Wasser Energie Luft 4/2015 by Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband SWV

4-2015

Umgehungsgewässer beim KW Hagneck (Bild: Drohne, Geoplan Team, Nidau)

3. Dezember 2015

· Ökologie beim KW Hagneck · Interkantonale Aareplanung · KOHS-Empfehlungen Hochwasserschutz/Ufererosion · 104. Hauptversammlung SWV

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«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Editorial Das Fuder nicht überladen

Roger Pfammatter Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

ährend Jahrzehnten des wirtschaftlichen Aufschwungs der Schweiz stand einseitig die Nutzung der natürlichen Ressourcen im Vordergrund. Dem Schutz der Umwelt wurde lange wenig Beachtung geschenkt. Das änderte sich aber mit zunehmenden Problemen und dank Bewusstsein und Wohlstand schlagartig. Stimmvolk und eidgenössische Räte verabschiedeten in den 50er- und 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts eine ganze Reihe von Verfassungsartikeln und Gesetzen, welche den Umweltschutz zum Inhalt haben. Und gerade im Bereich der Gewässer wurden die gesetzlichen Anforderungen laufend und massiv erhöht, zuletzt vor vier Jahren mit der umfassenden Verschärfung bezüglich zulässiger Auswirkungen der Wasserkraftnutzung. Umweltschutz ist heute courant normal. Bund und Kantone verfügen über gut dotierte Amtsstellen. Für Bauvorhaben müssen aufwendige Bewilligungsverfahren durchlaufen werden. Mit umfangreichen und komplexen Abklärungen ist die Umweltverträglichkeit nachzuweisen. Und bei Eingriffen in schutzwürdige Lebensräume ist Wiederherstellung oder Ersatz angezeigt, wobei als Referenz nicht selten der Zustand vor Besiedlung durch den Menschen dienen soll. Insbesondere rund um die Wasserkraft

sind die Anforderungen inzwischen enorm: das Titelbild zu diesem Heft zeigt das Umgehungsgewässer beim Kraftwerk Hagneck und spricht diesbezüglich Bände (vgl. dazu auch den Fachartikel ab Seite 261). Übergeordnete Fragen zum Beitrag an die nachhaltige Entwicklung oder zur Verhältnismässigkeit von Massnahmen scheinen kaum mehr eine Rolle zu spielen. Gerade die ökologische Bestleisterin Wasserkraft ist mit ständig steigenden Schutzansprüchen konfrontiert. Weitreichende Gesetze sind dabei nicht für alle ausreichend: die Bundesverwaltung ist jedenfalls dreist genug, auf dem Verordnungsweg und damit am Gesetzgeber vorbei laufend neue Verschärfungen voranzutreiben. Aktuelle Beispiele sind die Inventare zu den Landschaften und Biotopen von nationaler Bedeutung. Die geplanten Verschärfungen der Schutzziele und die zahlreichen neu vorgesehenen Schutzgebiete richten sich direkt gegen bestehende Wasserkraftwerke und Neukonzessionierungen. Eine Verhinderung oder übermässige Belastung der wichtigsten erneuerbaren und klimaschonenden Stromquelle wäre aber auch umweltpolitisch ein Eigengoal. Tat früher ein grösseres Gewicht auf dem Schutz der Ressourcen not, sind wir heute gefordert, das sprichwörtliche Fuder nicht zu überladen.

Ne pas surcharger la charge

Au cours des décennies d’expansion économique en Suisse, l’exploitation des ressources naturelles venait immanquablement au premier plan. La protection de l’environnement ne suscitait que peu d’attention. Mais cela a brusquement évolué face aux problèmes croissants et grâce à la sensibilisation et à la prospérité. Les électeurs et les politiques nationales ont adopté dans les années 1950 à 1960 toute une série d’articles constitutionnelles et des lois ayant pour objet la protection de l’environnement. Dans le domaine des eaux notamment, les exigences légales ont été constamment et massivement augmentées, pour la dernière fois il y a quatre ans avec le durcissement global quant aux effets admissibles de l’exploitation de la force hydraulique. La protection de l’environnement est le courant normal aujourd’hui. La Confédération et les cantons disposent d’administrations bien établies. Des procédures d’autorisation dispendieuses doivent être suivies pour les projets de construction. L’impact environnemental doit être établi par des enquêtes approfondies et complexes. Et lors d’interventions dans des espaces vitaux dignes de protection, des mesures de compensation ou de restauration sont indiquées qui doivent souvent s’orienter à l’état avant la colonisation humain. «Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Les exigences envers la force hydraulique sont particulièrement élevées: la couverture de cette revue montre les canaux de dérivation à la centrale de Hagneck et en dit long à cet égard (cf. article à partir de la page 261). Les questions fondamentales quant à la contribution au développement durable ou à la proportionnalité des mesures semblent ne plus jouer un rôle. Et justement, la force hydraulique en tant que meilleure prestataire écologique est confrontée à des exigences de protection toujours plus élevées. Et apparemment des lois étendues ne suffisent pas: l’administration fédérale ne manque pas d’audace pour renforcer sans cesse la législation par voie d’ordonnance. Parmi les exemples récents, citons les inventaires des paysages et biotopes d’importance nationale. Le renforcement prévu des objectifs et des zones de protection visent directement des centrales hydroélectriques existantes. De trop nombreux obstacles ou une charge excessive sur la principale source d’énergie renouvelable et respectueuse de l’environnement seraient aussi un autogoal au plan de la politique environnementale. En effet, alors qu’autrefois l’accent fut mis sur la protection des ressources, nous sommes aujourd›hui appelés à ne pas surcharger la charge. III

Inhalt

4l2015

261

Ökologische Massnahmen rund um den Neubau des Wasserkraftwerkes in Hagneck – Herausforderungen beim Kraftwerksbau Thomas Richli

269

Ökonomische Bedeutung der Wasserkraft in Europa und der Schweiz Michel Piot 261

277

Festlegung von Restwassermengen: Q347, eine entscheidende, aber schwer zu fassende Grösse Felix Naef, Michael Margreth, Marius Floriancic

285

Vielfältige Vorteile der Zusammenarbeit – Interkantonale Planung für eine ökologische Aufwertung der Aare Beat Jordi 282

293

Positionspapier zu seitlichen Hochwasserentlastungen an Flüssen Kommission für Hochwasserschutz (KOHS) des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes

295

Prise de position concernant les déversoirs latéraux aménagés sur des cours d’eaux Commission Protection contre les Crues (CIPC) de l’Association Suisse pour l’Aménagement des Eaux 292

298

Empfehlung zur Beurteilung der Gefahr von Ufererosion an Fliessgewässern Fachleute Naturgefahren Schweiz (FAN) und Kommission für Hochwasserschutz (KOHS)

299

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Inhalt

309

4l2015

Vergleich von hydraulischen und numerischen Modellierungen an einer lateralen Hochwasserausleitung im Steilbereich Beatrice Herzog, Martin Bettler, Jürg Speerli, Adrian Stucki, Frieder Semler

303

Die Schwemmholzdynamik eines steilen voralpinen Gebirgsbaches Alexandre Badoux, Jens M. Turowski, Matthias Jochner, Markus Stoffel, Christian Rickli

311

Wasserkraft in schwierigem Umfeld – Präsidialansprache anlässlich der 104. Hauptversammlung des SWV in Wettingen Caspar Baader

321

Protokoll, 104. ordentliche Hauptversammlung des SWV vom Donnerstag, 3. September 2015 in Wettingen

323

313 Procès-verbal 104ème Assemblée générale annuelle de l’ASAE du Jeudi 3 septembre 2015 à Wettingen

327

328

331

Nachrichten Politik Energiewirtschaft Klima Wasserkraftnutzung Naturgefahren Veranstaltungen Agenda Literatur Industriemitteilungen

331 332 333 334 335 337 337 338 340

Branchen-Adressen

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Impressum

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«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Ökologische Massnahmen rund um den Neubau des Wasserkraftwerkes in Hagneck Herausforderungen beim Kraftwerksbau Thomas Richli

Zusammenfassung Das Wasserkraftwerk Hagneck, welches sich momentan im Bau befindet, ist zurzeit die grösste Flusskraftwerks-Baustelle in der Schweiz. Es wird im Spätherbst 2015 ans Netz gehen und jährlich 110 GWh Strom produzieren, was dem Strombedarf von 27 500 Haushaltungen entspricht. Da sich im Perimeter des Kraftwerkes ein kantonales Naturschutzgebiet sowie ein Auenschutzgebiet von nationaler Bedeutung befinden, nimmt die Umweltverträglichkeit der neuen Anlage einen sehr hohen Stellenwert ein. Neben diversen ökologischen Ausgleichsmassnahmen sind vor allem die Renaturierung des alten Unterwasserkanals zu einem verzweigten Flusslauf mit naturnahen Uferbereichen und unterschiedlichen Tiefen sowie die drei bis zu 550 m langen Umgehungsgerinne mit integrierten Lockströmungen zu erwähnen. Der gesamte Kraftwerksbau wird mit 150 Mio. Franken Baukosten veranschlagt, der Anteil für die Umweltmassnahmen beträgt rund 10%, resp. 15 Mio. Franken. 1. Geschichtliches Die Geschichte des Wasserkraftwerkes Hagneck geht über 140 Jahre zurück bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts. Im Rahmen der ersten Juragewässerkorrektion wurde der gesamte Wasserhaushalt im Seeland neu geregelt. Das Herzstück der Korrektion war die Schaffung des acht Kilometer langen «Hagneckkanals» von Aarberg nach Hagneck. Nach 11 Jahren Bauzeit konnte im Jahr 1886 der neue künstliche Kanal in Betrieb genommen werden und die Aare wurde fortan in den Bielersee umgeleitet. Infolge des hohen Kanalgefälles kam es jedoch immer wieder zu Sohlenerosionen und Hangrutschen, deshalb wurde intensiv nach Lösungen gesucht. Erst der Bau eines regulierbaren Stauwehres am Ende des Kanales, bei der Seemündung in Hagneck, brachte eine nachhaltige Kanalstabilisierung und tiefere Fliessgeschwindigkeiten mit sich. Zusammen mit der Wehranlage konnte auch das Wasserkraftwerk Hagneck erstellt werden. Die Anlage ging im Sommer 1899 mit vier Francisturbinen in Betrieb. Die Baukosten beliefen sich damals auf 3.65 Mio. Franken. Im Jahr 1906 wurde eine weitere, fünfte Turbine eingebaut. In den Jahren 1932/1933 wurden die vier ersten Francisturbinen durch Kaplanturbinen ersetzt. Im Rahmen der Neukonzessionierung wurde im Jahr 1957 auch die Turbine Nr. 5 durch

eine doppelt regulierbare Kaplanturbine ersetzt und die Konzession bis ins Jahr 2004 verlängert. Bereits im Jahr 1996 begannen die Planungsarbeiten für die bevorstehende Neukonzessionierung. Im Sommer 2004 wurde das erste Konzessionsprojekt eingereicht, welches sich jedoch in der amtsinternen Vernehmlassung als nicht bewilligungsfähig erwies. Primärer Grund dafür war der Abbruch des bestehenden Wehres und die vollständige Ausserbetriebnahme

des heutigen Kraftwerkes. In der Folge wurden während vier Jahren zusätzliche Varianten studiert und nach Lösungen gesucht, welche den geäusserten Kritikpunkten besser Rechnung tragen sollten. So wurden in Zusammenarbeit mit Experten und der Denkmalpflege Verbesserungen erarbeitet und ökologische Massnahmen vorgeschlagen. Im Dezember 2008 wurde schliesslich das überarbeitete zweite Konzessionsgesuch eingereicht. Nachdem im Januar 2010 der Grosse Rat des Kantons Bern die Konzession erteilte, konnte das Baugesuch im Herbst 2010 eingereicht werden. Die Baugenehmigung traf im Mai 2011 ein, so dass die Bauarbeiten im Juli 2011 in Angriff genommen werden konnten. 1.1

Anlagenkonzept Kraftwerk Hagneck Das neue Kraftwerk besteht aus einer Wehranlage mit vier Segmentklappenschützen von je 15 Metern Breite und hat eine gesamte Abflusskapazität von 2700 m3/s. Im rechtsseitig angeordneten Maschinenhaus befinden sich zwei horizontale Kaplanrohrturbinen (d=4.4 m) mit

Bild 1. Das geplante neue Kraftwerk Hagneck (Quelle: Planerteam: Penzel Architektur GmbH, Zürich; Bauingenieure, Valier AG, Chur; Raymond Vogel Landschaften AG, Zürich).

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einem gesamten Schluckvermögen von 280 m3/s. Weiter sind im Kraftwerksareal zwei neue Dotierturbinen und die totalerneuerte Turbine Nr. 5 im alten Kraftwerk weiterhin im Einsatz, so dass insgesamt

320 m3/s Wasser verarbeitet werden können. Dies entspricht einer installierten Leistung von 24.1 MW. Die jährliche Energieproduktion erreicht rund 110 GWh, was den jährlichen Strombedarf von rund

27 500 Haushaltungen deckt. Die gesamten Baukosten belaufen sich auf 150 Mio. Franken (ohne MwSt). Die Inbetriebnahme des neuen Kraftwerkes ist für den Spätherbst 2015 vorgesehen. 2.

Zentrale Punkte beim Bau eines neuen Kraftwerkes Abgesehen von der Technik müssen bei einem Kraftwerksbau die verschiedensten Umweltbereiche mit der Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) untersucht werden. Es sind dies u.a. Oberflächenwasser, Grundwasser, Boden, Flora, Fauna, Wildtierschutz, Fischerei und Gewässerökologie, Wald, Ortsbild, Kulturgüterschutz und Landschaft, Abfall- und Materialbewirtschaftung, Lärm und Erschütterungen, Luft, nichtionisierende Strahlung sowie Velo- und Wanderwege. Beim Kraftwerksprojekt Hagneck sind jedoch folgende zwei Bereiche von zentraler Bedeutung, auf die nachfolgend im Detail eingegangen wird: • Verbesserung der Fischwanderung mit verschiedensten Gerinnen und Lockströmungen (Fischerei- und Gewässerökologie) • Renaturierung des bestehenden Unterwasserkanals (Flora) 3.

Bild 2. Gestaltungsplan des neues Kraftwerkes (aus UVP 2. Stufe) (Quelle: Planerteam). 262

Verbesserung der Fischwanderung

3.1 Ausgangslage Bei einem Wasserkraftwerk muss sichergestellt werden, dass das Kraftwerk oder die Wehranlage keine Barriere für die Fische darstellt und die natürliche Fischwanderung weiterhin gewährleistet wird. In der UVP der 2. Stufe wurde folgendes erwähnt (Prona AG, 2010, S. 63): «Zur Sicherstellung der freien Fischwanderung beim neuen Wehr und Kraftwerk und beim alten Maschinenhaus wird ein grosszügiges Umgehungsgewässer mit mehreren Armen, saisonal variabler Dotierung und naturnaher Gestaltung erstellt. Dieses dient zugleich als Ersatzlebensraum für Fliessgewässerarten der Fisch- und Wirbellosenfauna. Ein neuer Fischpass muss lachstauglich sein. Weiter soll bei der Einmündung der Gerinne eine Lockstrompumpe nach dem Venturi-Prinzip eingebaut werden.» Da im Kraftwerk Hagneck weiterhin das alte wie auch das neue Kraftwerk in Betrieb sein werden, sind für beide Anlagen die entsprechenden Gerinne zu erstellen. Dazu wurden in der Konzession von 2010 folgende Randbedingungen festgelegt:

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Wassermengen Hauptast Wassermenge Nebenast Lockströmung Lockströmung Fischabstieg Funktionsfähigkeit

800 l/s 800 l/s 400 l/s 2600 l/s 1200 l/s je 300 l/s Δh = 65 cm

Seite neues Kraftwerk Seite altes Kraftwerk Turbinenauslauf/Collection Gallery bei Einmündung Hauptgerinne bei Turbinenauslauf/Collection Gallery beim altem und neuen Kraftwerk massgebende Seespiegeldifferenz Bielersee

Tabelle 1. Randbedingungen aus Konzession. In Zusammenarbeit mit den involvierten Planern, Spezialisten und kantonalen Fachstellen mussten die genannten Randbedingungen bei der Planung der Gerinne umgesetzt werden. 3.2 Konzept Zum einfacheren Verständnis wird die Beschreibung für die verschiedenen Umgehungsgerinne in die folgenden Punkte A) bis M) aufgegliedert. Die Auflistung folgt mehrheitlich dem Wasserlauf von oben nach unten, siehe dazu auch Bild 3.

C) Beckenpass – Länge 180 m Der erste Teil des Umgehungsgerinnes besteht aus einem ca. 180 m langen naturnahen Beckenpass mit über 35 Becken und einem max. Gefälle von 3%. Die Überfallhöhe von Becken zu Becken beträgt 10–13 cm. Durch die grosszügige Gestaltung der Becken (Länge ca. 3.0 m, Breite

ca. 4.2 m) beträgt die Leistungsdichte der einzelnen Becken deutlich weniger als 100 W/m3. Zusätzlich wird eine natürliche Strömungsverteilung im Becken erzielt, so dass sich die schwimmstarken Fische in der Mitte und die schwimmschwachen am Beckenrand aufhalten können. Jedes zehnte Becken wird verlängert und dient mit einer Leistungsdichte von unter 60 W/m3 als Ruhebecken. In diesem Teil beträgt die Fliessgeschwindigkeit noch 1.2–1.5 m/s. Zwischen den Becken 4 und 5 befindet sich der «Abzweiger» zum Fischzählbecken. Im Fischpassbecken Nr. 10 mündet der Fischabstieg des neuen Kraftwerks, mit einer Wassermenge von 300 l/s, in das Gerinne. Ab diesem Becken beträgt der Gesamtabfluss im Gerinne 800 l/s.

Einlauf Umgehungsgerinne (Seite Aare) Der Einlauf erfolgt über eine Schützenkonstruktion aus Stahl, welche als kleines Bauwerk in Kalksteinblöcke eingelassen ist. Die Wassermenge beim Einlauf beträgt 500 l/s. Für Spülzwecke kann die Schütze weiter geöffnet werden, so dass bis zu 1000 l/s durchs Gerinne fliessen. Die Fliessgeschwindigkeit beträgt im Normallfall weniger als 1.4 m/s. Zu Revisionszwecken kann das gesamte Umgehungsgerinne mit Dammbalken trocken gelegt werden. B) Fischzählbecken Der Kraftwerksbetreiber muss innerhalb von drei Jahren nach der Inbetriebnahme den Nachweis erbringen, dass die sogenannte «Fischaufstiegshilfe» funktioniert. Deshalb sind Fischzählungen nach den Vorgaben der Behörden auszuführen und später zu wiederholen. Zu diesem Zweck ist seitlich des Gerinnes ein Fischzählbecken der Grösse 3.8 × 6.2 × 1.3 m (B × L × T) angeordnet. Prinzipiell funktioniert dieses Gewerk so, dass die aufsteigenden Fische über dieses mit Wasser gefüllte Becken umgeleitet werden. Dort bleiben sie für einige Stunden gefangen und werden täglich kategorisiert (Art, Anzahl, Gewicht, Grösse festlegen). Anschliessend können die Fische das Zählbecken verlassen und weiter aufsteigen. Der Zählvorgang dauert ein Jahr und wird in Zusammenarbeit mit einem Fischereipachtverein aus der Umgebung durchgeführt.

Bild 3. Detail Umgehungsgerinne (Quelle: Planerteam).

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D) Raugerinne – Länge 100 m Das folgende rund 100 Meter lange naturnahe Raugerinne weist ein Gefälle von 1.5– 2.0% auf und ist für eine Wassermenge von 800 l/s ausgelegt. Rund 40 m oberhalb des runden Verteilbeckens mündet der Fischabstieg des alten Kraftwerks ins Raugerinne. Durch die zusätzlichen 300 l/s beträgt der gesamte Abfluss auf den letzten 40 m des Raugerinnes 1100 l/s. Dementsprechend wurden die Breite und die Tiefe des Gerinnes vergrössert, so dass Fischen optimale Bedingungen für den Aufstieg geboten werden. Die Wassertiefen auf dem Hauptstrang variieren zwischen 30–80 cm. Dementsprechend verändert sich auch die Fliessgeschwindigkeit von Abschnitt zu Abschnitt, überschreitet jedoch nie die Marke von 1.4 m/s. E) Verteilbecken D = 23 m Das Verteilbecken dient der kontrollierten Aufteilung der Wassermengen und den Fischen als Ruhebecken. Der Wasserspiegel weist ein konstantes Niveau auf. Das runde Becken hat einen Durchmesser von 23 m und eine Tiefe von 1.0–2.0 m. Dem Verteilbecken fliessen insgesamt 2000 l/s zu. Dies sind die 1100 l/s vom Umgehungsgerinne sowie die Zudotierung aus dem Oberwasserkanal des alten Kraftwerks von 900 l/s. Diese Zudotierung wird auch energetisch genutzt, resp. das Wasser wird von einer Dotierturbine (40 kW) zu Strom verarbeitet, bevor es in das Verteilbecken gelangt. Durch die drei Beckenabgänge in Richtung altes Kraftwerk (800 l/s), in Richtung neues Kraftwerk (800 l/s) und in Richtung Collection Gallery zum neuen Kraftwerk (400 l/s) gelangt das Wasser in den Bielersee. F)

Umgehungsgerinne neues Kraftwerk – Länge 115 m Das Umgehungsgerinne neues Kraftwerk führt vom Verteilbecken, über eine Länge von rund 115 m, bis in den Bielersee. Dieser Abschnitt ist für eine Wassermenge von 800 l/s ausgelegt. Die Strecke ist in zwei Teilabschnitte unterteilt. Der obere Abschnitt wird als naturnahes Raugerinne, mit einem durchschnittlichen Gefälle von 1.5–2.0%, ausgeführt. Der zweite untere Abschnitt von knapp 60 m Länge weist eine Beckenstruktur auf, hat eine Fliessgeschwindigkeit von 1.2–1.5 m/s und die Leistungsdichte beträgt rund 74 W/m3 pro Becken. G)

Einstieg Umgehungsgerinne neues Kraftwerk Der Einstieg des Umgehungsgerinnes mündet in einem Winkel von 20° zur Haupt264

strömungsrichtung in den See. In diesem Bereich ist auch die sogenannte Lockströmung von 2600 l/s eingebaut. In der Fachliteratur wird empfohlen, dass das Verhältnis zwischen Gerinnewasser mit Lockströmung mindestens 1% der Turbinenwassermenge betragen soll, damit die Fische das Gerinne wahrnehmen können und den Einstieg finden. Diese Bedingung ist hier erfüllt (rund 1.2%). Ursprünglich war angedacht, die Lockströmungen mit speziellen Venturipumpen zu erzeugen. Da seitens der Spezialisten Bedenken bestanden, ob diese Konstruktionsart tatsächlich funktioniert, wurde nach einer anderen Lösung gesucht. Aus diesem Grund entschied die Bauherrschaft, ein zusätzliches kleines Dotierwasserkraftwerk (200 kW) zu bauen. Dazu wird im Oberwasserkanal die entsprechende Wassermenge (2600 l/s + 1200 l/s = 3800 l/s) entnommen, über eine Leitung der Turbine zur Stromerzeugung zugeführt und anschliessend über Rohrleitungen zu den vier Orten mit den Lockströmungen hingeführt (siehe Punkte G und I). Dank dieser Lösung können weitere 1.6 GWh (400 Haushalte) zusätzliche erneuerbare Energie erzeugt werden. H)

Umgehungsgerinne Collection Gallery – Länge 170 m Der obere Teil dieses Umgehungsgerinnes besteht aus einem 30 m langen Raugerinne mit Einzelstruktur und Steinschwellen. Das durchschnittliche Gefälle beträgt 1.5–2.0%. In diesem Teilabschnitt wird eine Fliessgeschwindigkeit von 1.6 m/s nie überschritten. Anschliessend mündet das Raugerinne in einen Beckenpass mit insgesamt 14 Becken und einer Länge von 55 m. Schliesslich folgt der letzte Teilabschnitt von 85 m Länge. Hier handelt es sich um einen 1.8 m breiten und teils überdeckten Betonkanal. Im ganzen Bereich fliesst eine Wassermenge von 400 l/s. Mit einer Wassertiefe von 30–80 cm beträgt die Fliessgeschwindigkeit zwischen 0.5 und 1.4 m/s. Die Betonsohle ist mit unterschiedlich grossem Sohlsubstrat bedeckt. Mit Betonplatten und grossen Steinen werden strömungsarme Bereiche geschaffen, welche den schwimmschwachen Fischen zur Erholung dienen. I)

Einstieg Umgehungsgerinne Collection Gallery neues Kraftwerk Die sogenannte Collection Gallery hat drei Einstiege für die Fische, einer rechts des rechten Saugrohrs, einer links des linken Saugrohrs und einer in der Mitte. Das Was-

ser fliesst von der Collection Gallery durch eine verstellbare Öffnung in den See zurück. Auch im Bereich der drei Öffnungen sind zusätzliche Lockströmungen von 3 × 400 l/s integriert. Die Lockströmungen werden ebenfalls vom Dotierwasserkraftwerk 200 kW (siehe G) erzeugt. J)

Umgehungsgerinne altes Kraftwerk – Länge 215 m Das Umgehungsgerinne führt vom Verteilbecken über eine Länge von rund 215 Metern ins Unterwasser des alten Kraftwerks. Das erste Teilstück ist wieder als naturnahes Raugerinne mit einem Gefälle von 1.3–1.8% vorgesehen. Die Wassertiefen variieren zwischen 30–80 cm. Dementsprechend verändert sich auch die Fliessgeschwindigkeit in jedem Abschnitt, überschreitet jedoch nie die Marke von 1.4 m/s. Die Leistungsdichte der Becken beträgt lediglich 32 W/m3. Deshalb wird auf Ruhebecken verzichtet. K)

Einstieg Umgehungsgerinne altes Kraftwerk Der Einstieg des Umgehungsgerinnes altes Kraftwerk erfolgt in einem 45°-Winkel zum Unterwasser des alten Kraftwerks. Die Sohle wird mit einer kontinuierlichen Neigung kleiner 1:2 an die Sohle des Unterwassers altes Kraftwerk angeglichen. L) Fischabstieg neues Kraftwerk Für den Fischabstieg sind im linken Wehrpfeiler und in der rechten Mauer vor dem Einlaufrechen drei trompetenförmige Einstiege vorgesehen. Diese befinden sich rund 1 Meter unter der Wasseroberfläche. Fische, welche dort einsteigen, werden über eine Leitung (d = 50 cm) im Freispiegel ins seitliche Umgehungsgerinne geführt. Die Geschwindigkeit beträgt 1.6–1.8 m/s und die Wassermenge total 300 l/s. M) Fischabstieg altes Kraftwerk Der Einlauf des Fischabstiegs erfolgt ähnlich wie unter L) beschrieben. Neben dem Einlaufrechen der verbleibenden Turbine Nr. 5 wird wiederum ein trompetenförmiger Fischeinstieg, ca. 1 Meter unter der Wasseroberfläche, ausgebildet. Danach folgt eine Rohrleitung, in welcher die Fische im Freispiegel bis zum Dammende gelangen können. Über eine BeckenÜberfall-Sequenz gelangen diese rund 40 Meter oberhalb des Verteilbeckens ins Umgehungsgerinne. Dieser Fischabstieg weist eine Wassermenge von 300 l/s auf. 3.3 Bauausführung Mit den Bauarbeiten für das Umgehungs-

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Bild 4. Sicht auf gesamte Kraftwerksanlage Hagneck mit Umgehungsgerinne im Vordergrund und geplante Renaturierung (linke Bildecke) (Quelle: Planerteam). 3.4

Bild 6. Verteilbecken d = 23 m (Stand Dezember 2014) (Foto: Thomas Richli).

Technische Daten

Gerinnelänge 520 m (längster Ast) Fliessgeschwindigkeit je nach Abschnitt, zwischen 0.4 bis 1.8 m/s Gerinneneigung max. 3% Höhenunterschied max. 9.15 m (abhängig vom Seestand) Leitart Seeforelle und Barbe mit Aussicht auf Lachs Verbaute Steinblöcke 9800 t Jurakalk Tabelle 2. Technische Daten.

Bild 7. Sicht auf Umgehungsgerinne (Drohnenaufnahme von Januar 2015) (Quelle: Geoplanteam, Nidau). Bild 5. Umgehungsgerinne kurz nach Inbetriebnahme im Dezember 2014 (Foto: Thomas Richli). gerinne wurde gegen Ende 2013 begonnen. Nach knapp einem Jahr Bautätigkeit ist das Gerinne seit dem 10. Dezember 2014 in Betrieb. Der Gerinneast (L = 215 m) zum alten Kraftwerk wurde noch nicht erstellt, da dieser erst im Zusammenhang mit der Renaturierung (bis Herbst 2016) ausgeführt werden kann. Für die Bauausführung musste der Untergrund des Gerinnes teilweise stabilisiert werden. Zur Gerinneabdichtung sind Bentonitmatten eingesetzt worden und zum Schutz der Matten wurde eine Kiesschicht von 30 cm aufgebracht. Darauf wurde die Gerinnesohle aus Kies und Steinblöcken von 50 cm Stärke aufgebaut. Die seitlichen Ufermauern sind mit Jurakalkblöcken erstellt worden.

Renaturierung des bestehenden Unterwasserkanals

4.1 Einleitung Im Kraftwerksperimeter ist eine hohe Biodiversität mit zahlreichen seltenen und bedrohten Lebensräumen, wie Auenwälder, Flachmoore und Wasserrandvegetation vorzufinden. Dementsprechend ist ein Grossteil dieser Flächen als kantonales Naturschutzgebiet oder als Auengebiet von nationaler Bedeutung ausgewiesen worden. Diese Flächen dienen als Lebensraum für viele bedrohte Pflanzen- und Tierarten. Der bestehende Unterwasserkanal beim alten Kraftwerk liegt auch in diesem Perimeter. Er diente bis anhin dazu, das «verarbeitete Wasser» auf einer Ka-

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nallänge von rund 450 m in den Bielersee zurückzuführen. Die maximale Wassermenge beträgt 175 m3/s, welche der Ausbauwassermenge der fünf alten Turbinen entspricht. Da im alten Kraftwerk künftig nur noch eine Turbine im Einsatz sein wird, welche eine Wassermenge zwischen 15–35 m3/s verarbeitet, wird der heutige Kanal künftig schlicht zu gross sein. Als Ersatzmassnahme für den Kraftwerksbau wurde nach verschiedensten Lösungen gesucht. Schliesslich wurde beschlossen, auf externe Ersatzmassnahmen zu verzichten und dafür eine optimale Renaturierung des heutigen Unterwasserkanales an Ort und Stelle anzustreben. 4.2 Gestaltung Unterwasserkanal In der UVP der 2. Stufe wurde folgendes 265

Bild 8. Heutiger Unterwasserkanal (Stand März 2014) (Foto: Thomas Richli). erwähnt (Prona AG, 2010, S. 43): «Der neugestaltete Unterwasserkanal führt bloss noch ungefähr ein Fünftel der heutigen Durchflussmenge, neu also 15–35 m3/s in den See. Aus ökologischer und fischereibiologischer Sicht ist der neu zu gestaltende Flusslauf soweit möglich als Fliessgewässer mit Auendynamik anzulegen. Diesen Bemühungen sind durch das fehlende Gefälle bzw. der baldigen Verlangsamung des Fliessgewässers beim Eintritt in den Seespiegelbereich des Bielersees enge Grenzen gesetzt. Bei Niedrigwasser mit entsprechend grösserem Gefälle wird das Fliessgewässer mit wenigstens 15 m3/s also weiter seewärts reichen als bei hohem Seespiegel. Die maximale Schwankungsdifferenz des Seespiegels beträgt 165 cm, diejenige der Monatsmittel dagegen bloss 50 cm. Die Spitzenwerte werden zwischen Mai und August erreicht, die Minima zwischen November und März. Als Gestaltungsprinzip wird eine möglichst kleinräumig strukturierte Vielfalt an typischen Auenlebensräumen im mittleren Schwankungsbereich des Seespiegels angestrebt durch eine Vielzahl an langgestreckten Hügeln und Gräben, welche ein feinmaschiges Mosaik von Offenwasser über alle Verlandungsstadien hin zum partiell überschwemmten Weichholzauenwald schaffen (siehe Gestaltungsplan gemäss Bild 2). Im oberen, kraftwerknahen Abschnitt wird für den Niederwasserfall eine relativ enge und dadurch höhere Fliessgeschwindigkeiten aufweisende Rinne gestaltet, welche bei grösserem Wasserdurchfluss und/oder Hochwasser über eine niedrig liegende Schwelle durch eine parallele Fliessrinne entlastet wird. Die bestehenden Randlinien zur rechtseitig anschliessenden Riedwiese und dem linkseitig anschliessenden Auenwald mit bestehendem Amphibienweiher bleiben 266

Bild 9. 3-D Modell der Renaturierung (Sicht ab altem Kraftwerk in Richtung Bielersee) (Quelle: Planerteam).

weitgehend bestehen. So bewegt sich der im Wesentlichen durch den Wechsel des Seespiegels sowie durch die zeitlich und örtlich stark eingeschränkte Fliesswasserdynamik geprägte Wasserabfluss im stark verbreiterten, schalenartigen Gerinne des renaturierten Unterwasserkanals. Im Sinne einer Sichtachse vom Hügel nordwestlich des bestehenden Kraftwerkes über den Unterwasserkanal in Richtung Riedwiese, soll im Bereich der grossen Amphibienweiher rechtsseitig des Unterwasserkanals der geschlossene Wald auf wenige, freistehende Einzelbäume reduziert werden. Diese gewähren gleichzeitig eine optimale Beleuchtung der Amphibienweiher. Unterhalb des Turbinenauslaufs wird der Auenwald bis zur rechtsufrigen Aussichtskanzel durch Pflege derart niedergehalten, dass die Sicht auf das Baudenkmal von nationaler Bedeutung erhalten bleibt.» 4.3 Planung Im Ausführungsprojekt mussten die in der UVP vordefinierten Punkte im Detail geplant werden. In dieser Planung waren folgende Fachstellen und Spezialisten involviert: • Fischereiinspektorat des Kantons Bern (FI) • Abteilung Naturförderung des Kantons Bern (ANF) • UVP-Planer • Fischereibiologe • Landschaftsarchitekt • Architekt (teilweise) • Gesamtplaner • Spezialist für Hydraulik (Bauingenieur) • Spezialist für Tiefbauarbeiten und Baugruben (Bauingenieur) Die Ausführungsplanung begann im Sommer 2013 und dauerte ein knappes Jahr. Folgende Bedingungen mussten dabei berücksichtigt werden (Auszug):

•

Die Fliessgeschwindigkeiten dürfen im Mittel 1.0 bis 1.5 m/s nicht überschreiten. Im Mittel bedeutet 15 m3/s Abfluss und mittlerer bis tiefer Seespiegel. Der Zugang zum Umgehungsgerinne (Fischeinstieg) muss mindestens 80 cm tief sein. Die Uferlinie der Kurven soll im Jahresmittel an ca. 180 bis 200 Tagen nicht überströmt werden. Ein einheitlicher Blocksatz als Verbauung der Prallhänge ist nicht erwünscht. Die bessere Basis für eine gute Entwicklung bilden «gemischte» Befestigungen. Der Einsatz von Baumstämmen oder Wurzelstöcken in den Blocksteinbefestigungen ist ausdrücklich erwünscht. Amphibienteiche auf niedrigen Höhen werden früher oder später vom Hochwasser überflutet. Dadurch gelangen Fische in die Teiche. Damit das Überleben der Fische gesichert ist, benötigen die Teiche Anbindung ans Grundwasser. Ein materialneutraler Bau des Gerinnes soll angestrebt werden, d.h. es sind die vorhandenen Aushubmaterialien vom Kraftwerksbau einzusetzen. Die Schüttarbeiten sollen vom Kraftwerk in Richtung Bielersee ausgeführt werden, damit die Fische aus dem Unterwasserkanal vertrieben werden und ein Abfischen nicht nötig wird.

4.4 Bauabläufe und Umsetzung Die Ausführung der Arbeiten ist ab Herbst 2015 vorgesehen. Die Erstellung der Renaturierung ist hauptsächlich in zwei Bauetappen geplant. Die 1. Bauetappe liegt zwischen dem bestehenden Maschinenhaus und einem Querdamm (Abdichtungsdamm), welcher rund 150 m unterhalb dem Maschinenhaus vorgesehen ist. Dieser Teil

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dem Querdamm aus der 1. Bauetappe und der Seemündung, wo ebenfalls ein Querdamm (Abdichtungsdamm) angeordnet ist. Auch dieser Bauabschnitt wird teilweise mit Spundwänden umschlossen. Das Wasser wird in diesem Bereich jedoch nur um rund 2.5 m abgesenkt, so dass die Arbeiten teilweise im Wasser stattfinden werden. Dieser Teil besteht ausschliesslich aus Erdarbeiten und es gibt in diesem Bereich keine Befestigungen. Die Arbeiten werden voraussichtlich im Herbst 2015 abgeschlossen. 4.5

Technische Daten und Kosten

Grösse Fläche Erdmassenbewegung total Baubeginn Bauende Geplante Kosten

Länge ca. 400 m, Breite 80–120 m ca. 40 000 m2 70 000 m3 Herbst 2015 Herbst 2016 3 Mio. Franken, inkl Anteil Planung

Tabelle 3. Technische Daten.

Bild 10. Planausschnitt der Renaturierung (Quelle: Planerteam).

5. Kosten Der Anteil der gesamten Umweltmassnahmen beim Neubauprojekt beträgt rund 15 Mio. Franken oder 10% an den gesamten Baukosten. Diese Summe beinhaltet auch die Aufwendungen der Planer, Spezialisten sowie der Umweltbaubegleitung (UBB) während der gesamten Bauausführung. Literatur Prona AG, 2010: Umweltverträglichkeitsbericht 2. Stufe, Hauptuntersuchung. Biel.

Anschrift des Verfassers Thomas Richli, Bielersee Kraftwerke AG c/o BKW Energie AG, Hydraulische Kraftwerke Viktoriaplatz 2, CH-3013 Bern 25 thomas.richli@bkw.ch Tel.+41 (0)58 477 69 75, www.bkw.ch

Bild 11. Sicht auf Baustelle (Stand April 2014) (Foto: Thomas Richli). wird zu rund drei Viertel mit Spundwänden umschlossen, so dass das Wasser abgesenkt und die Modellierung, resp. die Baggerarbeiten hauptsächlich im Trockenen erfolgen können. In dieser Bauetappe werden die ersten 60 m relativ stark mit Sohlenverbau befestigt. Die rechte Uferverbauung bleibt auf 30 m bestehen und wird auf den folgenden 30 m (erste Kurve) mit einem flachen Blockwurf verbaut. Die Sohle wird bekiest. Auf der linken Uferseite

ergibt sich die Anpassung an den Fischeinstieg und nachfolgend eine nahezu stehende Wasserflache (Wassertiefe mind. 1.5 m), welche mittels kleinem Damm abgetrennt ist. Auf den folgenden 140 m wird dieses Hauptgerinne weitergeführt. Dies beinhaltet drei Flussbiegungen, welche rund 10 m breit und 2–2.5 m tief sind. Mindestens die Prallhänge an den Aussenkurven bzw. Inseln sollen befestigt werden. Die 2. Bauetappe liegt zwischen

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

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

«100 Jahre VAR 1915–2015»

VS 69: Der Verband Aare-Rhein-

VS: Nr. 67, Der Schweizerische

VS: Nr. 66, Die Engadiner Kraft-

VS: Nr. 65, Wasserkraft – die er-

werke 1915 bis 2015 - Rückblick

Wasserwirtschaftsverband

werke – Natur und Technik in

neuerbare Energie. Beiträge des

auf ein Jahrhundert Wasserwirt-

1910–2010, ein Portrait, von

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VS: Nr. 64, Ökologische (Teil A)

VS: Nr. 63, Wasserbauer und

VS: Nr. 62, Uferschutz und Raum-

VS: Nr. 60, Externe Effekte der

und technisch/ökonomische

Hydrauliker der Schweiz. Kurz-

bedarf von Fliessgewässern/

Wasserkraftnutzung/Effets ex-

Qualitäten der Wasserkraft.

biographien ausgewählter Per-

Protection des rives et espace

terne de l’exploitation des forces

ecoconcept, Zürich und Schnyder

sönlichkeiten, 2001, von Daniel

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VS: Nr. 58, Entsorgung und Ge-

VS: Nr. 57, Betrieb und Wartung

VS: Nr. 54, Directives pour

und Hochwasser/Charriage et

schwemmsel, Stand der Tech-

von Wasserkraftwerken, 1998,

l’exploitation et la maintenance

crues, Vorträge in Biel, 1998,

nik – Kosten – Zukunft, Vorträge in

Bernard Comte, CHF 120.–.

des groupes hydroélectriques,

CHF 50.–.

Bad-Säckingen, 1998, CHF 50.–.

CHF 40.–.

268

1995, Bernard Comte, CHF 98.–. «Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Ökonomische Bedeutung der Wasserkraft in Europa und der Schweiz Michel Piot, Tim Mennel

Zusammenfassung Wasserkraft ist eine tragende Säule der europäischen Strom- und dient als Erholungsraum. Ein Ausblick bis ins Jahr 2050 zeigt, versorgung. Mit einer installierten Leistung von rund 200 GW dass die Wasserkraft in Europa noch ein erhebliches Ausbauwerden jährlich 600 TWh produziert. Damit trägt sie rund 38 potenzial aufweist, das im Vergleich zu anderen Technologien Milliarden Euro pro Jahr zur Bruttowertschöpfung bei und bietet kostengünstig erschlossen werden kann. Dank einer gesamtdirekt und indirekt 110 000 Arbeitsplätze. Wasserkraft bietet aber europäisch angelegten Studie konnten erstmals die Bedeutung noch viel mehr: dank ihrer Flexibilität kann sie einen Beitrag zum und die Vorteile der Wasserkraft in Europa technisch, ökonoAusgleich der fluktuierenden erneuerbaren Energien leisten. Sie misch und umweltpolitisch quantifiziert werden. Gegenwärist per se umweltfreundlich, hilft gleichzeitig aber auch grosse tig steht die Wasserkraft unter politischem Druck: Verschärfte Mengen an CO2 einzusparen und die Abhängigkeit von Importen Umweltvorschriften, wie sie derzeit in Europa diskutiert werden, fossiler Energieträger zu reduzieren. Nebst der Stromproduktion und zusätzliche steuerliche Belastungen erscheinen mit Blick auf übernimmt die Wasserkraft multifunktionale Aufgaben, wie die die klimapolitischen Ambitionen und die ökonomische Wohlfahrt Sicherstellung der Trinkwasserversorgung, Hochwasserschutz Europas kontraproduktiv und kurzsichtig.

Résumé La force hydraulique est un pilier de l’approvisionnement en des espaces de détente. Une hypothèse de projection pour électricité de l’Europe. Avec une production de 600 TWh et l’année 2050 montre que, comparée à d’autres technologies, la une puissance installée de près de 200 GW, elle contribue à la filière hydraulique dispose en Europe d’un important potentiel création de valeur ajoutée brute à hauteur de 38 milliards d’euros de développement qu’il est possible d’exploiter de manière par an et représente 110 000 emplois directs et indirects. Mais rentable. Grâce à une étude menée à l’échelle européenne, il a la force hydraulique a d’autres atouts: grâce à sa flexibilité, été possible de quantifier pour la première fois l’importance et elle peut contribuer à compenser les fluctuations liées à la les avantages en Europe de la force hydraulique des points de production renouvelable. Particulièrement respectueuse de vue techniques, économiques et environnementaux. A l’heure l’environnement, elle permet aussi d’économiser d’impor- actuelle, la force hydraulique est sous pression politique: par tantes quantités de CO2 et de réduire la dépendance par rapport aux objectifs ambitieux en matière de politique climatique rapport à l’importation d’agents énergétiques fossiles. Outre et au bien-être économique de l’Europe, le durcissement des la production d’électricité, la force hydraulique est multi- normes environnementales qui font actuellement débat en fonctionnelle: elle permet de garantir l’approvisionnement en Europe ainsi que les charges fiscales supplémentaires semblent eau potable, contribue à la protection contre les crues et offre contreproductives et trop peu axés sur le long terme.

Wasserkraft – eine erneuerbare Energiequelle? Ist Wasserkraft eine erneuerbare Energiequelle? Selbstverständlich, sollte man meinen. Dennoch zeigt ein Blick in Fachund Pressepublikationen in Europa, dass andere erneuerbare Energieträger, vor allem Wind und Sonne die Debatte dominieren. Bei politischen Reden wird häufig die Zukunft dezentraler erneuerbarer Erzeugung beschworen, so etwa vom damaligen EU-Kommissionspräsidenten Manuel Barroso, der in einer Rede «zur Lage der Union» vor dem Europaparlament 2010 die «Schaffung von Infrastruktur» für Solar- und Windanlagen als eine energiepolitische Priorität bezeichnete.

Die «Erneuerbaren Richtlinie» der EU von 2009 enthalten ausführliche Bestimmungen zu biogenen Energiequellen und setzen eine eigene Biokraftstoffquote. Die neuen Leitlinien zu Beihilfen im Bereich Umwelt und Energie fordern volle Bilanzkreisverantwortung für alle erneuerbaren Anlagen – eine Debatte, welche die Wasserkraft nicht berührt, denn als langjährige Marktteilnehmer erfüllen Wasserkraftwerke diese Anforderungen seit Beginn der Liberalisierung. Die untergeordnete Rolle der Wasserkraft in der energiepolitischen Debatte in Europa hat nachvollziehbare Gründe: zur Erreichung eines hohen Anteils erneuerbarer Energiequellen an der Gesamt-

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stromerzeugung bedarf es in vielen Ländern der Wind- und Solartechnologie. Auf der Basis grosszügiger staatlicher Beihilfen kam es in den vergangenen zwanzig Jahren zu teilweise spektakulärem Wachstum dieser volatilen Energien, deren Eingliederung in das Stromsystem die Energiewirtschaft und -politik vor grosse Herausforderungen stellt. So verständlich die Entwicklung der Debatte erscheinen mag, desto nachteiliger ist die Vernachlässigung der Wasserkraft im Hinblick auf die kosteneffiziente Gestaltung einer klimaschonenden Energiepolitik: Anstelle ein – entgegen landläufiger Meinung – bestehendes Ausbaupotenzial zu nutzen, droht die derzeitig diskutierte Novellierung einer 269

wird durch den vorliegenden Datensatz eine hohe Datenabdeckung erreicht: Über 90% der installierten Kapazität in Europa (d.h. der EU-28, Schweiz, Norwegen und Türkei) und 50% des Weltmarkts für Wasserkrafttechnologie.

Bild 1. Erfassung zentraler Variablen. europäischen Wasserrahmenrichtlinie die Stromerzeugung aus Wasserkraft zurückzudrängen. In den in kleinen Zirkeln geführten Diskussionen werden angebliche oder wirkliche ökologische Nachteile von Wasserkraftwerken hervorgehoben, der Beitrag zum Klimaschutz, aber auch zur Wertschöpfung in Europa wird hingegen vernachlässigt. Anders als andere erneuerbare Energien, welche die Endkundenpreise für Strom mit erheblichen Förderkosten belasten, wird die Wasserkraft in vielen Ländern mit hohen Steuern und Abgaben belegt. In Verbindung mit dem in den letzten Jahren zu beobachtenden Preisverfall an den europäischen Strombörsen geraten damit immer mehr Wasserkraftanlagen in eine wirtschaftliche Schieflage – eine angesichts der heutigen und möglichen zukünftigen Bedeutung dieser Technologie groteske Situation. Ein Grund für die fehlende Beachtung liegt in der mangelnden Information: Während zahlreiche Studien auf nationaler wie europäischer Ebene die energie- und gesamtwirtschaftliche Rolle der Windkraft und Photovoltaik beleuchten, sind umfassende Veröffentlichungen zur Wasserkraft spärlich und schwer zu finden. Aus diesem Grunde hat ein Konsortium, bestehend aus 19 europäischen Partnern – Energieversorgungsunternehmen, Anlagenhersteller und Fachverbänden – das Beratungsunternehmen DNV GL (unter Beteiligung der École polytechnique fédérale de Lausanne) beauftragt, eine umfassende Studie zu den energie- und gesamtwirt270

schaftlichen Beiträgen der europäischen Wasserkraft zu erstellen. Die Ergebnisse werden in diesem Artikel präsentiert. Darüber hinaus gehen wir genauer auf die Bedeutung der Wasserkraft in der Schweiz und die momentan widrigen Umstände am Markt ein. 2.

Wasserkraft in Europa

2.1 Methodik und Datengrundlage Die Untersuchungen zum gegenwärtigen Beitrag der Wasserkraft zur Energieversorgung und Wertschöpfung in Europa beruhen auf einer breiten Datengrundlage: Es wurden öffentliche Quellen genutzt, darunter Statistiken von Eurostat, der OECD sowie nationale Statistiken; des Weiteren zahlreiche Studien zur Wasserkraft und zu erneuerbaren Energien im Allgemeinen. Darüber hinaus wurden umfassende Befragungen unter Energieversorgern und Fachverbänden sowie unter den Herstellern von Wasserkrafttechnologie durchgeführt. Ziel war die statistische Darstellung wesentlicher Kernvariablen, um die Beiträge der Wasserkraft im Einzelnen zu erfassen, darunter Erzeugung, Beschäftigung und Steueraufkommen. Manche der Zielvariablen wurden direkt erfasst; wo die Daten nicht die gesamte Wasserkraftkapazität eines Landes abdeckten, wurde diese extrapoliert. Andere Variablen wurden abgeleitet: so basieren die Werte für die Umsätze aus einer Verknüpfung von erzeugtem Strom und den jeweiligen Strompreisen. Letztlich

2.2 Europa Wasserkraft wird in Europa seit Jahrhunderten genutzt – und sie gehört auch zu den ersten in Europa genutzten Quellen der Stromerzeugung. Noch heute bilden Wasserkraftwerke einen integralen Bestandteil des Stromsystems – mit einer installierten Kapazität von rund 200 GW werden jährlich rund 600 TWh Strom erzeugt. Damit trägt die Wasserkraft zu rund 17% zur Gesamtstromproduktion bei. Die Nutzung der Wasserkraft ist allerdings an geographische und klimatische Bedingungen geknüpft, und so ist die Erzeugung in einigen Regionen konzentriert: In Skandinavien, dem Alpenraum, der iberischen Halbinsel und der Türkei. In der EU-28 betrug 2013 die Wasserkraft-basierte Erzeugung, 385 TWh, was rund 12% entspricht, in der Schweiz, Norwegen und der Türkei 228 TWh. Anders als in der öffentlichen Wahrnehmung verankert, wird die Wasserkraft auch weiterhin ausgebaut: Die installierte Kapazität hat seit 2010 um 9% zugenommen (wobei die Türkei daran einen hohen Anteil hat). Wenn die Steigerung auch geringer ausfällt als bei den anderen erneuerbaren Energiequellen, entsprechen der Zunahme doch umfangreiche Investitionen. Diese liegen bezogen auf den Zeitraum 2010 bis 2013 zwischen 10.5 und 17.0 Mrd. EUR jährlich. Hierzu kommen noch Investitionen in Reparatur und Instandhaltung von 3.1 bis 3.7 Mrd. EUR pro Jahr. Neben diesen direkten Beiträgen zur Stromerzeugung spielt die Wasserkraft auch für das Stromsystem insgesamt eine immer wichtigere Rolle: Mit der Zunahme fluktuierender Einspeisung wächst die Bedeutung von Stromspeichern, welche die dringend benötigte Flexibilität liefern. Gegenwärtig sind wasserbasierte Speicher, also Kraftwerke mit Wasserreservoirs und Pumpspeicher, mit Abstand die bedeutendsten Speicher für Strom. Europa verfügt über eine Reservoirkapazität von etwa 180 TWh, wobei der grösste Teil dieser Kapazität mit 115 TWh in Skandinavien liegt, der Rest befindet sich in den Alpen, ein kleinerer Teil auch in Iberien und der Türkei. Neben ihrem Beitrag für das Stromsystem leistet die Wasserkraft auch einen bedeutsamen Beitrag zur europäischen Wirtschaftsleistung – dies kann man an

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Bild 2. Bruttowertschöpfung und Beschäftigung durch Wasserkraft in Europa. der Wertschöpfung, den Investitionen, den Arbeitsplätzen und auch den Steuereinnahmen festmachen. Dabei betrachten wir sowohl die Rolle der Wasserkraft in der Stromerzeugung als auch die der Anlagenbauer. In Bild 2 werden die Bruttowertschöpfung 1 und die Beschäftigung des Wasserkraftsektors in Europa und der EU-28 dargestellt. Man erkennt, dass die Wasserkraft rund 38 Mrd. EUR zur Bruttowertschöpfung beiträgt, was in etwa dem Beitrag der europäischen Papierindustrie oder dem Bruttoinlandprodukt eines Landes wie Slowenien entspricht. Auch die Zahl der Arbeitsplätze ist signifikant: Wie Bild 2 zeigt, beläuft sich die Zahl der direkt und indirekt Beschäftigten im europäischen Wasserkraftsektor auf rund 110 000 Personen; davon sind rund 50 000 direkt für Stromerzeugungsunternehmen tätig und etwa 7000 bei den Technologieherstellern. Hinzu kommen gemäss Schätzung noch einmal rund 50 000 indirekt Beschäftigte in den Bereichen Instandhaltung und Reparatur, Planung und Beratung. Die Wasserkraft leistet auch einen bedeutsamen Beitrag zum Klimaschutz: Ersetzt man – in einer hypothetischen Überlegung – den durch Wasserkraft erzeugten Strom durch den europäischen Erzeugungsmix, so erhöhen sich die CO2Emissionen um rund 285 Mt; in der EU-28 sind es 178 Mt oder 13% des Ausstosses im Stromsektor. Trotz des starken Zubaus weiterer erneuerbarer Energiequellen wie der Windenergie trägt die Wasserkraft noch immer mehr als die Hälfte zur erneuerbaren Stromproduktion in Europa bei. Anders als viele andere erneuerbare Energiequellen bezieht die Wasserkraft aber keine Sub-

ventionen – im Gegenteil: rund 37% der Wertschöpfung (in der EU-28: 32%) wird in Form von Steuern und Abgaben an das Gemeinwesen abgeführt. Damit leistet die Wasserkraft auch einen fiskalischen Beitrag für die Bürger Europas.

nannten multifunktionalen Aufgaben genauer ein und präsentiert eine Reihe von Beispielen, die mit Zahlen und ökonomischen Bewertungen unterlegt sind.

2.3

3.1 Ökonomische Aspekte Das Bundesamt für Energie (BFE) hat im Jahr 2013 einen Bericht zur volkswirtschaftlichen Bedeutung erneuerbarer Energien in der Schweiz publiziert (Rütter + Partner et al., 2013). Basierend auf der Methodik dieses Berichtes haben Rütter + Partner im Auftrag von swisselectric eine Vertiefungsstudie zur Wasserkraft in der Schweiz erstellt. Im Jahr 2013 beschäftigten die Schweizer Grosswasserkraftwerke ausgelöst durch den Bau und Betrieb rund 5600 Mitarbeiter. Die direkte Bruttowertschöpfung lag bei knapp 2 Mrd. CHF. Nimmt man die Kleinwasserkraft noch dazu, dann ergeben sich rund 7000 Beschäftigte respektive 2.5 Mrd. CHF. Damit ist die Arbeitsproduktivität der Wasserkraft wesentlich höher als bei den erneuerbaren Energien insgesamt, was ihre Bedeutung als effiziente Energieproduktionsform unterstreicht. Für den Bau und die Erneuerung von Anlagen wurde im Jahr 2013 knapp 1 Mrd. CHF ausgegeben, die Ausgaben für den Betrieb wurden auf 2.5 Mrd. CHF geschätzt. Während bei den Bauausgaben die beiden Pumpspeicherkraftwerke Nant de Drance und Linth-Limmern wesentlich zur Höhe beitragen, können die Ausgaben für den Betrieb der Anlagen als in etwa konstant über die Jahre betrachtet

Multifunktionale Aufgaben der Wasserkraft Bislang haben wir nur die direkten ökonomischen Wohlfahrtsgewinne der Wasserkraftnutzung betrachtet. Daneben nimmt die Wassererfassung, d.h. die für die Wasserkraft notwendige Flussregulierung und der Bau von Dämmen, auch weitere bedeutende Aufgaben wahr: • In vielen europäischen Ländern sind Staudämme eine wichtige Voraussetzung für die Sicherstellung der Trinkwasserversorgung und der landwirtschaftlichen Bewässerung; in manchen Ländern, wie Portugal, haben diese Aufgaben sogar Vorrang vor der Stromerzeugung aus den angeschlossenen Wasserkraftwerken. • Die Flussregulierung ist in vielen Flüssen nicht nur Voraussetzung für die Stromerzeugung auf Basis der Wasserkraft, sie trägt auch zum Hochwasserschutz bei, in manchen Flüssen ist sie zudem zur Gewährleistung der Schifffahrt von grosser Bedeutung. • Reservoirs von Wasserkraftwerken dienen darüber hinaus oft der Freizeitgestaltung: so etwa in Ungarn, wo sie einen Beitrag zum lokalen Tourismus leisten. In südlichen Ländern werden sie darüber hinaus bei der Brandbekämpfung genutzt. Das Gutachten geht auf die soge-

Wasserkraft in der Schweiz

Diese makroökonomische Grösse beschreibt die Wertschöpfung eines Sektors inklusive der Vorleistungen und der Steuerbeiträge.

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

271

werden. Nebst der direkten wirtschaftlichen Bedeutung kommt der Wasserkraft zusätzlich auch eine erhebliche indirekte wirtschaftliche Bedeutung zu. So werden indirekt weitere 5500 Beschäftigte gezählt und damit verbunden eine zusätzliche Bruttowertschöpfung von 850 Mio. CHF. 3.2 Physikalische Aspekte Die Wasserkraft ist in der Schweiz seit jeher die tragende Stütze der Stromversorgung, sowohl in Bezug auf die Energieerzeugung als auch auf die Leistungs- und Flexibilitätsbereitstellung. Energie Lange Zeit vermochte die Wasserkraft durch Erschliessung geeigneter Potenziale im Gleichschritt die Zunahme des inländischen Verbrauchs zu decken. So standen bereits Ende der 1960er-Jahre rund 30 TWh zur Verfügung. Im Anschluss wurden die Kernkraftwerke Beznau I+II, Mühleberg, Gösgen und Leibstadt in Betrieb genommen, um der steigenden Nachfrage im Allgemeinen und der Winternachfrage im Speziellen nachkommen zu können. Heute ist die Schweiz über das hydrologische Jahr betrachtet in der Mehrheit der Jahre nach wie vor Nettoexporteur, im Winterhalbjahr ist sie allerdings bereits seit 2003/2004 jährlich auf einen Nettoimport von zwischen 1.5 und 6.9 TWh angewiesen, was bezogen auf den Endverbrauch von rund 31 TWh zwischen 5 bis über 20 Prozent ausmacht. Das Maximum an Importabhängigkeit wurde im hydrologischen Jahr 2005/2006 gemessen, weil auf Grund eines insgesamt kalten und niederschlagsarmen Winterhalbjahres der Index der Erzeugungsmöglichkeiten bei nur 72% lag und damit den tiefsten Wert seit dem Winterhalbjahr 1971/1972 erreichte. Leistung Obschon bei der Laufwasserkraft die im Februar der Jahre 2005–2013 minimal verfügbare Leistung bei nur 550 MW lag, was rund 15 Prozent der möglichen Leistung entspricht, vermag die Schweiz insbesondere dank der hohen Speicherkraftwerksleistung von 9.5 GW heute in den Wintermonaten ihren Leistungsbedarf grundsätzlich selber zu decken. Bild 3 zeigt die monatlich minimal verfügbare Leistungsreserve der Jahre 2005–2013, als Differenz zwischen der minimal verfügbaren Leistung und der maximalen Nachfrage pro Monat. Dabei wird angenommen, dass von der Speicherkraftwerksleistung jeweils 80 Prozent verfügbar sind.

272

Bild 3. Minimale Leistungsreserven in der Schweiz in MW pro Monat (Zahlenwerte oben). Boxplot: maximale Nachfrage der Jahre 2005–2013 pro Monat. Datenquelle: BFE, eigene Darstellung. Flexibilität Zur Sicherstellung der notwendigen Flexibilität hat die Schweiz in grosse Pumpspeicherkraftwerke investiert, zuletzt in die neuen Werke Linth-Limmern und Nant de Drance, aber auch in die Erweiterung von Hongrin, so dass die Schweiz nach Inbetriebnahme der neuen Werke eine Pumpenleistung von insgesamt 3.5 GW verfü-

gen wird. Damit vermag sie aktiv auf innertägliche und wöchentliche Schwankungen der Residuallast innerhalb der Schweiz zu reagieren, aber auch einen Beitrag zum Ausgleich im europäischen Umfeld zu leisten, nicht zuletzt für Deutschland, was wesentlich zur Sicherung der hohen Versorgungsqualität in Westeuropa beiträgt.

Wirtschaftliche Aspekte der Wasserkraft in der Schweiz Die Wasserkraft stellt eine kostengünstige und umweltfreundliche Stromproduktionsform dar. Da der Bau allerdings kapitalintensiv ist, beeinflussen die Kapitalkosten die Gestehungskosten in beträchtlichem Ausmass. Ein weiterer grosser und mehrheitlich fixer Kostenblock sind die Steuern und Abgaben an die öffentliche Hand, die in der jüngeren Vergangenheit im Schnitt rund 15 CHF/MWh betrugen (Filippini, Geissmann, 2014). Während das gesetzlich fixierte Wasserzinsmaximum von 80 CHF/kW Bruttoleistung im Jahr 2008 in zwei Schritten auf heute 110 CHF/kW erhöht wurde, sind die Strommarktpreise in der gleichen Periode kontinuierlich gesunken. So kostete im Jahr 2008 Bandenergie am Schweizer Markt 118 CHF/MWh, Spitzenenergie, definiert als Durchschnittspreis der Stunden 8 bis 20 Uhr von Montag bis Freitag, 150 CHF/MWh, im Jahr 2014 lagen die Preise noch bei 45 CHF/MWh respektive 55 CHF/MWh. Damit sind die Einnahmen regelrecht eingebrochen, während die Kosten in der Tendenz gestiegen sind, so dass sich die Wirtschaftlichkeit der bestehenden Wasserkraftwerke dramatisch verschlechtert hat (Piot, 2015). Obschon der Bandenergiepreis im Jahr 2004 mit 44 CHF/MWh vergleichbar mit dem Jahr 2014 war, ist die Situation für die Schweizer Speicher- und verstärkt für Pumpspeicherkraftwerke heute ungleich schlechter als vor zehn Jahren. Dies liegt vor allem daran, dass die Spitzenenergie im Jahr 2004 noch bei 59 CHF/MWh lag. Heute hat sich die Differenz zwischen teuren und billigen Stunden deutlich verringert. Bild 4 veranschaulicht dies sehr deutlich, wo sortiert pro Quartal der wöchentliche Deckungsbeitrag eines Megawatts eines Pumpspeicherkraftwerkes für die Jahre 2004, 2008 und 2014 dargestellt ist. Dabei wird angenommen, dass das Pumpspeicherkraftwerk während rund 2200 Stunden pro Jahr turbiniert, dies zu den jeweils teuersten 6 Stunden des Tages und auf Grund des Wirkungsgradverlustes zu den billigsten 7.5 Stunden das Wasser wieder in das Oberbecken hochpumpt. Mit zwei Ausnahmen waren die Deckungsbeiträge im Jahr

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2004 jeweils höher als im Jahr 2014, wobei die Deckungsbeiträge gemäss diesen Abschätzungen im Sommerhalbjahr höher ausfielen als im Winterhalbjahr, was darauf zurückzuführen ist, dass im Jahr 2004 im Sommer noch eine Preisspitze um die Mittagszeit verzeichnet wurde, in der Nacht die Preise aber aufgrund der geringen Nachfrage bereits tief waren, so dass sich eine hohe Preisdifferenz ergab. Unterdessen ist die Preisspitze weggebrochen und die Nachtstunden sind nicht im gleichen Ausmass billiger geworden. Der Blick auf die aktuellen Börsennotierungen für die Jahresprodukte Band- und Spitzenenergie bis 2021 lassen weder in der Höhe der Bandpreise noch in der Differenz zwischen Band- und Spitzenpreisen eine Verbesserung erwarten, was in der absoluten Höhe der Spitzenpreise die Speicherkraftwerke trifft und in der Differenz die Pumpspeicherkraftwerke. Es erstaunt deshalb nicht, dass die Investitionsentscheide der Projekte Lago Bianco und Grimsel 3 verschoben wurden.

Deckungsbeitrag pro MW installierte Leistung eines Pumpspeicherkraftwerkes. Datenquelle: EEX, eigene Berechnungen. Energiestrategie 2050 Die Energiestrategie 2050 des Bundesrates sieht vor, langfristig den energiebedingten Ausfall durch den Ausstieg aus der Kernenergie auf Jahresbasis durch erneuerbare Energien im Inland zu ersetzen. Dazu gehört auch der Ausbau der Produktion aus Wasserkraft um 3.2 TWh. Diese simplifizierte Betrachtung vernachlässigt allerdings in unzulässiger Weise die Charakteristika der einzelnen Produktionstechnologien. Für die Schweiz ist die Sicherstellung der Winterversorgung die zentrale Herausforderung. Optionen gibt es im Wesentlichen drei, die auch in Kombination miteinander auftreten können: Erweiterung der saisonalen Wasserspeicherung durch Staumauererhöhungen oder Erschliessung von neu gebildeten Gletscherseen, Bau von Gaskombikraftwerken in der Schweiz oder Import von Strom. Nicht zielführend sind die Ideen des Bundesrates, der allen voran die inländische Photovoltaik ausbauen will, da diese im Winterhalbjahr nur rund einen Viertel der Energie zu produzieren und damit die jederzeitige sichere Versorgung nicht zu gewährleisten vermag. Auch der Zubau von Wind in der Schweiz und Biomasse sowie das Hoffen auf den Durchbruch bei der Nutzung der Geothermie für den Ersatz für die Energie aus Kernkraftwerken hilft auf Grund der geringen erwarteten Ausbaupotenziale nur wenig. Da der Ausbau der saisonalen Wasserspeicherung kapitalintensiv und vermutlich aus umweltpolitischer Sicht umstritten sein dürfte, ist dieser Ausbau stark risikobehaftet und unsicher. Der Bau von Gaskombikraftwerken in der Schweiz ist auf Grund der aktuellen gesetzlichen Vorgaben nicht realistisch, so dass letztlich nur erhöhte Importe als Alternative übrigbleiben, die im Winterhalbjahr mit grosser Wahrscheinlichkeit zu einem erheblichen Teil aus fossilen Kraftwerken aus nördlichen Ländern stammen werden sowie aus Kernkraftwerken aus westlichen oder östlichen Ländern.

Zukunft der Wasserkraft

4.1

Modellierung und Szenarienannahmen In der DNV GL-Studie wurden – neben den erweiterten Datenanalysen zum Status quo – auch Simulationsrechnungen angestellt, um die Bedeutung der Wasserkraft in der Zukunft zu beleuchten. Dazu wurden Szenarien gebildet, deren Folgen für die Stromversorgung mit Hilfe eines europäischen Strommarktmodells 2 simuliert wurden. Darauf aufbauend wurden die gesamtwirtschaftlichen Kosten und Nutzen der Wasserkraftnutzung mit einem Input-Output-Modell abgeschätzt. Das Zieljahr war 2030, auf 2050 wurde ein Ausblick genommen. Die Basis der Annahmen der Wasserkraftstudie bilden Szenarien aus offiziellen Veröffentlichungen der Europäischen Kommission, kombiniert mit nationalen Zielszenarien (im Falle der Schweiz die Energieperspektiven 2050). Die Wasserkraftstudie stellt zwei Szenarien in den Mittelpunkt: • Szenario «Diversified Supply [Technologies]» – dies ist ein ambitioniertes Klimaschutzszenario aus der EUStudie «Energy Roadmap 2050», das – entsprechend der Zielvorgaben – eine Dekarbonisierung des EU-Stromsektors von 95% bis 2050 vorsieht, auf der Basis verschiedener Technologien, mit einem hohen Anteil von erneuerbaren Energien (1300 GW installierte Kapazität). • Szenario «Reference» – dieses entspricht dem gleichnamigen Szenario aus der EU-Studie «Trends to 2050», das auf einer Trendfortschreibung beruht und in dem das Dekarbonierungsziel der EU für 2050 (Anteil erneuerbarer Energien 1050 GW installierte Kapazität) verfehlt wird, kombiniert mit entsprechend weniger ambitionierten Klimaschutzzielen aus den ergänzenden nationalen Studien. Entsprechend der Annahmen aus den Studien sind deutlich steigende CO2und Brennstoffpreise unterlegt.

Das Strommarktmodell wurde in der professionellen Software-Umgebung PLEXOS implementiert. Es umfasst sämtliche Länder Europas, einschliesslich des Balkans und bildet Kraftwerkspark und Übertragungsnetz detailliert ab und berechnet sowohl Spotmarktpreise als auch den Dispatch stundenscharf ab; insbesondere ermöglicht es auch die Bestimmung der CO2-Emissionen.

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Bild 4. Simulationsergebnis: Bruttowertschöpfung und Beschäftigung im Jahr 2030. Für beide Szenarien wurden anschliessend Variationen des Wasserkraftwerkbestands berechnet 3: In der Variation «Niedrig» beträgt die installierte Kapazität in Europa im Jahr 2030 262 GW, in der Variation «Hoch» 276 GW; für die EU-28 sind es 171 GW bzw. 184 GW. Die Veränderung wird zur Analyse «induzierter» Effekte genutzt, etwa um den Beitrag der Wasserkraft zur Versorgungssicherheit und Emissionsminderung zu berechnen. Ein höherer Anteil der Wasserkraft am europäischen Kraftwerkspark hat auch Auswirkungen auf die Strompreise – er reduziert sie deutlich. Diese Verringerung der Strompreise wurde der Input-Output-Analyse 4 zugrunde gelegt: Für die zwölf wichtigsten Strommärkte Europas wurde die Rückwirkung einer entsprechenden Strompreis-

senkung auf das Bruttoinlandprodukt sowie die daraus resultierende Auswirkung auf den Arbeitsmarkt abgeleitet. 4.2 Resultate Zunächst gehen wir auf die direkten ökonomischen Effekte ein: Für die beiden Szenarien «Diversified Supply» und «Reference» wurden Bruttowertschöpfung und Beschäftigung für das Jahr 2030 berechnet. Grundlage hierfür waren die Prognose zukünftiger Strompreise und -erzeugung auf Basis des Strommarktmodells sowie eine Trendfortschreibung bei der Herstellung von Wasserkrafttechnologie; ausserdem wurden heutige Mehrwertsteuersätze unterstellt. Die Prognose der Beschäftigung wurde hingegen an den Ausbau der Wasserkraftkapazitäten angelehnt.

Bild 4 zeigt die Ergebnisse. Man erkennt eine enorme Steigerung der europäischen Bruttowertschöpfung gegenüber dem Basisjahr 2013: Im Falle des Szenarios «Reference» verdoppelt sie sich, im Falle des Szenarios «Diversified Supply» liegt sie bei etwa +70%. Dies gilt in ähnlicher Weise für die EU-28. Die Zunahme der Arbeitsplätze hingegen fällt geringer aus: I0n Europa steigt ihre Zahl um 20 bzw. 17%, in der EU-28 hingegen ist sie vernachlässigbar. Diese Zahlen zeigen, dass die Haupttreiber der Wertschöpfungssteigerung höhere Strompreise und die verbesserte Stromausbeute der Wasserkraftwerke sind; letzteres reflektiert die gestiegene Bedeutung der Wasserspeicher in einem Stromsystem mit erhöhtem Flexibilitätsbedarf.

Die Variationen wurden dabei an die Studien «STREAMMAP» sowie des «Hydro Power Atlas 2013» angelehnt und stellen eine realistische Spann-

Mit Hilfe der – von Wassiliy Leontief eingeführten Input-Output-Analyse können die ersten Effekte einer sektoralen Preisänderung berechnet wer-

weite möglicher Ausbaupfade dar. den, d.h. solche Effekte, bei denen der Kapitalbestand fixiert ist.

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Bild 5. Induzierte Auswirkungen eines höheren Wasserkraftanteils an der europäischen Stromerzeugung 2030. Induzierte Effekte wurden mit Hilfe der Variation des Wasserkraftwerkbestands berechnet: So ergibt sich im Vergleich der Variation «Hoch» mit «Niedrig» eine Verminderung der Importe von fossilen Brennstoffen zwischen 514 bzw. 577 PJ 5 (das entspricht 5 bzw. 7%) und eine Reduktion der CO2-Emissionen um 25 bis 35 Mt (4 bis 6%). Die Preiseffekte der Variation fallen ebenfalls deutlich aus: im europäischen Durchschnitt liegen die Strompreise bei höherer Wasserkraftkapazität im «Reference»-Szenario um 2% bzw. im «Diversified Supply»-Szenario um 2.7% unterhalb des Falls niedriger Wasserkraftkapazität. Auf nationaler Ebene freilich ist die Variation der Preise wesentlich ausgeprägter: Im Falle des Szenarios «Reference» reicht die Spanne beim Ver-

gleich «Hoch» gegenüber «Niedrig» von +2 bis –9.4%, beim Szenario «Diversified Supply» von +0.5 bis –10.4%. Eine solche (hypothetische) Verringerung der Strompreise in den meisten europäischen Märkten steigert die Wertschöpfung und Beschäftigung in anderen Sektoren der Volkswirtschaft, wie die Input-Output-Analyse ergibt, deren Ergebnisse in Bild 5 gezeigt werden. Die Abbildung stellt die direkten Effekte des Vergleichs der Variation «Hoch» und «Niedrig» und die induzierten für die verschiedenen betrachteten volkswirtschaftlichen Grössen für Europa und die EU-28 einander gegenüber. Die direkte Steigerung etwa der Wertschöpfung ergibt sich durch den Wert der zusätzlichen Stromproduktion, die induzierten durch

die Produktivitätssteigerung in den stromverbrauchenden Sektoren der Volkswirtschaft. Man erkennt, dass die induzierte Steigerung der Wertschöpfung nur zwischen 10 und 15% der direkten liegt, die Auswirkungen auf die Arbeitsplätze hingegen viel stärker ausfallen: Die induzierten Effekte liegen beim zwei- bis fünffachen der direkten. Diese starke Diskrepanz hat zwei Ursachen: Erstens die schon erwähnte verbesserte Nutzung der Wasserkraftanlagen, die zu einer höheren Wertschöpfung führt, nicht aber zu zusätzlichen Arbeitsplätzen in dem Sektor. Zweitens arbeiten in den meisten Sektoren der Volkswirtschaft mehr Mitarbeiter an der Erzeugung der Wertschöpfung als im kapitalintensiven Wasserkraftkraftsektor, so dass eine vergleichsweise geringe Steigerung der Wertschöpfung zu

Die jeweils erstgenannte Zahl bezieht sich auf das Szenario «Reference», die zweite auf das Szenario «Diversified Supply».

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einem viel stärkeren Anstieg der Arbeitsplätze führt. 5.

Schlussfolgerungen und Ausblick In diesem Artikel haben wir die Bedeutung der Wasserkraft für die europäische Stromversorgung und Volkswirtschaft insgesamt aufgezeigt und mit einer Reihe von statistischen Auswertungen unterlegt. Mit einer an offizielle Energieszenarien der EU und der weiteren betrachteten Länder angelehnten Simulationsrechnung haben wir veranschaulicht, dass diese Bedeutung in Zukunft noch zunehmen wird, vor allem, wenn der Ausbau im Rahmen des Potenzials weiter voranschreitet. Hierzu bedarf es freilich auch eines politischen Willens: In manchen Ländern wird man die hohe Steuerbelastung der Wasserkraft überdenken müssen, die diese in Zeiten niedriger Börsenpreise an die Grenze der Rentabilität bringt, in anderen Ländern sollte man Genehmigungsverfahren für neue Wasserkraftwerke vereinfachen und beschleunigen. Aus Sicht der Autoren gibt es hierfür gute Gründe: Die Europäische Union verfolgt ehrgeizige Klimaschutzziele und setzt dabei vor allem auf erneuerbare Energien; trotz mancher Unterschiede im Detail gilt dies in ähnlicher Weise auch für die europäischen Länder ausserhalb der Union. Die Wasserkraft kann in dreifacher Weise einen wichtigen Beitrag leisten: • Wasserkraft ist die älteste erneuerbare Energiequelle im Stromsystem, die bei begrenzter Umweltbelastung Strom ohne Treibhausgasemissionen erzeugt. • Wasserkraft trägt mit ihrer Flexibilität zur Integration fluktuierender erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Solarenergie in das Stromsystem bei. Einige Länder Europas verfügen über grosse Kapazitäten an Kraftwerken mit Wasserreservoirs, die – zusammen

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mit Pumpspeichern – die einzigen bislang marktfähigen Stromspeicher darstellen. Bei einer geeigneten Vernetzung des europäischen Stromsystems können diese dazu beitragen, Windflauten und Lastspitzen zu überbrücken. • Wasserkraft ist eine günstige Energiequelle: Als praktisch einzige erneuerbare Energie trägt die Wasserkraft zum Steueraufkommen bei, anstatt die Stromkunden durch Aufschläge auf den Strompreis zu belasten. In Zukunft wird die Wasserkraft dazu beitragen, die infolge des Ausbaus erneuerbarer Energien weiter steigenden Strompreise zu begrenzen: Sie kann die Wind- und Solarausbeute durch ihre Speicherfunktion verbessern und die Importe teurer fossiler Brennstoffe, vor allem Gas, verringern. Die Strompreisbegrenzung wird einen Beitrag dazu leisten, industrielle Arbeitsplätze und die damit verbundene Wertschöpfung in Europa zu erhalten. In der EU-28 sind Bestrebungen im Gange, das Thema Versorgungssicherheit vermehrt grenzüberschreitend durch eine europäische Integration der Strom- und Leistungsmärkte anzugehen, was zu vielversprechenden Synergiepotenzialen führen dürfte. In seinem Weissbuch bekennt sich das Bundeswirtschaftsministerium Deutschlands zudem zur Stärkung des Energy-only-Marktes und damit zu einer ablehnenden Haltung gegenüber der Einführung eines Kapazitätsmechanismus, was bei weiterem Zubau von Wind- und Photovoltaikanlagen zu erhöhter Preisvolatilität an den Strommärkten führen wird. Diese Entwicklungen sind aus Sicht der Wasserkraft positiv zu beurteilen, da damit ihre Stärken wieder vermehrt finanziell abgegolten werden dürften, was angesichts der momentanen Situation drin-

gend notwendig ist. Die Umsetzung dieser in Diskussion stehenden Massnahmen wird noch etliche Jahre beanspruchen, so dass bei weiterhin geringer Stromnachfrage in Europa, tiefen CO2-Zertifikatepreisen und hohen Förderbeiträgen an die übrigen erneuerbaren Energien mit einer länger anhaltenden Durststrecke für die Wasserkraft zu rechnen ist. Zusätzliche steuerliche Belastungen und übertriebene Umweltvorschriften erscheinen vor dem Hintergrund der europäischen Ziele im Klimaschutz und seiner ökonomischen Wohlfahrt wenig sinnvoll. Literatur DNV GL (2015): The hydropower sector’s contribution to a sustainable and prosperous Europe. Studie im Auftrag der European Hydropower Initiative of Hydropower Companies and Associations, Bonn. Europäische Kommission (2011): Energy Roadmap 2050. Kommunikation der Kommission an das Europäische Parlament. Europäische Kommission (2013): EU Energy, Transport and GHG Emission Trends to 2050. Filippini, M., Geissmann, T. (2014): Kostenstruktur und Kosteneffizienz der Schweizer Wasserkraft. Auftrag des BFE, Bern. Piot, M. (2015): Steigende Kosten, sinkende Preise – Wirtschaftlichkeit der bestehenden Wasserkraftwerke. VSE Bulletin, 2/2015. Rütter + Partner, Ernst Basler + Partner, Fraunhofer ISI (2013): Volkswirtschaftliche Bedeutung erneuerbarer Energien in der Schweiz. Auftrag des BFE, Bern. Anschrift der Verfasser Dr. Michel Piot Geschäftsstelle swisselectric, Bern michel.piot@swisselectric.ch Dr. Tim Mennel DNV GL Energy, Market and Policy Development Team, Bonn tim.mennel@dnvgl.com

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Festlegung von Restwassermengen: Q347 , eine entscheidende, aber schwer zu fassende Grösse Felix Naef, Michael Margreth, Marius Floriancic

Zusammenfassung Die Festlegung der Restwassermenge ist von grosser ökologischer und ökonomischer Bedeutung. Die Bestimmung der entscheidenden Kenngrösse Q347 ist jedoch mit grösseren Unsicherheiten behaftet. Niedrigwasserabflüsse können räumlich sehr heterogen sein. Das Verständnis der massgebenden abflussbildenden Prozesse und relevanten Speichermechanismen ist essentiell, um die aktuellen Verfahren weiter zu entwickeln und die Unsicherheiten zu verringern. Grosse, gut identifizierbare Speicher in Böden, Schwemmfächern, Moränen usw. beeinflussen Dauerkurven nur bis etwa zum Q250, beim Q347 werden kleinere Speicher massgebend, die geringe Durchlässigkeiten aufweisen. In ersten Feldstudien und Messkampagnen konnten solche Speicher erstmals identifiziert werden. So ergibt sich die Möglichkeit, anhand der Verteilung der massgebenden Speicher, in Kombination mit Dauerkurven aus ähnlich ausgestatteten Referenzgebieten und gezielten Einzelmessungen, die Schätzung des Q347 zu verbessern.

1. Einleitung Bei der Entnahme von Wasser aus natürlichen Gewässern entsteht ein Konflikt zwischen Ökologie und Ökonomie. Deshalb regelt das Gewässerschutzgesetz, wieviel Wasser entnommen werden darf, resp. wieviel im Gewässer verbleiben muss. Q347, der Abfluss, der während 347 Tagen (95%) im Jahr erreicht oder überschritten wird, dient dabei als Ausgangspunkt. Deshalb ist Q347 eine wichtige Grösse; seine Bestimmung ist aber schwierig. Schwachstellen können bei der Bestimmung des Q347 zu grösseren Ungenauigkeiten mit erheblichen Konsequenzen führen. Werden z.B. einem Gewässer 100 l s-1 zuwenig oder zuviel Wasser entnommen, summiert sich das im Jahr auf 3 Mio. m3; eine Menge, die wirtschaftlich ins Gewicht fällt.

Liegen Abflussmessungen vor, lässt sich das Q347 anhand der Dauerkurve bestimmen. Wie in der Infobox 1 dargestellt, sind auch in diesem Fall grössere Unsicherheiten nicht auszuschliessen. An Stellen, wo keine Abflussmessungen vorliegen, behilft man sich mit un-

terschiedlichen Vorgehensweisen (siehe Kapitel 2), deren Unsicherheiten jedoch wesentlich grösser sind. Deren Zuverlässigkeit lässt sich verbessern, wenn Speicher abgegrenzt und charakterisiert werden können, die in Trockenzeiten noch zum Abfluss beitragen.

Infobox 1: Q347 und Abflussmessungen Zuverlässige Abflussmessungen bei Niedrigwasser sind anspruchsvoll. Durch geringe Wassertiefen und Geschiebeablagerungen können sich beim Pegel schwer zu beschreibende Strömungsverhältnisse einstellen. Viele Pegel sind nicht speziell für Niedrigwassermessungen ausgestattet. Aufgrund ihrer Konstruktion, den Strömungsverhältnissen oder fehlender Eichmessungen bei Niedrigwasserabflüssen sind diese Messungen problematisch, es können grosse Messfehler auftreten. Selbst bei gut konstruierten Pegeln wird der Wasserstand nur auf etwa 1 cm genau gemessen. Bei Niedrigwasser kann das schon ein beträchtlicher Teil der Wassertiefe sein und zu entsprechenden Fehlern führen (siehe Bild unten). Das Q347 soll in der Regel aufgrund einer 10-jährigen Messreihe bestimmt werden. Die Auswahl der Messperiode kann eine grosse Bedeutung für die Bestimmung des Q347-Abflusses haben. Das untenstehe Bild zeigt den Unsicherheitsbereich, der bei gut gewarteten Pegeln mit längeren Messreihen auftreten kann. Dieser lässt sich durch sorgfältige Auswertungen einschränken. Bei unkritischer Verwendung von Pegeldaten ist ein wesentlich grösserer Fehlerbereich zu erwarten.

Unsicherheiten in der Bestimmung des Q347 bestehen auch bei gut gewarteten Pegeln. Dargestellt sind Auswirkungen von unterschiedlichen Messperioden auf das Q347 und der Bereich, der durch Messfehler des Pegelstandes von einem Zentimeter resultiert.

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Nach einem kurzen Überblick über den heutigen Stand, stellt der Artikel neuere Untersuchungen vor über Speichervermögen, Drainage und ihr Einfluss auf die Grösse des Niedrigwasserabflusses (Margreth et al., 2013, Floriancic, 2014) und diskutiert, wie diese Kenntnisse Schätzungen des Q347 verbessern können. 2.

Wie wird das Q347 heute bestimmt? Im Gewässerschutzgesetz ist nicht genau geregelt, wie der Q347-Abfluss bestimmt werden soll. Als zuständige Fachstelle hat das BAFU eine Wegleitung (BAFU, 2000) verfasst, die das Vorgehen unter Berücksichtigung der vorhandenen Daten ausführlich beschreibt.

Abflussmessungen vorhanden Sind an der Entnahmestelle Abflussmessungen vorhanden, lässt sich das Q347 anhand der Dauerkurve bestimmen. Die Messreihe sollte zehn Jahre umfassen; ist sie kürzer, sind zusätzliche Betrachtungen notwendig. Dieses Vorgehen liefert die zuverlässigsten Werte; Messungenauigkeiten bei Niedrigwasserabflüssen und unterschiedlichen Messperioden können jedoch das Resultat stark beeinflussen (vgl. Infobox 1) und sind entsprechend zu berücksichtigen.

Abschätzverfahren Oft liegen an einer Entnahmestelle keine oder nur unzureichende Messreihen vor. Dann müssen sich erste Schätzungen auf hydrologische Beobachtungen, Schätzformeln, Übertragungen aus anderen Gebieten oder Modellrechnungen abstützen. Einige Kantone haben dafür eigene Verfahren entwickelt. Vom BAFU wurde für alpine Einzugsgebiete mit einer mittleren Höhe von über 1550 m ü.M. ein eigenes Verfahren entwickelt (Aschwanden, 1992), für Gebiete im Mittelland, Jura und den Voralpen, jenes von Aschwanden & Kan (1999). Beide basieren auf statistischen Analysen und Regionalisierungen. Abgeschätzte Q347-Abflüsse für ausgewählte Gebiete sind auf der Karte «Grundlagen zur Bestimmung der Abflussmenge Q347» (BAFU, 2000) dargestellt. Bei der Entwicklung dieser Verfahren wurden zahlreiche Kenngrössen erhoben, die das Q347 beeinflussen könnten; für die Regressionsgleichungen wurden dann maximal vier Parameter ausgewählt. Ein Vergleich zwischen so abgeschätzten und aus Messungen ermittelten Q347-Werten für 29 zufällig ausgewählte Einzugsgebiete zeigt, dass bei der Hälfte der Gebiete grössere Abweichungen auftreten (Bild 1). Sie können sowohl durch fehlerhafte Messungen und zu kurze Messreihen verursacht werden,

als auch durch Parameter, die für das Einzugsgebiet nicht repräsentativ sind. 3.

Welche Faktoren beeinflussen Niedrigwasserabflüsse? Es ist heute noch unklar, welche Speicher für die Grösse der Abflüsse des Q347 verantwortlich sind und wie sich diese parametrisieren lassen. Verfahren, die auch kleinräumige Variationen der Q347Abflüsse erfassen können, lassen sich nur entwickeln, wenn die massgebenden Prozesse und Speicher verstanden werden. Die Ausstattung der Einzugsgebiete mit Grund- und Hangwasserspeichern ist sehr unterschiedlich. Aber wie beeinflussen mächtige quartäre Ablagerungen, wie Moränen, alluviale Schotterkörper, Hangschutt-, Bergsturz- oder Murgangablagerungen mit ihrem grossen Rückhaltevermögen das Q347? Welchen Einfluss haben kleinere Kluftspeicher, Böden und welche Versickerungsstrecken? In den letzten Jahren wurden Verfahren entwickelt, die das Abflussverhalten von Einzugsgebieten in hochaufgelösten Abflussprozesskarten (APK) abbilden (siehe Infobox 2). Diese Verfahren wurden in zahlreichen Hochwasserstudien eingesetzt. Ob sich diese APK zur Q347-Schätzung verwenden lassen, wurde in Margreth et al. (2013) untersucht.

Bild 1. Aus Messreihen und nach Aschwanden & Kan (1999) hergeleitete spezifische Q347 [l s-1 km-2] für 29 zufällig ausgewählte Einzugsgebiete. Bei rund der Hälfte der Gebiete treten grössere Abweichungen auf. Die ausgewählten Gebiete wurden nicht für die Herleitung der Regressionsgleichungen verwendet. 278

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Infobox 2: Abflussprozesskarten Der Aufbau des Bodens und des Untergrundes beeinflussen massgeblich Grösse und Verlauf von Hochwassern. Basierend auf zahlreichen Beregnungsund Infiltrationsversuchen und Bodenaufnahmen wurde ein Regelwerk entwickelt, um Karten Dominanter Abflussprozesse zu erstellen (Bild 3, Scherrer & Naef, 2003). Diese zeigen in hoher räumlicher Auflösung, welche Bereiche eines Einzugsgebiets aufgrund von flachgründigen und vernässten Böden über undurchlässigem Untergrund bei intensiven Niederschlägen rasch Abfluss bilden und wo das Niederschlagswasser in mächtige Böden oder in hoch durchlässigen Untergrund infiltrieren und gespeichert werden kann. Die räumliche Verteilung der Abflussprozesse bestimmt die Reaktion eines Einzugsgebiets auf Starkniederschläge. Abflussprozesskarten bilden deshalb eine wichtige Grundlage für Hochwasserberechnung, sie wurden schon in über 150 Einzugsgebieten eingesetzt. Die Entwicklung einer GIS-Applikation erlaubt es zudem, Abflussprozesskarten aufgrund von digital verfügbaren Geoinformationen wie Bodenkarten, geologischen Karten, dem digitalen Landschafts- und dem digitalen Höhenmodell automatisiert herzuleiten (Schmocker-Fackel et al., 2007; Naef et al., 2007; Margreth et al., 2010). Abflussprozesse beeinflussen die Gebietsentwässerung Die Wirkung speicherfähiger Flächen auf den Abfluss zeigt sich bei der Töss und der Eulach in der Periode März bis August 2003, in der Q347 während längerer Zeit erreicht oder unterschritten worden ist (Bild 2). Die beiden Flüsse verhalten sich in Trockenperioden unterschiedlich. Die Töss reagiert sofort auf einzelne Niederschläge, bereits 20 mm bewirken einen Anstieg des spezifischen Abflusses auf über 100 l s-1 km-2, während die Eulach kaum reagiert und sich die Speicher kontinuierlich entleeren. Im Einzugsgebiet der Eulach haben Böden und Untergrund eine grosse Infiltrations- und Speicherfähigkeit (Scherrer, 2009), sie reagieren auf Niederschläge verzögert bis sehr verzögert oder tragen gar nicht zum Abfluss bei (Bild 3). Die Töss dagegen weist viele rasch, leicht verzögert und verzögert reagierende Flächen auf (Scherrer, 2009b; Margreth et al., 2013).

Bild 2. Spezifische Abflüsse von Töss und Eulach während der trockenen Periode zwischen März und August 2003. Die Töss reagiert auch nach längeren niederschlagsfreien Perioden rasch auf Niederschläge, die Eulach reagiert kaum, sie fällt von März bis August kontinuierlich ab. Dank der raschen Abflussreaktion erholt sich die Töss immer wieder und verbleibt bis zur längeren niederschlagsfreien Periode im Juni über dem Q347. In der Eulach wird das Q347 ungefähr zwei Wochen früher unterschritten als in der Töss.

Bild 3. Abflussprozesskarten zeigen, dass in der Töss rasch bis verzögert reagierende Flächen dominieren, während in der Eulach stark bis sehr stark verzögert reagierende Flächen überwiegen. Grosse Grund- und Hangwasserspeicher wie Schotterterrassen, rezente Schotterkörper, Moränen oder Bachschuttkegel nehmen in der Töss mit 7% einen bedeutend kleineren Flächenanteil ein als in der Eulach (60%). Diese Verteilung erklärt das unterschiedliche Verhalten während niederschlagsarmen Perioden. Aufgrund der vielfach geringmächtigeren Böden über undurchlässigem Untergrund fliesst der Niederschlag schon bei geringen Mengen rasch ab. Nach den Abflussprozesskarten liegt in der Töss der Anteil

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an stark und sehr stark verzögert reagierenden Flächen bei nur 7%. In der Eulach dominieren speicherfähige Flächen aus Moränen, Bachschuttkegeln und grossen alluvialen Schotterkörpern (60%; Scherrer 279

Juni, nach einer niederschlagsfreien Periode von mehr als 12 Tagen, unter den Q347Wert, zwei Wochen nach der Eulach (vgl. Bild 2).

Bild 4. Rezessionskurven, hergeleitet aus Abflüssen während niederschlagsfreien Tagen in den Jahren 2003 und 2011 in Einzugsgebieten mit unterschiedlichen Anteilen verzögert reagierender Flächen. Einzugsgebiete mit einem hohen Anteil an stark verzögert reagierenden Flächen, wie die Eulach, entwässern vom Mittelwasser bis zum Q347 wesentlich langsamer als beispielsweise die Töss oder die Jona mit geringen Anteilen an stark verzögert reagierenden Flächen.

Bild 5. Die Dauerkurven der dargestellten Mittelland-Einzugsgebiete (Periode 2002– 2011; AWEL 2012; BAFU 2012, Hydrometrie Aargau 2012) werden bis zum Q200 vom Niederschlag und der Drainage aus den kartierten Speichern dominiert. Über dem Q300 werden Speicher mit geringer Durchlässigkeit massgebend. AG, 2009). Grosse Wasservolumen werden dort zurückgehalten und fliessen verzögert ab. Aufgrund der fehlenden Speicher fällt der Abfluss der Töss in niederschlags280

freien Perioden rascher als in der Eulach. Dies zeigen auch die Rezessionskurven (Bild 4). Dank der starken Reaktion auf Niederschläge erholt sich der Abfluss der Töss rasch wieder. 2003 fiel er erst Ende

Welche Speicher und Faktoren sind für das Q347 relevant? Das Entwässerungsverhalten von Einzugsgebieten spiegelt sich in Rezessionskurven wider (Bild 4). Rezessionskurven werden ermittelt, indem Tagesabflüsse von niederschlagsfreien Perioden zusammengesetzt werden. Die Kurven in Bild 4 wurden aus den Daten der Trockenjahre 2003 und 2011 hergeleitet (Daten: AWEL, 2012; Hydrometrie Aargau, 2012). Erhöhte Abflüsse während und nach Niederschlagsereignissen wurden entfernt. Die Kurven fallen in Gebieten mit ausgedehnten, stark bis sehr stark verzögert reagierenden Flächen wesentlich langsamer ab als in den wenig speicherfähigen Gebieten. Anders als Rezessionskurven werden Dauerkurven neben der Speicherentleerung auch von klimatischen Grössen, wie Niederschlagsmenge, Schneeanteil, Temperatur- und Niederschlagsverlauf und von deren Interaktion mit den Abflussprozessen geprägt (Bild 5; Periode 2002– 2011; AWEL, 2012; BAFU, 2012, Hydrometrie Aargau, 2012). Die Töss liefert bis zum Q240 den höchsten spezifischen Abfluss, obwohl das Gebiet wenig speicherfähig ist. Sie empfängt jedoch mit durchschnittlich 1800 mm pro Jahr 50% mehr Niederschlag als beispielsweise die Ürke (1210 mm). Über dem Q250 fällt sie jedoch rascher ab und nähert sich dem Q347 der übrigen Gebiete an. Diese überraschende Annäherung zeigt sich bei zahlreichen Gebieten (Bild 5). Anscheinend entleeren sich die grossen Speicher so rasch, dass sie beim Q347 keine wesentliche Wirkung mehr zeigen. Mittlerer Niederschlag, Infiltrationsraten und die gut erkennbaren Grundund Hangwasserspeicher der quartären Ablagerungen bestimmen die Form der Dauerkurve nur bis etwa zum Q250 und können zur Bestimmung des Q347 keinen signifikanten Beitrag mehr liefern. Die Beobachtung, dass in der Mehrzahl der Einzugsgebiete einer Region die Q347 recht nahe beisammen liegen, gilt, bei unterschiedlichen Mittelwerten, auch für die Regionen Mittelland (Bild 6), Voralpen, Alpen und Jura. Im Mittelland liegen sie in 60% der untersuchten Einzugsgebiete zwischen 2 und 5 l s-1 km-2, in den Voralpen zwischen 3 und 6 l s-1 km-2, in den Alpen zwischen 5 und 8 l s-1 km-2 und im Jura zwischen 0 und knapp über 2 l s-1 km-2.

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Bild 6. Die Mehrzahl der Q347-Abflüsse (Messreihen 1984–93) liegt im schweizerischen Mittelland zwischen 2 und 5 l s-1 km-2 mit einem Mittelwert von 3.6 l s-1 km-2 (grüne Linie). Einige der Gebiete mit höheren Q347 liegen in der von Sandstein dominierten Molasse. so geringe Durchlässigkeiten aufweisen, dass sie auch nach längeren Trockenperioden noch Wasser abgeben. Solche Eigenschaften weisen z.B. Sandsteine der Oberen Meeresmolasse (OMM) auf. Austritte aus dem Festgestein werden bei tiefen Temperaturen sichtbar, wenn das austretende Wasser gefriert (Bild 8). Die Durchlässigkeit der Nagelfluhbänke der Oberen Süsswassermolasse (OSM) ist höher, so dass sie beim Q347 weniger zum Abfluss beitragen (vgl. Bild 7). Durch Messkampagnen im schweizerischen Mittelland während der Trockenperiode des Sommers 2015 konnten Gebiete mit erhöhtem Q347 lokalisiert und gewissen geologischen Formationen zugeordnet werden.

Bild 7. Volumen (VNW), die zwischen Q347 und Q365 in 17 Gebieten des schweizerischen Mittellandes abfliessen. Bei der Mehrheit entspricht das VNW mit 4 mm weniger als einem Prozent des Jahresniederschlags. Dominante Ausdehnung von langsam drainierenden porösen Festgesteinen, vor allem der Oberen Meeresmolasse, dürften für die über dem regionalen Mittelwert liegenden VNW der Ürke, Langete und Pfaffnern verantwortlich sein. Tiefe VNW treten oft nach Versickerungsstrecken auf. Die VNW von Einzugsgebieten mit einer dominanten Ausdehnung von Moräne liegen eher im unteren Bereich des Durchschnitts. In den übrigen Gebieten weichen die Q347 jedoch zum Teil beträchtlich von diesen Bereichen ab. Für das Verständnis der Abflussbildung sind Gebiete, wie die Ürke, die Langete oder der Chatzenbach, mit stark abweichendem Q347 aufschlussreich, um die wesentlichen Prozesse zu identifizieren.

In Bild 7 sind die Volumen (VNW), die zwischen dem Q347 und dem Q365 abfliessen, für ausgewählte Einzugsgebiete im schweizerischen Mittelland dargestellt, die mit 0.15 bis 14 mm weniger als einem Prozent des Jahresniederschlages entsprechen. Die gesuchten Speicher können also sehr klein sein, sie müssen aber

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Poröse Festgesteine der Meeres- und Süsswassermolasse Langsam drainierende poröse Festgesteine erhöhen das Q347 im Mittelland massgeblich. Die von Sandsteinen der Oberen Meeresmolasse dominierten Einzugsgebiete Ürke, Langete und Pfaffnern (Bild 7) weisen ein überdurchschnittlich hohes Q347 auf. Unter anderem wurden die Einzugsgebiete Langete und Ürke im Rahmen der Messkampagnen näher untersucht. Im Gegensatz dazu entwässern die Nagelfluhbänke der Oberen Süsswassermolasse zu rasch um beim Q347 den Abfluss noch wesentlich zu erhöhen. Einzugsgebiete mit grossem Anteil an dieser Lithologie liegen im Vergleich der VNW im oberen Durchschnitt (vgl. Bild 7), die Einzugsgebiete Töss und Jona wurden näher 281

Bild 8. Wasseraustritt aus der Oberen Süsswassermolasse im Einzugsgebiet der Töss (ZH) im Grenzbereich zwischen einer Nagelfluh- (oben) und einer stauenden Mergelschicht (unten). Bei tiefen Temperaturen gefriert das langsam aus dem Festgestein austretende Wasser und wird so sichtbar.

Moränen und Versickerungsstrecken Auch einige von Moränen beeinflusste Einzugsgebiete wurden genauer untersucht, unter anderem der Naefbach (ZH) und der Limpach (SO). Diese eher flachen Gebiete weisen ein VNW im unteren Durchschnitt auf (vgl. Bild 7), da immer wieder Wasser im Flussbett versickert. Niedrigwasserabflüsse können also aufgrund von Versickerungsstrecken und Aufstössen entlang des Bachlaufes stark variieren. Das VNW des Chatzenbachs (Turbenthal) liegt mit 0.15 mm sehr tief, ebenso die Kempt (Fehraltorf) (Bild 7). Eine grössere, bekannte Versickerungsstrecke im Bachbett der Töss liegt zwischen den Pegeln Beicher und Bauma. Dort versickern auf einer Strecke von 7 Kilometern 80 bis 100 l s-1 im Schotterkörper. Das Q347 reduziert sich dadurch von 4.4 auf 1 l s-1 km-2. Unterhalb der Sickerstrecke erholt sich das Q347 durch Aufstösse wieder. Wasserentnahmen und -einleitungen Zur Bestimmung des natürlichen Zustandes müssen Wasserentnahmen und Einleitungen kompensiert werden. Dem Grundwasser werden zwischen Räterschen und Wülflingen bis zu 13 000 l min-1 für die Trinkwasserversorgung entnommen; das Q347 der Eulach sinkt dadurch von 3.6 auf 1.1 l s-1 km-2. Durch Zuleitung von einzugsgebietsfremdem Wasser durch Kläranlagen, kann wiederum das Q347 erhöht werden. Der Furtbach, der mit 6 l s-1 km-2 ein überdurchschnittliches Q347 aufweist, wird massgeblich von Einleitungen aus Kläranlagen beeinflusst, deren Zuflüsse dem Zürichsee entnommen werden. 4.

Bild 9. Spezifische Abflüsse [l s-1 km-2] im Biberen- und Mühlebach (Kanton Solothurn), am 17.7.2015. Der spezifische Abfluss des Mühlebachs liegt mit 12.9 l s-1 km-2 rund dreimal so hoch wie im Biberenbach (3.9 l s-1 km-2). Der Mühlebach liegt überwiegend in der Oberen Meeresmolasse (OMM). Auch der Biberenbach wies im obersten Abschnitt, der in der OMM liegt, mit 8 l s-1 km-2 einen doppelt so hohen Abfluss auf, wie das auf der Unteren Süsswassermolasse liegende Teilgebiet bis Lüterkofen. untersucht. Ein anschauliches Beispiel für den Einfluss der Oberen Meeresmolasse zeigen Messungen im Einzugsgebiet des Biberenbach bzw. Mühlebach (SO) (Bild 9). Im Einzugsgebiet des Mühlebachs dominieren Sandsteine der Oberen Meeresmolasse. Der spezifische Abfluss des Mühlebaches (unterhalb Mühledorf) lag

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am 17.7.2015 mit 12.9 l s-1 km-2 rund dreimal so hoch wie im Biberenbach bei Lüterkofen (3.9 l s-1 km-2). Auch der Biberenbach wies im obersten Abschnitt, der in der OMM liegt, mit 8 l s-1 km-2 einen doppelt so hohen Abfluss auf wie das auf der Unteren Süsswassermolasse liegende Teilgebiet bis Lüterkofen.

Räumliche Variationen im Entwässerungsverhalten: Fallstudie alpines Einzugsgebiet Poschiavino Rezessions- und Dauerkurven widerspiegeln das Entwässerungsverhalten an der Pegelstelle. Zur Vertiefung des Prozessverständnisses ist jedoch eine höhere räumliche Auflösung notwendig. Alpine Einzugsgebiete eignen sich gut zur Untersuchung von Niedrigwasserabflüssen, da aufgrund der tiefen Temperaturen in jedem Winter eine mehrmonatige «Trockenperiode» auftritt. Zur Untersuchung der räumlichen Variation wurde deshalb im Winter 2013/14 im 14 km2 grossen Einzugsgebiet des Poschiavino bis La Rösa eine Messkampagne durchgeführt (Floriancic, 2014). In Abständen von zwei bis drei Wochen wurden an bis zu 58 Messpunkten Abfluss, elektrische Leitfähigkeit sowie Ionenzusammensetzung von Wasserpro-

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Bild 10. Temperaturen unter minus 20 Grad und Schneehöhen über 4 m erschwerten die Messkampagne am oberen Poschiavino im Winter 2013/2014. ben gemessen. Die Messungen waren anspruchsvoll, denn sie mussten bei Temperaturen von unter minus 20 Grad und Schneehöhen von über 4 m durchgeführt werden (Bild 10). Abflussrückgang in vier Teileinzugsgebieten: Der Poschiavino weist in La Rösa mit 10 l s-1 km-2 ein überdurchschnittliches Q347 auf. Abflussmessungen in den Teileinzugsgebieten A, B, C und D ergaben aber kein gleichförmiges Bild. Im November 2013 lagen die spezifischen Abflüsse zwischen 42 und 73 l s-1 km-2. Der Rückgang erfolgte unterschiedlich. Die westlichen Teileinzugsgebiete A und B entwässerten rasch bis auf 4 und 9 l s-1 km-2. Die Entwässerung der östlich gelegenen Teileinzugsgebiete C und D verlief langsamer, es hielten sich bis Ende Februar wesentlich höhere spezifische Abflüsse von 13 bzw. 19 l s-1 km-2. Abflüsse wurden auch in noch kleineren Teileinzugsgebieten gemessen, sie ergaben aber ein widersprüchliches Bild, vor allem im Gebiet D. Die mögliche räumliche Auflösung spezifischer Abflüsse wird durch Unterschiede zwischen oberirdischem und unterirdischem Einzugsgebiet begrenzt, die in kleineren Gebieten stärker ins Gewicht fallen. Lockermaterialspeicher und Abflussrückgang: Die Lockermaterialablagerungen im Einzugsgebiet des Poschiavino wurden mit Hilfe von geologischen Karten, Höhenmodellen, Luftbildern und Feldaufnahmen

Bild 11. Spezifische Abflüsse [l s-1 km-2] im Verlauf des Winters 2013/14 in den vier Teileinzugsgebieten A, B, C, D des Poschiavino bis La Rösa (14 km2). Das Drainageverhalten der vier Teileinzugsgebiete ist unterschiedlich. Im November zeigen alle einen hohen spezifischen Abfluss, die westlichen Gebiete (A und B) entleeren jedoch rasch auf einen tiefen Abfluss. Die östlichen Gebiete (C und D) können aufgrund ihrer grossen Speicher mehr Wasser abgeben, sie entleeren langsamer und zeigen noch Ende Februar wesentlich höhere Abflüsse. in drei Klassen eingeteilt: weniger als ein Meter, ein bis fünf Meter und über 5 Meter. Deren flächenmässige Anteile in den vier Teileinzugsgebieten sind in Bild 11 dargestellt. Teileinzugsgebiet A weist nur eine geringmächtige Lockermaterialbedeckung auf. 70% besteht aus anstehendem Gestein oder einer geringmächtigen Auflage von unter einem Meter. Die Entleerung verläuft rasch innerhalb von drei Wochen, das abgeflossene Volumen zwischen dem 27. November 2013 und dem 12. März 2014 ist mit 54 mm vergleichsweise gering. In Teileinzugsgebiet D befinden sich dagegen Hangschuttkegel, Seitenmoränen und eine Bergsturzablagerung. 18% sind mit über 5 m mächtigen Sedimentablagerungen bedeckt, in 63% des Gebiets beträgt deren Mächtigkeit 1–5 m. Die Entleerung verläuft hier verzögert, das abgeflossene Volumen ist mit 194 mm beinahe viermal höher als im Teileinzugsgebiet A. Das beobachtete Abflussverhalten entspricht der in den Teileinzugsgebieten ermittelten Verteilung der Speicher (Bild 11). Nach diesen Auswertungen sind auch im Poschiavino die grossen Speicher

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bereits vor Erreichen des Q347 entleert. Um den Abfluss beim Q347 aufrecht zu erhalten genügen bei einem VNW zwischen 5 und 20 mm auch hier relativ kleine Speicher. Solche Speicher mit längerer Verweildauer könnten in Klüften und Spalten des anstehenden Gesteins zu finden sein. Die Abflüsse vom 22.2.2014, kurz vor Erreichen des Q347, unterscheiden sich in den vier Teileinzugsgebieten wesentlich. Sie sind umso grösser, je grösser die kartierten Speicherkapazitäten sind. Die genauen Drainagemechanismen lassen sich jedoch nur durch weitere Untersuchungen klären. 5. Schlussfolgerungen Das Gewässerschutzgesetz weist dem Q347 bei der Festlegung der Restwassermenge eine Schlüsselstellung zu. In Gebieten ohne Abflussmessung ist seine Bestimmung mit den heutigen Verfahren jedoch mit grösseren Unsicherheiten behaftet. Um diese zu verringern, ist ein besseres Verständnis der massgebenden abflussbildenden Prozesse notwendig, da auch auf kleinem Raum grosse Unterschiede im Abfluss auftreten können, wie 283

am oberen Poschiavino gezeigt werden konnte. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die in Einzugsgebieten vorhandenen gut zugänglichen Speicher recht schnell entwässern und die Dauerkurve nur bis etwa zum Q200 prägen. Der massgebende Bereich über dem Q250 wird von relativ kleinen Speichern mit geringen Durchlässigkeiten bestimmt. Darunter fallen beispielsweise Sandsteine der oberen Meeresmolasse. Messkampagnen in diesem Sommer während der anhaltenden Trockenheit haben gezeigt, dass Einzugsgebiete, die in dieser Formation liegen, tatsächlich überdurchschnittliche Q347 aufweisen. Finden sich solche Speicher in einem Gebiet und können deren Beiträge zum Abfluss bestimmt werden, lassen sich Gebiete mit überdurchschnittlichem Q347 identifizieren. Das Q347 lässt sich jedoch nicht direkt messen. Es ist eine hergeleitete Grösse, die über die Dauerkurve bestimmt wird. Wenn die Verteilung der massgebenden Speicher in einem Gebiet ermittelt werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, dass Dauerkurven aus vergleichbaren Referenzgebieten übernommen und anhand von Einzelmessungen angepasst werden können. Durch Evaluation der Speicher in einem Gebiet, räumlich differenzierten Einzelmessungen des Abflusses und Quervergleichen mit Dauerkurven aus ähnlich ausgestatteten Gebieten, liessen sich so zuverlässigere Q347-Werte bestimmen. Der dafür notwendige Aufwand an Feldund Analysearbeiten scheint angesichts der hohen ökonomischen und ökologischen Bedeutung der hergeleiteten Restwasserabflüsse vertretbar.

284

Dank

karten im Niedrigwasserbereich. Im Auftrag des

Der Abteilung Hydrologie des Bundesamts für

Bundesamts für Umwelt (BAFU).

Umwelt (BAFU) danken wir für finanzielle Un-

Naef, F., Margreth, M., Schmocker-Fackel, P.,

terstützung und die Begleitung des Projektes

Scherrer, S. (2007): Automatisch hergeleitete

Margreth et al. und die konstruktive Durchsicht

Abflussprozesskarten – ein neues Werkzeug

des Artikels. Für die darin enthaltenen Aussagen

zur Abschätzung von Hochwasserabflüssen.

sind jedoch nur die Autoren verantwortlich.

«Wasser Energie Luft» 99. Heft 3.

Der Abteilung Hydrometrie des Kantons Solo-

Scherrer, S. , Naef, F. (2003): A decision scheme

thurn und dem Amt für Umwelt Niederwalden

to identify dominant flow processes at the plot-

danken wir für die finanzielle Unterstützung der

scale for the evaluation of contributing areas at

Messkampagnen vom Sommer/Herbst 2015.

the catchment-scale. Hydrological processes, 17(2): 391–401.

Daten

Scherrer AG (2009): Hochwasserabflüsse an

Abflüsse: AWEL (2012), BAFU (2012), Hydrome-

der Eulach (ZH). Im Auftrag des Amts für Abfall,

trie Kanton Aargau (2012), Hydrographisches

Energie, Wasser und Luft des Kantons Zürich

Jahrbuch Kanton Basel Land (2012), Hydrome-

(AWEL).

trie Kanton Solothurn (2012).

Scherrer AG (2009b): Tösstal – Hochwasserab-

Niederschlag: MeteoSchweiz, AWEL.

schätzung – Untersuchung zur Herleitung der massgebenden Hochwasserabflüsse entlang

Literatur

der Töss und ausgewählter Seitenbäche. Im

Aschwanden, H. (1992): Die Niedrigwasserab-

Auftrag des Amts für Abfall, Energie, Wasser

flussmenge Q347 – Bestimmung und Abschät-

und Luft des Kantons Zürich (AWEL).

zung in alpinen schweizerischen Einzugs-

Schmocker-Fackel, P., Naef, F., Scherrer, S.

gebieten. Bundesamt für Umwelt, Wald und

(2007): Identifying runoff processes on the plot

Landschaft, Landeshydrologie und -geologie.

and catchment scale. Hydrology and Earth

Mitteilungen Nr. 18.

System Sciences. http://hydrol-earth-systsci.

Aschwanden, H., Kan, C. (1999): Die Abfluss-

net/11/891/2007/hess-11-891-2007.pdf.

menge Q347 – eine Standortbestimmung. Eidg. Departement des Innern, Landeshydrologie und

Anschrift der Verfasser

-geologie. Hydrologische Mitteilungen Nr. 27.

Dr. Felix Naef

BAFU (2000): Angemessene Restwassermen-

HyBest GmbH/Institut für Umweltingenieur-

gen – wie können sie bestimmt werden? Bun-

wissenschaften, ETH Zürich

desamt für Umwelt (BAFU).

naef@ifu.baug.ethz.ch

Floriancic, M. (2014): Evaluating capacity and

Michael Margreth

drainage behavior of alpine groundwater stora-

Soilcom GmbH, michael.margreth@soilcom.ch

ges – Recession observations in the upper Po-

Marius Floriancic

schiavino Area / Switzerland in winter 2013/14.

Institut für Umweltingenieurwissenschaften,

Bibliothek der Universität Wien; http://ubdata.

ETH Zürich, floriancic@ifu.baug.ethz.ch

univie.ac.at/AC12154598 Margreth, M., Naef, F., Scherrer, S. (2013): Pilotstudie zur Anwendung von Abflussprozess-

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Vielfältige Vorteile der Zusammenarbeit Interkantonale Planung für eine ökologische Aufwertung der Aare

Beat Jordi

Zusammenfassung Der untere Aareabschnitt vom Bielersee bis zur Mündung in den Rhein bei Koblenz (AG) ist einer der wichtigsten Vernetzungskorridore für die Fliessgewässer in der Schweiz. Er prägt die Landschaft des zentralen Mittellandes, verbindet ökologisch wertvolle Lebensräume und speist zudem ergiebige Grundwasservorkommen, die mehreren hunderttausend Personen als Trinkwasserressource dienen. Durch menschliche Eingriffe – wie etwa den Bau von Flusskraftwerken und harten Uferbefestigungen – hat die Aare im Lauf des letzten Jahrhunderts einen wesentlichen Teil ihrer Lebensraumqualität eingebüsst. Um den gut 126 Kilometer langen Flussabschnitt ökologisch wieder aufzuwerten, wie es die revidierte Gewässerschutzgesetzgebung des Bundes verlangt, haben die drei Anrainerkantone Bern, Solothurn und Aargau ihre strategische Gewässerplanung koordiniert. Dazu holten sie auch die Betreiber der 12 betroffenen Wasserkraftwerke mit an Bord. Unterstützung boten zudem die Plattform Wasser-Agenda 21 sowie das Bundesamt für Umwelt. Die interkantonale Zusammenarbeit stellt sicher, dass die vorgesehenen Sanierungsarbeiten das Flusssystem gesamtheitlich berücksichtigen. Diese Aufwertung umfasst sowohl Massnahmen zur Sanierung der Wasserkraft – wie die Reaktivierung des Geschiebehaushalts und eine bessere Fischgängigkeit – als auch Revitalisierungen ausgewählter Flussstrecken sowie die Sicherstellung eines ausreichenden Gewässerraums. Je nach Dringlichkeit erfolgt die Umsetzung bereits in den kommenden Jahren.

Die Bedeutung als Vernetzungskorridor Mit einer Gesamtlänge von 288 Kilometern ist die Aare der längste gänzlich in der Schweiz verlaufende Fluss. Von der Quelle im Grimselgebiet bis zur Mündung in den Hochrhein bei Koblenz (AG) weist sie ein Gefälle von rund 1600 Metern auf und entwässert mit 17 755 Quadratkilometern nicht weniger als 43 Prozent der gesamten Landesfläche. Bei einer mittleren Abflussmenge von 560 Kubikmetern pro Sekunde führt sie vor der Einmündung gut einen Viertel mehr Wasser als der Rhein. Die Grösse des Einzugsgebiets, das – neben dem Mittelland – weite Teile des nördlichen Alpenkamms, der Voralpen und auch einzelne Gebiete des Juras umfasst, der Wasserreichtum sowie die direkte Verbindung mit dem Rhein unterstreichen die Bedeutung der Aare als Vernetzungskorridor. Noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts stieg etwa der Atlantische Lachs von der Nordsee via Rhein und Aare in wichtige Zuflüsse wie beispielsweise Limmat, Reuss und Emme sowie in deren zahlrei-

che Nebengewässer hoch. Vor der 1. Juragewässerkorrektion – mit der Umleitung der Aare in den Bielersee – laichte der

Langdistanzwanderer sogar in der Hasliaare oberhalb des Brienzersees. Der Bau etlicher Stauwehranlagen und Wasserkraftwerke hat diese Fischwanderrouten in der Folge mehrfach unterbrochen, den Geschiebetrieb in den Hauptfliessgewässern auf einen Bruchteil der ursprünglichen Frachten reduziert und die frühere Abflussdynamik der Aare über weite Strecken minimiert. 2.

Kooperation über die Grenzen hinweg Das seit 2011 gültige revidierte Gewässerschutzgesetz (GSchG) will diese ökologischen Defizite beheben. Demnach sollen die Standortkantone unter anderem dafür sorgen, dass die negativen Auswirkungen der Wasserkraftnutzung auf den Geschiebehaushalt und die Fischgängigkeit reduziert werden. Während sie für die entsprechende Planung zuständig sind, liegt die Realisierung in der Verantwortung der Kraftwerkbetreiber. Zudem müssen die kantonalen Fachstellen an Fliessgewässern und Seen die strategische Planung

Bild 1. Die Aare fliesst via den Nidau-Büren-Kanal aus dem Bielersee. Siedlungen, Verkehrswege und die intensiv bewirtschafteten Landwirtschaftsflächen rücken hier so nahe an das Gewässer heran, dass fast kein Raum für eine ökologische Aufwertung zur Verfügung steht (Bild: Vinzenz Maurer, GBL, AWA, Bern).

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der Revitalisierungen vornehmen, diese auch umsetzen und im Übrigen die Grundlagen für die Ausscheidung des erforderlichen Gewässerraums erarbeiten. Im Interesse einer optimalen Wirkung verlangt der Gesetzgeber zudem eine Abstimmung der verschiedenen Massnahmen sowie eine

Absprache mit den Nachbarkantonen. Diese Form der Kooperation ist für die Anrainer am unteren Aareabschnitt kein Novum. So orientieren sich etwa die Kantone Bern und Solothurn am gleichen Sachplan zur Siedlungsentwässerung. Gemeinsam mit dem Aargau haben sie

auch bei früherer Gelegenheit bereits verschiedentlich zusammengearbeitet – zum Beispiel für biologische Untersuchungen, Renaturierungskonzepte oder Studien zur Reaktivierung des Geschiebehaushalts in der Aare. Angesichts der Dimension der Aufgabe mit einer Vielzahl von

Bild 2. Übersichtsplan der Aare vom Bielersee bis zur Mündung in den Rhein. Die Standorte der wichtigsten Zuflüsse sind mit blauen Pfeilen markiert. Praktisch der gesamte Flusslauf wird von den Konzessionsstrecken der 12 Wasserkraftwerke geprägt (Quelle: Flussbau AG, Bern).

Bild 3. Der Höhenunterschied zwischen dem Ausfluss der Aare aus dem Bielersee und der Mündung in den Rhein beträgt gut 110 Meter. Ein Grossteil dieses Gefälles wird durch die verschiedenen Staustufen für die Stromproduktion genutzt (Quelle: Rey et altera, 2014, (modifiziert). 286

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Beteiligten und Betroffenen hat man sich im konkreten Fall allerdings für eine breitere Trägerschaft entschieden. So sind im Lenkungsausschuss, der die strategischen Entscheide verantwortet, nicht nur die Amtsvorsteher der federführenden kantonalen Fachstellen vertreten, sondern auch der Chef der Abteilung Wasser beim Bundesamt für Umwelt (BAFU) als Vorsitzender sowie der Geschäftsführer des Verbandes Aare-Rheinwerke (VAR). An den halbjährlich durchgeführten Sitzungen nahm jeweils auch der Geschäftsleiter der Plattform Wasser-Agenda 21 teil, die das gemeinsame Projekt angeregt hatte und deren Geschäftsstelle in der Folge das Projektsekretariat übernahm. Für die Planungsarbeiten setzte der Lenkungsausschuss vier Projektteams ein, die sich mit den Themenbereichen Geschiebehaushalt, Fischgängigkeit, Revitalisierung und Gewässerraum befassten. Ihnen gehörten Fachleute der drei Kantone und Verbandsvertreter der Aare-Rheinwerke an. Zudem konnten diese Teams nach eigenem Ermessen die Unterstützung von externen Büros anfordern. Zusammen mit der Vertreterin einer kantonalen Konzessionsbehörde bildeten die Leiter der vier Teilprojekte das Koordinationsteam. Seine Hauptaufgabe bestand darin, die einzelnen Planungen inhaltlich und zeitlich aufeinander abzustimmen, den Informationsaustausch zwischen den Teilprojekten zu gewährleisten und als Bindeglied zum Lenkungsausschuss zu fungieren. Zudem war es auch für den Koordinationsbericht verantwortlich, der die vorgeschlagenen Massnahmen vor allem in Form von Tabellen, zusammenfassenden Karten und Objektblättern aufzeigt.

Unterschiedlicher Charakter der Aare Bei der Massnahmenplanung galt es unter anderem, dem je nach Flussabschnitt stark unterschiedlichen Charakter des Gewässers gerecht zu werden. So fliesst die Aare auf den ersten Kilometern nach dem Ausfluss aus dem Bielersee im künstlich angelegten Nidau-Büren-Kanal. Bis zur Mündung der Emme bei Zuchwil (SO) ist ihr Flussbett auf weiten Strecken begradigt und befestigt. Während die Abflussmengen in diesem Abschnitt stark durch die Regulierung der Jurarandseen beim Wehr in Port (BE) geprägt werden, gewinnt in der Folge der Einfluss der Seitengewässer an Bedeutung. Zu den grösseren Zuflüssen, die mit Ausnahme der Dünnern alle rechtsufrig in die Aare münden, zählen insbesondere Emme, Önz, Murg, Wigger, Suhre, Aabach, Reuss, Limmat und Surb. Auf den ersten knapp 40 Kilometern bis zum Kraftwerk Flumenthal verfügt die Aare nur über ein geringes Gefälle von weniger als 10 Metern. Als Folge der sogenannten Solothuner Bedingung wird ihr Pegel bei einem mittleren Abfluss von 280 Kubikmetern pro Sekunde an der Rötibrücke in Solothurn konstant bei 426 Metern über Meer gehalten. Dadurch wirkt sich der Stau des Kraftwerks Flumental flussaufwärts über die ganze Aarestrecke bis zum Unterwasser des Stauwehrs Port aus. Aufgrund der fehlenden Dynamik gibt es hier kaum Geschiebetrieb und somit nur wenig Kies. Die Gewässersohle ist überwiegend mit feinem Sediment bedeckt, und der Flusslauf wird kaum von Auenwäldern gesäumt. Auf den folgenden gut 70 Kilometern unterhalb des Kraftwerks Flumenthal weist die Aare ein mittleres und streckenweise auch stärkeres Gefälle von insge-

samt fast 90 Metern auf. Bis zum «Wasserschloss» bei Brugg charakterisiert eine Abfolge von acht Staustufen mit zum Teil langen Restwasserstrecken die Gewässerlandschaft. Zwischen den Stauhaltungen der Wasserkraftwerke Bannwil, Wynau, Ruppoldingen, Olten-Gösgen, Aarau-Stadt, Rüchlig, Rupperswil-Auenstein und Wildegg-Brugg gibt es nur noch wenige frei fliessende Abschnitte. Durch die Zuflüsse von Reuss und Limmat ist die Wasserführung der Aare auf den letzten gut 15 Kilometern vor der Mündung in den Rhein stark erhöht. Bei einem mittleren Gefälle dominieren hier die eingestauten Strecken durch die Wasserkraftwerke Beznau und Klingnau das Abflussverhalten. Auf den 126 Kilometern zwischen Bielersee und Koblenz (AG) wechselt die Aare verschiedentlich das Kantonsgebiet und bildet auf einem Fünftel dieser Strecke die gemeinsame Grenze der Kantone BE und SO sowie SO und AG. Unter Berücksichtigung der Uferlängen beider Flussseiten liegen 74 Kilometer auf bernischem Gebiet, fast 89 Kilometer auf solothurnischem Boden und gut 90 Kilometer im Aargau. Eine isolierte Kantonsplanung würde diesem Wechselspiel nicht gerecht, weshalb die 2012 getroffene Entscheidung nahe lag, die Aare unterhalb des Bielersees kantonsübergreifend zu betrachten. 4.

Sanierung des Geschiebehaushalts Laut dem revidierten Gewässerschutzgesetz dürfen Anlagen den Geschiebehaushalt eines Fliessgewässers nicht derart verändern, dass sie die Tier- und Pflanzenwelt, ihre Lebensräume, den Grundwasserhaushalt sowie den Hochwasserschutz wesentlich beeinträchtigen. Das Ziel der

Bild 4. Der geschwungene Altwasserarm des Häftli am schnurgeraden Aarekanal vor Büren a. A. (BE) lässt den mäandrierenden Charakter des früheren Flusslaufs noch erkennen (Bild: Vinzenz Maurer, GBL, AWA, Bern).

Bild 5. Monotone Uferstrukturen wie dieser Blockwurf in Grenchen (SO) schränken die Lebensraumqualität der Aare wesentlich ein (Bild: Daniel Bernet, Fischereiinspektorat, Kanton Bern).

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Sanierungsplanungen durch die Kantone besteht darin, solche Beeinträchtigungen zu erkennen, die verursachenden Anlagen zu bezeichnen und die Machbarkeit von Sanierungsmassnahmen im Hinblick auf einen gewässertypischen, naturnahen Zustand zu prüfen. Für die natürliche Dynamik eines Flusses ist der Geschiebetransport aus dem Oberwasser zentral. Ohne ausreichende Geschiebezufuhr entstehen keine typischen Fliessgewässerstrukturen und somit auch keine wertvollen Lebensräume wie neue Kiesbänke und auentypische Pionierstandorte. Vielmehr werden bestehende Kiesablagerungen im Bereich der Gewässersohle durch Hochwasser ausgeräumt, wobei sich ein Fluss in den Untergrund eintiefen kann. Da sedimentierte Schwebestoffe die Poren auf dem Gewässergrund zunehmend abdichten, wird der freie Austausch zwischen Grundwasser und Fliessgewässer behindert. Weil der Geschiebehaushalt die Sohlenhöhe des Gerinnes steuert und dadurch auch den Grundwasserspiegel beeinflusst, droht bei Eintiefungen eines Flusses die Abkoppelung der Auengebiete vom Gewässersystem. Diese Entwicklung lässt sich auch am Aarelauf zwischen Bielersee und Rheinmündung beobachten. Bis zur Realisierung der Wasserkraftwerke Flumenthal und Bannwil, die in den frühen 1970erJahren den Bau eines Geschiebesammlers bei der Emmemündung bedingten, war der Geschiebehaushalt bis Klingnau nur wenig gestört. Danach nahm der Geschiebeeintrag stark ab, und an den naturbelassenen Ufern kam aufgrund der mangelnden Kiesumwälzung und des zu tiefen Grundwasserspiegels zunehmend Wald

ohne die typische Auenvegetation auf. Um den Grad der Beeinträchtigung und das ökologische Potenzial der stark betroffenen Aareabschnitte zu beurteilen, zog das verantwortliche Projektteam Fachleute einer externen Firma bei. Sie untersuchten alle 28 grösseren Zuflüsse im Hinblick auf den möglichen Geschiebeeintrag, prüften die 12 Wasserkraftwerke spezifisch auf ihre Durchgängigkeit für Kies und identifizierten wirksame Massnahmen zur Reaktivierung des Geschiebehaushalts. Weil die entsprechende Planung den gesamten Perimeter vom Bielersee bis zum Rhein umfasste, war die inhaltliche und zeitliche Koordination automatisch gegeben. Ursprünglich trugen die Seitengewässer am unteren Aareabschnitt pro Jahr fast 30 000 Kubikmeter Geschiebe in den Hauptfluss ein, wovon gut die Hälfte allein aus der Emme stammte. Vor dem Bau der Kraftwerke transportierte die Aare im Durchschnitt jährlich rund 15 000 Kubikmeter Geschiebe flussabwärts. Inzwischen sind es lediglich noch 3000 Kubikmeter, die mehrheitlich von der Wigger angeschwemmt werden. Um zumindest wieder einen Teil ihrer früheren Dynamik zurückzugewinnen, müsste die Aare je nach Gewässerabschnitt pro Jahr jedoch 3500 bis 7000 Kubikmeter Kies führen, wobei der Bedarf flussabwärts zunimmt. Das gegenwärtige Defizit soll grösstenteils durch Kiesschüttungen in den Fluss ausgeglichen werden. Die dazu vorgesehenen sieben Standorte liegen in der Regel unterhalb der Kraftwerke. Wie erste Erfahrungen mit solchen Schüttungen zeigen, werden die Geschiebedepots relativ rasch erodiert und der Kies wird an morphologisch wichtigen Stellen ab- und umgelagert. So

Bild 6. Durch Kiesschüttungen in den Fluss – wie hier bei Aarwangen (BE) im September 2013 – werden die durch Wehranlagen von Kraftwerken und Geschiebesammlern verursachten Geschiebedefizite teilweise ausgeglichen (Bild: Daniel Bernet, Fischereiinspektorat, Kanton Bern). 288

können Kiesbänke und Inseln entstehen, die insbesondere Fischen als Laichplatz und Lebensraum dienen. Zudem lässt sich eine Erosion der Ufer und der Sohle dadurch weitgehend verhindern. Die jährlichen Kosten für die geplanten Kiesschüttungen dürften rund 0,5 Millionen Franken ausmachen. Neben dem Geschiebeeintrag schlägt die strategische Planung auch ein temporäres Absenken der Oberwasserpegel bei den Kraftwerken Ruppoldingen und Klingnau vor, um so die Geschiebedurchgängigkeit zu erhöhen. Zudem sollen die Betreiber des Kraftwerks Beznau an der bisherigen Praxis festhalten, aus dem Oberwasserkanal entnommenen Kies an geeigneter Stelle wieder in die Restwasserstrecke zu schütten. Bedingt durch die in Zukunft erhöhte Geschiebefracht der Aare müssen die Entnahmen aber häufiger erfolgen. Als Variante steht überdies ein Abbruch des nicht mehr benötigten Dachwehrs beim Kraftwerk Wildegg-Brugg zur Debatte. Bei stark verbauten Gewässern wie der Aare können die Massnahmen zur Sanierung des Geschiebehaushalts ihre volle Wirkung nur entfalten, wenn der betreffende Fluss zumindest abschnittweise revitalisiert wird. Die Synergien mit entsprechenden Eingriffen sind deshalb von besonderer Bedeutung. 5.

Wiederherstellung der Fischgängigkeit Für die übrigen Teilbereiche hat man die Grundlagen der strategischen Planungen – gemäss dem Territorialitätsprinzip – in den jeweiligen Kantonen erarbeitet und einzelne der vorgeschlagenen Massnahmen in der Folge aufeinander abgestimmt,

Bild 7. Dank diesem 660 Meter langen Umgehungsgewässer stellt die Staustufe des Kraftwerks Rupperswil-Auenstein (AG) für aufsteigende Fische seit 2006 kein unüberwindbares Hindernis mehr dar (Bild: Departement Bau, Verkehr und Umwelt des Kantons Aargau). «Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 8. Neben naturnahen Umgehungsgerinnen können den Fischen auch technische Anlagen – wie dieser 2014 neu erstellte Schlitzpass beim Kraftwerk Rüchlig in Aarau – als Wanderhilfen dienen (Bild: Daniel Bernet, Fischereiinspektorat, Kanton Bern). sofern es die gemeinsamen Ziele erforderten. Als Leitlinien dienten dabei jeweils die Vollzugshilfen des BAFU. Das Beispiel der Fischwanderung veranschaulicht die Notwendigkeit einer gegenseitigen Koordination der Sanierungsmassnahmen unter den Anrainerkantonen besonders deutlich. So wäre es etwa sinnlos, die Fischaufstiegshilfen auf Solothurner Gebiet für Lachse zu dimensionieren, solange die von der Nordsee aufsteigenden Wanderfische die Hindernisse im Aargau nicht überwinden können. Die interkantonale Planung stellt deshalb unabhängig vom Standort einer Sanierung die optimale Koordination entlang der Aare sicher – etwa bezüglich der gewählten Massnahmen, ihrer Priorisierung sowie der Festlegung von Fristen. Für die Beurteilung der Fischgängigkeit taxiert der Bund nicht nur technische Anlagen wie Wehre, Schwellen oder Wasserfassungen als Hindernisse, sondern sämtliche Barrieren, welche die Wanderung beeinträchtigen. Bei den 12 Laufkraftwerken im unteren Aareabschnitt mit ihren insgesamt 20 Wanderhindernissen in Form von Stauwehren und Zentralen haben die Fischereifachstellen der drei Anrainerkantone – in Absprache mit dem Verband Aare-Rheinwerke –19 Massnahmen zur Sanierung des Fischaufstiegs sowie 21 Massnahmen zur Verbesserung des Fischabstiegs definiert. Verglichen mit den übrigen Fliessgewässern werden die angestrebten Längsvernetzungen an Aare und Rhein aufgrund ihrer artenreichen Fischpopulation und der Korridorfunktion als besonders dringlich eingeschätzt. Dazu kommt ihre Strahlwirkung, also der positive Einfluss naturnaher oder revitalisierter

Flussabschnitte auf strukturell beeinträchtigten Gewässerstrecken in ihrer Nachbarschaft durch die Einwanderung von Individuen und Arten. Wegen dieser Bedeutung der Aare gelten für die entsprechenden Sanierungen der Wasserkraftwerke Fristen zwischen 2018 bis 2025, wobei man nach Möglichkeit auch betriebsspezifische Termine wie die Erneuerung von Konzessionen berücksichtigen will. Die ungefähren Kosten für die Realisierung der geplanten Fischaufstiegshilfen zwischen Bielersee und Koblenz werden auf 60 bis 90 Millionen Franken geschätzt. Die Daten zur Sanierungsplanung sind für jedes Wanderhindernis in einem Objektblatt dokumentiert. Dieses enthält unter anderem Angaben zur Art, Lage, Höhe und Nutzung der Barriere, gibt Informationen zum Kraftwerk und Gewässer mit den vorkommenden Fischarten, beurteilt bestehende Wanderhilfen sowie ihre Funktionskontrolle, macht Angaben zur Sanierung des Fischaufstiegs und -abstiegs (Entscheid, Priorisierung, Fristen und Massnahmen) und zeigt den Koordinationsbedarf mit den übrigen Planungen auf. 6.

Lachs und Barbe als Zielfischarten Die neu zu erstellenden oder sanierungsbedürftigen Fischaufstiegsanlagen werden auf die beiden Wanderfische Lachs und Barbe ausgelegt, da sie zusammen die Ansprüche eines Grossteils der Fischarten in der Aare abdecken. Zwar gilt der Atlantische Lachs in den Schweizer Gewässern seit den 1930er-Jahren als ausgestorben, weil er als Folge der zu Beginn des 20. Jahrhunderts rasch zunehmen-

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 9. Die Dimensionierung dieser 1968 erstellten Fischaufstiegsanlage beim Wasserkraftwerk Bannwil (BE) kann den Ansprüchen der grösseren Wanderfische nicht genügen. Für die Zielarten Lachs und Barbe ist der Beckenpass – mit seinen Schlupflöchern und Kronenausschnitten – zu klein und muss deshalb saniert werden (Bild: Daniel Bernet, Fischereiinspektorat, Kanton Bern). den Wanderhindernisse in Rhein und Aare seine angestammten Laichgebiete nicht mehr erreichen konnte. Im Rahmen des Programms «Lachs 2020» unternehmen die in der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) organisierten Anliegerstaaten jedoch erhebliche Anstrengungen, um den ehemals verbreiteten Langdistanzwanderer auch bei uns wieder anzusiedeln. Dazu gehören die Realisierung von Umgehungsgerinnen zur Überwindung der noch bestehenden Wanderhindernisse bei Wasserkraftwerken, Massnahmen für eine bessere Vernetzung des Rheins mit seinen Seitengewässern, die Revitalisierung geeigneter Lebensräume sowie der Besatz mit Junglachsen in den Zuflüssen. Im Hinblick auf das Fernziel von selbsterhaltenden Lachspopulationen setzen auch die Kantone BS, BL und AG regelmässig junge Lachse in Seitengewässern des Rheins aus. Vereinzelte geschlechtsreife Lachse, denen es trotz mehrerer Wanderhindernisse gelungen ist, vom Atlantik in ihre Jugendgewässer aufzusteigen, haben es denn auch bereits bis in die Schweiz geschafft. Mittelfristig sind sie auch in der Aare zu erwarten, die als Eintrittspforte für die Verbreitung der Lachse im schweizerischen Fliessgewässersystem zentral ist. Um den adulten Wanderfischen in Zukunft weitere quellnähere Einzugsgebiete erschliessen zu können, wird die Bemessung der Fisch289

Bild 10. Diese Uferausbuchtung der Aare beim Bernerschachenweiher in Wiedlisbach (BE) ist im Zuge einer früheren Renaturierung entstanden. Solche Flachwasserzonen dienen insbesondere Jungfischen als zusätzlicher Lebensraum (Bild: Daniel Bernet, Fischereiinspektorat, Kanton Bern). aufstiegsanlagen bezüglich der Beckengrösse daher auf diese Art ausgerichtet. Von der Längsvernetzung profitieren freilich auch ansässige Wanderfische wie Seeforelle und Barbe, die ebenfalls auf funktionierende Wanderkorridore angewiesen sind. Als Leitart der Barbenregion ist die Barbe ein typischer Vertreter der Fischpopulationen in der Aare. Wie bei den meisten Fischarten in diesem Fluss ist ihre Schwimmleistung deutlich geringer als diejenige der forellenartigen Vertreter. Damit Fischaufstiegshilfen auch für die Barbe funktionieren, dürfen sie nicht so steil und hydraulisch turbulent angelegt sein wie für den Lachs oder für andere grosse Salmoniden. Ein idealer Fischpass an der Aare kombiniert daher Eigenschaften, die auf beide Zielarten abgestimmt sind. Für den Fischaufstieg konnte das zuständige Projektteam bei allen bestehenden Hindernissen konkrete Sanierungsmassnahmen mit Richtwerten für die Gestaltung und Bemessung der Wanderhilfen vorschlagen. So umfassen die Empfehlungen etwa Hinweise für die optimale Lage des Einstiegs in eine Fischaufstiegshilfe und enthalten detaillierte Angaben zur erforderlichen Wassermenge und Lockströmung sowie zur Anpassung an die Abflussverhältnisse. Ziel ist, dass die Anlagen an mindestens 300 Tagen im Jahr funktionstüchtig sind. Damit auch bodenorientierte und leistungsschwächere Fischarten ins Oberwasser gelangen, sollen die Ein- und Ausstiege der Wanderhilfen zudem angerampt sein, was ihre Wirksamkeit erhöht. Um Schwachstellen und Verbesserungspotenziale zu erkennen, ist nach der Inbetriebnahme eine übers Jahr andauernde Erfolgskontrolle vorzusehen, die periodisch wiederholt wird – und zwar 290

mit dem Ziel einer altersklassenunabhängigen Durchgängigkeit jeder Aufstiegshilfe für alle im Unterwasser vorkommenden Fischarten. Für die Planung und Ausführung sollen die Kraftwerkbetreiber ausgewiesene Fachleute beiziehen und eng mit den kantonalen Fischereifachstellen zusammenarbeiten. 7.

Suche nach Lösungen für den Fischabstieg Während die Massnahmen zur Sanierung des Fischaufstiegs im Detail bekannt und praktisch erprobt sind, stehen für den Fischabstieg bei frontal angeströmten Laufkraftwerken mit Ausbauwassermengen von mehr als 60 Kubikmetern pro Sekunde gegenwärtig keine realisierbaren Lösungen zur Verfügung. Aufgrund der hydraulischen Verhältnisse in grösseren Fliessgewässern und der Vielfalt betroffener Fischarten erweist sich die Konzeption von wirksamen Fischabstiegsmassnahmen als äusserst schwierig. Im Auftrag des VAR haben die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie an der ETH Zürich sowie das Wasserforschungsinstitut des ETHBereichs (Eawag) das international verfügbare Know-how über technische Möglichkeiten für den Fischabstieg ausgewertet, gangbare Lösungsansätze evaluiert und diese in Modellversuchen auf ihre Wirksamkeit überprüft. Dieses Forschungsprojekt hat auf Laborstufe interessante Resultate geliefert. Wie die bisherigen Untersuchungen jedoch gezeigt haben, müssen für technische Standards bei grossen Flusskraftwerken noch weitere Fragen zum Fischverhalten und zu umsetzbaren Lösungen beantwortet werden. Die Kantone wollen deshalb die Empfehlungen

zusätzlicher Studien abwarten, bevor sie konkrete Lösungsansätze und Massnahmen für den Fischabstieg verlangen. Die von der Forschung erarbeiteten Grundlagen sollen später auch an weiteren mittelgrossen Gewässern – wie etwa an der Limmat – zur Anwendung kommen. Wirksame Systeme müssen Überlebensraten der passierenden Fische von mehr als 90 Prozent gewährleisten. Diese Quote berücksichtigt, dass die populationsbiologisch relevanten Effekte bei Mittel- und Langdistanzwanderern durch die kumulative Wirkung mehrerer Wasserkraftanlagen verursacht werden. Ihre Gesamtüberlebensrate muss mindestens so gross sein, dass ein natürliches Fortbestehen der betreffenden Fischarten gesichert ist. 8.

Übergeordnete Ziele der Revitalisierung In den nächsten 80 Jahren sollen in der Schweiz Gewässerläufe mit einer Gesamtlänge von rund 4000 Kilometern revitalisiert werden. Dabei handelt es sich ungefähr um einen Viertel aller Fliessgewässer in einem schlechten ökologischen Zustand. Zusätzliche Aufwertungen in einer ähnlichen Grössenordnung sind im Rahmen von Hochwasserschutzprojekten geplant. Auf diese Weise soll langfristig wieder ein weitgehend intaktes System von miteinander vernetzten Gewässerabschnitten entstehen, die ihre natürlichen Funktionen erfüllen können. Mit einem ausreichenden Gewässerraum, einer genügenden Wasserführung, einem naturnahem Geschiebehaushalt und einer guten Wasserqualität wollen die Behörden eine naturnahe Eigendynamik gewährleisten. Sie ist eine zentrale Voraussetzung dafür, dass die

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Fliessgewässer von standorttypischen Lebensgemeinschaften besiedelt werden und wieder prägende Elemente der Landschaft bilden. Die Populationen sollen die Fähigkeit zur Selbstregulation und zur Erholung nach externen Störungen besitzen. Dadurch lassen sich auch wichtige Ökosystemdienstleistungen wie die Verfügbarkeit von sauberem Wasser und die Anreicherung von Grundwasser oder begehrte Erholungsräume für den Menschen sichern. Intakte Gewässerlebensräume mit den typischen Leitarten, die auch Auen und Übergangsbereiche besiedeln, dienen als Quellen für die Wiederbelebung von beeinträchtigten Flusssystemen. Dabei kommt der grossräumigen Vernetzung entlang durchgängiger Gewässerabschnitte eine besondere Bedeutung zu. 9.

Revitalisierungsplanung für die Aare Die Massnahmenplanung für die Revitalisierung der Aare bezeichnet rund 20 Flussabschnitte, welche die Anrainer zwischen 2016 und 2035 zum Teil auch kantonsübergreifend aufwerten wollen. Unabhängig von den Kantonsgrenzen steht dabei der Gewinn für Natur und Landschaft unter Berücksichtigung eines optimalen Verhältnisses von Kosten und Nutzen im Vordergrund. Die vorgeschlagenen Eingriffe umfassen zum Beispiel eine ökologische Aufwertung der monotonen Uferstruktur am Nidau-Büren-Kanal, vielfältigere Ufergestaltungen im Staubereich des Kraftwerks Bannwil, wo ein attraktiver Lebensraum für Fische, Biber, Wasservögel und Amphibien entstehen soll, die

Reaktivierung von verlandeten Seitenarmen im Gebiet Meiniswilermatten oder die Aufwertung von Auen durch die Entfernung von Uferschutzbauten im Bereich der Restwasserstrecke Wildegg-Brugg. Geplant sind zudem neue Feuchtgebiete und Tümpel, eine bessere Verzahnung von Land und Wasser durch Uferabflachungen sowie die Schaffung neuer Laichplätze und Jungfischhabitate durch Kiesinseln, Buhnen und Raubäume. Übersichtskarten des Ausgangszustands und der koordinierten Revitalisierungsplanung sowie Objektblätter zu jeder Massnahme fassen die Resultate zusammen. Diese enthalten auch Angaben zum Zeithorizont der voraussichtlichen Realisierung und zum Koordinationsbedarf mit weiteren Interessenbereichen. Bei der konkreten Umsetzung dürften die Interessenkonflikte bezüglich der Landnutzung in der oft landwirtschaftlich geprägten Umgebung des Gewässers die wichtigste Herausforderung darstellen. Die Planung beschränkte sich auf die Aare, so dass einmündende Seitenbäche nicht Bestandteil der Arbeiten waren. Ein erheblicher Koordinationsbedarf bestand vor allem an den Kantonsgrenzen entlang der Aare. Gemäss den festgelegten Grundsätzen sollte der Nutzen für Natur und Landschaft hier nach Möglichkeit an beiden Ufern gleich gross sein. Zudem strebten die Verantwortlichen auch an den Übergängen von einem Kanton zum anderen eine einheitliche Bewertung der Aareabschnitte an. Neben den übrigen Teilprojekten der strategischen Gewässerplanung umfasste die Koordination auch weitere Aspekte wie die Interes-

sen des Hochwasserschutzes, der Landwirtschaft und der Wasserkraftnutzung an der Aare. Zum Teil konnte man die Gewässerstrecken mit geplanten Eingriffen bereits genau lokalisieren und mit den relevanten Massnahmentypen versehen. Aus diversen Gründen war dies aber oft nicht überall möglich. So bestehen teilweise Unklarheiten, ob die für Revitalisierungen erforderliche Landfläche zur Verfügung steht, während anderorts die Koordination mit weiteren Planungen ansteht. Wo es bisher noch nicht gelungen ist, die betroffenen Gewässerabschnitte und Massnahmentypen genau festzulegen, haben die Kantone – zwecks Revitalisierung eines längenmässig definierten Aareabschnitts – sogenannte Kontingentstrecken ausgeschieden. Im Rahmen des Teilprojekts sind die Kosten der vorgesehenen Revitalisierungsmassnahmen bislang nicht berechnet worden. Grobe Abschätzungen gehen jedoch davon aus, dass sie sich in einer ähnlichen Grössenordnung bewegen wie der Aufwand für die Wiederherstellung der Fischgängigkeit. 10.

Festlegung des Gewässerraums Das Gewässerschutzgesetz des Bundes verpflichtet die Kantone, den Raumbedarf der oberirdischen Gewässer so festzulegen, dass diese ihre natürlichen Funktionen erfüllen und die Interessen des Hochwasserschutzes sowie der Gewässernutzung gewährleisten können. Dabei besteht die Pflicht zur Ausscheidung des Gewässerraums, welche letztlich durch

Bild 11. Natürliche Strukturen wie diese Raubäume im neu erstellten Seitengerinne der Aare bei Winznau (SO) werden von Fischen als Unterstände genutzt (Bild: Amt für Umwelt des Kantons Solothurn).

Bild 12. Naturnahe Fliessgewässer und ihre Uferbereiche unterliegen einer permanenten Veränderung, wie dieser natürliche Uferanriss der Aare unterhalb des Wehrs Schönenwerd bei Wöschnau (SO) zeigt. Sanierungen des Geschiebehaushalts und Massnahmen zur Revitalisierung sollen die Dynamik des Flusses künftig wieder erhöhen (Bild: Amt für Umwelt des Kantons Solothurn).

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

291

Bild 13. Der erforderliche Raum für Gewässerrevitalisierungen entlang der Aare steht vor allem im Bereich von bewaldeten Uferpartien zur Verfügung – wie hier zwischen Aarau und Biberstein AG (Bild: Eric A. Soder; © Departement Bau, Verkehr und Umwelt des Kantons Aargau). die Standortgemeinden zu erfolgen hat, unabhängig von den übrigen Auflagen zur Revitalisierung von Flüssen und Bächen sowie zur Sanierung des Geschiebehaushalts und der Fischgängigkeit. Für grössere Fliessgewässer mit einer natürlichen Sohlenbreite von mehr als 15 Metern sieht die eidgenössische Gewässerschutzverordnung keine konkreten Vorgaben in Metern vor. Deshalb müssen die zuständigen Behörden den erforderlichen Freiraum im Uferbereich von solchen Flüssen jeweils im Einzelfall festlegen. Dies gilt somit auch für die Aare. Die Ausscheidung der Gewässerräume erfolgt in BE, SO und AG nach unterschiedlichen Ansätzen, da je nach Gebiet nicht nur die kantonalen Vorgaben, sondern auch die Eigentumsverhältnisse und Zuständigkeiten massgeblich voneinander abweichen. Üblicherweise bestehen für die Festlegung des Gewässerraums an grösseren Flüssen einheitliche Regeln auf kantonaler Ebene. Dadurch war es praktisch unmöglich, sich im Rahmen der interkantonalen Aareplanung auf gemeinsame Standards zu einigen. Entlang von Gewässerabschnitten, wo der Fluss die Kantonsgrenze bildet, sowie bei Kantonsübergängen am gleichen Ufer wird jedoch darauf geachtet, dass die Behörden ihre Gewässerräume an der Aare harmonisieren. Im Übrigen beschränkte sich die Koordination in diesem Bereich auf einen Informationsaustausch zu den kantonalen Umsetzungsstrategien und eingeschlagenen Wegen. Für die Teilprojekte gilt der für mittelgrosse Fliessgewässer gesetzlich festgelegte minimale Uferbereich von 15 Me292

tern als Mindeststandard, der bei überwiegenden Interessen erweitert werden muss. Situativ wird zum Beispiel bei Hochwasserschutz- und Revitalisierungsprojekten ein grösserer Gewässerraum ausgeschieden. Auf bernischem Gebiet ist dieser Grundsatz durch das 2014 revidierte kantonale Wasserbaugesetz abgestützt. Im Kanton Aargau sieht das überarbeitete Baugesetz für die grösseren und mittelgrossen Flüsse Rhein, Aare, Reuss und Limmat ebenfalls einen minimalen Gewässerraum von 15 Metern je Uferbereich vor. Im intensiv genutzten Mittelland stossen Forderungen nach breiteren Uferstreifen sowohl in den Siedlungsgebieten als auch in den Landwirtschaftszonen auf erhebliche Widerstände. Grosszügigere Gewässerräume lassen sich deshalb praktisch nur entlang von bewaldeten Uferpartien und an revitalisierten Aareabschnitten ausscheiden oder dort, wo der Schutz vor Hochwasser dies verlangt. 11.

Ein Netzwerk für die Umsetzung Erste Ideen für eine interkantonale Aareplanung bestanden bereits Anfang 2011. Noch im gleichen Jahr fällten die verantwortlichen Amtsleiter einen entsprechenden Grundsatzentscheid, so dass man die Projektorganisation aufbauen konnte. Gut zwei Jahre nach der Initialzündung konstituierte sich im Juni 2013 auch der Lenkungsausschuss. Wie diese lange Vorgeschichte zeigt, erfordern der Projektaufbau, die inhaltlichen Arbeiten und der Abstimmungsbedarf einiges an zeitlichem Aufwand. Allerdings dürften die intensive Vorbereitung sowie die frühzeitige Beteili-

gung der relevanten Akteure während der Umsetzungsphase auch rascher zu gut koordinierten und erfolgreichen Lösungen führen. So handelt es sich bei der Aareplanung nicht zuletzt um ein Vorzeigeprojekt für eine partnerschaftliche und produktive Zusammenarbeit der kantonalen Fachbehörden mit den Kraftwerkbetreibern. Ähnliche Modelle drängen sich ebenfalls an anderen grösseren grenzüberschreitenden Flüssen wie etwa am Rhein auf, wo neben mehreren Kantonen auch Nachbarländer betroffen sind. Dank der bisherigen Kooperation sowie dem kantonsübergreifenden Informations- und Erfahrungsaustausch für die mehrjährige Planungsphase an der Aare ist ein Netzwerk mit Vertretern von Behörden, Fachverbänden, spezialisierten Privatfirmen und der Forschung entstanden. Deren vielseitiges Know-how lässt sich künftig auch für die erfolgreiche Umsetzung der vorgeschlagenen Sanierungsund Revitalisierungsprojekte nutzen. Dieser Artikel ist in enger Zusammenarbeit mit folgenden Fachstellen entstanden, die auch am Projekt der Interkantonalen Aareplanung beteiligt sind: • Kanton Bern: Amt für Wasser und Abfall (AWA): www.gewaesserentwicklung.bve.be.ch > Interkantonale Aareplanung; Fischereiinspektorat: www.be.ch/fischerei > Naturnahe Gewässergestaltung; • Kanton Aargau: Abteilung Landschaft und Gewässer im Departement Bau, Verkehr und Umwelt: www.ag.ch/ de/bvu/bvu.jsp > Umwelt, Natur und Landschaft > Auenschutzpark; • Kanton Solothurn: Amt für Umwelt: www.so.ch/verwaltung > Bau und Justiz > Amt für Umwelt > Wasser; • BAFU, Abteilung Wasser: www.bafu. admin.ch/wasser > Fachinformationen > Massnahmen > Renaturierung; • Wasser-Agenda 21: www.wa21.ch > Themen > strategische Planung Aare • Verband Aare-Rheinwerke: Projekt Fischabstieg: www.aare-rheinwerke. ch/Projekt-Fischabstieg

Anschrift des Verfassers Beat Jordi Salomegasse 15, CH-2503 Biel Tel. 032 365 91 05, beatjordi@bluewin.ch

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Kommission für Hochwasserschutz (KOHS) des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes

Anlass und Auftrag Im Rahmen der Projektierung der geplanten seitlichen Hochwasserentlastungen an der Lütschine zwischen Wilderswil und Bönigen wurden verschiedene ein- und zweidimensionale hydraulische Berechnungsmodelle angewandt. Dabei zeigte es sich, dass je nach angewandter Prozedur erhebliche Unterschiede in der Entlastungskapazität resultieren. Diese Problematik wurde innerhalb der Kommission für Hochwasserschutz (KOHS) des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes diskutiert. Dieser konstituierte daraufhin eine Arbeitsgruppe (Beschluss vom 17. Januar 2013). Nachfolgend werden verschiedene Erkenntnisse der Arbeitsgruppe präsentiert und somit der aktuelle Kenntnisstand zusammengefasst.

Hydraulische Berechnung

1.1

Überfallformeln – frontale Anströmung Bild 1 zeigt eine Prinzipskizze für ein frontal angeströmtes Wehr. Die Energielinie liegt um den Betrag vo2/2g (vo = Zuflussgeschwindigkeit) über der Wasserspiegellage, es gilt also für die Energiehöhe

bezogen auf den Wehrscheitel HE = ho + vo2/2g. Der Überfall über ein festes Wehr mit frontaler Anströmung lässt sich mit der folgenden Standardformel berechnen: (1) Q [m3/s] ist der Abfluss über das Wehr, L [m] die Länge des Wehrs, HE = ho + vo2/2g [m] die Energiehöhe über dem Wehr im Oberwasser, w [m] die Wehrhöhe, bezogen auf die Sohle im Oberwasser und g die Erdbeschleunigung. Cd ist der Überfallbeiwert, der von der Strahlumlenkung und der Wehrform abhängt. In der deutschsprachigen Literatur wird meist der Überfallbeiwert μ und die Formel von Poleni verwendet, wobei gilt Cd = 2/3* μ (2) Bei praktischen Berechnungen kann die Zuflussgeschwindigkeit oft vernachlässigt werden, womit sich im vom Überfall noch unbeeinflussten Bereich, d.h. mindestens ca. 4·ho oberstrom des Wehrs, HE ≈ ho ergibt und somit (3) bzw.

Bild 1. Frontale Anströmung eines Wehrs.

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

(4)

Der Überfallbeiwert μ liegt in der Grössenordnung von 0.5 bis 0.75. Für eine genaue Bestimmung sei auf die Fachliteratur verwiesen. 1.2

Überfallformeln – seitliche Anströmung Bei einer seitlichen Hochwasserentlastung wird das Wehr nicht frontal angeströmt. Bild 2 zeigt die Prinzipskizze einer seitlichen Anströmung. Generell sollte die seitliche Hochwasserentlastung so ausgelegt werden, dass sich längs der Überfallsektion strömender Normalabfluss ohne Fliesswechsel einstellt, d.h. für die Froudezahl gilt F = v/(g·A[x]/BWsp[x])0.5 < 0.75, mit A(x) = Abflussquerschnitt und BWsp(x) = Wasserspiegelbreite des Hauptgerinnes im Bereich der Überfallsektion, mit 0 ≤ x ≤ L, wobei L = Länge der Überfallsektion. Falls sich längs der Überfallsektion schiessender Abfluss und ein Wechselsprung ergibt, ist die Entlastungsleistung kleiner und praktisch nicht vorauszusagen. Bei komplett schiessendem Abfluss im Hauptgerinne ist die Entlastungsleistung noch geringer. Bühlmann und Boes (2014) empfehlen, bei hohen Froude-Zahlen über 0.75 wegen des stark wellenförmigen Abflusses keine seitlichen Entlastungen vorzusehen. Zur Berechnung der seitlichen Entlastung kann entweder die Energiehöhe HE = hw + vo2/2g oder der Wasserspiegel hw

Bild 2. Seitliche Anströmung eines Wehrs, strömender Normalabfluss ohne Fliesswechsel. 293

KOHS-Empfehlungen

Positionspapier zu seitlichen Hochwasserentlastungen an Flüssen

KOHS-Empfehlungen

verwendet werden. Da sich infolge der Entlastung der Wasserspiegel und die Energielinie entlang der seitlichen Entlastung ändern, müssen diese entweder berechnet oder angenähert werden. Der Entlastungsabfluss wird deshalb meistens in differenzieller Form pro Längenelement dx angegeben. De Marchi (1934) präsentierte die generelle Gleichung für den seitlichen Entlastungsabfluss QE für einen rechteckigen und horizontalen Kanal als: (5)

gleich der Resultate des Modellversuchs für die Hochwasserentlastung an der Reuss bei Altdorf mit der Hager-Formel ergab eine zufriedenstellende Übereinstimmung 1. Die Flüsse, an denen seitliche Entlastungen geplant werden, weisen meist einen Trapezquerschnitt und nicht ein Rechteckprofil auf. Bei der Entlastung Altdorf mit Trapezprofil konnte keine nennenswerte Differenz festgestellt werden. Es ist anzunehmen, dass der Effekt des unterschiedlichen Profils in den geeichten c-Wert eingeflossen ist. 1.3

Dabei ist CM der seitliche Überfallkoeffizient, für den es verschiedene Ansätze gibt (Rosier, 2007). Gemäss Subramanya und Awasthy (1972) kann CM für strömenden Abfluss anhand der Froudezahl Fo zu Beginn des seitlichen Wehrs mit der nachfolgenden Formel berechnet werden:

(6)

Hager (1987) präsentiert die nachfolgende Gleichung für den Entlastungsabfluss eines rechteckigen, horizontalen Kanals:

(7)

mit c als Wehrkronenparameter. Ebenfalls kann mittels Zusatztermen der Effekt einer Kanalverengung oder des Sohlgefälles berücksichtigt werden. Erfahrungswerte für c liegen in der Grössenordnung von 0.45 bis 0.55, für scharfkantigen Überfall gilt c = 1. Degoutte (2012, basierend auf Sinniger und Hager, 1989; s.a. Hager und Schleiss, 2009) wie auch Bühlmannn und Boes (2014) empfehlen zwar, die grundsätzlich auf den Wasserspiegel ausgerichtete Hager-Formel zu verwenden, sie geben sie aber in einer Form wieder, wo die Energiehöhe als vordergründiger Parameter erscheint. Rosier (2007) empfiehlt aufgrund von eigenen Messungen in seiner Versuchsanlage klar den Wasserspiegel als massgebenden Parameter. Ein Ver-

Berechnung mit einem eindimensionalen numerischen Modell Die Dimensionierung des seitlichen Entlastungbauwerks erfolgt durch Berechnung des ungleichförmigen Wasserspiegels im Gerinne (Staukurvenrechnung) und der Entlastungswassermenge durch eine der erwähnten Formeln. Dies führt zu einer Iterationsrechnung mit Variation der Wasserspiegellage und der austretenden Wassermenge. Entsprechend muss der Bereich des Entlastungsbauwerks durch mehrere Querprofile bestimmt werden. Die grundsätzliche Frage bei der hydraulischen Berechnung eines seitlichen Überfalls ist jene, ob der Wasserspiegel oder die Energiehöhe in die Berechnung eingeführt werden sollen. Alle oben zitierten Referenzen weisen zwar auf den Wasserspiegel hin, die Hinweise sind jedoch nicht immer eindeutig. Die Frage ist wesentlich, da aus den beiden Annahmen Kapazitätsunterschiede bis 40% resultieren können, wie Berechnungen für aktuelle Projekte gezeigt haben. Für die Benutzung des vielbenutzten Programms HECRAS wird zwar auf eine Berechnung aufgrund des Wasserspiegels analog der Formel von De Marchi hingewiesen (USACE, 2010a, Hydraulic Manual), im Benutzerhandbuch (USACE, 2010b) wird aber lediglich gesagt, dass der Wasserspiegel oder die Energiehöhe gewählt werden können und dass standardmässig die Energiehöhe vorgeschlagen wird. Benutzt man das Programm mit den vorgegebenen Einstellungen, so übernimmt es die Energiehöhe und nicht den Wasserspiegel. Will man mit den obigen Ausführungen im Einklang sein, muss die Einstellung geändert werden.

1.4

Berechnung mit einem tiefengemittelten zweidimensionalen Modell Die gesuchten hydraulischen Grössen liegen pro flächiges Element entsprechend der Gitterauflösung im Berechnungsgebiet vor. Der Abfluss bei einem Wehr kann grundsätzlich nicht durch Lösen der tiefengemittelten Gleichungen korrekt bestimmt werden, da die Krümmung der Stromlinien im Bereich des Überfalls zu stark und die Strömung dreidimensional ist. Daher werden empirische Modelle, wie oben beschrieben, als Ersatz verwendet, um lokal den Abfluss zu berechnen. Die Umsetzung im numerischen Modell ist nicht eindeutig. Der Wehrabfluss kann pro Element in Abhängigkeit lokaler Grössen oder über mehrere Elemente als Funktion des Wasserstands bzw. der Energiehöhe oberund unterstrom des Wehres berechnet werden (z.B. mit der empirischen Formel nach Hager). Aufgrund der lokalen Senkkurve beim Wehr ist die Verwendung der Energiehöhe als massgebende Höhe zu bevorzugen, um Instabilitäten im numerischen Modell vorzubeugen. In allen Fällen sollte der Wehrabfluss durch eine Kontrollrechnung mittels einer empirischen Formel überprüft werden. 1.5 Geschiebe Rosier (2007) sowie Rosier et al. (2008, 2010) definieren aufgrund von Versuchen einen Verlandungskörper, der in die hydraulische Rechnung eingeführt werden kann. Allerdings stellt sich dieser Verlandungskörper erst nach einer verhältnismässig langen Versuchs- resp. Ereignisdauer ein. Eine rein hydraulische Rechnung auf fester Sohle bildet das eine Extrem, die Rechnung mit dem Verlandungskörper nach Rosier das andere. Die geplanten Entlastungsanlagen an der Lütschine wurden mit dem eindimensionalen Geschiebesimulationsprogramm GESMAT untersucht. Sie haben die Sensitivität der Entlastungswassermenge in Bezug auf die Abflussganglinie einerseits und die Anfangssohlenlage andererseits aufgezeigt. Bei kurzen Abflussereignissen ändert die Sohlenlage wenig, während bei längeren Ereignissen in Funktion der Entlastung Geschiebe abgelagert und dadurch die Gerinnekapazität verändert wird. In Perioden zwischen Extremereignissen schwankt die Sohlenlage in ge-

unveröffentlichtes internes Arbeitspapier, Ingenieurbüro Jungo, Zürich, 1994.

294

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Empfehlungen der Arbeitsgruppe Grundsätzlich ist für die Berechnung der Abflusskapazität von seitlichen Entlastungsanlagen vom Wasserspiegel auszugehen. Mit Vorteil wird die Hager-Formel angewandt. Bei der Benutzung des Programms HECRAS mit der Standard-Prozedur muss als Parameter für die Wehrgleichung der Wasserspiegel manuell eingestellt werden. Hohe Froude-Zahlen über 0.75 sind zu vermeiden, d.h. allenfalls muss mittels eines Querbauwerks oder einer Einengung unterstrom der Seitenentlastung eindeutig strömender Abfluss im Gerinne erzwungen werden. Bei der Anwendung von zweidimensionalen Abflussmodellen muss die Maschenweite im Nahbereich der Wehre sehr eng gewählt werden und der Wehrabfluss durch eine einfache unabhängige Kontrollrechnung überprüft werden. Die Arbeitsgruppe ist der Meinung, dass der Einfluss der Geschiebeführung

auf die Entlastungscharakteristik mit einem gängigen eindimensionalen Simulationsmodell untersucht werden sollte. Selbstverständlich muss die Stabilität der Sohlenlage periodisch durch Vermessung geprüft werden.

1.6

Rosier B., Boillat J.-L., Schleiss A., (2008). «Trenncharakteristik einer seitlichen Notentlastung an Flüssen unter Berücksichtigung morphologischer Prozesse», KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, (1) Nr. 2, pp. 85–91. Rosier, B., Boillat, J.-L., Schleiss, A. (2010). Semiempirical model for channel bed evolution

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de Lausanne, thèse no 3872.

Prise de position concernant les déversoirs latéraux aménagés sur des cours d’eaux Commission Protection contre les Crues (CIPC) de l’Association Suisse pour l’Aménagement des Eaux ASAE

Problème et mandat Divers modèles de calcul hydraulique unidimensionnels et bidimensionnels ont été appliqués afin de dimensionner les déversoirs de crues latéraux prévus sur la Lütschine entre Wilderswil et Bönigen. D’importantes différences ont dû être constatées concernant la capacité d’évacuation, suivant la méthode appliquée. La Commission Protection contre les Crues (CIPC) de l’Association Suisse de l’Aménagement des Eaux a discuté cette problématique. Elle a constitué un groupe de travail par décision du 17 janvier 2013. Par la suite les résultats des discussions au sein du groupe de travail sont présentés et donc l’état actuel des connaissances résumé.

1. 1.1

Calcul hydraulique

Formules de déversoir – courant frontal La figure 1 montre un schéma de principe pour les conditions hydrauliques lors d’un écoulement frontal vers un déversoir. La

ligne d’énergie se situe au-dessus du niveau d’eau, la différence correspondant à la valeur vo2/2g (vo = vitesse d’approche). La hauteur d’énergie par rapport à la crête du déversoir devient HE = ho + vo2/2g [m]. La capacité d’un déversoir frontal se calcule à l’aide de la formule standard

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suivante: (1) Q [m3/s] est le débit déversant, L [m] la longueur du déversoir, HE = ho + vo2/2g [m] la hauteur d’énergie amont, par rapport à la cote du déversoir, w [m] la hauteur du déversoir par rapport au fond amont, et g l’accélération terrestre. Cd est un coefficient de forme qui dépend de la courbure du jet et de la forme du déversoir. La littérature (de langue allemande) utilise généralement le coefficient de forme μ et la formule de Poleni, ce qui entraîne Cd = 2/3* μ

295

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wissem Rahmen in Funktion des Abflussgeschehens und variabler Sohlenbreiten. Die jeweilige Sohlenlage bei Beginn des Extremereignisses beeinflusst die Entlastungscharakteristik ebenfalls.

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plan

élevation

Figure 1. Ecoulement frontal vers un déversoir.

(2) Pour de calculs pratiques on peut souvent négliger la vitesse d’approche, d’où résulte HE ≈ ho en amont du déversoir. Ceci est valable pour la zone qui n’est pas influencée par le déversoir, soit à une distance supérieure à 4·ho en amont du seuil. Il résulte (3) resp. (4) Le coefficient μ se situe dans un ordre de grandeur de 0.5 à 0.75. Pour une détermination plus précise on se référera à la littérature spécialisée. Formules de déversoir – déversement latéral Pour un déversoir de crues latéral, le courant d’approche n’est plus frontal. La figure 2 montre un schéma de principe pour un déversement latéral. De manière générale, l’aménagement d’un déversoir latéral doit être conçu de telle manière que l’écoulement le long du déversoir soit fluvial, donc sans changement de régime. On recommande de ne pas dépasser des nombres de Froude F de 0.75, où F = v/ (g·A[x]/BWsp[x])0.5 < 0.75, A(x) = aire de la section d’écoulement et BWsp(x) = largeur du plan d’eau du chenal principal à la hauteur du déversoir, avec 0 ≤ x ≤ L, L = étant la longueur de la section de déversement. Si l’écoulement devient torrentiel le long du déversoir avec formation de ressaut hydraulique, alors la capacité d’évacuation sera réduite et est de surplus presque indéterminable. Si l’écoulement est torrentiel sur l’entière longueur du déversoir, la capacité d’évacuation sera

Figure 2. Déversoir latéral, écoulement fluvial sans formation de ressaut.

encore réduite. Bühlmann et Boes (2014) recommandent de ne pas prévoir des déversoirs latéraux pour des nombres de Froude supérieurs à 0.75, ceci à cause de l’écoulement fortement ondulé pour ces conditions. En principe, la capacité d’évacuation d’un déversoir latéral peut être calculée en fonction de la hauteur d’énergie HE = hw + vo2/2g ou du tirant d’eau hw. Comme les niveaux d’eau et d’énergie varient en fonction du débit déversant, il faut calculer ces niveaux ou les approcher. On définit donc le débit déversant en forme différentielle pour un élément de longueur dx. De Marchi (1934) a présenté l’équation générale pour le débit de surverse pour un déversoir latéral QE, ceci pour un chenal horizontal et de section rectangulaire: (5)

1.2

296

Ici, CM est le coefficient de forme du déversoir latéral qui peut être calculé selon diverses procédures (Rosier, 2007). Selon Subramanya et Awasthy (1972) CM peut être calculé pour un écoulement fluvial en fonction du nombre de Froude Fo juste à l’amont du déversoir latéral, à l’aide de la formule suivante:

(6)

Hager (1987) présente l’équation suivante pour le débit déversant, ceci pour un chenal horizontal et de section rectangulaire:

où c est un coefficient de forme dépendant de la géométrie du seuil. Par des termes additionnels, l’effet d’un rétrécissement ou de la pente du chenal peut être considéré. Des valeurs couramment admises pour c sont de l’ordre de 0.45 à 0.55. Pour un seuil mince c = 1. Degoutte (2012, se basant sur Sinniger et Hager, 1989; v.a. Hager et Schleiss, 2009) ainsi que Bühlmannn et Boes (2014) recommandent d’utiliser la formule de Hager qui utilise le niveau d’eau comme paramètre principal. Ils la publient sous une forme qui laisse apparaître le niveau d’énergie comme paramètre de première importance. Rosier (2007) ayant effectué de propres mesures sur son installation de laboratoire recommande clairement le niveau d’eau comme étant le paramètre principal. Une comparaison des résultats des essais sur modèle concernant le déversoir de crues sur la Reuss près d’Altdorf avec la formule de Hager a donné des résultats satisfaisants 1. Les rivières sur lesquelles on aménage des déversoirs latéraux présentent en général une section trapézoïdale. C’est le cas pour le déversoir d’Altdorf, où l’on n’a pourtant pas constaté une influence particulière. On peut admettre qu’une éventuelle influence de la forme de la section se trouve comprise dans la valeur de c étalonnée. 1.3

Calcul utilisant un modèle numérique unidimensionnel Le dimensionnement du déversoir latéral s’effectue par le calcul de la ligne d’eau en écoulement non-uniforme (calcul de la courbe de remous) combiné avec l’utilisation de l’une des formules de déversoir citées. Ceci amène à un calcul

(7) 1

Notice de travail non publiée, bureau d’ingénieurs Jungo, Zurich, 1994.

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1.4

Calcul utilisant un modèle numérique bidimensionnel, utilisant des valeurs moyenne sur la profondeur d’écoulement Les paramètres hydrauliques sont définis pour chaque élément de surface, en correspondance avec le maillage de l’aire considéré. Les équations basées sur des valeurs moyennes par rapport à la profondeur d’écoulement ne peuvent donner des résultats corrects pour le débit déversant le seuil, car la courbure des lignes du courant est importante près du déversoir et l’écoulement tridimensionnel. On a donc recours à des modèles empiriques décrits précédemment, afin de calculer le débit local. L’application au sein du modèle numérique n’est pas univoque. Le débit déversant spécifique, par élément de longueur du seuil, peut être calculé en fonction de paramètres locaux ou sur plusieurs éléments en fonction du niveau d’eau resp. d’énergie en amont et en aval du déversoir (p. ex. en utilisant la formule empirique de Hager). A cause de la forte accélération vers le déversoir, il est préférable d’utiliser le niveau d’énergie comme paramètre de référence; ceci afin d’éviter des instabilités numériques. Dans tous les cas, le débit déversé doit être calculé par un calcul de contrôle

indépendant à l’aide d’une formule empirique. 1.5 Charriage Rosier (2007), ainsi que Rosier et al. (2008, 2010) définissent la géométrie d’un massif de déposition, ceci à la suite d’essais en laboratoire. On peut introduire ces dimensions dans un calcul hydraulique. Il faut un certain temps pour que ce massif se développe. Il y a donc deux situations extrêmes; le calcul sur fond fixe d’une part et le calcul sur un massif selon Rosier d’autre part. Les déversoirs prévus sur la Lütschine ont été étudiés en utilisant le modèle unidimensionnel de charriage GESMAT. Ces calculs ont démontré la sensibilité du débit déversé par rapport à la forme de l’hydrogramme d’une part et le niveau initial du fond d’autre part. Lors d’évènement de crues de relativement courte durée, le niveau du fond ne change que de peu. Lors d’évènements de plus longue durée cependant des alluvions sont déposés en fonction du déversement ce qui altère la capacité d’écoulement du chenal. Lors des périodes entre évènements extrêmes le niveau du fond varie aussi dans une certaine mesure, ceci en fonction des débits et de la variabilité des largeurs du chenal. Le niveau du fond présent au début d’un évènement extrême a aussi son incidence sur la caractéristique du déversement.

unidimensionnel courant. Bien entendu, la stabilité du fond devra être vérifiée régulièrement par des relevés. Références Bühlmann, M., Boes, R.M., (2014). Lateral flood discharge at rivers: concepts and challenges, Proc. Intl. River Flow Conference (Schleiss et al., eds.), ISBN 978-1-138-02674-2, Taylor & Francis Group, London, UK: 1799–1806. Degoutte, G., ed. (2012). Les déversoirs sur digues fluviales, 2012, Editions Quae, Versailles, ISBN 978-2-7 592-1886-8. De Marchi (1934). Saggio di teoria del funzionamento degli stramazzi laterali. L’Energia Elettrica 11(11), 849–860. Hager, W.H. (1987). Lateral outflow over side weirs, Journal of Hydraulic Engineering 113(4): 491–504. Hager, W.H., Schleiss, A.J. (2009). Constructions hydrauliques – Ecoulements stationnaires, Traité de Génie Civil, Volume 15, PPUR, 614 pages, ISBN 978-2-88074-746-6. Rosier, B. (2007). Interaction of side weir overflow with bed-load transport and bed morphology in a channel, Ecole polytechique fédérale de Lausanne, thèse no 3872. Rosier B., Boillat J.-L., Schleiss A., (2008). «Trenncharakteristik einer seitlichen Notentlastung an Flüssen unter Berücksichtigung morphologischer Prozesse», KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, (1) Nr. 2, pp. 85–91. Rosier, B., Boillat, J.-L., Schleiss, A. (2010). Semi-empirical model for channel bed evolution due to lateral discharge withdrawal, Journal of Hydraulic Research Vol. 48, No. 2 (2010), pp. 161–168.

1.6

Recommendations du groupe de travail Le calcul de la capacité d’écoulement d’un déversoir latéral doit en principe être basé sur la ligne d’eau. L’utilisation de la formule de Hager est avantageuse. Lorsqu’on utilise le programme HECRAS avec la procédure standard, il faut définir manuellement le niveau d’eau comme paramètre pour l’équation du déversoir. Des nombres de Froude plus élevés que 0.75 doivent être évités. Le cas échéant il faut prévoir un ouvrage transversal ou un étranglement en aval du déversoir, afin d’imposer un régime clairement fluvial. Lors de l’application de modèles numériques bidimensionnels, le maillage doit être très étroit dans le voisinage du déversoir, et le débit déversé doit être vérifié par un calcul de contrôle indépendant simple. Le groupe de travail est d’avis que l’influence du charriage sur la caractéristique de déversement doit être étudiée à l’aide d’un modèle de simulation

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Sinniger, R. O. , Hager, W. H. (1989). Constructions hydrauliques, Traité de Génie Civil, Vol. 15, Presse polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, Switzerland. Subramanya, K., Awasthy, S. C. (1972). Spatially Varied Flow over Side Weirs. Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 98(1),1–10. US Army Corps of Engineers, Hydrologic Center (2010a). HEC-RAS River Analysis System, Hydraulic Reference Manual, Version 4.1. US Army Corps of Engineers, Hydrologic Center (2010b). HEC-RAS River Analysis System, User’s Manual. Groupe de travail Martin Jäggi (présidence), Robert Boes, Marius Bühlmann, Marcel Dähler, Andreas Huber, Heinz Kaspar, Michael Schluh, Heinz Weiss, Sonja Stocker, Volker Weitbrecht, Lukas Schmocker.

297

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itératif avec variation du niveau d’eau et du débit déversé. Le chenal doit donc être défini par plusieurs sections le long du déversoir. La question fondamentale qui se pose lors du calcul hydraulique pour le déversoir latéral est celle, s’il faut considérer la ligne d’eau ou la ligne d’énergie. Toutes les références citées précédemment indiquent la ligne d’eau, mais les indications ne sont pas toujours claires. La question est essentielle, puisque des différences allant jusqu’à 40% ont été trouvées lors de calculs pour des projets d’actualité. Le programme HECRAS est utilisé fréquemment. Le manuel hydraulique présente un calcul basé sur la ligne d’eau en analogie avec la formule de De Marchi (USACE, 2010a, Hydraulic Manual). Pourtant, le manuel de l’utilisateur (USACE, 2010b) ne mentionne uniquement que l’on peut utiliser soit la ligne d’eau, soit la ligne d’énergie; et que la proposition standard est la ligne d’énergie. En utilisant le programme sans changer les paramètres prédéfinis, on reprend la ligne d’énergie et non la ligne d’eau. Il faut donc changer le paramètre pour être en accord avec les explications précitées.

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Empfehlung zur Beurteilung der Gefahr von Ufererosion an Fliessgewässern Fachleute Naturgefahren Schweiz (FAN) und Kommission für Hochwasserschutz (KOHS)

Zusammenfassung Die Fachleute Naturgefahren Schweiz (FAN) und die Kommission für Hochwasserschutz, Wasserbau und Gewässerpflege (KOHS) haben eine Empfehlung zur Beurteilung der Gefahr von Ufererosion an Fliessgewässern erarbeitet. Die Empfehlung beschreibt ein Vorgehen mit den Bearbeitungsschritten Grundszenarien, Schwachstellenanalyse und Wirkungsanalyse. Im Rahmen der Schwachstellenanalyse werden aufgrund der Morphologie und der bekannten Erosionsstellen die massgebenden Gefährdungsbilder identifiziert. Für jedes Gefährdungsbild werden die Belastungsgrössen auf das Ufer und der Erosionswiderstand des Ufers qualitativ oder quantitativ bestimmt. Ist nach dem Fazit der Schwachstellenanalyse für einen Gewässerabschnitt Ufererosion anzunehmen, werden in der Wirkungsanalyse deren Ausmass und räumliche Auftretenswahrscheinlichkeit festgelegt. Anschliessend werden mögliche Folgeprozesse beurteilt. Die hier beschriebene Empfehlung kann in elektronischer Form und in deutscher Sprache auf den Internetseiten der FAN (www.fan-info.ch) und des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (www.swv.ch) bezogen werden. Eine französische Fassung ist in Vorbereitung.

Résumé Les experts suisses en dangers naturels Suisse (FAN) et la Commission pour la protection contre les crues (CIPC) ont élaboré une recommandation pour l'analyse du danger d'érosion de berges le long des cours d'eau. La recommandation décrit une procédure avec les étapes: élaboration des scénarios de base, analyse de points faibles et analyse d'impact. Dans le cadre de l'analyse de points faibles, différents cas de charge sont identifiés en fonction de la morphologie et des sites d'érosion connus. Pour chaque cas de charge, les grandeurs de la charge et la résistance de la berge sont définies de manière qualitative ou quantitative. Si la comparaison des deux grandeurs montre qu'une érosion latérale est probable, on définit l'extension de l'érosion et sa probabilité spatiale. Les possibles processus consécutifs sont analysés par la suite. La recommandation décrite peut être téléchargée en langue allemande sur les sites Internet de la FAN (www.fan-info.ch) et de l'association pour l'économie des eaux (www.swv.ch). Une version française est en préparation.

1. Einleitung Die Ufererosion ist ein Gefahrenprozess, welcher flächenmässig zwar von untergeordneter Bedeutung ist, trotzdem aber immer wieder zu grossen Schäden an Gebäuden und Infrastrukturanlagen führt; nicht zuletzt während der Hochwasser von 2005, 2007 und 2011. Eine wichtige Grundlage, um den Schutz von Siedlungen und Verkehrswegen vor Ufererosion zu planen, ist eine qualitativ und quantitativ nachvollziehbare Gefahrenbeurteilung. Zur Beurteilung des Prozesses Uferero298

sion gibt es bis heute keine allgemein anerkannten Methoden oder Berechnungsgrundlagen. Um diese Lücke zu schliessen, haben die Fachleute Naturgefahren Schweiz (FAN) und die Kommission für Hochwasserschutz, Wasserbau und Gewässerpflege des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (KOHS) eine Empfehlung erarbeitet. Mit der Empfehlung wird angestrebt, dass der Prozess Ufererosion in zukünftigen Gefahrenbeurteilungen einheitlich und nachvollzieh-

bar beurteilt wird. Die Empfehlung ist für Wasserbau- und Naturgefahrenfachleute aus Privatwirtschaft und Verwaltung bestimmt und baut auf den Ausführungen in der Empfehlung des Bundes (Loat und Petrascheck, 1997) auf. Sie schlägt Vorgehensweisen vor, nach denen die Gefahr von Ufererosion beurteilt werden soll. Die Wahl eines geeigneten quantitativen Ansatzes zur Bestimmung des Ausmasses von Ufererosion wird hingegen dem Anwender überlassen. Der vorliegende Artikel fasst die Empfehlung (FAN und KOHS, 2015) zusammen. Die vollständige Empfehlung mit Fallbeispielen kann in elektronischer Form und in deutscher Sprache auf den Internetseiten der FAN (www.fan-info.ch) und des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (www.swv.ch) bezogen werden. Eine französische Fassung ist in Vorbereitung. Der Artikel erscheint zeitgleich in der Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft» und in der FAN-Agenda. 2. Generelles Vorgehen In der Empfehlung wird das Vorgehen für drei verschiedene Bearbeitungstiefen vorgestellt. Es hängt davon ab, ob eine Gefahrenbeurteilung auf Stufe Gefahrenhinweis, Gefahrenkarte oder Einzelgutachten erstellt wird (siehe Bild 2). Mit zunehmender Bearbeitungstiefe werden mehr quantitative Methoden angewandt und der Aufwand für die Erarbeitung von Grundlagen und die Beurteilung selber nimmt zu. In der vorliegenden Zusammenfassung der Empfehlung Ufererosion wird lediglich die Bearbeitungstiefe «Gefahrenkarte» vorgestellt. Für eine Beschreibung des Vorgehens in allen drei Bearbeitungstiefen wird auf die ausführliche Empfehlung verwiesen (FAN und KOHS, 2015). Dort ist das Vorgehen auch anhand zweier Beispiele veranschaulicht. Das Vorgehen lehnt sich an die Praxis der Gefahrenbeurteilung in der Schweiz an und ist in die üblichen Bearbeitungsschritte Grundszenarien, Schwachstel-

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3. Grundszenarien Die Grundszenarien für die Beurteilung der Gefahr von Ufererosion werden gleich definiert wie die Grundszenarien für die Beurteilung anderer Wassergefahren. Es werden der Abfluss Q, die Geschiebezufuhr G und die Holzzufuhr H für Hochwasserszenarien unterschiedlicher Jährlichkeiten bestimmt. 4.

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lenanalyse und Wirkungsanalyse unterteilt (Bild 3). Für jedes definierte Grundszenario werden die Schwachstellen- und Wirkungsanalysen einzeln durchlaufen. Im Rahmen der Schwachstellenanalyse werden aufgrund der Morphologie des Gewässers und der bekannten Erosionsstellen die massgebenden Gefährdungsbilder definiert. Anschliessend werden für diese Gefährdungsbilder die Belastungsgrössen auf das Ufer und der Erosionswiderstand des Ufers beurteilt. Wird für einen Gewässerabschnitt die Möglichkeit der Ufererosion erkannt, werden im Rahmen der Wirkungsanalyse das Ausmass möglicher Erosionen und deren räumliche Auftretenswahrscheinlichkeit bestimmt. Schliesslich muss abgeklärt werden, ob die Ufererosion Folgeprozesse auslösen kann.

Bild 1. Ufererosion an der Trueb beim Hochwasser 2005. Foto: Flussbau AG SAH.

Bild 2. Bearbeitungstiefe in Abhängigkeit der Art des Gefahrengutachtens.

Schwachstellenanalyse

4.1 Bekannte Erosionsstellen Ein wichtiges Hilfsmittel bei der Beurteilung der Gefahr von Ufererosion sind Abklärungen zu bekannten Erosionsstellen am zu beurteilenden Gewässer. Sie liefern Hinweise dazu, wo Ufererosion möglich ist und welches Ausmass diese annehmen kann, geben aber kein abschliessendes Bild potenzieller Erosionsstellen. Mögliche Informationsquellen sind der Ereigniskataster, die Karte der Phänomene, eine Begehung vor Ort oder lokale Wissensträger. 4.2 Morphologie Die Morphologie des Gewässers und die im Gerinne ablaufenden Prozesse (Abfluss, Auflandung, Sohlenerosion, Ufererosion) stehen in einer Wechselwirkung zueinander. Insbesondere bei grossen Hochwasserereignissen können übergeordnete morphologische Prozesse auftreten, welche die Morphologie grundlegend verändern und das Gerinne verlagern. Bei der Beurteilung der Gefahr von Ufererosion müssen deshalb die aktuelle Gerinneform (verzweigt, mäandrierend oder gestreckter Verlauf) sowie deren mögliche Veränderungen während eines Hochwasserereignisses berücksichtigt

Bild 3. Genereller Ablauf zur Beurteilung der Gefahr von Ufererosion.

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werden. Der Geschiebetransport sowie Auflandungs- und Erosionsprozesse während eines Hochwassersereignisses spielen dabei eine wichtige Rolle. Sohlenveränderungen beeinflussen die Erosionsprozesse auch dann, wenn sich die Gerinneform selber nicht ändert: Bei Sohlenerosion kann eine Ufersicherung unterspült werden, wohingegen bei Auflandung das Wasser über die Ufer treten und die Böschungsoberkante erodiert werden kann. Die Beurteilung der Linienführung (gerade oder gekrümmt) gibt Hinweise zum Auftreten der Erosion. Bei gekrümmtem Verlauf erodieren die Ufer tendenziell am Prallhang, während dessen an gestreckten Gerinnen die Erosion beidseitig auftreten kann. Unregelmässigkeiten im Querschnitt wie Abstürze oder Einbauten können zu Querströmungen führen und geben ebenfalls Hinweise zum Auftreten der Ufererosion. 4.3 Gefährdungsbilder Die drei nachfolgend aufgeführten Prozesse können eine Ufererosion auslösen und werden deshalb als Gefährdungsbilder bezeichnet. Sie können einzeln oder in Kombination auftreten. Oftmals lassen sie sich nicht scharf voneinander abgrenzen.

4.3.1 Erosion am Böschungsfuss Sohlenerosion, Kolkbildung oder die Erosion des Böschungsfusses destabilisieren die Böschung, so dass diese nachrutscht (Bild 4). Sohlenerosion kann grossräumig oder lokal auftreten. Kolke können bei Unregelmässigkeiten im Querschnitt, aber auch als sekundärer Prozess auftreten, wenn zum Beispiel eine umgestürzte Ufermauer oder ein umgestürzter Baum den Abflussquerschnitt verengt. 4.3.2 Direkter Strömungsangriff Der direkte Strömungsangriff führt zum Abtrag von Material aus der Böschung und kann auf der ganzen Höhe der Böschung auftreten (Bild 5 links) oder nur auf einem unbefestigten oberen Teil der Uferböschung (Bild 5 rechts). Der direkte Strömungsangriff tritt auf der Aussenseite von Krümmungen am häufigsten auf. Er kann aber auch, ähnlich wie die Kolkbildung, durch Einbauten im Gewässer verursacht werden. Veränderungen der Sohlenlage während eines Hochwasserereignisses führen dazu, dass sich der Angriffspunkt der Beanspruchung nach oben oder unten verschiebt.

4.3.3 Erosion an der Böschungsoberkante Durch Überströmen der Böschungsoberkante oder durch Hinterspülen der Ufersicherung wird die Böschungsoberkante erodiert (Bild 6). Dieser Erosionsprozess ist an den Austritt von Wasser aus dem Gerinne gekoppelt und hängt unter anderem von der Sohlenlage während eines Hochwassers ab. Auch rückfliessendes Wasser kann zu einer Erosion der Böschungsoberkante führen. 4.4 Belastungsgrössen Für die im vorangehenden Schritt als massgebend identifizierten Gefährdungsbilder werden die Grössen der Belastung ermittelt (Tabelle 1). In vielen Fällen ist man auf eine gutachterliche und qualitative Beurteilung angewiesen und diese reicht oftmals aus, um eine Gefahrenkarte zu erstellen. Bei komplexen Verhältnissen müssen die Belastungsgrössen jedoch berechnet werden, damit die Anforderungen an das Produkt Gefahrenkarte erfüllt werden können. Dementsprechend wird in den folgenden Tabellen erst das qualitative Vorgehen beschrieben und anschliessend, abgetrennt durch «erweitert», jeweils die quantitativen Ansätze vorgestellt.

Bild 4. Sohlenerosion, Kolkbildung oder die Erosion des Böschungsfusses destabilisieren die Böschung (links bei niedriger Böschung, rechts bei hoher Böschung). Bedeutung der Bezeichnungen siehe Bild 7.

Bild 5. Ufererosion durch direkten Strömungsangriff. 300

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Bild 7. Bezeichnungen für das Ausmass der Erosion. Foto: Amt für Wald des Kantons Bern (KAWA), 2005. 4.5 Erosionswiderstand Für die als massgebend bezeichneten Gefährdungsbilder wird der Widerstand des Ufers gegenüber der erwarteten Belastung bestimmt. Dazu müssen die Beschaffenheit und der Zustand des Ufers beziehungsweise des umliegenden Terrains erfasst werden (Tabelle 2). 4.6

Tabelle 1. Vorgehen zur Beurteilung der Belastung auf die Ufer.

Fazit der Schwachstellenanalyse Zum Schluss der Schwachstellenanalyse wird aufgrund der in den vorangehenden Schritten gewonnenen Erkenntnissen entschieden, ob an einer bestimmten Stelle des Gewässers Ufererosion auftreten kann. Dabei werden für jedes Grundszenario die möglichen Gefährdungsbilder betrachtet und die jeweilige Belastung auf das Ufer seinem Widerstand gegenüber gestellt (Tabelle 3). Ist die Belastung grösser als der Widerstand, ist grundsätzlich Ufererosion anzunehmen. 5.

Tabelle 2. Vorgehen zur Beurteilung des Widerstandes der Böschung.

Tabelle 3. Vorgehen zum Fazit der Schwachstellenanalyse. «Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Wirkungsanalyse

5.1 Ausdehnung und Intensität Wird im Rahmen der Schwachstellenanalyse ein Ufer als erosionsgefährdet eingestuft, muss das Ausmass der Erosion bestimmt werden. Das Ausmass der Erosion wird durch die Erosionsbreite BUE, Erosionshöhe hUE und Erosionslänge LUE beschrieben (Bild 7). Verschiedene Untersuchungen von vergangenen Hochwasserereignissen, bei welchen typische Erosionslängen und Erosionsbreiten beziffert wurden, geben Hinweise zur Bestimmung des Erosionsausmasses (Bachmann, 2012, Krapesch et al., 2011, Hunzinger und Durrer, 2008). 5.1.1 Erosionsbreite und Erosionslänge Die oben zitierten Untersuchungen zeigen, dass die Erosionsbreite bei übergeordneten morphologischen Prozessen wesentlich grösser ist, als wenn sie durch lokale Phänomene (Einbauten, Unregel301

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Bild 6. Erosion an der Böschungsoberkante.

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Tabelle 4. Intensitätsstufen der Ufererosion. Tabelle 5. Mögliche Werte für die räumliche Auftretenswahrscheinlichkeit pRA von Ufererosion. mässigkeiten) verursacht wird. Bei morphologischen Prozessen lässt sich die Erosionsbreite aus historischen Karten oder morphologischen Berechnungen herleiten. In gestreckten Gerinnen kann sie mit einer Betrachtung der Grenzbreite abgeschätzt werden. Die Grenzbreite ist jene Breite des Querschnitts, bei welcher die Schleppspannung auf die Ufer kleiner ist als die Grenzschleppspannung. Wenn keine Schleppspannungen berechnet werden, lässt sich das Ausmass von Erosionen eventuell aus Beobachtungen früherer Ereignisse ableiten. Eine Erosionslänge kann dort sinnvoll abgegrenzt werden, wo eine Ufererosion klar lokalisiert werden kann. Dies ist der Fall, wenn sie durch eine Einbaute ausgelöst wird oder in einer Flusskrümmung erwartet wird. Auf geraden Flussabschnitten oder auf Abschnitten mit verzweigten Gerinnen ist unter Umständen die gesamte Uferlänge erosionsgefährdet, auch wenn beim konkreten Ereignis das Ufer nicht auf der ganzen Länge erodiert. 5.1.2 Intensität Als Mass für die Intensität der Ufererosion wird die Erosionshöhe (hUE) herbeigezogen. Sie wird lotrecht von der Böschungsoberkante bis zur ursprünglichen Sohle der Erosionsstelle gemessen (Bild 7). Es gelten die Intensitätsklassen, wie sie bereits in der Bundesempfehlung von 1997 (Loat und Petrascheck, 1997) bezeichnet wurden (Tabelle 4). Mit der Erosionsbreite wird die Intensitätsklasse nicht verändert. 5.2

Räumliche Auftretenswahrscheinlichkeit (pRA) Für Risikobetrachtungen wird dem Prozess Ufererosion eine räumliche Auftretenswahrscheinlichkeit pRA zugeordnet. Sie hängt von der Gerinneform und der Linienführung ab. An Prallhängen ist die räumliche Auftretenswahrscheinlichkeit hoch. Wird eine Erosionsgefahr beidseits eines Flusslaufes ausgeschieden, zum Beispiel bei verzweigten Gerinnen, ist die räumliche Auftretenswahrscheinlichkeit geringer. Tabelle 5 gibt einen Hinweis auf mögliche Werte, mit denen die räumliche Auftretens302

wahrscheinlichkeit beziffert werden kann. Die Werte müssen im Einzelfall festgelegt und begründet werden. Wenn die Lage der wahrscheinlichsten Erosionsstelle durch die Situation vorgezeichnet ist, wird ein Wert an der oberen Grenze der Bandbreite gewählt. Gibt es keine Hinweise darauf, wo eine Erosion am wahrscheinlichsten ist, wird ein kleinerer Wert für die räumliche Auftretenswahrscheinlichkeit gewählt.

gelmässigem Querschnitt oder Unsicherheiten bei der Bestimmung von Fundationstiefen von alten Uferverbauungen. Um Unsicherheiten gering zu halten, ist oft ein grosser Aufwand für die Erhebung von Grundlagendaten notwendig. Unsicherheiten können aber auch eingegrenzt werden, indem verschiedene Berechnungsansätze angewandt und miteinander verglichen werden.

5.3 Folgeprozesse Die Ufererosion in einem Fliessgewässer kann folgende Prozesse auslösen: • Es werden Feststoffe mobilisiert (Geschiebe, Schwemmholz, am Ufer gelagerte Gegenstände), welche weiter flussabwärts transportiert werden und dort durch Ablagerung oder Verklausung neue Gefahrenprozesse verursachen. • Die Erosion am Fuss einer hohen Böschung löst einen Hangrutsch aus oder beschleunigt eine bestehende Rutschung. • Im durch Ufererosion verbreiterten Gerinne vermindert sich die Transportkapazität und Geschiebe und Schwemmholz lagern sich auf der Sohle ab. Im Rahmen einer Gefahrenbeurteilung muss die Möglichkeit solcher Folgeprozesse und deren Auswirkungen untersucht werden. Unter Umständen muss der oder die Bearbeiter/in der Gefahrenbeurteilung dazu eine Fachperson aus einer anderen Disziplin beiziehen.

Literatur Bachmann, A., 2012. Ausmass und Auftreten von Seitenerosionen bei Hochwasserereignissen. Geographisches Institut der Universität Bern, Bern. FAN KOHS, 2015. Empfehlung zur Beurteilung der Gefahr von Ufererosion an Fliessgewässern. www.fan-info.ch bzw. www.swv.ch. Hunzinger, L., Durrer, S. Seitenerosion in Bezzola, G.R., Hegg, C. (Ed.), 2008. Ereignisanalyse Hochwasser 2005, Teil 2 – Analyse von Prozessen, Massnahmen und Gefahrengrundlagen. Bundesamt für Umwelt BAFU, Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL. Umwelt-Wissen Nr. 0825: 429 S. Krapesch, G., Hauer, C., Habersack, H., 2011. Scale orientated analysis of river width changes due to extreme flood hazards. Natural Hazards and Earth System Sciences 11, 2137–2147. Loat, R., Petrascheck, A., 1997. Empfehlungen zur Berücksichtigung der Hochwassergefahren bei raumwirksamen Tätigkeiten. Bundesamt für Wasserwirtschaft BWW, Bundesamt für Raumplanung BRP, Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft BUWAL. Romang, Hans (Ed.), 2008: Wirkung von Schutz-

6. Anwendbarkeit und Ausblick Die in diesem Artikel beschriebene Empfehlung ist grundsätzlich auf sämtliche Fliessgewässertypen anwendbar. Werden empirische Formeln für die Berechnung von Belastungsgrössen angewandt ist, allerdings auf deren Gültigkeitsbereich zu achten. Viele Ansätze wurden für Gewässer mit geringem Gefälle erarbeitet und können nur bedingt in steilen Wildbächen und bei Murgängen angewandt werden. In der Empfehlung werden mögliche Unsicherheiten in der Beurteilung diskutiert. So bestehen beispielsweise Unsicherheiten in der Bestimmung von Belastungsgrössen in Gerinnen mit unre-

massnahmen. Nationale Plattform für Naturgefahren PLANAT, Bern. Dank Die Arbeitsgruppe dankt allen, die mit ihren Diskussionsbeiträgen an der Empfehlung mitgewirkt haben und dankt dem Bundesamt für Umwelt für die Finanzierung des Projektes. Autoren Mitglieder der Arbeitsgruppe Ufererosion der Fachleute Naturgefahren Schweiz (FAN) und der Kommission für Hochwasserschutz, Wasserbau und Gewässerpflege (KOHS): Lukas Hunzinger, Annette Bachmann, Ralph Brändle, Paul Dändliker, David Jud und Mario Koksch.

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Vergleich von hydraulischen und numerischen Modellierungen an einer lateralen Hochwasserausleitung im Steilbereich Beatrice Herzog, Martin Bettler, Jürg Speerli, Adrian Stucki, Frieder Semler

Zusammenfassung Im Hochwasserschutzprojekt Nidlaubach SZ wurde eine laterale Ausleitung von Hochwasserabflüssen in einem mit Sperren verbauten Wildbach realisiert. Das Bruttogefälle der Ausleitstrecke beträgt 7%. Mit verschiedenen numerischen Modellen war eine erste Projektgeometrie definiert worden. Der finale Nachweis erfolgte mittels hydraulischen Modellversuchen im Wasserbaulabor der HSR Hochschule für Technik Rapperswil. Im Beitrag werden die Modellierungsergebnisse aus drei numerischen Ansätzen mit den Ergebnissen aus dem hydraulischen Modell verglichen. Der Vergleich erfolgt anhand der Wassertiefe an mehreren Kontrollquerschnitten, der Strömungsbilder sowie der Ausleitcharakteristik.

Sommaire Pour le projet de protection contre les crues du Nidlaubach, canton de Schwyz, un ouvrage de décharge latérale a été réalisé dans ce torrent doté d’un «escalier» de douze barrages de consolidation. La pente du tronçon de décharge est de 7% brut. A l’aide de différents modèles numériques une première géométrie de l’ouvrage avait été définie. La vérification finale était effectuée avec des essais sur un modèle physique au laboratoire de constructions hydrauliques de la HSR (Haute Ecole de Rapperswil). Dans l’exposé les résultats de modélisation de trois approches numériques sont comparés avec les résultats des essais hydrauliques sur le modèle physique. La comparaison se fait à base de la profondeur d’écoulement et des caractéristiques de la décharge latérale. 1.

Das Hochwasserereignis vom 20. und 21. Juni 2007 Aufgrund von schweren Unwettern vom 20. bis 21. Juni 2007 im Grossraum Schwyzer und Glarner Voralpen traten im Dorf Unteriberg die beiden Wildbäche Minster und Nidlaubach über die Ufer und verursachten grosse Schäden. Im Nidlaubach waren aufgrund der hohen Spitzenabflüsse, aber auch der starken Durchnässung der Gerinneeinhänge, starker Geschiebetrieb und Schwemmholztransport zu beobachten. Mehrere Wildbachsperren versagten infolge von Unterkolkung und/ oder Umspülung der Sperrenflügel. Dem Ereignis folgten nebst den dringendsten Sofortmassnahmen und Räumungsarbeiten auch eine umfassende Ereignisanalyse, welche als Grundlage für das Hochwasserschutzprojekt diente. Das Hochwasserereignis 2007 entspricht mit einem Spitzenabfluss von rund 80 m3/s knapp einem 300-jährlichen Ereignis.

Hochwasserschutzprojekt

2.1 Bauliche Massnahmen Das Hochwasserschutzprojekt Nidlaubach beinhaltet im Siedlungsgebiet einen

Gerinneausbau auf ein 100-jährliches Hochwasserereignis, eine Vergrösserung des bestehenden Geschiebesammlers am Kegelhals auf die entsprechenden Ereignisfrachten sowie einen Schwemmholzrechen. Für grössere Hochwasserereignisse wird oberhalb des Siedlungsgebiets eine laterale Ausleitstrecke angeordnet, über welche der überschüssige Teil des Abflusses in einem Entlastungskorridor kontrolliert am Siedlungsgebiet vorbei geleitet werden kann [1]. 2.2 Ausleitstrecke Der Nidlaubach weist auf der Ausleitstrecke einen leicht gekrümmten Verlauf auf und ist mit total 12 Konsolidierungssperren voll verbaut. Das Bruttogefälle beträgt knapp 7%, das Zwischengefälle ab Kolkende bis zum nachfolgenden Überfall liegt unter 1%. Bei den Sperren bildet sich bei allen Abflüssen ein freier Überfall mit anschliessend voll ausgebildetem Wassersprung. Die Fliessgeschwindigkeiten sind hoch. Im Rahmen der Projektierung mussten die hydraulischen Nachweise für die Ausleitung geführt werden. Ein erstes, approximatives Design der Ausleitstrecke im Vorprojekt wurde mithilfe ein- und zweidimensionaler Berechnungen ausgear-

Bild 1. Ausleitstrecke mit klassischen Betonsperren vor dem Umbau.

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nimal erforderliche Freibord wurde nach Jährlichkeit des Ereignisses differenziert. Die entsprechenden Abflüsse sind in Tabelle 1 aufgeführt. 3.

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

Tabelle 1. Massgebende Abflüsse. beitet. Trotz vielversprechender Resultate bestanden durchaus Zweifel daran, ob eine laterale Entlastung im Steilbereich und auf einer Sperrenstrecke funktionieren würde. Die Berechnungen zeigten die typischen hohen Fliessgeschwindigkeiten und Froudezahlen sowie häufige Fliesswechsel. Da die Kolklage und -tiefe unterstrom von Wildbachsperren instationär und stark abflussabhängig sind, musste ausserdem eine Lösung gefunden werden, die hydraulischen Randbedingungen soweit zu definieren, dass eine zuverlässige Ausleitcharakteristik erreicht werden konnte. Die Ausleitung wird durch eine Uferdifferenz initiiert. Mittels Leitspornen an den linksufrigen Sperrenflügeln soll die Ausleitwassermenge vergrössert und der Wegfluss gesichert werden. Unterstrom der Sperren bilden sich tiefe, instationäre Kolke, welche während Hochwasserereignissen die Wasserspiegellagen beeinflussen. Diese Randbedingungen führen zu komplexen und instationären hydraulischen Abflussverhältnissen. Die Strecke

ist daher nicht a priori geeignet für eine laterale Ausleitung mit fester Wehrhöhe. Deshalb wurde bauseits entschieden, die Geometrie der Ausleitstrecke in der Phase Bauprojekt in einem hydraulischen Modellversuch zu überprüfen und zu optimieren. Die Zielgrössen des Modellversuches ergaben sich aus der gewünschten Ausleitcharakteristik. Die Ausleitung soll erst bei einem 100-jährlichen Abfluss von 60 m3/s anspringen. Für die Sicherheit des Dorfes muss ausserdem nachgewiesen werden, dass auch bei einem Zufluss eines EHQ von rund 100 m3/s an der Kantonsstrassenbrücke mitten im Dorf keine unzulässigen Zustände entstehen. 2.3 Ausleitcharakteristik Die angestrebte Ausleitcharakteristik der Entlastungsstrecke war in der Nutzungsvereinbarung zwischen Bauherr, Behörden und Projektverfasser definiert worden. Sie richtet sich nach dem verbleibenden Freibord bei der Kantonsstrassenbrücke, welche mitten im Dorf liegt. Das jeweils mi-

Hydraulische Modelluntersuchung

3.1

Ziele der hydraulischen Modelluntersuchung Hauptziele der hydraulischen Modelluntersuchung waren die Überprüfung und Optimierung der Funktionstüchtigkeit sowie die Bestimmung der Charakteristik der Ausleitung, welche in der Phase des Vorprojektes mittels numerischer Ansätze vordefiniert worden war. Im Weiteren mussten die Kolkentwicklung unterstrom der Sperren erfasst und geeignete Kolkschutzmassnahmen vorgeschlagen werden. Die Funktionalität der Ausleitstrecke und der Kolkschutzmassnahmen konnte für das Bemessungshochwasser nachgewiesen sowie das robuste Verhalten im Überlastfall aufgezeigt werden. 3.2

Hydraulisches Modell

3.2.1 Perimeter Das hydraulische Modell in Froud’scher Ähnlichkeit wurde im Massstab 1:30 im Wasserbaulabor der HSR Hochschule für Technik Rapperswil erstellt und umfasst das Bachgerinne zwischen der Sperre 34 unterhalb des Geschiebesammlers und der Sperre 17 nach der Kantonsstrassenbrücke über eine Länge von rund 400 m. 3.2.2 Aufwand Der Aufbau des hydraulischen Modells dauerte ca. vier Mannmonate, die Durchführung aller Versuche inkl. Datenauswertung und Verfassung des Versuchsberichtes ca. sechs Mannmonate.

Bild 3. Links: Rot markierter Modellperimeter, rechts: Ausleitstrecke mit Leitspornen. 304

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3.3

Ergebnisse

3.3.1 Ausleitstrecke und Ausleitcharakteristik Durch bauliche Massnahmen (Leitsporne, Verengung der Überfallsektionen und lokale Ufererhöhungen) entlang der Ausleitstrecke kann die geforderte Ausleitcharakteristik erreicht werden [2]. Durch die Optimierung der Leitsporne und die Verengung der Überfallsektionen sind entlang der Ausleitstrecke nicht mehr sieben (wie im Vorprojekt vorgesehen), sondern nur noch vier Leitsporne notwendig. Damit genügend Wasser entlastet werden kann, wurden die Überfallsektionen von vier Sperren einseitig um 1.2 m verengt. Um ein zu frühes Anspringen der Entlastung zu verhindern, musste das linke Ufer lokal erhöht werden. 3.3.2 Kolkschutzmassnahmen Die bestehenden Sperren sind nur wenig tief fundiert und müssen baulich gegen Unterkolkung geschützt werden. Gewählt wurden fest gemauerte Kolkwannen aus Blocksteinen, da damit die Kolklage und -tiefe fixiert und das Problem der instationären Kolk- und damit Wasserspiegellagen gelöst werden konnte. 4.

Numerische Modellierungen

4.1

Ziele der numerischen Modellierungen Um die Erfahrungen mit 2-D- und 3-DModellierungstools für solch komplexe hydraulische Abflussverhältnisse vertiefen zu können, wurden vom Projektverfasser parallel zu den hydraulischen Modellversuchen weitere numerische Simulationen durchgeführt und systematisch mit den Modellergebnissen verglichen. Es wurden die Abflüsse gemäss Tabelle 1 untersucht. Dabei wurde bewusst keines der numerischen Modelle anhand des hydraulischen Modellversuches kalibriert. Die Parametrisierung erfolgte nur aufgrund der Erfahrung der Ingenieure. Die Resultate sind also «ungeschönt» und erlauben so effektive Erkenntnisse in Bezug auf den Modelleinsatz. 4.2

Rechenzeit pro Szenario dauert nur wenige Sekunden.

4.2.2 Methodik Die Gerinnegeometrie wurde mittels Querprofilen, welche mithilfe von ArcGIS 9 direkt aus dem vorhandenen Terrainmodell (CAD-Daten) generiert werden, aufgebaut. Für die Abbildung der Ausleitung wurde die Funktion «lateral weir» verwendet. Als Berechnungsansatz wurden die auf ein schräges Wehr modifizierte klassische Wehrformel in der Grundform 1 Q = C*L*H3/2, sowie die in der Software ebenfalls implementierte Formel nach Hager verwendet. Als massgebende Höhe in der Wehrformel wurde dabei der Wasserspiegel gewählt [3]. Der Unterschied in der Wasserspiegellage zwischen den beiden Ansätzen beträgt je nach Abfluss bis +/-0.15 m und ist über die Länge nicht konstant. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Sohl- und Böschungsrauigkeit, welche durch den Manning-Wert, respektive den Strickler-Wert charakterisiert wird. Dieser muss anhand einschlägiger Verfahren geschätzt werden. Aufgrund fehlender Eichdaten wurde der Strickler-Wert ks anhand des Vergleichs der Gerinnemorphologie mit empirisch ermittelten Werten aus der Literatur auf 25 m1/3/s geschätzt. Dieser Wert wurde auch für die 2-D-Simulationen verwendet.

4.3

4.2.3 Ergebnisse Die ausgeleiteten Wassermengen werden in Relation zum hydraulischen Modellversuch deutlich überschritten. Bezogen auf den gesamten Abfluss liegen die ermittelten Ausleitmengen bei 85 m3/s, 11.8% und bei 103 m3/s, 6.2% höher als diejenigen aus den hydraulischen Modellversuchen. Der Wasserspiegelverlauf im Bereich der Sperren stimmt eher schlecht mit demjenigen aus dem hydraulischen Modellversuch überein. Dennoch überraschte es positiv, dass die sehr komplexe hydraulische Situation mit guter Näherung auch mit einem 1-D-Modell abgebildet werden kann. Wie weit dieser Umstand auf andere Fragestellungen, respektive Geometrien übertragbar ist, bleibt offen.

Eindimensionale Modellierung

4.2.1 Rechenverfahren Es wurde das Staukurvenprogramm HECRAS 4.0 [3] eingesetzt, welches für einfache hydraulische Problemstellungen in

Schweizer Ingenieurbüros weit verbreitet ist.

4.2.4 Aufwand Im vorliegenden Fall mit einem vorhandenen Terrainmodell aus der Projektierung konnte die Gerinnegeometrie in einem Arbeitstag erstellt werden. Die eigentliche

Zweidimensionale Modellierung

4.3.1 Rechenverfahren Es wurde das Programm FLUMEN [4] eingesetzt. Das Programm löst die tiefengemittelten Flachwassergleichungen auf unstrukturierten Netzen. Der Programmeinsatz erfolgte auf Anwenderniveau ohne Beizug des Entwicklers. 4.3.2 Methodik Das Berechnungsnetz wurde direkt aus den zur Projektierung erstellten CADGeometrien erzeugt. Basierend auf diesen Terraindaten wird eine Delaunay-Triangulation erstellt. Um die numerische Konsistenz der Modellierung zu gewährleisten, muss die Triangulation gewissen Qualitätsansprüchen genügen. So sind insbesondere «schmale» Dreiecke mit Innenwinkeln unter ca. 20° sowie sehr unstetige Dreiecksgrössen in Berechnungsrichtung zu vermeiden. Am oberen Modellrand wurde das Wasser mittels einer initialen Punktquelle in das Gerinne eingebracht. Dabei werden per se keine Annahmen über Wasserspiegelhöhen oder Fliessgeschwindigkeiten getroffen. Die Strömung entspricht im Bereich der Punktquelle nicht den in natura zu erwartenden Verhältnissen, eine genügend lange Anlaufstrecke bis zum Projektabschnitt ist in jedem Fall nachzuweisen. Am unterstromseitigen Modellrand wurde eine «critical boundary» (entspricht einem vollkommenen Überfall) definiert. Auch dieser Rand muss weit genug von der Entnahmestrecke entfernt liegen, um eine dadurch initiierte Senkungskurve im Projektperimeter ausschliessen zu können. 4.3.3 Ergebnisse In Bild 7 sind die numerisch bestimmten Ausleitmengen und diejenigen aus dem hydraulischen Modellversuch einander gegenüber gestellt. Bezogen auf den gesamten Abfluss liegen die ermittelten Ausleitmengen bei 85 m3/s, 3.9%, bei 103 m3/s, 1.6% höher als diejenigen aus den hydraulischen Modellversuchen. Diese Werte liegen bereits sehr nahe an den physikalisch ermittelten Werten. 4.3.4 Aufwand Die Erstellung einer lauffähigen Triangulation in dieser Perimetergrösse und

C= Wehrkoeffizient, L= aktive Wehrlänge, H= oberstromseitige Energiehöhe

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-komplexität für FLUMEN erfordert einen Zeitaufwand von etwa einem Arbeitstag. Bedingung dafür ist allerdings, dass die Projektgeometrien bestimmten Anforderungen genügen (Auflösung, Detaillierungsgrad, Flächenkonsistenz und Anordnung der Bruchkanten im Bereich von Mauern und anderen senkrechten Elementen). Die Rechenzeit betrug pro Szenario ca. 2 Stunden, was einer Gesamtrechenzeit für eine Variante von ca. 8 Stunden entspricht (Intel Xeon, 2.67 GHz). 4.4

Dreidimensionale Modellierung

4.4.1 Rechenverfahren Die dreidimensionalen Berechnungen wurden mit FLOW-3D [5] durchgeführt. FLOW-3D löst die Erhaltungsgleichungen für Masse und Impuls (Navier-Stokes-Gleichungen) – und ggf. weitere Transportgleichungen – in drei Dimensionen. Insofern werden anders als bei der 1-D- und 2-DModellierung a priori keine vereinfachenden Annahmen getroffen. 4.4.2 Methodik Die Geometrie kann entweder in Form von CAD-Geometrien im STL-Format oder als Topologiedaten importiert werden, im vorliegenden Fall standen STL-Daten für die gesamte Gerinnegeometrie zur Verfügung. Die Erzeugung des Rechengitters erfolgt durch die Spezifikation eines oder mehrerer zusammenhängender kartesischer Blöcke, die das gewünschte Lösungsgebiet überdecken. Hierbei sind die Anfangs- und Endkoordinaten in den drei Koordinatenrichtungen sowie die gewünschte Anzahl von Gitterzellen in jeder Richtung anzugeben. An den Block, welcher den Bachlauf nachbildet, wurde stromaufwärts ein zweiter Gitterblock angesetzt, der nur dazu diente, oberstrom einen definierten Zufluss vorzugeben, ohne gleichzeitig die Spiegelhöhe am Einströmrand vorgeben zu müssen. Die-

ser Block ist ein Reservoir, in welches der gewünschte Zufluss von unten eintritt und dessen Grundfläche so gross ist, dass der Eintrittsimpuls keinen Einfluss auf die Spiegelhöhe am Einströmrand hat, die sich damit in Abhängigkeit der Strömungsverluste stromab frei einstellt. Die Grösse der Gitterzellen wird zunächst dadurch bestimmt, dass die durch das Rechengitter diskretisierte Geometrie die wesentlichen Eigenschaften der realen Geometrie abbilden sollte. Hierfür gibt es kein allgemeingültiges Mass, der Anwender muss anhand des Vergleiches der diskretisierten Geometrie mit den CAD-Daten entscheiden, was «gut genug» ist. Die so gefundene Zellweite wird i.a. noch keine Lösung produzieren, die gitterunabhängig ist, d.h., die sich bei weiterer Verfeinerung des Gitters nicht mehr ändern würde. Daher muss das Rechengitter unter Beachtung der daraus resultierenden Änderung der Zielgrössen – aber auch des Rechenaufwandes – iterativ weiter verfeinert werden, um schliesslich zu einem Rechengitter gelangen, das in akzeptablen Rechenzeiten hinreichend genaue Ergebnisse liefert. 4.4.3 Randbedingungen Oberstrom der Ausleitstrecke wurde, wie oben beschrieben, der gewünschte Zufluss vorgegeben, unterstrom und an der Ausleitung selbst ein Druck von p= 0 – entsprechend einem freien Ausfluss – definiert. Diese Austrittsrandbedingung ist gerechtfertigt, da an diesen Rändern ein überkritischer Strömungszustand vorliegt. An den Wänden wurde eine Haftbedingung mit einer Wandfunktion und einer absoluten Rauigkeit von k = 0.1 m angenommen (versuchsweise wurde auch mit Rauigkeiten von 0.2 m und 0.4 m gerechnet, dies hatte jedoch keinen nennenswerten Einfluss auf das Ergebnis). Die Turbulenzmodellierung erfolgte mit dem RNG-k,ε – Modell von FLOW-3D.

Bild 4. Verlauf des Wasserspiegels entlang der Ausleitstrecke. 306

4.4.4 Ergebnisse In Bild 7 werden die ermittelten Ausleitmengen mit denjenigen aus dem hydraulischen Modellversuch verglichen. Bezogen auf den gesamten Abfluss lagen die Ausleitmengen für alle untersuchten Abflüsse ca. 2% unter denen des Modellversuchs. 4.4.5 Aufwand Die Erstellung des Rechenmodells erforderte inkl. einiger Testrechnungen zur Ermittlung einer sinnvollen Gittergrösse einen Ingenieuraufwand von 1–2 Tagen. Die Spezifikation einer Variante, wie beispielsweise die Vorgabe eines anderen Abflusses und das Starten eines neuen Rechenlaufes, geschieht in Minuten. Es ist auch möglich, die aufeinanderfolgende Berechnung mehrerer Varianten vorab in einer Batch-Datei festzulegen. Bis zur Ausbildung eines quasistationären Strömungszustandes dauerte es ca. 300 s reale Fliesszeit, wenn man mit einem trockenen Bachlauf anfing und ca. 150 s bei einem Neustart einer vorhergehenden Lösung, wie dies bei solchen Modellen üblich ist, da die Benetzung sehr viel Rechenaufwand verlangt. Auf einem Laptop Intel Core2 Duo mit 2.53 GHz betrug das Verhältnis zwischen Rechenzeit und realer Fliesszeit ca. 300, damit ergab sich auf dieser Maschine eine Rechenzeit von ca. 12 h pro Abfluss. 5.

Vergleich der hydraulischen mit den numerische Modellierungen

5.1 Wasserspiegel In Bild 4 ist das hydraulische Längenprofil über die ganze Ausleitstrecke exemplarisch für ein Abflussszenario dargestellt. Gut erkennbar sind die Überfälle bei den Sperren, wo der Wasserspiegel die kritische Tiefe durchläuft und anschliessend ein Wassersprung folgt. Die 3D-Berechnung stimmt über weite Strecken gut

Bild 5. Detail der Senkungskurve bei der Sperre Nr. 28. «Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 6. Senkungskurven und Geschwindigkeitsverteilung aus dem 3-D-Modell im Längsschnitt. mit dem hydraulischen Modell überein und bildet die Druckhöhen im Sprungbereich sehr gut ab. Im 2-D-Modell verläuft der Übergang weniger naturnah, d.h. der Wasserspiegel fällt über die Sperren wenig realistisch sehr steil ab. Im 1-D-Modell bildet sich nicht bei allen Sperren ein klarer Überfall aus. Die Senkungskurven im Bereich der Überfallsektion der Sperre Nr. 28 zeigen diese Unterschiede exemplarisch und sind in Bild 5 vergrössert dargestellt. Es ist ersichtlich, dass dieser Bereich im 1-D- und 2-D-Modell nur approximativ abgebildet wird. Oberstrom der Sperre werden zu hohe Wasserspiegellagen berechnet, welche dann fast senkrecht auf das untere Niveau abfallen. Dies dürfte u.a. ein Grund dafür sein, dass die Ausleitmengen bei beiden Ansätzen überschätzt werden, dies insbesondere beim 1-D-Modell. Das 3-D-Modell zeigt einen realistischen und mit dem hydraulischen Modell annähernd kongruenten Wasserspiegelverlauf. Dies wird auch im Längsschnitt in Bild 6 ersichtlich, wo die Geschwindigkeitsverteilung dargestellt ist.

Bild 7. Ausleitcharakteristika.

schen Modellierungen im Vergleich zum hydraulischen Modell sind in Bild 7 ersichtlich. Sowohl die 2-D-, wie auch die 3-DModellierung ergeben im Vergleich mit dem hydraulischen Modell gute Resultate. Hingegen ergibt die 1-D-Modellierung zu hohe Ausleitwassermengen, weshalb dieser Ansatz als ungeeignet bewertet werden muss. Die mit dem hydraulischen Modellversuch gut korrespondierenden Ausleitcharakteristika der 2-D- und 3-D-Modelle sind auch ein Hinweis darauf, dass nicht nur die Gerinneströmung, sondern auch die Strömungsverhältnisse im Bereich der Leitsporne numerisch gut abgebildet werden können , was im 1-D-Modell nicht möglich ist. 5.3 Strömungsbild Bild 8 zeigt das Strömungsbild bei den Sperren Nr. 27 und Nr. 28 für den hydraulischen Modellversuch sowie für das 2-D- und 3-D-Modell. Insbesondere das 3-D-Modell zeigt ein vergleichbares Bild mit dem hydraulischen Modellversuch im Bereich der Leitsporne und der Verengungen, welche im hydraulischen Modell rot hervorgehoben sind.

5.2 Ausleitcharakteristik Die Ausleitcharakteristika der numeri-

Empfehlungen zur Verwendung der verschiedenen Modellierungstools

6.1 Vor- und Nachteile Für eine erste Annäherung an die Kapazität der Strecke zeigte sich das 1-D-Modell als hinreichend geeignet. Trotz sehr vereinfachter Annahmen über eine Sperrentreppe wie in diesem Projekt, sind die Wasserspiegellagen brauchbar und der Prozess wird im Grundsatz trotz der häufigen Fliesswechsel und hohen Froudezahlen korrekt abgebildet. Die Berechnung der Ausleitcharakteristik ist jedoch auf Stufe Ausführungsprojekt ungenügend. Zudem führen Änderungen der Parameter, wie z.B. bezüglich der Modellierung der Sperren und Ausleitstrukturen, zu einer sehr grossen Variation der Ausleitwassermengen, so dass die Unsicherheiten für einen projekttauglichen Nachweis zu gross wären. Das 2-D-Modell ist v.a. auf Seite der Daten aufwendiger. Die Projektgeometrie muss vollständig als DTM definiert sein. Da dies mit den heutigen CAD-Werkzeugen aber ohnehin immer häufiger gemacht wird, ist die Einschränkung zu relativieren. Der Aufwand für die Terrainmodellierung,

Bild 8. Abfluss von 85 m3/s, hydraulisches Modell, 2-D-Modell, 3-D-Modell. «Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

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welcher zusätzlich zur projektbedingten Konstruktion nötig ist, beträgt wenige Arbeitstage. Die Modellierung selbst ist im 2-DModell heute nicht mehr aufwändiger als mit dem 1-D-Modell. Auch die Rechenzeiten sind überblickbar, so dass ohne weiteres ausführliche Variantenuntersuchungen durchgeführt werden können. Die 2-D-Modellierung ergibt aber deutlich aussagekräftigere Resultate und kann für die hydraulische Dimensionierung der vorliegenden Fragestellung als geeignet bezeichnet werden. Hinsichtlich der Erstellung der Projektgeometrie gilt bei der 3-D-Modellierung das Gleiche wie beim 2-D-Modell. Die Anforderungen an den Anwender sind bei einer 3-D-Modellierung nicht a priori höher als bei der 1-D- oder 2-D-Modellierung, sondern anders: während es bei ersteren darauf ankommt, das numerische Modell korrekt zu parametrisieren, wird die

Lösung bei der 3-D-Modellierung wesentlich von der Qualität des Rechengitters bestimmt. Das Gitter muss so fein wie nötig und so grob wie möglich sein, um ausreichend genaue Ergebnisse in akzeptablen Rechenzeiten zu liefern. In dieser Hinsicht einen guten Kompromiss zu finden, ist die Aufgabe des Anwenders. 6.2 Grenzen Eine wichtige Einschränkung muss in Bezug auf die Sohlenlage gemacht werden. Die Hydraulik kann nur korrekt berechnet werden, wenn die Sohlenlage definiert ist. Im vorliegenden Fall wurde zunächst von instationären Kolklagen und -tiefen ausgegangen, so dass ein numerischer Nachweis nicht zuverlässig hätte geführt werden können. Erst durch die Anordnung der festen Kolkwannen entstand eine definierte, für numerische Berechnungen geeignete Projektgeometrie.

Bild 9. Bau der Ausleitstrecke im Herbst 2014, Blick in Fliessrichtung.

6.3 Fazit Sowohl der 2-D- als auch der 3-D-Ansatz eignen sich für die Dimensionierung der Ausleitstrecke. Ohne Durchführung des hydraulischen Modellversuches hätten die Parametrisierung und die Sensitivitätsanalyse eine noch wichtigere Rolle gespielt. Wie vorher beschrieben wurden zugunsten des Vergleichs die numerischen Modelle nicht am Modellversuch kalibriert. Eine Kalibrierung auf den Ist-Zustand mithilfe der Beobachtungen beim Ereignis könnte die Ergebnisse der numerischen Ansätze u.U. noch erheblich verbessern, da die Gerinnegeometrie bis auf die leichten Verengungen bei einigen Sperren und die Kolkwannen im Projekt praktisch unverändert bleibt. Wie auch in anderen Projekten, bestätigten die guten Resultate am Nidlaubach grundsätzlich die Tauglichkeit dreidimensionaler Strömungsmodelle – wie sie in der Industrie längstens üblich sind – auch für den Wasserbau. Selbst ein mehrere hundert Meter langer Gerinneabschnitt kann mit vernünftigem Aufwand modelliert werden. Die Ergebnisse sind robust und übertreffen die Aussagen der einfacheren Modelle. Diese Aussage bezieht sich zurzeit aber nur auf die ReinwasserHydraulik. Dreidimensionale Mehrphasenmodelle sind in Entwicklung, aber im Wasserbau noch wenig erprobt. Generell sind alle Fragestellungen, in welchen die Sohlenlage nicht stationär ist, mit den verwendeten numerischen Modellen nicht zuverlässig beantwortbar. Auch kann der Überlastfall mit Eintrag von Geschiebe und Schwemmholz in die Ausleitstrecke in dieser Art nur im hydraulischen Modell untersucht werden. 7. Bauausführung Das Hochwasserschutzprojekt Nidlaubach befindet sich seit Frühjahr 2013 in der Bauausführung. Die Ausleitstrecke wurde

Bild 10. Kolkwanne, Prinzip und Bauausführung, Fliessrichtung im Foto von rechts nach links.

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Literatur [1] Herzog Ingenieure AG/Meier + Partner AG/ Dr. von Moos AG: «Hochwasserschutz Nidlaubach, Auflageprojekt». Davos Platz/Lachen/Zürich, März 2010. [2] Speerli, J., Stucki, A.: «Technischer Bericht Modellversuche Nidlaubach», HSR Hochschule für Technik Rapperswil, Januar 2010. [3] US Army Corps of Engineers: HEC-RAS 4.0, Davis, USA, Software und «Hydraulic Reference Manual», Stand 2010. [4] Beffa, C.: «2.-D-Strömungssimulation mit FLUMEN», fluvial.ch, 2004. [5] Flow Science Inc.: FLOW-3D User Manual Version 9.4, Santa Fé, USA, 2009 [6] Herzog Ingenieure AG: Hochwasserschutz Nidlaubach, Ausführungsprojekt, Davos Platz, 2012–2015.

Bild 11. Bau der Ausleitstrecke im Herbst 2014, Sporn Nr. 28 von unterstrom her gesehen.

Anschrift der Verfasser Beatrice Herzog, Dipl. Ing. ETH

im Rahmen des 2. Bauloses im Herbst 2014 realisiert. In Bezug auf die Ausleitung war dabei insbesondere der lage- und höhengenaue Versatz der Kolkwannen eine Herausforderung. Die Höhengenauigkeit wurde zu +/– 0.15 m festgelegt, was eine detaillierte Absteckung der Wanne erfordert und praktisch schon der natürlichen Rauhigkeit der Blöcke entspricht. Dies stellt sehr hohe Anforderungen an den Unternehmer, aber auch an die Submissionsunterlagen. Die Bauleitung muss die Arbeiten eng begleiten, damit nicht zu viele Blöcke wieder ausgebaut werden müssen. Die Kolkwannen wurden zwischen den alten Konsolidierungssperren und neuen, sohlenbündigen Vorsperren ver-

legt. Die Vorsperren wurden zuerst erstellt, so dass die Blöcke dann mit einem festen unterstromseitigen Anschlag versetzt werden konnten. Die Bachsohle unterstrom der Kolkwannen wurde mit einem aufgelösten Deckwerk gesichert, um die Tiefenerosion oberstrom der jeweiligen Folgesperre zu reduzieren. Die Sporne wurden aus Sichtbeton erstellt und auch nicht verkleidet oder anderweitig kaschiert. Sie sind statisch als Kasten ausgebildet und verfügen über eine durchgehende Bodenplatte. Grosse Öffnungen in der Platte verhindern zusätzlichen Auftrieb. Gegen unterstrom sind die Sporne ab einer gewissen Höhe offen. Bis auf diese Höhe wurden sie mit Erdreich verfüllt. Sie werden später bepflanzt.

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Martin Bettler, Dipl. Natw. ETH Herzog Ingenieure AG, CH-7270 Davos Platz herzog@herzog-ingenieure.ch bettler@ herzog-ingenieure.ch Prof. Dr. Jürg Speerli HSR Hochschule für Technik Rapperswil CH-8640 Rapperswil, juerg.speerli@hsr.ch Adrian Stucki, Dipl. Ing. FH, Zum Zeitpunkt der Ausführung tätig bei der HSR, heute AF-Consult Switzerland AG, CH-5400 Baden, adrian.stucki@afconsult.com Frieder Semler, Dipl. Ing. CFD Consultants GmbH, D-72108 Rottenburg fs@cfdconsultants.de

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Die nächste Ausgabe von «Wasser Energie Luft» erscheint am Donnerstag, 10. März 2016 Das SWV–Team wünscht allen Leserinnen und Lesern frohe Festtage

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Die Schwemmholzdynamik eines steilen voralpinen Gebirgsbaches Alexandre Badoux, Jens M. Turowski, Matthias Jochner, Markus Stoffel, Christian Rickli

Zusammenfassung Holz tritt in Bächen und Flüssen in Stücken verschiedenster Grösse auf und erfüllt dabei unterschiedliche Rollen. Einerseits stellt Holz eine wichtige Energiequelle in aquatischen Ökosystemen dar und andererseits beeinflussen grosse Holzstücke massgeblich die Gerinnemorphologie und die Fliesseigenschaften von Gerinnen. Im vorliegenden Artikel wird gezeigt, dass der Export organischen Materials aus dem steilen Einzugsgebiet des Erlenbaches (Kanton Schwyz) hauptsächlich durch grosse bis aussergewöhnliche Abflussereignisse bestimmt wird. In diesem Zusammenhang spielen Verklausungen oder Holzstufen eine sehr wichtige Rolle. Bei niedrigem bis mässigem Abfluss führen Holzstufen zur Ablagerung von Holzstücken verschiedener Grösse. Nur aussergewöhnlich intensive Abflussereignisse vermögen diese Verklausungen zu zerstören und das gespeicherte Material zu mobilisieren. Zudem verstärken diese Hochwasser die Hangprozesse entlang des Gerinnes und sorgen so für die Bereitstellung von frischem Schwemmholz zur Bildung neuer Holzstufen.

1. Einleitung Schwemmholz spielt in Gewässern eine wichtige hydraulische, flussmorphologische und ökologische Rolle. Es ist ein integraler Bestandteil eines jeden natürlichen Fliessgewässers mit bewaldetem Einzugsgebiet (Wohl, 2013). Grosse Schwemmholzstücke mit einer Länge ≥ 1.0 m und einem Durchmesser ≥ 0.1 m werden oft als «large woody debris» (oder LWD) bezeichnet und beeinflussen die Fliessgeschwindigkeit und Geschiebetransportraten. Sie haben die Tendenz sich zu verkeilen und bilden besonders in steilen Gerinnen häufig Verklausungen oder Holzstufen. Diese Holzverklausungen wirken als Barrieren für Geschiebe und lagern auch zusätzliches organisches Material ein. Sie wandeln Energie um und variieren die Abflussgeschwindigkeiten; auf diese Weise gestalten sie Lebensräume für Wirbellose und Fische. Schwemmholz in steilen Einzugsgebieten wird durch verschiedene Prozesse ins Gerinne eingetragen: kleine bis sehr kleine Stücke organischen Materials wie Blätter, Nadeln, Zweige und Früchte (z.B. Bucheckern, Fichtenzapfen) fallen oft direkt von angrenzenden Baumbeständen in den Wasserlauf; grössere Stücke wie Äste oder ganze Stämme gelangen mit kriechenden oder rutschenden Hängen oder durch Sturmwinde, Schnee-

gleiten bzw. auch Lawinen in ein Gerinne. Direkt am Ufer stehende Bäume können schliesslich während Hochwasserereignissen durch Seitenerosion mitgerissen werden. Wenn sie einmal im Gerinne sind, werden Schwemmholzstücke verkleinert, wobei physikalische, biologische und chemische Prozesse eine Rolle spielen können. Grosse, relativ unbewegliche Stücke (z.B. in einer Verklausung) vermorschen zunehmend und verlieren so an Festigkeit. Wenn Schwemmholztransport über die Dauer eines Hochwasserereignisses betrachtet wird, sind die physikalischen Verkleinerungsprozesse wohl am wichtigsten. Darunter fallen unter anderem Bruch bei Hindernissen, Ablösung von Teilen eines Stückes durch den Wasserdruck, Zerkleinerung (Vermahlung, Abschleifen) durch Geschiebekörner und der Kollaps von gesamten Verklausungen. Bei fortgeschrittener Vermorschung erfolgt die physikalische Verkleinerung schneller. Es ist heute noch wenig darüber bekannt, welche Verkleinerungsprozesse unter gegebenen Bedingungen im Gerinne am wichtigsten sind und wie die verschiedenen Prozesse zusammenwirken. Wenn Holzstücke bei erhöhtem Abfluss aus einem Einzugsgebiet transportiert werden, gehen sowohl Nährstoffe wie auch Energie für das Ökosystem des Gewässers verloren (Fisher und Likens,

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1973). Zudem können flussabwärts gefährliche Situationen beispielsweise an Brücken oder Durchlässen entstehen (z.B. Comiti et al., 2006; Mazzorana et al., 2011; Ruiz-Villanueva et al., 2014). Daher wird Schwemmholztransport in Kombination mit Hochwasser oft als eine beträchtliche Gefahrenquelle in dicht bevölkerten Gebirgsregionen betrachtet. Während des extremen Hochwassers im August 2005 spielte der Holztransport an verschiedenen Orten eine Schlüsselrolle, indem er Bachausuferungen, schwere Überschwemmungen und Übersarungen begünstigte (z.B. Grosse Melchaa im Mündungsdelta in Sarnen OW, s. Bezzola und Hegg, 2008). Die Probleme durch Holz im Gerinne lassen sich einerseits mit Gerinneunterhalt wie das Entfernen oder allenfalls Zerkleinern von Totholz reduzieren. Zudem kann mit baulichen Massnahmen Schwemmholz zurückgehalten oder schadlos weitergeleitet werden (Bezzola und Lange, 2003). Die Schwemmholzsituation kann aber auch durch geeignete Pflegeeingriffe in der ufernahen Bestockung verbessert werden (Frehner et al., 2005; Covi, 2008; Rickli, 2009). Der vorliegende Artikel fasst zwei Studien zusammen, die in den letzten Jahren durch die Eidg. Forschungsanstalt WSL zusammen mit Partnern im voralpinen Einzugsgebiet des Erlenbaches durchgeführt wurden (Turowski et al., 2013; Jochner et al., 2015). Transportiertes organisches Material wurde bei Niederwasser, erhöhten Abflüssen sowie bei Hochwasser mittels verschiedener Methoden gesammelt. Die Proben wurden sortiert und gewogen und die Transportraten für Stücke schwerer als 0.1 g bei verschiedenen Abflüssen bestimmt. Um das Transportverhalten von Schwemmholz in einem Wildbach zu beschreiben und die Einflüsse des Abflussregimes und der physischen Eigenschaften einzelner Holzstücke auf deren Mobilisierung, Transport und Ablagerung zu untersuchen, wurde zudem eine Holztracerstudie im Erlenbach durchgeführt. Damit 311

sollten unter anderem auch die Grundlagen zur Gefahrenbeurteilung in Bezug auf die Schwemmholzproblematik verbessert werden. Schliesslich richteten wir einen speziellen Fokus auf die für unser Untersuchungsgerinne und viele andere Wildbäche typischen Holzverklausungen, die eine wichtige Rolle für den Schwemmholzhaushalt steiler Gebirgsbäche zu spielen scheinen. 2. Untersuchungsgebiet Das Wildbach-Einzugsgebiet des Erlenbaches liegt südlich von Einsiedeln im Alptal (Kt. SZ) in den Schweizer Voralpen und ist seit über 30 Jahren Gegenstand der Forschung an der Eidg. Forschungsanstalt

WSL (Hegg et al., 2006). Es ist west-exponiert und deckt einen Höhenbereich von 1110 bis 1655 m ü.M. ab (Bild 1). Die mittlere jährliche Niederschlagsmenge liegt bei 2290 mm, wobei rund ein Drittel dieser Menge im Winterhalbjahr als Schnee fällt. Geologisch liegt das 0.74 km2 grosse Einzugsgebiet im Flysch der Einsiedler Schuppenzone. Die Böden bestehen aus undurchlässigem sandig bis kiesigem Ton glazialen Ursprungs. Rund 40% des Gebietes sind bewaldet und die restlichen 60% sind Nassflächen und Wiesen. Das Hauptgerinne des Erlenbaches weist eine mittlere Neigung von 18% auf. Bei erhöhten Abflüssen ab ca. 200 bis 300 l s-1 kann fluvialer Geschiebetrans-

port auftreten; Murgänge ereignen sich im Erlenbach nicht. Das Abflussgeschehen ist stark von der Jahreszeit abhängig. Im Winter werden typischerweise konstant geringe Abflusshöhen beobachtet, welche im Frühling während der Schneeschmelze für eine Periode von ein bis zwei Monaten deutlich und mit einem ausgeprägten Tagesgang ansteigen. Hohe Abflusswerte über 1000 l s-1 werden fast ausschliesslich bei intensiven Gewitterniederschlägen registriert, die in der Region im Sommer häufig auftreten. Diese konvektiven Regenereignisse sind für die meisten geschiebeführenden Hochwasser im Erlenbach verantwortlich. Der höchste je im Erlenbach registrierte Abflusswert beträgt 14 600 l s-1, das mittlere jährliche Hochwasser liegt um 2000 l s-1. 1982 wurde unmittelbar oberhalb der Mündung des Erlenbaches in den Zwäckenbach ein Sedimentrückhaltebecken (Geschiebesammler) sowie eine Abflussmessstation errichtet. Diese Arbeiten legten den Grundstein für eine kontinuierliche Abfluss- und Geschiebebeobachtung. Die Entwicklung bzw. der Ausbau der Gesamtanlage im Allgemeinen und des Geschiebemesssystems im Speziellen wurden u.a. von Rickenmann und McArdell (2007), Rickenmann et al. (2012) und Beer et al. (2015) beschrieben. 3.

Methoden

3.1 Bild 1. Übersichtskarte des Einzugsgebiets des Erlenbachs im Alptal (Kanton Schwyz). Der rot gekennzeichnete, untere Teil des Gerinnes entspricht dem Untersuchungsabschnitt der 2012 durchgeführten Holztracerstudie (Jochner, 2013; Jochner et al., 2015).

Erfassung des Schwemmholzaustrages Der Austrag von Stücken organischen Materials verschiedener Grössen (in der Folge als Schwemmholz bezeichnet) aus dem Einzugsgebiet wurde mit drei verschiede-

Bild 2. (a) Erfassung des Austrags von Stücken organischen Materials mittels Geschiebefangnetzen im Erlenbach bei leicht erhöhtem Abfluss (Schneeschmelze, 2. April 2012); (b) ein automatischer Geschiebefangkorb steht bei mittlerem Abfluss im Einsatz (29. Juli 2010); (c) mit RFID-Sender ausgerüstetes Holzstück der Längenklasse 0.5 m im Bachbett des Erlenbaches. 312

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nen Ansätzen ermittelt, um einen möglichst grossen Bereich von Abflusswerten abzudecken. Bei tiefen bis mittleren Abflüssen bis 1000 l s-1 (Grossteil der Messungen < 250 l s-1), bei denen man sich ohne Gefahr ins Gerinne begeben konnte, wurde ein mobiles Fangnetzsystem eingesetzt (Bunte et al., 2004; siehe auch Bild 2a). Bei höheren Abflüssen zwischen ungefähr 200 bis 1500 l s-1 (Grossteil der Messungen > 400 l s-1) kamen die von Rickenmann et al. (2012) beschriebenen und weltweit einzigartigen automatischen Geschiebefangkörbe zum Einsatz (Bild 2b). Zwei Messwerte wurden schliesslich nach den ausserordentlichen Abflussereignissen in den Sommern 1995 und 2010 erfasst. Das im Geschieberückhaltebecken des Erlenbaches abgelagerte Schwemmholz konnte damals eingesammelt und vermessen werden (Bild 3a; Tabelle 1). 3.1.1 Fangnetze Als Geschiebefangnetze bezeichnet man tragbare Probennehmer, welche auf der Gerinnesohle eines zu untersuchenden Baches oder Flusses installiert werden. Diese Fangnetze wurden in Nordamerika entwickelt, um in eher flachen Kiesflüssen Geschiebeproben zu entnehmen (Bunte et al., 2004, 2007), können allerdings auch gut für die Erfassung von organischem Material verwendet werden. Ein Fangnetz besteht aus einem Aluminiumrahmen von 0.3 m Breite und 0.2 m Höhe, an dem ein 1–2 m langes Netz befestigt ist, welches das gesammelte Material aufnimmt (Bild 2a). Die in der vorliegenden Studie verwendeten Netze weisen eine Maschenweite von 6 mm auf. Der Rahmen des Fangnetzes wird mit kurzen Spanngurten an eine Metallplatte fixiert, die mit Hilfe von zwei in den Untergrund geschlagenen

Stangen direkt auf der Sohle des Gerinnes befestigt ist. Messungen mit den Fangnetzen wurden an drei Stellen in einer Stufen-Becken-Einheit des Erlenbaches rund 20 m oberhalb der Abflussmessstation durchgeführt. Mit diesem System ist es möglich, bei geringen bis mittleren Abflüssen die gesamte Fliesstiefe zu erfassen. Die Effizienz der Probenahme hängt primär vom Bereich der Partikelgrösse ab, der mit dem Fangnetz aufgenommen werden kann. Bei den Abflussverhältnissen, welche während der Messkampagnen vorherrschten, war es uns zu jedem Zeitpunkt möglich, die grössten transportierten Stücke organischen Materials zu erfassen. Die genaue Mess- und Interpolationsprozedur bei den Probenahmen im Erlenbach ist in Turowski et al. (2013) detailliert beschrieben. Meistens wurden die Fangnetze während 10 bis 20 Minuten im Gerinne eingesetzt. Bei einzelnen Probenahmen musste die Messdauer allerdings der vorherrschenden Rate der Materialzufuhr (Geschiebe und organisches Material) angepasst werden, welche primär durch die Abflussverhältnisse bestimmt wird. Bei verhältnismässig hohem Abfluss (~1000 l s-1) blieben die Netze nur wenige Minuten in der Strömung, um eine Überbe-

lastung der Netze zu vermeiden. Bei sehr geringen Abflüssen (~1–10 l s-1) hingegen wurde während mehrerer Stunden gemessen, um genügend Material für die Analyse sammeln zu können. Die hier präsentierten Daten wurden im Frühjahr 2012 (während der Schneeschmelze) sowie im Sommer 2012 (nach Niederschlägen und während Niederwasser) erfasst. 3.1.2 Fangkörbe Die automatischen Geschiebefangkörbe bestehen vereinfacht formuliert aus oben offenen Metallwürfeln mit 1 m Kantenlänge, die im Bereich des Einlaufes in den Geschiebesammler des Erlenbaches auf einem Schienensystem lateral bewegt werden können (Bild 3a, im Hintergrund). Die seitlichen Wände und der Boden der Fangkörbe bestehen aus Metallgitter mit einer Maschenweite von 10 mm (Bild 2b). Die Probenahme wird automatisch ausgelöst, wenn sowohl der Abfluss wie auch die mit dem Geophonmesssystem (Rickenmann et al., 2012) erfassten Erschütterungen einen festgesetzten Grenzwert überschreiten. Alle technischen Details zu den automatischen Geschiebefangkörben wurden von Rickenmann et al. (2012) beschrieben. Für die Messung wird ein Fangkorb

Tabelle 1. Angaben zu Abfluss, Geschiebefrachten und Schwemmholzvolumen während den vier grössten Ereignissen im Erlenbach seit Messbeginn (vgl. auch Tabelle 2 in Turowski et al., 2009).

Bild 3. (a) Aufnahme des Geschiebesammlers des Erlenbaches mit abgelagerten Holzstücken verschiedener Grössen nach dem Ereignis vom 1. August 2010; (b) Aufnahme der Verklausung LJ1 am 19. Juli 2011, knapp ein Jahr nach dem ausserordentlichen Abflussereignis vom 9. August 2010. «Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

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in den Abflussstrahl bewegt (Bild 2b). Bei Abflüssen bis 1500 l s-1 sind die Körbe breit genug, um den gesamten Wasserstrahl zu erfassen und um die grössten transportierten Holzstücke aufzunehmen. Die Effizienz der Probenahme ist vor allem durch den unteren Grenzwert der gesammelten Stücke (10 mm) gegeben. Die hier präsentierten Fangkorbdaten wurden im Zeitraum von Mai bis November der Jahre 2009 bis 2012 erfasst, wenn Niederschlagsereignisse einen erhöhten Abfluss im Erlenbach verursachten (Turowski et al., 2013). Das mittels Fangnetzen und Fangkörben gesammelte organische Material wurden in einem ersten Schritt von Geschiebematerial getrennt und vor Ort (nass) gewogen. Danach trocknete man die Materialproben in einem Trocknungsofen während 24 h bei 80 °C im Labor und erfasste zusätzlich das entsprechende Trockengewicht. Für einen Teil der Fangnetz- und Fangkorbproben wurden zudem Einzelstücke von mehr als 0.1 g (Netzproben) bzw. 1 g (Korbproben) vermessen und gewogen (Turowski et al., 2013). 3.1.3 Grossereignisse Bei sehr hohen Abflüssen können Geschiebe und organisches Material nicht mehr gefahrlos mit Netzen oder Körben aufgefangen werden. Grösseres Material wird jedoch im Sedimentrückhaltebecken des Erlenbaches abgelagert (Bild 3a; Tabelle 1). Nach zwei ausserordentlichen Hochwasserereignissen im Juli 1995 und im August 2010 mit Spitzenabflusswerten im Bereich von 10 000 l s-1 wurden Holzstücke mit einem Durchmesser von mindestens 5 cm eingesammelt und im Feld vermessen. Anhand der Informationen zu Stücklänge und -durchmesser konnten unter Annahme einer zylindrischen Form und einer für das Einzugsgebiet typischen Holzdichte die Volumen der einzelnen Stücke abgeschätzt werden. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Probenahmen mit Körben und Netzen lässt sich bei diesem Ansatz kein eindeutiger Erfassungszeitraum und somit auch kein entsprechender Abfluss bestimmen. Aus Erfahrung ist jedoch bekannt, dass erhebliche Holzmengen im Geschiebesammler erst dann auftreten, wenn Abflusswerte im Bereich von 5000 l s-1 erreicht werden. Bei Ereignissen mit tieferen Abflussspitzen transportiert der Wildbach nur einzelne Stücke in das Becken. Um demnach einen repräsentativen Abflusswert für den Transport grosser Holzstücke während beiden untersuchten Ereignissen zu erhalten, wurden alle Minu314

tenwerte grösser 5000 l s-1 gemittelt; das waren 20 Werte für das Ereignis 1995 und 18 Werte für 2010. 3.2 Tracerstudie Zusätzlich zu den Messungen der natürlichen Austragsraten organischen Materials aus dem gesamten Einzugsgebiet, führten wir im Sommerhalbjahr 2012 eine Holztracerstudie durch. Damit konnten die Transportcharakteristiken von Holzstücken entlang eines 320 m langen Untersuchungsabschnittes im untersten Bereich des Erlenbaches analysiert werden (Jochner, 2013; Jochner et al., 2015). Zu diesem Zweck wurden insgesamt 236 zugeschnittene zylindrische Stücke mit RFID-Sendern (RFID = Radio-FrequencyIdentification-Devices) ausgestattet. Etwa der Hälfte der Hölzer wurde vor dem Einsatz die seitlichen Äste entfernt. Der RFID-Ansatz wurde in Kiesflüssen Kanadas erstmals zur Untersuchung des Geschiebetransports angewendet (Lamarre et al., 2005) und konnte auch im Erlenbach (Meier, 2009; Hegglin, 2011; Schneider et al., 2014) sowie in der hochalpinen Gornera im Wallis (Schäfer, 2012; Gattiker, 2014) erfolgreich eingesetzt werden. Erste Erfahrungen mit dieser Methodik zur Analyse von Schwemmholztransport wurden z.B. von MacVicar et al. (2009) beschrieben. Die in der vorliegenden Studie verwendeten Holzstücke lassen sich in vier Grössenklassen einteilen (Stücklängen von ca. 0.1, 0.2, 0.5 und 1.0 m) und wurden im Juni 2012 im Bachbett ausgesetzt (Bild 2c). Bestandsaufnahmen erfolgten im Laufe des Sommers bis in den Oktober 2012 sechs Mal, jeweils nach Niederschlagsereignissen, die erhöhte Abflüsse im Erlenbach verursachten. Während dieser Untersuchungsperiode konnten elf Abflussereignisse mit Spitzenwerten über 500 l s-1 registriert werden (Maximum während der Studie: 1250 l s-1). Aufnahmen wurden weitgehend bei Niedrigwasser durchgeführt, wobei der gesamte Untersuchungsabschnitt mit Hilfe eines mobilen Antennensystems systematisch abgesucht wurde. Nachdem ein Holzstück aufgespürt und identifiziert wurde, konnte die genaue Position entlang des Gerinneprofils mit Hilfe von festen Referenzpunkten eingemessen werden. Ebenfalls registriert wurden die Ablagerungscharakteristiken: Orientierung des Stücks, seitliche Entfernung vom Talweg, Beschreibung des Ablagerungsorts (freies Gerinne oder Verklausung). Um auch diejenigen Stücke zu erkennen, welche aus dem Untersu-

chungsabschnitt geschwemmt wurden, kam eine stationäre RFID-Antenne bei der Abflussmessstation zum Einsatz. Dank mehrfachen Ortungen der einzelnen Stücke konnte ihr Transportverhalten während Abflussereignissen abgeschätzt und ein Transportprofil mit insgesamt sechs Zeitschritten erstellt werden. Aufgrund der beschränkten Genauigkeit bei der Lokalisierung der Holzstücke, setzte man einen Grenzwert für die Bewegung (zwischen zwei Messungen) von 0.5 m ein. Details zur Holztracerstudie wurden von Jochner (2013) beschrieben. 3.3

Untersuchung der Verklausungen (Holzstufen) Die 320 m lange Untersuchungsstrecke entlang des Gerinnes wurde sorgfältig erkundet und grosse Holzstücke wurden kartiert. Dabei lag das Augenmerk hauptsächlich auf den im Gerinne in regelmässigen Abständen vorkommenden Holzverklausungen (sogenannte «log jams», nachfolgend mit LJ abgekürzt; auch als Holzstufen bezeichnet, vgl. Bild 3b). Als solche definierten wir eine Akkumulation von groben Holzstücken, die im unmittelbaren Bereich mindestens eines ursprünglichen Schlüsselstücks abgelagert wurden (Warren et al., 2009). Schlüsselstücke sind besonders umfangreiche Baumteile (oft grosse Äste oder ganze Stämme), welche an mindestens einem Ende im Uferbereich fest verankert sind. Die Holzstufen und deren Perimeter wurden im Feld vermessen. Die Länge und der Durchmesser der in Holzstufen enthaltenen Stücke (Mindestlänge von 1 m) wurden erfasst. Zur Abschätzung von Gesamtholzvolumen und -masse jeweils einer Stufe wurde von einer zylindrischen Form der Stücke und einer Trockendichte von Holz im Bereich von 410 kg m-3 ausgegangen (charakteristisch für die verbreitet vorkommende Fichte, Picea abies). Das Gesamtvolumen der Holzstücke kleiner als 1 m in einer Stufe wurde von Auge abgeschätzt. Um Angaben zur Verweilzeit der in den Holzstufen gelagerten grossen Holzstücke zu erhalten, wurde eine Jahrringanalyse gemäss dem Ansatz von Stoffel und Corona (2014) durchgeführt. Als erstes musste eine Referenzchronologie von unmittelbar im Gerinnebereich stehenden Bäumen erarbeitet werden, wozu Bohrkerne von 30 lebenden Fichten entnommen wurden. Es gab leider zu wenige Laubbäume mit einem empfohlenen Mindestdurchmesser von 30 cm (Hyatt und Naiman, 2001) im Untersuchungsabschnitt. Aus diesem Grund beprobte man

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in einem nächsten Schritt ausschliesslich die grossen Nadelholzstücke in den Holzstufen und registrierte Daten für eine Gesamtzahl von 24 Stücken in neun verschiedenen Stufen. Mittels der Referenzchronologie liess sich schliesslich für 20 der untersuchten Proben das Kalenderjahr ermitteln, in dem der entsprechende Baum abstarb (vier der Stücke waren bereits stark zerfallen oder wurden beträchtlich beschädigt). Eine ausführliche Beschreibung der ausgeführten Jahrringanalyse wurde von Jochner (2013) gegeben. 4.

sehr nahe an die auf Fangnetz- und Fangkorbdaten basierende Eichkurve zu liegen. Dies bekräftigt die Gültigkeit der erarbeiteten Beziehung zwischen Transport und Abfluss während seltener Hochwasserereignisse. Unter Verwendung der Eichkurve aus Bild 4a und der langjährigen Abflussganglinie des Erlenbaches lässt sich der Export von organischem Material aus dem Einzugsgebiet berechnen. Solange vorausgesetzt wird, dass die aus den verschiedenen Messungen resultierende Eichkurve (i) langfristig mehr oder weniger

konstant ist und (ii) auch saisonal keine bedeutenden Schwankungen erfährt, kann dieser Ansatz zur Abschätzung des Holzexportes für einzelne Abflussereignisse oder auch über längere Zeitperioden angewendet werden. Da die Transportrate von Schwemmholz im Erlenbach eine starke Abhängigkeit vom Abfluss aufweist (hoher Exponent b der Eichkurve von 4.47), wird der Materialexport aus dem Gebiet hauptsächlich durch grosse bis sehr grosse Abflussereignisse bestimmt (Bild 4b). Während des ausserordentlichen Abflussereignisses vom 1. August 2010 führte der

Resultate

4.1

Holztransportraten im Erlenbach Die Trockenmasse der gesammelten Schwemmholzstücke einer einzelnen Fangnetz- oder Fangkorbprobe wurde durch die entsprechende Messzeitdauer geteilt, um eine abflussspezifische Transportrate organischen Materials zu erhalten. Aufgrund der unterschiedlichen Maschenbreite der Netze (6 mm) und der Metallgitter der Körbe (10 mm) musste allerdings eine Korrektur durchgeführt werden, um die verschiedenen Messmethoden vergleichbar zu machen. Dieser Vorgang wurde von Turowski et al. (2013) erläutert und wird hier nicht näher beschrieben. Die korrigierten Probendaten wurden gegen den Abfluss aufgezeichnet, um eine allgemein gültige Eichkurve zu erhalten. In Bild 4a repräsentiert jede einzelne Messung einen Datenpunkt. Die Grafik zeigt dabei im Log-Log-Raum eine deutliche Abhängigkeit der ermittelten Transportraten vom Abfluss des Erlenbaches. Die resultierende Eichkurve besitzt die Form: QHolz = a Qb, wobei QHolz der Transportrate des organischen Materials entspricht, Q den Abfluss im Erlenbach darstellt, a = 4.42 ×10-15 kg/(m3b s1-b) und b = 4.47±0.21. Für die Bestimmung des Exponenten (4.47) wurde eine lineare Regressionslinie an die log-transformierten Daten angepasst. Es sei besonders betont, dass die beiden Datenpunkte der ausserordentlichen Hochwasserereignisse (oben rechts in Bild 4a, vgl. auch Abschnitt 3.1.3) für die Regression nicht berücksichtigt wurden. Diese Datenpunkte sind am stärksten von Unsicherheiten behaftet, da jeweils nur Holzstücke mit einem Trockengewicht von mindestens 3000 g repräsentativ gesammelt wurden. Auch diese Messungen mussten für die Darstellung in Bild 4a korrigiert werden (Turowski et al., 2013). Die angepassten Datenpunkte kommen dabei

Bild 4. (a) Transportrate der Holzstücke in Funktion des Abflusses im Erlenbach. Dargestellt sind die korrigierten Transportraten (Turowski et al., 2013), wobei die Daten der Fangkörbe und der Grossereignisse auf Stücke mit einem Mindestgewicht von 0.1 g extrapoliert wurden (R2 = 0.94). Die Datenpunkte der beiden Abflussereignisse (Juni 2007 und August 2010) fallen im Diagramm praktisch an die gleiche Stelle; sie wurden für die Eichkurve nicht verwendet. (b) Prozentsatz des gesamten kumulativen Holzexportes aus dem Einzugsgebiet des Erlenbaches in Abhängigkeit des Abflusses. Nur ca. 10% des totalen Holzaustrags erfolgt bei Abflüssen unter 4000 l s-1. Ein solcher Abflusswert wird im Mittel jährlich nur während ca. sechs Minuten übertroffen, wodurch deutlich wird, dass die hohen Abflüsse den gesamten Holztransport im Erlenbach dominieren.

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315

Wildbach gemäss unserer Methode zum Beispiel nahezu 2 × 106 kg Schwemmholz aus dem Gebiet heraus. Dies entspricht knapp 95% des gesamten Exports des ganzen Jahres 2010. Starke Abhängigkeiten des Exports von organischem Material vom Abfluss sind auch aus anderen Einzugsgebieten bekannt (z.B. Wallace et al., 1995), wenn auch nicht durch die Bestimmung einer auf einer Vielzahl von Messungen basierenden Eichkurve.

Spitzenabfluss, als auch vom Hochwasserabflussvolumen zwischen zwei Messungen (Jochner, 2013; Jochner et al., 2015). Der deutlichste positive Zusammenhang konnte zwischen der Mobilisierungsrate und einem gewichteten Abflussvolumen (Berücksichtigung des Quotienten von Spitzenabfluss und kritischem Abfluss bei Geschiebetransportbeginn) festgestellt werden. Einmal mobilisiert, weisen die Holztracer im Erlenbach auch unterschiedliche Transportdistanzen auf. Diese wurden stark durch die unterschiedliche Stücklänge beeinflusst, wobei kürzere Tracer über beträchtlich längere Distanzen verfrachtet wurden (Bild 5; s. auch Ruiz-Villanueva et al., 2015). Man kann davon ausgehen, dass diese Beobachtung auf die hohe Rauigkeit in steilen

4.2

Mobilisierung und Transportdistanzen von Holzstücken Das erarbeitete Transportprofil aus dem Tracerversuch zeigt eine mässig bis hohe Abhängigkeit der Mobilisierungsrate (Anteil der zwischen zwei Feldaufnahmen bewegten Holztracerstücke) sowohl vom 0.1 m Tracer

0.2 m Tracer

0.5 m Tracer

1.0 m Tracer

Gesamt

●

300

● ● ●

Transportdistanz (m)

● ● ● ●

● ●

●

200

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● ●

●

● ● ●

● ●

100

●

● ● ●

● ● ● ●

●

Nein

●

● ● ● ●

●

● ● ● ● ● ●

● ●

●

● ● ●

124

255

Nein

Ursprünglich in Verklausung

Bild 5.Transportdistanzen der markierten Holzstücke (Tracer) aufgeteilt nach ihrer Grösse (die vier ersten Boxplotgruppen repräsentieren vier Grössenklassen, die fünfte Spalte stellt alle Holzstücke dar) und nach ihrem Standort vor einem Abflussereignis (Boxplot links = in einer Verklausung; Boxplot rechts = ausserhalb einer Verklausung). Die Zahl unter den einzelnen Boxplots gibt die genaue Anzahl Datenpunkte an, welche in der Untersuchung berücksichtigt wurden (Jochner et al., 2015).

Wildbächen (und somit der grossen Anzahl potenzieller Hindernisse) zurückzuführen ist, wobei lange Schwemmholzstücke viel eher blockiert werden als kurze. In einem nächsten Schritt wurden weitere mögliche Einflussfaktoren auf die Mobilität der Tracer untersucht: die Dichte der Holzstücke, das Vorhandensein von seitlichen Ästen, die Orientierung der Stücke zur Fliessrichtung sowie die Distanz der Stücke zum Talweg. Mit Ausnahme der Orientierung der Tracer zum Fluss zeigten alle anderen Faktoren einen schwachen bis starken Einfluss auf die Mobilisierungsrate und/oder auf die Transportdistanz. Die Auswirkungen der oben genannten Faktoren wurden allerdings weitgehend durch einen wichtigeren Effekt überlagert, nämlich dem Vorhandensein von breiten Holzstufen oder Verklausungen im Erlenbach. Die Resultate der Tracerstudie machen deutlich, dass die zahlreichen Holzstufen wirksame Barrieren gegen den Transport von Holzstücken verschiedener Grösse darstellen. Die markierten Hölzer wurden während Abflussereignissen hauptsächlich direkt in oder im unmittelbaren Umfeld der neun Holzverklausungen des Untersuchungsabschnittes abgelagert. Dies wird durch die Berechnung der Punktdichte der Tracer eindeutig bestätigt (Bild 6). Zudem bewegten sich Holzstücke, welche in Holzstufen aufgefangen wurden, im Laufe der verbleibenden Untersuchungsperiode nur selten weiter flussabwärts. Der Unterschied zwischen den beobachteten Transportdistanzen von Stücken, welche sich bei Niederwasser in oder ausserhalb einer Holzstufe befanden, ist für alle Grössenklassen beträchtlich und für kleine Stücke besonders gross (Bild 5). Diese deutliche Diskrepanz lässt

Bild 6. Karte der Untersuchungsstrecke der Holztracerstudie (vgl. Bild 1). Eingezeichnet sind die neun datierten Verklausungen (LJ1 bis LJ9) sowie die Punktdichte der abgelagerten Tracerstücke (Jochner, 2013; Jochner et al., 2015). 316

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die Vermutung zu, dass auch kleine, leichte Holzstücke kleiner als 0.1 m, welche beispielsweise bei moderaten Abflüssen mit Fangnetzen gesammelt wurden, sich typischerweise in Holzstufen verfangen und vorzugsweise dort abgelagert werden. Aufgrund dieser Beobachtungen erwartet man zudem, dass ein sehr grosser Export von Holz im Erlenbach nur möglich ist, wenn zumindest einige Holzstufen zerstört werden und ihr gesamtes gespeichertes Material während eines Hochwassers flussabwärts transportiert wird. Um Informationen zum ungefähren Grenzabfluss zu erhalten, der für den Bruch von Holzstufen notwendig ist, wurden die neun Stufen des Untersuchungsabschnittes näher betrachtet. Verweilzeiten grosser Holzstücke und Stämme in Holzstufen Die Eigenschaften der neun im untersuchten Gerinneabschnitt identifizierten Holzstufen (LJ1 bis LJ9) sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Auf den gesamten Untersuchungsabschnitt bezogen haben sich pro 100 m Gerinne im Mittel 2.8 Holzstufen gebildet, was einem Anteil von 16.7% der bordvollen Gerinnefläche entspricht (Bild 6). Eine solche Dichte an Verklausungen ist im Vergleich zu steilen bewaldeten Einzugsgebieten der Schweiz eher hoch (Rickli, 2009), aber gemäss nordamerikanischen Studien nicht ungewöhnlich (z.B. Kraft et al., 2011). Die Position und das Ausmass der Holzstufen zeigen einen starken Zusammenhang mit dem Auftreten von Rutschungsaktivität der Bacheinhänge und von Ufererosion entlang des Gerinnes. Sieben der neun Holzstufen bildeten sich höchstwahrscheinlich durch den seitlichen Eintrag eines einzelnen sperrigen Baumes, der sich vor Ort im Gerinne verkeilte und so zu einem Schlüsselholzstück wurde. Zwei Sperren (LJ1 und LJ7) entstanden hingegen oberhalb von grossen Felsblöcken, welche das Gerinne verengten und allmählich mittlere und grosse Holzstücke blockierten. Mit Ausnahme von LJ1, dessen Entstehung nicht ganz geklärt werden konnte, wurden alle Verklausungen um Schlüsselstücke oder -stämme gebildet, die aus dem ufernahen Waldbestand stammen und in unmittelbarer Nähe ihres ursprünglichen Standorts abgelagert wurden. Die Jahrringanalyse ergab Verweilzeiten der 20 in Verklausungen liegenden grossen Holzstücke von 1 bis 13 Jahren bei einem Median von 4 Jahren (Tabelle 2). Nur zwei datierte Stücke gelangten vor 2007 ins Gerinne. Sie liegen beide in Holz-

Tabelle 2. Eigenschaften der neun im Untersuchungsabschnitt liegenden Holzverklausungen (LJ).

4.3

Bild 7. Zeitpunkte des Absterbens der Bäume, welche in den neun Verklausungen abgelagert sind, dargestellt durch die kleinen Kreise (vgl. Tabelle 2); die grauen Balken zeigen den registrierten Spitzenabfluss des Erlenbaches im entsprechenden Jahr an (sekundäre y-Achse). stufe LJ1 und stammen von Bäumen, die 1999 und 2002 abgestorben sind. Besonders viele der Bäume, deren Stämme oder grosse Äste in den neun Holzverklausungen abgelagert sind, sind in den Jahren 2007 und 2010 abgestorben (sieben bzw. fünf Stücke, Bild 7). Holzteile von Bäumen, die in den Folgejahren von 2007 und 2010 abgestorben sind, sind deutlich weniger stark vertreten (2008: drei Stück; 2009: ein Stück; 2011: zwei Stück). Zwischen den Verweilzeiten der datierten Holzstücke im Gerinne und den verschiedenen Eigenschaften der entsprechenden Holzstufen (Lage im Untersuchungsabschnitt, Fläche, Holzvolumen oder -masse) konnten keinerlei signifikanten Korrelationen festgestellt werden. Der Eintrag von grossen Holzstücken in das Gerinnebett erfolgt vorzugsweise während ausserordentlichen Hochwasserereignissen. Dieser Zusammenhang wurde beispielsweise auch im Rahmen einer Untersuchung von zwei

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

voralpinen Wildbächen beobachtet (Hitz, 2008). Im Erlenbach entsprechen tatsächlich die Jahre, während denen die meisten Bäume abgestorben und ins Gerinne gelangt sind, den Jahren mit bedeutenden Hochwasserabflüssen infolge intensiver Gewitter (Juni 2007 und August 2010). Praktisch alles Holz, das vor dem Juni 2007 ins Gerinne eingetragen wurde, ist während dieses Hochwasserereignisses mit einer statistischen Wiederkehrperiode von etwa 50 Jahren ausgeschwemmt worden. Das Ereignis im August 2010 (Wiederkehrperiode von etwa 20 Jahren) sorgte zwar nicht für eine komplette Ausschwemmung des im Gerinne gespeicherten Holzes, aber verursachte trotzdem den (teilweisen) Kollaps einiger Holzstufen. Die beiden seltenen Abflussereignisse führten indes nicht nur zum Austrag beträchtlicher Holzmengen, sondern aktivierten ebenfalls den Eintrag neuen Holzes. Durch die Erosion der Uferbereiche rutschten an mehreren Stellen die Bacheinhänge nach 317

und trugen so grosse Holzstücke und einige ganze Bäume ins Gerinne, wodurch sich neue Verklausungen bilden konnten. 5. 5.1

Diskussion

Konzeptuelles Modell für Holzstufen Unsere Beobachtungen im voralpinen Erlenbach können in einem einfachen konzeptuellen Modell zur Beschreibung des Auf- und Abbaus von Holzstufen zusammengefasst werden (Bild 8). Entlang von steilen rauen Gerinnen bilden sich Holzverklausungen generell um grosse, sperrige Schlüsselholzstücke (teilweise frische ganze Bäume, Stämme oder Teile davon, mit oder ohne Wurzelstock). Die verschiedenen grossen Stücke einer Holzstufe stammen weitgehend von Bäumen, die in der unmittelbaren Umgebung der Stufe abgestorben sind. Das angesammelte Holz versperrt den Abflussquerschnitt und führt zu einer deutlichen Abnahme der Fliessgeschwindigkeiten und einem Rückgang der Transportkapazität von Geschiebe und organischem Material. Holzstufen stellen somit temporäre Ablagerungsstandorte dar, und wachsen mit der Zeit. Mit zunehmender Grösse einer Verklausung nimmt auch der stabilisierende Effekt auf die Ge-

rinneeinhänge im Oberlauf zu. Solange in einem steilen Einzugsgebiet nur kleine bis mittlere (z.B. statistisch jährliche) Abflussereignisse auftreten, entwickeln sich Holzstufen weiter und erhöhen aufgrund ihres Wachstums mit der Zeit auch ihre Kapazität, Material aufzunehmen und zu speichern (Bild 8a). Erst wenn sich ein ausserordentliches Hochwasser ereignet, treten im Wildbachsystem grundlegende Veränderungen auf (vgl. auch Turowski et al., 2009). Für das Untersuchungsgebiet Erlenbach beobachtete man dies für Ereignisse im Sommer 2007 und Sommer 2010, als konvektive Niederschläge einen schnellen Abflussanstieg und hohe Spitzenwerte verursachten (Jährlichkeiten von 20 bis 50 Jahren). Ältere ebenfalls intensive Abflussereignisse sind aus den Jahren 1984 und 1995 bekannt (Turowski et al., 2009). Solche Hochwasser haben in Wildbächen zwei unterschiedliche Effekte: Erstens brechen sie Verklausungen auf, exportieren somit praktisch alle Holzstücke eines Abschnittes in den Vorfluter und führen zu intensivem Geschiebetransport (Bild 8b). Dabei kann der Kollaps einer Holzstufe die Stabilität von flussabwärts liegenden Stufen negativ beeinflussen und das Gerinne wird vorübergehend von einem Grossteil

des bisher gespeicherten Materials geräumt. Zweitens verursacht die Zerstörung der Stufen-Beckensysteme und die damit verbundene Erosion des Bachufers auch eine Destabilisierung der Hänge (Bild 8c). Die Reaktivierung und Verstärkung der Rutschprozesse (Schürch et al., 2006) verstärkt damit die Kopplungseffekte zwischen dem Gerinne und dem Hang. Es vergeht in der Regel nicht viel Zeit bis neue Stämme die Bildung neuer Holzstufen und somit einen neuen Zyklus einleiten (Bild 8d). Dieses konzeptuelle Modell erklärt die starke Abhängigkeit der im Erlenbach ermittelten Holztransportraten vom Abfluss und somit die beträchtliche Steilheit der ermittelten Eichkurve (Bild 4a). Die Tatsache, dass im Erlenbach keine Murgänge auftreten und alles Geschiebematerial fluvial transportiert wird, stellt eine wichtige Voraussetzung für das in Bild 8 skizzierte Modell dar. In ähnlichen, allenfalls noch steileren Wildbächen ist es durchaus möglich, dass die Ausräumung des Gerinnes massgeblich durch Murgangereignisse erfolgt. In der Publikation von Jochner et al. (2015) werden zusätzlich die zeitlichen Charakteristiken des Schwemmholzeintrags und -austrags im Erlenbach mit den Eigenschaften anderer Einzugsgebiete verglichen.

Bild 8. Darstellung des vierstufigen konzeptuellen Modells zur Beschreibung des Auf- und Abbaus von Holzstufen im Erlenbach. (a) Gerinnebett nach einer längeren Phase ohne ausserordentliches Hochwasser. Eine Holzstufe reduziert die Transportkapazität für Geschiebe und organischem Material und stabilisiert die Gerinneeinhänge. (b) Ein grosses Abflussereignis mobilisiert die Verklausung und transportiert alle Holzstücke aus dem Gerinneabschnitt. (c) Die Zerstörung von Holz- und Blockstufen sowie die erfolgte Seitenerosion während des Hochwassers reaktivieren die Rutsch- und Kriechbewegungen in den Seitenhängen. Neue sperrige Schlüsselstücke werden in das Gerinne eingetragen. (d) Um das Schlüsselstück sammelt sich weiteres Material: ein neuer Kreislauf der Holzdynamik beginnt (Jochner et al., 2015). 318

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

5.2

Bedeutung für die Bewirtschaftung kleiner Einzugsgebiete Der ökologischen Funktion von Schwemmholz stehen oft die negativen Auswirkungen bei ausserordentlichen Hochwasserereignissen gegenüber. Unsere Resultate sind für die Bewirtschaftung von Waldflächen in kleinen Gebirgseinzugsgebieten und den Unterhalt der entsprechenden steilen Gerinne relevant. Wie diese Studie zeigt, sammelt sich Schwemmholz und Geschiebe oftmals an Holzverklausungen an. Während seltener Abflussereignisse wird das Material in der Regel mobilisiert. Dadurch verschärft sich das Gefahrenpotenzial entlang des Gerinnes. Das Schadenpotenzial ist zwar üblicherweise in steilen Wilbach-Einzugsgebieten eher klein. Dies ändert sich jedoch wo die Bäche durch Siedlungen fliessen und zudem oft auch bei der Mündung in Gebirgsflüsse, wenn Geschiebeablagerungen das Gefälle reduzieren und dadurch bei Hochwasser Ausuferungen möglich werden. In diesem Zusammenhang stellt sich generell die Frage, ob grosse Holzstücke aus Gerinnen und Holzstufen entnommen werden sollen oder nicht. Denn in Perioden mit kleinen und mittleren Ereignissen halten eben diese Holzstufen beträchtliche Geschiebemengen zurück und wirken stabilisierend auf die Bachsohle. Zudem verbessern sie die Habitatbedingungen, z.B. für Salmoniden wie die Bachforelle (Salmo trutta fario), indem sie die Fliessverhältnisse variieren und flachere Abschnitte gestalten (Gurnell et al., 1995). Sofern es die Situation an einem Wildbach erlaubt (geringes Schadenpotenzial im Einzugsgebiet, keine Schwachstellen in Siedlungsgebieten) sollte daher geprüft werden, ob Verklausungen im Gerinne der Biodiversität willen nicht toleriert werden können. Wo jedoch Bäche mit Schwemmholz durch besiedelte Gebiete fliessen und Schwachstellen (Durchlasse, Brücken usw.) vorhanden sind, müssen Massnahmen getroffen werden. Dazu zählen neben Bauwerken zum Rückhalt oder für das kontrollierte Weiterleiten von Schwemmholz auch Räumungen von Holz aus den Bachgerinnen sowie Pflegemassnahmen in den gerinnenahen Beständen mit dem Ziel, den Eintrag grosser Holzstücke in das Gerinne zu reduzieren und die Bestandesstabilität zu verbessern. 6.

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen In einem ersten Schritt wurde im vorliegenden Beitrag eine Eichkurve zwischen Holz-

transportrate und Abfluss im Wildbacheinzugsgebiet des Erlenbaches erarbeitet. In Kombination mit der langjährigen Abflussganglinie lässt sich damit der Export von organischem Material aus dem Gebiet berechnen, für einzelne Jahre oder für individuelle Hochwasserereignisse. Die Transportrate von Schwemmholz im Erlenbach weist eine starke Abhängigkeit vom Abfluss auf. Dies bedeutet, dass der Materialexport aus dem Gebiet hauptsächlich durch grosse bis sehr grosse Abflussereignisse bestimmt wird, was auch für andere kleine Einzugsgebiete beobachtet wurde. Zweitens werden in diesem Beitrag Tracerversuche im Erlenbach präsentiert. Diese legen eine deutliche Abhängigkeit der Holzmobilisierungsrate vom Spitzenabfluss und vom Hochwasserabflussvolumen nahe. Werden Holzstücke erst einmal in Bewegung gesetzt, weisen sie verschiedene Transportdistanzen auf, die durch die unterschiedliche Stücklänge beeinflusst werden. Kurze Hölzer werden dabei über grössere Distanzen transportiert als lange Hölzer, weil sie eher an den verschiedenen möglichen Hindernissen im Gerinne vorbeikommen und weniger blockiert werden. Sehr effektive Blockaden stellen im Erlenbach die zahlreichen, charakteristischen Holzstufen dar. Unsere Resultate zeigen, dass grosse Tracerstücke (0.5 oder 1.0 m), die direkt in oder im unmittelbaren Umfeld einer Holzverklausung abgelagert wurden, während kleinen und mittleren Hochwasser praktisch nicht mehr mobilisiert werden. Bei kleinen Stücken (0.1 und 0.2 m) wurden zumindest einzelne Fälle beobachtet, bei denen in Holzstufen liegende Tracer weiter transportiert wurden. Unsere Untersuchungen legen nahe, dass ein grosser Export von Schwemmholz im Erlenbach nur im Falle eines Versagens bzw. eines Bruchs mehrerer Holzstufen möglich ist. Pro 100 m Gerinnelänge treten im Untersuchungsgebiet durchschnittlich 2.8 Verklausungen auf, die in der Regel dort entstehen, wo die seitlichen Bacheinhänge regelmässig rutschen und grosse, sperrige Holzstücke oder ganze Stämme in den Erlenbach eintragen. Mit Hilfe einer Jahrringanalyse konnte festgestellt werden, dass die meisten in den Holzstufen gelagerten Holzstücke noch nicht lange Zeit im Gerinne liegen (Verweilzeiten zwischen 1 und 13 Jahren bei einem Median von 4 Jahren). Zudem starben auffällig viele Bäume, deren Holz in den Holzverklausungen liegt, in den Jahren 2007 und 2010 ab. Die grosse Mehrheit des Schwemmholzes, das vor dem Juni 2007 ins Gerinne gelangte,

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

wurde während eines Hochwasserereignisses mit einer statistischen Wiederkehrperiode von 50 Jahren ausgeschwemmt. Ein weiteres ausserordentliches Ereignis im August 2010 mit einer Wiederkehrperiode von 20 Jahren verursachte ebenfalls den Bruch einiger Holzstufen. Nach den grossen Abflussereignissen wurde jeweils der Eintrag neuen Holzes eingeleitet: infolge verstärkter Erosion der Uferbereiche rutschten vielerorts Bacheinhänge nach und trugen so neue sperrige Holzstücke ins Gerinne. Die Frage, ob grosse Holzstücke aus Bächen und deren Holzstufen vorsorglich entnommen werden soll oder nicht, muss immer differenziert betrachtet werden. Wo kein wesentliches Schadenpotenzial besteht, kann Schwemmholz ein Gerinne durch seine ökologische Funktionen aufwerten, ansonsten sind Hochwasserschutzmassnahmen zu treffen. Verdankung Die hier vorgestellten Untersuchungen wurden teilweise im Rahmen der SNF-Projekte 200021_124634/1

und

200021_137681/1

durchgeführt. Wir danken allen gegenwärtigen und ehemaligen Kolleginnen und Kollegen der Forschungseinheit Hydrologie und Massenbewegungen der Eidg. Forschungsanstalt WSL, insbesondere N. Federspiel, A. Klaiber, A. Ludwig, A. Pöhlmann, D. Hunziker, C. Schär, A. Stahel, K. Steiner, C. Wyss und M. Sieber für ihre wertvolle Unterstützung im Feld und Labor. Zudem danken wir T. Schneider, M. Conder und M. Fischer vom Geographischen Institut der Universität Bern für ihre Hilfe bei der Ausführung der Tracerstudie sowie D. Trappmann, J. Ballesteros und A. Sorg von dendrolab.ch für die fachliche Unterstützung und Beratung bei der dendrochronologischen Datierung. Fachliche Gespräche mit K. Bunte, D. Rickenmann, B. Fritschi, R. Hilton, N. Hovius, J. Kirchner, K. Krause und P. Schleppi, von welchen unsere Untersuchungen beträchtlich profitierten, seien hier ebenfalls verdankt. Literatur Beer, A.R., Turowski, J.M., Fritschi, B., RiekeZapp, D. (2015): Field instrumentation for highresolution parallel monitoring of bedrock erosion and bedload transport. Earth Surface Processes and Landforms, 40, 530–541. Bezzola, G.R., Lange, D. (2003): Umgang mit Schwemmholz im Wasserbau. «Wasser Energie Luft», 95(11/12), 360–363. Bezzola, G.R., Hegg, C. (Eds.) (2008): Ereignisanalyse Hochwasser 2005, Teil 2 – Analyse von Prozessen, Massnahmen und Gefahrengrundlagen, Umwelt-Wissen Nr. 0825, Bundesamt für Umwelt BAFU & Eidg. Forschungsanstalt WSL, Bern, 429 S.

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«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

Präsidialansprache anlässlich der 104. Hauptversammlung des SWV in Wettingen

Caspar Baader

«Geschätzte Mitglieder, sehr geehrte Damen und Herren Wir alle wissen es und wir haben es auch in den heutigen Beiträgen gehört: Die einheimische Wasserkraft ist unter enormen Kostendruck geraten. Nicht durch Misswirtschaft der Betreiber, sondern durch energie- und klimapolitische Fehlentwicklungen mit diskriminierenden, europaweiten Milliardensubventionen für einzelne Stromquellen, begleitet von einem nicht funktionierenden CO2-Emissionshandel und zusätzlich verschärft durch hohe staatliche Abgaben im eigenen Land. Zerfall Grosshandelspreise und drückende Abgaben Die Handelspreise auf dem Europäischen Strommarkt sind im Vergleich zum Hochpreisjahr 2008 (wechselkursbereinigt für die Schweiz) auf einen Drittel zusammengeschrumpft! Und die gehandelten Preise für Bandenergie scheinen auch bei aktuell unter 4 Rappen pro Kilowattstunde keinen Boden gefunden zu haben – jedenfalls deuten die Termingeschäfte auf absehbare Zeit nicht auf eine Trendwende hin. Bei diesen Preisen kann nur noch die Produktion aus subventionierten Quellen gewinnbringend oder wenigstens kostendeckend verkauft werden. Die einheimische Wasserkraft, die heute bereits zu mehr als der Hälfte am Markt bestehen muss, kann trotz vergleichsweise günstigen Gestehungskosten in der Grössenordnung von – je nach Typ, Alter und Standort der Anlage – 3 bis 10 Rappen pro Kilowattstunde nicht mithalten. Die Konsequenz: Bei vielen Wasserkraftwerken reichen die erwirtschafteten Erträge bei weitem nicht mehr aus, um die vollständigen Kosten zu decken! Das zehrt an der Substanz und beschert letztlich der öffentlichen Hand als direkte oder indirekte Eigentümerin vieler Wasserkraftwerke gewaltige Verluste in Millionenhöhe. Erschwerend kommt hinzu, dass der Spielraum der Betreiber für Kostensenkungen äusserst eng ist. Zum einen

produzieren die meisten Kraftwerke schon sehr effizient. Und zum anderen betragen die vom Kraftwerk direkt beeinflussbaren Kosten in vielen Fällen nur noch rund 20 Prozent der Gestehungskosten. Der grosse Rest entfällt auf Kapitalkosten für die teuren Anfangs- und wiederkehrenden Erneuerungsinvestitionen, die Abschreibungen sowie auf die ständig steigenden Abgaben an die Gemeinwesen. Der einzige kurzfristig beeinflussbare Hebel der Betreiber ist das Zurückstellen von Unterhalts- und Erneuerungsinvestitionen. Eine Alternative wäre das Abstellen von Anlagen. Dies wäre für die Politik und die Bevölkerung ein eindrückliches Zeichen, um zu demonstrieren, was die Folgen der einseitigen Wettbewerbsverzerrungen zugunsten von Photovoltaik, Wind und Kohle für unsere wichtigste erneuerbare Energie – die Wasserkraft – sind. Das Abstellen der Wasserkraftwerke wäre energiepolitisch ein Irrsinn und es wird vermutlich noch lange nicht geschehen. Weil erstens, die meisten Kraftwerke konzessionsbedingt gar nicht einfach vom Netz genommen werden dürfen. Zweitens, selbst beim Abstellen die Abgaben von rund 1.5 Rappen pro Kilowattstunde weiterhin zu leisten sind, weil sich die Abgaben nach konzessionierter installierter Leistung und nicht nach der effektiven Produktion bemessen. Und drittens, jeder Beitrag zur Deckung der hohen Fixkosten die Verluste der Betreiber reduziert und damit trotzdem willkommen ist. Schwierige Lösungssuche Entgegen den immer wieder geäusserten politischen Deklarationen kommt damit ausgerechnet eine der tragenden Säulen der inländischen Stromproduktion, das heisst, der eigentliche energiepolitische Trumpf der Schweiz, unter die Räder. Das dürfte nicht im Sinne der Erfinder einer erneuerbaren und klimaschonenden Energiezukunft sein. Und es ist bestimmt nicht im Interesse unseres Landes! In einem funktionierenden Markt würde sich die Wasserkraft mit ihren vielen Vorzügen mit Sicherheit durchsetzen. Aber solange die mass-

«Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

losen Verzerrungen und Diskriminierungen bestehen, gilt es zum Schutz der systemrelevanten Wasserkraft dringend Korrekturen anzubringen. Die Lösungssuche gestaltet sich allerdings schwierig. Helfen würden die Abkehr von der einseitigen Subventionswirtschaft, eine wirksame Klimapolitik und ein Marktmodell, das die Wasserkraft nicht diskriminiert. Das eigentliche Dilemma: Die Schweiz kann die Ursache – nämlich die internationale Klima- und Energiepolitik – nur sehr marginal beeinflussen. Abhilfe schaffen können damit vorderhand nur inländische Überbrückungsmassnahmen, welche die Gestehungskosten rasch und effektiv reduzieren, unkompliziert umsetzbar sind und keine neuen Diskriminierungen schaffen. Der grösste Hebel liegt dabei klar bei der Entlastung der Wasserkraft von den ständig steigenden Auflagen und Abgaben, welche die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Wasserkraft arg schmälern. Und mindestens die Entlastung von Abgaben könnten die konzessionsverleihenden Gemeinwesen, allen voran die Wasserkraftkantone im Zusammenspiel mit den Gemeinden, bereits heute schon umsetzen. Aber es ist schon klar: Damit würden sie wichtige Einnahmequellen verlieren. Und ihr Anreiz dazu ist noch bescheiden: Zwar sind die Gemeinwesen meistens Miteigentümer der Partnerwerke. Aufgrund ihrer risikolosen Anteile sind sie aber nicht im genau gleichen Boot wie die Betreiber, ausser der Sitz des Hauptaktionärs liegt im Standortkanton. Deshalb will wohl der Kanton Bern als bisher einziger Kanton wenigstens auf die Erhöhung der Wasserzinsen per 1. Januar 2015 verzichten, zumindest wenn es nach dem Willen des Grossen Rats und nicht nach den Vorstellungen der Regierung geht. Branchenvorschlag Die Branche hat sich in den letzten Monaten unter Mitarbeit des SWV auf die Notwendigkeit von Korrekturmassnahmen entlang folgender Leitlinien verständigt: • Mittel- bis längerfristig: die Abkehr von der einseitigen Subventionswirtschaft 321

104. Hauptversammlung 2015

Wasserkraft in schwierigem Umfeld

104. Hauptversammlung 2015

und ein Marktdesign, das die Leistungen der Wasserkraft honoriert; • Mittelfristig, d.h. mit der gesetzlichen Neuregelung ab 2020: ein neues Regime für die Bemessung der Abgaben, namentlich der Wasserzinsen, schaffen, welches die Wettbewerbsfähigkeit der Wasserkraft nicht torpediert; und • Kurzfristig und dringlich: die Sicherstellung der Erträge für den Substanzerhalt der Wasserkraft durch die Entlastung von Abgaben, und zwar mittels Umlagerung dieser Kosten von der Produktion auf die Netznutzung. Es ist klar: Die Konsensfindung war und ist dabei auch innerhalb der Branche kein Selbstläufer. Vor allem was die Notwendigkeit kurzfristiger Unterstützungsmassnahmen betrifft, bestehen unterschiedliche Auffassungen. Diese hängen nicht zuletzt davon ab, ob und wie stark ein Wasserkraftunternehmen dem Markt ausgesetzt ist. Gegen die Entlastung von Abgaben kann man aber ordnungspolitisch wenig Bedenken vorbringen. Zumal mit der Überwälzung auf die Netzentgelte nur die Finanzierungsart, nicht aber die Entschädigung an die konzessionsgebenden Gemeinwesen verändert wird. Der Branchenvorschlag ist zudem einfach umzusetzen, braucht wenig Bürokratie und ist fair, weil alle Kraftwerke, und zwar nach Massgabe ihrer tatsächlichen Abgaben, entlastet würden. Weit und breit kein «Giesskannenprinzip» und keine «Mitnahmeeffekte» – beides Begriffe, die in der politischen Debatte jeden Vorschlag zum Scheitern verurteilen. Kommissionsarbeit als Teilerfolg Eine kluge Energiepolitik sorgt sich um ihr wichtigstes Standbein und sucht nach Auswegen. Diese Einsicht hat sich inzwischen bis nach Bundesbern durchgesetzt. Nachdem der Nationalrat im Rahmen der Debatte zur Energiestrategie noch den Ausbau der Wasserkraft im Fokus hatte, wurde in der vorberatenden Energiekommission des Ständerates nun auch die Rentabilität der bestehenden Wasserkraft und mögliche Lösungen thematisiert. Dass sich die Kommission überhaupt mit dem Thema auseinandersetzt ist durchaus als Teilerfolg der Branche zu werten, die unter Mitwirkung des SWV seit langem auf die schwierige Situation für die bestehende Wasserkraft hinweist und den vorhin erwähnten Vorschlag in die Diskussion eingebracht hat. Die von der Kommission des Ständerates Ende August vorgeschlagenen Massnahmen zur Stützung der bestehenden Wasserkraft sind denn vor allem ein wichtiges politisches Zeichen, dass man die Problematik 322

erkannt hat und nach gangbaren Auswegen aus dem Dilemma suchen will. Positiv sind vor allem die Beschlüsse der Kommission zum System der Einspeisevergütungen, nämlich erstens, dieses marktnäher auszugestalten, und zweitens, das System zeitlich zu befristen. Was allerdings immer noch bis ins Jahr 2031 dauert, also noch weitere sechzehn Jahre für eine Wettbewerbsverzerrung sorgt. Immerhin sollen ab dem sechsten Jahr nach Inkrafttreten des revidierten Energiegesetzes keine neuen Anlagen mehr in das Einspeisevergütungssystem aufgenommen werden. Die konkreten Vorschläge zur Stützung der Wasserkraft sind hingegen noch nicht der Weisheit letzter Schluss. So wurde eine finanzielle Unterstützung nur für den Notfall «bei einzelnen, im Weiterbetrieb gefährdeten Wasserkraftwerken» mit «NettoMittelabfluss» beschlossen. Diese Unterstützung kommt allerdings nur in Frage, wenn alle Betroffenen mit dazu beitragen. Dabei sollen die Betreiber und Eigentümer u.a. auf die Eigenkapitalrenditen und Abschreibungen verzichten. Auch die Standortkantone müssen mit einer Reduktion der Wasserzinsen um 20% ihren Teil beitragen. Der Bund würde unter diesen Voraussetzungen und befristet auf fünf Jahre den Restbetrag der Differenz zum Markpreis übernehmen, finanziert mit 0.2 Rappen pro Kilowattstunde aus dem auf 2.3 Rappen pro Kilowattstunde angehobenen Netzzuschlag. Werden jedoch – wie bisher geplant – die Abschreibungen nicht zu den Gestehungskosten hinzugerechnet, können gerade die neu erstellten oder neu sanierten Kraftwerke, welche wegen des grossen Abschreibungsbedarfs höhere Produktionskosten haben, nie in den Genuss solcher Finanzhilfe des Bundes kommen. Würde das buchstabengetreu umgesetzt, wäre vor allem die Einzelfallbetrachtung für Notfälle eine unmögliche Prämisse. Denn zum einen ist eine solche Unterstützung unfair, weil sie die – aus welchen Gründen auch immer – teuren Kraftwerke quasi belohnt, während die anderen leer ausgehen. Man würde also zusätzliche Marktverzerrungen und Diskriminierungen schaffen, nun einfach innerhalb der Wasserkraft. Und zum anderen kann der Netto-Mittelabfluss und damit die Notlage für die vielen Partnerwerke gar nicht aufgezeigt werden, weil sie ihren Strom den Aktionären zu Gestehungskosten übergeben. Und auch die Aufteilung der Produktion in Markt- und Grundversorgungsabsatz kann gar nicht kraftwerksscharf vollzogen werden. Und schliesslich setzt der Vorschlag

eine eingehende Prüfung im Einzelfall voraus, was den Verwaltungsapparat weiter aufbläht. Das BFE selbst rechnet für diesen Fall bereits mit vier neuen Stellen! Politisches Zeichen, kaum Wirkung Was ist also von diesem Vorschlag zu halten? Er ist wohl Ausdruck davon, dass man nicht nichts vorschlagen wollte, die Wasserkraft aber auch nicht wirklich unterstützen möchte. Zwar hängt noch einiges von der konkreten Ausgestaltung ab. Aufgrund der Grundprinzipien darf aber bezweifelt werden, dass die vorgesehenen Massnahmen überhaupt Wirkung zeigen. Zu hoch sind die Hürden und Voraussetzungen. Zu gross ist der administrative Aufwand. Zu wenig ausgewogen und zu unfair ist der Ansatz. Es ist allen klar: ohne die Wasserkraft als wichtigste erneuerbare Stromquelle der Schweiz wird es nicht gehen. Der Vorschlag der UREK-S für Unterstützungsmassnahmen ist diesbezüglich als notwendiges politisches Zeichen zu begrüssen. Die Massnahmen sind aber nicht der Weisheit letzter Schluss und führen in die Sackgasse weiterer Diskriminierungen. Es bleibt die Hoffnung, dass im Ständerat oder dann in der Differenzbereinigung mit dem Nationalrat nachgebessert wird und unser Branchenvorschlag nochmals eine Chance erhält. Es gilt aber auch festzuhalten: es ist nicht alles besser als nichts. Fazit Sie sehen, sehr geehrte Damen und Herren, der SWV ist und bleibt auch in der politischen Debatte gefordert. Er wird sich gemeinsam mit seinen Mitgliedern und Partnern weiterhin mit Engagement für die Wasserwirtschaft und namentlich für die Wasserkraft als Rückgrat unserer Stromversorgung einsetzen. Wir brauchen den Verband, geschätzte Mitglieder, aber auch, um gemeinsame Positionen zu erarbeiten, Diskussionen über laufende Begehren und Vorhaben zu führen sowie den Fachaustausch zu pflegen. Ich bin überzeugt, dass der SWV hierbei als Plattform und Stimme für die Wasserwirtschaft weiterhin eine wichtige und vor allem auch glaubwürdige Rolle spielt. Und ich danke allen Mitgliedern des SWV ganz herzlich für ihre Unterstützung unserer Aktivitäten! Damit eröffne ich die heutige 104. Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes.» Caspar Baader, Präsident des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes

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104. ordentliche Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes vom Donnerstag, 3. September 2015 in Wettingen

Begrüssung Der Präsident, Alt-Nationalrat Caspar Baader, heisst die anwesenden Mitglieder und Gäste zur 104. ordentlichen Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes im ehemaligen Kloster Wettingen herzlich willkommen. Die Verbandsgruppen sind vertreten durch Oliver Steiger, Präsident des Verbandes Aare-Rheinwerke (VAR) als Nachfolger von Hans Bodenmann, der ebenfalls anwesend ist, Michelangelo Giovannini, Präsident des Rheinverbandes (RhV) und Laurent Filippini, Präsident des Tessiner Wasserwirtschaftsverbandes (ATEA). Von den Vorsitzenden der beiden Kommissionen im SWV ist namentlich Andreas Stettler seitens Hydrosuisse vertreten. Jürg Speerli seitens Kommission Hochwasserschutz musste sich entschuldigen. Mehrere weitere Personen, welche an der Versammlung nicht teilnehmen können, haben sich entschuldigt. Auf das Verlesen der Liste wird verzichtet. Vorbemerkung Alle angemeldeten Mitglieder des Verbandes haben ihre Stimmrechtsausweise zur Versammlung erhalten. Insgesamt sind 417 von total 991 Stimmrechten anwesend. Die Versammlung ist unabhängig von der anwesenden Anzahl Stimmen beschlussfähig. Das einfache Mehr beträgt 209 Stimmen. Der Einfachheit halber und soweit dies zu keinen Fehlinterpretationen der Meinung der Stimmenden führen kann, werden die Abstimmungen im Einvernehmen mit der Versammlung ohne Auszählung der Stimmabgabe durchgeführt. Bei einer Auszählung würde mit Namensruf in der Reihenfolge der gewichtigsten Stimmrechtsvertreter bis zu einem allfälligen einfachen Mehr ausgezählt. Genehmigung der Traktanden Die Einladung zur Hauptversammlung

wurde im Juni 2015 zusammen mit dem Jahresbericht 2014 in der Verbandszeitschrift «Wasser Energie Luft» Heft 2/2015 allen Mitgliedern des Verbandes zugestellt. Die Traktandenliste sowie die Unterlagen zu den Geschäften wurden allen Angemeldeten per E-Mail zugestellt (auf Wunsch ebenfalls als Papierversion) und liegen vor dem Versammlungssaal auf. Bis zum statutarisch vorgesehenen Termin von Ende April sind keine Anträge der Mitglieder eingegangen und die Traktanden vom Vorstand wie folgt festgelegt worden: 1. Protokoll der 103. Hauptversammlung vom 11. September 2014 in Veytaux 2. Jahresbericht 2014 3. Berichte aus den Fachbereichen 4. Rechnung 2014, Bilanz per 31.12.2014 und Revisionsbericht, inkl. Entlastung der Organe 5. Aktualisierung der Statuten 6. Mitgliederbeiträge und Budget 2016 7. Ersatzwahlen in den Vorstand, Wahl Revisionsstelle 8. Verschiedene Mitteilungen 9. Festlegen Hauptversammlung 2016 Die Traktandenliste wird ohne Bemerkungen genehmigt.

Mitgliedern vor der Versammlung nochmals zugestellt und ist ebenfalls auf der Webseite zugänglich. Der Präsident verzichtet darauf, den Bericht zu verlesen. Es erfolgen keine Wortmeldungen. Der Jahresbericht wird in zustimmendem Sinne zur Kenntnis genommen.

Traktandum 1: Protokoll der 103. Hauptversammlung vom 11. September 2014 in Veytaux Das Protokoll der 103. Hauptversammlung wurde in der Verbandszeitschrift «Wasser Energie Luft» im Heft 4/2014 vom 4. Dezember 2014 auf den Seiten 307 bis 309 abgedruckt. Es sind keine schriftlichen Anmerkungen eingegangen. Das Wort wird auch von der Versammlung nicht verlangt. Das Protokoll wird einstimmig genehmigt.

Wasserkraft Der Bereich Wasserkraft war wiederum von den auf Hochtouren laufenden Arbeiten zur neuen Energiestrategie 2050 geprägt, wobei sich der SWV stark im politischen Prozess engagiert hat. Im Vordergrund standen und stehen diesbezüglich die Detailberatungen der UREK-S, die Diskussionen um Gestehungskosten und verschiedene Fördermodelle. Daneben ist die Mitarbeit bei der Vollzugshilfe Modul «Finanzierung der Sanierung WK» mit der Überarbeitung der Methodik in einer Expertengruppe (BAFU, RKGK, SWV) und der 2. Anhörung mit Stellungnahme erwähnenswert. Gerade begonnen hat die Anhörung «Verordnung und Inventare Bio-

Traktandum 2: Jahresbericht 2014 Der Jahresbericht 2014 ist im WEL-Heft 2/2015 vom 11. Juni 2015 auf den Seiten 127 bis 148 in deutscher und französischer Sprache veröffentlicht bzw. wurde den

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Traktandum 3: Berichte aus den Fachbereichen Die Tätigkeiten der Geschäftsstelle und der beiden Kommissionen sind im publizierten Jahresbericht 2014 detailliert beschrieben, weshalb vom Geschäftsführer vor allem ein paar Hauptaktivitäten der seither vergangenen Monate hervorgehoben werden: SWV allgemein Massgeblich beteiligt war der SWV dieses Jahr an der Verleihung des Gewässerpreises Schweiz 2015 an die BKW AG mit Preisverleihung und Besichtigungen am 21. Mai 2015 beim Kraftwerk Aarberg. Ein weiterer Höhepunkt war das Jubiläumsfest «100 Jahre Verband Aare-Rheinwerke (VAR)» am 28. Mai 2015 beim Kraftwerk Rupperswil-Auenstein (inkl. Festschrift, publiziert als SWV-Verbandsschrift Nr. 69).

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Protokoll

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tope von nationaler Bedeutung» mit Frist bis Anfang November 2015. Und schliesslich ist auch die Vorbereitung für die vierte Hydrosuisse-Fachtagung «Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftwerken» vom 27. November 2015 in Olten erwähnenswert. Hochwasserschutz Der Bereich Hochwasserschutz stand in den letzten Monaten ganz im Zeichen der zahlreichen durchgeführten Veranstaltungen. Am 5./6. Mai fand die traditionelle KOHS-Tagung inklusive Exkursion zum Thema «Hochwasser 2015 – 10 Jahre danach» in Interlaken statt; mit rund 200 Teilnehmenden ein voller Erfolg. Zudem wurden zwei weitere Kurse der 4. Serie Weiterbildungskurse «Revitalisierung von kleinen und mittleren Gewässern» durchgeführt, und zwar am 5./6. März 2015 in Fribourg und 11./12. Juni 2015 in Ittingen. Der 5. Kurs folgt am 5./6. November 2015 in Kriegstetten. Weiterhin aktiv sind die beiden Arbeitsgruppen «Hochwasserentlastung an Flüssen» und «Ufererosion an Fliessgewässern» mit geplanten Publikationen im WEL 4/2015. Und schliesslich laufen auch bereits die Vorbereitungen für die KOHS-Tagung 2016 vom 21. Januar 2016 in Olten. Die Versammlung nimmt in zustimmendem Sinne Kenntnis der Aktivitäten.

aus dem Verkauf von Abos/Inseraten WEL und 5% aus den Geschäftsführungen bei VAR und RhV. Bilanz Bei den Aktiven zeigt die Bilanz einerseits flüssige Mittel und Wertschriften von insgesamt rund CHF 1.7 Mio., und andererseits die per Ende 2014 ausstehenden Debitoren von rund CHF 80 000.–, deren Zahlungen aber inzwischen alle eingegangen sind. Sämtliche Sonderaufwendungen des Jahres konnten über die laufende Rechnung finanziert werden, deshalb zeigt die Bilanz gegenüber dem Vorjahr unveränderte Rückstellungen und Reserven in der Höhe von rund CHF 1.33 Mio. sowie das um den Überschuss 2014 auf rund CHF 326 000.– erhöhte «aktive» Vereinsvermögen.

Traktandum 4: Rechnung 2014, Bilanz per 31.12.2014 Rechnung und Bilanz wurden im Jahresbericht 2014 im WEL 2/2015 veröffentlicht und erläutert. Das Wichtigste wie folgt:

Revision Rechnung und Bilanz wurden von der OBT AG in Brugg im Rahmen einer eingeschränkten Kontrolle revidiert und für in Ordnung befunden. Der Revisionsbericht, welcher bei Bedarf auf der Geschäftsstelle eingesehen oder bezogen werden kann, liegt vor. Auf das Vorlesen des Berichtes wird verzichtet. Die Revisionsstelle hat keine Beanstandungen gefunden, welche der Abnahme der Rechnung entgegenstehen würden. Ausschuss und Vorstand des SWV beantragen die Annahme der Rechnung. Die Verbandsrechnung 2014 und die Bilanz per 31. Dezember 2014 werden ohne Diskussion einstimmig genehmigt und die Organe entlastet.

Rechnung Die Rechnung 2014 schliesst trotz diverser Sonderaufwendungen mit einem Einnahmeüberschuss von CHF 12 191.19 und damit praktisch punktgenau wie budgetiert ab. Der Umsatz mit etwas über 1 Mio. CHF ist ähnlich wie im Vorjahr und geht vor allem auf eine rekordhohe Anzahl Veranstaltungen zurück. Ausserdem konnten erneut leicht gestiegene Erträge aus dem Mitgliederzuwachs und sehr gute Deckungsbeiträge aus den vielen Veranstaltungen verzeichnet werden. Diesem Plus stehen – entsprechend dem allgemeinen Trend – die rückläufigen Einnahmen aus Abonnements und Inseraten bei der Fachzeitschrift gegenüber. Die Einnahmen sind auch im 2014 wiederum aufgeteilt in 84% aus Mitgliederbeiträgen (4/5 davon von Betreibern von Wasserkraftanlagen), 6% aus Deckungsbeiträgen aus den Veranstaltungen, 4%

Traktandum 5: Aktualisierung der Statuten Ausgelöst durch den nicht mehr zutreffenden Artikel bezüglich «Eintrag im Handelsregister» schlägt der Vorstand eine Aktualisierung der zuletzt vor zehn Jahren angepassten Statuten des SWV vor. Die vollständigen Unterlagen dazu haben alle Mitglieder mit der Einladung zur Hauptversammlung erhalten. Mit der Aktualisierung werden keine relevanten Änderungen der Geschäftsordnung vorgenommen; es handelt sich vielmehr um Aktualisierungen von nicht mehr zeitgemässen Begriffen sowie Präzisierungen. Die Anpassungen konnten bereits im Detail studiert werden und der Geschäftsführer fasst nur das Wichtigste kurz zusammen. Es geht primär um eine Modernisierung von Begriffen (z.B. «Mitarbeitende» statt «Hilfskräfte») und Korrektur von Feh-

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lern. Auf zwei Punkte wird kurz eingegangen. In Art. 7 wird die Berechnung des Jahresbeitrages bei Mitgliedern mit Wasserkraftproduktion präzisiert. Es gilt ja die «mittlere mögliche Produktion» als Basis; neu wird hier explizit die seit Jahren geltende Praxis aufgenommen: • gesamte Produktion bei Mehrheitsbeteiligungen; • bei internationalen Anlagen nur der CH-Anteil; • die mittlere Produktionserwartung (ab Generator, ohne Umwälzbetrieb) wie sie in der Wasserkraftstatistik des Bundes (früher BWG heute BFE) für alle Zentralen > 0.3 MW geführt wird (also eine Zahl, die langfristig stabil ist und nur durch Erweiterungen, Sanierungen und Verschiebungen von Eigentumsverhältnissen ändert). Neu wird im gleichen Artikel auch der explizite Hinweis aufgenommen, dass relevante Veränderungen bei den Deklarationen von den Mitgliedern jeweils auf Ende eines Kalenderjahrs der Geschäftsstelle zu melden sind und dass diese darüber hinaus alle rund 5 Jahre von der Geschäftsstelle systematisch überprüft werden. Es ist vorgesehen, die Bereinigung auf das neue Mitgliederjahr 2016 zu vollziehen. Die Aktualisierung der Statuten wird ohne Bemerkungen einstimmig genehmigt. Traktandum 6: Festlegung der Mitgliedertarife 2016, Budget 2016 Zu genehmigen sind die Mitgliedertarife und das Budget 2016, das ebenfalls bereits im Jahresbericht abgedruckt wurde. Mitgliedertarife 2016 Die aktuellen Tarife nach Mitgliedschaftskategorien sind seit der Hauptversammlung 2004 beziehungsweise seit dem 1.1.2005 gültig. Das Budget zeigt, dass die geplanten Aufwendungen ohne Beitragserhöhung gedeckt werden können bei Weiterführung der Arbeiten +/– in bisherigem Rahmen, d.h. kein wesentlicher Ausbau der Aufgaben und keine Personalaufstockung. Budget 2016 Gemäss Voranschlag 2016 steht einem budgetierten Ertrag von CHF 912 555.– ein Aufwand von CHF 904 500.– gegenüber, womit ein ausgeglichenes bzw. mit CHF 8055.– leicht positives Ergebnis budgetiert ist. Ertragsseitig wird mit etwa gleichbleibenden Erträgen aus dem Mitgliederbestand und leicht rückläufigen Erträgen aus Inseraten und Abos gerechnet. Auf-

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Traktandum 7: Ersatzwahlen in den Vorstand, Wahl Revisionsstelle Der Vorstand hat per Zirkularbeschluss Ende August 2015 eine Ersatzwahl in der Kommission Hydrosuisse vorgenommen. Hydrosuisse Rücktritt, Jörg Huwyler, Axpo Power AG Erfolgte Neubesetzung, Hans-Peter Zehnder, Axpo Power AG Der Wechsel erfolgt aufgrund personeller Veränderungen bei der Axpo Power AG, wo Jörg Huwyler die Leitung der Division Hydroenergie übernommen hat und die Geschäftseinheit Produktion an HansPeter Zehnder abgegeben hat. Das neue Kommissionsmitglied wird hiermit herzlich willkommen geheissen. Mit Jörg Huwyler ist damit ein Gründungsmitglied der vor 10 Jahren ins Leben gerufenen Kommission Hydrosuisse zurückgetreten. Sein Engagement wurde bereits in der letzten Kommissionssitzung gewürdigt, wird aber nochmals mit einem Applaus herzlichst verdankt. Vorstand Es sind innerhalb der laufenden Periode 2014–2017 zwei Vakanzen zu besetzen und der Vorstand schlägt folgende Neubesetzung vor: Vertretung Verwaltung: Christian Dupraz, BFE Vertretung Industrie: Roman Derungs, Alstom Hydro AG Die beiden Kandidaten sind anwesend und stellen sich kurz vor. Die beiden Kandidaten werden ohne Bemerkungen und mit Applaus in den Vorstand gewählt. Die neuen Vorstandsmitglieder werden ganz herzlich willkommen geheissen und den entsprechenden Organisationen gedankt.

Wahl der Revisionsstelle Ausschuss und Vorstand des SWV beantragen die Wiederwahl der OBT als Revisionsstelle. Die Firma OBT wird als Revisionsstelle einstimmig gewählt und ihre Arbeit verdankt. Traktandum 8: Verschiedene Mitteilungen Dienstleistungen des SWV Der Präsident weist darauf hin, dass das vorrangige Ziel des SWV nach wie vor ist, Dienstleistungen zu erbringen, welche für die Mitglieder von Nutzen sind. Er hebt die wichtigsten Plattformen für die Mitglieder des SWV hervor: • Fach- und Verbandszeitschrift «Wasser Energie Luft» • Webseite www.swv.ch (mit Agenda und diversen Dokumenten wie Positionspapiere, Faktenblätter, Referate, usw.) • E-Mail-Newsletter (mit Mitteilungen und Hinweisen auf Veranstaltungen) • Veranstaltungen und Tagungen (mit Vorzugskonditionen für Mitglieder). Die wichtigsten Aktivitäten und Veranstaltungen der kommenden Monate sind jeweils in der Agenda auf der Webseite aufgeführt. Der Präsident ist überzeugt, dass die Mitglieder von den wertvollen Leistungen des SWV profitieren können und zählt weiterhin auf die breite Unterstützung als Mitglieder, als Teilnehmer an Veranstaltungen, als Inserenten und Autoren für die Fachzeitschrift.

Umfrage Ruedi Mettler-Stüssi weist bei den Wortmeldungen auf den Klimawandel und die Auswirkungen auf die Wasserkraft hin und mahnt zu vorausschauenden Aktivitäten hinsichtlich dieser Problematik. Es erfolgen keine weiteren Wortmeldungen. Abschluss und Dank Zum Abschluss der Versammlung dankt der Präsident: • Den Kollegen im Vorstand und den Mitgliedern in den Kommissionen für die konstruktive, gute Zusammenarbeit im Interesse des SWV. • Allen Mitgliedern und Anwesenden für ihre Unterstützung und das Interesse an den Aktivitäten des SWV. • Der SWV-Geschäftsstelle in Baden, welche das ganze Jahr hindurch die vielfältige Verbands- und Redaktionsarbeit bewältigt. Es sind dies neben dem Geschäftsführer Roger Pfammatter, namentlich: Sonja Ramer, Verbandssekretariat und administrative Assistentin des Geschäftsführers; Doris Hüsser, Buchhaltung und Abonnenten der Zeitschrift WEL sowie Manuel Minder von der Redaktion der Zeitschrift WEL. Dieser konnte am 1.9.2015 das 10-jährige Dienstjubiläum feiern – eine Treue, welche mit einem Applaus verdankt wird. Der Präsident erklärt die 104. ordentliche Hauptversammlung des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes für geschlossen. Protokoll: Sonja Ramer

Traktandum 9: Festlegen der Hauptversammlung 2016 Der SWV versucht bekanntlich bei den Durchführungsorten der Hauptversammlung die verschiedenen Regionen des Landes zu berücksichtigen. Verteilt man die Durchführungsorte seit 2000 auf einer Schweizer Karte fällt auf, dass folgende Regionen schon lange nicht mehr besucht wurden: Oberwallis oder Gotthard/Uri. Der Vorstand schlägt vor, für die nächste Hauptversammlung das Oberwallis ins Zentrum zu rücken. Konkret: Brig. Als Termin wird der 1./2. September 2016 vorgeschlagen, dann wieder begleitet von einer halbtägigen Vortragsveranstaltung und gefolgt von einer Exkursion. Die Versammlung stimmt dem Vorschlag zur Durchführung der nächsten Hauptversammlung am 1./2. September 2016 in Brig ohne Gegenvorschlag und einstimmig zu.

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wandseitig budgetiert sind +/– bisherige Kosten für die Fortführung bisheriger Tätigkeiten. Als erklärungsbedürftige Besonderheit: für Studien und Projekte sind jeweils sowohl ertrags- wie aufwandseitig als Platzhalter CHF 10 000.– vorgesehen. Solche Ausgaben können nicht über die ordentliche Jahresrechnung getragen werden. Allerdings verfügt der Verband ja über ein ansehnliches Polster an Rückstellungen und Reserven, mit denen solche Sonderaktivitäten bei Bedarf finanziert werden können. Die Festlegung der Mitgliedertarife 2016 und das Budget 2016 werden ohne Bemerkungen einstimmig genehmigt.

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Procès-verbal

104ème Assemblée générale de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux Jeudi, 3 septembre 2015 à Wettingen

Message d’accueil Le Président, l’ancien conseiller national Caspar Baader, souhaite la bienvenue aux membres et invités présents à la 104ème Assemblée générale annuelle de l’Association suisse pour l’aménagement des eaux (ASAE) à l’ancien couvent de Wettingen. Les groupes régionaux affiliés à l’ASAE sont représentés par Oliver Steiger, Président du Verband Aare-Rheinwerke (VAR), successeur de Hans Bodenmann également présent, Michelangelo Giovannini, Président du Rheinverband (RhV), et Laurent Filippini, Président de l’Associazione Ticinese di Economie delle Acque (ATEA). Parmi les présidents des deux commissions de l’ASAE, Andreas Stettler représente la commission Hydrosuisse, tandis que Jürg Speerli, de la commission pour la protection contre les crues, est excusé. Plusieurs autres personnes ont présenté leurs excuses. On renonce à la lecture de la liste. Remarque préliminaire Tous les membres inscrits de l’association ont reçu leurs cartes de légitimation pour les votes durant l’assemblée. Il y a 417 voix présentes sur les 991 au total. L’Assemblée délibère valablement indépendamment au nombre de voix présent. La majorité simple est à 209 voix. Pour plus de simplicité, et dans la mesure où aucune erreur d’interprétation n’est possible, les votes sont effectués en accord avec l’assemblée sans décompte des voix. En cas de décompte, les votants seraient appelés par ordre d’importance et leurs voix seraient comptabilisées jusqu’à ce qu’une majorité simple soit atteinte. Approbation de l’ordre du jour L’invitation à l’Assemblée générale annuelle a été envoyée à tous les membres de l’ASAE avec le rapport annuel 2014 328

dans la revue 2/2015 «Eau énergie air» (WEL) en juin 2015. L’ordre du jour et les documents relatifs aux opérations ont été envoyés à tous les participants par e-mail (en version papier également si demandé) et se trouvent en face de la salle de réunion. Jusqu’à la date prévue par les statuts à la fin avril, aucune demande n’a été reçue de la part des membres et l’ordre du jour a été fixé par le comité comme suit: 1. Procès-verbal de la 103ème Assemblée générale annuelle le 11 septembre 2014 à Veytaux 2. Rapport annuel 2014 3. Rapports des domaines spécialisés 4. Compte 2014, bilan au 31.12.2014 et rapport de révision, y compris décharge des organes 5. Actualisation des statuts 6. Montants des cotisations et budget 2016 7. Election complémentaire au comité, élection de l’organe de révision 8. Communications diverses 9. Fixation de l’Assemblée générale annuelle 2016 L’ordre du jour et leur ordre sont approuvés sans aucune remarque par l’Assemblée. Point 1: Procès-verbal de la 103ème Assemblée générale annuelle le 11 septembre 2014 à Veytaux Le procès-verbal de la 103ème Assemblée générale annuelle a été publié dans le numéro 4/2014 de la revue «Eau énergie air» du 4 décembre 2014 aux pages 307–309. Aucune observation écrite n’a été reçue sur le protocole. Personne ne réclame la parole au sein de l’Assemblée. L’Assemblée approuve à l’unanimité le procès-verbal. Point 2: Rapport annuel 2014 Le rapport annuel 2014 a été publié en allemand et en français dans le numéro 2/2015 de la revue «Eau énergie air»

(WEL) du 11 juin 2015 aux pages 127– 148. De plus, il a été envoyé de nouveau aux membres avant l’Assemblée et est également accessible sur le site internet. Le Président renonce à lire le rapport. Aucune prise de parole n’est demandée. L’Assemblée prend acte et approuve le rapport annuel sans aucune remarque. Point 3: Rapports des domaines spécialisés Les activités du bureau et des deux commissions au cours de l’année écoulée sont décrites en détails dans le rapport annuel 2014, raison pour laquelle seules quelques activités principales dans les deux domaines spécialisés que sont la force hydraulique et la protection contre les crue / aménagement hydraulique sont évoquées par le directeur: ASAE en général Cette année, l’ASAE a contribué significativement à la remise du Prix suisse des cours d’eau 2015 à la société BKW SA. La cérémonie et la visite ont eu lieu le 21 mai 2015 à la centrale d’Aarberg. Un autre point fort a été la célébration du 100ème anniversaire du Verband AareRheinwerke (VAR) le 28 mai 2015 à la centrale Rupperswil–Auenstein (brochure commémorative publiée comme ouvrage de l’Association n° 69). Force hydraulique Le domaine de la force hydraulique a de nouveau été marqué par les travaux à plein régime en cours sur la nouvelle stratégie énergétique 2050, pour lesquels l’ASAE s’est fortement engagée dans le processus politique. Au premier plan se sont trouvés les consultations détaillées pour la CEATE-E, les discussions sur les coûts de revient et les différents modèles de financement. Aux côtés de cela, il s’agit de mentionner également la collaboration lors du module d’aide à

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Protection contre les crues De nombreux événements au cours des derniers mois ont été consacrés au domaine de la protection contre les crues. Avec environ 200 participants les 5 et 6 mai 2015 à Interlaken, le traditionnel symposium de la commission pour la protection contre les crues (CIPC), sur le thème «Crue 2005 – 10 ans après» a été un gros succès. En outre, deux autres cours de la 4ème série de formation continue organisée par CIPC/OFEV sur le thème de la «Revitalisation des petits et moyens cours d’eau» ont eu lieu les 5 et 6 mars 2015 à Fribourg et les 11 et 12 juin 2015 à Ittingen. Le 5ème cours aura lieu les 5 et 6 novembre 2015 à Kriegstetten. Les deux groupes de travail «Décharge des crues le long des cours d’eau» et «Erosion des berges de cours d’eau» sont toujours actifs et des publications sont prévues dans la revue WEL 4/2015. Enfin, les préparations pour le symposium CIPC 2016 qui aura lieu le 21 janvier 2016 à Olten sont en cours. L’Assemblée prend acte et approuve les activités. Point 4: Comptes 2014, bilan au 31.12.2014 Les comptes 2014 et le bilan au 31.12.2014 ont été publiés et expliqués dans le rapport annuel 2014 dans la revue WEL 2/2015. Les principaux points sont résumés ci-dessous: Comptes Malgré diverses charges spéciales, les comptes 2014 bouclent avec un excédent de recettes de CHF 12 191.19, presque exactement tel que prévu au budget. Le chiffre d’affaire supérieur à CHF 1 million est semblable à celui de l’année précédente et se distingue notamment par le nombre record d’événements en 2014. En outre, une légère croissance des revenus a de nouveau été enregistrée grâce à l’augmentation du nombre de membres

et aux très bonnes contributions des événements. Selon la tendance générale, ces points positifs font écho à la baisse des revenus provenant des abonnements et de la publicité dans la revue spécialisée. En 2014, 84% des revenus ont été générés par les contributions des membres, dont les 4/5 proviennent des opérateurs des centrales hydroélectriques. Les autres postes importants sont les gains provenant des événements (6% des recettes) ainsi que la vente d’annonces et d’abonnements à la revue spécialisée (4% des recettes). Enfin, l’administration des groupes régionaux VAR et RhV ont assuré 5% des recettes. Bilan Du côté des actifs, le bilan montre d’un côté des liquidités et des titres totalisant environ CHF 1.7 million; d’autre part des débiteurs actifs à la fin 2014 pour un montant d’environ CHF 80 000.–, dont les paiements ont entretemps tous été reçus. Toutes les dépenses spéciales de l’année ont pu être financées par le biais du compte courant, c’est pourquoi le bilan affiche par rapport à l’année précédente des dispositions inchangées et un niveau de réserves s’élevant à environ CHF 1.33 million ainsi qu’une hausse de la fortune active de l’association équivalente à l’excédent 2014 à environ CHF 326 000.–. Révision Comptes et bilan ont été soumis par le cabinet OBT AG à Brugg à un contrôle restreint et approuvés. Le rapport de révision, auquel on peut se rapporter et qui au besoin peut être consulté au bureau, est mis à disposition. L’organe de révision n’a aucune objection à formuler qui pourrait empêcher l’acceptation des comptes. Bureau et comité de l’ASAE sollicitent alors l’acceptation des comptes. Les comptes 2014 et le bilan au 31 décembre 2014 sont approuvés sans discussion et les organes sont déchargés. Point 5: Actualisation des statuts En raison de l’article désormais obsolète concernant «l’enregistrement au registre du commerce», le Comité propose une actualisation des statuts de l’ASAE, 10 ans après la dernière mise à jour. La documentation complète à ce propos a été reçue par tous les membres avec l’invitation à l’Assemblée générale. L’actualisation n’engendra pas de changements pertinents dans la réglementation générale; il s’agit plutôt de mises à jour des concepts n’ayant

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plus cours et des clarifications. Les ajustements ont déjà été étudiées en détail et le directeur ne résume donc que les éléments essentiels. Il s’agit principalement d’une modernisation de certaines notions (par exemple «collaborateurs» au lieu de «auxiliaires») et la correction d’erreurs. Deux points sont brièvement discutées. L’article 7 précise le calcul de la cotisation annuelle des membres selon la production hydroélectrique. Conformément à la pratique en vigueur depuis de nombreuses années, il est clarifié pour la production annuelle potentielle moyenne les points suivants: • en cas de part majoritaire, la totalité de la production de la centrale doit être considérée, • respectivement seulement la partie suisse pour des centrales limitrophes, • la production moyenne escomptée, telle qu’utilisée dans les statistiques hydroélectriques fédérales, est appliquée comme production annuelle potentielle moyenne (aux bornes des alternateurs, pompage-turbinage non compris). Dans le même article, une autre nouveauté est la mention explicite que les modifications relatives aux indications liées au nombre des habitants, au capitalactions ou à la production hydroélectrique doivent être signalées au secrétariat par les membres jusqu'à la fin de l'année civile en cours pour la nouvelle année. De son côté, le secrétariat vérifie les déclarations de façon systématique environ tous les cinq ans. Il est prévu d’effectuer la mise en jour pour l’année 2016. La mise à jour des statuts est approuvée à l’unanimité sans aucun commentaire. Point 6: Montants de cotisation et budget 2016 Les montants de cotisation et le budget de 2016, également déjà publiés dans le rapport annuel, sont à approuver. Cotisations 2016 Les montants de cotisation sont maintenus aux niveaux actuels pour toutes les catégories. Les montants de cotisations actuels ont été décidés lors de l’Assemblée générale annuelle 2004 et sont en vigueur depuis le 1.1.2005. Le budget montre que les dépenses prévues peuvent être couvertes sans augmenter les cotisations des membres tout en continuant les tâches actuelles, c’est-à-dire sans développement substantiel des activités ni augmentation des effectifs. 329

104. Hauptversammlung 2015

l’exécution «Financer l’assainissement de la force hydraulique» avec la révision de la méthodologie au sein d’un groupe d’experts (OFEV, CGCA, ASAE) et la 2ème audition avec prise de position à la miaoût 2015. L’audition «Réglementation et inventaires des biotopes d’importance nationale» vient de débuter avec délai au début novembre 2015. Enfin, on peut aussi mentionner la préparation pour le 4ème symposium hydrosuisse «Construction, exploitation et maintenance des centrales hydroélectriques» qui aura lieu le 27 novembre 2015 à Olten.

104. Hauptversammlung 2015

Budget 2016 Le budget 2016 à adopter figure dans le rapport annuel aux côtés des comptes 2015 et des budgets approuvés 2014 et 2015: selon les estimations pour 2016, le revenu budgété se monte à CHF 912 555.– pour des charges de CHF 904 500.– et un résultat budgétisé équilibré, respectivement légèrement positif à CHF 8055.–. Du côté des revenus, on s’attend à une contribution constante des membres et à une légère diminution du revenu de la vente d’annonce et des abonnements en général. Du côté des coûts, le budget prévoit des dépenses correspondantes à celles de l’année précédente sur la base d’une poursuite des activités. La particularité suivante doit être expliquée: un montant de CHF 10 000.– est prévu pour des études et des projets tant du côté des revenus que du côté des dépenses. Ces dépenses ne peuvent être rapportées sur le compte annuel ordinaire. Cependant, l’association dispose d’une réserve suffisante de provisions et réserves, afin de pouvoir financer en tout temps ces activités spéciales selon les besoins. Les montants de cotisations des membres 2016 et le budget 2016 sont approuvés à l’unanimité sans aucun commentaire. Point 7: Election complémentaire au comité, élection de l’organe de révision Le comité a effectué une élection complémentaire au sein de la commission Hydrosuisse par résolution circulaire à la fin août 2015. Hydrosuisse Retrait, Jörg Huwyler, Axpo Power AG Remplacement effectué, Hans-Peter Zehnder, Axpo Power AG Le remplacement est dû au changement de personnel au sein de Axpo Power AG, pour lequel Jörg Huwyler a pris la direction de la division Hydroenergie laissant la direction de l’unité Production à HansPeter Zehnder. La bienvenue est souhaitée au nouveau membre de la commission. Jörg Huwyler est un membre fondateur de la commission Hydrosuisse créée voici 10 ans. Son engagement a été reconnu lors de la dernière séance de la commission et une nouvelle salve d’applaudissements le remercie encore une fois.

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Comité L’élection complémentaire au sein du comité doit se faire lors de l’Assemblée générale annuelle. Lors de la période actuelle 2014–2017, deux positions sont à remplacer et le comité propose les nominations suivantes: Representation Administration: Christian Dupraz, OFEN Representation Industrie: Roman Derungs, Alstom Hydro AG La liste avec la documentation a déjà été envoyée aux membres. Les deux candidats sont présents et se présentent brièvement. Les deux candidats sont élus sans objections et entrent au comité avec applaudissement. La bienvenue est souhaitée aux deux nouveaux membres du comité et leurs organisations respectives sont remerciées. Choix de l’organe de révision Le bureau et le comité de l’ASAE sollicitent la réélection d’OBT comme organe de révision. La société OBT est élue à l’unanimité à titre d’organe de révision et remerciée pour son travail.

Point 9: Fixation de l’Assemblée générale annuelle 2016 L’ASAE essaie notoirement de varier les emplacements de son Assemblée générale et de visiter les différentes régions du pays. Si l’on regarde de plus près les différents lieux choisis depuis l’an 2000 sur une carte de la Suisse, on se rend compte que le Haut-Valais ou la région du Gotthard / Uri n’ont pas été visité depuis un certain temps. Le comité propose le Haut-Valais comme lieu pour la prochaine Assemblée générale annuelle, plus précisément à Brigue. La date est fixée au 1 et 2 septembre 2016. L’assemblée sera à nouveau accompagnée d’une demi-journée de conférence suivie d’une excursion. L’Assemblée approuve la proposition de procéder à la prochaine Assemblée générale les 1 et 2 septembre 2016 à Brigue sans contre-proposition et à l’unanimité. Prise de parole Ruedi Mettler-Stüssi mentionne dans les remarques le changement climatique et son impact sur l’énergie hydraulique et exhorte à des activités prospectives à l’égard de cette problématique. Il n’y a pas d’autres demandes de parole.

Point 8: Communications diverses Services de l’ASAE Le président souligne que l’objectif principal de l’ASAE demeure inchangé, soit de fournir des services au bénéfice de ses membres. Il met en évidence les plates-formes les plus importantes pour les membres de l’ASAE: • Revue spécialisée de l’association «Eau énergie air» • Site internet www.swv.ch/fr (avec agenda, divers documents tels que des prises de position, fiches d’information, présentations, etc.) • Newsletter électronique (avec messages et indications des prochains événements) • Événements et symposiums (avec conditions préférentielles pour les membres). Les principales activités et événements à venir figurent dans l’agenda sur le site internet. Le président est convaincu que les membres peuvent bénéficier des précieux services de l’ASAE et compte toujours sur le large soutien des membres, des participants aux événements, des annonceurs et des auteurs pour la revue.

Conclusion et remerciement À l’issue de l’Assemblée, le président remercie: • Les collègues du comité et les membres des commissions pour leur collaboration bonne et constructive dans l’intérêt de l’ASAE. • Tous les membres et participants pour leur soutien et intérêt envers les activités de l’ASAE. • Le bureau de l’ASAE à Baden qui se charge tout au long de l’année des divers travaux de rédaction et activités de l’association. En plus du directeur Roger Pfammatter, il s’agit de: Sonja Ramer, secrétariat de l’association et assistante administrative du directeur; Doris Hüsser, comptabilité et abonnements de la revue WEL, et Manuel Minder, production de la revue WEL. Celui-ci a pu célébrer ses 10 ans de service le 1 septembre 2015; une loyauté qui est remerciée par une salve d’applaudissements. Le président clôture la 104ème Assemblée générale annuelle de l’association suisse pour l’aménagement des eaux. Procès-verbal: Sonja Ramer

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Nachrichten Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

P ol iti k Politi UREK-N: Start der Differenzbereinigung zur Energiestrategie Die Kommission für Umwelt, Raumplanung und Energie des Nationalrates (UREK-N) hat Anfang Oktober und Anfang November 2015 die Detailberatung zur Energiestrategie weitergeführt. Sie bestätigt grundsätzlich die ständerätliche Linie. Im Bereich der Ausbaurichtwerte geht sie auf den Beschluss des Nationalrates zurück, beim nationalen Interesse zur Nutzung erneuerbarer Energien schliesst sie sich im Sinne eines Kompromisses der ursprünglichen Version des Bundesrates an. Und bei den Massnahmen zur Unterstützung der bestehenden Grosswasserkraft schlägt sie ein neues Modell vor. Die Kommission hat bei den Richtwerten für den Ausbau der Elektrizität aus erneuerbaren Energien den vom Bundesrat vorgeschlagenen Richtwert von 14 500 GWh bis 2035 bestätigt (Art. 2). Der ambitiöse Wert sei gerechtfertigt, da durch den Ausstieg aus der Kernenergie doch ein beträchtlicher Stromanteil ersetzt werden müsse. Eine Minderheit beantragt, dem Ständerat zu folgen und den Richtwert auf 11 400 GWh zu kürzen. Auch beim nationalen Interesse an der Nutzung erneuerbarer Energien hat die Kommission beschlossen, auf die Ergänzung des Ständerates zu verzichten und dem Entwurf des Bundesrates zu folgen (Art. 14). Die Kommission ist der Auffassung, die Ergänzung, wie sie der Ständerat beschloss, führe einen unbestimmten Rechtsbegriff ein, welcher nicht mehr, sondern im Gegenteil weniger Klarheit bringe. Eine Minderheit möchte am früheren Beschluss des Nationalrates festhalten, eine andere Minderheit möchte diesen Beschluss zusätzlich mit der Ergänzung des Ständerates anreichern. Ähnlich wie der Ständerat sieht die Kommission auch die Notwendigkeit einer befristeten Unterstützung für die Grosswasserkraft (Art. 33a–33c). Allerdings erachtet die Kommission das Modell einer Notfalllösung, wie es der Ständerat in der

Herbstsession in die Vorlage einbrachte, als unzureichend, und schlägt mit 13 zu 11 Stimmen eine Marktprämie für Grosswasserkraftanlagen über 10 MW Leistung vor. Diese Werke sollen für diejenige Elektrizität, welche sie im freien Markt unter den Gestehungskosten verkaufen müssen, von einer Prämie von höchstens 1 Rappen/ kWh profitieren. Die Unterstützung soll unverändert mit maximal 0.2 Rappen/kWh aus dem Netzzuschlagfonds finanziert werden. Aufgrund der beantragten Massnahmen beschloss die Kommission in diesem Zusammenhang einstimmig, der Standesinitiative des Kantons Graubünden «Werterhaltung der Schweizer Wasserkraft» (13.312) keine Folge zu geben. Bei der Befristung der Förderung erneuerbarer Energien folgt die Kommission dem Ständerat (Art. 39a), auch was die rasche Anhebung des Netzzuschlages auf das Maximum von 2.3 Rappen/kWh (Art. 74) angeht. Schliesslich beantragt die Kommission mit 12 zu 12 Stimmen und Stichentscheid des Präsidenten, auf einen Vorschlag zu Effizienzvorgaben beim Stromverbrauch (Art. 48) zu verzichten und schliesst sich der Streichung des Ständerates an. Eine Minderheit allerdings beantragt Massnahmen zur Steigerung der Stromeffizienz. Andere Minderheiten möchten im Rahmen der Vorlage die Förderung für die erneuerbaren Energien weniger stark ausbauen. So beantragt eine Minderheit, die Förderung bis 2025 zu befristen und auch den Netzzuschlag nur verzögert anzuheben. Eine andere Minderheit beantragt, die Unterstützung für die Grosswasserkraft aus der Vorlage zu streichen. Die Kommission hat am 5. und 6. Oktober 2015 und am 2. und 3. November 2015 unter dem Vorsitz von Nationalrat Hans Killer (SVP, AG) und teils in Anwesenheit der Bundesrätinnen Doris Leuthard und Eveline Widmer-Schlumpf in Böttstein und Bern getagt. Sie hat das Energiegesetz zu Ende beraten, ausstehend sind noch die Differenzbereinigungen in den verschiedenen Fremderlassen. In den Nationalrat gelangt die Vorlage dementsprechend erst in der Frühjahrssession 2016. (Parlamentsdienste)

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Ständerat für Unterstützung der Wasserkraft Der Ständerat folgt seiner vorberatenden Energiekommission (UREK-S) und spricht sich für die Subventionierung von in Not geratenen Wasserkraftwerken aus. «Rund 70 Prozent der Schweizerischen Wasserkraftwerke sind unrentabel», brachte der Kommissionspräsident Ivo Bischofberger (CVP) im Rahmen der Ständeratsdebatte vom 22. September die aktuelle Lage der Wasserkraft auf den Punkt. Entsprechend forderte die UREKS, dass einzelne, im Weiterbetrieb gefährdete Wasserkraftwerke unterstützt werden sollen. Während in der kleinen Kammer Konsens hinsichtlich der Wichtigkeit der inländischen Wasserkraft herrschte, konnte das vorgeschlagene Subventionsmodell nicht überzeugen: «Man muss auch den Mut haben, Wasserkraftwerke Konkurs gehen zu lassen», vertrat beispielsweise Georges Theiler (FDP) seinen Minderheitsantrag. Darin forderte er, dass auf eine Subventionierung grundsätzlich verzichtet werden muss. Gemäss Theiler gingen in der Wirtschaft täglich Firmen Konkurs. Dieser Argumentation widersprach Roland Eberle (SVP) der festhielt, dass die Strombranche nur relativ wenig mit Markt und Wettbewerb zu tun habe. Grund dafür seien marktfremde Interventionen. Gemäss Eberle sind deshalb aber nicht die Energiekonzerne zu kritisieren. Nichtsdestotrotz folgte Eberle dem Minderheitsantrag von Theiler. «Ich halte die Lösung der Kommission für untauglich. Sie ist zu kompliziert und wird nicht greifen», so Eberle. Ein weiterer Minderheitsantrag kritisierte die Forderung der UREK-S, dass eine Reduktion der Wasserzinsen Voraussetzung für Fördergelder sein soll: «So werden die Probleme einfach auf die Kantone abgewälzt», argumentierte René Imoberdorf (CVP), der diese Minderheit anführte. Die Minderheit forderte, dass dieser Passus gestrichen wird und die Unterstützung von den vorgeschlagenen 0.2 Rappen/ kWh aus dem Netzzuschlag auf 0.3 Rappen erhöht wird. Während diese Minderheit das vorgeschlagene Subventionsmodell grundsätzlich kri331

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tisierten, stiess das Modell aber auch bei den eigentlichen Befürwortern nicht nur auf Begeisterung. «Der Vorschlag ist nicht das Gelbe vom Ei», sagte beispielsweise Pascale Bruderer Wyss (SP). Wichtig sei jedoch, dass der Ständerat dem Vorschlag folge und eine Differenz zum Nationalrat schaffe. «So kann sich der Nationalrat im Rahmen der Differenzbereinigung mit dem Thema auseinandersetzen und allenfalls eine geeignetere Lösung finden», sagte Bruderer. Diese Haltung wurde mehrheitlich von den Befürwortern des Vorschlags geteilt. Vor der Abstimmung im Ständerat meldete sich auch Bundesrätin Doris Leuthard (CVP) zu Wort. Die Umweltministerin kritisierte, dass mit der geforderten Subvention nicht etwa der Ausbau der Wasserkraft angestossen werde, sondern lediglich bereits bestehende Struktur erhalten wird. Weiter gab Leuthard zu bedenken, dass «die Betriebskosten der Wasserkraftwerke

nach wie vor gedeckt sind». Das Problem der Werke sei, dass die fixen Kosten, die nichts mit dem Markt zu tun hätten, ungedeckt seien. «Der Wasserzins ist eine Belastung der Fixkosten», machte Leuthard klar. Es sei deshalb zumindest ein vernünftiger Ansatz, dass alle Beteiligten einen Beitrag leisten müssen. Wenn also der Ständerat eine Subventionierung der Wasserkraft wolle, sei der Vorschlag der Kommission durchaus ein Ansatz. In der Abstimmung zwischen dem Vorschlag der UREK-S und dem Minderheitsantrag von Theiler folgte der Ständerat schliesslich der Kommission mit 32 zu elf Stimmen bei einer Enthaltung. Auch die Entscheidung über den Minderheitsantrag von Imoberdorf fiel mit 33 zu elf Stimmen deutlich zu Gunsten der Kommission aus. (Energate)

Bild 1. Karte für Entwicklung der Häufigkeit von Steinschlag (BAFU).

Bild 2. Karte für Entwicklung der Intensität von Steinschlag (BAFU). 332

Ene E ne r g iiewi ewi r ts t s c haf t CO2-freie Wasserstoff-Produktion: Axpo plant Anlage beim Kraftwerk Eglisau-Glattfelden Axpo plant, künftig sauberen Wasserstoff aus einheimischer Wasserkraft direkt ins Tankstellennetz von Coop zu liefern. Ihren ersten Elektrolyseur, der mithilfe von Strom klimaneutral Wasserstoff produziert, will Axpo beim Kraftwerk Eglisau-Glattfelden bauen. Diesen Entscheid hat das Unternehmen nach fundierter Prüfung geeigneter Standorte und in enger Absprache mit den zuständigen Behörden gefällt. Diesen September reicht Axpo das Baugesuch ein. Die Produktionsanlage soll bis Anfang 2017 in Betrieb gehen. Im April 2015 hatten Axpo und Coop über das geplante Pionierprojekt informiert. Axpo hat inzwischen diverse Standorte für die geplante Produktionsanlage geprüft und bewertet. Der Entscheid für den Produktionsstandort auf dem Areal des Wasserkraftwerks Eglisau-Glattfelden fiel in enger Absprache mit den kommunalen und kantonalen Behörden. Der Standort bietet sich in Bezug auf die Produktions- und Lagerräumlichkeiten an und ist verkehrstechnisch günstig gelegen. Das Kraftwerk befindet sich zudem zu 100% im Besitz der Axpo und hat eine gültige Konzession bis Ende 2046. Sicherheit hat wie bei allen Axpo Projekten oberste Priorität. Das Baugesuch berücksichtigt alle notwendigen Sicherheitsvorschriften und Normen. «Uns ist es ein grosses Anliegen, dass insbesondere die direkten Anwohnerinnen und Anwohner über das Projekt vollumfänglich informiert werden. Aus diesem Grund lädt Axpo die lokale Bevölkerung im August zu einem Informationsanlass beim geplanten Produktionsstandort im Kraftwerk EglisauGlattfelden ein», unterstreicht Andy Heiz, Leiter des Geschäftsbereichs Produktion und Netze bei Axpo. Sauberer Wasserstoff für die Coop Nutzfahrzeugflotte Das Baugesuch wird für den Bau einer 6 MW Produktionsanlage gestellt. In einer ersten Phase ist die Installation einer 2 MW Produktionsanlage vorgesehen. Je nach Marktnachfrage kann mit der Anlage jährlich rund 200 000 kg Wasserstoff produziert werden. Damit können rund 32 Busse bzw. LKW, 180 Lieferwagen oder 1600 Personenwagen betrieben werden. Nach Vorliegen der Baubewilligung wird

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Bildern beispielhaft für Häufigkeit und Intensität von Steinschlägen. Die Ergebnisse zeigen auch, dass es in der Schweiz keine allgemeine Tendenz gibt, da lokale Einflussfaktoren wie zum Beispiel Höhe und Exposition je nach Himmelsrichtung eine grosse Rolle spielen. In gewissen Regionen wird aufgrund des Klimawandels die Gefährdung durch Naturgefahren abnehmen, in anderen werden sich die Gefahren eher erhöhen. Mögliche Schäden wurden in der Studie nicht untersucht. Die Resultate dieser Studie zur Klimasensitivität bringen eine Gesamtsicht der erwarteten Veränderungen. Zudem erlauben sie ein besseres und gezielteres Monitoring der Naturgefahren. Schliesslich können diese Szenarien als Grundlage bei der Planung von künftigen Präventionsmassnahmen dienen. Weitere Informationen und Berichte finden sich auf der Webseite: www.bafu.admin.ch. (BAFU)

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der definitive Realisierungsentscheid gefällt. Der im Kraftwerk Eglisau-Glattfelden klimaneutral produzierte Wasserstoff soll in erster Linie für die Nutzfahrzeugflotte von Coop verwendet werden, aber auch an einer öffentlichen Tankstelle für private Nutzer zur Verfügung stehen. Axpo will mit der Produktion von Wasserstoff aus heimischer Wasserkraft in ein neues Geschäftsfeld vorstossen und damit einen Beitrag zur Reduktion von CO2-Emissionen leisten. Axpo sieht darin eine Chance für die Wasserkraft und ist vom Potenzial des Wasserstoffmarktes überzeugt. Weitere Auskünfte Axpo Holding AG Corporate Communications Parkstrasse 23, CH-5401 Baden Tel. 0800 44 11 00 (Schweiz), Tel. +41 56 200 41 10 (international) medien@axpo.com | www.axpo.com

K l i ma Klimawandel: neue Methode zur Abschätzung von Naturgefahren Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) hat vor dem Hintergrund des Klimawandels die Entwicklung der Naturgefahrenprozesse mit Hilfe einer neuen Methode dargestellt. Für die kommenden Jahrzehnte kann nun die Veränderung von Gefahren wie etwa Steinschlag oder Rutschungen in einer Region abgeschätzt werden. Dadurch können Gefährdungen besser beurteilt und Präventionsmassnahmen genauer geplant werden. Im Rahmen der Naturgefahrenprävention hat das Bundesamt für Umwelt (BAFU) die Auswirkungen des Klimawandels auf Steinschlag, Lawinen, Hangmuren und Gefahren, die von Wildbächen ausgehen, untersuchen lassen. Deshalb haben die Fachleute eine eigene Analysemethode zur Klimasensitivität entwickelt, die verschiedene Klimaszenarien berücksichtigt. Es sind dieselben, wie sie für die Klimapolitik verwendet werden. Die Studie deckt zwei Zeiträume ab und basiert auf einem mittleren und einem extremen Klimaszenario: Ersteres erstreckt sich bis ins Jahr 2060, letzteres bis 2085. Die Resultate zeigen, wie stark die betreffende Naturgefahr gemäss den Klimaszenarien für die jeweilige Region zu- oder abnimmt. Auf Karten sind die einzelnen Einflussfaktoren dargestellt (grün abnehmend, rot stark zunehmend), in den beiden

Hitzesommer 2015: eine Herausforderung für die Wasserkraftanlagen in den Alpen 2015 brachte uns den zweitwärmsten Sommer seit Messbeginn 1864. Die Hitze hatte entsprechend grosse Auswirkungen auf die Stromproduktion. Das zeigte sich auch bei den Speicherkraftwerken von Alpiq in den Alpen. Die enormen Schmelzwassermengen im vergangenen Juli sorgten dabei für Freud und Leid. Im Unterland litten die Wasserkraftwerke im Sommer 2015 unter der Trockenheit. Gleichzeitig wurden im Sommer wie üblich die Kernkraftwerke revidiert und produzierten deshalb weniger Strom. In Deutschland gab es kaum Wind. Und die Solarmodule verloren wegen der grossen Hitze an Produktivität. Zur Abkühlung schalteten jedoch viele Menschen ihre Klimaanlagen und Ventilatoren ein. Das kurbelte den Stromverbrauch an. Die Folge waren höhere Strompreise. Sie erreichten während mehrerer Tage ein Preisniveau, wie es sonst nur im Winter üblich ist. Grande Dixence mit Rekord beim Wasserzufluss Diese Ausgangslage stellte für unsere hoch in den Bergen gelegenen Speicherkraftwerke eine grosse Herausforderung dar. Die lange Hitzeperiode liess die Gletscher aussergewöhnlich stark schmelzen. Deren Wasser füllte die Gebirgsseen. Ein Beispiel dafür ist die Anlage von Grande Dixence: Sie verzeichnete im Juli 2015 einen rekordhohen Wasserzufluss: Er lag 20%

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Der Wasserzufluss des Lac de Dix (Grande Dixence) lag im Juli 2015 20 Prozent über dem Durchschnitt.

Der Überfluss des Stausees Gebidem belief sich im Juli 2015 auf umgerechnet 16.6 GWh. Das entspricht etwa dem jährlichen Stromverbrauch von 3700 Haushalten. über dem Durchschnittswert. Der Stausee fasste 28 Millionen Kubikmeter mehr Wasser. Das entspricht 122 Gigawattstunden oder dem jährlichen Stromverbrauch von rund 27 000 Haushalten. Dank der hohen Verfügbarkeit und Leistung des gesamten Kraftwerkkomplexes von Grande Dixence konnte diese Situation jedoch gut bewältigt werden. Überlaufrekord bei der Gebidem-Staumauer Auch die von Alpiq bewirtschaftete Anlage der Electra Massa im Oberwallis war von enormen Schmelzwassermengen betroffen. Im Juli floss aus dem Aletschgletscher 46 Prozent mehr Wasser in die Anlage als sonst in diesem Monat. Entsprechend lief das Kraftwerk Bitsch im Juli mit voller 333

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Leistung, was einem Turbinendurchfluss von 55 m3/s entspricht. Der Wasserzufluss betrug in Spitzenzeiten weit mehr als das Doppelte des maximalen Turbinendurchflusses. Obwohl Alpiq den Stausee bis Anfang Juli so tief wie möglich gehalten hatte, belief sich der Überfluss an ungenutztem Wasser schliesslich auf umgerechnet 16.6 GWh. Diese nicht genutzte Wassermenge entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von etwa 3700 Haushalten – ein weiterer, leider negativer Rekord dieses Hitzesommers. Weitere Informationen Alpiq AG Bahnhofquai 12, CH-4601 Olten Tel. +41 (0)62 286 71 11 info@alpiq.com, www.alpiq.com

Was s e r kr af tnut zung Projekt Überleitung Lugnez: Bündner Verwaltungsgericht weist Beschwerde der Umweltorganisationen und Fischer vollumfänglich ab Das Verwaltungsgericht von Graubünden hat die Beschwerden gegen die Konzessionserteilung der Regierung für das Projekt Überleitung Lugnez in allen Punkten abgewiesen, wie die Kraftwerke Zervreila (KWZ) mitteilten. Das geplante Projekt sieht vor, im hinteren Lugnez an fünf Stellen weiteres Wasser zu fassen und über einen rund 13 Kilometer langen Stollen ins Ausgleichsbecken bei Zervreila oberhalb von Vals zu leiten. Mit den zusätzlichen rund 32 Mio. Kubikmeter Wasser pro Jahr soll in den bestehenden Kraftwerken im Safiental und in Rothenbrunnen Strom für rund 18 000 Haushalte erzeugt werden. Das Wasser fliesst dann bei Reichenau wieder in den natürlichen Kreislauf zurück. In das Ausbauprojekt, das die aktuelle Stromproduktion um 80 Mio. auf 622 Mio. kWh erhöhen würde, sollen 120 Mio. Franken investiert werden und es gilt als derzeit grösstes im Kanton Graubünden. Das Bündner Verwaltungsgericht hat mit Urteil vom 8. Sept. 2015 die Beschwerde der Umweltverbände «World Wide Fund for Nature Schweiz» (WWF), «Pro Natura», «Schweizerischer Bund für Naturschutz», «Schweizerische Greina Stiftung zur Erhaltung der alpinen Fliessgewässer» (SGS) sowie des «Schweizerischen Fischereiverbandes» (SFV) gegen die Konzessionserteilung der Regierung für das Projekt Überleitung Lugnez in allen Punkten abgewiesen. 334

Das umfangreiche Urteil wird nun von allen Beteiligten analysiert, kann es doch innert 30 Tagen noch ans Bundesgericht weiter gezogen werden, wie es weiter heisst. Bei der KWZ will man «unter der Berücksichtigung der momentan schwierigen Lage auf dem Energiesektor im Verlaufe der nächsten Monate über das weitere Vorgehen befinden». (KWZ/Energate) Gemäss Mitteilung vom 12. Oktober 2015 ziehen der Fischerei-Verband und die Umweltorganisationen WWF und Pro Natura das Urteil des Verwaltungsgerichtes weiter vors Bundesgericht.

Neues Flusskraftwerk Hagneck in Betrieb Rund 100 000 Kubikmeter ausgehobener Fels und Molasse. 50 000 Kubikmeter verbauter Beton. Nach vierjähriger Bauzeit ist es jetzt soweit: Die BKW und der Energie Service Biel/Bienne (ESB) setzen mit der Ende Oktober 2015 erfolgten Inbetriebnahme des neuen Flusskraftwerks Hagneck einen Meilenstein in der Erzeugung von sauberem und erneuerbarem Strom. Mehr Strom, mehr Hochwasserschutz Derselbe Fluss – mehr Energie: Das neue Kraftwerk Hagneck liefert 40 Prozent mehr Strom als das alte. Dank moderner Technik punktet es durch eine hohe Energieeffizienz. Der Bau besticht aber auch durch

seine aussergewöhnliche Architektur, die sich unauffällig in den Uferbereich des Hagneckdeltas einfügt. Das Kraftwerk Hagneck hat neben der Stromproduktion eine weitere wichtige Funktion: Seine deutlich erhöhte Abflusskapazität bietet in der Zukunft einen effizienten Hochwasserschutz. Höchstleistungen bei Bau und Betrieb: Insgesamt wurden 100 000 Kubikmeter Fels und Molasse ausgehoben und 50 000 Kubikmeter Beton verbaut. Die neue Wehranlage besteht aus vier Wehrfeldern von je 15 Metern Breite. Das Kraftwerk erzeugt 110 GWh Strom, eine Menge, die den Jahresbedarf von 30 000 Haushalten deckt. Zahlreiche Renaturierungsmassnahmen Beim Bau des neuen Kraftwerks wurde auch der Flora und Fauna Raum zur Entfaltung gegeben. Ein in seiner Art wegweisendes Umgehungsgerinne, das einem natürlichen Bachlauf nachempfunden ist, bietet zudem zahlreichen heimischen Fischarten die Möglichkeit, das Kraftwerk zu passieren. Die harten Verbauungen des heutigen Unterwasserkanals werden entfernt und neue Inselbereiche mit Kies und Sand geschüttet. In diesem renaturierten Bereich, welcher sich im natürlich schwankenden geschützten Seebereich befindet, wird eine neue Auenlandschaft von knapp 20 000 m2 entstehen und das Ufer des Bielersees ökologisch bereichern. Die Kosten für den Neubau des Wasserkraftwerks Hagneck belaufen sich auf 150 Mio. Franken; rund 10 Prozent der Kosten wurden

Bild. Das neu in Betrieb genommene WK Hagneck an der Aara (BKW). «Wasser Energie Luft» – 107. Jahrgang, 2015, Heft 4, CH-5401 Baden

KWO – Ausbauvorhaben sind auf Kurs Der Ausbau der Wasserkraft an der Grimsel schreitet planmässig voran. Die Inbetriebnahme der neuen Kraftwerke Innertkirchen und Handeck wird bereits Mitte 2016 – leicht früher als geplant – erfolgen können. Die Gesamtproduktion fiel im 2014 mit 2070 Gigawattstunden (GWh) tiefer aus als im Vorjahr. Geringere Zuflüsse und umfangreiche Revisions- und Umbauarbeiten mit der Entleerung des Räterichsbodensees sind die Hauptgründe. Umfassende Revisions- und Umbauarbeiten Mit Investitionen, Umbau- und Revisionsarbeiten von über CHF 100 Mio. schliesst die KWO ein arbeitsintensives Jahr ab. Diese umfassenden Revisionen und die geringeren Zuflüsse sind denn auch die Gründe für die tiefere Gesamtproduktion. Mit 2070 GWh fiel diese 9.5% tiefer aus als im Vorjahr. Im Kraftwerk Innertkirchen 1 konnte die Ende 2013 begonnene Generalrevision der Maschinengruppe 5 planmässig abgeschlossen werden. Im Rahmen der Seeentleerung Räterichsboden und der damit verbundenen Trockenphase wurden zahlreiche Kugelschieber und Drosselklappen revidiert. Ausbauprojekte Das Projekt «Tandem» mit der Erweiterung der Kraftwerke Innertkirchen 1 und Handeck 2 für CHF 305 Mio. ist bezüglich Kosten und Termin auf Kurs. Sämtliche Ausbrucharbeiten sind fertiggestellt und mit dem Innenausbau wurde termingerecht begonnen. Das Projekt Grimsel 1E schliesst eine Lücke zwischen Grimsel- und Räterichsbodensee mit einer drehzahlvariablen

150-Megawatt-Pumpturbine mit Frequenzumrichter. Am 1. September 2014 hat der Grosse Rat des Kantons Bern die Konzession einstimmig genehmigt. Das Baugesuch wurde im August 2014 eingereicht. In enger Zusammenarbeit mit den Anspruchsgruppen wurde das Projekt Trift weiterentwickelt und geniesst eine breite Unterstützung. Der Speichersee umfasst ein Volumen von mindestens 85 Mio. m3 mit Zuflüssen aus den Gebieten Trift, Stein und Wendenalp. Ein neues Kraftwerk Trift mit einer Leistung von 80 Megawatt (MW) wird jährlich rund 180 GWh Energie liefern. Für den Neubau des Kraftwerks Grund in Innertkirchen wurden Konzession und Baubewilligung erteilt. Mit dem Bau wurde im Frühjahr 2015 begonnen und die Inbetriebnahme der Anlage ist für Ende 2016 vorgesehen. Die Revisionsprojekte Grimsel 2 und Handeck 1 sind ebenfalls auf Kurs. Die Investitionen belaufen sind auf rund CHF 59,4 Mio. Ein wesentlicher Wertschöpfungsanteil dieser Investition wird durch regionale Dienstleister im Berner Oberland oder durch Eigenleistungen der KWO erbracht. Auszeichnung für Gewässeraufwertung von der UNESCO Im Oktober erhielt die KWO den WeltwerbeKristall der Stiftung «UNESCO-Welterbe Schweizer Alpen Jungfrau-Fletsch». Der Preis wurde für das Engagement bei der Gewässeraufwertung im Wassereinzugsgebiet der KWO verliehen. Das ökologische Engagement der KWO fand auch bei der Seeentleerung Räterichsboden grosse Beachtung. So wurden zusammen mit den Fischereivereinen und den kantonalen Amtsstellen 1700 Fische ausgefischt und in benachbarte Gewässer umgesiedelt oder in die Brutanstalt Meiringen verlegt. Ersatzwahl Verwaltungsrat: Ronald Trächsel folgt für Kurt Rohrbach Die Generalversammlung wählte heute Ronald Trächsel, CFO, Leiter Finanzen und Dienste BKW Energie AG, in den Verwaltungsrat. Er ersetzt den zurückgetre-

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tenen Kurt Rohrbach, Vizepräsident des Verwaltungsrates der BKW Energie AG, der nach 14-jähriger Zugehörigkeit zum Verwaltungsrat zurücktrat. Assoziierte Geschäftsbereiche/Personelles Grimsel Hydro war etwa hälftig in den eigenen Reparatur- und Retrofitprojekten engagiert. Im externen Geschäft schlägt sich die schwierige Situation der Wasserkraft nieder. Die touristischen Angebote der KWO konnten trotz schwierigem Umfeld und schlechtem Wetter im Sommer die hohen Vorjahreszahlen halten. Durch organisatorische Massnahmen wurde das Ergebnis weiter verbessert. Mit einem Jahresdurchschnitt von 350 Vollzeitstellen, besetzt mit rund 508 Mitarbeitenden, ist der Personalbestand im 2014 um 1.6 % gesunken. Im Berichtsjahr standen 23 Lernende und sechs Praktikanten in zwölf verschiedenen Berufen im Einsatz. Restrukturierungsprozess Der im laufenden Jahr begonnene Restrukturierungsprozess wird voraussichtlich diesen Herbst abgeschlossen. Die anhaltend tiefen Grosshandelspreise auf dem Energiemarkt versetzen die Wasserkraft in eine sehr schwierige Situation. Die KWO will mit dem Prozess eine Gesamtanalyse des Unternehmens durchführen, Handlungsoptionen ausloten und daraus Strategie und Massnahmen definieren. Dies mit dem Ziel die Kosten weiter zu senken. Weitere Informationen: KWO, Kraftwerke Oberhasli AG Dr. Gianni Biasiutti, CEO Tel. +41 (0)33 982 20 11

Natur gefahr e n Aktualisiertes Erdbebengefährdungsmodell Der Schweizerische Erdbebendienst (SED) an der ETH Zürich hat nach zehn Jahren intensiver Forschung Anfang September 2015 ein aktualisiertes Erdbebengefährdungsmodell erstellt. Dieses bestätigt: Erdbeben sind eine ernstzunehmende Gefahr für die Schweiz. Jedes Jahr registriert der SED über 500 Erdbeben in der Schweiz. Das letzte mittelstarke Erdbeben liegt gut drei Jahre zurück: Bei Zug ereignete sich 30 Kilometer tief im Erdinnern ein Beben der Magnitude 4.2. Dieses wurde in weiten Teilen der Zen335

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für Renaturierungsmassnahmen aufgewendet. Weitere Informationen rund um das Wasserkraftwerk Hagneck finden sich auf: www.bielerseekraftwerke.ch und www. blog.bkw.ch/hagneck (BKW/ESB)

Nachrichten Bild. Erdbebengefährdung; Beschleunigung bei 5 Hz, 10% innerhalb 50 Jahren (SED). tral- und Ostschweiz von zehntausenden von Menschen deutlich verspürt. Das Beispiel macht klar, dass sich in der Schweiz immer wieder mittelstarke Erdbeben ereignen. Es kann aber auch jederzeit und überall in der Schweiz zu einem starken oder gar katastrophalen Beben kommen. Wie oft und wie stark die Erde an bestimmten Orten künftig beben könnte, ist einer der Forschungsschwerpunkte des Schweizerischen Erdbebendienstes. Unterschiedlich gefährdete Regionen Abschätzungen zeigen: Erdbeben sind die Naturgefahr mit dem grössten Schadenspotenzial in der Schweiz. Im Auftrag des Bundes überwacht der SED die Erdbebentätigkeit und schätzt die Erdbebengefährdung in der Schweiz ein. In regelmässigen Abständen publiziert er zudem ein Modell, das mögliche künftige Erdbeben und die damit einhergehenden Bodenbewegungen beschreibt. Das nun veröffentlichte, aktualisierte Erdbebengefährdungsmodell basiert auf verbesserten Vorhersagemodellen, neuen und sehr viel genaueren Daten sowie überarbeiteten Einschätzungen historischer Quellen. Es löst das Modell aus dem Jahr 2004 ab und erlaubt eine wesentlich solidere Abschätzung der Gefährdung. Fachpersonen und Behördenvertretern dient das neue Modell als Grundlage, um Entscheide im Bereich der Erdbebenvorsorge und des Risikomanagements zu treffen. Gesamthaft hat sich die Einschätzung der Gefährdung für einzelne Regionen seit 2004 nur leicht verändert: Das Wallis bleibt das Gebiet mit der höchsten Gefährdung, ge336

folgt von Basel, Graubünden, dem St. Galler Rheintal und der Zentralschweiz. Einzig der Kanton Graubünden, insbesondere das Engadin, ist gemäss der Einschätzung des SED stärker gefährdet als bisher angenommen. Diese leicht erhöhte Einstufung erklärt sich vor allem durch eine angepasste Beurteilung der vergangenen Beben. Verschiedene Karten – interaktives Webtool Neben der klassischen Gefährdungskarte, die anhand von Beschleunigungswerten abbildet, wo und wie häufig Erdbeben einer bestimmten Stärke zu erwarten sind, lanciert der SED dieses Jahr zwei weitere Produkte. Sie ermöglichen einen einfacheren Zugang zu den rele-vanten Informationen: So veranschaulicht eine der beiden neuen Karten, welche Auswirkungen Erdbeben verschiedener Grössenordnungen nach sich ziehen. Die andere Karte bildet ab, wie oft sich Erdbeben ab einer bestimmten Magnitude ereignen. Alle Produkte lassen sich in einem interaktiven Webtool erkunden. Ebenfalls augenfällig ist das neue Farbkonzept der Gefährdungskarte: die «harmlosen» Farben, Grün und Blau, welche die Karte von 2004 dominierten, wurden durch gelbe, orange, rote und violette Farbtöne ersetzt (siehe Bild). Diese neue Einfärbung spiegelt die tatsächliche Erdbebengefährdung in der Schweiz besser wieder: prinzipiell ist in jeder Region der Schweiz jederzeit ein starkes Erdbeben möglich. Angepasste Bodenbeschleunigungen Eine wichtige Grösse bei der Berechnung der Erdbebengefährdung sind die zu

erwartenden Bodenbeschleunigungen. Forschende haben in den letzten Jahren im Nahbereich von grösseren Beben im In- und Ausland zahlreiche neue Daten erhoben. Die nachträglichen Auswertungen zeigten auf, dass sich der Boden bei einigen Beben stärker bewegt als bisher angenommen. Aufgrund dieser Erkenntnis hat der SED die zu erwartenden Bodenbewegungen entsprechend angepasst. Diese Werte sind insbesondere für Bauingenieure bedeutend, um Gebäude und Infrastrukturen erdbebengerecht auszulegen. Neben Ingenieuren ist die Gefährdungskarte auch für Behörden, Versicherungen und Forschende ein wichtiges Instrument. Sie dient diesen Interessengruppen in erster Linie als Grundlage, um Entscheide im Bereich der Erdbebenvorsorge und des integralen Risikomanagements zu treffen. Zudem gründen die Normen für eine erdbebengerechte Bauweise auf der Gefährdungskarte. Der ausführliche Bericht zum aktualisierten Erdbebengefährdungsmodell soll noch vor Ende 2015 publiziert werden. Weitere Informationen: www.seismo.ethz.ch (ETHZ/SED)

Neue App des Bundes zu Naturgefahren Alle Naturgefahrenwarnungen und -meldungen des Bundes sind seit Ende Oktober 2015 in der kostenlosen MeteoSwissApp verfügbar. Erstmals können Nutzerinnen und Nutzer für zehn verschiedene Naturgefahren Push-Meldungen abonnieren und so die Warnungen und Meldungen individuell und direkt erhalten. Dies ergänzt das Angebot des Naturgefahrenportals www.naturgefahren.ch. Mobile Applikationen sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Der Bund ist bestrebt, der Bevölkerung möglichst schnell die wichtigsten Informationen zur Verfügung zu stellen. Nun sind erstmals die Warnungen und Meldungen der Naturgefahrenfachstellen des Bundes (Bundesamt für Umwelt BAFU, Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz, WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF und Schweizerischer Erdbebendienst SED) auch via App auf einen Blick ersichtlich. Die Push- und Meldefunktionalität der App ergänzt das bereits vorhandene Portal www.naturgefahren. ch dieser Fachstellen. Auf einer einzigen, übersichtlichen Karte werden die Naturgefahrenlage und entsprechende Warnungen und Meldungen dargestellt: (Un-) Wetterphänomene, Hochwasser, Wald-

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Ve r anstaltunge n

KOHS-Tagung 2016/ Symposium CIPC 2016 Besondere Herausforderungen des Schutzwasserbaus/Défis particuliers dans la protection contre les crues Donnerstag, 21. Januar 2016, Olten/ Jeudi, 21 janvier 2016, Olten

Die jährlich von der Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV organisierte Tagung widmet sich 2016 besonderen Herausforderungen des Schutzwasserbaus mit Fokus auf der Kontrolle von Geschiebetransport und -ablagerung (Session 1) sowie Hochwasser-Entlastungsstollen (Session 2). Die Tagung ist immer auch ein ausgezeichneter Treffpunkt der Fachwelt./Le symposium annuel de la Commission pour la protection contre les crues (CIPC) de l’ASAE a pour sujet des défis particuliers dans la protection contre les crues. L’accent est mis sur le contrôle du transport et dépôt de matériaux charriés (session 1) et les galeries d’évacuation de crue (session 2). La journée est d’ailleurs toujours une excellente opportunité d’échange entre les professionnels. Zielpublikum/Public cible Angesprochen werden wie üblich Wasserbauer und weitere mit Hochwasserschutz beschäftigte Fachleute aus der Privatwirtschaft und der Verwaltung. /Le symposium est destiné comme d’habitude aux ingénieurs et aux spécialistes des aménagements des cours d’eau. Inhalt, Sprache/Contenu, langues Das detaillierte Tagungsprogramm ist diesem Heft als Flyer beigelegt bzw. kann der Webseite entnommen werden. Die Vorträge werden in Deutsch und Französisch gehalten mit Parallelprojektion der Folien in beiden Sprachen. / Pour les détails voir le

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programme adjoint dans la présente revue ou sur le site web. Les conférences seront présentées en allemand ou français avec projection simultané des slides dans les deux langues. Kosten/Frais Für Einzelmitglieder und Vertreter von Kollektivmitgliedern des SWV gelten vergünstigte Tarife / Membres de l’ASAE profitent des tarifs préférentiels: • Mitglieder SWV/ Membres ASAE: CHF 230.– • Nichtmitglieder/ Non-membres: CHF 300.– • Studierende/ Etudiants: CHF 115.– Inkl. Mittagessen und Pausenkaffee; exkl. 8% MWSt. / Sont inclus le repas de midi, les pauses café. 8% TVA exclue. Anmeldung/Inscription Anmeldungen bitte bis spätestens 31.12.2015 über die Webseite des SWV / Inscriptions s.v.p. jusqu’au 31.12.2015 par le site web de l’ASAE: www.swv.ch/KOHS-Tagung-2016 Die Anmeldungen werden nach Eingang berücksichtigt. Als Anmeldebestätigung gilt die automatisch generierte AntwortMail auf die Online-Anmeldung./Les inscriptions seront considerées par ordre d’arrivée. Après l‘inscription en ligne une confirmation est envoyée automatiquement par courrier électronique.

Age nda Olten 21.1.2016 KOHS-Hochwassertagung 2016: Besondere Herausforderungen im Schutzwasserbau (Geschiebe, Entlastungsstollen) (d/f) Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV. Weitere Informationen und Anmeldung: www.swv.ch Wädenswil ab 1.4.2016 CAS-Kurs Makrozoobenthos: Zertifikatslehrgang zu Artenkenntnis und Bioindikation (d) ZHAW. Kurs von total 21 Tagen Dauer plus Selbststudium. Weitere Informationen und Anmeldung: https://weiterbildung.zhaw.ch Canobbio 17./18.3.2016 KOHS-Weiterbildungskurs, 6. Kurs der 4. Serie: Revitalisierung von kleinen und mittleren Gewässern (i) Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV und BAFU. Weitere Informationen: www.swv.ch 337

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brandgefahr, Erdbeben sowie Lawinen. Nutzerinnen und Nutzer können für ausgewählte Orte in der Schweiz sowie für die meisten Naturgefahren einzeln festlegen, ab welcher Gefahrenstufe sie durch eine Pushmeldung mit aktuellen Warnungen informiert werden wollen. Meldungen von möglicherweise spürbaren Erdbeben werden automatisch an die App übermittelt und auf der Übersichtskarte dargestellt, aber nicht als Pushmeldung angeboten. Allgemeine Verhaltensempfehlungen finden Appnutzer via Link weiterhin auf dem Naturgefahrenportal, denn geeignete Massnahmen können die Auswirkungen von Naturereignissen auf Mensch, Bauten und Umwelt reduzieren. Hintergrund- und Detailinformationen finden sich nach wie vor auf den Seiten der einzelnen Fachstellen. Funktionalitäten und allgemeine Informationen Die MeteoSwiss-App gehört mit über 3.6 Mio. Downloads zu den meistgenutzten mobilen Applikationen des Bundes. Die Abofunktion mit Pushmeldungen ermöglicht zu den Unwetterwarnungen neu folgende zusätzliche Naturgefahrenwarnungen zu abonnieren: Hochwasser (BAFU), Waldbrand (BAFU) sowie Lawinen (SLF). Meldungen zu möglicherweise spürbaren Erdbeben (SED) können in der App abgerufen werden. Die übersichtliche Karte stellt die Gesamtlage dar und informiert über alle Naturgefahrenwarnungen. Die kostenlose App gibt es für iOS, Android und Windows und kann in den jeweiligen Stores heruntergeladen werden. Die Sprachen Deutsch, Italienisch, Französisch und Englisch werden unterstützt. (BAFU)

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Zürich 31.5.–2.6.2016 Powertage 2016 – Messe und Fachforen: Messe der Schweizer Stromwirtschaft mit Vortragsveranstaltungen (d) Trägerschaft Powertage, in Zusammenarbeit mit dem SWV. Weitere Informationen: www.swv.ch Sursee 16./17.6.2016 KOHS-Weiterbildungskurs, 7. Kurs der 4. Serie: Revitalisierung von kleinen und mittleren Gewässern (d) Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV und BAFU. Weitere Informationen: www.swv.ch Wallgau (D) 29.6.–1.7.2016 18. Wasserbausymposium: Wasserbau – mehr als Bauen im Wasser (90 Jahre VAW Obernach) (d) TU München, Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft. Weitere Informationen und Anmeldung: www.freunde.wb.bgu.tum.de Brig 1./2.9.2016 Wasserwirtschaftstagung mit der 105. Hauptversammlung SWV (d/f) SWV. Bitte Termin reservieren. Weitere Informationen und Anmeldemöglichkeit erfolgen im Frühsommer 2016, www.swv.ch.

L ite i te r atur Kraftwerk Schweiz – Plädoyer für eine Energiewende mit Zukunft Autor: Anton Gunzinger; Publikation: Erstausgabe April 2015, 2. Auflage Mai 2015; gebunden, A5-Format; 320 Seiten, mit farbigen Abbildungen; ISBN 978-3-72960888-7; CHF 36.–; Zytglogge Verlag: www.zytglogge.ch Beschrieb: ETH-Professor und Unternehmer Anton Gunzinger beschäftigt sich seit Jahren mit dem Thema Energiewende. Er entwirft das Bild einer Schweiz, wie sie für die kommenden Generationen aussehen könnte. Gunzinger geht der Frage nach, wie die Schweiz ihren Ressourcenverbrauch ohne Einbussen ihrer wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit und unter Beibehaltung des Wohlstands drastisch verringern kann. In seinem Plädoyer belegt er, wie wir uns, trotz Verzicht auf Kernkraftwerke, zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energien (Wasser, Sonne, Wind, Kehrichtverbrennung, Biomasse) versorgen können. Er plädiert für ein intelligent gesteuertes «Kraftwerk Schweiz», das unabhängig vom Ausland und ohne 338

sich von Europa abzuschotten funktioniert. Das Buch ist für Laien verständlich und für Fachleute und Entscheidungsträger eine Pflichtlektüre. Mit anekdotischen Aperçus angereichert, bietet dieser Lesestoff sowohl Erkenntnisgewinn als auch Infotainment. (Zytglogge)

Energiewende zu Ende gedacht – Was denn sonst? Autor: Ulf Bossel; Publikation: Oktober 2014; gebunden, A5-Format; 156 Seiten, mit farbigen Abbildungen; ISBN 978-3033-04773-0; CHF 30.–; Eigenverlag; Bestellungen schriftlich an: ubossel@bluewin.ch oder über www.buch.ch

Beschrieb: In der «Energiedepesche» vom März 2015 ist zu lesen: «Ein sensationell kluges und klarsichtiges Buch über die

Energiewende». Ulf Bossel, ein ETH-Maschinenbauer mit Doktorhut der Universität von Kalifornien in Berkeley, befasst sich seit 1972 mit der Gestaltung einer Energiezukunft «ohne Erdöl und Uran». Basierend auf seinem Erfahrungsschatz und guten Kenntnissen der Energietechnik und der Physik beschreibt er in seinem Buch den Zustand nach Vollendung der Energiewende. Bemerkenswert verständlich wird verdeutlicht, dass man Energie nicht erzeugen kann, sondern lediglich Nutzen aus dem Energiefluss von einem höheren auf ein tieferes Niveau zieht. Das führt zu einer Trennung von Energiemenge und Energiewertigkeit für unterschiedliche Versorgungssysteme. Seine verständlich präsentierte Physik der Energiewende ist für Menschen, die sich erstmalig mit dem Thema befassen, ebenso lesenswert wie für alle, die in der Branche arbeiten, sich aber gern noch einmal die wissenschaftlichen Hintergründe vergegenwärtigen möchten. (SWV)

Hydrologisches Jahrbuch der Schweiz 2014 – Abfluss, Wasserstand und Wasserqualität der Schweizer Gewässer Publikation: September 2015; A4-Format; Herausgeber: Bundesamt für Umwelt BAFU; Schriftenreihe Umweltzustand, Nr. UZ-1511-D; Bestellung und PDF-Download: www.bafu.admin.ch/UZ-1511-D.

Beschrieb: Das «Hydrologische Jahrbuch der Schweiz» wird vom BAFU herausgegeben und liefert einen Überblick über das hydrologische Geschehen auf nationaler Ebene. Es zeigt die Entwicklung der Wasserstände und Abflussmengen von Seen, Fliessgewässern und Grundwasser auf und

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Das Modell sedFlow und Erfahrungen aus Simulationen des Geschiebetransportes in fünf Gebirgsflüssen der Schweiz. Synthesebericht. Publikation: Oktober 2015; A4-Format; Autoren: Dieter Rickenmann, Martin Böckli, Florian Heimann, Alexandre Badoux, Jens Turowski; Herausgeberin: Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, Birmensdorf; WSL Berichte, Heft 24, 2015, ISSN 2296-3456, PDF-Download: www.wsl.ch/publikationen/pdf/14594.pdf

Beschrieb: An der Eidg. Forschungsanstalt WSL wurde in den letzten Jahren das Programm sedFlow zur eindimensionalen Simulation des Geschiebetransportes in steilen Gerinnen entwickelt. Dabei wurden neuere Ansätze sowohl zur Berechnung des Fliesswiderstandes als auch der Sedimenttransportraten implementiert. Als weiteres neues Element wurde im Programm sedFlow auch die Option eingebaut, seitliche Sedimenteinträge aus Wildbachgerinnen vorzugeben, welche zum Beispiel im Falle von Murgängen bedeutende Feststoffmengen in die Gebirgsflüsse liefern können. Im vorliegenden Bericht sind die Erkenntnisse zusammengefasst, die auf der Anwendung des Programmes sedFlow in fünf Gebirgsflüssen der Schweiz basieren. Die Untersuchungen wurden im Rahmen von zwei

Projekten durchgeführt, nämlich «Feststofftransport in Gebirgseinzugsgebieten» im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) der Schweiz sowie «SEDRIVER» im Rahmen des Nationalen Forschungsprogrammes NFP61 des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF). Eine PDFVersion des Syntheseberichtes sowie die Detailberichte zu den fünf modellierten Gebirgsflüssen sind zu finden unter: www. wsl.ch/sedflow (WSL)

Die Themen der «Wasserwirtschaft» 11–12-2015 • Die Wiederherstellung der Fischdurchgängigkeit an der Ruhr-Staustufe Baldeney – Hintergrund und Projektübersicht Markus Kühlmann, Michael Weyand, Hermann Knotte • Untersuchungskonzept und -schritte zur Adaption eines Fischliftsystems am Ruhrwehr Baldeney Boris Lehmann, Markus Kühlmann • Untersuchungsmethodik zur Systemoptimierung von Sonderbauweisen am Beispiel Baldeney Frank Seidel, Philipp Schultz, Franz Nestmann • Numerische und physikalische Modelluntersuchungen für ein innovatives Fischaufstiegskonzept am Ruhrwehr Baldeney Peter Oberle, Thomas Grafmüller, Mark Musall, Franz Nestmann • Ethohydraulische Untersuchungen als Funktionsnachweis für den Bau eines Fischliftsystems am Ruhrwehr Baldeney Andreas Hoffmann, Imke Böckmann • Der Hydro-Fischlift: Eine innovative Lösung für den Fischaufstieg – Aspekte zu Konstruktion und Betrieb Andreas Roth, Georg Baumann • Wasserrahmenrichtlinie und Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie – Synergien und Konflikte Michael Eiden, Robert Jüpner • Die praktische Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie in Sachsen-Anhalt Godehard Hennies • Ökologische Durchgängigkeit als Basis zur Zielerreichung der WRRL – Massnahmenumsetzung mittels Europäischem Fischereifond Burkhard Henning • Multimetrischer Ansatz zur Erfolgskontrolle bei Fliessgewässerrevita-

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lisierungen – Ein Vergleich mit der Bewertung nach Wasserrahmenrichtlinie Michael Seidel, Volker Lüderitz Komplexe Wirkungen eines Grossprojektes für die Zielerreichung der WRRL am Beispiel der Renaturierung der Alten Elbe bei Lostau Karl-Heinz Jährling Ökologische Revitalisierung urbaner Gewässer am Beispiel des Emschersystems: Rahmenbedingungen, aktueller Stand und Erfolgsbewertung Mario Sommerhäuser, Jochen Stemplewski «Besser, aber noch nicht gut» – Ökologischer Zustand der Seen in Brandenburg 2014 Jacqueline Rücker, Antje Barsch, Brigitte Nixdorf Sedimente in der Rummelsburger Bucht (Berlin) – Belastungszustand und Dynamik Jens Bölscher, Achim Schulte, Konstantin Terytze, Michaela Dumm, René Suthfeldt, Benjamin Vogt, Judith Bölscher Impulsgebende Massnahmen in Tieflandbächen Schleswig-Holsteins – Wirkung und mögliche Einbauvarianten für eine naturnähere Gestaltung Michael Seidel, Matthias Brunke Effekte anthropogener Landnutzung auf eine wichtige Ökosystemfunktion in Fliessgewässern der Südpfalz Katharina Voss

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enthält Angaben zu Wassertemperaturen sowie zu physikalischen und chemischen Eigenschaften der wichtigsten Fliessgewässer der Schweiz. Die meisten Daten stammen aus Erhebungen des BAFU. (BAFU)

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I ndustriemit ndustr ie mit teilung tei lung General Electric vollzieht Alstom-Übernahme Der US-Konzern General Electric (GE) hat die schliesslich 9.7 Milliarden schwere Übernahme der Energiesparte des französischen Konzerns Alstom am Montag 2.November 2015 abgeschlossen. Die Alstom-Übernahme ist die grösste dieser Art in der Geschichte von GE sowie im Energie-Industrie-Sektor. Sie ist ein wichtiger Schritt von GE’s Transformation Richtung Globales Digitales Industrieunternehmen. Der Vollzug erfolgte ca. 15 Monate nach der Bekanntgabe. GE hatte noch Auflagen der Wettbewerbsbehörden erfüllen müssen. Die Französische Regierung hatte Ende 2014 die Erlaubnis zur Transaktion erteilt. Die EU-Kommission gab im September grünes Licht. Ursprünglich hätte die Transaktion GE 12.4 Milliarden Euro kosten sollen. Der Endpreis erklärt sich durch abgegebene Spartenteile, Joint Ventures, Korrekturen und Währungseffekte. Im Zug der Übernahme schufen GE und Alstom drei Unternehmen (Joint Ventures) im Energiesektor: Erneuerbare Energien, Stromnetz und Atomenergie. In diese Bereiche wird Alstom 2.4 Milliarden Euro reinvestieren. GE stellt sein Energiegeschäft neu auf. Drei Sparten werden zukünftig die GE und Alstom Geschäftsfelder abdecken. Dies sind GE Power, GE Energy Management und GE Renewable Energy. Alstom beschränkt sich nach dem Abschied aus dem Energiegeschäft auf seine Zugsparte. In der Schweiz und im Aargau wird GE weiterhin eine der grössten Industriefirmen bleiben. GE Power wird zwei weltweite Hauptsitze in Baden habe. Dies für Power Services und Steam Power Systems. GE Renewable Energy, ist mit dem Wassekraft Geschäft in Birr und Vevey vertreten sowie GE Energy Management in Oberentfelden. Weitere Informationen auf: www.ge-alstom.com sowie auf www.ge.com Anmerkung der Redaktion: Sollten Sie Fragen haben, gibt Ihnen Roman Derungs, Mitglied des Vorstandes des SWV, tätig bei GE Renewable Energy gerne Auskunft. Tel. +41 (0)58 506 63 07 roman.derungs@ge.com). Aufnahmen vom Rebranding des Alstom-Gebäude in Baden. 340

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men, weil Stillstandzeiten so kurz wie möglich gehalten werden möchten. Für das verschleissfeste Auftragschweissen können grundsätzlich alle Schmelzschweissverfahren eingesetzt werden, bevorzugt werden die Verfahrensgruppen Gasschweissen, Metall-Lichtbogenschweissen, Schutzgasschweissen, Unterpulverschweissen und Elektroschlackeschweissen. Reibauftragschweissen Widerstandspresschweissverfahren «Rollnaht-Pulverauftragschweissen». Je nach Verfahren können Schichten bis 200 mm Dicke erzeugt werden, wobei die Abschmelzleistung zwischen 0.5 und 50 kg/h variieren kann. Der Einbrand liegt je nach Verfahren zwischen 0.5 und 10 mm. Die einzelnen Schweissverfahren unterscheiden sich darüber hinaus in der Höhe der Vermischung mit dem Grundkörper, die in der Regel mit zunehmender Abschmelzleistung steigt. Auftragsgeschweisst werden können praktisch alle schweissgeeigneten Werkstoffe. Als Auftragschweisswerkstoff können fast alle bekannten verschleissfesten Metalle als Kombination Verwendung finden. Nicht aufgeschweisst werden können

Keramikmaterialien, die in dünnen Schichten nur aufgespritzt werden können. Plasma-Pulver-Lichtbogenschweissen Verfahrensprinzip Das Plasma-Pulver-Lichtbogenschweissen (PTA = Plasma Transferred Arc) wird in der Industrie zum Auftragen von Schutzbeschichtungen auf metallischen Werkstücken und auch zum Verbindungsschweissen, oft in automatisiertem Arbeitsablauf eingesetzt. Das Verfahrensprinzip des Plasma-PulverSchweissens ist in Bild 1 schematisch dargestellt. Bei den Plasmaschweissverfahren wird der zum Werkstück übertragene Lichtbogen durch wassergekühlte Plasmadüsen stark eingeschnürt, wodurch eine gegenüber den üblichen Schweissverfahren deutlich höhere Energiedichte erzielt wird. Die beim Plasmaschweissen erreichbare Energiedichte ist mit derjenigen beim Elektronenstrahl- und Laserstrahl-schweissen vergleichbar. Gerätetechnik Das PTA-Verfahren wird vorwiegend mechanisiert oder automatisiert ausgeführt. Dabei müssen im Wesentlichen die Strom-

Bild 1. Verfahrensprinzip PTA-Auftragsschweissen.

Bild 2. Verfahren WIG mit Fülldraht.

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Bild 3. Versuchsplatte mit PTA geschweisst. 341

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Verschleissschutz durch Hartauftragsschweissen – Anwendungsbeispiele mit den Verfahren Pulver-Plasma-Lichtbogenschweissen und Laserstrahlweissen Die Bedeutung des Hartauftragschweissens hat in den vergangenen Jahren deutlich zugenommen. Dazu eingesetzt werden können grundsätzlich alle Schmelzschweissverfahren. Zunehmende Forderungen nach Prozesssicherheit und Rationalisierung verlangen heute vermehrt aber Schweissprozesse, welche mechanisiert oder automatisiert werden können. Das Plasma-PulverLichtbogenschweissen und das Laserstrahlschweissen sind zwei Verfahren, welche sich dazu sehr gut eignen. Der Beitrag zeigt mit Anwendungsbeispielen die Einsatzmöglichkeiten bezüglich Bauteilgeometrie, Grundwerkstoff und Schweisszusatzwerkstoff und diskutiert Vor- und Nachteile dieser beiden Schweissprozesse. Einleitung Metallische Bauteile von Maschinen und Anlagen, die hohen thermischen, tribologischen und korrosiven Belastungen ausgesetzt sind, werden häufig aus Verbundwerkstoffen hergestellt. Der meist un- oder niedriglegierte Grundwerkstoff, der sich durch einfache Herstellbarkeit, geringe Materialkosten und hohe Festigkeit auszeichnet, wird mit einem höherwertigen Werkstoff durch die unterschiedlichen Verfahren beschichtet. Die «DINNorm-1910» unterscheidet zwischen dem Schweisspanzern, Schweissplattieren und Puffern. Weiter wird noch das formgebende Auftragschweissen erwähnt. Dabei wird ein Auftragwerkstoff eingesetzt, der die Eigenschaften des Grundwerkstoffes aufweist. Die erwähnten Verschleissmechanismen treten in allen Bereichen der mechanischen Verfahrenstechnik auf. Dies ist der Fall beim Zerkleinern, Fördern, Mischen und Trennen in den Bereichen Bergbau, Hüttenindustrie, Zementindustrie, Tiefund Hochbau, Recycling und Umweltschutz. Andere Anwendungen findet man in der chemischen Industrie, oder in der Kraftwerksindustrie, wo Sitz- und Gleitlagerpartien von Armaturen gegen Verschleiss geschützt werden. Das Ziel einer Aufpanzerung auf einen Grundwerkstoffs ist es, auf einen Grundkörper eine Schicht auf-zubringen, die dem verschleissverursachenden Medium besonders gut widersteht. Die Bedeutung des Hartauftragschweissens hat in den vergangenen Jahren deutlich zugenom-

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quelle, das Pulverförder-system und der Plasmabrenner aufeinander abgestimmt sein. Je nach Mechanisierungs- oder Automatisierungsgrad müssen das Brennerführungssystem und das Handling des zu schweissenden Objektes zusätzlich darauf abgestimmt sein. Bild 2 und 3: Schieberplatte; P355QH1, Hartauftrag Co-frei; Nachfolgend sind einige Vorteile des Plasmaschweissens zusammengefasst: • sehr hohe Schweissgeschwindigkeit • sehr glatte und gleichmässige Nahtoberfläche • kaum Nacharbeit • sehr gute Reproduzierbarkeit • geringe Porengefahr durch Schutzgas • problemlose Mechanisierung oder Automatisierung • geringe Aufmischung (geringe Dicke der Beschichtung) • Eigenschaftsbeeinflussung durch Pulvermischungen Anwendungsbeispiel Typische Anwendungen für PTA geschweisste Bauteile sind Hartauftragungen für Kraftwerkskomponenten. Sowohl Kobaltbasislegierungen (Stellite) für fossile Brennstoffe als auch kobaltfreie Pulver für nukleare Anlagen kommen zum Einsatz. Stellite lassen sich mit der heutigen Anlagetechnologie mehr oder weniger problemlos verschweissen. Dabei muss die Wärmeführung auf den Grundwerkstoff und das Pulver abgestimmt werden. Grundsätzlich liegt die Arbeitstemperatur in einem höheren Bereich, so dass auch Vorkehrungen für das Vorwärmen, Nachwärmen und die Wärmenachbehandlung beachtet werden sollten. Bild 2 und 3 zeigt eine Schieberplatte zu einer Armatur, welche im Primärkreis von nuklearen Anlagen eingesetzt wird. Dies bedeutet, dass der Hartauftrag kobaltfrei sein muss. Bei diesem Bauteil kommt erschwerend hinzu, dass Ober- und Unterseite nicht planparallel sind. Ein Aspekt, der bei der Vorrichtung berücksichtigt werden muss. Laserstrahlschweissen Verfahrensprinzip Laserauftragsschweissen mit Pulver ist mit den konventionellen Auftragsschweissverfahren WIG und PTA verwandt. Anstelle des Lichtbogens beziehungsweise des Plasmas wird jedoch ein Laser als Energiequelle eingesetzt. Wie in Bild 4 dargestellt, wird der Laserstrahl mit einem definierten Strahldurchmesser auf dem Werkstück defokussiert, der pulverförmige Auftragswerkstoff in einem Trägergasstrom transportiert und über eine Pulverdüse in den 342

Schmelzpunkt eingeblasen. Die Relativbewegung zwischen Laser- und Pulverstrahl einerseits sowie Bauteil andererseits ergibt den Schweissauftrag. Das inerte Transportgas dient dabei zugleich als Schutzgas für den Schweissprozess. Anwendungsbeispiele Stellite sind Hartlegierungen auf KobaltChrom-Basis, die sich neben der grossen Härte durch hohe Beständigkeit gegen Korrosion auszeichnen. Konventionelles Auftragsschweissen erfordert typischerweise mehrere Schweisslagen respektive grosse Schichtdicken von mehreren Millimetern, um aufgrund der Durchmischung mit dem Grundmaterial die gewünschten Verschleissschutzeigenschaften auf der Funktionsfläche sicherzustellen. Die geringe Aufmischung des Laserschweissprozesses erlaubt dagegen einlagiges Aufschweissen, wie in Bild 6 gezeigt. Der Schweissaufbau lässt sich darüber hinaus mit hoher Wiederholgenauigkeit lokal begrenzt ausführen. Verfahrensmerkmale • minimale Verzug durch die fokussierte Energiezufuhr • minimale Veränderung des Grundwerkstoffeigenschaften • Flächen- Kanten- oder Stegaufbau • Werkstoffe mit hohem C-Gehalt sind gegebenenfalls mit dem Laser schweissbar • minimaler Nacharbeit • hohen Temperaturgradienten im Schweissprozess • feinkörnigen Gefüge grosser Härte bei guter Zähigkeit Zusammenfassung Im Rahmen des Beitrages wurde über das Auftragsschweissen im Verfahren PlasmaPulver-Licht-bogenschweissen und Laserstrahlschweissen berichtet. In beiden Verfahren lassen sich Verschleissschutzschichten auf Bauteile aufbringen. Das PTA-Schweissen wurde in den letzten Jahren laufend weiterentwickelt. Aufgrund der günstigen Entwicklung von PTA-Komponenten wird sich das Verfahren auch in kleinen Betrieben mehr und mehr durchsetzen. Das Verfahren lässt sich sehr gut mechanisieren und automatisieren. Dadurch wird ein hohes Mass an Prozesssicherheit erreicht. Die Pulverpalette ist sehr vielfältig. Neben den bekannten Verschleissschutzlegierungen werden heute auch vermehrt solche mit Wolframkarbiden eingesetzt. Damit lässt sich die Standzeit gegenüber der Anwendung von Chromkarbiden wesentlich verlängern. Mit Laserpulverauftragsschweissen lassen sich ebenfalls lokal Verschleiss-

Bild 4. Verfahrensprinzip Laserauftragsschweissen.

Bild 5. Flächiges Auftragsschweissen mit einer Off-Axis-Düse.

Bild 6. Segment einer Dampfturbinenschaufel mit Stellite-Schutzschicht gegen Wassertröpfchenerosion an der Schaufelvorderkante. schutzschichten auf Bauteile aufbringen. Die minimale Durchmischung mit dem Grundwerkstoff erlaubt aber geringere Schichtdicken. Das Verfahren wird fast ausschliesslich automatisiert mit nur kleinem Aufmass eingesetzt. Der notwendige Nachbearbeitungsaufwand ist entsprechend gering. Der lasertypisch minimale Energieeintrag führt zu kleinstmöglichen Verzug und minimaler thermischer Belastung von Bauteil und Material. Eigenspannungen infolge Bauteilgeometrie und unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten sind zu berücksichtigen und gegebenenfalls durch geeignete Wärmebehandlungsschritte zu minimieren. Die vorgestellten Beispiele entstammen industrieller Praxis und finden regelmässig Anwendung. Weitere Informationen: Qualitech AG, René Girardier, Qualitech Welding Solutions, CH-8404Winterthur, www.qualitech.ch

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Impressum

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«Wasser Energie Luft» Schweizerische Fachzeitschrift für Wasserrecht, Wasserbau, Wasserkraftnutzung, Gewässerschutz, Wasserversorgung, Bewässerung und Entwässerung, Seenregulierung, Hochwasserschutz, Binnenschifffahrt, Energiewirtschaft, Lufthygiene. / Revue suisse spécialisée traitant de la législation sur l’utilisation des eaux, des constructions hydrauliques, de la mise en valeur des forces hydrauliques, de la protection des eaux, de l’irrigation et du drainage, de la régularisation de lacs, des corrections de cours d’eau et des endiguements de torrents, de la navigation intérieure, de l’économie énergétique et de l’hygiène de l’air.

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Gegründet 1908. Vor 1976 «Wasser- und Energiewirtschaft». / Fondée 1908. Avant 1976 «Cours d’eau et énergie». Redaktion Roger Pfammatter (Pfa) Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV)

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

mmi · swv · 9/08

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