l’origine de la réflexion sur la manière d’ optimiser le

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Figure 2. Le répartiteur et l’entrée des conduites forcées [1] – Verteiler und Einlauf zu den Druckschächten. turbinage actuel à Lavey. C’est l’objectif qui a conduit aux études du projet Lavey+, qui en est aujourd’hui à la phase d’étude du projet définitif, dont la mise en soumission des travaux est prévue pour fin 2011. En marge de ce projet de meilleure utilisation du débit concédé de 220 m3/s, un problème d’accroissement, et donc d’accumulation du charriage dans la retenue du barrage a été constaté. Une étude d’amélioration des conditions constructives a été menée. Les deux articles qui suivent décrivent le concept qui a été élaboré par un consortium d’ingénieurs, et son optimisation sur modèle physique réalisée à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, pour réponse aux conditions du nouveau projet Lavey+ et du charriage. Adresse de l’auteur Dr Eric Davalle Services industriels Lausanne Place Chauderon 27, CH-1003 Lausanne eric.davalle@lausanne.ch

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LAVEY

Das Flusskraftwerk Lavey: Von der Vergangenheit in die Zukunft Eric Davalle

Bild 4. Wehranlage des Flusskraftwerks Lavey auf der Rhone – Le barrage de l’aménagement de Lavey sur le Rhône [SIL].

Bild 3. Einbau der Kaplanturbine – Mise en place de la roue Kaplan [1]. Das Flusskraftwerk Lavey wurde 1950 von der Stadt Lausanne in Betrieb genommen. Es produziert heute durchschnittlich 400 GWh Strom pro Jahr, was rund 30% des Strombedarfs der Stadt Lausanne und der näheren Umgebung abdeckt. Da die Realisierung von neuen Grosskraftwerken heutzutage aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen schwierig ist, hat eine unabhängige und dezentrale Energieversorgung grosse Bedeutung. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, werden am Flusskraftwerk Lavey regelmässig Unterhaltsarbeiten durchgeführt. Leistungssteigernde Ausbau- und Optimierungsvorhaben können nicht nur die Versorgungssicherheit erhöhen, sondern dem Betreiber auch einen ökonomischen Mehrnutzen generieren. Dabei gilt es zu beachten, dass die Konzession des Kraftwerks im Jahr 2030 abläuft und neu verhandelt werden muss. Es ist unabdingbar, das volle Potenzial aus der Anlage zu schöpfen, und dies zu umweltverträglichen Bedingungen. Die Stadtwerke Lausanne, als Betreiberin des Kraftwerks Lavey, mussten im Laufe der Zeit einen kontinuierlichen Produktionsrückgang feststellen. Dieser ist auf zunehmende Verluste am Eintrittsquerschnitt der Wasserfassung sowie im Innern des Druckstollens 322

zurückzuführen. Bei einer Nettofallhöhe von 44 m betragen die Reibungsverluste im Normalbetrieb zurzeit rund 10 m. Deshalb kann der konzessionierte Abfluss von 220 m3/s nicht mehr optimal genutzt werden. Zudem reduziert der tiefe Wirkungsgrad die Produktionsflexibilität der Anlage. Im Januar dieses Jahres hat das oberstrom von Lavey gelegene Kraftwerk CleusonDixence nach zehnjährigem Produktionsunterbruch, der aufgrund der Reparaturarbeiten an der geborstenen Druckleitung nötig wurde, seinen Betrieb wieder aufgenommen. Diese Anlage generiert vor allem während der Wintermonate Spitzenstrom und führt rund eine bis zwei Stunden später beim Flusskraftwerk zu einem zusätzlichen Abflusszuwachs von rund 70 m3/s. Da jedoch in dieser Jahreszeit die Hauptrevision der Maschinensätze im Krafthaus Lavey ansteht, zwingt dies den Kraftwerksbetreiber, den überschüssigen Abfluss über das Wehr abzuleiten. Dies ist nicht nur aus energiewirtschaftlichen Gesichtspunkten bedauerlich, sondern zerstört auch die Laichplätze im Unterlauf, die von den Fischen hauptsächlich im Winter frequentiert werden. Das seit zwei Jahren geltende Energiegesetz (EnG) schreibt vor, den Anteil an erneuerbaren Energien bis ins Jahr 2020 um 10% oder 5.4 TWh zu erhöhen (Referenzjahr 2000). Die Stadt Lausanne müsste dementsprechend rund 100 GWh zusätzlichen Strom produzieren, um den gesetzlichen Anforderungen zu genügen. Der Anforderungskatalog beinhaltet die folgenden vier Kriterien: • Reduktion der Reibungsverluste,

•

Bewirtschaftung der Spitzenabflüsse von Cleuson-Dixence, • fischökologische Belange, • der gesetzlich verordnete Ausbau erneuerbarer Energieträger. Er veranlasste die Stadt Lausanne zu einer Neubeurteilung des Funktionsprinzips des Flusskraftwerks Lavey. Das Ausbauvorhaben Lavey+, dessen Ausführungsprojekt zurzeit erarbeitet und Ende 2011 ausgeschrieben wird, setzt diese Ideen um. Die heutige Anlage weist grosse Probleme betreffend Verlandung des Stauraums auf. In einer Studie wurden konstruktive Massnahmen zu einer besseren Nutzung der konzessionierten Wassermenge von 220 m3/s untersucht. Die beiden folgenden Artikel beschreiben das Konzept zur Sedimentbewirtschaftung im Stauraum und des Ausbauvorhabens Lavey+, das von der Ingenieurgemeinschaft erarbeitet wurde, sowie dessen Optimierung anhand der an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) durchgeführten physikalischen Modellversuche.

Literatur [1] Perret F. «Lavey – La nouvelle usine hydroélectrique des Services industriels de la Ville de Lausanne» Ed. Annuaire vaudois S.A., Lausanne, 1951

Anschrift des Verfassers Dr. Eric Davalle Services industriels Lausanne Place Chauderon 27, CH-1003 Lausanne eric.davalle@lausanne.ch

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Amélioration de la gestion sédimentaire au barrage de Lavey sur le Rhône à Evionnaz LAVEY

Gérard de Montmollin, Khalid Essyad, Jérôme Dubois

Résumé Lors de la crue d’octobre 2000, la capacité hydraulique du Rhône s’est révélée être limite au droit du barrage de Lavey. Il a, par la suite, été observé que les profils en travers relevés dans le Rhône en amont du barrage montraient une importante tendance à l’alluvionnement et par conséquent une réduction de la capacité hydraulique. Suite à ces constatations le propriétaire de l’ouvrage (Service de l’électricité de la ville de Lausanne) a décidé de réaliser, une étude pour la modélisation hydraulique du Rhône au voisinage du barrage. La réalisation de cette étude a, entre autres, conduit à proposer une solution intégrée comprenant la reprise des extractions de sédiments dans la retenue et une modification constructive de l’ouvrage, sous la forme d’une prolongation du guideau existant. La modification du guideau permet d’améliorer le transit des crues, de réduire les apports solides dans la prise d’eau et de rendre les purges significativement plus efficientes. Globalement, l’intégration des différentes mesures (purges plus extractions) permettra, en outre, une stabilisation puis un abaissement du lit du Rhône dans la retenue.

Zusammenfassung Während des Rhonehochwassers im Oktober 2000 konnten Ausuferungen in Lavey nur knapp verhindert werden. Die Vermessung des Stauraums zeigte beträchtliche Geschiebeablagerungen, die zu Kapazitätseinbussen führten. Der Betreiber des Kraftwerks, die Stadtwerke Lausanne, gaben daraufhin vorliegende Studie in Auftrag, welche die hydraulischen Bedingungen der Rhone im Raum Lavey untersucht. Der numerisch getestete Lösungsansatz einer Verlängerung der bestehenden Leitmauer ermöglicht die Reaktivierung des Geschiebetriebs im Staubecken. Die geometrischen Anpassungen der Leitmauer führen zu einer Verbesserung des Geschiebetransports in Richtung Wehr, zum Schutz der Wasserfassung vor Sedimenteintrag und zu wesentlich effizienteren Spülvorgängen. Kombinierte Massnahmen (Spülungen und Aushub) erlauben, das Rhonebett im Stauraum zu stabilisieren oder gar abzusenken.

1. Introduction Le barrage de Lavey se situe sur le Rhône entre Martigny et St-Maurice, à l’aval d’Evionnaz. Il est composé de trois passes vannées de 13 m de largeur chacune. A l’amont de l’ouvrage, la prise d’eau implantée en rive droite permet de prélever jusqu’à 220 m3/s pour la production électrique. Le niveau d’eau maximal de la retenue en exploitation normale est fixé à 446 m s.m. mais le soutirage est possible jusqu’à un plan d’eau à 444 m s.m. 2. Problématique Lors de la crue d’octobre 2000, la capacité hydraulique du Rhône s’est révélée être limite au droit du barrage. Il a, par la suite, été observé que les profils en travers relevés dans le Rhône en amont du barrage montraient une importante tendance à l’alluvionnement, responsable d’une réduction de la capacité hydraulique. Les profils en long relevés dans le Rhône à l’amont du barrage à différentes époques entre 1964 et 2000 montrent bien l’évolution et l’importance des dépôts sédimentaires dans la retenue de Lavey (Figure 2).

Figure 1. Le barrage de Lavey. Vue d’amont (photo 2005). Pour l’exploitant, la situation pose actuellement les problèmes suivants: • réduction de la capacité hydraulique du barrage en crue, • augmentation des apports solides dans la prise d’eau et, par conséquent, dégradation accélérée des ouvrages concernés (galeries, turbines), • efficience réduite des opérations de purge. Le projet de l’ouvrage (barrage et prise d’eau) avait été étudié sur modèle physique à l’échelle 1:25 à la VAW de l’ETHZ sous la direction du professeur Meyer-Peter. Ce modèle a permis de proposer un mur guideau permettant

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d’optimiser l’alimentation des passes en crue et de la prise en turbinage et ce malgré la complexité des conditions d’approche: forte courbure et variations de largeur. Avec le temps, le fonctionnement hydraulique de l’aménagement s’est progressivement péjoré du fait de l’exhaussement du lit dans l’entier de la retenue (Figure 2) et de l’apparition d’un banc de gravier à l’amont immédiat de l’ouvrage. Ce dépôt sédimentaire, qui atteint plus de 8 m en rive gauche par rapport à l’état d’origine est visible sur la Figure 3, prise lors de la purge d’octobre 2005 et sur la bathymétrie de la Figure 4. Lors de cette purge, il est apparu 323

LAVEY Figure 2. Evolution du fond moyen du Rhône à l’amont du barrage de Lavey entre 1964 et 2000.

Figure 3. Etat alluvionné observé lors de la purge du 28 octobre 2005 (vue de l’aval, rive gauche).

Figure 4. Bathymétrie à l’amont de l’ouvrage, état avant purge (selon relevé d’octobre 2005).

Figure 5. Vitesses d’écoulement au droit du barrage pour un débit de 1270 m3/s dans la géométrie «après purge» (couleur jaune: 1 m/s, couleur rouge: 6 m/s).

clairement que ce banc de gravier ne peut être remobilisé hydrauliquement. 3. 3.1

Analyse de la situation

Limitation des apports solides dans la prise Durant les années nonante du siècle passé, l’exploitant a observé une détérioration importante du radier de la galerie d’amenée. Cette dégradation est certainement associée au passage, de plus en plus important, de sédiments dans la prise d’eau et dans la galerie. Comme le montre la Figure 4, les sédiments déposés à l’amont de la prise d’eau atteignent un niveau supérieur à 442 m s.m. alors que le radier du seuil d’entrée de la prise d’eau affleure à 438 m s.m. Le seuil d’entrée de la prise ne permet donc plus de protéger la galerie et les turbines du charriage. En termes hydrauliques, il est devenu invisible ou inopérant. 324

3.2 Gestion des crues Une première série de simulations hydrauliques bidimensionnelles a été effectuée avec le modèle numérique Dunamic 2D, développé par HydroCosmos, membre du groupement d’étude. Elles ont tout d’abord confirmé la capacité de l’ouvrage dans son état d’origine à faire transiter des crues de 1200 m3/s, puis ont permis d’analyser l’incidence de dépôts amont sur cette capacité d’évacuation. Au regard des observations effectuées lors de la crue du Rhône d’octobre 2000, ou un débit de pointe de 1260 m3/s a pu transiter sans débordement significatif dans le secteur de l’ouvrage, il est apparu rapidement que le dépôt massif observé (Figure 4) était partiellement effacé lors du passage de la pointe de crue, pour probablement se reconstituer en phase de décrue. Pour représenter la bathymétrie en forte crue, l’état du lit relevé après purge a servi de référence. La Figure 5 présente

les vitesses d’écoulement simulées dans la retenue de Lavey pour un débit de 1270 m3/s avec cette géométrie érodée du lit. Les caractéristiques importantes de l’écoulement (apparition d’une section quasi critique dans le coude à l’amont de l’ouvrage, zone de recirculation en rive gauche, très mauvaise alimentation de la passe n°1) sont alors cohérentes avec les observations de terrain effectuées lors de cette crue. Le projet de la troisième correction du Rhône a induit une réévaluation des débits de crue au droit de l’ouvrage (débits de crue considérés lors de l’élaboration du projet: 900 à 1200 m3/s; crues de projet actuelles : Q100,cible = 1420 m3/s, Qextrême = 1840 m3/s). La modélisation numérique a alors mis en évidence la nécessité de mieux maitriser ces dépôts amont et donc l’alimentation des passes pour optimiser le transit des débits de projet et minimiser l’incidence de l’aménagement sur la courbe de remous amont.

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4. Améliorations constructives L’analyse présentée ci-dessus met en évidence les différentes problématiques liées à la gestion sédimentaire en termes de transit des crues, de gestion opérationnelle des purges et de pérennité des différents organes. Le concept qui a été élaboré consiste à modifier, d’une part le fonctionnement hydraulique au droit de l’ouvrage dans la perspective d’améliorer l’efficience des purges et, d’autre part, d’effectuer des prélèvements sédimentaires à l’amont de la zone d’influence de l’ouvrage pour limiter les apports. 4.1

Améliorations constructives au barrage La maitrise des dépôts à l’amont immédiat de l’ouvrage est donc nécessaire, tant pour protéger les prises d’eau que pour optimiser les conditions d’écoulement en crue. Au droit de l’aménagement, il s’agit donc: En exploitation normale (turbinage): de retarder l’apparition du banc de gravier à l’intrados en concentrant les écoulements sur la rive gauche et de conduire les sédiments le plus en aval possible, tout en assurant une bonne alimentation des prises. En purge: de remobiliser efficacement ces dépôts devant les passes (purge rive gauche) et le plus à l’amont que possible et aussi assurer un dégravage efficace devant les prises d’eau (purge rive droite).

En situation de crue: il s’agit d’uniformiser l’écoulement afin d’éviter l’apparition de zones de recirculation (susceptibles d’initier la formation de dépôts massifs), d’optimiser la capacité de transit sédimentaire et de minimiser les pertes de charge à travers les passes et dans le coude. La recherche et l’évaluation de solutions à été effectuée en s’appuyant sur le modèle numérique CCHE2D [2] couplant hydraulique et transport solide. Pour chaque géométrie analysée, la modélisation a exploré le comportement global pour l’ensemble des modes précités (exploitation, purges rive gauche et rive droite, crue). La solution constructive proposée consiste à prolonger le mur guideau existant et à le relier à la berge en rive droite par un épi. Une échancrure à l’amont de ce guideau, ainsi qu’un modelé du fond devant les prises vise à favoriser le dégravage de la rive droite. La Figure 6 présente cette géométrie telle qu’implantée ensuite dans le modèle physique. La Figure 7 illustre les évolutions du fond simulées en modes d’exploitation et de purge rive gauche. Comme le montre la Figure 7, cette configuration parait atteindre les objectifs, avec un dépôt qui se constitue plus en aval en mode d’exploitation, et qui s’érode efficacement et loin vers l’amont en mode purge. Lorsqu’elle est réalisée en rive droite, la purge permet un dégravage efficace des dépôts devant la prise, grâce aux échancrures du mur guideau et au modelé du fond qui concentre les écoulements. La complexité des phénomènes en jeu (géométrie complexe, écoulement localement tridimensionnel, influence forte de la géométrie des dépôts sur l’écoulement) limite cependant la capacité

Figure 6. Solution constructive proposée (telle qu’implantée sur le modèle physique).

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prédictive des modèles numériques. L’étude sur modèle physique a confirmé le diagnostic posé ici ainsi que la robustesse du concept proposé, consistant à confiner l’écoulement principal en rive gauche. Elle a finalement permis d’aboutir à une configuration optimisée. 4.2

Evolution à long terme de la retenue Le comportement sédimentaire dans la zone d’influence amont du barrage se doit également d’être maitrisé, afin d’y éviter un exhaussement du lit et donc des lignes d’eau en crue. Ce volet de l’étude s’est basé sur une modélisation de l’évolution morphologique à long terme (26 et 52 ans) et à l’échelle de la retenue (6 km), ellemême alimentées par les chroniques de débits solides et liquides élaborées dans le cadre de l’étude générale du charriage de la troisième correction du Rhône. Ces analyses ont été effectuées avec le modèle unidimensionnel CCHE1D du NCCHE [3]. Elles ont tout d’abord permis de reconstituer l’évolution observée du lit sur la période 1974–2000 (Figure 2) puis d’évaluer la performance de différentes stratégies de gestion des sédiments à l’échelle de la retenue sur une période fictive 2000–2026: augmentation de la fréquence des purges au barrage (leur efficacité étant alors basée sur les résultats obtenus avec le modèle 2D local), extraction de sédiments dans la retenue et combinaison des deux. La Figure 8 compare l’évolution du lit au terme d’une période fictive de 26 ans pour ces différentes stratégies. Il ressort que les purges seules permettent d’abaisser significativement le fond moyen dans la partie aval de la retenue, que les extractions amont contiennent l’exhaussement du lit dans la partie amont, mais que seule la combinaison

Figure 7. Simulation de l’évolution du lit, a) mode exploitation et b) mode de purge rive gauche. L’échelle de couleur représente la hauteur en mètres de dépôt ou d’érosion. 325

LAVEY

3.3 Efficience des purges Le suivi des différentes purges a montré qu’elles n’ont qu’un impact limité dans le secteur proche du barrage (100 à 200 m à l’amont) et que sans intervention mécanique, il n’était pas possible d’évacuer le banc de gravier accumulé en rive gauche dans l’intrados du coude.

LAVEY

La démarche conceptuelle associant modélisations numériques et physiques, ainsi qu’une collaboration étroite avec l’exploitant, ont permis d’aboutir efficacement à une solution d’exploitation robuste, fiable et souple.

Remerciements Les auteurs remercient le Service de l’électricité (SEL) de la ville de Lausanne mandant de cette étude, ainsi que l’administration cantonale Valaisanne par ses services des Forces Hydrauliques et des Routes et des Cours d’Eau pour leur collaboration constructive tout au long de l’étude.

Références [1]

Groupement Stucky-Hydrocosmos-BG:

«Etude hydraulique bidimensionnelle du Rhône

Figure 8. Modélisation CCHE1D de l’évolution du lit à l’amont du barrage: effets d’une combinaison de purges et d’extraction de gravier en amont sur la période 2000–2026.

au voisinage du barrage de Lavey». Rapports internes, 2005 et 2007 [2]

des deux permet l’abaissement général du lit. Ces mesures sont donc bel et bien complémentaires et leur effet est plus que simplement additif: le gain sur le fond 2026 de référence est légèrement plus grand que la somme des gains individuels des mesures individuelles. 5. Conclusions L’aménagement de Lavey est représentatif des aménagements au fil de l’eau construits sur des cours d’eau à fort charriage au milieu du siècle dernier. De tels aménagements ont généralement été réalisés sur la base d’une optimisation hydraulique ne tenant pas suffisamment compte de la problématique du charriage, car la maîtrise théorique et le retour d’expérience étaient

326

plutôt limités à cette époque. La présente étude a permis de mettre en évidence qu’une modification relativement mineure des organes de l’aménagement, qui ne touche ni au barrage ni à la prise d’eau, permet d’améliorer significativement l’exploitation de l’ouvrage par une gestion sédimentaire adéquate. L’intervention proposée permet de limiter les apports solides dans la prise d’eau, d’améliorer sa robustesse visà-vis des crues et de limiter les pertes d’exploitation en augmentant l’efficacité des purges. Associée à une gestion des apports solides amont par des extractions contrôlées et des purges régulières, elle permet de maitriser l’évolution à long terme du lit à l’amont.

Zhang Y. «CCHE2D Users Manual – Version

2.2», Technical Report n° NCCHE-TR-2005-03, Univ. of Mississippi, 2005 [3]

Wu W. et Viera D. «CCHE1D Users Manual

– Version 3.0», Technical Report n° NCCHE-TR2002-01, Univ. of Mississippi, 2002

Adresses des auteurs Gérard de Montmollin, Stucky SA Rue du Lac 33, CH-1020 Renens gdemontmollin@stucky.ch Khalid Essyad, BG Ingénieurs Conseils SA Avenue de Cour 61, CH-1001 Lausanne khalid.essyad@bg-21.com.ch Dr Jérôme Dubois, HydroCosmos SA Grand Rue 43, CH-1904 Vernayaz Jerome.dubois@hydrocosmos.ch

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Barrage de Lavey – Modélisations physique et numérique des écoulements et du transport solide dans le Rhône Michael Müller, Martin Bieri, Jean-Louis Boillat, Anton J. Schleiss

Résumé Comme beaucoup d’aménagements hydroélectriques au fil de l’eau, celui de Lavey, implanté sur le Rhône en Suisse, est affecté de manière récurrente par l’alluvionnement de sa retenue. Dans le cadre du projet de réhabilitation Lavey+, les débits du Rhône seront exploités de manière optimale par l’adjonction d’une nouvelle prise d’eau. Les essais sur modèle physique, complétés par des simulations numériques, ont permis de développer un concept d’exploitation et de gestion sédimentaire durable. La configuration optimisée évite le transport sédimentaire en direction des prises d’eau et permet une évacuation efficace des sédiments lors des purges. Les conditions d’alimentation des deux prises d’eau et le transit des crues ont également été analysés et optimisés. L’approche hybride «physique-numérique» a contribué à un traitement rapide et exhaustif des diverses problématiques. Des simulations numériques pertinentes, avant et pendant les phases expérimentales, ainsi que le recours à des techniques de mesure performantes ont permis d’accélérer le déroulement de l’étude et d’éviter des essais inutiles.

1. Introduction L’usine hydroélectrique de Lavey turbine le débit du Rhône capté au fil de l’eau près d’Evionnaz dans le canton du Valais en Suisse. Mis en service en 1950, cet aménagement est conçu de manière à gérer de fortes variations de débit. La retenue est créée par un barrage mobile, qui contrôle le niveau d’exploitation de la prise d’eau en rive droite du Rhône (Figure 1). Le barrage comporte trois pertuis, équipés chacun de deux vantaux dont le réglage permet d’assurer une alimentation optimale de la centrale et un transit sécuritaire des crues. Lors de la crue d’octobre 2000, caractérisée par un débit de pointe de 1270 m3/s la capacité hydraulique du Rhône a atteint sa limite au droit du barrage. Les profils en travers relevés dans le Rhône en amont ont permis de documenter l’importance de l’alluvionnement et d’évaluer son impact sur la réduction de la capacité hydraulique de l’ouvrage. Suite à

Zusammenfassung Wie viele Flusskraftwerke ist auch das Kraftwerk Lavey an der Rhone (Schweiz) von einer steten Verlandung seines Stauraums betroffen, sodass regelmässig Spülungen durchgeführt werden müssen. Im Rahmen des Ausbauvorhabens Lavey+ sollen die Abflüsse der Rhone mittels einer zusätzlichen Fassung und eines Parallelstollens optimal genutzt werden. In hydraulischen Modellversuchen, ergänzt mit numerischen Simulationen, wurde ein Konzept zur nachhaltigen Sedimentbewirtschaftung erarbeitet. Die optimierte Stauraumkonfiguration verhindert den Geschiebetransport in den Bereich vor den Wasserfassungen weitgehend und gewährleistet einen effizienten Austrag der Sedimente während den Spülungen. Des Weiteren wurden die Anströmungsbedingungen der neuen und alten Wasserfassung sowie das Abführen von Hochwasser durch die bestehenden Wehrfelder analysiert und optimiert. Der hybride Lösungsansatz trägt zu einer schnellen und fundierten Problemlösung bei. Angemessene numerische Hilfsmittel vor und während der Versuchsphasen sowie aktuelle Messverfahren beschleunigen die Projektabwicklung und verhindern überflüssige kostenintensive Versuche.

Figure 1. a) Photo aérienne et b) vue amont du barrage et de la prise d’eau de Lavey. ce constat, la ville de Lausanne, exploitant de l’aménagement de Lavey par son Service de l’électricité (SEL), a mandaté un groupement d’ingénieurs constitué de Stucky SA, Hydrocosmos SA et Bonnard & Gardel SA pour élaborer des propositions d’aménagement. Afin de tester et optimiser la solution projetée, un modèle physique de l’aménagement a été réalisé au Laboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH) de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Dans une première phase expérimentale, les essais se sont concentrés sur

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l’état actuel de l’aménagement dans un but de calage et de validation du modèle, tant d’un point de vue purement hydraulique que sédimentaire. Les niveaux d’eau, les vitesses et directions d’écoulement, la répartition du débit dans les pertuis, les processus d’alluvionnement et de purge ont ainsi été analysés selon une approche stratégique, reposant sur la complémentarité des modélisations numérique et physique [4] (Figure 2). Dans le cadre de l’étude préliminaire, l’écoulement d’approche et le transport sédimentaire ont été simulés par 327

LAVEY

Figure 2. Approche hybride appliquée pour l’étude de l’aménagement de Lavey.

Figure 3. Aménagement de Lavey: a) Etat actuel et b) projet Lavey+.

Figure 4. Géométrie, circuit d’alimentation et instrumentation du modèle physique de Lavey. des modèles bidimensionnels, Dunamic 2D respectivement CCHE 2D [3]. Sur le modèle physique à échelle 1:40, l’état actuel a d’abord été mis en place et calé. Il a ainsi pu être vérifié que les dépôts reconstitués par l’essai d’alluvionnement correspondaient bien à ceux mesurés in situ. De même, la purge avec érosion partielle des dépôts sédimentaires s’est déroulée de manière similaire à la réalité [6]. La première série d’essais a ainsi permis la définition d’un état de référence, pour la comparaison avec les variantes d’aménagement. 328

En raison de la complexité des écoulements à l’approche de la prise d’eau, la simulation numérique tridimensionnelle avec FLOW3D® s’est finalement imposée pour l’étude comparative des variantes d’aménagement. Les résultats obtenus ont conduit à des modifications géométriques de la nouvelle prise d’eau et du mur guideau. La présente étude décrit l’approche hybride utilisée dans cette étude et permet la comparaison de l’état actuel de l’aménagement de Lavey au projet de Lavey+.

L’aménagement de Lavey, aujourd’hui et demain

2.1 Aménagement actuel Le barrage de Lavey contrôle l’écoulement du Rhône pour former une retenue à niveau constant devant la prise d’eau, qui alimente une centrale souterraine équipée de trois groupes de 31 MW chacun. Les doubles vantaux des trois pertuis du barrage peuvent être levés ou abaissés selon les conditions d’exploitation et de crue (Figure 3a). Le radier des passes se trouve à 435 m s.m. et les ouvertures ont une largeur de 13 m. La prise d’eau existante est implantée en rive droite, à l’extérieur de la courbe du Rhône. L’ouvrage est composé de deux trompes d’entrée, chacune divisée en deux portails de 14 m de largeur à l’orifice. Le seuil de la prise se trouve à 438 m s.m. et le bord supérieur des ouvertures à 443.5 m s.m., ce qui définit une hauteur d’entrée de 5.5 m. Une grille, équipée d’un dégrilleur automatique évite l’entrée de débris flottants dans la prise. En mode d’exploitation, le plan d’eau de la retenue est maintenu à 446 m s.m. et la prise permet de soutirer le débit de concession de 220 m3/s. En été, le plan d’eau est abaissé à 445 m s.m. pour mettre à disposition un volume de stockage supplémentaire en cas de crue. A partir d’un débit du Rhône supérieur à 600 m3/s, l’exploitation de la centrale est arrêtée et tout le débit doit transiter par le barrage sans provoquer d’inondation sur le secteur amont. Dans une telle situation, les vantaux du barrage sont complètement ouverts, avec leur limite inférieure à 444.8 m s.m. 2.2 Projet Lavey+ Par une nouvelle prise d’eau d’une capacité de 140 m3/s et une galerie d’adduction parallèle à l’existante, le débit de concession de 220 m3/s pourra être exploité avec un rendement énergétique plus favorable. Le projet Lavey+ (Figure 3b) prévoit également un mur guideau prolongé, destiné à éviter l’alluvionnement des prises d’eau pour le confiner en rive gauche. Le cours d’eau, se rétrécissant progressivement vers le barrage, permet une érosion rapide et efficace des dépôts pendant les opérations de purge. Les sédiments qui parviennent à franchir le guideau peuvent être évacués par un chenal qui longe les prises d’eau. La crête du mur guideau est située à 444 m s.m. L’alimentation de la nouvelle prise d’eau, située 37 m à l’amont de l’existante en rive droite, est assurée par

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Figure 5. Barrage et prise d’eau actuelle a) sur modèle physique et b) modèle numérique 3D. une échancrure de 42 m de longueur à un niveau de 443 m s.m. La largeur et la hauteur des quatre ouvertures d’entrée sont de 7.8 m respectivement de 4.5 m. Une plateforme seuil de forme triangulaire à 439 m s.m. définit le tracé initial du chenal de purge en rive droite. 3

Modélisation physique et numérique

3.1

Caractéristiques du modèle hydraulique Le modèle physique est construit à l’échelle géométrique 1:40 et exploité en similitude de Froude. Il reproduit 500 m du Rhône, répartis sur 350 m à l’amont et 150 m à l’aval du barrage (Figure 4). L’approvisionnement en eau est assuré en circuit fermé et contrôlé par un débitmètre électromagnétique. Le niveau aval est régulé à l’aide d’un déversoir, de manière à satisfaire la relation «niveaudébit» correspondante. La topographie du Rhône et de ses rives est reproduite en conformité avec l’état relevé lors de la réalisation de l’aménagement en 1949. Le lit fixe est réalisé en croûtage de ciment. Les ouvrages hydrauliques sont fabriqués en plastique PVC. Le mélange sédimentaire utilisé pendant les essais de charriage est constitué de matériaux granulaires non cohésifs, avec une distribution granulométrique reproduite en similitude dynamique avec les matériaux du Rhône. A l’aval du modèle, les sédiments transportés sont récupérés dans un bassin de décantation. 3.2

Instrumentation et principaux paramètres de mesure Le niveau du plan d’eau est suivi par 16 sondes à ultrasons et contrôlé par deux échelles limnimétriques installées sur le modèle. Des mesures de vitesse au micro-moulinet et par technique UVP (Ultrasonic Velocity Profiler) permettent de déterminer la répartition du débit entre les trois pertuis du barrage et à l’entrée

Figure 6. Répartition des vitesses et du débit à l’entrée de la prise d’eau existante, QRhône = Qprise = 220 m3/s, niveau d’eau à 446 m s.m., a) modélisation physique et b) numérique avec FLOW3D®.

Figure 7. Vitesses d’écoulement et répartition du débit dans les trois pertuis du barrage, QRhône = HQannée 2000 = 1270 m3/s, résultats de simulation a) avec Dunamic 2D, b) sur modèle physique et c) avec FLOW3D®. des prises d’eau. Les écoulements d’approche sont visualisés à l’aide d’un colorant traceur et les champs de vitesse superficielle par la méthode LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) [1, 5]. Lors des essais de charriage l’évolution des dépôts sédimentaires est mesurée par un Mini Echo Sounder (UWS) [4], dont le capteur partiellement immergé permet de suivre l’évolution du fond en continu sans interruption de l’essai. 3.3 Simulations numériques Pour l’analyse préalable de l’écoulement d’approche et du transport sédimentaire, le groupement d’ingénieurs a eu recours à la modélisation numérique bidimensionnelle. La modélisation hydraulique du

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Rhône a été effectuée par HydroCosmos SA avec son propre logiciel Dunamic 2D [3] qui résout les équations complètes de Saint-Venant par la méthode des volumes finis. Ce modèle permet l’analyse des vitesses d’écoulement et des hauteurs d’eau, tant en régime fluvial que torrentiel. La simulation des processus d’alluvionnement a été réalisée pour différentes configurations de fonctionnement de l’aménagement avec CCHE 2D [3], développé par le National Center for Computational and Engineering de l’université du Mississippi. Il s’agit d’un modèle hydraulique à éléments finis et à fond mobile résolvant en deux dimensions les équations de Barré de Saint-Venant, couplées à un module du calcul de 329

LAVEY

transport solide par charriage et/ou en suspension. La complexité de l’écoulement en courbe et la disposition particulière des ouvrages hydrauliques ont finalement encouragé le recours à une modélisation numérique tridimensionnelle avec le logiciel FLOW3D® (Figure 5b). Dans un premier temps, l’état initial sans dépôts de sédiments a été simulé pour les situations d’exploitation et de crue caractéristiques. La situation alluvionnée a ensuite été modélisée. Les écoulements d’approche du barrage et de la prise d’eau ont été analysés et comparés aux résultats du modèle physique (Figure 5a). Les tailles de maillage ont été choisies de manière à satisfaire les critères de convergence pour assurer une solution finale stable et pour obtenir des temps de calcul raisonnables [7]. Les conditions de bord ont été fixées au cas par cas. Pour les situations d’exploitation, un débit entrant avec un niveau constant à l’amont (Volume flow rate), une vitesse à la sortie de la prise (Specified pressure) et un débit soutiré/déversé (Volume flow rate) ont été imposés. Pour les situations de crue, le débit caractéristique avec les niveaux d’eau amont et aval (Volume flow rate) correspondants ont été appliqués. 4.

Résultats

4.1

Calage et validation

4.1.1 Exploitation et crues Le comportement hydraulique de l’aménagement de Lavey a tout d’abord été étudié dans sa configuration initiale, sans apport sédimentaire et avec un lit fixe. La répartition du débit à l’entrée de la prise d’eau, obtenue sur modèles physique et numérique 3D pour différentes configurations d’exploitation, ne fait pas apparaître de différence significative entre la capacité des deux trompes. Selon les mesures réalisées sur modèle physique (Figure 6a), les ouvertures amont de chaque trompe sont toutefois un peu mieux alimentées. Ce constat n’est cependant pas confirmé par les résultats du modèle numérique (Figure 6b). Les vitesses maximales à la grille se situent autour de 1.2 m/s. Dans la situation alluvionnée, ces vitesses augmentent jusqu’à 1.35 m/s sous l’influence du dépôt sédimentaire qui réduit la section d’approche. En exploitation normale, le niveau dans la retenue est maintenu constant à 446 m s.m. L’étude des écoulements d’approche à l’aide de la méthode LSPIV a permis de reproduire le champ des 330

Figure 8. Répartition des vitesses et du débit à l’entrée de la nouvelle prise d’eau, QRhône = 235 m3/s, Qnouvelle prise = 75 m3/s, Qprise existante = 160 m3/s, a) niveau d’eau à 446 m s.m. et b) à 445 m s.m.

Figure 9. Répartition des vitesses et du débit à l’entrée de la prise d’eau existante, QRhône = 235 m3/s, Qnouvelle prise = 75 m3/s, Qprise existante = 160 m3/s, a) niveau d’eau à 446 m s.m. et b) à 445 m s.m. vitesses superficielles dans la retenue. La comparaison avec les résultats de FLOW3D® révèle une bonne cohérence entre les deux approches. Pour un débit du Rhône de 1270 m3/s, correspondant à la pointe de crue mesurée en octobre 2000, l’exploitation est arrêtée et tous les pertuis sont ouverts. La simulation préalable avec Dunamic 2D (Figure 7a) montrait une ouverture centrale légèrement plus capacitive. Cette particularité a été confirmée de manière encore plus prononcée sur modèle physique (Figure 7b). La passe de rive gauche est affectée par l’écoulement en courbe qui privilégie l’extérieur du coude et celle de rive droite est partiellement masquée par le mur guide-eau existant entre les passes 2 et 3. Cette répartition non uniforme du débit est également mise en évidence par la simulation numérique 3D (Figure 7c). La différence observée entre les résultats expérimentaux et numériques est de l’ordre de 5%. Elle montre que l’écoulement en

courbe et la présence d’obstacles génèrent des comportements tridimensionnels complexes qui ne sont pas parfaitement reproduits par les modèles numériques. De manière générale, l’augmentation du débit conduit à l’atténuation de l’influence du mur guideau et à une répartition plus uniforme entre les pertuis. Dans tous les cas, la passe 2 reste la plus capacitive. Les mesures de niveau montrent que l’inclinaison du plan d’eau, causée par l’écoulement en courbe à l’amont du barrage, conduit à une différence d’environ 0.5 à 0.7 m entre les deux rives. Cette différence a été confirmée par tous les modèles. A l’exception de phénomènes locaux, les écoulements d’approche peuvent être simulés avec FLOW3D® d’une manière fiable. Par la suite, le logiciel a été exploité pour l’étude de variantes de Lavey+, en particulier pour la conception de la nouvelle prise d’eau avant son intégration au modèle physique.

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Figure 11. Bathymétrie alluvionnée : a) mesurée sur prototype avant la purge 2005, b) sur le modèle physique de l’état actuel avant et c) après 24 h de purge, d) sur modèle physique de Lavey+ e) avant et f) après 24 h de purge. 4.1.2 Gestion sédimentaire Un essai d’alluvionnement réalisé sur le modèle physique a permis la reconstitution de la bathymétrie mesurée sur prototype avant l’opération de purge réalisée en 2005. Après une phase de remplissage par charriage à débit constant, une série de crues avec l’apport sédimentaire correspondant a été simulée pour dynamiser le transport sédimentaire. Des mesures bathymétriques à l’aide d’un Mini Echo Sounder (UWS) ont permis de suivre l’évolution du lit pendant les essais et de reconstituer la géométrie finale des dépôts. Cet essai a été interrompu lorsque le volume d’alluvionnement du modèle correspondait à celui mesuré in situ (Figure 11a). Les niveaux et la forme des dépôts ont ainsi pu être reproduits conformément à la réalité, en respectant les conditions d’exploitation du barrage. Cette bathymétrie (Figure 11b), caractérisée par un dépôt important à l’intérieur du coude

et un chenal prononcé en rive droite, a été utilisée comme condition initiale pour l’opération de purge et la mesure de son efficacité (Figure 11c). La simulation préalable avec transport solide par CCHE 2D a produit une bathymétrie à deux chenaux, l’un dirigé vers la passe 2 et l’autre à l’extérieur de la courbe. Cette morphologie est significativement différente de celle mesurée sur le modèle physique. Les dépôts en rive gauche sont par contre bien reproduits. 4.2

Essais sur modèle physique de Lavey+

4.2.1 Exploitation Le réaménagement de la retenue dans le cadre du projet Lavey+ a pour but d’atténuer la problématique alluvionnaire d’une part et de permettre une gestion flexible de l’aménagement hydroélectrique projeté

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

4.2.2 Evacuation des crues La capacité d’évacuation des crues de la situation réaménagée doit satisfaire les contraintes sécuritaires. Il a ainsi été vérifié qu’une crue extrême de 1915 m3/s peut être évacuée par le barrage avec un débordement amont négligeable. L’aménagement futur permet également l’évacuation d’une crue centennale en respectant le critère n-1, c’est-à-dire qu’un débit de 1270 m3/s peut être évacué par les deux pertuis les moins capacitifs sans causer de dommages. Comme pour la configuration actuelle, la passe centrale reste la plus capacitive avec 40% du débit évacué. 4.2.3 Gestion sédimentaire Par la prolongation du mur guideau, un chenal de purge efficace a pu être créé en rive gauche, favorisant la gestion sédimentaire. Grace à l’augmentation des vitesses d’écoulement, les sédiments sont transportés progressivement en direction du barrage et s’accumulent de manière régulière sur toute la largeur du cours d’eau (Figure 11e). Lors d’une purge, les alluvions sont rapidement remobilisées et évacu331

LAVEY

Figure 10. a) Volume sédimentaire évacué par des purges en rive gauche, b) alluvionnement dans le modèle physique et points de contrôle proposés.

d’autre part. Les ouvrages prévus, en particulier le mur guideau prolongé et son échancrure, ne devraient pas perturber les bons écoulements d’approche de la prise d’eau existante. De même, la nouvelle prise d’eau doit être alimentée par un écoulement frontal. Les essais d’optimisation ont montré que la répartition des vitesses à l’entrée des prises d’eau est sensible aux modifications géométriques de l’échancrure (longueur, hauteur, distance à la prise). La configuration finale de Lavey+ permet d’obtenir des conditions satisfaisantes pour la nouvelle prise d’eau avec une répartition équilibrée du débit entre les quatre entrées (Figure 8). La vitesse d’approche maximale pour un débit turbiné de 75 m3/s est de 0.6 m/s et de 1.25 m/s pour 140 m3/s. Pour le niveau d’exploitation à 446 m s.m (Figure 9a), la prise d’eau existante n’est pas perturbée. Les deux trompes d’entrée soutirent le même débit et les vitesses d’approche sont de 0.8 m/s environ. A 445 m s.m. (Figure 9b), la trompe d’entrée aval soutire légèrement plus de débit et les vitesses maximales dans le tiers supérieur de la prise atteignent 1.0 m/s. Cet écoulement surfacique a déjà été révélé pour l’état actuel et se renforce légèrement avec la prolongation du mur guideau.

99. Hauptversammlung LAVEY 2010

ées. L’efficience des purges augmente avec le débit et 60 à 70% du volume de sédiments purgés est évacué pendant les six premières heures (Figure 10a). La zone devant les prises d’eau est protégée des apports sédimentaires par le mur guideau. Des sédiments franchissent néanmoins l’échancrure, soit en suspension, soit en raison d’un remplissage trop important en rive gauche. Ils peuvent cependant être évacués efficacement par le chenal de purge de rive droite à partir d’un débit de 150 m3/s. Pour la décision de déclenchement d’une purge, des mesures continues du niveau du lit, à l’aval et des deux côtés de l’échancrure, sont proposées (Figure 10b). 5. Conclusions L’approche hybride basée sur la modélisation physique-numérique permet de traiter l’ensemble des problèmes soulevés par un projet avec les moyens appropriés et contribue par conséquent à leur résolution. L’approche numérique se révèle particulièrement intéressante pour la documentation des écoulements d’approche à large échelle et pour le pré-dimensionnement des ouvrages et l’étude préalable des variantes. Le modèle physique est justifié par la complexité des phénomènes biphasiques et tridimensionnels concernés. Les caractéristiques principales de l’écoulement d’approche simulé numériquement sont confirmées par les mesures sur modèle

physique, dont les résultats relatifs au transport sédimentaire correspondent bien aux valeurs mesurées sur prototype. La configuration optimale de Lavey+aainsipuêtretrouvéeetdocumentée en détail. Une gestion sédimentaire durable avec un alluvionnement réduit des prises d’eau et une efficience de purge élevée a été rendue possible. De surcroît, les écoulements d’approche demeurent uniformément répartis en phase d’exploitation et les critères de sécurité en cas de crue sont respectés.

au voisinage du barrage de Lavey». Rapports internes, 2005 et 2007 [4]

Kantoush S.A. Bollaert E. et Schleiss A.J.

«Experimental and numerical modeling of sedimentation in a rectangular shallow basin». International Journal Sediment Research, Issue 23, pp. 112–132, 2008 [5]

Kantoush S.A. De Cesare G. Boillat J.-L. et

Schleiss A.J. «Flow field investigation in a rectangular shallow reservoir using UVP, LSPIV and numerical modeling». Flow Measurement and Instrumentation, Issue 19, pp. 139–144, 2008 [6]

Müller M. Bieri M. Ribeiro Martins J. Boillat

J.-L. et Schleiss A.J. «Barrage de Lavey – EtuRemerciements

des physique et numérique des écoulements et

Les auteurs remercient le Service de l’électri-

du transport solide dans le Rhône». Colloque

cité (SEL) de la ville de Lausanne, mandant de

SHF: «Modèles physiques hydrauliques», Lyon,

cette étude, ainsi que le groupement d’ingé-

France, 2009

nieurs Stucky SA, Hydrocosmos SA et Bonnard

[7]

& Gardel SA pour leur collaboration efficace et

rical modeling of the water intakes of the Lavey

fructueuse.

hydroelectric power plant under steady flow

Ribeiro Martins J. «Physical and 3D nume-

conditions». MAS master thesis, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, 2009

Références [1]

Bieri M. Jenzer J. Kantoush S.A. et Boillat

J.-L. «Large Scale Particle Image Velocimetry Applications for Complex Free Surface Flows

Adresse des auteurs

in River and Dam Engineering». 33rd IAHR

Michael Müller, Martin Bieri, Dr Jean-Louis

Congress, Vancouver, Canada, 2009

Boillat, Prof. Dr Anton Schleiss

[2]

Bieri M. Müller M. Ribeiro Martins J. et

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Boillat J.-L. «Complémentarité de la modéli-

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

sation physique et numérique à l’exemple d’un

EPFL – ENAC – IIC – LCH, Station 18

aménagement

CH-1015 Lausanne

hydroélectrique».

SimHydro

2010: «Hydraulic modeling and uncertainty»,

michael.mueller@epfl.ch

Sophia Antipolis, Nice, France, 2010

martin.bieri@epfl.ch

[3]

jean-louis.boillat@epfl.ch

Groupement Stucky-Hydrocosmos-BG:

«Etude hydraulique bidimensionnelle du Rhône

anton.schleiss@epfl. ch

Die nächste Ausgabe von «Wasser Energie Luft» erscheint am Donnerstag, 17. März 2011

Foto: MMi

332

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Die diesjährige Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes vom 2. September 2010 stand ganz im Zeichen des 100-jährigen Bestehens des Verbandes. Im Beisein von Frau Bundespräsidentin Doris Leuthard und Herrn Hans Schweickardt, Vizepräsident von swisselectric und Verwaltungsratspräsident der Alpiq AG, startete die Jubiläumsfeier im Zürcher Rathaus. Frau Bundespräsidentin Leuthard unterstrich in ihrem Grusswort die Bedeutung der Wasserwirtschaft

für unsere Volkswirtschaft. Herr Schweickhardt äusserte sich zu den Zukunftsaussichten der Wasserkraft, die auf absehbare Zeit ein wesentlicher Pfeiler einer sicheren Energieversorgung bleiben wird. Nationalrat und Verbandspräsident Caspar Baader schlug eine Brücke von der Gründung des Verbandes zu seinen aktuellen Herausforderungen. Neben den Festreden der geladenen Gäste trugen die von der Compagnia Rossini vorgetragenen musikalischen Leckerbissen zur gelungenen Feier bei.

Im Anschluss an den Festakt mit statutarischem Abschluss im Rathaus genoss die Festgesellschaft Apéro und Nachtessen auf dem Dampfschiff ‹Stadt Rapperswil› und liess so die Feier langsam ausklingen. Am folgenden Tag wurde die traditionelle Exkursion durchgeführt. Die Teilnehmenden konnten die laufende Maschinenerneuerung des Kraftwerkes Eglisau sowie das Renaturierungsprojekt am Thurspitz besichtigen. Pfa

Grusswort der Bundespräsidentin Doris Leuthard

Frau Bundespräsidentin Doris Leuthard, inzwischen Vorsteherin des Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation unterstrich als Vorsteherin des Eidgenössischen Volkswirtschaftsdepartements EVD, in ihrem Grusswort die Bedeutung der Wasserwirtschaft für unsere Volkswirtschaft. «Wasser ist als Wirtschaftsfaktor für viele Branchen unverzichtbar – von der Rheinschifffahrt über die Landwirtschaft, den Coiffeursalon, den Tourismus bis hin zum Biscuithersteller». Wasser habe aber nicht nur volkswirtschaftlichen Nutzen, sondern sei schlicht die Quelle des Lebens, führte die Bundespräsidentin weiter aus. In diesem Umfeld spiele eine integrale, nachhaltige Wasserwirtschaft eine wichtige Rolle, denn diese müsse die Nutzung und den Schutz der Ressource in Einklang bringen. Nötig sei daher eine differenzierte Strategie für das Wassermanagement, die es gemeinsam und auf allen Ebenen zu erarbeiten gilt. Hier zähle die Bundespräsidentin auf die Impulse des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbands. Frau Bundespräsidentin Doris Leuthard.

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

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99. Hauptversammlung 2010

100-Jahr-Feier des SWV

99. Hauptversammlung 2010

Herausforderungen an die Wasserkraft im 21. Jahrhundert Hans E. Schweickardt

Sehr geehrter Herr Präsident, sehr geehrte Damen und Herren, Herausforderungen an die Wasserkraft im 21. Jahrhundert. Das ist mein Thema. Dazu gibt es einiges zu sagen. Ich danke Ihnen herzlich, dass ich gerade heute, am Geburtstagsfest des SWV, Gelegenheit dazu bekomme! Ich gratuliere Ihnen herzlich zum Jubiläum! Alles Gute! Ich gliedere mein Referat in drei Teile. Zuerst möchte ich die Ausgangslage kurz abstecken. Damit wir alle ungefähr vom Gleichen sprechen. Dann möchte ich in einem zweiten Teil die grossen Chancen der Wasserkraft im 21. Jahrhundert ansprechen. Doch es gibt im Leben keine Chancen ohne Risiken – darauf möchte ich im dritten Teil meines Referats eingehen. Denn auch am heutigen Geburtstagsfest wollen wir die Welt ja nicht nur durch die rosarote Brille betrachten. 1. Die Ausgangslage Zuerst zur Ausgangslage. Dazu ein paar Stichworte. • Das erste Stichwort lautet: Nummer 1. Die Wasserkraft ist die Nr. 1 in der Schweiz. Ihr Anteil an der Stromproduktion beträgt 56%; Flusskraftwerke, Stauseen und Pumpspeicherkraftwerke zusammen gezählt. Platz zwei belegt die Kernenergie, mit 39% der Produktion. Auf Platz drei liegen die übrigen Energien. Der Anteil der neuen erneuerbaren Energien beträgt 2%. Das meiste davon kommt aus der Kehrichtverbrennung. Der Anteil von Wind und Sonne liegt unter 0.1%. Mit anderen Worten: Wasserkraft und Kernenergie sind die Champions der Schweizer Stromproduktion. Und bei realistischer Betrachtung sind sie das morgen auch noch. • Das zweite Stichwort lautet: Bergkantone. Etwa zwei Drittel der Wasserkraft stammen aus den Bergkantonen Wallis, Uri, Tessin und Graubünden. Die 334

Wasserkraft ist also das Kapital der Bergkantone. • Das dritte Stichwort lautet Partnerschaft. Die meisten grossen Anlagen sind Partner-Werke. Warum das? Wasserkraft heisst Investition in Infrastruktur. Die lange Sicht zählt. Die Kosten sind hoch. Aber wir finanzieren aus eigener Kraft, nicht mit Steuer-Geldern und Parlamentskrediten. Wir müssen die Mittel selber generieren und die Risiken verteilen. Das braucht Partner. • Das vierte Stichwort lautet: Pioniergeist. Der grosse Ausbau der Wasserkraft erfolgte zwischen 1950 und 1970. In dieser Zeit wurde die Produktion um ca. 100% gesteigert. Ein Sprung nach vorn! Eine Pionierzeit! Ihr Verband war zuvorderst mit dabei. Herzliche Gratulation! Vielen Dank! Seither, in den letzten 40 Jahren, lag die Produktionszunahme noch bei rund 15%. Zwischenzeitlich galt die Produktion aus Wasserkraft sogar als nicht mehr amortisierbar. Jetzt herrscht aber wieder Zuversicht. Und vielleicht sind wir ja schon bald mitten drin in einer neuen Pionierzeit. Die Pionierzeit der Pumpspeicherung! • Damit komme ich zum letzten Stichwort. Es lautet Stromzukunft. Ich mache keine Prognose, nur eine Trendmeldung. Der Stromverbrauch nimmt seit Jahren kontinuierlich zu. Mehr Einwohner, mehr Wohnflächen, mehr Komfortbedarf, mehr ÖV, mehr Wärmepumpen. Auf der andern Seite zeichnet sich ein Produktionsrückgang in der Schweiz ab. Warum? • ältere AKW müssen vom Netz • die Importverträge mit Frankreich laufen aus und • das Potenzial der neuen EE ist doch noch sehr beschränkt. Trotz sehr viel mehr Energieeffizienz öffnet sich eine deutliche Stromlücke. Diesem Trend müssen wir Rechnung tragen. Wir müssen die Stromproduktion in der Schweiz rechtzeitig erneuern und ausbauen.

Hans E. Schweickardt, Verwaltungsratspräsident Alpiq Holding AG. Wie dies im Spannungsfeld von Versorgungssicherheit, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit geschehen soll – darüber muss sich das Volk in den nächsten Jahren einig werden. 2. Die Chancen Soweit zur Ausgangslage. Kommen wir nun zu den Chancen der Wasserkraft. Sie hat beste Voraussetzungen, um im 21. Jahrhundert weiterhin eine bedeutende Rolle zu spielen! 2.1

Eine erste Chance ergibt sich aus der Geographie Die Schweiz hat kein Öl, kein Gas und keine Kohle. Die Schweiz hat wenig Sonne und Wind. Dort sind wir stark limitiert.

«Aber wir haben die Alpen, Berge, Schnee und Wasser. Wasser in grossen Mengen und Wasser in dosierbaren Mengen. Das ist wichtig.»

Die Natur hat uns die phantastische Möglichkeit gegeben, mit unserem Wasser unabhängig und eigenständig Strom zu

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

2.2

Eine zweite Chance liegt im Ausbau-Potenzial der Wasserkraft Bis 2050 rechnen wir mit einen langfristigen Ausbaupotenzial von rund 3 Mia KWh. Darin sind die Verluste durch strengere Restwasser-Bestimmungen eingerechnet. Die Folgen des Klimawandels hingegen sind offen. 3 Mia. KWh sind wenig. Aber gegenüber heute (37 TWh) doch 8% mehr. Das Ausbaupotenzial verteilt sich auf drei Bereiche: • Neue Anlagen • Neue Kleinwasserkraftwerke und • die Effizienzsteigerungen bestehender Kraftwerke. 2.3 Die dritte Chance Die Geschichte der Wasserkraft war bisher eine Erfolgsstory. Wir können ihr in Zukunft noch einige weitere Kapitel hinzufügen! Ich bin überzeugt: Das Potenzial dazu ist vorhanden. Die Wasserkraft grenzt an ein ökologisches Wunder! Natürlich: Jedes Kraftwerk ist Menschenwerk und somit ein Eingriff in die Natur und in die Landschaft. Und ja, es stimmt: Die Wasserkraft beeinträchtigt den freien Fluss des Wassers und die Fortbewegung der Fische. Aber wahr ist auch: Wasser ist erneuerbar. Wasser erzeugt keine Rückstände, Wasser hinterlässt keine Gifte und keine Abfälle. Das Wasser geht bei der Produktion von Elektrizität nicht verloren. Es wird nicht konsumiert. Es bleibt im Kreislauf. Das ist, ich wiederhole es gerne, fast ein ökologisches Wunder! Und aus diesem ökologischen Wunder entsteht Elektrizität. Elektrizität ist nicht einfach «nur» Energie. Sondern die Energie für Präzision, für Innovation, für High-Tech. Für all jene Bereiche, wo wir uns in der Schweiz für besonders stark halten! 2.4

Die vierte Chance der Wasserkraft hat mit dem vorher Gesagten zu tun Wasserkraft ist klimaverträglich. Wenn ich das sage, denke ich an zwei Dinge: • Erstens: Wasserkraft ist CO2-frei. Das ist ein unschlagbarer Trumpf im Kampf

ums Klima. Die Wasserkraft ist – zusammen mit der Kernenergie – der Hauptgrund für unseren vergleichsweise geringen pro Kopf-CO2-Ausstoss. Setzt man unseren CO2-Ausstoss in Relation zum BIP, sind wir sogar Weltmeister! • Zweitens: Wir werden in Zukunft mehr Strom brauchen. Nicht nur, weil Strom so hochwertig ist. Sondern auch, weil wir – als gewissenhafte Weltmeister – noch weniger CO2 ausstossen wollen als bisher. Und weil die prognostizierten 8.7 Mio. Einwohner von 2025 mehr Strom brauchen als die 7.8 Mio. Einwohner von heute. Jetzt höre ich sagen: Sonne, Wind, Energieeffizienz. Das ist doch die Geometrie der Zukunft! Doch allein damit die Stromlücke zu schliessen, und wegen des Klimas auch noch fossile Energie zu ersetzen – das ist die Geometrie des Unmöglichen. In der Geometrie des Möglichen hingegen hat Wasserkraft ihren festen Platz. Und auch die Kernenergie. Beide sind gut fürs Klima. 2.5

Die fünfte Chance, die ich erwähnen möchte: die Wasserkraft hat das Zeug zur Spitzenenergie Stau- und Pumpspeicherkraftwerke sind die Crème de la Crème der Wasserkraft. Weil wir den Strom genau dann im Netz haben, wenn wir ihn brauchen. In der Spitze eben. Die Alpiq investiert in diese Technologie, das Werk «Nant de Drance» ist ein Beispiel dafür. Wir sind mit unserem Projekt zum Glück nicht allein. Wir haben den Pioniergeist ja nicht für uns gepachtet. Auch Axpo, Repower und BKW planen oder bauen ihrerseits grosse neue Pumpspeicherkraftwerke in Limmern/GL, Bernina/GR und Grimsel/BE. Diese alpinen Speicher sind wichtig fürs 21. Jahrhundert: • wirtschaftlich: Spitzenenergie ist besonders wertvoll. • gesellschaftlich: Spitzenenergie ist der Treibstoff für Dienstleistungen und High-Tech! • versorgungstechnisch: Spitzenenergie schafft Stabilität im Netz, wenn in Deutschland wenig Wind bläst oder wenn alle Menschen gleichzeitig den Schalter auf «on» switchen! Unsere Spitzenenergie gibt uns als Strom-Drehscheibe und Oeko-Batterie ganz besondere Chancen in Europa! Die Wasserkraft hat also alle Chancen, auch im 21. Jahrhundert Geschichte zu schreiben.

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

3. Die Risiken Es gibt aber für die Wasserkraft auch einige Risiken. Darauf möchte ich im Folgenden näher eingehen. Ein erstes Risiko ergibt sich aus der Energiepolitik der Schweiz selbst. Diese steht eigentlich stabil auf den vier Säulen: Energieeffizienz, erneuerbare Energien, Grosskraftwerke und Energieaussenpolitik. Es besteht aber die Gefahr, dass die Tragfähigkeit der einzelnen Säulen überbzw. unterschätzt wird. Warum? Es bestehen erhebliche Illusionen über die beiden Säulen Energieeffizienz und erneuerbare Energien. Ihre Potenziale werden gern überschätzt und zu früh angesetzt. Sie werden nämlich erst langfristig tragfähig. Es besteht auch die falsche Hoffnung, das Dach halte auch ohne die Säule Grosskraftwerke. Weil der Weg zu neuen Grosskraftwerken lang und unbequem ist. Doch Umwege sind am Schluss immer kostspieliger und dauern erst noch länger. Es lockt zudem die Versuchung, sich zu sehr auf die Säule Import zu verlassen. Stromimporte sind nur scheinbar der Weg des geringsten Widerstands. Tatsächlich sind Importe teuer und machen abhängig.

«In der Not, wenn alle andern Länder auch knapp sind, können sie sogar zum Risiko werden, statt Sicherheit zu bieten.»

Kurz: Das Risiko der 4 Säulen heisst «Illusion». Die Illusion, dass wir Versorgungssicherheit in Zukunft auch ohne zusätzliche Produktion im Inland und ohne Rücksicht auf den Preis haben können. Tatsache ist: Die eigenständige, die zusätzliche Produktion von Energie ist eine Voraussetzung für unsere langfristige Versorgungssicherheit. Hier gibt es allerdings ein zweites Risiko. Dass man nämlich nur ein einziges Pferd vor den Karren spannen will. Nur Wasserkraft. Oder nur Kernenergie. Oder nur Wind und Sonne. Oder nur Gas. Aus ideologischer Verblendung oder übersteigertem Lobbyismus. So kommt man aber nicht ans Ziel. Ein Einspänner reicht nicht: • Unser Strommix braucht mehrere Zugpferde. • Unsere Energieversorgung muss breit gefächert sein. • Unsere Energiepolitik erträgt keine Scheuklappen. 335

99. Hauptversammlung 2010

produzieren! Zuerst für uns, aber warum auch nicht für andere? Die Schweiz ist ja schliesslich eine Exportnation! «Es ist nicht verboten, etwas mehr zu produzieren, als man selbst braucht»! So hat es auch Frau Bundeskanzlerin Merkel für ihr Land einmal auf den Punkt gebracht.

99. Hauptversammlung 2010

Die grossen Stromkonzerne der Schweiz haben allesamt verschiedene Pferde im Stall. Sie haben alle ihre Stärken und Schwächen. Doch gemeinsam sind sie in der Lage, das Rennen des 21. Jahrhunderts erfolgreich zu bestreiten. Ein Risiko-Feld ist auch die Strommarktöffnung. Nicht weil Markt und Wettbewerb schlecht sind. Ganz im Gegenteil. Aber das Regelwerk ist noch sehr instabil. Es ist sehr viel umfangreicher ausgefallen als erwartet. Und es enthält Regeln, die sogar dem Geist des Spiels widersprechen. Zum Beispiel staatliche Preisvorgaben. Darunter leidet der Spielfluss. Und man riskiert schnell die rote Karte. Anders gesagt: Der Markt funktioniert noch nicht. Er ist ja auch erst halb offen. Das ist politisch verständlich. Aber das Halbe funktioniert bekanntlich nie so gut wie das Ganze. Die Frage lautet, wie wir der Idee der Marktöffnung mehr Leben einhauchen können. Die Antwort ist: • Wir müssen die Investitionsfähigkeit stärken. Das ist das Wichtigste von allem. Nicht abschöpfen und umverteilen ist das Thema. Sondern die Investitionsbereitschaft fördern. • Wir müssen weitere Schritte wagen – und den Markt weiter öffnen, nicht zumachen. • Wir brauchen Berechenbarkeit und Stabilität. Mehr Konstanz, weniger Hin und Her. • Wir sind froh, wenn die Politik den Rahmen setzt. Aber sie kann nicht der bessere Unternehmer sein. Das hat die Geschichte immer wieder gezeigt. Eine Politik der Zurückhaltung bringt am Schluss mehr als eine Politik der Interventionen. Dann gibt es auch noch das Preisrisiko. Der Preis ist eine Schlüsselgrösse für Konsumenten und Produzenten. Er besteht aus drei Teilen: • Ein Drittel des Preises sind die eigentlichen Energiekosten, also die Produktion. Hier soll Wettbewerb herrschen. Mit diesem Teil des Preises – und nur mit diesem – können die Investitionen in die zusätzlich nötige Produktion finanziert werden. Hier muss in Zukunft der Marktpreis gelten. Künstlich tiefe Preise gemäss Gestehungskosten sind marktfremd. Und gehen zulasten der Investitionsfähigkeit.

336

•

Ein Drittel des Preises entfällt auf die Netzkosten. Hier besteht kein Wettbewerb, sondern ein Monopol. Hier bestimmt letztlich der Regulator den Preis. Die Elcom hat die Preise bereits mehrfach nach unten diktiert. Vielleicht zu weit, sagt das Bundesverwaltungsgericht. • Der Rest entfällt auf Steuern und Abgaben. Diese machen auch bald einen Drittel des Strompreises aus. Denken Sie nur an die beschlossene Erhöhung der Wasserzinsen, an die Renaturierungsbeiträge und an die Erhöhung der kostendeckenden Einspeisevergütung. Der Staat meint es zwar nur gut mit all diesen Abgaben. Doch was er abschöpft, fehlt am Schluss im Topf für die Investitionen. Oder im Budget der Konsumenten. Es fällt auf: Die eine öffentliche Hand drückt die Preise nach unten. Die andere öffentliche Hand erhöht sie wieder über Steuern und Abgaben. Das ist schwer durchschaubare Logik. Ein Risiko für Konsumenten und Produzenten. Damit komme ich zu einem letzten Risiko: die Engpässe im Netz. Wenn der Strom nicht ins Ziel kommt, nützt die beste Produktion nichts. Unbestritten ist: unser Netz hat Engpässe. Das stellt die Infrastruktur-Strategie des Bundes fest. Und das hat auch der Schlussbericht der Expertengruppe nach dem Stromausfall im SBB-Netz festgehalten. Die Experten haben über 60 Punkte von strategischer Bedeutung im SBB- und übrigen Netz bezeichnet, die angepackt werden müssen. Unbestritten ist auch, dass Leistungsfähigkeit und Stabilität des Netzes immer wichtiger werden, • weil die offenen Märkte auf offenen Netzen basieren; • weil Elektrizität z.B. aus Sonne und Wind dezentral und von Natur aus instabil produziert wird und • weil unsere Gesellschaft Strom rund um die Uhr braucht, aber jede Minute in ganz unterschiedlichen Mengen. Das braucht Kapazitätsreserven im Netz. Unbestritten ist deshalb, dass wir in Zukunft mehr in das Netz investieren müssen. Dafür müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein: • Im Monopol-Preis sind Mittel für Investitionen einzurechnen;

•

Die Bewilligungsverfahren sind so zu gestalten, dass Bewilligungen mit vertretbarem Aufwand möglich sind; die Frage: Freileitung oder Erdverlegung? muss fallweise und pragmatisch entschieden werden. Nicht jede Leitung muss oder kann in den Boden. Das hält auch die EU so. Sie hat bis jetzt erst 0.09% des Netzes in den Boden gebracht.

4. Schlusswort Damit komme ich zum Schluss und Fazit. Erstens: Die Wasserkraft hat alle Chancen, in der Schweiz des 21. Jahrhunderts ganz vorne mitzuspielen. Tun wir etwas dafür – Chancen kann man nämlich auch verpassen. Zweitens: Die Wasserkraft hat viele Stärken. Unschlagbar ist sie im Dreieck Ökologie – Wirtschaftlichkeit – Zuverlässigkeit. Erschliessen wir das vorhandene Ausbau-Potenzial. Wagen wir dabei – wie in den letzten Jahrzehnten – auch wieder mutige Schritte und grosse Würfe! Erneuern wir das Erneuerbare! Drittens: Die Wasserkraft alleine kann es nicht richten. Die Versorgungssicherheit erhalten wir im 21. Jahrhundert nur im Verbund mit mehr Energieeffizienz und mehr Strom aus Sonne, Wind, Biomasse, Erdwärme – und Kernenergie. Wir müssen in die Breite, wenn wir nach vorne wollen! Viertens: Die Wasserkraft braucht politischen Druck. Nicht nur Abschöpfungsdruck, sondern Wertschöpfungsdruck! Damit die Investitionsfähigkeit der Unternehmungen auch in Zukunft und im offenen Markt gesichert ist. Druck, um im 21. Jahrhundert mit Hochdruck produzieren zu können. Fünftens: Die Wasserkraft muss fliessen. Von den verschneiten Gipfeln bis in die Endpunkte im Netz, irgendwo in der Schweiz, irgendwo in Europa. Eine Politik ohne Spitzkehren, ein Netz ohne Engpässe, ein Vorwärts ohne Rückstau – so bleibt die Wasserkraft in Bewegung! Das wünsche ich auch Ihnen zum Geburtstag: viel Bewegung, viel Engagement und viel Erfolg in den nächsten 100 Jahren! Hans E. Schweickardt

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Caspar Baader

Sehr geehrte Damen und Herren, auch wenn wir im Leben und in der Wirtschaft meist nach vorne schauen, ist es sicher angebracht, aus Anlass des 100-jährigen Bestehens unseres Verbandes einen Blick zurück zu wagen. Entstehung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes, Motivation und Ausrichtung Der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband wurde am 2. April 1910 in Zürich gegründet. Die Gründer bezweckten mit dem Verband die gemeinsame Wahrung und Förderung von «sämtlichen wasserwirtschaftlichen Interessen». Explizit wurde darunter verstanden: Wasserwirtschaft und Wasserwirtschaftspolitik, eidgenössisches und kantonales Wasserrecht, Kraftgewinnung und Kraftverwertung, See- und Flussregulierungen, Talsperrenbau, Schifffahrt, Fischerei und verwandte Gebiete. Nach heutigem Verständnis der Wasserwirtschaft waren die damaligen Themen vor allem auf die Nutzung des Wassers ausgerichtet. Dies kann sicher nicht als Geringschätzung der Schutzansprüche angesehen werden, sondern ist vielmehr Ausdruck davon, dass bei der damals noch relativ geringen Besiedelung unseres Landes die Auswirkungen der Nutzungen auf die Gewässer noch weniger bedeutend waren. Die Trink- und Brauchwasserversorgung fand bei der Gründung des Wasserwirtschaftsverbandes keine Erwähnung. Sie hatte 1910 bereits seit längerer Zeit ihren eigenen Verband des Gas- und Wasserfachs. Bereits vor 1910 wurden in verschiedenen grossen Flusstälern Korrektionsarbeiten ausgeführt mit dem Ziel der Urbarmachung von Landwirtschafts- und Siedlungsland sowie der Verbesserung des Hochwasserschutzes. Fast überall entwickelten sich diese Korrektionen aber zu Daueraufgaben, welche zu Beginn des 20. Jahrhunderts bei Weitem nicht abgeschlossen waren. Auch die Binnenschifffahrt befand sich europaweit im Aufschwung und

der Wasserkraft und den Ausbau der Binnenschifffahrt, eine Plattform zu schaffen. Diese sollte den Akteuren helfen, über die Bedeutung, die Ziele und das Zusammenwirken bei der Gestaltung der wasserwirtschaftlichen Zukunft ins Klare zu kommen. Nationalrat und Oberst Eduard Will, der designierte erste Präsident des Verbandes, eröffnete die Gründungsversammlung in der Aula des Schulhauses Hirschengraben mit den Worten:

Nationalrat Caspar Baader, Präsident SWV. dank der neu erschaffenen Möglichkeit, Strom über grosse Distanzen zu übertragen, erfolgte der Bau der ersten «grossen» Wasserkraftwerke. In der ersten Ausgabe der «Schweizerischen Wasserwirtschaft» wurde diese Situation wie folgt umschrieben: «Die Elektrizität hat gewaltige Kräfte lebendig gemacht, die unbenützt abflossen; unsere Seen, bis jetzt nur der Augenweide und einem bescheidenen Lokalverkehr dienend, haben sich in grosse Kraftreservoirs verwandelt und schon heben sich die grossen Linien eines nationalen und internationalen Binnenschifffahrtsverkehrs deutlich ab. Ein grandioser Wechsel im ökonomischen Leben eines kleinen Volkes, dessen Land bisher an Naturschätzen so arm war!» Aus dieser Aufbruchstimmung wurde der Bedarf für einen umfassenden Verband abgeleitet. Auch dazu kann im selben Aufsatz nachgelesen werden: «Wir spüren die fieberhafte Tätigkeit der Technik, die den rapid gewachsenen Bedürfnissen gerecht werden, ihnen vorsorglich vorauseilen soll. Aber eine volle Klarheit über diese Technik, ihre Ziele, ihre Bedeutung, sowie über die Kräfte, die zusammenwirken müssen, damit diese Ziele erreicht werden, haben wir noch nicht». Es ging also 1910 darum, angesichts der sich beschleunigenden wasserwirtschaftlichen Aktivitäten, insbesondere für den Flussbau, die Ausnutzung

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

«Am 15. Januar hat in diesem Saale eine imposante Versammlung von Interessenten der schweizerischen Wasserwirtschaft stattgefunden, welche die Idee der Gründung eines schweizerischen wasserwirtschaftlichen Verbandes lebhaft aufnahm. Sie beauftragte einen provisorischen Ausschuss von 21 Mitgliedern mit der Vorbereitung der Organisationsarbeiten, deren Resultate Ihnen nun heute in der Form eines Statutenentwurfs, eines provisorischen Geschäftsreglements sowie eines Arbeitsprogramms unterbreitet werden».

Anlässlich der Gründungsversammlung zählte der Verband 71 Mitglieder. An der ursprünglichen Grundausrichtung des Verbandes hat sich in den hundert Jahren seit seiner Gründung nur wenig geändert. Schwerpunkte der Tätigkeit blieben die Wasserkraftnutzung und der Flussbau, zusammen mit dem Hochwasserschutz. Die Binnenschifffahrt beschritt hingegen teilweise eigene Wege. Im Laufe der Zeit verschoben sich jedoch die Schwerpunkte. Der Verband ist aber eine Akteursplattform für alle betroffenen wasserwirtschaftlichen Tätigkeiten geblieben mit der klaren Ausrichtung, die verschiedenen wasserwirtschaftlichen Aktivitäten aufeinander abzustimmen und zu koordinieren. 337

99. Hauptversammlung 2010

100 Jahre Wasserwirtschaft – und kein bisschen müde!

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Binnenschifffahrt Der Ausbau der Binnenschifffahrt auf den Flüssen war auf die Mithilfe der Wasserkraft beim Bau der Stauhaltungen angewiesen. Im Wasserwirtschaftsplan für das Linth-Limmatgebiet wurde auch festgestellt, dass der Anschluss der Stadt Zürich an das europäische Schifffahrtsnetz über Limmat, Aare und Rhein nur rentieren würde, wenn er mit einer Ostalpenbahn kombiniert würde. Wie wir heute wissen, wurde die Ostalpenbahn nicht realisiert. Dagegen entwickelte sich die Bahn mehr und mehr zum Konkurrenten der Binnenschifffahrt. Eine Alternative zur Anbindung der Stadt Zürich über die Limmat sah der damalige Schifffahrtsvisionär Rudolf Gelpke in folgender Lösung: Zitat «Ingenieur Gelpke hält es für unratsam, die Limmat nach dem Zürichsee schiffbar zu machen. Er schlägt deshalb einen Glatt-Seitenkanal vor, mit einem grossen Hafen in Oerlikon für das Wirtschaftsgebiet der Stadt Zürich. Dieser Kanal soll bis zum Greifensee fortgeführt und von dort in einem Tunnel durch den Zürichberg mittels einer Schleusentreppe nach dem Zürichsee geführt werden.» Zur Unterstützung der Binnenschifffahrtsprojekte, insbesondere die Schiffbarmachung des Hochrheins bis zum Bodensee und den transhelvetischen Kanal von Genf über den Neuenburgersee nach Basel (schon im 17. Jahrhundert wurde versucht, den Neuenburgersee mit dem rund 60 m tiefer gelegenen Genfersee durch einen Kanal zu verbinden) wurden eigene Interessenverbände

gegründet. Dennoch bildete der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband 1962 auch eine Kommission für Binnenschifffahrt und Gewässerschutz. Deren Aufgabe war es, «in objektiver Weise und vollständig unvoreingenommen zu prüfen, ob und unter welchen Voraussetzungen eine Hochrhein- und Aareschifffahrt (als Voraussetzung für die Schiffbarmachung des Hochrheins respektive den Transhelvetischen Kanal) sich verantworten lässt». Der Schlussbericht dieser Kommission wurde mit einer Reihe von Empfehlungen in der «Wasser- und Energiewirtschaft» des Jahres 1965, dem absolut umfangreichsten Jahrgang der Fachzeitschrift des Verbandes, abgedruckt. Hochwasserschutz, Wasserbau Wie bereits erwähnt, wurden mit den Korrektionen des 19. Jahrhunderts nicht alle flussbaulichen Probleme gelöst. Es fehlte nicht zuletzt an einem gesetzlichen Rahmen für einen gesamtschweizerischen Hochwasserschutz. 1877 wurde das eidgenössische Wasserbaupolizeigesetz verabschiedet. Danach hat der Bund darüber zu wachen, «dass von Gewässern, welche der Oberaufsicht des Bundes unterstellt sind, kein dem öffentlichen Interesse nachteiliger Gebrauch gemacht wird». Hauptzweck des Wasserbaupolizeigesetzes war jedoch die Förderung von Schutzbauten und ihr Erhalt. Es erlaubte dem Bund, die Kantone zur Ausführung der notwendigen Bauten zu verpflichten und dazu Beiträge zu gewähren. In der Folge wurden unzählige Schutzbauten zur sicheren Ableitung von Hochwassern erstellt. Standen in den frühen Jahren des 20. Jahrhunderts die direkten physischen Schutzaufgaben im Zentrum, erlangten im Laufe der Zeit die Aspekte des Landschaftsund Gewässerschutzes sowie die sich konkurrierenden Nutzungen am Gewässerraum vermehrte Bedeutung und riefen nach einem umfassenden Hochwasserschutz. 1975 stimmten Volk und Stände dem neuen Wasserwirtschaftsartikel 24bis in der Bundesverfassung zu. Dieser strebt eine ganzheitliche Betrachtung des Wassers an, umfassend die haushälterische Nutzung, den Schutz der Wasservorkommen und die Abwehr schädigender Einwirkungen des Wassers. Die Extremereignisse der Jahre 1987, 1993, 1999, 2000 und 2005 führten zu einer weiteren konzeptionellen Neuorientierung im Hochwasserschutz. Von der reinen Gefahrenabwehr mit baulichen Massnahmen erfolgte ein Übergang zu einer umfassenden «Risikokultur», unter Einbezug baulicher und raumplanerischer Vorbeugungsmassnahmen inklusive des Objektschutzes, dem richtigen Verhalten im Ereignisfall sowie der Wiederin-

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stand-stellung und den Lehren, welche aus erfolgten Ereignissen gezogen werden müssen. Der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband bildet auch in diesem Bereich eine Plattform zur gegenseitigen Koordination zwischen Bund, Kantonen und Ingenieurbüros. Wasserkraftnutzung Ein weiterer wesentlicher Schwerpunkt der ersten Jahre nach der Verbandsgründung war die Mitarbeit bei der Ausarbeitung des neuen eidgenössischen Wasserrechtsgesetzes. Noch vor der Gründung des Verbandes erfolgte die Ausarbeitung eines neuen Verfassungsartikels zur Wasserwirtschaft. Dieser sah, wie das Wasserbaupolizeigesetz, vor, die Nutzbarmachung der Wasserkräfte unter die Oberaufsicht des Bundes zu stellen, die eigentliche Verfügung aber bei den Kantonen zu belassen. Diese Aufgabenteilung gab Anlass zu heftigen Kontroversen. So wurde etwa argumentiert, dass die Gewässer keine Kantonsgrenzen kennen würden und die Gesetzgebung sich daher nicht auf eine Oberaufsicht durch den Bund beschränken könne. Andererseits wurde auch auf das Subsidiaritätsprinzip verwiesen, dass nämlich «Verhältnisse lokaler Natur besser durch die Kantone als den Bund geregelt werden». Angenommen wurde am 25. Oktober 1908 der Verfassungsartikel in der Version mit Oberaufsicht durch den Bund. Ausser vom Kanton Appenzell Innerrhoden wurde er von allen Ständen angenommen. Nach Inkrafttreten des Verfassungsartikels 24bis ging es darum, die entsprechende Ausführungsgesetzgebung für die Wasserkraftnutzung zu formulieren. Dazu wurde in der «Schweizerischen Wasserwirtschaft» wie folgt berichtet: «Die Expertenkommission, die das auf Grund des neuen Verfassungsartikels 24bis auszuarbeitende Bundesgesetz über die Ausnützung der Wasserkräfte vorzubereiten hat, wird am 10. Februar 1909 in Bern zusammentreten. Die Sitzungen werden mehrere Tage beanspruchen». Die Ausarbeitung des Gesetzes hat schliesslich mehrere Jahre gedauert. Es wurde am 1. Januar 1918 in Kraft gesetzt. Schon in der ersten Sitzung des Ausschusses des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes vom 28. Mai 1910 wurde die Einsetzung einer Kommission für Talsperren beschlossen. Diese Gruppe von Fachleuten führte ab 1918 eigene Versuche zur Abdichtung von Wehren, Dämmen, Bassins, Kanälen und Stollen durch. Dazu wurden die «Versuchsanstalten» «Manegg» an der Sihl und «Letten» an der Limmat eingerichtet. Die von der Kommission selbst durchgeführten Versuche waren aber aufwändig, so dass 1924 die Hauptversammlung des Verbandes 341

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Wasserwirtschaftspläne, Werkzeuge einer integralen, einzugsgebietsübergreifenden Planung Eine Hauptaufgabe des Verbandes in den ersten Jahrzehnten seines Bestehens war die Ausarbeitung von so genannten Wasserwirtschaftsplänen für die grösseren Flussgebiete. Darunter verstand man: ich zitiere, «ein generelles Projekt über die Nutzbarmachung in allgemeiner Beziehung dieses Flusslaufs mitsamt seinen Nebenflüssen und allen in seinem Einzugsgebiet liegenden natürlichen und künstlichen Seen, aber auch der meliorationsfähigen Landstriche. Die einzelnen Faktoren wie Kraftnutzung, Schifffahrt, Melioration, Hochwasserschutz usw. müssen so weit als möglich gleich berechtigt, sich gegenseitig unterstützend, das Flussgebiet in einen Körper umwandeln, aus welchem der Mensch das Maximum von wirtschaftlichem Nutzen ziehen kann». Der Ansatz war in damaligem Sinne ein «umfassender». Mit diesem integralen, einzugsgebietsweisen Ansatz schlug der Verband einen Weg ein, wie er auch heute wieder von Visionen über die künftige Wasserwirtschaft angestrebt wird.

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zum Schluss kam, an der ETH in Zürich müsse ein Wasserbau-Laboratorium entstehen. Die beiden eigenen Laboratorien wurden bis 1927 betrieben und 1930 durch die neu gegründete Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie an der ETH, abgelöst. Während des Ersten Weltkriegs konzentrierte sich die Tätigkeit des Verbandes stark auf die Erhöhung der Energieproduktion durch Wasserkraftwerke und die Verwertung dieser Energie. In einem Zirkularschreiben des Schweizerischen Volkswirtschaftsdepartements von 1917 heisst es dazu: « Unter den Aufgaben, zu deren Verwirklichung die Behörden auf die Mithilfe der Elektrizitätswerke angewiesen sind, ist zurzeit die dringendste die Konservierung der Herbstfrüchte. Es ist zu befürchten, dass mangels genügender Dörranlagen und der drohenden Kohlennot nicht genug Obst getrocknet werden kann». Mit der Depression nach dem Ersten Weltkrieg wandte sich der Verband vermehrt der «Rationalisierung im Kraftwerkbau» zu. Es galt damals, die vorhandenen Mittel durch eine sorgfältige Auswahl neu zu erstellender Werke optimal zu nutzen. 1923 richtete der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband folgende «Kundgebung» zur Förderung der Rahmenbedingungen für die Wasserkraftnutzung an die Behörden: «Der schweizerische Wasserwirtschaftsverband ersucht die Behörden des Bundes und der Kantone, im Sinne von Art. 24bis der Bundesverfassung, sowie Art. 48 des Wasserrechtsgesetzes und im Hinblick auf die Lage des Energiemarktes und die Bestrebungen des Auslandes, die den Konzessionären von Wasserkraftwerken auferlegten Leistungen möglichst einzuschränken.» In dieser Zeit befasste sich der Verband auch mit dem Vorschlag, die Abschreibungen und Rückstellungen der Elektrizitätswerke zum Zwecke eines allgemeinen Abbaus der Strompreise vorübergehend zu reduzieren. Seine Überlegungen gab er in Form von Grundsätzen zur Kenntnis. Insbesondere wurde dabei auch davor gewarnt, mit eingesparten Abschreibungen den Gemeinde- oder Staatshaushalt sanieren zu wollen. Mit dem Ausbruch des Zweiten Weltkriegs wurde der Bau neuer Kraftwerke wieder dringlich. 1941 legte der Verband seine Auffassung über die weitere Entwicklung der Energiewirtschaft in Thesen nieder. 1949 wurden vom Verband «Richtlinien für die vergleichende Beurteilung der relativen Wirtschaftlichkeit von Wasserkraft – Vorprojekten» herausgebracht. Diese fanden im In-

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und Ausland grosse Beachtung. Der Zweite Weltkrieg löste den grössten Ausbauschub der Wasserkraftnutzung in der Schweiz aus. Gegen Ende des vergangenen Jahrhunderts waren die meisten günstigen Standorte erschlossen. Die Investitionstätigkeit konzentrierte sich mehr und mehr auf die Erneuerung und den Ausbau bestehender Nutzungen, die Anzahl neuer Kraftwerke verringerte sich und kam Ende der 80er Jahre fast zu einem Stillstand. Ein seit je her viel diskutiertes Thema war die Fischwanderung. Der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband führte bereits 1916 eine Umfrage durch, um die gemachten Erfahrungen mit und an Fischpässen zu sammeln. Aus dem Kanton Neuenburg erfolgte zur Beurteilung einer möglichen Fischtreppe an der Areuse folgende Antwort: «Es ist nicht zu wünschen, dass die Weissfische, Aale usw. bis zur nächsten Sperre, einen Kilometer oberhalb, gelangen, da sie eher schaden als nützen können. Sie nehmen den Forellen die Nahrung weg. Diese sind aber viel wertvoller als jene». Und zum geplanten Bau eines Fischaufstiegs beim Kraftwerk Laufenburg kann nachgelesen werden: «Hierbei machte vor allem Forstmeister Hamm darauf aufmerksam, dass es nicht auf die grosse Wassermenge ankomme, sondern besonders auf die Rauigkeit im Kanal. Er wies darauf hin, dass die Fische, wenn nicht zu viel Wasser im Fischweg ist, sich mit den Vorderflossen und dem Schwanz an den Steinen halten und aufwärts klettern.» Heute würden Fischereiexperten dieser Aussage wohl kaum mehr zustimmen. In die Boomzeit nach dem Zweiten Weltkrieg fielen auch der Bau des Kraftwerks Rheinau und der Engadiner Kraftwerke. Beide waren umstritten und führten zu verschiedenen eidgenössischen Volksabstimmungen, an denen sich der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband aktiv beteiligte. In diesem Kampf um neue Kraftwerke zeigte sich deutlich die verstärkte Gewichtung von Natur- und Gewässerschutzanliegen durch die Gesellschaft. Gewässerschutzthemen waren in der Folge prägend für die Wasserkraftnutzung, insbesondere, wenn es um Genehmigungsverfahren für neue Anlagen ging. Nach den Erfolgen im qualitativen Gewässerschutz durch den konsequenten Ausbau der Abwasserreinigung rückte der quantitative Gewässerschutz in den Vordergrund, insbesondere die Abgabe von so genanntem Restwasser unterhalb von Wasserfassungen. Manche dieser Fassungen wurden früher ohne Pflicht zur Restwasserab-

gabe bewilligt. Einige Jahrzehnte später wäre dies nicht mehr möglich gewesen. Allein, es fehlte eine gesetzliche Grundlage zur Festlegung verbindlicher Restwassermengen. Ausgelöst durch die Volksinitiative «Zur Rettung unserer Gewässer» wurde 1992 nach langen Jahren des Verhandelns durch das Stimmvolk ein Gegenvorschlag zur Initiative angenommen, welcher für neue Konzessionen verbindliche Mindestrestwassermengen vorsieht. Der Umgang mit den Interessengegensätzen zwischen den Anliegen der Wasserkraftnutzung und dem Gewässer- respektive Landschaftsschutz entwickelte sich in den letzten 20 Jahren mehr und mehr zu einer Kernaufgabe des Verbandes. Stichworte der jüngsten Vergangenheit sind etwa Schwall und Sunk, Geschiebereaktivierung, Fischabstieg usw. Die Entwicklung zeigt, dass es enger geworden ist an unseren Gewässern, dass die einzelnen Interessen vermehrt aneinander stossen und sich «gegenseitig beissen».

«Es ist heute wohl einfacher, eine Turbine zum Drehen, als ein Genehmigungsverfahren dafür erfolgreich zum Abschluss zu bringen.»

Dennoch bin ich davon überzeugt, dass aufgrund des steten Bevölkerungswachstums und dem Ruf nach sauberer Energie die Wasserkraft auch in Zukunft eine zentrale Rolle für die Stromversorgung unseres Landes spielen wird. Vor allem die Pumpspeicherwerke eröffnen faszinierende Möglichkeiten zum Speichern von Energie, zum Abdecken des Spitzenbedarfs und zum Ausgleich der nur periodisch anfallenden Alternativenergien. Es beginnt langsam zu tagen in unserem Land, dass eine einseitig auf den Naturschutz ausgerichtete Verhinderungspolitik nicht zielführend ist. Erste Effizienzsteigerungen von bestehenden Wasserkraftwerken und die Umnutzung zu Pumpspeicherwerken sind bewilligt und zum Teil realisiert oder im Bau. Diese Entwicklung muss im Interesse unseres Landes unbedingt weitergehen. Damit steht auch unser Verband vor grossen Herausforderungen. Packen wir also das 2. Jahrhundert gemeinsam, im Interesse und zum Wohle unseres Landes an. Anschrift des Verfassers Caspar Baader, Nationalrat Ochsengasse 19, CH-4460 Gelterkinden

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99. ordentlichen Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes vom Donnerstag, 2. September 2010 in Zürich

Begrüssung Der Präsident, Nationalrat Caspar Baader, heisst die anwesenden Mitglieder und Gäste zur 99. ordentlichen Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes im Rathaus Zürich, dem Parlamentsgebäude von Kanton und Stadt, herzlich willkommen. Im Besonderen begrüsst er die Vertreter von Behörden und befreundeten Verbänden: Renaud Juillerat, Vertreter des Bundesamts für Energie, Josef Dürr, Vertreter des VSE, Peter Quadri, Vertreter von Swisselectric. Die Verbandsgruppen des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes sind vertreten durch Hans Bodenmann, Präsident des Verbandes AareRheinwerke, Michelangelo Giovannini, Präsident des Rheinverbandes sowie Laurent Filippini, Präsident des Tessiner Wasserwirtschaftsverbandes ATEA. Für das Gastrecht im Zürcher Rathaus bedankt sich der Präsident beim Kanton Zürich, der dem Verband die Benutzung des Parlamentsgebäudes ermöglicht hat. Verschiedene Personen, welche an der Teilnahme an der Versammlung verhindert sind, haben sich entschuldigt. Auf das Verlesen der Entschuldigungsliste wird verzichtet. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die 100-Jahrfeier anlässlich der 99. Hauptversammlung durchgeführt wurde, weil im Jahre 1918 bedingt durch die Quarantäne während der Grippeepidemie die Hauptversammlung nicht durchgeführt werden konnte. Die 99. Hauptversammlung des SWV wird aus Anlass des 100-jährigen Bestehens in einem etwas anderen Rahmen durchgeführt als in den vergangenen Jahren. So wird auf eine Fachveranstaltung verzichtet und an deren Stelle im Anschluss an den statutarischen Teil eine kleine Festveranstaltung durchgeführt. Ebenfalls in Abweichung vom üblichen Vorgehen werden keine visuellen Darstellungen der Unterlagen für die zu be-

handelnden Traktanden projiziert. Die Unterlagen zur Versammlung wurden mit der Einladung respektive der Teilnahmebestätigung versandt. Vorbemerkung Alle angemeldeten Mitglieder des Verbandes haben ihre Stimmrechtsausweise zur Versammlung erhalten. Zudem haben sie Stimmkarten erhalten, welche für den Fall zum Einsatz kommen, dass bei einer Abstimmung die Stimmen ausgezählt werden müssten. Der Einfachheit halber wurden die Abstimmungen im Einvernehmen mit der Versammlung jedoch ohne Auszählung der Stimmabgabe durchgeführt, falls dies zu keinen Fehlinterpretationen der Meinung der Stimmenden führen konnte, was bei allen Traktanden der Fall war. Genehmigung der Traktanden Die Einladung zur Hauptversammlung wurde im Juni zusammen mit dem Jahresbericht in der Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft – Eau énergie air» allen Mitgliedern des Verbandes zugestellt. Die Traktandenliste wurde allen Angemeldeten mit der Bestätigung zur Teilnahme nachgereicht. Folgende Traktandenliste wird von der Versammlung genehmigt: 1. Protokoll der 98. Hauptversammlung vom 3. September 2009 in Zernez 2. Jahresbericht 2009 3. Berichte aus den Fachbereichen 4. Rechnung 2009, Bilanz auf den 31.12.2009, Genehmigung, Entlastung der Organe 5. Festlegen der Mitgliederbeiträge 2011, Voranschlag 2011 6. Wahlen 7. Personeller Wechsel auf der Geschäftsstelle 8. Verschiedene Mitteilungen 9. Festlegen der Hauptversammlung 2011 10. Umfrage Die Erhebung der anwesenden Stimmrechtsausweise ergibt eine Vertretung von

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insgesamt 335 Stimmen, bei einem Total von 858 Stimmrechten. Traktandum 1: Protokoll der 98. Hauptversammlung vom 3. September 2009 in Zernez. Das Protokoll der 98. Hauptversammlung wurde in der Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft – Eau énergie air» Heft 4/2009 vom 17. Dezember 2009 auf den Seiten 347 bis 350 abgedruckt. Es sind keine schriftlichen Anmerkungen zum Protokoll eingegangen. Das Wort wird auch von der Versammlung nicht verlangt. Sie genehmigt das Protokoll einstimmig, der Präsident bedankt sich für dessen Abfassung. Traktandum 2: Jahresbericht 2009 Der Jahresbericht 2009 ist im Heft 2/2010, Seiten 139 bis 152 veröffentlicht worden, welches den Mitgliedern im Juni 2010 zugestellt wurde. Der Präsident verzichtet darauf, den Bericht zu verlesen. Das Wort zum Jahresbericht wird nicht verlangt, und dieser wird einstimmig genehmigt. Traktandum 3: Berichte aus den Fachbereichen Eine Übersicht über die Tätigkeiten der Kommissionen des Verbandes im Jahr 2009 findet sich im Jahresbericht. Deshalb wird an der Versammlung nur auf einige wichtige Aktivitäten des laufenden Jahres hingewiesen. In den eidgenössischen Räten wurde schon seit Längerem ein Gegenvorschlag zur Volksinitiative «Lebendiges Wasser» ausgearbeitet. Selbstverständlich versuchte auch die Strombranche ihre Interessen einzubringen. Ende Jahr beschloss das Parlament diesen Gegenvorschlag in Form einer Revision des Gewässerschutzgesetzes. Ein Referendum wurde nicht ergriffen und die Volksinitiative zurückgezogen. Das Gesetz kann somit in Kraft treten. Diesen Sommer (bis zum 31. August 2010) erfolgte die Vernehmlassung zur Ausfüh343

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Protokoll der

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rungsverordnung, an der sich der Verband ebenfalls beteiligte. Die neuen Paragraphen sehen bekanntlich Sanierungsmassnahmen für Schwall und Sunk sowie den Geschiebehaushalt und die Durchgängigkeit an Wehren, sowie Renaturierungsmassnahmen vor. Ihre Umsetzung ist eine grosse Herausforderung insbesondere auch für die Kantone, welche die räumliche und thematische Abstimmung, d.h. die grundsätzliche Planung, besorgen und die vorgesehenen Massnahmen anordnen und genehmigen müssen. Ein weiteres langjähriges Gesetzesprojekt, welches auch den Schweizerischen Wasserwirtschaftsverband beschäftigte, war das Sicherheitskontrollgesetz. Da dieses bei allen Betroffenen auf grosse Ablehnung stiess, wurde das Vorhaben im Laufe des letzten Jahres abgeschrieben. Nicht zurückgezogen wurde aber das im gleichen Zusammenhang bearbeitete Projekt eines Stauanlagengesetzes. Dieses wird im laufenden Jahr von den Räten behandelt. Es soll das alte Wasserbaupolizeigesetz und Teile der heutigen Stauanlagenverordnung ablösen. 2009 konnten die letzten drei der sieben Weiterbildungskurse für Personal der Kraftwerke an den Fachhochschulen fertiggestellt und durchgeführt werden. Damit sind nun alle vorgesehenen Kurse bei den Fachhochschulen im Angebot. Sie finden bisher eine gute Resonanz. Im Bereich Hochwasser wurde anfangs 2010 mit der 6. Durchführung im Tessin die zweite Staffel Weiterbildungskurse ebenfalls abgeschlossen. Ferner wurde auch die traditionelle Fachtagung zu aktuellen Fragen des Hochwasserschutzes sowohl 2009, als auch 2010 durchgeführt. Thema der Veranstaltung vom April 2010 war die Wechselwirkung von Hochwasserschutz und Siedlungsraum. Die Veranstaltung wurde im April mit einer Begehung verschiedener Objekte auf Stadtgebiet in Zürich durchgeführt. Auch an dieser Stelle bedankt sich der Verband insbesondere beim AWEL (Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons Zürich), aber auch den beteiligten städtischen Betrieben für ihre tatkräftige Unterstützung dieser Veranstaltung. Im Oktober 2009 fand die Verleihung des Gewässerpreises unter Teilnahme des Verbandes an den Kanton Bern statt. Traktandum 4: Rechnung des SWV und der Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft» 2009, Bilanz auf den 31. Dezember 2009 Die Rechnung 2009 und die Bilanz per 344

31.12.2009 finden sich im Jahresbericht im Anhang abgedruckt. Im Jahre 2009 wurde bei Einnahmen von CHF 948 627.26 und Ausgaben von CHF 944 540.43 ein Einnahmenüberschuss von CHF 4068.83 erzielt. Budgetiert wurde ein Einnahmenüberschuss von CHF 21 500.–. Die wichtigsten Abweichungen zum Budget sind bei den Einnahmen wie folgt: • Die Mitgliederbeiträge sind bedingt durch Mutationen nach der Budgetierung um rund 5000 Franken tiefer ausgefallen als vorgesehen. • Die Aktivzinsen lagen um rund CHF 15 000.– über dem Budget. Dieser Unterschied liegt nicht an einer markanten Zinssteigerung im letzten Jahr gegenüber dem Vorjahr, sondern daran, dass die Budgetierung noch auf dem wesentlich schlechteren Resultat von 2007 basierte. Das Budget 2009 wurde vor Ende 2008 genehmigt. • Erfreulich ist, dass das Niveau 2008 der Inserateverkäufe gehalten werden konnte. So liegen auch die Einnahmen für die Zeitschrift über dem vorsichtigen Budget 2009. Bei den Ausgaben ist insbesondere ein Mehraufwand bei den Personalkosten zu verzeichnen. Dieser ist einerseits auf einen unvorhergesehenen Personalwechsel mit Stelleninseraten, Überzeitauszahlung und überlappender Stellenbesetzung sowie auf eine Dienstaltersleistung zurückzuführen. Wie schon in den Vorjahren, sind die Einnahmen und Ausgaben bei den Tagungen und ähnlichen Veranstaltungen wesentlich höher als im Budget vorgesehen. Das kommt wiederum von der relativ frühzeitigen Budgetierung her, zu einem Zeitpunkt, in welchem nicht alle Aktivitäten geplant sind. Es kann aber festgestellt werden, dass diese Veranstaltungen kostendeckend bezüglich der Fremdkosten durchgeführt werden konnten und noch ein kleiner Kostendeckungsbeitrag an die internen Kosten resultierte. Die Bilanz weicht nur in einer Position wesentlich vom Vorjahr ab. Es sind dies die Beiträge für die Ausarbeitung von Weiterbildungskursen, welche im Jahre 2008 dem SWV einbezahlt wurden, aber erst im Frühjahr 2009 an die Fachhochschulen ausbezahlt werden konnten, da die zweite Serie von Kursen erst 2009 durchgeführt wurden. Diese Beträge wurden 2008 den Rückstellungen gutgeschrieben und 2009 von dort wieder abgebucht. Der Revisionsbericht liegt vor. Ein formeller Antrag auf Genehmigung der

Rechnung und Entlastungserteilung für die verantwortlichen Organe liegt nicht vor, da die Revision als so genannt eingeschränkte Revision durchgeführt wird, welche diesen Antrag nicht kennt. Der Revisionsbericht konnte durch die Teilnehmer beim Tagungssekretariat eingesehen oder bezogen werden. Das Wort zur Rechnung wird nicht verlangt. Diese wird einstimmig genehmigt und dem Vorstand die Entlastung erteilt. Traktandum 5: Festlegen der Mitgliederbeiträge 2011, Voranschlag 2011 Der Voranschlag für das laufende Jahr wurde bereits anlässlich der Hauptversammlung 2009 genehmigt. Er ist, zusammen mit dem heute zu genehmigenden Voranschlag 2011, ebenfalls im Jahresbericht abgedruckt. Der Präsident weist darauf hin, dass das Jahr 2010 den Verband mit Mehrkosten belasten wird, welche ausserhalb des Budgets liegen. Zum Einen sind dies die Aufwendungen für die Festveranstaltung zum 100Jahrjubiläum, zum anderen sind es Kosten im Zusammenhang mit dem nicht vorhersehbaren Umzug der Büros durch Inanspruchnahme der bisherigen Räumlichkeiten durch den Vermieter respektive mit dem Personalwechsel auf der Geschäftsstelle. Weil der Vermieter am Bürogebäude in Baden Umnutzungen in den heute von uns gemieteten Räumlichkeiten vornehmen will und der Mietvertrag mit dem SWV auf Ende März 2011 ausläuft, musste nach neuen Büroräumlichkeiten gesucht werden. Diese konnten im selben Haus, zwei Stockwerke tiefer, gefunden werden und werden auf den 1. Oktober 2010 bezogen. Damit bleibt die Adresse dieselbe. Auch bei den Telefonnummern und E-Mail-Adressen wird sich nichts ändern. Hingegen wird der Umzug einige Auslagen bezüglich Mobiliar mit sich bringen, welche sinnvollerweise in diesem Moment getätigt werden müssen. Diese Mehraufwendungen im Jahre 2010 bedeuten aber keinen strukturellen Wandel der Kostenstruktur, sondern sind einmalige Ereignisse. Der Vorstand des Verbandes beantragt für 2011 die Beibehaltung der Mitgliederbeiträge im bisherigen Umfang für sämtliche Mitgliederkategorien. Ebenfalls beantragt wird die Genehmigung des Voranschlages 2011 für den Verband und die Fachzeitschrift wie er ihnen im Jahresbericht mit der letzten Ausgabe von «Wasser, Energie, Luft» zugestellt wurde. Der Voranschlag 2011 sieht Einnahmen von insgesamt CHF 836 500.– (2010: CHF 818 500.–) vor. Bei Ausgaben von insge-

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Traktandum 6: Wahlen (Amtsperiode 2008–2011) a)

Wahlen in den Vorstand und Vorstandsausschuss Eine vollständige Neuwahl des Vorstandes sowie des Ausschusses fand 2008 für die Dauer bis 2011 statt. Die Liste der heutigen Vorstands- und Vorstandsausschussmitglieder ist im Jahresbericht aufgeführt: Präsident: Caspar Baader, Nationalrat, Gelterkinden Vizepräsident: Rolf W. Mathis, Axpo, Baden Ausschuss: Jörg Aeberhard, Alpiq, Olten Hans Bodenmann, BKW Energie AG, Bern1 Peter Molinari, Engadiner Kraftwerke AG, Zernez Anton Schleiss, EPFL, Lausanne Mauro Salvadori, Alpiq, Lausanne Weitere Mitglieder des Vorstandes Gianni Biasiutti, Direktor KWO, Innertkirchen Robert Boes, VAW ETHZ René Dirren, EnAlpin AG, Visp Laurent Filippini, Ufficio dei corsi d’acqua, Bellinzona 3 Albert Fournier, Dienststelle für Strassenund Flussbau Kanton Wallis, Sion Andreas Götz, Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern Alfred Janka, Ind. Betriebe Chur 2 Renaud Juillerat, Bundesamt für Energie, Bern Anton Kilchmann, Direktor SVGW, Zürich André Künzi, FM de Chancy-Pougny, Chancy-Genève Markus Pauli, VA TECH HYDRO AG, Kriens

Michael Roth, ewz, Zürich Andreas Weidel, SBB, Zollikofen Markus Züst, Regierungsrat, Altdorf 1 Vertreter des Verbandes Aare-Rheinwerke 2 Vertreter des Rheinverbandes 3 Vertreter der Associazione ticinese di economia delle acque Auf den Termin der heutigen Versammlung hin wünscht Markus Pauli, Andritz Hydro AG, aus dem Vorstand auszutreten. Der Vorstand schlägt vor, Christian Dubois, an Stelle von Markus Pauli in den Vorstand zu wählen. Christian Dubois ist auch Nachfolger von Markus Pauli bei Andritz Hydro AG. Ferner wird vorgeschlagen, Jürg Speerli, Prof. Dr. von der Hochschule Rapperswil, der vor rund einem Jahr von Anton Schleiss, Prof. Dr. EPFL, den Vorsitz in der Kommission Hochwasserschutz übernommen hat, in den Vorstand zu wählen, damit der direkte Kontakt zwischen Kommission und Verbandsgremium gewahrt bleibt. Jürg Speerli ist Professor und Studiengangleiter Bauingenieurwesen am Institut für Bau und Umwelt der Hochschule Rapperswil. Die Statuten des Verbandes lassen diese Aufstockung des Vorstandes um ein zusätzliches Mitglied zu. Die beiden Vorschläge werden von der Versammlung mit Akklamation einstimmig gut geheissen. Die beiden Vorstandsmitglieder werden vom Präsidenten herzlich willkommen geheissen. Dem zurücktretenden Vorstand, Markus Pauli dankt der Präsident für seinen Einsatz für den Verband. b) Kontrollstelle Als Kontrollstelle wird, wie bereits in den vorangegangenen Jahren, die OBT Treuhand zur Wahl vorgeschlagen. Die Versammlung folgt auch diesem Vorschlag einstimmig. Traktandum 7: Personeller Wechsel auf der Geschäftsstelle Wie bereits vor einem Jahr ankündigt, wird der Geschäftsleiter des Verbandes, Walter Hauenstein, auf Ende September 2010 in Pension gehen. Der Präsident kann der Versammlung den neuen Geschäftsleiter des Verbandes und Nachfolger von Walter Hauenstein vorstellen. Es ist dies Roger Pfammatter, ebenfalls wohnhaft in der Umgebung von Baden, nämlich in Wohlenschwil. Roger Pfammatter verfügt über einen Abschluss als Kulturingenieur ETH sowie einen Nachdiplomabschluss der EPFL. In seinen nunmehr 17 Jahren Berufserfahrung hat er sich in verschiedenen Rollen immer mit wasserwirtschaftlichen Fragen beschäf-

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tigt. Nach sieben Lehr- und Wanderjahren an der EAWAG und für die DEZA in Zentralamerika, war er die letzten neun Jahre bei Ernst Basler + Partner AG engagiert, zuletzt als Leiter des Bereichs Wasserwirtschaft und Gewässerschutz. Bereits auf Ende März 2010 hat die langjährige Mitarbeiterin Judith Wolfensberger aus Altersgründen den Verband verlassen. Ausserdem musste letztes Jahr ein unvorhergesehener personeller Wechsel auf dem Sekretariat des Verbandes vorgenommen werden. Irene Keller, welche das Sekretariat seit 2005 betreut hat, hat den Verband auf Ende 2009 verlassen. Es konnte in Esther Zumsteg, welche der Präsident hiermit der Versammlung vorstellte, eine Nachfolgereglung gefunden werden. Esther Zumsteg aus Lengnau hat ihre Arbeit am ersten Dezember 2009 begonnen. Sie hat also bereits einen grossen Teil eines «Jahreszyklus» des Verbandslebens erlebt und sich in die meisten Bereiche bestens eingearbeitet. Esther Zumsteg ist wie schon ihre Vorgängerin in einem 80%-Pensum angestellt. Sie hat eine Ausbildung zur Kauffrau auf einer Bank absolviert. Für Judith Wolfensberger konnte auf den 15. März ebenfalls eine Nachfolgeregelung gefunden werden. Neu betreut Doris Hüsser aus Birmenstorf die Verbandsbuchhaltung. Nebst den Aufgaben der Buchhaltung für den Schweizerischen Wasserwirtschaftsverband, den Verband Aare Rheinwerke und den Rheinverband ist sie auch für Personalfragen zuständig. Ferner ist vorgesehen, dass sie künftig die zentrale Adressverwaltung übernehmen wird. Doris Hüsser hat ebenfalls eine kaufmännische Ausbildung und ist in einem 40%-Pensum angestellt. Alle neuen Mitarbeitenden auf der Geschäftsstelle werden ganz herzlich begrüsst. Der Präsident gibt seiner Hoffnung Ausdruck, dass sie sich zusammen mit Manuel Minder wiederum zu einem harmonischen Team zusammenfinden werden. Den ausgetretenen Mitarbeiterinnen Irene Keller und Judith Wolfensberger respektive dem demnächst austretenden Geschäftsleiter Walter Hauenstein dankt der Präsident ganz herzlich für ihren Einsatz auf der Geschäftsstelle. Es ist nicht einfacher, in einem kleinen Team zu arbeiten, wo sich alle viel näher sind als in einem Grossbetrieb. Es ist deshalb erfreulich, dass die Zusammenarbeit auf unserer Geschäftsstelle während den letzten Jahren effizient und reibungslos verlief und das Team immer als solches funktioniert hat. Der Verband wünscht Irene Keller ebenfalls viel Erfolg und Befriedigung bei ihren neuen Unternehmungen. 345

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samt CHF 825 000.– (2010: CHF 805 000.–) kann mit einem Einnahmenüberschuss von CHF 11 500.– gerechnet werden. Die Abweichungen gegenüber dem Voranschlag 2010 sind insgesamt geringfügig. Grössere Anpassungen bei den Einnahmen wurden vorgesehen bei den Aktivzinsen und bei der Zeitschriftenrechnung aufgrund der Ergebnisse der beiden letzten Jahre. Bei den Ausgaben wurde ein höherer Betrag für unvorhergesehene Studien und Tagungen budgetiert. Die Personalkosten wurden auf dem Niveau 2010 belassen. Durch die Verjüngung des Personalbestands ist dieser Entscheid trotz den Mehraufwänden 2009 vertretbar. Die Festsetzung der Mitgliederbeiträge auf dem gleichen Niveau wie im Vorjahr sowie das Budget 2011 werden einstimmig genehmigt.

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Traktandum 8: Verschiedene Mitteilungen Grundsätzlich wird der Verband nach dem Willen des Vorstands auch mit den neuen Personen so weiterfahren, wie die Mitglieder es sich gewohnt waren. Das soll aber nicht heissen, dass nicht da und dort Anpassungen an neue Bedürfnisse vorgenommen werden, wenn sich dies aufdrängt. Vorrangiges Ziel der Verbandsarbeit ist es nach wie vor, Dienstleistungen zu erbringen, welche den Mitgliedern Nutzen bringen. Der Vorstand ist zuversichtlich, diese Leistungen auch künftig zum Nutzen der Mitglieder erbringen zu können. In diesem Sinne sind auch bereits verschiedenste Aktivitäten für die kommenden Monate eingefädelt. Es wird dazu auf die Agenda in «Wasser, Energie, Luft – Eau, énergie, air» respektive auf die Website unter www.swv.ch verwiesen. Insbesondere liegt der Verbandsleitung daran, auf das Weiterbildungsangebot für Berufsleute aus der Wasserkraft aufmerksam zu machen, welches von den Fachhochschulen Sion, Rapperswil und Luzern angeboten wird.

Traktandum 9: Festlegen der Hauptversammlung 2011 Der Vorstand schlägt vor, die nächste Hauptversammlung des Verbandes am 1. September 2011 durchzuführen. Die Durchführungsorte der letzten Versammlungen waren Basel (1999), Lausanne (2000), Chur (2001), Neuenburg (2002), St. Gallen (2003), Brunnen (2004), Fribourg (2005), Bellinzona (2006), Glarus (2007), Martigny (2008), Zernez (2009), Zürich (2010). Wir versuchen also, die verschiedenen Regionen unseres Landes zu berücksichtigen. Nachdem schon einige Jahre seit der letzten Durchführung in der Nordwestschweiz vergangen sind, könnte die nächste Versammlung im Raum Aargau, Solothurn oder Jura durchgeführt werden. Traktandum 10: Umfrage Es erfolgen keine Wortmeldungen. Danksagung Der Präsident dankt • dem Kanton Zürich für die Einladung, in seinem Rathaus diese Versammlung

und den anschliessenden Festakt durchführen zu können • den Kollegen im Vorstand und im Ausschuss für die immer freundliche, gute Zusammenarbeit im Interesse der Schweizerischen Wasserwirtschaft. • Zum Schluss dankt er auch den Mitarbeitenden auf der Geschäftsstelle in Baden, welche das ganze Jahr hindurch die Verbands- und Redaktionsarbeit bewältigt. Es ist dies Walter Hauenstein, Direktor, und seine zwei Sekretärinnen, die alle Teilzeit arbeiten, nämlich Esther Zumsteg und Doris Hüsser respektive deren Vorgängerinnen Irene Keller und Judith Wolfensberger sowie Manuel Minder von der Redaktion der Fachzeitschrift. Der Präsident bedankt sich auch bei den Anwesenden für das Interesse und die Teilnahme an der Hauptversammlung sowie die Mithilfe an der Zukunftsgestaltung des SWV. Damit erklärt er die 99. ordentliche Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftverbandes für geschlossen. Protokoll: Esther Zumsteg

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«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Nachrichten Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

Po litik l i tik Geändertes Gewässerschutzgesetz GSchG ab Januar 2011 in Kraft Die Änderungen wurden als indirekter Gegenvorschlag zur Volksinitiative «Lebendiges Wasser» vom Parlament im Dezember 2009 beschlossen. Daraufhin wurde die Volksinitiative zurückgezogen. Der Bundesrat hat nun am 24. September 2010 beschlossen, das angepasste Gewässerschutzgesetz per 1. Januar 2011 in Kraft zu setzen. Die neuen Bestimmungen sehen Folgendes vor: Gewässerraum Die Kantone werden verpflichtet, den Raum festzulegen und zu sichern, welcher notwendig ist, um die natürlichen Funktionen der Gewässer und den Hochwasserschutz zu gewährleisten. Die genutzten Flächen im Gewässerraum gelten für Landwirte als ökologische Ausgleichs-flächen. Für die Bewirtschafter dieser Flächen stehen 20 Millionen Franken pro Jahr als Abgeltung für ihre Leistungen bereit. Revitalisierungen Gewässer Die Kantone sind neu zur strategischen Planung und zur Umsetzung von Revitalisierungen verpflichtet. Dadurch werden naturnahe Fliessgewässer und Seeufer langfristig erhalten und wiederhergestellt. Die Revitalisierungen und ihre Planung werden vom Bund mit 40 Millionen Franken pro Jahr mitfinanziert. Reduktion wesentlicher Auswirkungen durch Wasserkraftnutzung Die Kantone werden verpflichtet, notwendige bauliche Massnahmen zur Reduktion wesentlicher Beeinträchtigungen durch Schwall und Sunk zu planen. Zudem müssen wesentliche Beeinträchtigungen des Geschiebehaushalts behoben werden. Die Kosten für diese Massnahmen, ebenso wie zur Wiederherstellung der Fischgängigkeit nach Fischereigesetz, werden durch einen Zuschlag von max. 0.1 Rappen pro Kilowattstunde finanziert. Die zugehörigen Änderungen der Gewässerschutzverordnung GSchV werden zurzeit vom UVEK erarbeitet. Die Ver-

ordnungsänderung muss die im Dezember 2009 vom Parlament beschlossenen Bestimmungen des Gewässerschutzgesetzes aufnehmen und präzisieren. Der Entwurf der Verordnung wurde im Sommer 2010 zur Vernehmlassung gebracht und ist gegenwärtig in der Auswertung. Der Bundesrat wird in den nächsten Monaten über die definitiven Bestimmungen entscheiden. Weitere Auskünfte: Stephan Müller Leiter der Abteilung Wasser, BAFU

Erlass neues Stauanlagengesetz StAG

Staumauer Spitallamm, Grimsel.

(Pfa)

Die Eidgenössischen Räte haben in der Schlussabstimmung vom 1. Oktober 2010 den Erlass des Bundesgesetz über die Stauanlagen (Stauanlagengesetz, StAG) beschlossen. Mit dem neuen Gesetz werden die heute im Wasserbaupolizeigesetz von 1877 und in der Stauanlagenverordnung (StAV) von 1998 enthaltenen Bestimmungen über die Sicherheit und Aufsicht von Stauanlagen und die Haftung für Schäden auf gesetzlicher Ebene neu verankert. Nach vorgängigen Differenzbereinigungen nahm der Ständerat die Vorlage einstimmig mit 42:0 Stimmen an, der Nationalrat stimmte schliesslich mit 129:61 Stimmen zu. Die wichtigsten Aspekte des neuen Gesetzes im Vergleich zu den bisherigen Bestimmungen können wie folgt zusammengefasst werden:

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Weitgehend identischer Geltungsbereich Eine Anlage wird weiterhin aufgrund derselben Grössenkriterien sowie bei sog. «besonderer Gefährdung» dem Gesetz unterstellt. Die direkte Bundesaufsicht konzentriert sich auch weiterhin auf die rund 220 grossen Anlagen. Neu ist hingegen, dass der Bund für die Unterstellung nach Gefährdungspotenzial zuständig ist, obwohl bei kleinen Anlagen weiterhin die Kantone die Aufsicht inne haben. Ebenfalls neu ist die Möglichkeit zur Sonderregelung an Grenzgewässern. Leichte Verschärfung Wasseralarmsystem Die ursprünglich vom Ständerat vorgesehene Vorschrift zur Installation von Wasseralarmsystemen bei sämtlichen Stauanlagen (!) konnte durch Interventionen im Nationalrat und durch erfolgreiche Differenzbereinigung abgewendet werden. Der nun verabschiedete Gesetzestext übernimmt die bisherige Regelung mit Grössenkriterium, führt aber gleichzeitig die Möglichkeit der behördlichen Anordnung der Systeme bei kleineren Anlagen mit «hoher Gefahr» ein. Deutliche Verschärfung der Haftung Während sich die bisherige Haftungsregelung ausschliesslich auf die Bestimmungen im Obligationenrecht abstützte, enthält das Stauanlagengesetz diverse Bestimmungen zur Haftung und weitet diese für die Anlageninhaber deutlich aus. Im Gegensatz zu ersten Entwürfen haften die Inhaber nun aber immerhin nicht für Schäden aus kriegerischen Ereignissen, Sabotage oder Terrorismus. Die Regelung entspricht aber einer Verschärfung und dürfte zu Mehrkosten führen. Zusätzliche allgemeine Aufsichtsabgabe Neu wird die im Parlament umstrittene aber schliesslich angenommene jährliche Aufsichtsabgabe eingeführt. Der Bundesrat führt in seiner Botschaft zum Stauanlagengesetz aus, dass diese Abgabe zur Überwälzung der individuell nicht mit Gebühren verrechenbaren Kosten (allgemeine Aufsicht) bisher fehlte. Die Einzelheiten zur Abgabe sind vom Bundesrat noch zu regeln, insbe347

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sondere die Frage, was zu den anrechenbaren Kosten gehört und damit wie hoch die Abgabe ausfallen wird. Das Gesetz ersetzt das Wasserbaupolizeigesetz von 1877, eines der ältesten Bundesgesetze der Schweiz. Es untersteht dem fakultativen Referendum. Der Bundesrat bestimmt das Inkrafttreten und erlässt die Ausführungsbestimmungen. Die Erarbeitung der zugehörigen Verordnung in einer Arbeitsgruppe des Bundesamtes für Energie mit Beteiligung des SWV ist eingeleitet. (Pfa)

Ratifikation der Durchführungsprotokolle Alpenkonvention definitiv abgelehnt Der Nationalrat hat es am 29. September zum zweiten Mal abgelehnt, auf die Durchführungsprotokolle der Alpenkonvention einzutreten. Der Entscheid fiel mit 102 zu 76 Stimmen. Das Geschäft ist damit definitiv erledigt. Die Schweiz wird die acht Durchführungsprotokolle sowie das Streitbeilegungsprotokoll der Alpenkonvention somit definitiv nicht ratifizieren. Der Ständerat hatte in früheren Beratungen empfohlen, die Ratifikation dreier Protokolle («Raumplanung und nachhaltige Entwicklung», «Bodenschutz» und «Verkehr») zu ermöglichen. Die allgemeine Rahmenkonvention bleibt für unser Land trotzdem gültig. Die Schweiz hat sie im Dezember 1998 ratifiziert. Die Konvention selbst trat am 6. März 1995 in Kraft. Nebst der Schweiz gehören der Konvention Deutschland, Frankreich, Italien, Liechtenstein, Monaco, Österreich, Slowenien und die Europäische Union an. Die Konvention wurde in den folgenden Jahren durch ein Streitbeilegungsprotokoll sowie acht thematische Durchführungsprotokolle konkretisiert: «Raumplanung und nachhaltige Entwicklung», «Naturschutz und Landschaftspflege», «Berglandwirtschaft», «Bergwald», «Tourismus», «Energie», «Bodenschutz» und «Verkehr». Diese wurden ausser von Italien und der Schweiz von allen Vertragsparteien zumindest teilweise ratifiziert (EU und Monaco nur teilweise Ratifikation). Energieforum Schweiz www.energieforum-schweiz.ch

Revision Wasserrechts- und Energiegesetz per 1.1.2011 in Kraft Der Bundesrat hat anfangs November die vom Parlament in der Sommersession beschlossenen Änderungen des Wasserrechtsgesetzes und des Energiegesetzes 348

per 1. Januar 2011 in Kraft gesetzt. Diese sehen vor, den maximal zulässigen Wasserzins ab 2011 anzuheben und die Abgabe für die kostendeckende Einspeisevergütung ab 2013 zu erhöhen. Die Revision des Wasserrechtgesetz zur Erhöhung der Wasserzinsen und die Revision des Energiegesetzes zur Aufstockung der Mittel für die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) waren vom Parlament im Verlauf der Beratungen zu einer Vorlage verknüpft worden. Revision Wasserrechtgesetzes (WRG): Die Stromunternehmen müssen den Kantonen ab 2011 mehr Geld für die Nutzung des Wassers zur Stromproduktion bezahlen. Ab 2011 gilt ein Höchstsatz von 100 Franken pro Kilowatt Bruttoleistung (bisher 80 Franken). Ab 2015 steigt dieser Höchstsatz auf 110 Franken pro Kilowatt Bruttoleistung. Die Wasserhoheit liegt bei den Kantonen, die bei der Festlegung ihres Wasserzinses nicht über das im WRG festgeschriebene Wasserzinsmaximum hinausgehen dürfen. Revision Energiegesetz (EnG): Die maximale Abgabe pro verbrauchte Kilowattstunde Strom, die allen Stromkonsumenten und -konsumentinnen in der Schweiz mit der Stromrechnung belastet wird, steigt ab 2013 auf 0.9 Rappen (das bisherige Maximum lag bei 0.6 Rp./kWh, effektiv werden derzeit 0.45 Rp./kWh erhoben). Dadurch stehen ab 2013 rund 500 Millionen Franken (bisher rund 265 Millionen Franken) für die Förderung von Strom aus erneuerbaren Energien zur Verfügung. Dank dieser Erhöhung der Fördermittel kann bereits ab 2011 mit dem Abbau der KEV-Warteliste begonnen werden, auf der zurzeit rund 7000 Kraftwerkprojekte auf einen positiven Bescheid warten. Diese positiven Bescheide können auf Grundlage der revidierten Energieverordnung ausgestellt werden, die der Bundesrat voraussichtlich bis Mitte 2011 verabschieden wird. Die Revision der Energieverordnung umfasst Verbesserungen bei der administrativen Abwicklung sowie allfällig notwendig werdende Anpassungen der Vergütungen für die verschiedenen Anlagetypen. Adresse für Rückfragen: Marianne Zünd, Leiterin Kommunikation BFE

Was s e r kr e i s lauf / Was s e r wi r ts c haf t Ausbau Reusswehranlage in Luzern – Beginn der letzten Bauphase Die Bauarbeiten an der Reusswehran-

lage in Luzern stehen in der letzten Ausbauphase, die voraussichtlich bis Ende April 2011 dauert. Es werden die Unterfangungen an der Reussbrücke fertig gestellt, das Stirnwehr verstärkt und Anpassungsarbeiten an der Reuss-Sohle ausgeführt.

In Luzern hat die letzte Bauphase zum Ausbau der Reusswehranlage begonnen. Bilder: Kanton Luzern (vif) z.V.g. Für die Arbeiten an der Reussbrücke und am Stirnnadelwehr werden Geräte und Material wie bisher über den Mühlenplatz und über den Theaterplatz zu- und wegtransportiert. Für die Anpassungsarbeiten an der Reuss-Sohle zwischen Stirnnadelwehr und Spreuerbrücke und für die Arbeiten unterhalb der Spreuerbrücke wird ein neuer Zugang über die Pfistergasse und über den Platz mit dem Zeughausbrunnen zur Reuss geschaffen. Zu diesem Zweck wird eine Zufahrtsrampe in die Reuss geschüttet. Verstärkung der Fundation und der Stahlböcke Das Stirnnadelwehr wird für die Phase, in der die Fundation und die Stahlböcke verstärkt werden, ausser Betrieb genommen. Damit diese Arbeiten nicht in der reissenden Strömung der Reuss ausgeführt werden müssen, wird oberhalb des Wehrs mit schweren Sandsäcken ein Abschlussdamm erstellt. Auf der Seite des Stirnwehrkopfes wird dieser Damm an die um einige Meter flussaufwärts zu verlängernde, bestehende Spundwand angeschlossen. In dieser Bauphase wird der Seeabfluss über das neue Seitenwehr, das neue Längswehr und über das Kraftwerk sichergestellt. Die Spundwandarbeiten dauern ca. zwei Wochen und sind zwischen Mitte Oktober und Mitte November 2010 vorgesehen.

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Was s e r kr af tnut zung Kraftwerk Taschinas 2 mit Holzdruckleitung Holz im Druckleitungsbau ist bei Schweizer Kraftwerken einzigartig. Beim Kraftwerk Taschinas 2, welches das Unterwasser des Wasserkraftwerkes Taschinas 1 nutzt, wird zurzeit jedoch gerade eine Holzdruckleitung mit einer Länge von 1550 Metern verlegt. Holzdruckleitungen sind heute äusserst selten. Repower hat aber bereits im Jahr 2003 in Campogologno eine neue Holzdruckleitung erstellt und eine über 80 Jahre alte Holzleitung gibt es auch in Davos. Der Bau von Holzleitungen ist eigentlich ein altes, bewährtes Handwerk so war z.B. auch die Leitung des Thermalwassers von der Quelle von Bad Pfäfers bis nach Bad Ragaz mit einer Länge von 4.5 km und einem Innendurchmessser von 18 cm vom Jahr 1840 bis in die 1960erJahre in Betrieb. Also eine erstaunlich hohe Lebensdauer mit praktisch keinen Unterhaltskosten. Bei der Druckleitung des Wasserkraftwerkes Taschinas 2 bei Grüsch/Seewis setzt man dank geringem Innendruck aber auf dieses natürliche Material. Projektleiter Marcus Alig: «In der Druckleitung Taschinas 2 herrscht rund 50 Meter Druck, was in etwa dem Druck einer Trinkwasserleitung entspricht. Dies erlaubt, anders als bei Hochdruckanlagen von über 100 Metern, den Einsatz von Holz als Werkstoff auch zu berücksichtigen.» Wirtschaftlichstes Angebot Nicht nur der Einsatz von Holz generell ist einzigartig, sondern auch der Preis. «In unserem Fall war das Angebot mit der Holzdruckleitung klar das wirtschaftlichste», so Marcus Alig. Der Einsatz von Holz im Leitungsbau dürfte also künftig auch zu einer Marktaufmischung bei Preisen von Alternativ-Werkstoffen wie Glasfaser, Guss

Bau der Holzleitung. oder Stahl führen. Klar ist, Holz ist ein ökologisches Produkt und bezüglich CO2-Abstoss den anderen üblichen Werkstoffen weit voraus. Auch die hydraulischen Eigenschaften der Holzleitung sind sehr gut. Dank dem Bio-Film, welcher in der Holzleitung entsteht sind die Reibungsbeiwerte ideal. Wichtig ist, dass die Leitung immer gefüllt, resp. benetzt bleibt. Auch Reparaturen an der Holzleitung sind relativ einfach möglich indem man durchaus einzelne Bretter auswechseln kann. Die Wertschöpfung für die Herstellung einer Holzdruckleitung ist auch viel grösser, so wird vom Unternehmer lediglich das Baumaterial eingekauft. Der Zusammenbau erfolgt dann aber unter der Leitung eines Spezialisten ausschliesslich mit Personal der schweizerischen Bauunternehmung.

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Grünes Licht für Gesamterneuerung der Kraftwerke Hinterrhein Die Regierung des Kantons Graubünden hat die Gesamterneuerung der Kraftwerke Hinterrhein AG offiziell genehmigt und die Baubewilligung für das Grossprojekt erteilt. Gegen das Projekt sind keine Einsprachen eingegangen. Die Hauptarbeiten starten im Frühjahr 2011 mit der Vorentleerung des Stausees Sufers. Die Sanierung der aktuell grössten Bündner Wasserkraft-Anlage kostet rund 275 Millionen Franken und dauert bis 2017. In diesen Tagen haben die ersten Arbeiten zur Gesamterneuerung der beinahe 50 Jahre alten Kraftwerkanlagen begonnen: Vier der insgesamt 13 Transformatoren in der Zentrale Bärenburg werden bis Mitte November ausgetauscht; die übrigen neun 349

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«Ikea-mässig» Die Holzdruckleitung Taschinas hat eine Länge von 1550 Metern und einen Innendurchmesser von 1.60 Meter. Anders als bei Druckleitungen aus anderen Technologien wird das Holzrohr nicht als Rohr geliefert, sondern gelangt «ikea-mässig» auf die Baustelle. Konkret werden gehobelte Holzbretter aus feinfasrigem Kiefernholz mit einer Länge von ca. 4.30 Metern, einer Breite von 150 mm und einer Stärke von 64 mm zusammen mit den Stahlringen einzeln auf die Baustelle geliefert. Diese werden dann vor Ort direkt im Graben von den Mitarbeitern zusammengebaut. Es bedingt eine sehr sorgfältige und exakte Arbeitsweise. Auch das Spannen der Stahlringe braucht Erfahrung. Die Holzbretter werden mit einer Lehre versetzt. Die Stahlringe nehmen den Innendruck und die Stärke der Holzbretter nimmt den Erddruck auf. Ende August wurde mit dem Leitungsbau begonnen. Momentan arbeitet eine Leitungsbaugruppe bestehend aus sechs Personen am Projekt und erreicht eine Tagesleistung von rund 15 Metern. Mit der Holzleitung werden Kurven ohne Formstücke mit Radien bis zu 40 m gebaut. Ab Ende September wird eine zweite Leitungsbaugruppe zum Einsatz gelangen, damit pro Tag bis zu 35 m Leitung gebaut werden kann. Die Aushubarbeiten für den Graben, der Leitungsbau sowie das Verfüllen des Grabens laufen Hand in Hand. Voraussichtlich wird demnach die Holzdruckleitung Ende Jahr fertig gestellt sein. Weitere Informationen: Alexandra Lier, Kommunikation Repower Schweiz, CH-7250 Klosters alexandra.lier@repower.com

Abschlussarbeiten nach Testphase im Mai 2011 Nach einer Testphase während des Winters 2010/2011 wird das neue Nadelsetzgerät im Frühjahr 2011 in Betrieb genommen. Unterhalb der Spreuerbrücke werden im Sinne von ökologischen Ersatzmassnahmen fischereibiologische Aufwertungen an der Reuss-Sohle vorgenommen. Die Abschlussarbeiten werden im Mai 2011 ausgeführt. Werner Peyer, Freiberuflicher Fachredaktor BR/SFJ

Generator Ferrera © khr.ch. werden in einem Jahr ersetzt. Jeder Transformator wiegt 50 Tonnen und wird frühmorgens mit Spezialtransportern ins Schams befördert. Im Rahmen der Gesamterneuerung werden auch die Turbinen-Laufräder ersetzt, Absperrorgane revidiert und die elektrischen Anlagen sowie die Leittechnik modernisiert. Dies hat die Kraftwerke Hinterrhein AG (KHR) im Jahr 2008 entschieden, um die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit der Anlagen bis zum Konzessionsende im Jahr 2042 zu gewährleisten. Keine Konzessionsänderung Für die Gesamterneuerung ist keine Konzessionsänderung nötig, da die Leistung des Kraftwerks nicht erhöht wird. Dank moderner Technologie kann die Effizienz jedoch leicht gesteigert werden. Im Juni 2009 hat die KHR das Genehmigungsgesuch für die Baubewilligung des 275 Millionen Franken teuren Projekts beim Kanton Graubünden und beim Bund eingereicht. Die Regierung des Kantons Graubünden hat die Baubewilligung für die Gesamterneuerung der KHR-Anlagen in der Schweiz 350

bereits im September erteilt. Sie ist mit den üblichen Auflagen hauptsächlich in den Bereichen Umweltschutz und Fischerei verbunden. Während der gesetzlich vorgeschriebenen Einsprachefrist bis Ende Oktober sind keine Einsprachen erfolgt. Damit ist der Weg frei für die Realisation des Projekts. Konstruktive Vorbereitungsphase «Dass keine Einsprachen gegen die Gesamterneuerung eingegangen sind, ist sehr erfreulich. Es zeigt, dass wir unsere Hausaufgaben gut gemacht haben», sagt KHR-Direktor Guido Conrad zum erfolgreichen Abschluss der Projektgenehmigungsphase. «Nun können wir das Grossprojekt mit voller Kraft anpacken.» Die Planungs- und Ausschreibungsarbeiten laufen seit 2009 auf Hochtouren. In dieser Zeit hat sich KHR regelmässig mit Vertretern von Behörden, Umweltschutzorganisationen und Fischereiverbänden getroffen, um gemeinsam Massnahmen zum Schutz der Umwelt zu erarbeiten. Genehmigung aus Italien noch ausstehend Weil sich ein Teil der KHR-Anlagen im Valle di Lei sowie die Überleitstollen von Madris auf italienischem Staatsgebiet befinden, muss das Vorgehen für die internationale Stufe Ferrera auch mit Ämtern und Verbänden aus der Region Lombardei und der Provinz Sondrio koordiniert werden. Die entsprechende Projekteingabe ist für Ende 2010 geplant. Die offizielle Baubewilligung von italienischer Seite wird im Sommer 2011 erwartet. Der Baubeginn für diesen Projektabschnitt ist für den Herbst 2012 angesetzt. Weitere Auskünfte: Guido Conrad, Direktor KHR, admin@khr.ch

Anspruchsvoller TransformatorenTransport nach Bärenburg Jetzt ist die Gesamterneuerung so richtig gestartet: Im November hat KHR die ersten vier von 13 Transformatoren in Bärenburg ersetzt. Der Transport der Stahlkolosse von Regensburg über Chur ins Schams erforderte viel Fingerspitzengefühl von allen Beteiligten und ist reibungslos verlaufen. Vier knapp 50 Tonnen schwere Transformatoren des deutschen Herstellers Starkstrom Gerätebau GmbH transportierte KHR im November in die Zentrale Bärenburg. Transformatoren sind elektrische Maschinen, welche die Bewegungsenergie der Wasserkraftturbine in elektrische Energie umwandeln. Die anspruchsvolle

Start in Chur.

Fahrkünste.

Rückwärts in die Zentrale zum Abladen. Fahrt wurde vom Churer Spezialtransportunternehmen Tschudy durchgeführt – mit polizeilicher Begleitung. Das Gesamtgewicht des Konvois betrug 86 Tonnen; er war 25 Meter lang, 2.8 Meter breit und fast vier Meter hoch. Bei Schwertransporten wie diesen muss das Transportunternehmen Tschudy in Chur mitunter Signalisationen oder Verkehrsschilder abmontieren und die Kreisel falsch herum befahren, um die Kurve zu kriegen. Rückwärts ins Ziel Unterführungen sind mit den neuen Trafos ohne Schwierigkeiten passierbar, da sie kleiner sind als ihre über 40-jährigen Vorgänger. Diese überschritten damals die Maximalhöhe der Tunnels und mussten mit einem Spezialanhänger, einer sogenannten Seitenträgerbrücke, durch die Tunnels bugsiert werden. Genauso anspruchsvoll wie damals ist auch heute noch die Rückwärtsfahrt durch den 250 Meter langen Zugangstunnel in die Betriebszentrale Bärenburg. Doch der routinierte Fahrer von Tschudy bewältige auch diese Zentimeterarbeit mit Bravour. 24 Stunden in der Ölküche In der Zentrale werden die Transformatoren

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Erneuerung Wasserkraftwerk Hagneck – Baugesuch eingereicht Im Dezember 2008 hatten die Bielersee Kraftwerke AG (BIK), an denen die BKW FMB Energie AG und die Stadt Biel je zu 50% beteiligt sind, beim Kanton Bern das Gesuch für die Erneuerung der Konzession des Kraftwerks Hagneck eingereicht. Im Januar 2010 hatte der Grosse Rat des Kantons Bern auf Antrag des Regierungsrates für das neue Wasserkraftwerk eine Konzession über 80 Jahre ab Inbetriebnahme erteilt. Nachdem die Konzession nun rechtskräftig ist, haben die BIK bei der Bau-, Verkehrs- und Energiedirektion des Kantons Bern das Baugesuch für die Erneuerung des Wasserkraftwerks eingereicht. Das neue Kraftwerk wird rund 50 Meter unterhalb des heute bestehenden realisiert werden. Das eingereichte Baugesuch trägt den Anliegen der Umwelt, insbesondere der Fischerei, des Heimatschutzes, der Denkmalpflege sowie den gestiegenen Erfordernissen des Hochwasserschutzes Rechnung. Das Projekt sieht vor, das bestehende, über 100-jährige Wasserkraftwerk durch ein neues Wehr mit integrierter Kraftwerksanlage im Aarelauf zu ersetzen, wobei die Abflusskapazität des Wehres gegenüber heute wesentlich erhöht wird. Dadurch können künftig auch die grössten zu erwartenden Hochwasser gefahrlos abgeleitet werden. Das heutige, aus dem ausgehenden 19. Jahrhundert bestehende Maschinenhaus bleibt erhalten. Auch wird eine der alten Turbinen weiter betrieben. Mit dem neuen Kraftwerk wird die bisherige Leistung von 11 MW auf 21 MW er-

höht, wodurch eine Steigerung der Produktion von rund 35% erreicht werden kann. Die Stromerzeugung wird von 80 GWh auf jährlich rund 107 GWh erhöht. Dies deckt den durchschnittlichen Jahresbedarf von rund 28 000 Haushalten. Sofern das Baubewilligungsverfahren planmässig verläuft, soll im Frühsommer 2011 mit den Bauarbeiten begonnen werden. Die Inbetriebnahme der neuen Anlage erfolgt voraussichtlich Mitte 2015. Die Kosten für die Realisierung des Projekts belaufen sich auf rund 130 Mio. CHF. Die Anlage wird die lokale Stromproduktion erhöhen und einen wichtigen Beitrag zur Versorgung der Region Seeland mit einheimischer und erneuerbarer Energie leisten. Weitere Informationen: Bielersee Kraftwerke AG, c/o BKW FMB Energie AG, Media Communications, Sebastian Vogler, sebastian.vogler@bkw-fmb.ch

Energie aus dem Valposchiavo Repower will im Puschlav ein 1000-MWPumpspeicher-Kraftwerk bauen. Die Gemeinde Poschiavo hat der dafür nötigen Konzessionserteilung zugestimmt – damit ist eine erste Hürde genommen. Bereits 2013 soll mit dem Bau der Anlage begonnen werden. Insgesamt ist vorgesehen, 1.5 Milliarden Franken in das Projekt zu investieren. Die Ausgangslage ist im Valposchiavo geradezu ideal zum Bau eines grossen Pumpspeicherwerks. Bereits vorhanden sind zwei Seen als Speicher, die übrigens bereits heute zur Stromproduktion eingesetzt werden. Zudem besteht mit rund 1200 Metern ein ideales Gefälle, und schliesslich ist die Netzanbinbdung problemlos, führt doch eine internationale 380-kV-Höchstspannungsleitung durchs Tal. Entsprechend einfach ist die Idee; Der Lago Bianco am Berninapass (ca. 2200 m ü.M.) und der Lago di Poschiavo (ca. 1000 m ü.M.) sollen mit einem über 17 Kilometer langen Druckstollen und anschliessend mit einer rund vier Kilometer messenden Druckleitung zu einem System

verbunden werden. Am südlichen Ende des Lago di Poschiavo wird in Camp Martin bei Miralago eine Kraftwerkszentrale zu stehen kommen. Sie wird über sechs Maschinengruppen mit einer installierten Leistung von insgesamt 1050 Megawatt verfügen. Projekt ist umweltverträglich Das Projekt tritt an Stelle einer früheren Idee zur Ausweitung der Wasserkraft im oberen Puschlav. Dank des neuen Vorhabens fallen Schwall-Sunk im Talfluss Poschiavino künftig pralktisch weg. Das ist mit ein Grund dafür, dass die Umweltorganisationen Pro Natura, WWF, Schweizerische Greinastiftung und Pro Bernina-Palü der Idee positiv gegenüberstehen. Repower hat zudem während der Projektentwicklungsphase sehr eng mit diesen Organisationen zusammengearbeitet und gedenkt dies auch während der weiteren Planung und während der Bauzeit weiterhin zu tun. Das Ziel: Das Pumpspeicher-Kraftwerk «Lago Bianco» soll einerseits wirtschaftlich gut in die Energie-Landschaft passen und anderseits auch ökologisch verträglich sein. Im Zusammenhang mit dem Projekt bieten sich zudem dem Valposchiavo Chancen, verschiedenenorts hängige ökologische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Fragestellungen anzugehen. Zusammenspiel mit Wind und Sonne Das Pumpspeicher-Kraftwerk wird in der Lage sein, bei grossem Stromangebot und entsprechend niedrigen Preisen Wasser vom Lago di Poschiavo in den Speicher Lago Bianco hinaufzupumpen. Auf der anderen Seite kann bei hoher Nachfrage Strom produziert werden. Damit leistet die Anlage einen Beitrag an die Netzstabilität. Zudem arbeitet sie optimal mit den sich europaweit weiter im Ausbau befindlichen erneuerbaren Energien wie Wind und Photovoltaik zusammen: Wenn es windet und die Sonne scheint, die Nachfrage aber gering ist, nehmen Pumpspeicher-Kraftwerke die Energie auf, umgekehrt springen sie dann in die Bresche, wenn der Bedarf gross ist, aber Windparks und Solarkraftwerke aus Witterungsgründen nur über eine geringe Produktion verfügen.

Der Lago Bianco am Bernina Pass dient als oberer Speicher des künftigen Pumpspeicher-Kraftwerks.

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mit einem Spezialkran abgeladen. Bevor sie aber an die endgültigen Standorte gehievt werden, kommen sie 24 Stunden in die Ölküche. So nennen die Mitarbeiter von KHR den Vorgang der Ölaufbereitung vor der Inbetriebnahme des Transformators. In der Trafozelle im ersten Stockwerk, dem endgültigen Standort, werden die Kabelanführungen gemacht, so dass die vier Trafos möglichst schnell ans Netz geschlossen werden können. Nach Abschluss der Testphase werden im Winter 2011/12 die restlichen neun Transformatoren ausgewechselt in Bärenburg. Das Teilprojekt kostet total über 10 Millionen Franken und konnte nicht in der Schweiz vergeben werden, da hierzulande keine 220 000-Volt-Trafos mehr hergestellt werden. Weitere Auskünfte: Guido Conrad Direktor KHR, admin@khr.ch

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Die wichtigsten Projektbestandteile Zur Realisierung des Projekts Lago Bianco werden die beiden Staumauern des Lago Bianco um 4.3 Meter erhöht. Dadurch kann das Nutzvolumen von 18 auf 26 Mio. m3 erhöht werden. Die beiden Seen werden durch einen, an der rechten Talseite verlaufenden 17.4 Kilometer langen Druckstollen und einen ca. 3 Kilometer langen Druckschacht miteinander verbunden. Die Kraftwerkszentrale ist am Lago di Poschiavo in Camp Martin vorgesehen. Dort werden sechs Maschinengruppen zu je 175 MW installiert. Die Anbindung der Zentrale ans Netz (380 kV-Bernina-Leitung) erfolgt über ein neues Unterwerk in Golbia oberhalb von Miralago. Zwischen der Zentrale und dem Unterwerk fliesst die Energie in einem unterirdisch verlegen Kabelrohrblock von rund 1.7 Kilometern Länge. Repower legt grossen Wert auf eine sorgfältige Baustellenorganisation und auf die gute Organisation der Materiallogistik. So ist eine Baustellenseilbahn geplant, Materialtransporte auf dem Lago di Poschiavo werden per Schiff erfolgen. Das Ausbruchmaterial soll so weit wie möglich vor Ort wieder verwertet werden, am besten auf den Baustellen selber. Baubeginn für 2013 geplant Im Dezember wird auch die Gemeinde Pontresina über die Konzessionserteilung entscheiden: Der nördliche Teil des Lago Bianco liegt auf dem Gebiet von Pontresina. Repower arbeitet intensiv an der weiteren Entwicklung des Projekts, sodass Konzessionsgenehmigung durch die Regierung und Bearbeitung des Genehmigungs-Projekts raschmöglichst erfolgen können. Der Baubeginn ist für 2013 vorgesehen. www.lagobianco.repower.com www.repower.com

Wohlensee Hinterkappelen. dass die Stauhaltung Hauptverursacher und die Wasserkraft damit wenig klimafreundlich sei. Kein neues Phänomen Nun ist das Phänomen der Methangasemissionen aus Seen und Stauhaltungen nicht neu. Solche Prozesse wurden bereits in den 80er-Jahren mittels Untersuchungen im Zürichsee und im Genfersee nachgewiesen und thematisiert (vgl. unter anderem: Kummert und Stumm, 1988). Aufgrund der Temperaturvoraussetzungen hat man solche Emissionen seither aber vor allem mit tropischen Gewässern in Verbindung gebracht. Die jetzt in einem Schweizer Mittellandsee nachgewiesenen und auf intensive Blasenbildung zurückgeführte Mengen sind bemerkenswert, aber keine Sensation – und schon gar kein Grund, wie die EAWAG die Klimafreundlichkeit der Wasserkraft ernsthaft zu hinterfragen oder mit einem Brennstoff wie Kohle zu vergleichen. Ein natürlicher Prozess Methangasproduktion ist ein natürlicher Prozess. Jeder Abbau von organischem

Material, sei es auf natürlichem (durch Verdauung, Verrottung) oder auf künstlichem Wege (Verbrennung, Kompostierung usw.) führt zu Treibhausgasen in der Form von CO2 oder CH4 (Methan). Primäre Ursache in den Gewässern ist organisches Material aus natürlichen oder anthropogenen Quellen wie Landwirtschaft und Siedlungsentwässerung, welches im Sediment abgelagert und unter anaeroben Bedingungen bei genügend hohen Temperaturen u.a. zu Methangas abgebaut und in die Luft emittiert wird. Das Phänomen tritt in Gewässern also grundsätzlich überall dort auf, wo genügend organisches Material unter entsprechenden Temperaturbedingungen und Ausschluss von Sauerstoff durch Mikroorganismen abgebaut wird. Es dürfte also auch in der Mehrheit der vielen, mit organischem Material belasteten natürlichen Mittellandseen zu beobachten sein, insbesondere auch in ökologisch meist wertvollen Flachwasserzonen. Stauhaltung nicht Ursache Seen und Stauhaltungen wie diejenige des Wohlensees führen zwar zu einer räumlichen und zeitlichen Konzentration der Absetzung des organischen Materials und der Abbauprozesse. Sie sind aber nicht eigentliche Ursache des Phänomens. Diese liegt vielmehr im hohen Anteil von organischem Material im Zufluss. Ohne Stauhaltung würde das Material einfach bei nächster Gelegenheit abgesetzt und abgebaut – im konkreten Fall spätestens im Bielersee. Mag sein, dass dort aufgrund der grösseren Tiefe und Fläche die Sedimentation weniger konzentriert und die

K l i ma Methanproduktion im Wohlensee – ein natürlicher Prozess Ein Forschungsprojekt der EAWAG an der Stauhaltung Wohlensee im Kanton Bern zeigt für Schweizerische Temperaturverhältnisse bemerkenswert hohe Konzentrationen des Treibhausgases Methan (vgl. Publikation der Resultate in Environmental Science & Technology 2010, 44, 2419–2425, Delsontro et al.). Die von der Forschungsanstalt daraufhin publizierte Medienmitteilung mit Übertitel «Stauseen als heimliche Klimasünder?» suggeriert, 352

Treibhausgasemissionen verschiedener Stromerzeugungstechnologien (dargestellt als CO2-Äquivalente pro produzierte kWh Strom; links/grün fürs Jahr 2005 und rechts/ rot prognostiziert fürs Jahr 2030; Technologiebezeichnungen: CC = Combined Cycle, Erdgas GuD-Kraftwerk, CHP = Wärme-Kraft-Kopplung, SOFC = Brennstoffzelle, SNG = Methan aus Holz gewonnen, mc-Si = polykristallines Silizium, a-Si = amorphes Si) (Quelle: PSI Technology Assessment, 2008). «Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Rohrbruchsicherungsklappe von Adams Schweiz AG. schlussorganen im Wasserkraftbetrieb. Betriebliche und Sicherheitstechnische Aspekte standen dabei im Vordergrund. In einem ersten Teil erhielten für einmal Vertreter der Industrie bzw. von Lieferanten wie Adams, TMH Erhard Armaturen, VAG/Indufer und P+S Vorspannsysteme Gelegenheit, die aktuellen Entwicklungen ihrer Produkte aus erster Hand zu präsentieren. In einem zweiten Teil kamen unabhängige Experten zu Wort, namentlich: die IUB Ingenieurunternehmung zu Strömungskräften und Schwingungen, der Betreiber Hydroexploitation zu praktischen Erfahrungen der Instandhaltung und schliesslich das Institut für Anlagenund Sicherheitstechnik SITEC der HSR zum grundlegenden Konzept für das Design von Absperrorganen. Fachartikel zu den Referaten werden soweit verfügbar in der nächsten WEL-Ausgabe Nr. 1/2011 publiziert. (Pfa)

Geoprotecta: Vortragsveranstaltung «Klimaänderung und Hochwasser» der BAFU und der Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV

Rüc kbl ic k Ve r anstaltungen anstaltunge n Interessierte Besucher der Geoprotecta. 14. Forum Wasser Rapperswil – Runde Abschlussorgane: Neue Entwicklungen und Möglichkeiten Am 5. November 2010 fand bereits zum 14. Mal das gemeinsam von der Hochschule für Technik Rapperswil HSR und dem SWV durchgeführte Forum Wasser statt. Die diesjährige Vortragsveranstaltung stand ganz im Zeichen neuer Entwicklungen und Möglichkeiten bezüglich Fabrikation, Betrieb und Instandhaltung von runden Ab-

Anlässlich der 2. Schweizer Fachmesse für integrales Risikomanagement von Naturgefahren und Klimafolgen in St.Gallen haben das Bundesamt für Umwelt BAFU und die Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV am 12. November 2010 gemeinsam eine öffentliche Vortragsveranstaltung zum Thema «Klimaänderung und Hochwasser» durchgeführt. Die mit über 130 Teilnehmern gut besuchte

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

öffentliche Veranstaltung stand ganz im Zeichen der beobachteten Veränderungen des Klimas und den notwendigen Anpassungsmassnahmen für den Schutz vor Hochwasser in der Schweiz. Der Fokus der Referate von Experten des OeschgerZentrums für Klimaforschung, des Geographischen Instituts der Universität Bern und des Bundesamtes für Umwelt lag auf den möglichen oder notwendigen Anpassungsstrategien und -massnahmen. Im anschliessenden Podiumsgespräch diskutierten Vertreter von Hochschule, Bundes- und Kantonsbehörden sowie vom Schweizerischen Versicherungsverband den Verbesserungsbedarf. Die Runde war sich dabei einig, dass es grundsätzlich keiner neuen Instrumente bedarf. Die heute vorliegenden Konzepte und Instrumente – wie z.B. die Gefahrenkarten Hochwasser oder die Abläufe für Warnung und Alarmierung – bildeten eine sehr gute Basis, sollten aber gestärkt und wo nötig verfeinert werden. Stichworte dazu sind: Raumplanung stärken sowie Einbezug der Gemeinden verbessern. Ein besonderes Gewicht kommt gemäss der Diskussionsrunde der Sensibilisierung der Bevölkerung, der Kommunikation und der Koordination zwischen den verschiedenen Akteuren zu. Die Präsentationen können unter: http://www.swv.ch/de/downloads.cfm heruntergeladen werden. (Pfa)

Tagungsbericht: Das «8th ICOLD European Club Symposium» vom 22./23. September 2010; Innsbruck, Österreich Das 8. Europäische Club-Symposium in Innsbruck (2010) – welches vom Österreichischen Nationalkomitee für Talsperren veranstaltet wurde – hat sich der «Talsperrensicherheit unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit in einem sich verändernden Umfeld» gewidmet. Die folgenden Themen wurden gewählt um während der Veranstaltung diskutiert zu werden: • Nachhaltigkeit von Wissen • Öffentliches Bewusstsein über Talsperren und Talsperrensicherheit • Instandhaltung und Erneuerung • Regelwerke und Richtlinien • Kleine Talsperren • Praxis der Bauwerksüberwachung. In Summe wurden 160 Kurzfassungen zu diesen Themen eingereicht von welchen letztendlich, nach der Begutachtung, 130 Beiträge im Tagungsband publiziert wurden. Während des Symposiums konnten 80 Beiträge vorgetragen werden und zu353

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Blasenbildung damit geringer ist. Die Prozesse laufen aber zumindest im Flachwasser des Flussdeltas wohl sehr ähnlich ab. Spezialfall eutrophe Seen Wie die Forscher selbst einräumen, dürfte sich das Phänomen höchstens aufs Mittelland konzentrieren. Der grösste Teil der Speicherseen der Schweiz liegt aber in Höhenlagen und ist aufgrund der tieferen Temperaturen und der geringen Zufuhr von organischem Material (oberhalb der Waldgrenze, kaum anthropogene Belastungen) davon nicht betroffen. Zudem ist davon auszugehen, dass der Wohlensee auch fürs Mittelland in mancher Hinsicht speziell ist. Er rangiert unter den vier flächenmässig grössten Speicherseen des Schweizerischen Mittellandes, liegt mit 481 m ü.M. relativ tief und hat aufgrund seines Einzugsgebietes vom Thunersee bis zur Stadt Bern (Landwirtschaft, Abwasserreinigung) einen hohen Zufluss an organischem Material aus natürlichen und anthropogenen Quellen. Unveränderte Klimarangierung Weil die Stauhaltungen nicht die Ursache der natürlich ablaufenden Prozesse sind, können die Emissionen von Methangas auch nicht der Stauhaltung oder gar der Wasserkraftnutzung zugeordnet werden. Und selbst wenn die Emissionen teilweise der Wasserkraft zugeschrieben würden, so ändert das kaum Wesentliches an der «Klimarangierung» der verschiedenen Stromproduktionstechnologien. Die Grafik auf Seite 352 zeigt die Resultate einer PSI-Studie zu Treibhausgasemissionen für verschiedene Stromerzeugungen aus dem Jahre 2008. Die nach Ökobilanz-Methodik und unter Berücksichtigung der kompletten Energieketten berechneten Werte zeigen eines ganz deutlich: bezüglich Treibhausgasemissionen ist und bleibt Strom aus Wasserkraft (und Kernenergie) konkurrenzlos vorne. (Pfa)

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sätzlich nahmen 25 an der Poster Ausstellung teil. Grosser Dank gebührt den Autoren für deren Einreichungen sowie die Unterstützung der Gutachter und des wissenschaftlichen Komitees. Dem Symposium vorausgehend trafen sich die Europäischen Arbeitskreise zu den nachfolgenden Themen um ihre Arbeit und das weitere Programm zu diskutieren: • Innere Erosion in Schüttdämmen (Koordinator: J.-J. Fry) • Talsperrensicherheit bestehender Talsperren (Koordinator: J.R. Afonso) • Hochwasser (Koordinator: L. Berga) • Öffentliche Sicherheit (Koordinator: U. Norstedt) Die Berichte sowie die Arbeitsergebnisse der Europäischen Arbeitskreise sind auf der Website verfügbar (http://cnpgb.inag. pt/IcoldClub). Vor und nach dem Symposium zogen Exkursionen unter strahlenden Wetterbedingungen in Summe 180 Teilnehmer an. TIWAG ermöglichte einen Besuch zur Finstertal Talsperre inklusive einem detaillierten Über- und Einblick in das Talsperren-Überwachungssystem, in die Stollen der Talsperre sowie über die gesamte Wasserkraftanlage. Verbund organisierte die Exkursion zur Bogenstaumauer Zillergründl, in die Überwachungsstollen, das Krafthaus Häusling und vermittelte einen Überblick über die Zemm/ Ziller Wasserkraftwerksgruppe. Zusätzlich zu den Fachveranstaltungen bot das Abendunterhaltungsprogramm in der Dogana für die Teilnehmer aus 34 Ländern einen unvergesslichen Eindruck von Tirol. In Summe besuchten 380 Teilnehmer gemeinsam mit ihren Begleitpersonen das Symposium Literatur: Tagungsband «8th ICOLD European Club Symposium»: Dam Safety – Sustainability in a Changing Environment; Herausgeber – Technische Universität Graz, ISBN 978-3-85125-118-0, 2010. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Gerald Zenz, Präsident – Österreichisches Nationalkomitee für Talsperren, gerald.zenz@ tugraz.at

Age nd a Rapperswil 12.–14.1.2011 Hydro-Weiterbildungs-Kurs: Stahlwasserbau (D) Kursangebot der Fachhochschulen in Zusammenarbeit mit dem SWV. Informationen und Anmeldung: www.weiterbildung-hydro.ch 354

Bad Ragaz 19.1.2011 Projekte und deren Umsetzung im Zusammenhang mit dem Verbandsbeschwerderecht von Christian Geiger Vortragsreihe Rheinverband Anmeldung: SWV, Tel. 056 222 50 69, Fax 056 221 10 83, e.zumsteg@swv.ch Olten 21.1.2011 Fachtagung Hochwasserschutz 2011: Hochwasserschutz und Revitalisierungen Kommission Hochwasserschutz des SWV (KOHS), SWV, Tel. 056 222 50 69, Fax 056 221 10 83, e.zumsteg@swv.ch Sion 8.–10.2.2011 Hydro-Weiterbildungs-Kurs: Elektrische Maschinen (D/F) Kursangebot der Fachhochschulen in Zusammenarbeit mit dem SWV. Informationen und Anmeldung: www.weiterbildung-hydro.ch Liège (Belgien) 9.–11.2.2011 International Workshop on Labyrinth and Piano Key Weirs Université de Liège, pk-weirs@ulg.ac.be www.pk-weirs.ulg.ac.be Bad Ragaz 16.2.2011 Resultate der Fischbestandesaufnahme 2007–2008 am Alpenrhein von Benno Wagner Vortragsreihe Rheinverband Anmeldung: SWV, Tel. 056 222 50 69, Fax 056 221 10 83, e.zumsteg@swv.ch Bad Ragaz 16.3.2011 Gesamterneuerung Kraftwerke Hinterrhein AG von Guido Conrad, Kraftwerke Hinterrhein AG Vortragsreihe Rheinverband Anmeldung: SWV, Tel. 056 222 50 69, Fax 056 221 10 83, e.zumsteg@swv.ch Horw 30.3.–1.4.2011 Hydro-Weiterbildungs-Kurs: Hydromechanik (D) Kursangebot der Fachhochschulen in Zusammenarbeit mit dem SWV. Informationen und Anmeldung: www.weiterbildung-hydro.ch Sion 17.–19.5.2011 Hydro-Weiterbildungs-Kurs: Hydraulische Maschinen (F) Kursangebot der Fachhochschulen in Zusammenarbeit mit dem SWV. Informationen und Anmeldung: www.weiterbildung-hydro.ch

Ve r anstaltungen anstaltunge n TURBEAU – Turbinage des eaux potables Atelier de formation le vendredi, 14 janvier 2011 à l’EPF Lausanne, organisé par le Laboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH) de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Les tendances nationales actuelles en matière de politique énergétique reposent sur l’objectif de résoudre simultanément les difficultés locales d’approvisionnement en énergie et de protection de l’environnement. Cette intention ne peut se concrétiser qu’en recourant à des systèmes énergétiques performants et durables. Dans ce contexte, l’installation de micro et petites centrales hydroélectriques sur les réseaux d’adduction d’eau potable constitue une option avantageuse. L’énergie produite n’occasionne pas de nouvel impact à l’environnement et le propriétaire du réseau peut tirer un bénéfice économique de l’énergie produite. L’installation de la centrale peut aussi être intégrée à un projet de renouvellement des conduites existantes en profitant d’un effet de synergie. C’est dans cet esprit de promotion des énergies renouvelables que le Laboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH) de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en collaboration avec le bureau d’ingénieurs HydroCosmos SA a développé le logiciel TURBEAU (TURBinage des EAUx potables), dans le cadre d’un projet financé et accompagné par le service de l’énergie et des forces hydrauliques du canton du Valais (SEFH). Ce transfert technologique est destiné aux services communaux et aux bureaux d’ingénieurs concernés ainsi qu’à tous les professionnels de la branche. La matinée est consacrée aux aspects conceptuels et théoriques (français). L’après-midi est réservé à l’initiation pratique au logiciel TURBEAU avec assistance technique en salle informatique (français et allemand). Finance d’inscription: CHF 360.– (cours, repas de midi, logiciel et documentation incl.) Délai d’inscription: 20 décembre 2010 Contact et inscriptions: Martin Bieri, martin.bieri@epfl.ch tél. +41 (0)21 693 23 66 Informations complémentaires sous: http://lch.epfl.ch

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Workshop on labyrinth and piano key weirs du 9 au 11 février 2011 à l’Université de Liège, Belgique, organisé par Université de Liège (ULg), Electricité de France (EDF) et EPF Lausanne (EPFL)

PKW réalisé sur la crête du barrage de Saint-Marc (Limoges, France) pour l’augmentation de la capacité d’évacuation. Le Piano Key Weir (PKW) est une forme particulière de déversoir, généralement utilisé comme évacuateur de crue. Il se distingue du déversoir labyrinthe par ses alvéoles en porte-à-faux, qui permettent de réduire sa surface de base et de le positionner sur la crête d’un barrage. Une grande capacité hydraulique pour de faibles hauteurs déversantes constitue un avantage dans la réhabilitation de barrages existants et pour les nouvelles constructions. Le premier PKW a été étudié par EDF en 2001 et réalisé en 2006. Depuis, plusieurs projets de construction et de recherche ont été suivis à travers le monde. Le workshop permettra de réunir les chercheurs et ingénieurs intéressés par le PKW, dans l’objectif d’un partage d’expériences et d’un échange de connaissances sur ce nouveau type d’évacuateur de crue particulièrement efficace. Le programme couvre deux jours de présentations scientifiques et techniques (9–10 février 2011). Les contributions sont sélectionnées par un comité scientifique international, présentées en anglais et publiées dans un livre de référence. Le vendredi, 11 février 2011 est consacré à une excursion en France pour la visite de PKW déjà réalisés sur les barrages de l’Etroit et de Saint-Marc. Les défis de réalisation seront présentés et discutés à cette occasion. Informations complémentaires et inscriptions sous: http://www.pk-weirs.ulg.ac.be Délai d’inscription: 15 décembre 2010 Contact: Jean-Louis Boillat jean-louis.boillat@epfl.ch

4. CEP® Clean Energy & Passive-House 10.–12.02.11, Landesmesse Stuttgart Wasser ist das Öl von morgen. Umso wichtiger ist es, diese wertvolle Ressource sinnvoll in allen Bereichen zu nutzen. Der Ausbau bzw. die Reaktivierung von ver-

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

alteten oder stillgelegten Wasserkraftwerken in ganz Deutschland erfährt eine Renaissance. Europaweit wird diskutiert, welch tragende Rolle die Wasserkraft für die Trinkwasserversorgung, den Hochwasserschutz, die Flora und Fauna sowie natürlich auch für den umsetzbaren Energiemix spielt. Im Rahmen der Landesenergiemesse 4. CEP® Clean Energy & Passivehouse, die vom 10.–12. Februar 2011 stattfinden wird, veranstaltet das Ministerium für Umwelt, Verkehr und Naturschutz BadenWürttemberg zum ersten Mal die Fachtagung «Chancen und Herausforderungen der kleinen Wasserkraft in Baden-Württemberg». Zum ersten Mal wird das Thema Wasserkraft in der Halle 4 (direkt neben dem ICS) platziert. Ziel ist es, die Tagungsteilnehmer aber auch im speziellen die Fachbesucher der Messe für die Wasserkraft zu sensibilisieren, ihre eigenen Möglichkeiten zu entdecken und diese in die Praxis umzusetzen. Weitere Informationen: Günter Armbruster, REECO GmbH, armbruster@energie-server.de www.energie-server.de www.cep-expo.de

Tag der Hydrologie Die jährlich wiederkehrende Veranstaltung der Fachgemeinschaft Hydrologische Wissenschaften, widmet sich am 24. und 25. März 2011 auf der Technischen Universität Wien (1040 Wien, Karlsplatz 13) in Kooperation mit dem ÖWAV folgenden Themenschwerpunkten von Theorie und Praxis: • Extreme: Prozesse und Modellierung • Wandel: Erfassung und Auswirkungen • Ressource Wasser: Analyse und Bewirtschaftung • Flussgebietsmanagement: Konzepte und Umsetzung Themenschwerpunkte des Tags der Hydrologie 2011 Hydrologie und Wasserwirtschaft sind eng verbundene Gebiete. Durch unsere sich schnell verändernde Welt sieht sich die Wasserwirtschaft mit zahlreichen neuen Herausforderungen konfrontiert wie Klimawandel, zunehmender Druck auf die Ressource Wasser und Umgang mit Extremereignissen. Für viele der Fragestellungen sind die bisher verwendeten Methoden nicht mehr ausreichend und neue Verfahren sind notwendig. Demgegenüber entwickeln die hydrologischen Wissenschaften neue Messmethoden, neue numerische Ansätze usw., die zur Lösung praktischer 355

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Geothermie – Thermische Nutzung des Untergrundes Am 20. Januar 2011 veranstaltet der ÖWAV in Kooperation mit dem Institut für Infrastruktur – Arbeitsbereich Umwelttechnik der Universität Innsbruck unter der Leitung von Univ.-Prof. DI Dr. Wolfgang Rauch ein Seminar mit dem Titel «Geothermie – Thermische Nutzung des Untergrundes». Die nachhaltige Nutzung der regenerativen Energiequelle Geothermie stellt einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und somit auch einen bedeutenden Eckpunkt einer österreichischen Energiestrategie dar. Die nutzbare oberflächennahe Erdwärme umfasst Energie im Grundwasser sowie auch im Untergrund. Durch die technische Nutzung dieser Energie mittels Wärmepumpen (Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden, Grundwasserbrunnen usw.), bzw. auch durch die direkte Nutzung des Grundwassers, kann die Verwendung fossiler Brennstoffe zur Energie- und Wärmegewinnung reduziert werden. Gerade in den letzten Jahrzehnten hat deshalb die Nutzung der Erdwärme einen grossen Aufschwung erfahren. Die verbesserten technischen Möglichkeiten und das umfassende Wissen hinsichtlich thermischer Eigenschaften des Untergrundes ermöglichen dabei ein wirtschaftliches Heizen und Kühlen von energieeffizienten Gebäuden. Als Hilfestellung bei der Planung, Errichtung und den Betrieb solcher Anlagen, sowie auch um ökologische Auswirkungen auf ein tolerierbares Mass zu minimieren, wurde 2009 das ÖWAV-Regelblatt 207 «Thermische Nutzung des Grundwassers und des Untergrundes – Heizen und Kühlen» neu herausgegeben. In diesem Seminar sollen die wasserrechtlichen sowie energiewissenschaftlichen Rahmenbedingungen einer geothermischen Nutzung des Untergrundes diskutiert werden. Des Weiteren sollen Potenziale und Chancen der Geothermie aus anwendungsorientierter und wissenschaftlicher Sicht beleuchtet sowie Erfahrungen und Erkenntnisse von Experten unterschiedlicher Disziplinen (Verwaltung, Sachverständige, Planer, Wissenschaftler) präsentiert werden. Anmeldungen an: peyerl@oewav.at, www.oewav.at

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Probleme beitragen können. Umgekehrt können auch die Herausforderungen und Umsetzungen der Praxis wertvolle Impulse für theoretische Neuentwicklungen geben. Um dieses Potential zu nutzen ist ein enger Austausch zwischen Theorie und Praxis unumgänglich. Weitere Informationen: http://www.oewav.at/upload/medialibrary/tdh2010_programma_FIN.pdf Anmeldungen über E-Mail: seminare2@oewav.at

P e r s onen Per one n Neuer VSE-Direktor gewählt Der VSE-Vorstand hat Michael Frank zum Direktor des Verbands Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen gewählt. Er wird die Funktion per 1. März 2011 antreten. Michael Frank (47) ist Fürsprecher und verfügt über eine breite berufliche Erfahrung in der Elektrizitätswirtschaft und in sich liberalisierenden Märkten. Zuletzt war er als Leiter Regulatory Management bei der Axpo Michael Frank. AG tätig. Davor engagierte sich Michael Frank während mehrerer Jahre als Leiter Regulatory Affairs bei Swisscom Fixnet AG und als wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Bundesamt für Kommunikation. Der VSE-Vorstand hat Michael Frank zum neuen Direktor des Branchendachverbands der Schweizerischen Elektrizitätsunternehmen VSE gewählt. Michael Frank wird sein Amt per 1. März 2011 antreten. «Mit Michael Frank haben wir eine Persönlichkeit gewonnen, welche die aktuellen Herausforderungen der Branche kennt. Aufgrund seiner bisherigen Erfahrungen wird er den Verband erfolgreich in die Zukunft führen», sagt Kurt Rohrbach, Präsident VSE. Michael Frank folgt auf Josef A. Dürr, welcher sich nach fünfjähriger Tätigkeit entschlossen hat, die Führung des Verbands per Ende 2010 abzugeben. In dieser Zeit hat er den Verband saniert und erfolgreich strategisch neu ausgerichtet. Ausserdem erfolgte unter seiner Leitung die Fusion mit den Electriciens Romands. In Zukunft wird Josef A. Dürr seine Tätigkeit auf einzelne Beratungs- und Verwaltungsratsmandate konzentrieren. (vse) 356

N e kr olog Nekr

L ite i te r atur

Niklaus Schnitter, 1927–2010 Am 2. Oktober 2010 ist Dipl.Ing.ETH Niklaus Schnitter gestorben. Seine Berufslaufbahn gehörte ganz der Motor-Columbus Ingenieurunternehmung in Baden. Von 1952 bis 1987 wirkte er dort als Bauingenieur, dann als Leiter des Bereichs Bautechnik und schliesslich als Direktor. Er war technisch sehr beschlagen. Dem Schweizerischen Wasserwirtschaftsverband diente er mit seiner hohen Fachkompetenz im Wasserkraftwerkbau und insbesondere im Talsperrenbau jahrelang als Vorstandsmitglied. Niklaus Schnitter, Und im «Schwei1927–2010. zerischen Nationalkomitee für Grosse Talsperren» beteiligte er sich engagiert an der Redaktion der jeweiligen nationalen State-of-Art-Berichte für die «International Commission on Large Dams». Nebenund nachberuflich widmete er sich ausgedehnten technikgeschichtlichen Studien. Dabei machte er sich mit seinen zwei Büchern «Die Geschichte des Wasserbaus in der Schweiz» und «A History of Dams» international einen Namen. Dafür wurde er 1994 von der deutschen «Frontinus-Gesellschaft zur Förderung der Geschichte der Wassertechnik» mit der Frontinus-Medaille ausgezeichnet und 1995 von der ETH-Zürich zum «Ständigen Ehrengast» ernannt. Obwohl ihm schon die ersten Jahre seines Ruhestands eine Querschnittslähmung bescherten und ihn an den Rollstuhl fesselten, stiftete er Ende 1993 an der ETH-Zürich einen Schnitterfonds für Technikgeschichte. Er tat es ausdrücklich auch im Namen seines 1987 verstorbenen Vaters Gerold Schnitter der ebenfalls ein bekannter Wasserbauer und ähnlich interessiert war. Diese Stiftung veranlasste damals die Wiederaufnahme der Bestrebungen zur Schaffung einer ersten schweizerischen Professur für Technikgeschichte. Tatsächlich entstand 1997 als Vorstufe dazu an der ETH-Zürich zunächst eine entsprechende Assistenzprofessur und dann 2001 eine volle Professur. Daniel L. Vischer

Die Themen der deutschen «Wasserwirtschaft 12» •

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Operatives Unterhaltungssystem für eine bewährte Wasserstrasse Jörg Huber und Matthias Wirth Durchwurzelung von Oberflächendichtungen an Wasserstrassen Jan Kayser und Achim Schneider Sanierung eines Kraftwerkskanals bei Teilabstau mit Betonmatten Michael Noritzsch und Helmut Rehm Die Bewirtschaftung der oberirdischen Gewässer nach dem neuen Wasserrecht – Bewirtschaftungsziele, Mindestwasserführung, Durchgängigkeit, Wasserkraftnutzung Karlheinz Kibele Küsten – das Risiko steigt Wolfgang Kron Permafrost und Klimaveränderungen vergangener Zeiten mit aktuellen Bezügen Peter Janetzko und Heiner Fleige

Neues Magazin für Wasserbau: BAWAktuell Schwerpunktthema der ersten Ausgabe: Fischen die Reise erleichtern – zur besseren Durchgängigkeit an Wasserstrassen

BAWAktuell, das neue Magazin für Wasserbau. Die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) hat ein neues Informationsmagazin ins Leben gerufen: BAWAktuell. «Damit reagieren wir gezielt auf die wachsende

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Bereich Verkehrswasserbau ab: Fachbeiträge etwa zu Themen wie Verlängerung der Neckar-Schleusen oder Rückblicke auf Kolloquien, Kurzmeldungen aus Wissenschaft und Forschung. In der Rubrik «Panorama» berichten die Fachbereiche Bautechnik, Geotechnik sowie Wasserbau von ihrer aktuellen Arbeit, und ein Kalender gibt Einblick in die wichtigsten Veranstaltungstermine. In der Rubrik «Im Gespräch mit ...» steht in jeder Ausgabe ein Experte Rede und Antwort. Die BAW als technisch-wissenschaftliche Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung berät und unterstützt die Dienststellen der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes auf dem Gebiet des Verkehrswasserbaus und trägt wesentlich dazu bei, dass die Wasserstrassen in Deutschland den wachsenden technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Anforderungen gerecht werden. Mit ihrer umfassenden Expertise ist die BAW eine national und international anerkannte Institution und massgeblich an der Weiterentwicklung des Verkehrswasserbaus beteiligt. Weitere Informationen unter: www.baw.de

Neue SWV-Verbandsschrift – Nr. 67, «Der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband 1910–2010, ein Portrait», von Dr. Walter Hauenstein, 2010, 156 S. Format 17 × 24 cm, ISBN 978-3 85545-155-5, CHF 40.–.

Am 2. April 1910 wurde in Zürich der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband gegründet. Die Gründer bezweckten mit dem Verband die gemeinsame Wahrung und Förderung von sämtlichen wasserwirtschaftlichen Interessen. Explizit wurde darunter verstan-

«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

den: Wasserwirtschaft und Wasserwirtschaftspolitik, eidgenössisches und kantonales Wasserrecht, Kraftgewinnung und Kraftverwertung, See- und Flussregulierungen, Talsperrenbau, Schifffahrt, Fischerei und verwandte Gebiete. Nach heutigem Verständnis der Wasserwirtschaft waren die damaligen Themen vor allem auf die Nutzung des Wassers ausgerichtet, was wohl auf die noch geringen Auswirkungen der Besiedelung und Industrialisierung auf die Gewässer zurückgeführt werden kann. Erstaunlich ist, dass die Siedlungswasserwirtschaft keine Erwähnung fand. Wasserwirtschaftliche Aktivitäten wurden schon lange vor der Gründung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes betrieben. Im Folgenden wird aufgezeigt, warum und wie der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband in das damalige Umfeld der Wasserwirtschaft hinein gegründet wurde, welche Rolle er spielte und wie sich diese im sich verändernden wasserwirtschaftlichen Umfeld der letzten hundert Jahre entwickelt hat. Diese Aufzeichnung soll keine lückenlose Chronik, sondern vielmehr eine Sammlung von ausgewählten, für die jeweilige Zeit und die jeweiligen Bereiche typischen, Begebenheiten sein. Sie richtet sich weniger nach den Tätigkeiten des Verbandes, als nach den Projekten und Problemen, an deren Bearbeitung der Verband mit seinen Möglichkeiten auch aktiv mitgewirkt hat. Die Schrift soll in diesem Sinne ein wasserwirtschaftliches Stimmungsbild vermitteln. Seit seiner Gründung wurde die Arbeit des Verbandes auch in seiner Fachzeitschrift, welche erstmals 1908 herauskam und heute unter dem Namen «Wasser Energie Luft» – eau énergie air» erscheint, dokumentiert. Die ausgewählten Kapitel basieren zu einem grossen Teil auf diesem Fundus gesammelten und publizierten Wissens der letzten 100 Jahre schweizerischer Wasserwirtschaft. Nebst Beiträgen aus der Fachzeitschrift kommen aber auch viele weitere Autoren zu Worte, welche in der Wasserwirtschaft und im Verband aktiv waren und ihr Wissen und ihre Erkenntnisse publiziert hatten. Wir möchten an dieser Stelle all diesen Autoren dafür danken, dass sie mit ihrer Arbeit massgeblich zur Dokumentation der wasserwirtschaftlichen Leistungen im letzten Jahrhundert beigetragen haben. Als herausragender Autor der Geschichte des Wasserbaus in der Schweiz sei an dieser Stelle der ehemalige Vizepräsident des Verbandes und langjährige Leiter der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie an der ETH in Zürich, Prof. Dr. D. L. Vischer erwähnt. Bestellungen unter: info@swv.ch 357

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Nachfrage nach verkehrswasserbaulichen Informationen», erklärt Prof. Dr.-Ing. Christoph Heinzelmann, Leiter der Bundesanstalt für Wasserbau. «Mit Projekten an Bundeswasserstrassen sind oftmals Fragen nach Umweltauswirkungen, Nachhaltigkeit und Sicherheit verbunden, die vielfältige Interessen berühren. Gerade für diese Themenfelder ist die Sensibilität bei vielen Menschen stark gestiegen.» Die erste BAWAktuell-Ausgabe erschien am 18. Oktober. Sie richtet sich an die Kunden der BAW in der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes, an Partner in Ingenieurbüros, Unternehmen und Forschungseinrichtungen sowie an die interessierte Öffentlichkeit und ist zu beziehen über: info@baw.de. Lesern, die an der breiten Themen-Palette des Verkehrswasserbaus interessiert sind, werden mit dem neuen Magazin, das vierteljährlich erscheinen wird, aktuelle Themen praxisnah vermittelt. So ist etwa die Frage der ökologischen Durchgängigkeit an staugeregelten Bundeswasserstrassen, die momentan auch im Fokus der Politik, Fach- und Tagespresse steht, eines der zentralen Themen der ersten Ausgabe von BAWAktuell. Hintergrund: Der Wasserabfluss wird an vielen Bundeswasserstrassen aus Gründen der Schiffbarkeit, der Wasserkraftgewinnung und des Hochwasserschutzes mit Hilfe von Staustufen geregelt. Nach den Vorgaben der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie sind auch die Bundeswasserstrassen für Fischwanderungen besser passierbar zu machen. Ein wesentlicher Baustein sind Fischaufstiege. Bis 2027 sollen deshalb an ca. 250 Staustufen beispielsweise an Donau, Mosel, Main und Neckar solche Anlagen gebaut werden. Zusammen mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde unterstützt die BAW die Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit an Bundeswasserstrassen mit umfangreichen wissenschaftlichen Untersuchungen sowie einer intensiven Projektberatung der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung. Das Magazin BAWAktuell soll ebenso fundiert wie redaktionell spannend über die verkehrswasserbauliche Arbeit der BAW informieren und die Aktivitäten der Fachbereiche anschaulich und kompetent publik machen. «Uns geht es darum, dem Leser einen schnellen und allgemein verständlichen Überblick über aktuelle Schwerpunkte unserer Arbeit zu geben», so Prof. Heinzelmann. BAWAktuell deckt dementsprechend ein breites Spektrum an Wissenswertem im

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VS: Nr. 67, Der Schweizerische

VS: Nr. 66, Die Engadiner Kraft-

VS: Nr. 65, Wasserkraft – die er-

VS: Nr. 64, Ökologische (Teil A)

Wasserwirtschaftsverband 1910–

werke – Natur und Technik in einer

neuerbare

Beiträge

und technisch/ökonomische Qua-

2010, ein Portrait, von Dr. Walter

aufstrebenden Region, von Robert

des internationalen Symposiums

litäten der Wasserkraft. ecocon-

Hauenstein, 2010, 156 S. Format

Meier, 2003, 207 S., Format 28.5

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VS: Nr. 63, Wasserbauer und Hy-

VS: Nr. 62, Uferschutz und Raum-

VS: Nr. 61, Rechtsfragen der Was-

VS: Nr. 60, Externe Effekte der

drauliker der Schweiz. Kurzbio-

bedarf von Fliessgewässern/Pro-

serkraftnutzung. Unterhalt und Mo-

Wasserkraftnutzung / Effets ex-

graphien ausgewählter Persönlich-

tection des rives et espace vital

dernisierung, Heimfall und Selbst-

terne de l’exploitation des forces

keiten, 2001, von Daniel L. Vischer,

nécessaire aux cours d’eau, 2001,

nutzung von Wasserkraftanlagen

hydrauliques, 1999, CHF 50.–.

CHF 50.–.

Vorträge in Biel, CHF 40.–.

im Kanton Wallis, 2000, von Hans

Energie.

Wyer, CHF 50.–.

VS: Nr. 59, Geschiebetransport und

VS: Nr. 58, Entsorgung und Ge-

VS: Nr. 57, Betrieb und Wartung

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«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

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

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«Wasser Energie Luft» – 102. Jahrgang, 2010, Heft 4, CH-5401 Baden

Branchen-Adressen

Stahlwasserbau z.B. Absperrorgane, Panzerungen, Rechenanlagen, Rechenreinigungsanlagen

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WILLY STÄUBLI INGENIEUR AG Grubenstrasse 2, CH-8045 Zürich Tel. +41 (0)43 960 82 22 Fax +41 (0)43 960 82 23 ingenieur@willystaeubli.ch www.staeubliing.com Taucherarbeiten, Stahlbau, Wasserbau.

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

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

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

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

Lebenselixier für das Gemeinwesen:

mmi · swv · 9/08

Einnahmen aus Wasserzinsen erweitern den Finanzspielraum von Kantonen und Gemeinden.