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3-2019

«Mystische Perspektive» von der Staumauer Limmernboden (Foto: © simonwalther.ch)

12. September 2019

· Wasserspeicher · Internationaler Abgaben vergleich Wasserkraft · Modelle Schwall / Sunk · Confortement barrage Lessoc


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

Der Rheinverband von 1917 bis 2017 Hundert Jahre Wasserwirtschaft am Alpenrhein

Verbandsschrift 70 Herausgegeben vom Schweizerischen Wasserwirtschaftsverband zum 100-jährigen Bestehen des Rheinverbandes (RhV) «100 Jahre RhV 1917–2017»

Verbandsschrift 69 Herausgegeben vom Schweizerischen Wasserwirtschaftsverband zum 100-jährigen Bestehen des Verbandes Aare-Rheinwerke (VAR) 1

«100 Jahre VAR 1915–2015»

1

VS 70: Der Rheinverband von 1917

VS 69: Der Verband Aare-Rhein-

VS 68: Swiss Competences in

VS: Nr. 67, Der Schweizerische

bis 2017 – Hundert Jahre Wasser-

werke 1915 bis 2015 – Rückblick

River Engineeringand Restorta-

Wasserwirtschaftsverband 1910–

wirtschaft am Alpenrhein, von

auf ein Jahrhundert Wasserwirt-

tion, von Anton Schleiss, Jürg

2010, ein Portrait, von Walter

Michelangelo

und

schaft, von Hans Bodenmann und

Speerli, Roger Pfammatter, ISBN

Hauenstein, 2010, 156 S. Format

Roger Pfammatter, ISBN 978-3-

Roger Pfammatter, ISBN 978-3-

978-1-138-02676-6, CHF 50.–.

17 × 24 cm, ISBN 978-3 85545-

033-06777-6, CHF 10.–.

033-05079-2, CHF 10.–.

VS: Nr. 66, Die Engadiner Kraft-

VS: Nr. 65, Wasserkraft – die er-

VS: Nr. 64, Ökologische (Teil A)

werke – Natur und Technik in einer

neuerbare Energie. Beiträge des

und technisch/ökonomische Qua-

rauliker der Schweiz. Kurzbio-

aufstrebenden Region, von Robert

internationalen Symposiums vom

litäten der Wasserkraft. ecocon-

graphien ausgewählter Persönlich-

Meier, 2003, 207 S., Format 28.5 ×

18./19. Okt. 2001 in Chur,

cept, Zürich und Schnyder Inge-

keiten, 2001, von Daniel L. Vischer,

20.5 cm, ISBN 3-85545-129-X,

CHF 30.–.

nieure AG, Ottenbach, CHF 40.–.

CHF 50.–.

Giovannini

155-5, CHF 40.–.

VS: Nr. 63, Wasserbauer und Hyd

CHF 60.–.

VS: Nr. 62, Uferschutz und Raum-

VS: Nr. 60, Externe Effekte der

VS: Nr. 59, Geschiebetransport

VS: Nr. 57, Betrieb und Wartung

bedarf von Fliessgewässern/Pro-

Wasserkraftnutzung / Effets

und Hochwasser/Charriage et

von Wasserkraftwerken, 1998,

tection des rives et espace vital

terne de l’exploitation des forces

crues, Vorträge in Biel, 1998,

Bernard Comte, CHF 120.–.

nécessaire aux cours d’eau, 2001,

hydrauliques, 1999, CHF 50.–.

CHF 50.–.

ex-

Vorträge in Biel, CHF 40.–.

II

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Editorial Wasserkraft im internationalen Wettbewerb

Das Energiegesetz und die dazugehörige Botschaft

Michel Piot Energiewirtschafter SWV, Expert ASAE

unterstellen bis 2050 einen weiteren Ausbau der Wasserkraft. Und das in Revision stehende Stromversorgungsgesetz soll die Rahmenbedingungen für die Stärkung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Elektrizitätswirtschaft festlegen. Wie nun eine neue Untersuchung zeigt (vgl. dazu den Beitrag ab Seite 137 in diesem Heft), liegt die Schweizer Wasserkraft bei der Belastung mit gewinnunabhängigen öffentlichen Abgaben im europäischen Vergleich klar an der Spitze. Da sich die Produzenten auf einem internationalen Markt behaupten müssen, kommt diesem Vergleich eine erhebliche Bedeutung zu. Insbesondere gegenüber unserem Nachbarland Österreich ist die Differenz gross, was zu einem substanziellen Wettbewerbsnachteil führt. In der Schweiz ist der Wasserzins – der in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Male nach oben angepasst wurde – der mit Abstand grösste Abgabenposten. Und während die Abgaben im Monopol noch solidarisch durch die Endverbraucher getragen wurden, wird diese Wälzung mit der vollständigen Öffnung der Strommärkte nicht mehr möglich sein. Damit bleibt

ein zusätzliches finanzielles Risiko bei den Schweizer Wasserkraftbetreibern hängen. Das war bei der Kon­ zessionsvergabe im vergangenen Jahrhundert weder absehbar noch politisch gewollt. Das Resultat: den Betreibern stehen weniger finanzielle Mittel zur Verfügung, die sie in den Erhalt und den Ausbau der Wasserkraft investieren können. Der bislang fehlende Wille der Politik zur Reform der Abgabenbelastung untergräbt die Wettbewerbs­ fähigkeit der Schweizer Wasserkraft. Das widerspricht dem Zweckartikel des Stromversorgungs­ gesetzes und gefährdet auch den im Energiegesetz unterstellten Erhalt und Ausbau der Wasserkraft. Auf lange Sicht wird die fehlende Reform negative Auswirkungen auf die Schweizer Volkswirtschaft haben, die auf eine sichere und kostengünstige Stromversorgung angewiesen ist. Eine Entlastung bei den Abgaben bleibt deshalb wichtigster Handlungsb­ edarf zur Stärkung der Wasserkraft im internatio­ nalen ­Wettbewerb. Damit sie weiterhin ihren systemrelevanten Beitrag an eine breit gefächerte, sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Stromversorgung leisten kann.

L’énergie hydraulique en concurence internationale

La Loi sur l’énergie et le message associé suppo-

sent un nouveau renforcement de l’énergie hydraulique d’ici 2050. Et la révision en cours de la Loi sur l’approvisionnement en électricité définit les conditionscadres afin de renforcer la compétitivité internationale du secteur suisse de l’électricité. Comme le montre une nouvelle étude (cf. l’article dès la page 137 de ce numéro), l’énergie hydraulique suisse est clairement en tête du point de vue de la charge des prélèvements publics non liés aux bénéfices en comparaison européenne. Étant donné que les producteurs doivent s’affirmer sur un marché international, cette comparaison revêt une importance considérable. La différence est particulièrement grande par rapport à notre voisin autrichien, entraînant un désavantage concurrentiel substantiel. En Suisse, la redevance hydraulique – relevée à plusieurs reprises au cours des dernières décennies – est de loin le principal poste de dépenses. Et tandis cette redevance monopolistique était toujours supportée solidairement par les utilisateurs finaux, cette répartition ne sera plus possible avec l’ouverture complète des marchés de l’électricité. Ainsi un risque fi-

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

nancier supplémentaire demeure pour les exploitants suisses d’énergie hydraulique. Cela n’était ni prévisible ni souhaité par les politiques lors de l’attribution des concessions au cours du siècle dernier. Au final, les exploitants disposent de moins de ressources financières pour investir dans le maintien et le développement de l’énergie hydraulique. Le manque de volonté politique jusqu’à présent de réformer la charge fiscale nuit à la compétitivité de l’énergie hydraulique suisse. Cela contredit l’article sur le but de la Loi sur l’approvisionnement en électricité et menace également le maintien et le développement de l’énergie hydraulique supposés par la Loi sur l’énergie. À long terme, l’absence de réforme aura un impact négatif sur l’économie helvétique, qui repose sur un approvisionnement en électricité sûr et rentable. C’est pourquoi, un allégement des redevances reste une nécessité des plus importantes afin de renforcer l’énergie hydraulique dans la concurrence internationale. Cela afin qu’elle puisse apporter sa contribution importante sur le plan systémique à un approvisionnement en électricité diversifié, sûr, économique et durable.

III


Inhalt 3l2019 137

Abgaben auf der Wasserkraftnutzung – Vergleich der Schweiz zu anderen europäischen Ländern Michel Piot

145 Beitrag von Wasserspeicher zur Verminderung zukünftiger Wasser knappheit? Manuela Brunner, Astrid Björnsen Gurung, Jürg Speerli, Susanne Kytzia, Sara Bieler, Dominik Schwere, Manfred Stähli

153

Schneedecke als Wasserspeicher – Drohnen können helfen, die Abschätzungen der Schneereserven zu verbessern Christian Noetzli, Yves Bühler, Daniela Lorenzi, Andreas Stoffel, Mario Rohrer

159

Hydronumerische 1-D- und 2-D-Modelle – Eignung zur Beurteilung der Auswirkungen von Schwall und Sunk Matthias Bürgler, Timo Wicki, Davide Vanzo, Robert Boes, David Vetsch

Heutige Bedingungen Zukünftige Bedingungen

1

Volumen

2

Saisonalität

3

Extreme

4

Potenzial

A

B

Dargebot

Nachfrage

C

D

Knappheit/ Überschuss

-

Speicher

=

145

154 165

Hochwasserschutz am Würzenbachstollen – Hydraulische Modellversuche in Luzern Isabel Röber, Florian Hinkelammert-Zens, Volker Weitbrecht, Michael Auchli, Tobias Schläfli

165

IV

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Inhalt 3l2019 Travaux de confortement de l’appui rive gauche du barrage de Lessoc Isabelle Fern, Ariane Jonneret, Jean-Claude Kolly

173

Robert Müller und sein Leben für die 2. Juragewässerkorrektion Willi H. Hager

181

Nachrichten Politik Wasserkraftnutzung Gewässerschutz Verbandsmitteilungen Veranstaltungen Agenda Personen Publikationen

189 189 190 192 193 193 195 195 196

Publi-Reportage

200

Branchen-Adressen

203

Impressum

204

181

191

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

V


Bestellen Sie die Ausgaben von «Wasser Energie Luft» unter www.swv.ch (solange Vorrat)

1-2019

· SWV-Jahresbericht 2017

WEL 2-2018

· Schwemmholzrechen für den Hochwasserschutz · Murgangsimulationen · Unwetterschäden 2017

· Schwall/Sunk-Defizitanalyse · SWV-Jahresbericht 2016

WEL 2-2017

· Flexibilisierung Wasserzinse – eine Chance für alle · Ausbau Wasserkraft seit 2006 · Aufgelöste Blockrampen · Antike Hydrotechnik

· SWV-Jahresbericht 2015

WEL 1-2016

· Hochwasserschutzprojekt «Urner Talboden» · Hydroabrasiver Verschleiss · Geschiebebewirtschaftung · Unwetterschäden 2015

· Wasserhaushalt 2017

· Fischgängigkeit und -schutz bei Wasserkraftwerken · eDNA im Wasserbau · Gestaltung Gewässerräume · Wasserhaushalt Schweiz

WEL 3-2017

3-2016

15. September 2016

· Rentabilität Wasserkraft · Optimierte Instandhaltung und Einsatzplanung · Stellenwert Gewässerräume · 105. Hauptversammlung SWV

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

WEL 3-2016

3-2015

3. Dezember 2015

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

· Hochwasserschutz Zürich

Überlastkorridor Reuss im Urner Talboden (Bild: Joe Müller)

· Bemessung Abschlussorgane

· 106. Hauptversammlung SWV

4-2015

10. März 2016

· Solutions au problème d’ensablement Lac du Vernex

· Gefahrenbeurteilung bei Schwemmholz

WEL 3-2016

1-2016

9. Juni 2016

· Hochwasser bei Talsperren

8. Dezember 2016

WEL 1-2017

2-2016

· Wasserkraft im Alpenraum

Zuleitstollen des neuen Wasserkraftwerks «Gletsch-Oberwald» (Foto: MMi, SWV)

· Contraintes aux soudures des blindages

Seeforellenzaun in der Hasliaare (Foto: Andreas Funk)

· Marktmodelle Wasserkraft

· Anlagetechnik

14. September 2017

4-2016

9. März 2017

· Dammbruchanalyse

3-2017

WEL 4-2017

1-2017

8. Juni 2017

Section de blindage d’un projet hydroélectrique (© Alexandre J. Pachoud)

· Courants de turbidité

· Geschiebe- und Habitatsdynamik

WEL 3-2018

7. Dezember 2017

WEL 1-2018

2-2017

· 107. Hauptversammlung SWV

Wasserspiegelsensor bei der Fassung des Kraftwerk Bristen (Bild: SWV/Pfa)

· Mehrzweckspeicher

Schwemmholzrechen für den Hochwasserschutz Sihltal/Zürich (Bild: zVg.)

Künstliches Hochwasser an der Saane, Damm Rossens (Bild: Forschungsgruppe Ökohydrologie - ZHAW)

· Ersatzinvestitionen in die Wasserkraft

· Betonquellung an Talsperren

4-2017

15. März 2018

· Künstliche Hochwasser

· Energieeinbussen aus Restwasserbestimmungen

WEL 4-2018

1-2018

14. Juni 2018

Vue vers l’aval du barrage de Rossinière (Bild: Groupe E)

· Unwetterschäden 2018

WEL 1-2019

2-2018

WEL 2-2016

· Analyse Fischleitrechen

· Neubau KW Gletsch-Oberwald

Die Kander im Gasterntal (BE) wird von einer naturnahen Sediment- und Abflussdynamik geprägt (Foto: Vinzenz Maurer)

· SWV-Jahresbericht 2018

· Eigentumsverhältnisse Wasserkraft

Seeforellen-Laichtiere auf der Laichgrube 1 im Wychelbächli (Bild: KWO, Matthias Meyer)

· Wasserhaushalt Schweiz

· Wellenatlas

13. September 2018

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

· Gravitative Prozesse

3-2018

6. Dezember 2018

Entsanderkaverne in Gletsch, Inbetriebnahme Nov. 2017 (Foto: FMV)

· Gefahrenbeurteilung Schwemmholz-Verklausung

WEL 2-2019

VI

4-2018

14. März 2019

Erodierte Ufer an der Navisence nach heftigen Gewittern in der Gemeinde Anniviers VS (Foto: iDEALP)

Modellversuche zur Schwemmholz-Verklausung (Foto: Isabella Schalko, VAW-ETHZ)

13. Juni 2019

17. September 2015

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

Staumauerbau Muttenalp by night (Bild: Axpo © Daniel Boschung)

2-2019

· Projekt Linthal 2015 · Optimierung Turbinenanströmung · Aufgaben Talsperrenwärter · Hochwasserschutz Melchaa

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden WEL 4-2015 WEL 3-2015


Abgaben auf der Wasserkraftnutzung Vergleich der Schweiz zu anderen europäischen Ländern

Michel Piot

Zusammenfassung Die Wasserkraft in der Schweiz wird mit hohen fixen Abgaben belastet. Während diese Abgaben früher solidarisch von allen Endverbrauchern getragen wurden, bleibt die Last heute aufgrund der Teilmarktöffnung an den im Markt stehenden Produzenten hängen. Dieser Paradigmenwechsel, kombiniert mit tiefen Erlösen am Markt, wirkt sich doppelt negativ auf die Wirtschaftlichkeit der Schweizer Wasserkraft aus. Ein aktueller Vergleich mit anderen europäischen Ländern zeigt, dass die fixe Abgabenbelastung der Wasserkraft nirgends nur annähernd so hoch ist wie in der Schweiz. Gerade im Vergleich zu Österreich führt dies zu einer Benachteiligung der Schweizer Wasserkraft und damit verbunden zu einem Verlust an Wettbewerbsfähigkeit. Dies hat unmittelbare Auswirkungen auf die Investitionsbereitschaft der Wasserkraftbetreiber und damit mittel- bis langfristig auf die Gewährleistung der Versorgungssicherheit in der Schweiz und die ambitionierten Ziele der Energiestrategie. Mit einer marktorientierten Flexibilisierung der Abgaben könnten gleichzeitig sowohl energiewirtschaftliche Unsicherheiten als auch energiepolitische Widersprüche behoben werden.

1. Ausgangslage Am 21. Mai 2017 hat die Schweizer Bevölkerung an der Urne dem neuen Energiegesetz zugestimmt und damit auch dem Erhalt und Ausbau der Schweizer Wasserkraft. So soll gemäss Energiegesetz im Jahr 2035 die durchschnittliche inländische Produktion von Elektrizität aus Wasserkraft bei mindestens 37 400 GWh liegen, gemäss Botschaft zum ersten Massnahmenpaket der Energiestrategie 2050 im Jahr 2050 bei mindestens 38 600 GWh. Zahlreiche Stolpersteine gilt es auf dem Weg zu diesen Richtwerten zu überwinden: nebst erhöhten Anforderungen aus der Umweltgesetzgebung, die per se zu einem Rückgang der Produktion führen werden (Pfammatter / Semadeni, 2018), einer aktuell durch die Gletscherschmelze begünstigten Produktion bei Wasserkraftanlagen mit vergletscherten Einzugsgebieten (Schaefli et al., 2019), die es ab 2040 bis 2060 zu kompensieren gilt, sowie einer hohen Komplexität bei den zahlreichen Neukonzessionierungen in den Jahren 2040 bis 2050, führen erhöhte

Resumé En Suisse, les charges fixes qui pèsent sur la force hydraulique sont très importantes. Par le passé, ces redevances étaient assumées de manière solidaire par l’ensemble des consommateurs finaux. En raison de l’ouverture partielle du marché de l’électricité, elles sont aujourd’hui à la charge des producteurs du marché. Ce changement de paradigme, associé à des recettes de marché peu élevées, a un impact doublement négatif sur la rentabilité de la force hydraulique suisse. Une comparaison actuelle avec d’autres pays européens montre que la charge fixe prélevée sur la force hydraulique n’est nulle part aussi élevée qu’en Suisse. Une comparaison avec l’Autriche révèle notamment un net désavantage pour la force hydraulique suisse et donc une importante perte de compétitivité. Cette situation a des répercussions directes sur la volonté d’investir des exploitants de centrales hydroélectriques et compromet à moyen et à long terme la sécurité de l’approvisionnement en Suisse ainsi que les objectifs ambitieux de la Stratégie énergétique 2050. Une flexibilisation des redevances tenant compte des conditions du marché permettrait de lever les incertitudes en matière d’économie énergétique ainsi que les contradictions dans le domaine de la politique énergétique.

Unsicherheiten bezüglich der langfristigen Rentabilität der Wasserkraft zu unterdurchschnittlichen Investitionen in den Erhalt der bestehenden Kraftwerke. Letzteres ist darauf zurückzuführen, dass der Strom aus Wasserkraft früher zu Gestehungskosten verkauft werden konnte, das heisst, sämtliche Kosten der Betreiber von Wasserkraftwerken wurden auf die Endverbraucher gewälzt. So argumentierte der Bundesrat zum Beispiel in der Botschaft (Bundesrat, 1984), dass der Wasserzins als Bestandteil des Energiepreises vom Energiekonsumenten bezahlt werde und folglich die Erhöhung des Wasserzinsmaximums «als Akt der Solidarität» zwischen den Ballungszentren mit hoher Konsumation und den Gebirgskantonen mit hoher Produktion verstanden werden könne. Seit der Öffnung der Strommärkte in Europa und der Teilmarktöffnung in der Schweiz ist diese Wälzung nur noch beschränkt und mit der geplanten vollständigen Marktöffnung in der Schweiz gar nicht mehr möglich. Als Folge dieses Paradigmenwechsels muss sich die bestehende

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

Grosswasserkraft auf dem internationalen Strommarkt behaupten, während andere erneuerbare Technologien wie Wind, Photovoltaik, Biomasse und Kleinwasserkraft mit erheblichen Mitteln gefördert werden und teilweise einen garantierten Abnahmepreis erhalten. Kostenseitig werden die verschiedenen Technologien sehr unterschiedlich mit Abgaben belastet, was zu einer erheblichen Ungleichbehandlung führt. Mit der Marktprämie für bestehende Grosswasserkraftwerke und mit Investitionsbeiträgen für erhebliche Erweiterungen, erhebliche Erneuerungen und Neubauten von Wasserkraftwerken wurden zwar befristete Massnahmen zugunsten der Wasserkraft gesetzlich verankert, gleichzeitig hat das Parlament diesen Frühling aber beschlossen, den maximalen Wasserzinssatz bis Ende 2024 auf heutigem Niveau beizubehalten und ist damit weder auf eine Senkung noch auf die Einführung eines flexiblen Modells eingegangen.

137


Der vorliegende Artikel befasst sich schwerpunktmässig mit den Abgaben der Wasserkraft in der Schweiz und in anderen europäischen Ländern. Er zeigt auf, wie sich die Abgabenbelastung auf die Wirtschaftlichkeit und als Konsequenz daraus auf die Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Wasserkraft im internationalen Vergleich auswirkt. Gleichzeitig wird der Frage nachgegangen, ob die Abgabenbelastung der Schweizer Wasserkraft mit den energiepolitischen Zielen der Schweiz, wie sie im Energiegesetz (EnG), Stromversorgungsgesetz (StromVG) und Wasserrechtsgesetz (WRG) formuliert sind, vereinbar sind.

sämtlicher konkreter Abgabenarten in der Schweiz und im Ausland wird aber verzichtet. Dazu wird insbesondere auf Wyer (2006) verwiesen.

2. Wirtschaftlichkeit der Schweizer Wasserkraft Zur aktuellen Wirtschaftlichkeit der Schweizer Wasserkraft wurden in den vergangenen Jahren von verschiedener Seite Berichte verfasst. Stellvertretend sei an dieser Stelle auf die Arbeiten BFE (2018) und Piot (2017) verwiesen. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Erlöse am Strommarkt in der Schweiz im Jahr 2018 im Vergleich zum Jahr 2008 um die Hälfte eingebrochen sind (im Jahr 2016 war der Einbruch sogar 65 %). Die Kosten von Wasserkraftwerken lassen sich im Wesentlichen in Kapitalkosten (Fremd- und Eigenkapitalverzinsung, Abschreibungen), Abgaben (Wasserzins, Konzessionsabgaben, Steuern) und Betriebskosten (Material- und Fremdleistung, Personalaufwand, Energie- und Netznutzungsaufwand) aufteilen, wobei die Abgaben rund ein Viertel der gesamten Kosten ausmachen (SWV, 2018). Nachfolgend werden nur die Abgaben als ein wesentlicher Kostenblock untersucht und die Erlöse ganz weggelassen. Dies ist auch deshalb sinnvoll, weil die Staaten die Abgaben autonom und frei festsetzen und so Standortvorteile oder -nachteile schaffen können, während die Erlöse im vereinheitlichten Markt dieselben und die Kostenblöcke miteinander vergleichbar sind. Damit fällt der Höhe der Abgabenlast eine entscheidende Bedeutung zu, in dem sie direkt den Gewinn schmälert und indirekt die Wettbewerbsfähigkeit zwischen den Ländern und den Technologien negativ beeinflusst, was unmittelbare Auswirkungen auf die Investitionsbereitschaft in die Schweizer Wasserkraft hat.

3.2 Juristische Personen Juristische Personen sind Gesellschaften, Körperschaften oder Anstalten, denen das Zivilrecht oder das öffentliche Recht eine eigene Rechtspersönlichkeit und damit die Fähigkeit verleiht, selbstständig Rechte auszuüben und Pflichten zu übernehmen. Juristische Personen werden in der Regel sowohl vom Bund als auch von den Kantonen und Gemeinden besteuert (ESTV, 2016). Beispiel: In der Mehrheit der Kantone entrichten die juristischen Personen auch Kirchensteuern.

3. Begrifflichkeiten Nachfolgend werden ein paar Begriffe eingeführt, die für das weitere Verständnis hilfreich sein werden. Auf die Definition bzw. Umschreibung und die Berechnung 138

3.1 Gemeinwesen Der Begriff des Gemeinwesens im Sinne von Art. 2 Abs. 1 WRG umfasst die Kantone, Bezirke, Gemeinden und Körperschaften, wobei unter Körperschaften nur Gebietskörperschaften zu verstehen sind, also gebietsmässig umgrenzte, mit hoheitlicher Gewalt ausgestattete und rechtlich verselbstständigte Verbände von Personen (Dubach, 1984).

3.3 Öffentliche Abgaben Die öffentlichen Gemeinwesen benötigen zur Erfüllung ihrer Aufgaben Geldmittel, die ihnen in Form von öffentlichen Abgaben zufliessen. Diese werden durch das Gemeinwesen von den seiner Hoheitsgewalt unterstehenden Personen, in der Regel in Form von Geld, erhoben (ESTV, 2018b). Im vorliegenden Zusammenhang sind auch kostenlose Energielieferungen oder solche zu Vorzugskonditionen als Naturalleistungen zu erwähnen. Die öffentlichen Abgaben können in Form von Steuern oder Kausalabgaben erhoben werden. 3.4 Steuern Steuern sind Natural- oder Geldleistungen, die von einem öffentlichen Gemeinwesen ohne Gewährung einer besonderen Gegenleistung hauptsächlich zur Deckung des Finanzbedarfs erhoben werden. Diese Steuern werden deshalb auch Fiskalsteuern genannt. Der Ertrag der Steuern wird meistens zur Finanzierung aller Aufgaben des Gemeinwesens verwendet. Vereinzelt werden jedoch auch sogenannte Zwecksteuern für die Finanzierung bestimmter öffentlicher Aufgaben erhoben (Beispiel Kurtaxen) oder Lenkungssteuern als Mittel zur Verhaltenslenkung (Beispiel Tabaksteuern) (ESTV, 2018b).

Energiegesetz Im Energiegesetz vom 30. September 2016 steht im Zweckartikel, dass dieses Gesetz einerseits zu einer «ausreichenden, breit gefächerten, sicheren, wirtschaftlichen und umweltverträglichen Energieversorgung» beitragen und andererseits den «Übergang hin zu einer Energieversorgung, die stärker auf der Nutzung erneuerbarer Energie, insbesondere einheimischer erneuerbarer Energien, gründet» fördern soll. In Art. 7 werden die Anforderungen an eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung in Form von Leitlinien präzisiert. Stromversorgungsgesetz Das Stromversorgungsgesetz vom 23. März 2007 soll gemäss Zweckartikel die Rahmenbedingungen für die Erhaltung und Stärkung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Elektri­zitätswirtschaft festlegen. Weber (2016) hält dazu fest, dass «Art. 1 StromVG programmatischer, nicht normativer Natur ist und keine konkreten Rechte und Pflichten enthält, immerhin jedoch Handlungsmaximen». Dieser Artikel ist damit bei der Auslegung anderer Vorschriften als Auslegungshilfe beizuziehen. Wasserrechtsgesetz Im Wasserrechtsgesetz, Art. 48, steht, dass die Leistungen und Bedingungen (wie Gebühren, Wasserzins, Abgabe von Wasser oder elektrischer Energie, Konzessionsdauer, Bestimmungen über Strompreise, Beteiligung des Gemeinwesens am Gewinn, Heimfall der Konzession und Rückkauf) in ihrer Gesamtheit die Ausnutzung der Wasserkräfte nicht wesentlich erschweren dürfen. Das Wasserrechtsgesetz, Art. 71, hält fest: «Entsteht zwischen dem Konzessionär und der Verleihungsbehörde Streit über die sich aus dem Konzessionsverhältnis ergebenden Rechte und Pflichten, so entscheidet, wo dieses Gesetz oder die Konzession nichts anderes bestimmt, in erster Instanz die zuständige kantonale Gerichtsbehörde und in zweiter das Bundesgericht.» Art. 48 Abs. 2 findet nur Anwendung vor Erteilung der Konzession, während Art. 71 nur Streitigkeiten aus einem bereits begründeten Verleihungsverhältnis betrifft, nicht aber Streitigkeiten während des Erteilungsverfahrens. Die Konzession muss bereits erteilt worden sein (Merker, Conradin-Triaca 2016, Art. 48, Rz. 62 und Art. 71, Rz. 23).

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Steuern lassen sich zudem nach verschiedenen Kriterien unterteilen: i) nach Art der Erhebung: direkte Steuern (Beispiel: Gewinnsteuer) und indirekte Steuern (Beispiel: Mehrwertsteuer). Bei den direkten Steuern ist der Steuerträger (Person, welche die Steuer als finanzielle Belastung trägt) mit dem Steuersubjekt (Person, welche die Steuer schuldet) identisch, bei den indirekten Steuern hingegen nicht (Beispiel: Steuersubjekt Importeur von Zigaretten; Steuerträger: Zigarettenkäufer); ii) nach dem Steuergegenstand: Besitzsteuern (Beispiel: Gewinnsteuer), Verkehrsbzw. Verbrauchssteuern (Beispiel: Mehrwertsteuer); iii) nach der Steuerhoheit: a) Gesetzgebungshoheit: regelt, wer zum Erlass befugt ist; b) Ertragshoheit: bestimmt, welchem Gemeinwesen die Steuern zur Finanzierung seiner Aufgaben zustehen; c) Verwaltungshoheit: bestimmt, wer die Steuer einzieht und iv) nach Steuersubjekt. In der Schweiz darf der Bund nur diejenigen Steuern erheben, zu deren Erhebung ihn die Bundesverfassung ausdrücklich ermächtigt. Den Kantonen steht das grundsätzliche und ursprüngliche Recht zu, Steuern zu erheben und über die Steuereinnahmen zu verfügen (Steuerhoheit). Demzufolge sind die Kantone in der Wahl der zu erhebenden Steuern grundsätzlich frei, es sei denn, die Bundesverfassung verbiete ausdrücklich die Erhebung bestimmter Steuern durch die Kantone oder behalte sie dem Bund vor. Folglich haben die Kantone einen weiten Spielraum zur Ausgestaltung ihrer Steuern. Die Gemeinden wiederum dürfen nur im Rahmen der ihnen von ihrem Kanton erteilten Ermächtigung Steuern erheben. Das schweizerische Steuersystem spiegelt also die föderalistische Staatsstruktur unseres Landes wider. In der Schweiz erheben nämlich sowohl der Bund als auch die 26 Kantone und die über 2000 Gemeinden Steuern (ESTV, 2018a). 3.5 Kausalabgaben Eine Kausalabgabe wird für eine bestimmte Leistung des Gemeinwesens an das einzelne Individuum erhoben. Es lassen sich drei Kategorien unterscheiden: i) Gebühren: Abgaben, die als Entgelt für bestimmte Dienstleistungen der öffentlichen Verwaltung oder für die Beanspruchung einer öffentlichen Einrichtung erhoben werden (Beispiel: Entsorgungsgebühr). Die Gebühren können weiter unterteilt werden in Verwaltungsgebühren, Sondernutzungsgebühren oder Monopolgebühren; ii) Vorzugslasten: Abgaben, die zur ganzen oder teilweisen Deckung der

Kosten öffentlicher Anstalten oder Einrichtungen von jenen Personen erhoben werden, die besonders daran interessiert sind und/oder denen daraus ein wirtschaftlicher Sondervorteil erwächst (Beispiel: Beiträge für Strassenbau, Kanalisation); iii) Ersatzabgaben: geldwerter Ersatz für die Nichterfüllung einer dem Bürger vom Gemeinwesen auferlegten persönlichen Dienstleistung (Beispiel: Wehrpflicht- und Feuerwehrersatzabgabe) (ESTV, 2018b). Gemäss Wyer (2006) kann die Einordnung des Wasserzinses als Vorzugslast nach der neueren bundesgerichtlichen Rechtsprechung und der Lehre als überholt bezeichnet werden. Stattdessen handelt es sich beim Wasserzins um eine Gebühr. In der Literatur wird der Wasserzins mehrheitlich als Sondernutzungsgebühr qualifiziert, vereinzelt jedoch auch als Monopolgebühr mit fiskalischen Interessen. 3.6 Zwischenfazit Tabelle 1 fasst die aus Sicht Wasserkraft relevanten öffentlichen Abgaben, unterteilt nach Steuern und Kausalabgaben, zusammen. Diese Übersicht zeigt, dass bereits zur Erstellung eines nationalen Vergleichs der öffentlichen Abgaben von Wasserkraftwerken ein grosser Rechercheaufwand notwendig ist. In letzter Konsequenz sind nämlich sowohl die Bundesverfassung, die relevanten Bundes- sowie sämtliche Kantons- und Gemeindegesetze der Wasserkraftstandorte zu prüfen als auch die jeweiligen vertraglichen Abga-

ben in den Konzessionen. Weitet man den Abgabenvergleich auf weitere Länder aus, dann sind Vereinfachungen zu treffen, um die Vergleichbarkeit zu gewährleisten und den Aufwand in Grenzen zu halten. Beispiel Kirchensteuer: Die Kirchensteuern ist unter die kantonalen Steuern einzuordnen. In der Mehrzahl der Kantone entrichten auch juristische Personen Kirchensteuern. Im Kanton Wallis obliegen die Kultusauslagen allerdings den Gemeinden. Von diesen haben nur sechs bis heute davon Gebrauch gemacht (ESTV, 2017). 4.

Frühere Arbeiten

4.1 Finanzielle Belastung der Elektrizität durch öffentliche Gemeinwesen Teil 1 (BSG, 1996) Im Jahr 1997 wurde durch Nationalrat W. Schmied die Motion 97.3172 eingereicht, mit welcher der Bundesrat aufgefordert wurde, «die Abgaben und Beiträge an öffentliche Gemeinwesen auf der Elektrizität so weit zu reduzieren, dass diese höchstens das Niveau derjenigen der umliegenden Länder erreichen». In der Begründung hielt Schmied fest, dass gemäss einer vom Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) bei der BSG Unternehmensberatung St. Gallen (BSG, 1996) in Auftrag gegebenen Studie die Abgaben und Beiträge an öffent-

Tabelle 1. Übersicht der verschiedenen öffentlichen Abgaben der Schweizer Wasser­ kraftbetreiber und der Ertragshoheit (kursiv). In Anlehnung an Wyer (2006, S. 422f.).

1

BWG (2002) gibt eine Übersicht zu den kantonalen Unterschieden.

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

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liche Gemeinwesen rund ein Viertel des durchschnittlichen Endverkaufspreises ausmachten und dass im Hinblick auf die Teilnahme am Strombinnenmarkt der EU der Schweizer Strom von weit billigerem Importstrom konkurrenziert würde. Die Motion wurde am 19. März 1999 abgeschrieben, weil sie nicht innerhalb zweier Jahre abschliessend im Rat behandelt wurde. Teil 2 (BSG, 2009 und BSG, 2010) Im Jahr 2008 reichte die Kommission für Umwelt, Raumplanung und Energie des Ständerates (UREK-S) ein Postulat 2 ein, in dem sie forderte, dass im StromVG der Grundsatz festgehalten wird, dass «regelmässig über die Abgaben und Leistungen an die Gemeinwesen berichtet» wird. «Diese Berichterstattung soll als landesweite Vergleichsgrundlage dienen und einen Überblick über die Entwicklung der Konzessionsabgaben für die Benutzung von Grund und Boden oder die Gewinnablieferung an die öffentliche Hand geben.» Als Reaktion auf diesen Vorstoss beauftragten das Bundesamt für Energie (BFE) und der VSE wiederum die BSG Unternehmensberatung, die Studie «Finanzielle Belastung 2007 der Schweizer Elektrizität durch öffentliche Gemeinwesen» zu erstellen. Diese Arbeit wurde dann im Jahr 2010 mit aktualisierten Angaben aus dem Jahr 2009 ergänzt, mit dem Ziel, «die Entwicklung der finanziellen Belastung der Elektrizität auf den einzelnen Wertschöpfungsstufen Produktion, Transport und Endverteilung in der ersten Etappe der schweizerischen Strommarktliberalisierung aufzuzeigen» (BSG, 2010). Bei der Belastung auf der Stufe Produktion wurde zwischen Wasserkraft-, Kernkraftwerken und anderen Kraftwerksarten unterschieden. An der ersten Umfrage beteiligten sich 37 Elektrizitätsversorgungsunternehmen, an der zweiten 64. Die Stichprobe der zweiten Umfrage umfasste mit rund 13 TWh Produktion aus Wasserkraft einen Anteil von 37 % der gesamten Schweizer Wasserkraftproduktion.

von CHF 1.5 Mrd. ohne Mehrwertsteuer (MwSt.) bzw. CHF 2.1 Mrd. mit MwSt. belastet, im Jahr 2009 waren es CHF 1.8 Mrd. ohne bzw. CHF 2.4 Mrd. mit MwSt. (Details siehe Tabelle 2). Der Anteil der Wasserkraft an den Abgaben betrug im Jahr 2009 somit 37 % ohne und 32 % mit Berücksichtigung der MwSt. Für die differenzierte Bestimmung der Belastung der Wasserkraftwerke wurden 37 Abgabenarten abgefragt und die Mehrwertsteuer dazugerechnet. In Summe errechnete BSG (2010) für das Jahr 2009 eine Belastung von CHF 653 Mio. ohne MwSt., was umgerechnet 1.89 Rp./kWh entspricht. Tabelle 3 zeigt die Abgabenarten mit Beträgen über CHF 10 Mio. für das Jahr 2009, unterteilt nach Steuern (grün) und Kausalabgaben (blau) sowie separat die Mehrwertsteuer.

In einem Ausblick wurde festgehalten, dass die zukünftigen Belastungen der Elektrizität durch Abgaben weiter steigen würden, wobei auf verschiedene Abgaben­erhöhungen hingewiesen wurde, unter anderem auf die Erhöhung der kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV), die Erhöhung der Wasserzinsen von 80 CHF/kWB auf 110 CHF/kWB und die Erhöhung des Mehrwertsteuersatzes. In Summe wurde eine absehbare Zusatzbelastung von maximal 0.86 Rp./kWh für gebundene Endverbraucher veranschlagt. 4.2 Öffentliche Abgaben im Alpen raum (Wyer, 2006) Im Buch «Die öffentlichen Abgaben der Wasserkraftnutzung im Alpenraum – Rechtliche Natur und wirtschaftliche Bedeutung» (Wyer, 2006) wurden erstmalig

Tabelle 2. Abgaben (nominale Preise) nach Wertschöpfungsstufen für die Jahre 1995, 2007 und 2009. Datenquellen: BSG (1996), BSG (2010).

Resultate Die Elektrizität wurde in der Schweiz im Jahr 2007 insgesamt mit Abgaben

Tabelle 3. Die wesentlichsten Abgabenarten für Wasserkraftwerke. Datenquelle: BSG (2010).

2

3

Postulat 08.3756 (https://www.parlament.

Der Endverbraucher bezahlt die gesamte Mehrwertsteuer. Das Elektrizitätswesen versteuert

ch/de/ratsbetrieb/suche-curia-vista/ge-

aber gemäss Mehrwertsteuerstatistik nur die eigene Wertschöpfung. Daher wurde der Mehr-

schaeft?AffairId=20083756).

wertsteueranteil der vorgelagerten Wertschöpfung separat zu den Belastungen ergänzt.

4

Gewinnablieferung, welche über eine risikogerechte Verzinsung des Aktien-/Dotationskapitals

140

hinausgeht (BSG 2010, Anhang 4). «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


schränkt. In der Schweiz war die Belastung durch gewinnunabhängige Abgaben am höchsten, gefolgt von Italien; in beiden Ländern dominiert durch die Höhe der Wasserzinsen.

Bild 1. Vergleich der Abgaben von Niederdruck-Laufwasserkraftwerken und Speicher­ kraftwerken in den Alpenländern in Rp./kWh. Abkürzungen: CH: Schweiz, F: Fran­ kreich, D: Deutschland, I: Italien, A: Österreich. Datenquelle: Wyer (2006). systematisch die gesetzlichen Grundlagen der Abgaben auf der Wasserkraft in der Schweiz und den umliegenden Ländern Deutschland, Österreich, Frankreich und Italien aufgearbeitet und wurde deren Höhe für die unterschiedlichen Wasserkrafttypen bestimmt. Bewusst vernachlässigt wurde in dieser Untersuchung die Mehrwertsteuer. Dies wurde damit begründet, dass die inländischen Wettbewerber in einem international geöffneten Markt auch gegen ausländische Produzenten konkurrierten. Folglich werde die Mehrwertsteuer in diesem Wettbewerb sowohl auf die inländische Produktion als auch auf die Importe fällig und könne deshalb als neutral bezeichnet werden. Da in den Abgabenvergleich hingegen die Gewinnsteuern eingeflossen sind und diese insbesondere von den rea­ lisierten oder abgeschätzt realisierbaren Erlösen der Kraftwerke abhängen, wurden als Grundlage für den quantitativen Teil die Gesetzesbasis per 1. Januar 2005 und die Geschäftsberichte der Kraftwerke der Jahre 2003/2004 bzw. 2004/2005 verwendet. Der Wechselkurs lag damals bei 1.55 CHF/EUR. Die öffentlichen Abgaben für die Schweiz wurden anhand von jeweils drei Niederdruck- und Hochdruck-Laufwasserkraftwerken und Speicherkraftwerken sowie zwei Pumpspeicherkraftwerken für die Kantone Aargau, Bern, Graubünden und Wallis bestimmt und anschliessend für jeweils ein Kraftwerk pro Typ für die Länder Deutschland, Frankreich, Italien und Ös-

terreich. Da in Italien die regionalen Unterschiede bei den Abgaben erheblich sind, wurde zusätzlich zwischen dem Aostatal, Südtirol und Friaul unterschieden. Resultate Schweiz Die Ergebnisse zeigten, dass bezüglich gesetzlicher Abgaben hauptsächlich der Wasserzins (inklusive Wasserwerksteuer) sowie die Gewinnsteuer ins Gewicht fallen. Daneben waren aber auch vertragliche Abgaben wie Gratis- und Vorzugsenergie, insbesondere wenn sie zu Opportunitätskosten berücksichtigt werden, und der Infrastrukturunterhalt (Strassenbau und -unterhalt oder der Netzaufbau und -unterhalt) von Bedeutung. Resultate Alpenländer Um die internationale Vergleichbarkeit sicherstellen zu können, wurden folgende Abgabenkategorien gebildet: Gewinnund Gewerbesteuern, Grundsteuern, Kausalabgaben (gesetzlicher Art), vertragliche Abgaben und übrige Abgaben (beispielsweise in der Schweiz Kapitalsteuern). Der Vergleich zeigt (Bild 1), dass die öffentliche Abgabenbelastung in den Alpenländern im Durchschnitt bei rund 2.3 Rp./kWh lag; Österreich wies eine deutlich unterdurchschnittliche, Italien eine überdurchschnittliche Abgabenbelastung auf. Die Differenz zwischen der Gesamtbelastung für Laufwasser- und ­ Speicherkraftwerke war gering. In Frankreich, Deutschland und Österreich waren die Abgaben beinahe ausschliesslich auf Gewinn- und Gewerbesteuern be-

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

5. Abgaben der Wasserkraft werke in Europa (VSE, 2018) Seit den Untersuchungen von BSG (1996), Wyer (2006), BSG (2009) bzw. BSG (2010) haben sich die europäischen Strommärkte und das regulatorische Umfeld stark geändert. Zudem hat sich die Wettbewerbsintensität zwischen den Produzenten während der Jahre des kontinuierlichen Preiszerfalls, den man zwischen 2008 und 2016 beobachten konnte, verstärkt, was sich auf die Unternehmensergebnisse der Eigentümer der Wasserkraftwerke ausgewirkt hat. In der Schweiz wurde parallel zu diesem Preiszerfall der maximale Wasserzinssatz in zwei Schritten von 80 CHF/kWB auf 110 CHF/kWB im Jahr 2015 erhöht. Deshalb hat der VSE einen neuen internationalen Vergleich zur obligatorischen Abgabenlast erstellt (VSE, 2018). In dieser Untersuchung vom Dezember 2018 wurden für die Länder Schweiz (Graubünden, Wallis), Frankreich, Deutschland (Baden-Württemberg, Bayern), Italien (Lombardei), Österreich (Tirol), Norwegen und Schweden anhand eines Lauf- und eines Speicherkraftwerks diejenigen gesetzlichen Abgaben bestimmt, die sich auf die Rentabilität der Wasserkraftbetreiber vor Gewinnsteuern auswirken. Die Gewinnsteuern wurden somit bewusst ausgeklammert, mit der Begründung, dass sie die Fähigkeit, einen Gewinn zu erzielen, nicht beeinträchtigten. In Bezug auf die Systematik in Tabelle 1 heisst dies, dass in diesem Vergleich weder die vertraglichen Abgaben noch die Gewinnsteuern einbezogen wurden. Tabelle 4 zeigt die in den einzelnen Ländern berücksichtigten Abgaben unter Angabe der Ertragshoheit. Resultate Die Belastung durch Abgaben beträgt für ein Laufwasserkraftwerk im Durchschnitt der betrachteten Länder 0.4 Rp./kWh, für ein Speicherkraftwerk 0.7 Rp./kWh (siehe Bild 2). Die Schweiz weist mit Abstand die höchste Abgabenbelastung sowohl für Laufwasser- (1.7 Rp./kWh) als auch für Speicherkraftwerke (1.8 Rp./kWh) auf. Diese übertrifft beim Laufwasserkraftwerk Italien, das die zweithöchsten Abgabenwerte aufweist, um 1.0 Rp./kWh. Bei den Speicherkraftwerken ist die Differenz zu 141


(siehe Bild 3). In Italien ist die Differenz für das Speicherkraftwerk auf das Wassernutzungsentgeld in montanen Gebieten zurückzuführen. In den anderen Ländern sind die Unterschiede zwischen Laufwasser- und Speicherkraftwerken bedeutend geringer. Mit Ausnahme von Frankreich dominieren die wasserkraftspezifischen Abgaben und liegen zwischen 65 % (Laufwasserkraftwerk Schweden) und 92  % (Laufwasserkraftwerk Österreich) der in die Betrachtung eingeflossenen Gesamtabgaben. In allen Ländern fällt eine Grundsteuer an. Die Höhe dieser Abgabe variiert aber beträchtlich und ist insbesondere in Österreich und Deutschland für beide Kraftwerkstypen sehr tief. Da dies die einzigen berücksichtigten allgemeinen Abgaben gemäss Tabelle 4 sind, fällt dieser Block entsprechend tief aus. In einigen Ländern bezahlen die Produzenten von Wasserkraft eine GKomponente (siehe Fussnote 5). Diese ist für Norwegen mit 0.19 ct/kWh am höchsten, gefolgt von Schweden, dann Österreich mit etwa 0.14 ct/kWh und Frankreich mit 0.02 ct/kWh. In Österreich ist dies zudem die einzige wasserkraftspezifische Abgabe.

Tabelle 4. Berücksichtigte Abgaben in den einzelnen Ländern mit Ertragshoheit (kursiv). In Anlehnung an VSE (2018). Frankreich und Italien bedeutend geringer. Im Vergleich zu Österreich, das einen noch höheren Wasserkraftanteil an der Gesamtproduktion aufweist als die Schweiz, fällt die Differenz sowohl für Laufwasserals auch für Speicherkraftwerke mit rund 1.5 Rp./kWh sehr beträchtlich aus. In der Tendenz ist die Höhe der Abgaben bei Speicherkraftwerken höher als bei Laufwasserkraftwerken, wobei die Differenzen allen voran für Frankreich und Italien gross sind. Für Frankreich ist dies da-

rauf zurückzuführen, dass die Abgabe auf Immobilien und die Grundsteuer auf Basis des Katastermietwerts bestimmt werden, der gemäss der Erhebung des VSE (2018) abhängig von der installierten Leistung ist. Da das Verhältnis Energie pro Leistung bei Speicherkraftwerken geringer ist als bei Laufwasserkraftwerken, führt die spezifische Belastung pro produzierte Einheit folglich zu einer hohen Belastung. Bei der leistungsspezifischen Betrachtung wird dieser Effekt entsprechend ausgeglichen

6. Einordnung der Ergebnisse Die Bestimmung der Höhe und der Vergleich der Abgaben in den verschiedenen Ländern ist von der Wahl der BeispielKraftwerke abhängig. Des Weiteren ist Vorsicht geboten beim Vergleich zwischen den beiden Kraftwerkstypen. Während Laufwasserkraftwerke generell mehr Volllaststunden aufweisen als Speicherkraftwerke und damit ein hohes Verhältnis von Energie zu Leistung aufweisen, ist es bei Speicherkraftwerken umgekehrt. Sind die abgabenspezifischen Grössen proportional zur Energie bzw. zur Leistung, hat dies entsprechende Auswirkungen auf die Ergebnisse. Auch beim Vergleich der Ergebnisse zwischen den einzelnen Studien ist Vorsicht geboten. Zum einen wurden in VSE (2018) nicht sämtliche Abgaben bestimmt, zum anderen wurden einzelne Abgabentypen zwischen den Erstell- bzw. Erhebungszeitpunkten der unterschiedlichen Studien geändert bzw. wurden

5

G-Komponente: Entgelt der Erzeuger (Generator) für die Nutzung der Stromnetze. Details siehe Ent-

so-E (2018). 6

Genauer: Ein Gebiet, das durch eine Gebirgs- oder Hügelkette, die als Wasserscheide wirkt, ab-

gegrenzt ist. Der Abgabensatz liegt für die Jahre 2018/2019 bei 30.67 EUR/kWB.

142

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Bild 2. Übersicht über die gesetzlichen Abgaben (ohne Gewinnsteuern) für Laufwasser- und Speicherkraftwerke in Europa in Rp./kWh. Abkürzungen: CH: Schweiz, F: Frankreich, D: Deutschland, I: Italien, A: Österreich, N: Norwegen, S: Schweden, VS: Wallis, GR: Graubünden, BY: Bayern, BW: Baden-Württemberg. Datenquelle: VSE (2018).

Bild 3. Übersicht über die gesetzlichen Abgaben (ohne Gewinnsteuern) für Laufwasser- und Speicherkraftwerke in Europa in CHF/kW. Abkürzungen: CH: Schweiz, F: Frankreich, D: Deutschland, I: Italien, A: Österreich, N: Norwegen, S: Schweden, VS: Wallis, GR: Graubünden, BY: Bayern, BW: Baden-Württemberg. Datenquelle: VSE (2018). die Abgabensätze angepasst. All diesen Vorbehalten zum Trotz lassen sich aus den verschiedenen Untersuchungen Folgerungen ableiten, die allesamt zeigen, dass die Schweizer Wasserkraft energiewirtschaftlich, gegenüber ausländischen Wasserkraftproduzenten und anderen Produktionstechnologien, wettbewerblichen Nachteilen unterliegt.

7. Folgerungen und Ausblick Die Kausalabgaben der Wasserkraft in der Schweiz sind hoch und bilden einen fixen Kostenblock. Einem offenen Markt mit volatilen Preisen und damit stark schwankenden Erlösen stehen somit hohe fixe Kosten gegenüber. In Jahren hoher Marktpreise – und damit hoher Erlöse – sind die fixen Abgaben tragbar, in Jahren tiefer Preise resultieren schlechte Ergebnisse bzw.

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

wie in den vergangenen Jahren Verluste. Das führt insgesamt zu wenig langfristig planbaren Ergebnissen und in der Folge zu ­ Unsicherheiten in der strategischen Planung und zu einer Benachteiligung der Wasserkraft gegenüber anderen Technologien, die weit geringere Abgaben zu bezahlen haben. Die Steuerbelastung in der Schweiz ist im Vergleich zu den umliegenden Ländern gering; nimmt man aber die Kausalabgaben hinzu, zeigt sich, dass die Schweizer Wasserkraft im internationalen Vergleich hohe Abgaben zu bezahlen hat, was in Summe zur Verschlechterung ihrer Wettbewerbsfähigkeit im europäischen Strommarkt führt. Insbesondere im Vergleich zu Österreich kann sich dies längerfristig zu einem erheblichen Nachteil ausweiten, da sich beim östlichen Nachbarland der variable Kostenblock nach dem variablen Erlösblock richtet. Damit fallen in Österreich insgesamt die Gewinn- und Verlustschwankungen bedeutend geringer aus als in der Schweiz, was die Planbarkeit von Investitionen erhöht und auch die Konditionen am Kapitalmarkt verbessert. Sind die Abgaben in einer variablen Form abhängig von den Erlösen, wird die Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit und damit die längerfristige Planung von Ersatzinvestitionen vereinfacht. Ein solches System entspricht dem steuerrechtlichen Prinzip der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit besser. Danach müssen Steuern den in der Verfassung verankerten Prinzipien der Allgemeinheit, Gleichmässigkeit und Verhältnismässigkeit (Besteuerung nach der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit) genügen. Ob und inwieweit dieses Prinzip (direkt oder sinngemäss) Anwendung findet, kann hier offenbleiben. Fakt ist: in einem geöffneten Strommarkt sind hohe fixe Abgaben ein Fremdkörper; während in Zeiten hoher Strompreise die Abgaben der verschiedenen Länder in etwa vergleichbar sind, sind bei tiefen Strompreisen die Abgaben in der Schweiz vergleichsweise sehr hoch und beeinträchtigen damit in hohem Masse die Wettbewerbsfähigkeit. So hat das Jahr 2016 gezeigt, dass in einer Tiefpreisphase mit einem Jahresdurchschnittspreis von 4.1 Rp./kWh am Schweizer Grosshandels­ markt und fixen Abgaben alleine durch den Wasserzins von durchschnittlich 1.6 Rp./kWh die Belastung unverhältnismässig gross wird. Das aktuelle Abgabenregime trägt somit sicherlich nicht zu einer Stärkung der Nutzung der Schweizer Wasserkraft und 143


damit der einheimischen erneuerbaren Energien bei. Deshalb haben die Betreiber von Wasserkraftwerken in den letzten Jahren eine erhebliche Zurückhaltung bei den Investitionen in Erneuerungen von bestehenden Kraftwerken gezeigt. Der Erhalt der bestehenden Wasserkraft ist aber letztlich für die Erreichung der gesetzlichen Richtwerte für die Grosswasserkraft gemäss beschlossener Energiestrategie 2050 wichtiger als der mögliche Ausbau durch erhebliche Erneuerungen, erhebliche Erweiterung oder Neubauten, da insbesondere für Letztere das Potenzial vergleichsweise gering ist. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sich die Ausgestaltung der heutigen Abgaben – und damit die Kostenstruktur der Wasserkraftwerke in der Schweiz – und die Zweckartikel des Energie- und Stromversorgungsgesetzes diametral gegenüberstehen. Das Parlament hat sich zwar für eine Beibehaltung des heutigen Wasserzinsregimes bis Ende des Jahres 2024 ausgesprochen, doch ist offensichtlich, dass eine Entlastung der Produzenten dringend notwendig ist, um die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Wasserkraft zu stärken. Wenn die Politik (und die Gesellschaft) ein Interesse hat, die Zweckartikel des Energie- und Stromversorgungsgesetzes, aber auch das Wasserrechtsgesetz glaubwürdig umzusetzen, dann wird sie gefordert sein, das Regime der hohen fixen Abgaben für die Schweizer Wasserkraft zu ändern, denn aktuell klaffen die energiepolitischen Zielsetzungen mit der energiewirtschaftlichen Realität so weit

144

auseinander, dass es für die Schweizer Wasserkraft schwierig ist, die in sie gesetzten Erwartungen auch langfristig zu erfüllen.

der Wasserkräfte. Schweizerisches Zentralblatt für Staats- und Gemeindeverwaltung. Entso-E (2018): Entso-E Overview of Transmission Tariffs in Europe: Synthesis 2018. ESTV (2016): Kurzer Überblick über die Besteu-

Danksagung

erung der juristischen Personen.

Der Autor bedankt sich bei Cornelia Abouri, Ma-

ESTV (2017): Die Kirchensteuern.

thias Lorenz, Beat Moser und Roger Pfammatter

ESTV (2018a): Die geltenden Steuern von Bund,

für die kritische Durchsicht des Textes sowie die

Kantonen und Gemeinden.

konstruktiven Ergänzungsvorschläge, die we-

ESTV (2018b): Unterschied zwischen Steuern

sentlich zum besseren Verständnis des vorlie-

und anderen öffentlichen Abgaben.

genden Artikels beigetragen haben.

Merker M., P. Conradin-Triaca (2016) in: Kommentar zum Energierecht, Band I, Art. 71 WRG.

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machung der Wasserkräfte (WRG). BWG (2002): Der Wasserzins – die wichtigste

Anschrift des Verfassers

Abgabe auf der Wasserkraftnutzung in der

Dr. Michel Piot, Schweizerischer Wasserwirt-

Schweiz.

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Dubach W. (1984): Die Sonderstellung der Ge-

CH-5401 Baden, michel.piot@swv.ch

meinwesen nach Art. 3 Abs. 2 und Art. 58 Abs. 2 des Bundesgesetzes über die Nutzbarmachung

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Beitrag von Wasserspeicher zur Verminderung zukünftiger Wasserknappheit? Manuela Brunner, Astrid Björnsen Gurung, Jürg Speerli, Susanne Kytzia, Sara Bieler, Dominik Schwere, Manfred Stähli

Zusammenfassung Im Kontext des Klimawandels und der bereits aufgetretenen Sommertrockenheiten in der Schweiz wird in dieser Studie untersucht, in welchem Umfang Wasserspeicher, wie natürliche Seen, Speicherseen und andere künstliche Wasserreservoire Wasserknappheit vermindern können. Dazu wurde für 307 mittelgrosse Einzugsgebiete für heutige und zukünftige Bedingungen die Differenz zwischen dem Wasserdargebot und der Nachfrage abgeschätzt. Damit konnten Gebiete mit temporärer Wasserknappheit identifiziert werden, für welche diese schliesslich dem nutzbaren Volumen der Wasserspeicher gegenübergestellt wurde. Die Resultate zeigen, dass Wasserknappheit vor allem im Sommer auftreten kann, sowohl heute wie auch in Zukunft. Vorwiegend ist das Mittelland betroffen, doch auch in alpinen Regionen ist unter extremen Bedingungen mit Wasserknappheit zu rechnen. Natürliche Seen und Speicherseen können bei lokalen Engpässen nur bedingt Abhilfe leisten, da gemäss den bestehenden Reglementen nur ein kleiner Teil der Speicherkapazität natürlicher Seen, rund 3.5 %, tatsächlich nutzbar ist. Zudem befinden sich Speicherseen oft nicht dort, wo Wasserknappheit zu erwarten ist. Sollen Speicherseen zukünftig vermehrt zur Verminderung von Wasserknappheit beitragen, ist daher zwingend eine regionale Betrachtung notwendig. Diese sollte neben einer optimierten Mehrfachnutzung der Ressourcen ebenfalls Anpassungen auf der Nachfrageseite berücksichtigen. 1. Einführung Die neuen Klimaszenarien CH2018 zeigen ein klares Bild: im Laufe des 21. Jahrhunderts werden die Sommermonate niederschlagsärmer, die Schneeschmelze verschiebt sich in den Frühling, und die Gletscher ziehen sich stark zurück (Na­ tional Centre for Climate Services, 2018). Als Folge davon sinkt im Sommer das natürliche Wasserdargebot, während der Nutzungsdruck auf das verfügbare Wasser steigen wird durch eine Zunahme der Wasserkraftproduktion (UVEK, 2014), des landwirtschaftlichen Bewässerungsbedarfs (Fuhrer and Calanca, 2014) und des Trinkwasserbedarfs infolge wachsender Einwohnerzahlen. Vor diesem Hintergrund kann es zukünftig häufiger zu Situationen mit lokaler und regionaler Wasserknappheit kommen. Natürliche Seen sowie künstliche Wasserspeicher wie Speicherseen, Beschneiungsteiche und Trinkwasserreservoire tragen zukünftig zur Deckung temporärer Wasserknappheit bei. Welchen Beitrag können sie aber tatsächlich zur Verminderung von Wasserknappheit leisten?

Diese Studie zeigt auf, in welchem Ausmass Wasserspeicher zur Verminderung von Wasserknappheit beitragen können, falls die heutigen Wehrreglemente und Konzessionen auch in Zukunft gelten.

2. Methoden Das «Potenzial von Wasserspeichern» zur Verminderung von Sommerwasserknappheit wird hier definiert als das Verhältnis zwischen dem nutzbaren Speichervolumen und der lokalen Wasserknappheit. Für insgesamt 307 mittelgrosse- hydrologische Gebiete in der Schweiz wurde dieses Verhältnis für heutige und zukünftige Bedingungen abgeschätzt. Grundlagen waren das hydrologische Modell PREVAH (Viviroli et al., 2009), die CH2018-Klima­ szenarien des NCCS (National Centre for Climate Services, 2018) sowie eigens entwickelte Modelle zur Schätzung des nutzbaren Speichervolumens und der Wassernachfrage. Der Fokus lag auf natürlichen und künstlichen Seen. Grundwasser wurde nicht betrachtet. Wenn das natürliche Wasserdargebot in einem Gebiet kleiner ist als die Wassernachfrage, tritt Wasserknappheit auf. Konkret wurde in einem ersten Schritt das natürliche Wasserdargebot und dessen Saisonalität in einem Gebiet abgeschätzt (Bild 1 A). Zweitens wurde die gesamte Wassernachfrage für verschiedene Kategorien abgeschätzt

Heutige Bedingungen Zukünftige Bedingungen

1

Volumen

2

Saisonalität

3

Extreme

4

Potenzial

A

B

Dargebot

Nachfrage

C

D

Knappheit/ Überschuss

-

Speicher

=

Bild 1. Gesamtkonzept zur Berechnung des Potenzials von Wasserspeichern zur Verminderung von Sommerwasserknappheit.

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145


und, falls möglich, auch saisonal abgebildet (B). In einem dritten Schritt wurde die saisonale Wasserknappheit (C) ermittelt, indem der totale Wasserverbrauch vom natürlichen Dargebot abgezogen wurde. Ein negativer Wert bedeutet, dass das Gebiet temporär von Wasserknappheit betroffen ist. Ein positiver Wert steht für einen Wasserüberschuss. Um neben den normalen Bedingungen auch Extremsituationen darzustellen, wurde, basierend auf den saisonalen Wasserknappheitsschätzungen, mittels statistischer Modelle eine extreme Sommerwasserknappheit berechnet, die im Durchschnitt nur alle 10 bzw. 100 Jahre auftritt. Die daraus resultierende extreme Wasserknappheit wurde dann dem verfügbaren Speichervolumen gegenübergestellt, um damit das Potenzial von Wasserspeichern zur Verminderung von Sommerwasserknappheit zu ­bestimmen (D). 2.1 Studiengebiet Die Studie wurde für 307 mittelgrosse Schweizer Einzugsgebiete mit einer durch-­ schnittlichen Fläche von 117 km2 durchgeführt. Sie liegen auf mittleren Höhen zwischen 300 und 3000 m ü. M., und der jährliche Niederschlag variiert zwischen 500 und 3000 mm (Federal Office of Meteorology and Climatology, 2018). Die Unterschiede in Topografie, Niederschlagssummen und -saisonalität und weiteren Gebietseigenschaften haben verschiedene Abflussregime zur Folge, welche sowohl regendominierte Regime mit Niedrigabflussperioden im Sommer wie auch schmelzdominierte Regime mit Niedrigabflussperioden im Winter umfassen (Blanc and Schädler, 2014).

2.2 Dargebot Für die Berechnung des lokalen Wasserdargebotes wurden mit dem hydrologischen Modell PREVAH (Viviroli et al., 2009) Abflusszeitreihen in täglicher Auflösung simuliert. Das PREVAH-Modell ist ein konzeptionelles, prozessbasiertes Modell und bildet verschiedene Teile des hydrologischen Systems ab. Dazu gehören Interzeptions- und Bodenwasserspeicherung, Evapotranspiration, Schneeakkumulation, Gletscherschmelze, Grundwasser, Abfluss und Basisabflussgeneration sowie die Abflusskonzentration. Für die Simulationen wurde eine gegitterte Version des Modells für das Gebiet der Schweiz aufgesetzt. Das kalibrierte und evaluierte Modell wurde schliesslich mit meteorologischen Daten (Niederschlag, Temperatur, Strahlung und Wind) der Referenzperiode 1981–2010 und Zukunftsperiode 2071– 2100, wenn die grössten Änderungen im Klima und im Abfluss zu erwarten sind, angetrieben. Die meteorologischen Daten für die Zukunft wurden den CH2018-Klimaszenarien entnommen, welche vom Nationalen Zentrum für Klimadienstleistungen (NCCS) zur Verfügung gestellt wurden (National Centre for Climate Services, 2018). Um die Unsicherheit in den Zukunftsprojektionen abschätzen zu können, wurden 39 Klimaketten verwendet. Zukünftige Gletscherveränderungen wurden mit einem Gletscherevolutionsmodell abgebildet (Zekollari et al., 2019). 2.3 Speicher Mit dem Begriff Wasserspeicher werden in der vorliegenden Studie natürliche regulierte und unregulierte Seen, künstliche Reservoire (Speicherseen), Beschnei-

Seen Reservoire

Bild 2. Die grossen natürlichen Seen (hellblau) liegen vorwiegend im Mittelland, während die kleineren, künstlichen Reservoire (dunkelblau) in alpinen Gebieten zu finden sind (Federal Office of Topography swisstopo, 2018). 146

ungsteiche und Trinkwasserspeicher verstanden. Während die grossen natürlichen Seen vor allem im Mittelland liegen, sind die künstlichen Reservoire grösstenteils in den Alpen zu finden (Bild 2). Für diese Speicherseen wurde neben der Speicherkapazität auch das Nutzvolumen bestimmt, also jener Teil der Speicherkapazität, der technisch bedingt und gemäss den geltenden Reglementen (z.  B. Wehrreglementen oder Konzessionen) tatsächlich genutzt werden könnte. Eine detaillierte Beschreibung der Methoden, welche für die Abschätzung der nutzbaren Speichervolumen verwendet wurden, befindet sich in Brunner et al. (2019a). 2.4 Nachfrage Die heutige und zukünftige Wassernachfrage wurde für folgende Kategorien abgeschätzt: Trinkwasserversorgung (Haushalte und Tourismus), Industrie und Gewerbe (zweiter Sektor), Dienstleistungen (dritter Sektor), künstliche Schneeproduktion, Landwirtschaft (Bewässerung und Grossvieh), ökologische Rest- und Mindestwassermengen und Wasserkraftproduktion. Eine detaillierte Beschreibung der Methoden, welche für die Abschätzung der verschiedenen Nachfragekategorien verwendet wurden, befindet sich in Brunner et al. (2019b) oder Brunner et al. (2019a). Die gesamte Wassernachfrage in einem Teilgebiet wurde aus den Nachfrageschätzungen der einzelnen Nutzungskategorien berechnet. In dieser Studie wurden alle Nutzungen als verbrauchend betrachtet, d. h., das Wasser stand lokal nach der Nutzung nicht mehr für andere Nutzungen zur Verfügung. Erweitert man die Systemgrenze, kann das Wasser nach gewissen Nutzungen (z. B. Wasserkraftproduktion) am Gewässerunterlauf natürlich abermals genutzt werden. Wassertransfers zwischen den untersuchten Gebieten wurden in dieser schweizweiten Studie – obwohl sie relevant sind – nicht genauer betrachtet. Ebenfalls wurde nicht unterschieden, ob und in welchem Ausmass eine Nachfrage über das Grundwasser oder über Oberflächenwasser gedeckt wird. Der Grundwasserbeitrag zum Abfluss wurde beim Dargebot berücksichtigt. 2.5 Wasserknappheit und -überschuss Die Wasserknappheit respektive der Wasserüberschuss wurde aus dem natürlichen Wasserdargebot und der geschätzten Wassernachfrage ermittelt, auf einer monatlichen sowie jährlichen Skala für heutige und zukünftige Bedingungen. L ­ okale

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Wasserknappheit entsteht, wenn der lokale Abfluss die anfallende Nachfrage nicht zu decken vermag. Die normale monatliche Wasserknappheit wurde mit den mittleren Abflussbedingungen berechnet. Der Fokus dieser Studie lag auf der Sommertrockenheit. Extreme Sommertrockenheit wurde mittels einer extremwertstatistischen Analyse abgeschätzt. Dazu wurden in einem ersten Schritt für jedes Jahr in der analysierten Zeitperiode die Wasserknappheits- respektive Überschusswerte der Sommermonate Juni bis September aggregiert. Diese Werte wurden dann in einer univariaten Häufigkeitsanalyse genutzt, um extreme Sommerwasserknappheit mit einer vorgegebenen Jährlichkeit abzuschätzen. Für die zukünftigen Bedingungen wurden die Wasserknappheitswerte aller 39 Klimamodellketten kombiniert. Für die Häufigkeitsanalyse wurde eine generalisierte Extremwertverteilung verwendet. Die Verteilung wurde genutzt, um Wasserknappheits/ -überschussereignisse mit Jährlichkeiten von 10 und 100 Jahren abzuschätzen, welche für Planungsprozesse oft von Interesse sind (Camezind-Wildi, 2005). 2.6 Potenzial von Speichern zur Verminderung von Sommer wasserknappheit Das Potenzial von Wasserspeichern zur Verminderung von lokaler Wasserknappheit wurde als das Verhältnis zwischen dem nutzbaren Volumen von Wasserspeichern und der geschätzten absoluten Sommerwasserknappheit berechnet. Das Potenzial wurde sowohl für normale wie auch extreme heutige und zukünftige Bedingungen abgeschätzt. Werte von 1 oder grösser bedeuten, dass das verfügbare Speichervolumen die lokale Wasser-

3.1 Dargebot Das mittlere natürliche Wasserdargebot hängt stark von der Topografie ab. Hohe mittlere Abflüsse liegen in alpinen Gebieten und der Südschweiz vor, eher niedrige mittlere Abflüssen im Mittelland. Dieses räumliche Muster wird sich auch in Zukunft kaum verändern, obwohl die Projektionen der verschiedenen Modellketten relativ stark voneinander abweichen. Hingegen dürfte sich die Saisonalität der Abflüsse verändern. In alpinen, durch Schmelzwasser beeinflussten Gebieten wird sich die Abflussspitze von den späteren Sommermonaten in die frühen Sommermonate verlagern. Bedingt durch die erhöhten Niederschläge, wird der Abfluss im Winter eher etwas zunehmen. Die regendominierten Abflüsse im Mittelland werden im Sommer abnehmen und im Winterhalbjahr eher zunehmen.

3.2 Speicher Die Schweizer Seen speichern rund 130 000 Mio m3 Wasser. Eine beträchtliche Menge, wovon allerdings durchschnittlich nur gerade 3.5 % tatsächlich zur Verfügung stehen, weil die Nutzung durch heute geltende Reglemente eingeschränkt ist (u. a. motiviert durch bestehende Schutz- und Nutzungsansprüche) (Bild 3). Im Gegensatz dazu ist das Wasser in Stauseen, insgesamt mehr als 3500 Mio m3, zum grössten Teil tatsächlich auch nutzbar, eingeschränkt nur durch bestehende Konzessionen. Trinkwasserreservoire (4.5 Mio m3) und Beschneiungsteiche (4 Mio m3) weisen nur sehr kleine Speichervolumina auf und sind daher für die Bewältigung regionaler Wasserknappheit ungeeignet. Diese Speicher sind ungleichmässig über die Schweiz verteilt. Während die Speicherseen sich hauptsächlich in den Alpen und Voralpen befinden, liegen die grossen, natürlichen Seen v. a. im Mittelland. Diese räumliche Verteilung wird wichtig, wenn es um die tatsächliche Nutzung der Speicher zur Verminderung von Wasserknappheit geht. 3.3 Nachfrage Die Wassernachfrage variiert mit der Nutzungskategorie (Bild 4, links). Den höchsten Anspruch erhebt die Ökologie zur Deckung der Rest- und Mindestwassermenge in den Flüssen. An zweiter Stelle steht die Wasserkraftnutzung. Beide Nutzungen sind nicht verbrauchend, jedoch steht auch hier das Wasser lokal nicht für andere Nutzungen zur Verfügung, sondern erst wieder verzögert weiter bach-, bzw. flussabwärts. Eine deutlich kleinere Menge wird für die Bewässerung, die Trinkwasserversorgung und den Wasserbedarf im Dienstleistungssektor benötigt. Nur ein Bruchteil des Wasserbedarfs

Speicher 20 15 10 5 0

Davoser See Engstlensee Pfäffikersee Ägerisee Lej da Segl Lej da Silvaplauna Hallwiler See Baldegger See Sarnersee Greifensee Sempacher See Lago di Poschiavo Lac de Joux Zuger See Lac de Morat Zürichsee Thuner See Bieler See Lago di Lugano Brienzer See Walensee Vierwaldstättersee Lac Léman Lac de Neuchâtel Lago Maggiore Bodensee

Prozentuales Nutzvolumen [%]

1200 1000 800 600 400 200 0

3. Resultate

Davoser See Engstlensee Pfäffikersee Ägerisee Lej da Segl Lej da Silvaplauna Hallwiler See Baldegger See Sarnersee Greifensee Sempacher See Lago di Poschiavo Lac de Joux Zuger See Lac de Morat Zürichsee Thuner See Bieler See Lago di Lugano Brienzer See Walensee Vierwaldstättersee Lac Léman Lac de Neuchâtel Lago Maggiore Bodensee

Nutzvolumen [Mio m3]

D

knappheit beheben kann, allenfalls mit Überschuss. Werte kleiner als 1 bedeuten, dass nur ein Bruchteil der Wasserknappheit über lokale Wasserspeicher gedeckt werden kann. Hier gilt hervorzuheben, dass nur für Gebiete mit Wasserknappheit ein Wert berechnet werden konnte (Potenzial). Folglich besteht ohne Knappheit auch kein Potenzial. Ist das nutzbare Speichervolumen grösser als die lokale Wasserknappheit, besteht auch ein Potenzial zur Verminderung von Wasserknappheit in unterliegenden Gebieten. Um ein solches «regionales Potenzial» zu untersuchen, wurde für die Einzugsgebiete Rhône, Rhein-Diepolds­au, Aare und Ticino die regionale Knappheit dem regional verfügbaren Nutzvolumen gegenübergestellt.

Bild 3. Absolutes Nutzvolumen und prozentuales Nutzvolumen für die grössten Schweizer Seen. Die Seen sind horizontal nach dem absoluten Nutzvolumen geordnet. «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

147


wird durch die restlichen Nutzungskategorien beansprucht. Sowohl die Gesamtwassernachfrage wie auch ihre Verteilung auf die verschiedenen Nutzungskategorien ist räumlich sehr heterogen (Bild 4, rechts, und Bild 5). Die Nachfrage für die Wasserkraftnutzung ist besonders hoch mit einem deutlichen Schwerpunkt auf die Bergre­gionen.

B

Hier fällt auch der Wasserverbrauch für die Schneeproduktion an. Im Mittelland hingegen dominieren die Bewässerung, die Trinkwasserversorgung, die Unternehmen im Industrie- und Dienstleitungssektor sowie das Tränken von Grossvieh den Wasserverbrauch. Der Anspruch der Ökologie zur Deckung der Rest- und Mindestwasser-

menge in den Bächen und Flüssen fällt in der ganzen Schweiz an, mit einem Schwerpunkt auf Regionen mit grossen Niederschlagsmengen und Abflüssen. Die Nachfrage in den jeweiligen Nutzungskategorien unterscheidet sich nicht nur räumlich, sondern auch saisonal. Betrachtet man die Gesamtnachfrage, ist diese wegen

Nachfrage

Ökologie

Bewässerung

Total: ca. 15000 Mio m3

[mm/d]

[0.1,0.5) [0.5,0.6) [0.6,0.7) [0.7,0.8) [0.8,0.9) [0.9,1) [1,1.2) [1.2,1.7) [1.7,8.9]

Trinkwasser

Wasserkraft

Industrie Sektor drei Grossvieh Schneeproduktion Industrie Tourismus Sektor zwei

Bild 4. (korrigiert) Gesamtwassernachfrage pro Nutzungskategorie und Jahr: Ökologie (Rest- und Mindestwasser), Wasserkraft, Bewässerung, Trinkwasser, Industrie & Gewerbe (Sektor zwei), Dienstleistungen (Sektor drei), Grossvieh, Trinkwasser Tourismus und Schneeproduktion (links) und die räumliche Verteilung der Gesamtnachfrage.

B

Nachfrage Ökologie

Wasserkraft

Bewässerung [mm/d] [0.03,0.05) [0.05,0.09) [0.09,0.16) [0.16,0.29) [0.29,0.42) [0.42,0.57) [0.57,0.67) [0.67,0.81) [0.81,8.46]

Trinkwasser Haushalte

Industrie Sektor drei

Hohe Nachfrage

Industrie Sektor zwei [mm/d] [0.001,0.002) [0.002,0.003) [0.003,0.005) [0.005,0.007) [0.007,0.011) [0.011,0.017) [0.017,0.03) [0.03,0.05) [0.05,0.552]

Grossvieh

Schneeproduktion

Trinkwasser Tourismus [mm/d] [1e−04,1e−04) [1e−04,1e−04) [1e−04,2e−04) [2e−04,2e−04) [2e−04,3e−04) [3e−04,6e−04) [6e−04,9e−04) [9e−04,0.0016) [0.0016,0.0244]

Tiefe Nachfrage

Bild 5. (korrigiert) Räumliche Verteilung der Wassernachfrage pro Nutzungskategorie: Ökologie (Rest- und Mindestwassermenge), Wasserkraft, Bewässerung, Trinkwasser Haushalte, Industrie & Gewerbe (Sektor zwei), Dienstleistungen (Sektor drei), Grossvieh, Schnee­produktion und Trinkwasser Tourismus. Die Wassernachfrage nimmt von oben nach unten ab. Jede Kartenreihe hat eine eigene Skala. 148

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


des starken Einflusses der Wasserkraftproduktion im Winter, wenn am meisten Strom aus Wasserkraftwerken benötigt wird, am grössten. Die Nachfrage für Bewässerung ist in den Sommermonaten am grössten, und die Schneeproduktion findet ausschliesslich im Winter statt. Für alle anderen Nutzungs-

kategorien wird eine im Jahresverlauf konstante Nachfrage angenommen. 3.4 Wasserknappheit und -überschuss Die relativ hohe Wassernachfrage im Mittelland widerspiegelt sich in den Schät-

zungen von Wasserknappheit und -überschuss für heutige Bedingungen. Unter normalen Bedingungen treten Wasserdefizite kaum auf. Unter extremen Bedingungen können jedoch einige Regionen im Mittelland bereits heute von Wasserknappheit betroffen sein. Unter normalen

Bild 6. Mittlere und extreme Sommerwasserknappheit, abgebildet durch die 10- und 100-jährliche Knappheit unter heutigen und zukünftigen Bedingungen über alle 39 Klimamodellketten. Potenzial

D

C

Mittel

10-jährlich

100-jährlich

Heutige Bedingugen

kein Potenzial [0,0.25) [0.25,0.5) [0.5,0.75) [0.75,1) [1,1.25) [1.25,1.5) [1.5,1.75) [1.75,2) [2,3]

Zukünftige Bedingugen

Zukunft

-

Heute

[−5,−4) [−4,−3) [−3,−2) [−2,−1) [−1,0) [0,1) [1,2) [2,3) [3,4) [4,5]

Bild 7. Potenzial von Wasserspeichern zur Verminderung von Sommerwasserknappheit unter heutigen und zukünftigen Bedingun­ gen für ein normales (mittleres), ein 10-jährliches und ein 100-jährliches Wasserknappheitsereignis unter der Annahme, dass nur das reglementarisch festgelegte, nutzbare Volumen zur Verfügung steht. In farbigen Gebieten besteht Wasserknappheit, in grauen nicht. In blauen Gebieten vermag das gespeicherte nutzbare Wasser die gesamte Wasserknappheit oder mehr zu decken, in roten Gebieten kann nur ein Teil des Defizits über das nutzbare Volumen der Speicher gedeckt werden. Die unterste Kartenreihe zeigt den Unterschied zwischen heutigem und zukünftigem Potenzial: In violetten Gebieten nimmt das Potenzial im Vergleich zu heute ab, in grünen Gebieten nimmt es zu. «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

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Bedingungen ist nur für einzelne Monate und auch nur in wenigen Gebieten Wasserknappheit zu erwarten. Im Dezember ist die lokale Wasserknappheit hauptsächlich über die Nachfrage nach Wasser zur Stromproduktion zu erklären. Unter extremen Bedingungen werden hingegen v.a. im Sommer viele Gebiete im Mittelland von Wasserknappheit betroffen sein, wenn die Niederschläge klein sind oder ausbleiben. Nichtsdestotrotz kann Wasserknappheit auch in einigen alpinen Gebieten lokal auftreten, wie der Sommer 2018 gezeigt hat. Die Sommertrockenheit der Zukunft unterscheidet sich von jener der Gegenwart v. a. unter extremen Bedingungen (Bild 6). Bei einem 10-jährlichen Ereignis sind unter zukünftigen Bedingungen neben den Gebieten im Mittelland auch einige alpine Gebiete betroffen. Die Flä-

0 0 2000 0

200 400 600

400

1000

Volumen [Mio m3] 0 400 1000 Volumen [Mio m3] 0 200 400 600

1000

33%

400

Ticino

Selbst unter extremen Bedingungen ist das Potenzial gering. Unter heutigen und zukünftigen extremen Bedingungen bleibt in den meisten Gebieten das Verhältnis von Nutzvolumen zu Wasserknappheit kleiner als 1:4 (0.25), d. h., nicht einmal ein Viertel der Wasserknappheit kann über die Speicher gedeckt werden. Eine Ausnahme bildet das Seeland mit dem Neuenburgersee. Selbst bei einem 100-jährlichen Knappheitsereignis weist die Region immer noch ein grosses Potenzial zur Verminderung von Wasserknappheit auf, weil der Neuenburgersee ein grosses Nutzvolumen aufweist. Vergleicht man das heutige mit dem zukünftigen Potenzial, ist nur eine geringe Veränderung sichtbar (Bild 7, unterste Spalte).

100-jährlich Zukunft

0

Aare

Mittel Zukunft

Volumen [Mio m3] 0 400 1000

Rhein - Diepoldsau

3.5 Potenzial zur Verminderung von lokaler Sommerwasser knappheit Das Potenzial von Wasserspeichern zur Verminderung von Sommerwasserknappheit beschreibt das Verhältnis zwischen dem nutzbaren Speichervolumen und der absoluten Sommerwasserknappheit in einem Teilgebiet. Bild 7 stellt dieses Potenzial für heutige und zukünftige Bedingungen für ein normales (mittleres), ein 10-jährliches und ein 100-jährliches Ereignis dar. Unter heutigen wie zukünftigen mittleren Bedingungen ist das Potenzial in den meisten Gebieten null; nur in wenigen Gebieten wird Wasserknappheit erwartet.

Volumen [Mio m3] 0 400 1000

Rhône

che der betroffenen Einzugsgebiete dehnt sich bei einem 100-jährlichen Ereignis weiter aus.

Wasserknappheit Nutzvolumen

Wasserknappheit Nutzvolumen

Bild 8. Wasserknappheit vs. Nutzvolumen unter zukünftigen mittleren und extremen (100-jährliche Knappheit) Bedingungen für die Grossregionen Rhône, Rhein-Diepoldsau, Aare und Ticino. Der prozentuale Deckungsgrad ist für Situationen angegeben, bei denen die Wasserknappheit das verfügbare Nutzvolumen übersteigt. Die einzelnen Grafiken werden auf unterschiedlichen Skalen gezeigt. 150

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


3.6 Potenzial zur Verminderung von Sommerwasserknappheit in unterliegenden Gebieten Einzugsgebiete mit einem grossen Wasser­überschuss können ggf. in unterliegenden Gebieten Wasserknappheit vermindern, falls die Gebiete über einen natürlichen oder künstlichen Wasserlauf miteinander verbunden sind. Unter heutigen Bedingungen übersteigt das regional nutzbare Speichervolumen der meisten hydrologischen Grossregionen die zu erwartende Sommerwasserknappheit. Oberliegende Gebiete in den Regionen Rhône, Rhein und Ticino können also unter normalen (mittleren) Bedingungen zur Deckung von Sommerdefiziten in unterliegenden Gebieten beitragen, dies auch unter extremen Bedingungen (100-jährliche Wasserknappheit). Eine Ausnahme bildet die Aare-Region. Hier vermag das Nutzvolumen lediglich 13 % der extremen Wasserknappheit zu decken, womit das Potenzial der Wasserspeicher zur Verminderung von Wasserknappheit in unterliegenden Gebieten sehr gering ist. Dasselbe gilt für die Zukunft. Auch zukünftig kann eine regionale Wasserknappheit über gespeichertes Wasser aus oberliegenden Gebieten gedeckt werden (Bild 8). Nicht überraschend stellt die Aare-Region wieder eine Ausnahme dar. Unter extremen Bedingungen ist neben der Aare-Region auch der Rhein bis Basel ein Gebiet, wo das Potenzial von Wasserspeichern unter 1 sinkt, d. h., nur ein Teil des Defizits kann durch gespeichertes, nutzbares Wasser gedeckt werden. 4. Diskussion und Ausblick Heute sowie in Zukunft ist das Mittelland eher von Wasserknappheit betroffen als die Bergregionen. Dies hat mit dem Wasserdargebot zu tun, aber auch stark mit der Wassernachfrage. Gerade in den Sommermonaten profitieren alpine Gebiete von den verzögerten Abflussbeiträgen der Schnee- und Gletscherschmelze. Das Mittelland ist dagegen unmittelbar vom Niederschlag abhängig. In der ganzen Schweiz wird der Abfluss in den Sommermonaten abnehmen. Betrachtet man die Wassernachfrage, ist diese im Mittelland am grössten, insbesondere in grossen Ballungszentren (z. B. Region Zürich) und in Gebieten mit intensiver Landwirtschaft (z. B. Seeland). Auch in alpinen Gebieten kann die Nachfrage gross sein, v. a. wegen der Wasserkraftnutzung. Unter normalen Bedingungen reicht das verfügbare Wasser zur Deckung der Nachfrage. Unter extremen Bedingun-

gen, insbesondere im Sommer, kann jedoch die Nachfrage das natürliche Dargebot übersteigen. In diesen Fällen könnten Wasserspeicher Abhilfe schaffen, da sie Wasserüberschüsse von einer Saison in eine Saison mit Wasserdefiziten transferieren. Die Analyse hat jedoch gezeigt, dass Speicher oft nicht dort liegen, wo die grössten Sommerdefizite auftreten. Sommerwasserknappheit ist im Mittelland am grössten, kann durch lokale Speicher aber nur bedingt vermindert werden, da nur ein kleiner Teil des Seewassers (< 4 %) gemäss aktueller Wehrreglemente auch tatsächlich genutzt werden kann. In alpinen Gebieten hingegen, wo das nutzbare Volumen in den Wasserkraftspeichern gross wäre, tritt regional im Sommer nur in sehr extremen Fällen Wasserknappheit auf. Das Potenzial von alpinen Reservoiren zur Verminderung von lokaler Wasserknappheit ist daher vielerorts gering, selbst wenn Wasser verfügbar wäre. Vergrössert man allerdings den Perimeter und betrachtet die gesamte Region, deren Zufluss durch diese Speicherseen beeinflusst wird (siehe Bild 8), dann ist das Potenzial dieser Speicher deutlich grösser. Soll in Zukunft das vorhandene Potenzial von Wasserspeichern – insbesondere der Speicherseen im alpinen Raum – ausgeschöpft werden, wäre der Betrieb als Multifunktionsspeicher für eine Gruppe verschiedener Nutzer eine mögliche Option. Dies könnte aber eine Reduktion der Stromproduktion bedeuten, was allenfalls der Energiestrategie 2050 entgegenlaufen könnte. Solche Nachteile müssten klug verhandelt und finanziell abgegolten werden, was beispielsweise die Entwicklung alternativer Businessmodelle der Kraftwerksbetreiber unterstützen könnte. Mehrzweckspeicher könnten ausserdem die Resilienz einer Region als Ganzes erhöhen (Jossen and Björnsen Gurung, 2018). In der Schweiz liegen im Vergleich mit anderen Gebirgsländern sehr wenige Erfahrungen für eine Entwicklung und Regelung der Mehrzwecknutzung von Speicherseen vor (Björnsen Gurung et al., 2019). Es liegt auf der Hand, dass es für den Betrieb von Mehrzweckspeichern keine universelle Lösung gibt (Branche, 2015) und Kompromisse zwischen verschiedenen Akteuren gefunden werden müssten. In der Schweiz wäre die Berücksichtigung aller Akteure insbesondere wichtig, da aufgrund der Energiestrategie 2050 die Bedeutung von Winterstrom aus Wasserkraft zunimmt und die saisonale Umlagerung von Wasser in den Speicherseen an Bedeutung gewinnt (UVEK, 2014). Während die Energiestra-

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

tegie die Produktion von erneuerbaren Energien priorisiert, legen andere Regelwerke den Fokus auf landwirtschaftliche Nutzungen oder auf den Schutz natürlicher Abflussbedingungen und der Biodiversität (Clarvis et al., 2014). In diesem Spannungsfeld gilt es, Prinzipien für das Management von Mehrzweckspeichern zu entwickeln, welche Bedürfnisse aus verschiedenen Sektoren wie Energie, Tourismus, Wasserversorgung und Ökologie berücksichtigen (Clarvis et al., 2014). Um Wasserknappheit zu vermindern, müsste gleichzeitig bei der Nachfrage angesetzt werden. Eine grosse Nachfrage bedeutet nämlich, dass auch der Handlungsspielraum für Spar- und Effizienzmassnahmen entsprechend gross ist. Auch kann ein allfälliger Spareffekt auf der Nachfrageseite lokal direkt seine Wirkung zeigen. 5. Schlussfolgerungen Bereits heute, aber noch verstärkt gegen Ende des Jahrhunderts, kann in niederschlagsarmen Sommermonaten in grossen Teilen des Mittellandes lokale Wasserknappheit auftreten. In den Alpen und im Tessin dürfte es nur vereinzelt zu Sommerwasserknappheit kommen. Trotz einer Vielzahl natürlicher und künstlicher Speicher muss deren Potenzial zur Minderung zukünftiger Sommerwasserknappheit als eher gering eingestuft werden. Dies ist einerseits dadurch zu erklären, dass die Wasserspeicher zu weit entfernt von den trockenen Regionen mit erhöhtem Wasserbedarf liegen. Andererseits erlauben die aktuell gültigen Wehrreglemente lediglich eine Nutzung von durchschnittlich 3.5% des Seewassers der regulierten natürlichen Seen. Während Speicher lokal oft ein kleines Potenzial aufweisen, da die nutzbare Wasserverfügbarkeit und die Nachfrage örtlich nicht übereinstimmen, ist das Potenzial von Wasserspeichern zur Verminderung von Wasserknappheit sehr viel grös­ser, wenn eine grössere Region betrachtet wird, d.h., wenn Speicherwasser über den Abfluss auch den unterliegenden Gebieten zur Verfügung gestellt werden kann. Nicht nur darum sollte Wassermanagement integral betrieben, die Möglichkeit von Mehrfachnutzungen sorgfältig geprüft und gleichzeitig nach Steuermöglichkeiten auf der Nachfrageseite gesucht werden. Dank Die vorliegenden Ergebnisse sind Teil eines Forschungsprojekts, welches durch das Bundes-

151


amt für Umwelt, BAFU, als Beitrag zum Natio-

Present and future water scarcity in Switzer-

National Centre for Climate Services, 2018.

nal Centre for Climate Services (NCCS) im Rah-

land: Potential for alleviation through reservoirs

CH2018 - Climate Scenarios for Switzerland,

men des Programms Hydro-CH2018 finanziert

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CH2018. Zurich.

wurde (Vertrag: 15.0003.PJ/Q292-5096).

https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.scito-

UVEK, 2014. Prioritäten der Energiestrategie

Wir bedanken uns bei Michaela Erni, Daniel Fa-

tenv.2019.02.169

2050. Bern.

rinotti, Matthias Huss, Massimiliano Zappa und

Camezind-Wildi, R., 2005. Empfehlung Raum-

Viviroli, D., Zappa, M., Gurtz, J., Weingartner,

Harry Zekollari sowie beim NCCS für wichtige

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Berechnungen und Daten.

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Kellner, E., Clivaz, M., Reynard, E., Douarche,

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M., Gökler, G., Schmocker-Fackel, P., 2019. Al-

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2018. Standard normals 1961 to 1990: Precipi-

(Tyrol), pp. 77–78.

tation total, Normal values per measured para-

Anschrift der Verfasser

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Manuela Brunner 1, Astrid Björnsen Gurung 1,

land - an overview. Bern.

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Jürg Speerli 2, Susanne Kytzia 2, Sara Bieler 2,

Branche, E., 2015. Multipurpose water uses of

swissALTI3D. Das hochaufgelöste Terrainmo-

Dominik Schwere 2 und Manfred Stähli 1

hydropower resorviors. Bourget du Lac Cedex.

dell der Schweiz. Bern.

1: Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee

Brunner, M., Björnsen Gurung, A., Speerli, J.,

Fuhrer, J., Calanca, P., 2014. Bewässerungsbe-

und Landschaft, WSL

Kytzia, S., Bieler, S., Schwere, D., Stähli, M.,

darf und Wasserdargebot unter Klimawandel:

2: HSR, Hochschule für Technik Rapperswil

2019a. Hydro-CH2018 Wasserspeicher: Wel-

Eine regionale Defzitanalyse. Agrar. Schweiz 5,

chen Beitrag leisten Mehrzweckspeicher zur

256–263.

Kontakt

Verminderung zukünftiger Wasserknappheit?

Jossen, L., Björnsen Gurung, A., 2018. Mehr-

Manuela Brunner, WSL

Birmensdorf ZH.

zweckspeicher in der Schweiz und ihr Beitrag

manuela.brunner@wsl.ch

Brunner, Manuela I, Björnsen Gurung, A., Zappa,

zur regionalen Resilienz. «Wasser Energie Luft»

M., Zekollari, H., Farinotti, D., Stähli, M., 2019b.

Heft 2, 108–112.

Projektmanagement Inspektionen und Abnahmen Zustandsexpertisen und Optimierungen Qualitätssicherung vor Ort deutsch · französisch · englisch Thomas Blau Maschinentechniker, CAS Hydro PROJEKTPLUS AG Rosenstrasse 2, CH-6010 Kriens 078 638 06 78 www.projekt-plus.ch

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20.08.19 14:16

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Schneedecke als Wasserspeicher Drohnen können helfen, die Abschätzungen der Schneereserven zu verbessern

Christian Noetzli, Yves Bühler, Daniela Lorenzi, Andreas Stoffel, Mario Rohrer

Zusammenfassung Präzise Schneemessungen sind auch im Zeitalter der Satellitentechnik und des Einsatzes von Fernerkundungsmethoden eine grosse Herausforderung. Für die Abschätzung der Schneedeckenverteilung stellen dabei moderne Hilfsmittel, wie beispielsweise der Einsatz von Drohnen, die mit digitalen Kameras bestückt sind, eine wertvolle Hilfe dar. Die photogrammetrisch ermittelten Schneehöhen weisen räumlich eine viel höhere Genauigkeit auf als die Interpolation von manuell erfassten Bodenmessungen. Die Befliegung ganzer Einzugsgebiete ist jedoch aufwendig und kostspielig, sodass ein Einsatz dieser Messtechniken genau geplant werden muss. Für die Abschätzung des Schneewasseräquivalents eines Gebietes benötigt man zudem auch die räumliche Verteilung der Schneedichte, eine Messgrösse, die aus Drohnenmessungen nicht eruiert werden kann. Diesbezüglich sind konventionelle Messmethoden, wie sie seit 1943 im Wägital (SZ) vorgenommen werden, von grossem Wert. Solche kontinuierlich erfassten Messdatenreihen leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des hydrologischen Geschehens in Einzugsgebieten. Mit Hilfe dieser Messreihen, die auch vom Klimabeobachtungssystem GCOS (siehe Kasten) als besonders wertvoll eingestuft wurden, können die Entwicklungen der vergangenen Jahrzehnte nachvollzogen werden. Diese Entwicklungen sind für verschiedenste Bereiche der Wirtschaft von grosser Bedeutung und leisten zudem ihren Beitrag zum besseren Verständnis der aktuellen Debatte im Bereich «Climate Change». 1. Klassische Abschätzung der Schneereserven in einem Einzugsgebiet Um die Schneereserven in einem definierten Einzugsgebiet möglichst genau zu erfassen, werden verschiedene, gemäss GCOS (s. Kasten am Schluss des Beitrags)

als «essenzielle Klimavariablen» definierten Messgrössen erhoben: die Ausdehnung der Schneedecke, die Schneehöhe und der Wasserwert bzw. das Schneewasseräquivalent (SWE). Als besonders aussagekräftig und wichtig für die Bestimmung der in der Schneedecke vorhande-

Bild 1. Start der Messdrohne eBee+ RTK von SenseFly während des Einsatzes im Wägital im April 2019 (Foto E. Hafner, SLF) «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

nen Wassermenge erwiesen sich dabei­ die Schneedichte und das SWE (Rohrer et al., 2013). Das SWE beschreibt dabei die Höhe der Wassersäule in Millimeter, die beim kompletten Schmelzen einer Schneedecke von bekannter Höhe und Dichte entstehen würde. Zur Bestimmung des SWE werden in einem Schneeschacht mittels eines normierten Schneemesszylinders (z. B. ETHSonde) über die gesamte Schachthöhe Schneeproben genommen. Die einzelnen Schneeproben werden mit Hilfe von Federwaagen gewogen, die direkt den Wasserwert (SWE) der Schneeprobe liefern. Aus dem Wasserwert und der Höhe der Schneeproben lassen sich schliesslich die Schneedichten für die verschiedenen Schneeschichten sowie deren Mittelwert über die gesamte Schachthöhe bestimmen (Bild 2). Bei der klassischen Abschätzung der Schneereserven für ein ganzes Einzugsgebiet werden an verschiedenen, für das Einzugsgebiet punkto Höhenlage, Exposition und Bodenbedeckung repräsentativen Messorten Werte für die Schneehöhe und das SWE ermittelt. Mittels verschiedener Analysemethoden werden diese Messwerte auf die verschiedenen Höhenstufen und Expositionen des Einzugsgebiets interpoliert und so wird die gesamten Schneereserven des Einzugsgebietes abgeschätzt. Schwierigkeiten liegen dabei in den kleinräumigen Variationen der Schneedecke, bedingt durch Faktoren wie Windverwehung, Abschattung und die saisonale Entwicklung innerhalb der Schneedecke. 2. Langjährige Schnee messungen im Wägital Im Wägital werden seit nunmehr 75 Jahren Schneemessungen durchgeführt. Das Tal liegt in den nördlichen Voralpen auf Schwyzer Kantonsgebiet, umgeben von Zürich-, Walen-, Klöntaler- und Sihlsee. Zu Beginn der 20er-Jahre des letzten Jahr153


Bild 2, oben. Schneedichtemessung mit der sog. ETH-Sonde. Bild 3, rechts. Einzugsgebiet des Wägitalersees mit dem einge­ tragenen Schneemessnetz. hunderts wurde bei Innerthal, an der natürlichen Verengung zwischen Gross-Aubrig und Gugelberg, eine Staumauer errichtet und der Wägitalersee aufgestaut. Die mittlere Höhe seines Einzugsgebiets beträgt 1360 m ü. M. Dadurch bildet der Schneedeckenspeicher eine wichtige Komponente des hydrologischen Kreislaufs in diesem Gebiet und hat einen wesentlichen Einfluss auf das Abflussregime. Das Gebiet ist somit den «pluvio-nivalen Grundwasserregimes» zuzuordnen, zu denen in der Schweiz über zwei Drittel der Regimes zu zählen sind (BAFU, 2010). Im Wägital wurde im Jahr 1943 mit den Schneemessungen begonnen. Sie dienten ursprünglich der Erstellung von Zuflussprognosen zum Pumpspeicherwerk des Wägitalersees, das in seinen ersten Betriebsjahren eines der grössten der Welt war. Die Schneedaten wurden insbesondere für die Abschätzung des hydroelektrischen Potenzials dieses Einzugsgebiets verwendet. Heutzutage erfolgt die Datenerhebung aus wissenschaftlichem Interesse. Mit Hilfe dieser Messreihen, die auch vom Klimabeobachtungssystem GCOS (s. Kasten am Schluss des Beitrags) als besonders wertvoll eingestuft wurden, können die Entwicklungen in den vergangenen Jahrzehnten nachvollzogen werden. Sie dienen aber auch zusätzlich als Messpunkt im schweizweiten Beobachtungsnetz für Schneewasseräquivalent. Eine Übersicht über die Messstellen des Wägitaler Schneemessnetzes zeigt Bild 3. Die Wasseräquivalents-Messreihe des Wägitals zählt mit ihren über 70 Jahren 154

zu den längsten der Welt. Um den Fortbestand der Messreihe zu sichern, wurde sie vor einigen Jahren in das Global-ClimateObserving-System (GCOS) aufgenommen (s. Kasten am Schluss des Beitrags). Die Erhebung der Schneemesswerte erfolgt jährlich um den 1. April. Das Einzugsgebiet wurde dabei bereits seit 1943 in zwei Höhenstufen von 900– 1500 m ü. M. respektive 1500–2300 m ü. M. eingeteilt. Verschiedene statistische Auswertungen ergaben bloss einen sehr schwachen Negativtrend des Wasserwerts für die tiefer liegende Höhenstufe. Bei der höheren ist kein Trend auszumachen (vergl. Noetzli und Rohrer, 2014). Einen Eindruck von den jährlichen Variationen gibt Bild 5. Am Stichtag 1. April zeigt sich in den Jahren 2006 und 2017 eine komplett veränderte Situation für die Messstellen im Bereich des südlichen

See-Endes. Von diesen Bildern nun auf eine langjährige drastische Abnahme der Schneedecken-Wasserwerte im Wägital zu schliessen, greift jedoch zu kurz. Kurzfristige Schneefälle und Ausaperungsprozesse sind in dieser Jahreszeit eher die Regel als die Ausnahme im Messgebiet. 3. Drohnengestützte hoch auf gelöste Schneehöhenmes sungen im Teilgebiet Rederten Im Gebirge können die Schneehöhen bereits innerhalb von kurzen Distanzen sehr stark variieren. Deshalb ist die Extrapolation von einzelnen Schneehöhenmessungen auf grössere und komplex strukturierte Flächen schwierig. Im Jahr 2017 wurde vom WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) und der Meteodat GmbH ein GCOS-Projekt lanciert, das

Bild 4. Wasserwerte der Schneedecke im Wägital am 1. April, aufgeteilt in zwei Höhen­ stufen (900–1500 m ü. M. und 1500–2300 m ü. M.). Rot gestrichelt ist das langjährige Mittel des Wasserwerts von beiden Höhenstufen zusammen dargestellt. «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Bild 5. Schnee- und Witterungssituation am jährlichen Messtag (1. April) der Jahre 2006 (links) sowie 2017 (rechts). untersucht, ob Drohnenmessungen für die Ergänzung von Handmessungen sinnvoll sind oder diese gar in Zukunft ersetzen können. Bei den drohnengestützten Schneehöhenmessungen kommen mit Digitalkameras bestückte Drohnen zum Einsatz. Anhand von Aufnahmen des gleichen Gebiets im Sommer und im Winter lassen sich Oberflächenmodelle ohne Schnee (Referenz) und mit Schnee erstellen. Die drohnenbasierten Schneehöhen werden dann als Differenz der Sommer- und Winter-Oberflächenmodelle berechnet. Erste wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass dezimetergenaue Schneehöhenmessungen mit Drohnen möglich sind (Bühler et al., 2016, 2017, 2018) Da es aus rechtlichen und finanziellen Gründen nicht möglich war, für dieses Projekt das gesamte Einzugsgebiet Wä-

gital zu befliegen, wurde das Teilgebiet Rederten (Bild 6) ausgesucht, das auch gut mit konventionellen Messungen abgedeckt ist. Am 5.10.2017 wurde die Sommerbefliegung mit der senseFly-eBee+Drohne durchgeführt. Diese Drohne verfügt über ein präzises Global Navigation Satellite System (GNSS), ein Positionierungssystem mit Echtzeitkorrektur (RTK). Der beflogene Perimeter wird begrenzt durch die Rinderweid im Südwesten, die Farenegg im Norden und das Gebiet Charen im Osten (Bild 6). Die Höhenlage erstreckt sich von 1300 m ü. M. bis 1900 m ü. M. Die WinterMesskampagnen fanden am 6.4.2018 respektive am 2.4.2019 statt. Dabei wurde derselbe Perimeter nochmals beflogen. Es wurden 5 bis 10 Passpunkte ausgelegt und mit einem Trimble-GeoXH mit Echtzeit-swi-

pos-Korrektur mit einer Genauigkeit besser als 10 cm eingemessen. Diese Pass­punkte wurden zur Überprüfung der Genauigkeit des Drohnen-GNSS verwendet. Es hat sich gezeigt, dass die Positionierungsgenauigkeit in x, y und z im Bereich von 5 bis 10 cm war. Zusätzlich wurden durch das SLF an 10 Standorten je 5 manuelle Schneehöhenmessungen als zusätzliche Referenzmessungen durchgeführt und mit GNSS vermessen. Diese Schneehöhenmessungen ergänzen die traditionellen MeteodatSchneemessungen. In jeder Flugkampagne wurden 1150 Fotos in einer durchschnittlichen Flughöhe von 150 m aufgenommen; damit wird ein Gebiet von 2.5 km2 abgedeckt. Aus diesen Fotos wurden mit der Software Agisoft-Metashape-Professional Orthofotos mit 4 cm räumlicher Auflösung (Bild 7) und Oberflächenmodelle mit 10 cm räumlicher Auflösung erstellt. Als Differenz der Oberflächenmodelle vom Sommer und vom Winter wurden schliesslich die Schneehöhen berechnet (Bild 8). Die drohnenbasierten Schneehöhenkarten zeigen die kleinräumig grossen Schneehöhenunterschiede im Gebiet Charen und die relativ homogene Schneehöhenverteilung im Gebiet der Alpweiden. Anfang April 2018 lag im Durchschnitt über das ganze Gebiet 2.1 m Schnee. Anfang April 2019 dagegen lag im selben Gebiet im Durchschnitt nur 1.3 m Schnee. Die Schneehöhen der manuellen Messungen wurden mit den drohnenbasierten Schneehöhen verglichen. Die Abweichungen zwischen den manuell und den mit der Drohne gemessenen Schneehöhen liegen bei 10–20 cm. Dies stimmt mit den Resultaten von Bühler et al. (2016) überein. Die grössten Fehlerquellen sind die Vegetation, z. B. Sträucher (Heidelbeer-, Alpenrosen, usw.) und Erlen. Diese wer-

Bild 6. Untersuchungsgebiet Rederten, welches von der Drohne erfasst wurde (rotes Polygon). Hintergrundkarte pixmaps©2019 swisstopo (5704 000 000). Reproduziert mit der Bewilligung von swisstopo (JA100118). «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

155


Bild 7. Drohnen-Orthofotos vom Sommer (oben) und Winter (unten) mit den Positionen der manuellen Schneehöhenmes­ sungen. Hintergrundkarte pixmaps©2019 swisstopo (5704 000 000). Reproduziert mit der Bewilligung von swisstopo (JA100118).

Bild 8. Drohnen-Schneehöhen Anfang April 2018 und 2019. Hintergrundkarte pixmaps©2019 swisstopo (5704 000 000). Reproduziert mit der Bewilligung von swisstopo (JA100118).

den durch den Schneedruck abgelegt und richten sich in der schneefreien Jahreszeit stark auf. Daher werden die Schneehöhen an diesen Standorten durch die drohnenbasierte Schneehöhenkartierung unterschätzt. Weitere Fehlerquellen sind durch den Wald und durch Gebäude verursachte Schatten, welche auch zu einer Unterschätzung der Schneehöhen führen können. 4. Diskussion und Schluss folgerungen Die Resultate des Pilotprojekts aus der Messkampagne 2017–2019 im Wägital zeigen, dass drohnengestützte Abschätzungen der Schneehöhen ein grosses Potenzial aufweisen, zukünftig manuel­le Schneehöhenmessungen abzulösen oder mindestens zu ergänzen. Dies deshalb, weil diese Methode die hochvariable Schneehöhenverteilung in extrem hoher räumlicher Auflösung erfassen kann, was manuell unmöglich ist. Allerdings ist es im Moment noch nicht möglich, ein ganzes Tal wie beispielsweise das Wägital, mit einer 156

Bild 9. Box-Plot-Darstellung der ermittelten Schneedichten für die Messorte Rinder­ weid und Lauibüel über die Messreihe 1943–2018 (jeweils am 1. April). Drohne des verwendeten Typs zu vermessen, da die Drohne immer «line of sight» geflogen werden muss und somit zu viele verschiedene Startpunkte nötig wären und die Akkuleistung noch ungenügend

ist. Fehlerquellen bei der Schneehöhenmessung mit Drohnen in Messgebieten wie dem Wägital sind Vegetationsbedeckung, Schattenwurf und stark variierender Untergrund, wie er zum Beispiel für

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


die oberen Bereiche des Einzugsgebiets typisch ist. Der höhere Teil des Inneren Wägitals, v. a. das Gebiet des Schibergs sowie des Lachen- und Redertenstocks, ist von einer typischen Kalk- und Karstlandschaft geprägt, in der sich riesige Karrenfelder neben bis zu 50 m tiefen Dolinen finden (s. Lepori, 1993). Mit der heutigen Drohnentechnologie sind eine genaue Bestimmung der Schneedichte sowie die Abschätzung des Wasseräquivalentes der gesamten Schneeauflage in Einzugsgebieten wie dem Wägital jedoch nicht möglich. Entscheidende Faktoren sind dabei auch topografische und geologische Eigenschaften des Gebiets. So wäre es in Gebieten mit gewissen kristallinen Gesteinen im Untergrund (z. B. Granit) unter Ausnutzung der von ihnen emittierten radioaktiven Strahlung möglich, mittels geeigneter Messtechnik Schneedichten zu bestimmen (s. Dewalle und Rango, 2008). Im Kalkgebiet des Wägitals ist dies jedoch so nicht umsetzbar. Bild 9 zeigt die Auswertung der langjährigen Schneedichten für die (manuellen) Messorte Rinderweid und Lauibüel im Wägital in Form einer «Box-Plot»-Darstellung. Es wird deutlich, dass die mittleren Schneedichten (50 % der Werte) sich bei beiden Messstellen in einem ähnlichen Rahmen bewegen, zwischen ca. 350 kg m3 und 420 kg/m3. Die Variabilität über die gesamte Messreihe von 1943 bis 2018 ist jedoch durchaus ansehnlich, wurden doch Werte von ca. 250 kg/m3 bis zu 500 kg/m3 eruiert. Zur Bestimmung der gesamten Wasservorräte der Schneedecke im Wägital sind aber neben den möglichst genauen Schneehöhen insbesondere auch möglichst gute Werte für die Schneedichten notwendig. Manuelle

Messungen an verschiedenen Messorten (s. Bild 3) scheinen diesbezüglich aus heutiger Sicht unabdingbar. Mittels verschiedener Analysemethoden können aus diesen Messdaten sowohl die Höhenabhängigkeit als auch die variierenden Werte je nach Exposition bestimmt werden (vergl. Noetzli und Rohrer, 2014). Die innovativen und vielversprechenden Messmethoden aus der Luft können diese Schneedichten-Werte mit präzisen Schneehöhenberechnungen ergänzen, um so noch besser auf die Wasservorräte schliessen zu können.

Himalayas, Science of the Total Environment, vol. 468–469, pp. S. 60–70, 2013. C. Noetzli, M. Rohrer. Schneemessungen in alpinen Einzugsgebieten im Zeichen des Klimawandels, «Wasser Energie Luft» – 106. Jahrgang, Heft 4, S. 283–287, 2014. M. Lepori. Langjährige Halbjahres-Wasserbilanzen im Einzugsgebiet des Wägitals, «Berichte und Skripten», Geographisches Institut der ETH Zürich, 1993. BAFU, 2010. Grundwasser-Quantität: Grundwasserbulletin. www.umwelt-schweiz.ch Grundwasser-Quantität. Bundesamt für Umwelt, 2010. D.R. DeWalle , A. Rango. Principles of snow hydrology, Cambridge, Cambridge University

Stichwort «GCOS»: Global Climate Observing System

Als Resultat der 2. Weltklimakonferenz 1990 in Genf etablierten die World Meteorological Organisation (WMO) und andere das Global Climate Observing System (GCOS). Ziel dieses internatio­ nalen Programms ist die Sicherung und die Koordination langjähriger Mess­ reihen sowie die Ermöglichung des Zugangs zu den Messdaten für alle Interessenten. Das Klimabeobachtungssystem bezieht sich auf das gesamte Klimasystem und umfasst Daten zur Atmosphäre, den Ozeanen und zur ­ Landoberfläche welche fundierte Aussagen über das Klima ermöglichen. Die Messdaten leisten so auch einen wertvollen Beitrag zum Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Für die Koordination der Klimabeobachtungen in der Schweiz ist das Swiss GCOS Office der MeteoSchweiz zuständig. Infos unter www.gcos.ch und www.meteodat.ch/gcos.

Press. S. 118–145, 2008. Y. Bühler, A. Stoffel, L. Eberhard, G. C. Feuerstein, D. Lurati, A. Guler. Drohneneinsatz für die Kartierung der Schneehöhenverteilung, Bündner Wald, 71, 2018. Y. Bühler, M. S. Adams, A. Stoffel, R. Boesch. Photogrammetric reconstruction of homogenous snow surfaces in alpine terrain applying near-infrared UAS imagery, International Journal of Remote Sensing, 8–10, 3135–3158, 10.1080/01431161.2016.1275060, 2017. Y. Bühler, M. S. Adams, R. Bösch A. Stoffel. Mapping snow depth in alpine terrain with unmanned aerial systems (UASs): potential and limitations, The Cryosphere, 10, 1075–1088, 10.5194/tc-10-1075-2016, 2016. Anschrift der Verfasser: Christian Noetzli, noetzli@meteodat.ch Daniela Lorenzi, lorenzi@meteodat.ch Dr. Mario Rohrer, rohrer@meteodat.ch Meteodat GmbH, Technoparkstr. 1 CH-8005 Zürich Dr. Yves Bühler, buehler@slf.ch Andreas Stoffel, stoffel@slf.ch WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung,

Literatur

SLF, Flüelastrasse 11, CH-7260 Davos Dorf

M. Rohrer, N. Salzmann, M. Stoffel, A. V. Kulkarni. Missing (in-situ) snow cover data hampers climate change and runoff studies in the Greater

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

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Mess- und Leittechnik für die Wasser- und Energiewirtschaft «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden 158


Hydronumerische 1-D- und 2-D-Modelle Eignung zur Beurteilung der Auswirkungen von Schwall und Sunk

Matthias Bürgler, Timo Wicki, Davide Vanzo, Robert Boes, David Vetsch

Zusammenfassung Das revidierte Gewässerschutzgesetz verpflichtet die Inhaber von Wasserkraftwerken unter anderem, wesentliche Beeinträchtigungen auf die einheimischen Tiere und Pflanzen sowie deren Lebensräume durch Schwall- und Sunkbetrieb zu verhindern oder zu beseitigen. Für die Erhebung des aktuellen Zustands und die Beurteilung der Wirksamkeit möglicher Massnahmen werden Indikatoren verwendet, welche anhand von Feld- oder Modellversuchen zu ermitteln sind. Aufgrund der grossen räumlichen Ausdehnung der zu untersuchenden Flussabschnitte werden vorzugsweise numerische Modelle zur Simulation der Fliessgrössen im Gewässer eingesetzt. In diesem Beitrag wird die Eignung von ein-(1-D-) und zweidimensionalen (2-D-) hydrodynamischen Modellen zur Berechnung der biotischen Kernindikatoren aus dem Modul «Schwall-Sunk-Massnahmen» der Vollzugshilfe «Renaturierung der Gewässer» (Tonolla et al., 2017) für unterschiedliche Flussmorphologien diskutiert. Die Resultate zeigen, dass für die Berechnung der gewählten Indikatoren ein 2-D-Modell am geeignetsten ist und ein 1-D-Modell bei Flussabschnitten mit nicht nahezu ebener Sohle an seine Grenzen stösst. Zudem kann gezeigt werden, dass sich der Informationsgehalt bezüglich der Kernindikatoren bei 2-D-Modellen mit zunehmender Auflösung nicht zwingend erhöht und bereits mit einem relativ grob aufgelösten Berechnungsgitter eine belastbare Beurteilung möglich ist. 1. Einleitung In der Schweiz decken Wasserkraftwerke bis zu 60 % der Stromerzeugung ab und haben somit einen hohen Stellenwert in der Stromversorgung. Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke können bedarfsgerecht betrieben werden. Damit können Verbrauchsspitzen abgedeckt und kann die Stabilität des Elektrizitätsnetzes garantiert werden. Die damit verbundenen abrupten Änderungen der turbinierten Wassermenge führen im Gewässer unterhalb eines Kraftwerks zu unnatürlichen Abflussschwankungen und dadurch zu einer Veränderung des ökohydraulischen Regimes. Dies kann schwerwiegende Auswirkungen auf die Zusammensetzung der lokalen Flora und Fauna und deren Lebensräume haben (Bruder et al., 2012). Aufgrund der Bestimmungen des am 1. Januar 2011 in Kraft getretenen revidierten Gewässerschutzgesetzes sind Inhaber von Wasserkraftwerken verpflichtet, die wesentlichen Beeinträchtigungen durch Schwall und Sunk bis Ende 2030 zu vermindern. In einer ersten Phase von 2011 bis 2014 waren die Kantone verpflichtet, Gewässerabschnitte mit wesentlichen Beeinträchtigungen und

Kraftwerke mit Sanierungspflicht zu bestimmen (Baumann et al., 2012). In einer zweiten Phase sind Kraftwerksinhaber verpflichtet, Sanierungsmassnahmen zu planen, umzusetzen und eine Erfolgskont­ rolle bis Ende 2030 durchzuführen. Dabei ist es sinnvoll, den aktuellen Zustand zu erheben (Defizitanalyse) und eine Prognose des Gewässers im sanierten Zustand zu erstellen, um die Wirksamkeit der geplanten Massnahmen zu überprüfen (Tonolla et al., 2017). Für die Prognostizierung eignen sich Schwallexperimente im Gewässer, Laborexperimente und numerische Simulationen (Bruder et al., 2012). Im Modul «Sanierung Schwall/Sunk – Strategische Planung» (Baumann et al., 2012) der Vollzugshilfe «Renaturierung der Gewässer» werden verschiedene Indikatoren vorgeschlagen, um die negativen Einflüsse von Schwall und Sunk auf die lokale Flora und Fauna eines Gewässers zu quantifizieren. Im Modul «Schwall-Sunk-Massnahmen» von Tonolla et al. (2017) wurde das Indikatorenset angepasst und erweitert. Insbesondere die sechs Kernindikatoren «Hydrologische Kenngrössen» (A2), «Stranden von Fischen» (F2), «Laichareale der Fi-

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

sche» (F3), »Habitateignung Fische» (F6), «Habitateignung Makrozoobenthos» (B5) und «Wassertemperatur» (Q1) sind sensitiv bezüglich Schwall/Sunk und eigenen sich für Prognosen. Mittels numerischen hydrodynamischen Modellen in Kombination mit den genannten Indikatoren lassen sich die ökohydraulischen Verhältnisse für verschiedene Sanierungsvarianten simulieren und lässt sich die Wirksamkeit der Sanierungsmassnahmen überprüfen. Zwar gibt es einige Empfehlungen zur notwendigen Komplexität des hydrodynamischen Modells (Tonolla et al., 2017), jedoch wurden bisher keine systematischen Untersuchungen durchgeführt. Oft wird davon ausgegangen, dass 2-D-Modelle, basierend auf hochaufgelösten topografischen Daten, notwendig sind. Aus diesem Grund waren die Ziele der durchgeführten Studie (Bürgler und Wicki, 2017): (i) Aufzeigen der Anwendungsgrenzen eines 1-D-Modells für die Schwall-Sunk-Analyse unter Berücksichtigung dreier verschiedener Flussmorphologien durch den Vergleich mit einem hochaufgelösten 2-D-Model und (ii) Evaluation des Einflusses der räumlichen Auflösung von 1-D- und 2-D-Modellen auf die Aussagekraft biotischer Kernindikatoren. Die drei Flussmorphologien (Bild 1), ein Gerinne mit alternierenden Bänken (M1), eine Übergangsform (M2), bezeichnet als «wandering rivers» (Fuller et al., 2003), und ein verzweigtes Gerinne (M3), wurden im Rahmen von Laborexperimenten von Garcia Lugo et al. (2015) erzeugt. Ähnliche Morphologien sind z. B. am Alpenrhein zu finden. Die Auswahl der Indikatoren beschränkt sich auf die biotischen Kernindikatoren F2, F3, F6 und B5. Der Indikator A2 ist hinfällig, da für die vorliegende Untersuchung eine künstliche Abflussganglinie vorgegeben wurde, welche mit den Abflussverhältnissen am Alpenrhein vergleichbar ist. Der Indikator Q1 wurde nicht berücksichtig, weil dazu eine dynamische Berechnung der Wassertemperatur notwendig wäre, was mit 159


Morphologie 1 (M1) - Alternierende Bänke

Sohlenhöhe [m]

-6.00 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00

Morphologie 2 (M2) – Übergangsform (wandering rivers)

Morphologie 3 (M3) – Verzweigt

0

100 200 300 400 500 m

Bild 1. Verwendete Flussmorphologien, basierend auf Laborexperimenten.

Hydrologie Charakteristische Abflussganglinie: Basisabfluss, Schwallabfluss, Pegelrückgang, Basisabfluss

x Morphologie

M1: Alternierende Bänke, 30 m breit M2: Übergangsform, x 80 m breit M3: Verzweigt, 150 m breit

1D Modell 4 räumliche Auflösungen: dx = 1 m, 5 m, 20 m, 100m

2D Modell 3 räumliche Auflösungen: Amax = 1 m2, 10 m2, 20 m2

Schwall-Sunk Auswirkungen F2: Stranden von Fischen F3: Laichareale der Fische F6: Habitateignung Fische B5: Habitateignung Makrozoobenthos

Bild 2. Arbeitsablauf für die Beurteilung der Auswirkungen. den verwendeten Modellen nicht möglich war. Für die fischbezogenen Indikatoren F3 und F6 wurden Präferenzkurven der Fischart Bachforelle für Laichareale sowie für juvenile und adulte Altersstadien und für den Indikator B5 eine Präferenzkurve der Köcherfliegenart Allogamus Auricolis verwendet. Für die numerische Simulation der Szenarien mit verschieden räumlich aufgelösten 1-D- und 2-D-Modellen wurde die Software BASEMENT Version 2.7 (Vetsch et al., 2017) verwendet. Diese Software löst die Saint-Venant-Gleichungen (1D) resp. die Flachwassergleichungen (2D) für transiente Strömungen in Gerinnen mit komplexer Topografie und ist daher gut geeignet, um stark instationäre Abflussverhältnisse, wie sie bei Schwall/Sunk auftreten, zu simulieren. Die aus den Simulationen resultierenden Indikatorenwerte wurden mit dem höchstaufgelösten 2-D160

Modell (Referenzszenario) verglichen und Abweichungen wurden quantifiziert. Aus dem Vergleich der verschiedenen Szenarien wurde die Aussagekraft der verschiedenen Modelle bezüglich der gewählten Indikatoren bewertet und Empfehlungen für die Verwendung von 1-D- oder 2-DModellen ausgearbeitet. 2. Methodik Der Arbeitsablauf für die Beurteilung der Auswirkungen kann in vier Hauptteile gegliedert werden, wie in Bild 2 illustriert. Eine ähnliche Vorgehensweise wurde in einer Studie von Vanzo et al. (2015) gewählt. 2.1 Charakteristische Abfluss ganglinie Die definierte Abflussganglinie gilt für ein alpines, durch Schwall/Sunk beeinflusstes Fliessgewässer mit einem SchwallSunk-Verhältnis von 5 und einer Abfluss-

rückgangsrate von 0.75 m3s-1min-1 (vgl. Bild 3). Abflussverhältnisse mit ähnlichen Eigenschaften sind am Alpenrhein vorzufinden. Für alle Simulationen und somit alle drei Flussmorphologien wurde die gleiche Abflussganglinie verwendet, um einen objektiven Vergleich zwischen den Morphologien zu ermöglichen. Zudem ist es möglich, dass alle drei Morphologien im selben Fliessgewässer nahe beieinanderliegen und somit ähnlichen Abflussverhältnissen ausgesetzt sind. Die Magnituden der Abflüsse wurden so gewählt, dass die Abflussbedingungen ähnlich sind wie in realen Gewässern bei entsprechenden charakteristischen Abflüssen. Für den festgelegten Basisabfluss von 15 m3/s (Abschnitte a und d in Bild 3) bleibt bei allen Gerinneformen ein bedeutender Teil der Gerinnesohle trocken, wie es bei Restwasserverhältnissen in alpinen Fliessgewässern oft der Fall ist. Bei einem Schwallabfluss von 75 m3/s (Abschnitt b) werden bei allen Gerinnen alle oder beinahe alle Flächen benetzt. Auf den Schwallabfluss folgt der Abflussrückgang (Abschnitt c) und darauf der Sunkabfluss (Abschnitt d), welcher wieder gleich dem Basisabfluss ist. Die stationären Abflussverhältnisse in den Abschnitten a und d sind nicht exakt gleich, da in Abschnitt d zusätzlich Überschwemmungsflächen vorhanden sind, welche aus dem vorangehenden Schwallabfluss hervorgehen. Um zu verhindern, dass diese als Habitat ungeeigneten Flächen mitberücksichtigt werden, ist Abschnitt a für die Evaluation der Indikatoren bei Sunkabfluss massgebend. Abschnitt d dient nur dazu, um nach dem Abflussrückgang wieder stationäre Verhältnisse zu erreichen. Die Abflussanstiegsrate ist für die hier analysierten biotischen Indikatoren nicht relevant. Die Dauer der charakteristischen Abflüsse wurde so gewählt, dass bei den hydrodynamischen Simulationen jeweils ein stationärer Zustand während der Periode mit konstantem Abfluss erreicht wird. 2.2 1-D- und 2-D-Berechnungs- gitter Die Berechnungsgitter für die numerischen 2-D-Modelle wurden anhand der digitalen Höhenmodelle der drei Morphologien erstellt. Dazu wurden die Labordaten mit einer Auflösung von 50 und 5 mm in transversaler und lateraler Richtung auf Naturmassstab vergrössert (Faktor 100). Die resultierenden Abmessungen betragen 1595 × 30 m (M1), 1595 × 80 m (M2) und 1595 × 150 m (M3). Die 2-D-Berechnungsgitter wurden mithilfe der Software BASE-

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


ϴϬ

ď

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3Ɛ 1΁

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ďĨůƵƐƐ΀ŵ

mesh mit maximalen Elementgrös­sen von 1 m2, 10 m2 und 20 m2 erstellt. Aus den 2-D-Geometrien mit höchster Auflösung wurden Querprofile extrahiert, welche die Grundlage für die 1-D-Berechnungsgitter bilden. Die räumlichen Auflösungen der 1-D-Berechnungsgitter betragen in Längsrichtung 1 m, 5 m, 20 m und 100 m. Für die Untersuchung wurden somit total 21 Berechnungsgitter verwendet. Die detaillierten Angaben zu den Berechnungsgittern sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

ϱϬ Đ ϰϬ

ϯϬ

ϮϬ

Ă

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Ϭ Ϭ

ϭ

Ϯ

ϯ

ϰ

ϱ

ϲ

ϳ

ϴ

Ğŝƚ΀Ś΁

Morphologie 1 (M1)

Bild 3. Charakteristische Schwall-Sunk-Abflussganglinie mit (a) Basisabfluss, (b) Schwallabfluss, (c) Abflussrückgang und (d) Sunkabfluss = Basisabfluss. Bezeichnung

Typ

max. Elementgrösse/ Querprofilabstand

durchschn. Elementgrösse/ Querprofilabstand

Anz. Elemente/ Querprofile

2D, 1 m2

2D

1 m2

0.6 m2

69‘888

10 m2

2D

10 m2

5.8 m2

7‘478

2D, 20 m2

2D

20 m2

12.5 m2

3‘500

2D,

1D, 1 m

1D

1m

1m

1595

1D, 5 m

1D

5 m

5 m

320

1D, 10 m

1D

10 m

10 m

80

1D, 100 m

1D

100 m

100 m

16

0.6 m2

197‘923

Morphologie 2 (M2)

2D,

2D

1 m2

2D, 10 m2

2D

10 m2

6.1 m2

20‘239

2D, 20 m2

2D

20 m2

12.4

9‘947

1 m2

1D, 1 m

1D

1m

1m

1595

1D, 5 m

1D

5 m

5 m

320

1D, 10 m

1D

10 m

10 m

80

1D, 100 m

1D

100 m

100 m

16

2D

1 m2

0.6 m2

379‘686

2D

10 m2

6.2 m2

38‘388

12.4 m2

19‘110

1m

1595

2D, Morphologie 3 (M3)

2.3 Simulation der Szenarien Für die hydrodynamischen Simulationen wurden je Morphologie die Rauigkeitsbeiwerte der Modelle so abgestimmt, dass die Wasserspiegellage des am höchsten aufgelösten 1-D-Modells möglichst genau mit derjenigen des am höchsten aufgelösten 2-D-Modells übereinstimmt. Die Simulation der Szenarien umfasste 21 Berechnungsläufe, d. h. für die drei Flussmorphologien je drei 2-D- und vier 1-D-Simulationen. Anhand der berechneten Fliessgeschwindigkeiten und Fliesstiefen wurden folglich die biotischen Indikatoren gemäss Tonolla et al. (2017) ausgewertet. Um den Indikator F2 (Stranden von Fischen) zu bestimmen, wurden die Pegelrückgangsrate und der Anteil der trockenfallenden Fläche an der gesamten benetzten Fläche berechnet. Die Pegelrückgangsrate wurde in Intervallen von fünf Minuten berechnet. Bei den 1-D-Simulationen wurde die Rate für jedes Querprofil berechnet. Bei den 2-D-Simulationen wurde die Gewässerstrecke in Fliessrichtung in 1 m breite Streifen unterteilt, für welche die Pegelrückgangsraten bestimmt wurden. Die maximale Pegelrückgangsrate nach Beginn des Abflussrückgangs bis zum Ende der Simulation wurde als signifikant erachtet. Die benetze Fläche entspricht bei den 2-D-Simulationen der Summe aller benetzten Zellflächen mit einer minimalen Wassertiefe von 0.01 m und bei den 1-DSimulationen der Summe von benetztem Umfang, multipliziert mit der räumlichen Auflösung über alle Querprofile. Die Indikatoren F3 (Laichareale der Fische) und F6 (Habitateignung Fische) wurden unter Verwendung univariater Präferenzkurven für Laichareale, juvenile und adulte Altersstadien der Fischart Bachforelle in Abhängigkeit der Fliessgeschwindigkeit und der Abflusstiefe bestimmt (Person, 2013; Hauer et al., 2014). Univariate Präferenzkurven beschreiben die Habitateignung in Abhängigkeit von nur einer Variablen, d. h. in diesem Fall in Abhängigkeit der Fliesstiefe beziehungsweise der Fliessgeschwindig-

1 m2

2D, 10 m2

2D

20 m2

1D, 1 m

1D

1m

1D, 5 m

1D

5 m

5 m

320

1D, 10 m

1D

10 m

10 m

80

1D, 100 m

1D

100 m

100 m

16

2D,

20 m2

Tabelle 1. Eigenschaften der verwendeten Berechnungsgitter. keit. Bei den 2-D-Simulationen wurden die Präferenzkurven an jeder Zelle ausgewertet. Bei den 1-D-Simulationen wurden die Präferenzkurven für jedes Querprofil angewendet. Ähnlich wurde der Indikator B5 (Habitateignung Makrozoobenthos) mit einer Präferenzkurve in Abhängigkeit der FST-Zahl ermittelt (Schmedtje, 1995). Die FST-Zahl steht stellvertretend für die Sohlenschubspannung und wurde nach der Methode von Kopecki (2008) bestimmt. Für die Indikatoren F3, F6 und B5 wird gemäss Tonolla et al. (2017) jeweils der durch Schwall und Sunk verursachte Verlust an

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

geeigneter Laich- und Habitatfläche im Vergleich zu einem natürlichen Referenzabfluss (Q182 der natürlichen Dauerkurve) bestimmt. Für den Vergleich der verschiedenen Szenarien zur höchstaufgelösten 2-D-Simulation wurde jedoch auf die Bestimmung des Flächenverlusts gegenüber einem natürlichen Referenzabfluss verzichtet und die geeigneten Laich- und Habitatflächen direkt bei Schwall- bzw. Sunkabfluss verglichen.

161


3. Resultate 3.1 Stranden von Fischen (F2) In Bild 4 ist die Auswertung aller 21 Szenarien bezüglich des Indikators F2 (Stranden von Fischen) dargestellt. Der Indikator Stranden von Fischen besteht aus zwei Kriterien, der Pegelrückgangsrate und dem Anteil der bei Sunk trockenfallenden Fläche an der gesamten benetzten Fläche bei Schwallabfluss. Die Szenarien unterscheiden sich einerseits hinsichtlich der Flussmorphologie, was durch verschiedene Grautöne dargestellt ist. Andererseits unterscheiden sie sich bezüglich des numerischen Modells und der räumlichen Auflösung, was durch die verschiedenen Symbole indiziert ist. Die Resultate zeigen, dass die Pegelrückgangsrate bei allen Szenarien sehr ähnlich ist. Dies deutet darauf hin, dass die Pegelrückgangsrate sowohl mit 2-D- als auch mit 1-D-Modellen relativ zuverlässig abgeschätzt werden kann. Ausserdem scheint die räumliche Auflösung des Modells für die Abschätzung der Pegelrückgangsrate keinen wesentlichen Einfluss zu haben. Beim Anteil der trockenfallenden Fläche gibt es jedoch signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Szenarien. Ein Vergleich der 1-D- mit den 2-DResultaten der jeweils gleichen Morphologie zeigt, dass bei den 1-D-Simulationen der Anteil an trockenfallender Fläche tendenziell überschätzt wird. Hingegen unterscheiden sich die Resultate der 2-D-Simulationen mit verschiedenen Auflösungen je Morphologie kaum. Der Anteil der trockenfallenden Fläche ist somit für die untersuchten Szenarien auch mit einem relativ grob aufgelösten 2-D-Modell relativ genau

zu quantifizieren. Das bedeutet konkret, dass für eine zuverlässige Berechnung des Indikators «Stranden von Fischen» (F2) zwar ein 2-D-Modell notwendig ist, aber bereits eine relativ grobe räumliche Auflösung mit mittlerer Zellengrösse von 12.5 m2 hinreichend genaue Resultate (Abweichung < 5 %) liefert. Eine Übersicht der Resultate ist in Tabelle 2 dargestellt. 3.2 Habitateignung Fische (F6) und Laichareale der Fische (F3) Die Habitateignungskarten für adulte Bachforellen für die jeweils höchstaufgelöste 2-D- und 1-D-Simulation mit der verzweigten Morphologie (M3) sind in Bild 5 dargestellt. Der Vergleich der benetzten Fläche zeigt, dass das 1-D-Modell die Fliesswege und somit die benetzte Fläche nur teilweise korrekt wiedergeben kann. Dies hängt mit der vereinfachten Betrachtung bei 1-D-Modellen zusammen, wobei die Wasserspiegellage über das Querprofil konstant ist. Insbesondere in komplexeren Morphologien mit gegliederten Querprofilen können dadurch je nach Wasserspiegellage Bereiche des Gerinnes mit Wasser gefüllt werden, die nicht am kontinuierlichen Fliessweg angeschlossen sind. Ein Vergleich der resultierenden Fliesstiefen und Fliessgeschwindigkeiten der am höchsten aufgelösten 1-D- und 2-D-Modelle zeigt, dass das 1-D-Modell die Fliesstiefen relativ gut wiedergeben kann. Eine klare Limitation des 1-D-Modells zeigt sich jedoch beim Vergleich der Fliessgeschwindigkeiten. Speziell die kleineren Fliessgeschwindigkeiten in Ufernähe werden durch das 1-D-Modell nicht angemessen abgebildet. Der Grund dafür liegt darin, dass beim 1-D-Modell nur eine, über das Querprofil gemittelte, Fliessge-

DŽƌƉŚŽůŽŐŝĞDϭ;ϯϬŵͿ

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2

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2 2

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ϭ͕ϮϬŵ ϭ͕ϭϬϬŵ

Bild 4. Indikator «Stranden von Fischen» (F2) für die untersuchten Szenarien. 162

schwindigkeit berechnet wird. Dadurch werden lokale Variationen in Querrichtung nicht reproduziert. Diese Erkenntnis widerspiegelt sich in der Habitateignungskarte für das verzweigte Gerinne bei Sunkabfluss in Bild 5. Es zeigt sich, dass mit dem 1-D-Model tendenziell tiefere Habitateignungswerte resultieren und Flächen mit einem Habitateignungsindex grösser als 0.8 praktisch gar nicht wiedergegeben werden. Dies liegt hauptsächlich daran, dass adulte Bachforellen Präferenzen für niedrige Fliessgeschwindigkeiten (< 0.5 m/s) haben (Person, 2013; Hauer et al., 2014; Hayes und Jowett, 1994) und mit dem 1-D-Modell die tieferen Fliessgeschwindigkeiten in flachen Uferzonen nicht abgebildet werden können. Die gleiche Problematik konnte auch bei den alternierenden Bänken und der Übergangsform beobachtet werden. Aus dem Vergleich der verschiedenen Modelle für das verzweigte Gerinne wird deutlich, dass ein 1-D-Modell für die Abschätzung des Indikators F6 (Habitateignung Fische) nicht geeignet ist. Im Weiteren wurde gezeigt, dass mit den gröber aufgelösten 2-D-Modellen eine hinreichend genaue Abschätzung des Indikators F6 möglich ist. Aus denselben Gründen ist ein 1-D-Modell auch für die Berechnung des Indikators F3 (Laichareale der Fische) nicht adäquat. Zwar resultieren bei der Übergangsmorphologie (M2) für das 1-DModell mit Querprofilsabständen von 1 und 5 m vordergründig gute Resultate für den Basisabfluss. Dies liegt jedoch daran, dass die präferierten Geschwindigkeiten im Bereich der mittleren Querprofilgeschwindigkeiten liegen, welche mit dem 1-D-Modell resultieren. Das Ergebnis des 1-D-Modells hängt somit stark von der jeweiligen Situation oder Topografie ab und ist grundsätzlich nicht robust für beliebige Präferenzkurven. Wie in Tabelle 2 veranschaulicht, konnte bei den alternierenden Bänken bei Schwallabfluss keine Bewertung der unterschiedlichen Modelle zur Bestimmung der Indikatoren F3, F6, und B5 gemacht werden, da bereits mit dem höchstaufgelösten 2-D-Modell keine geeigneten Habitatflächen resultierten. 3.3 Habitateignung Makrozoo benthos (B5) Aus dem Vergleich der Resultate des Indikators «Habitateignung Makrozoobenthos» (B5) für die verschiedenen Szenarien ergeben sich grundsätzlich die gleichen Schlussfolgerungen wie für die In-

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


dikatoren F6 und F3. Ein 1-D-Modell ist für die Abschätzung des Indikators B5 nicht geeignet. Dies liegt daran, dass für die Berechnung der FST-Zahl eine differenzierte Berücksichtigung der lokalen Fliessgeschwindigkeit und Fliesstiefe notwendig ist, was mit einer über das Querprofil gemittelten Fliessgeschwindigkeit wie beim 1-D-Modell nicht möglich ist. Zudem zeigt sich auch für diesen Indikator, dass die Abweichung (<10 %, Tabelle 2) der 2-D-Modelle mit 10 und 20 m2 Auflösung auch in komplexen Flussmorphologien vertretbar 3.mit Results ist und der Aufwand für ein Modell höherer Auflösung überdacht werden muss. 4. Schlussfolgerungen Mittels eines systematischen Vergleichs von 1-D- und 2-D-Modellen mit unterschiedlicher Auflösung und für drei verschiedene Flussmorphologien wurde die Eignung der verwendeten Modelle zur Schwall-Sunk-Analyse untersucht, wobei ausgewählte biotische Schwall-Sunk-Indikatoren betrachtet wurden. Es konnte gezeigt werden, dass für eine belastbare Abschätzung der Kernindikatoren F3 (Laichareale der Fische), F6 (Habitateignung Fische) und B5 (Habitateignung Makrozoobenthos) der Vollzugshilfe «Renaturierung der Gewässer», Modul «Schwall-Sunk-Massnahmen», ein 2-D-Model erforderlich ist. Entgegen den ursprünglichen Erwartungen lieferte

ein hochaufgelöstes Modell (Amax = 1 m2) jedoch3. signifikanten Mehrwert im Results 3.keinen Results Vergleich zu einer relativ groben Auflösung (Amax = 20 m2). Im Weiteren wurde gezeigt, dass mit einem numerischen 1-D-Modell die Pegelrückgangsrate zufriedenstellend berechnet werden kann, sogar für komplexe Morphologien mit gegliederten Querprofilen. Die benetzte Fläche und somit der Indikator F2 (Stranden von Fischen) kann mit einem 1-D-Modellansatz angemessen ermittelt werden, allerdings nur für Morphologien mit wenig variabler Sohlenlage. Somit ist auch für die zuverlässige Berech-

nung des Indikators F2 ein 2-D-Model vorzuziehen. MSc MSc Projekt Projekt Die Wahl des Modells hat je nach Indikator einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Resultate. Hingegen führt eine höhere Auflösung nicht zwingend zu besseren Ergebnissen. Dies lässt sich direkt auf die Anforderungen an die digitalen Geländemodelle der zu bewertenden Flussabschnitte übertragen. Eine sorgfältige Abwägung zwischen Berechnungsaufwand und Qualität der Resultate ist somit angebracht, insbesondere im Hinblick auf MSc Projekt HS17 die Entwicklung wirksamer Massnahmen zur Verminderung von Schwall/Sunk.

2D Verzweigte Morphologie (M3): Sunkabfluss (Q = 15 m3s-1) Habitateignung [-] Trocken

Modell Szenarien

Habitateignung

Stranden

1D Verzweigte Morphologie (M3): Sunkabfluss (Q = 15 m3s-1)

2D

1D

Morphologie 1 Alternierende Bänke

1 m2

10 m2

20 m2

1m

5m

20 m

100 m

Pegelrückgangsrate

0

0

0

0

0

0

-

Anteil trocken fallender Fläche

0

0

0

+

+

+

0

Stranden von Fischen (F2)

0

0

0

+

+

+

Laichareale der Fische (F3)

0

0

0

0

-

1 m2

10 m2

20 m2

1m

5m

20 m

100 m

Pegelrückgangsrate

0

0

0

0

0

0

-

Anteil trocken fallender Fläche

0

0

0

+

+

+

0

Stranden von Fischen (F2)

0

0

0

+

+

+

-

Laichareale der Fische (F3) Habitateignung Fische (F6) Juv. Habitateignung Fische (F6) Ad. Habitateignung Macroz. (B5)

0

0

0

0

0

0

0

hoch

Rechenzeit

0

0

-

0

-

0

tief

-

0

++ 0

--0

tief

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Habitateignung HabitateignungStrandenStranden

Morphologie 3 Verzweigtes Gerinne

2

Pegelrückgangsrate Morphologie 2Übergangsform

Anteil trocken fallender Fläche Pegelrückgangsrate Stranden von Fischen (F2) Anteil trocken fallender Fläche Laichareale der Fische (F3) Stranden von Fischen (F2) Habitateignung Fische (F6) Juv. Laichareale der Fische (F3) Habitateignung Fische (F6) Ad. Habitateignung Fische (F6) Juv. Habitateignung Makroz. (B5) Habitateignung Fische (F6) Ad. Rechenzeit Habitateignung Makroz. (B5)

0 1 m2 0 0 0 0

2D 0 10 m2 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

s. h.

0

0 0 0 0 0 0 0

0

0 0 0 0 0 tief

0

---

---

---

1D 5m

1D

20 m

100 m

100 m

+

++

+

0

++

++

++

++

020 m2

1m

0

5m

20 m

Anteil trocken fallender Fläche Pegelrückgangsrate 0

00

00

00

+ +

+

Anteil trockenvon fallender Fläche Stranden Fischen (F2) 0

00

00

++ 0

++ +

++ +

0

0

Stranden von Fischen (F2)

Laichareale der Fische (F3)

Laichareale der Fische (F3)

0 0

Habitateignung Fische (F6) Juv.

Habitateignung Fische (F6) Juv.

0

0

0

0

00

-

Habitateignung Fische (F6) Ad. 0 0

Habitateignung Fische (F6) Ad.

0

---

---

Habitateignung Makroz. Habitateignung Makroz. (B5) (B5) 0

tief

tief

tief

tief

Rechenzeit Rechenzeit

s. h.

0

0

0tief hoch

0 0

0

0

0

0

00

+ +

0

+

+

0

0

0

0

+0

-0

-

0

0tief tief

0

0

0

0 10 m2

1 m2

- - ++ - +- + ++ 0- - ++ ---++ -- - +- -- -

0

+ ---

0

-- -- --

- --- --

- -- -- -

---

- - -- - -

-----

---

---

0

---

---

--- ---

---

-+- -

- - -- - -

--- --- ---

---

---

mod. tief

tiefmod. tief tief tief

tief

tief

--- 0 --- 0

---

---

---

---

---

--

-----

---

++

---

---

---

- - -- - - - - - - - -- - -

-----

---

---

---

Legende Anteil trocken fallender Fläche / Pegelrückgangsrate im Vergl. zu 2D, 1 m2

Laichareale (F3) /Habitatfläche (F6, B5) 2

im Vergl. zu 2D, 1 m Figure 3.7: 2D Figure 3.7: Habitat Habitatmap mapof ofjuvenile juvenilebrown browntrout troutfor forthe thehighest highestresolved resolved 2Dand and1D 1D 1 Modell 20 m 1Szenarien m 5m 20 m 100 m +++ > +30 % / > +1.0 cm min +++ in >all +60 morphological %morphological bed at at peak peak and and base base flow flow conditions conditions in all bed forms. forms. 1D

2

10 m

2D

Morphologie 3 Pegelrückgangsrate Verzweigtes Gerinne

---

1D

1m

---

---

Modell Szenarien 10 m2 20 m2 1m

1 m2

---

Modell Szenarien 2D

---

2D

Morphologie 2 Übergangsform

Stranden Stranden

Morphologie 1 Alternierende Bänke

0

---

Modell Szenarien 1D

Habitateignung Habitateignung

Habitateignung

Stranden

Modell Szenarien

0

---

0

---2D - - and - - -1D model --0 the 0highest 0 resolved Figure 3.7: Habitat map of juvenileFische brown trout for Habitateignung (F6) Juv. 0 ------Figure 3.7: Habitat map base of juvenile brown trout for morphological the highest resolved 2D and 1D- - -model Bild 5. Habitateignungskarte für adulte Bachforellen für die jeweils am höchsten at peak and flow conditions in all bed forms. --0 0 Habitateignung Fische (F6) Ad. in all at peak base flow conditions morphological 0 ++Morphologie - - - bed- -forms. - (M3) - - - bei -Sunk­ -aufgelöste 2-Dundand 1-D-Simulation mit der verzweigten --------0 0 0 Habitateignung Macroz. (B5) ist ein abfluss von 15 m3/s. Jeder benetzten Zelle Habitateignungswert zugewiesen, 0 0 --------Rechenzeitdas digitale Höhenmodell hoch tief tief tief der tief tief tief während bei trockenen Zellen (DHM) Flusssohle darge24 VAW ETH Zürich Timo Wicki, Matthias Bürgler stellt ist. 24 VAW ETH Zürich Timo Wicki, Matthias Bürgler

2D

0

DHM [m]

2

0

0 + 0 0 0 0

-

0 20 m2 0 0 0 0 + 0 0 0 0 + 0 tief

+

+

0 +

1

0 1m ++ 0 + +

+ 5m ++ 0 ++ +

0 +

0 +

---

--- - -- - -

---

+ 20 m ++ + ++ ++

0 100 m ++ ++ + ++

++

> +15 %

/ > +0.5 cm min

1

+

> +5 %

/ > +0.2 cm min

1

0

 +5 %

/  +0.2 cm min

-

< -5 %

/ < -0.2 cm min

++

--++

--

< -15 %

/ < -0.5 cm min

---

< -30 %

/ < -1.0 cm min

24 24-

--- - -- - -

---

--- - -- - -

++ - - - ++ - - - + - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - -- - - - - -- - - - - -- - 0 0 - - -- - - - - -- - - - - -- - ------mod. tief tief ------0 -------

+ 0

---

--- - -- - -

1 1

---

---

> +30 %

+

> +10 %

0

 +10 %

-

< -10 %

--

< -30 %

---

< -60 %

VAW VAW ETH ETH Zürich Zürich 1 1

-- --- - -- - - - -- - - - -- - --tief

++

Timo Timo Wicki, Wicki, Matthias Matthias BB

keine Aussage möglich Schw. Sunk

Schwall- und Sunkabfluss

Rechenzeit s.h.

sehr hoch (>8h)

hoch

hoch (>2h)

mod.

moderat (>0.5h)

tief

tief (0.5h)

Rechenzeit hoch tief tief mod. tief tief Legende Tabelle 2. Zusammenstellung der Resultate der untersuchten Figure 3.7: Habitat maptief ofSzenarien. juvenile brown trout for the highest resolved 2D and 1D model 2 Anteil trocken fallender Fläche / Pegelrückgangsrate im Vergl. zu 2D, 1 m2

Laichareale (F3) /Habitatfläche (F6, B5) im Vergl. zu 2D, 1 m2

at peak and base flow conditions in all morphological bed forms.

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden 1 +++

> +30 %

/ > +1.0 cm min

++

> +15 %

/ > +0.5 cm min

1

+

> +5 %

/ > +0.2 cm min

1

0

 +5 %

/  +0.2 cm min

1

24

+++

> +60 %

++

> +30 %

+

> +10 %

163

1

VAW ETH Zürich

Timo Wicki, Matthias Bürgler


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Hochwasserschutz am Würzenbachstollen Hydraulische Modellversuche in Luzern

Isabel Röber, Florian Hinkelammert-Zens, Volker Weitbrecht, Michael Auchli, Tobias Schläfli

Zusammenfassung Zum Schutz vor Überflutungen wurde 1978 oberhalb des Luzerner Stadtgebiets ein Entlastungsstollen errichtet, durch welchen im Hochwasserfall überschüssige Wassermengen vom Würzenbach in den Vierwaldstättersee abgeleitet werden sollen. Bei einem Hochwasserereignis im Juni 2015 (ca. ca. HQ30 bis HQ50) führte eine Verklaus­ ung des Einlaufbauwerks zu starken Überschwemmungen mit einer Schadenssumme im Stadtgebiet von rund 1 Million CHF. Daraufhin beschloss der Kanton Luzern einen Umbau des bestehenden Bauwerks mit folgenden Vorgaben: Die Abflusskapazität des Würzenbachs im Stadtgebiet von 2.5 m3/s soll bis zu einem 300-jährlichen Hochwasser mit rund 30 m3/s nicht überschritten werden. Bei Hochwasser muss somit ein Grossteil des Abflusses durch den Entlastungsstollen abgeleitet werden, wobei dieser auch bei massivem Schwemmholz- und Geschiebeaufkommen betriebsbereit bleiben muss. Die projektierten Massnahmen wurden an der VAW der ETH Zürich mittels hydraulischer Modellversuche geprüft und optimiert. Die Untersuchungen bestätigten die generelle Funktionalität und korrekte hydraulische sowie geschiebetechnische Dimensionierung des projektierten Bauwerks. Der Schwemmholzrückhalt wurde im Rahmen einer umfassenden Variantenstudie detailliert untersucht und konnte durch eine Kombination aus Tauchwand und Rechen deutlich verbessert werden. Der Eintrag kritischer Schwemmholzfraktionen, welche zur Verklausung des Entlastungsstollens und in weiterer Folge zu einer starken Reduktion der Abflusskapazität führen könnten, wurde nahezu komplett unterbunden. Gleichzeitig konnte mit dieser Variante ein robustes Verhalten bei sämtlichen getesteten Überlastfällen erzielt werden. 1. Einleitung 1978 wurde oberhalb des Würzenbachquartiers der Stadt Luzern ein Entlastungsstollen errichtet, welcher im Hochwasserfall zum Schutz des Stadtgebiets überschüs-

sige Wassermengen des Würzenbachs direkt in den Vierwaldstättersee ableiten soll (siehe Bild 1 für Lage sowie Tabelle 1 für Kenndaten des Einzugsgebiets). Ein Rechen vor dem Stolleneinlauf soll den

Bild 1. Lage des Würzenbachs sowie des Entlastungsstollens im Stadtgebiet Luzern (nach swisstopo, 2018). «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

Eintrag von Schwemmholz und anderem Treibgut verhindern. Seit Inbetriebnahme des Bauwerks kam es dennoch während verschiedener Hochwasserereignisse zu Verklausungen des Rechens; im Juni 2015 entstanden durch Überschwemmungen im Luzerner Würzenbachquartier Schäden in Höhe von rund 1 Million CHF. Dieses Ereignis verdeutlichte den dringenden Handlungsbedarf zur Verbesserung des Hochwasserschutzes. Die Dienststelle Verkehr und Infrastruktur des Kantons Luzern (vif) beauftragte daraufhin das Ingenieurbüro Hunziker, Zarn & Partner (HZP) mit einem Hochwasserschutzprojekt zur Adaptierung des bestehenden Bauwerks. Durch den kombinierten Rückhalt von Geschiebe und Schwemmholz und die hohen Anforderungen an die Trenncharakteristik weist das Projekt eine hohe Komplexität auf, da die Entlastungskapazität des Würzenbachstollens für eine Vielzahl von Lastfällen gesichert sein muss. Die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich wurde daher mit der vertieften Untersuchung und Optimierung des Projektzustands mittels hydraulischer Modellversuche beauftragt. 2. Bestehendes Bauwerk Der Einlauf in den Entlastungsstollen ist in einem Verzweigungsbauwerk angeordnet, welches mit einer Staumauer ([1] Bild 2, oben) abgeschlossen ist. Während eines Hochwasserereignisses reguliert eine in die Staumauer integrierte Drosselblende (2) den Abfluss in das Gerinne des Würzenbachs unterstrom. Vor dem leicht erhöhten Stolleneinlauf ist ein Rechen (3) angeordnet, um das Eindringen von Schwemmholz und anderem Treibgut zu verhindern. Eine Fischtreppe (4) soll die Passierbarkeit des Bauwerks auch bei Niederwasser gewährleisten. Oberwasserseitig ist ein Überfallwehr ([5] Bild 2, unten) angeordnet, welches einen Geschieberückhalteraum mit einer Kapazität von rund 100 m3 abschliesst. Direkt im Anschluss an das Hochwasser­ 165


ereignis 2015 wurde in diesem Geschieberückhalteraum ein Grobrechen als Sofortmassnahme installiert (6). Der Entlastungsstollen wurde auf eine Wassermenge von 27 m3/s dimensioniert und leitet das Wasser im Freispiegelabfluss über eine Länge von rund 1460 m mit einem Gefälle von 1.175 % in den Vier-

waldstättersee. Das Rechteckprofil im Einlaufbereich geht nach ca. 30 m in ein Kreissegmentprofil (Stollendurchmesser 3.08 m) über (Desserich, 1980). Im Auslaufbereich des Entlastungsstollens wird das Wasser durch zwei Düker mit Rechteckquerschnitt in den Vierwaldstättersee geleitet (Bild 1 und Bild 10, rechts).

Tabelle 1. Kenndaten des Würzenbachs, des Stollens sowie Dimensionierungs­ grundlagen (Quellen: Pfaundler [2013], Scherrer AG [2016], HZP).

Bild 2. Bestehendes Verzweigungsbauwerk mit Einlauf zum Entlastungsstollen. Oben: Blick in Fliessrichtung; unten: Blick von der Staumauer gegen die Fliessrichtung. 166

3. Hochwasser 2015 Am 7. Juni 2015 wurden durch ein Unwetterereignis grosse Mengen Schwemmholz und Geschiebe mobilisiert und verklausten den Einlaufbereich des Entlastungsstollens (Bild 3). Das Wasser konnte nicht mehr ausreichend durch den Entlastungsstollen abgeführt werden, überströmte infolgedessen die Staumauer und führte im Stadtgebiet zu Überschwemmungen. Dieses Unwetterereignis wird mit maximalen Abflusswerten zwischen 16 und 20 m3/s in der Grös­senordnung HQ30 bis HQ50 eingeordnet (Scherrer AG, 2016). Diese relativ hohe Auftretenswahrscheinlichkeit verdeutlichte das vorhandene Schutzdefizit und führte zur Entwicklung des Hochwasserschutzprojekts «Einlaufbauwerk Würzenbachstollen». 4. Hochwasserschutzprojekt «Einlaufbauwerk Würzen bachstollen» Zu Beginn der Projektierung im Jahr 2016 wurde – entsprechend dem Schutzziel für Siedlungsgebiete des Kantons Luzern (Kanton Luzern, 2013) – das HQ100 mit einem Spitzenabfluss von rund 30 m3/s als Bemessungsereignis gewählt. Eine zeitgleich durchgeführte hydrologische Studie (Scherrer AG, 2016) stufte das bis anhin verwendete HQ100 neu als HQ300 ein. Der Kanton Luzern entschied, das Bemessungsereignis des Projekts aufgrund des grossen Schadenpotenzials nicht unter HQ300 anzusetzen und somit die Kapazität des bestehenden Stollens mit dem neuen Einlaufbauwerk ausschöpfen zu können. Das Gerinne des Würzenbachs hat im Stadtgebiet eine minimale Abflusskapazität von 2.5 m3/s. Im Hochwasserfall muss somit ein Grossteil des Abflusses durch den Entlastungsstollen abgeleitet werden, wobei der Stollen auch bei massivem Schwemmholz- und Geschiebeaufkommen betriebsbereit bleiben muss. Das von HZP u. a. auf Basis von numerischen 2-D-Simulationen entwickelte Hochwasserschutzprojekt sieht folgende Massnahmen vor: • Staumauer (a) und Stollen (b) werden im Ist-Zustand belassen (Bild 4, rechts). • Abbruch des Verzweigungsbauwerks und Ersatz durch eine ca. 35 Meter lange fischgängige Blockrampe (1) mit Niederwasserrinne (2) (Bild 4, links). • Erstellung eines seitlich angeströmten Streichwehrs (3) vor dem Entlastungs stollen mit fünf je 4.8 m breiten Wehr feldern (Bild 4, rechts). • Ersatz des bestehenden Rechens vor dem Stolleneinlauf durch einen vorge setzten Grobrechen (4).

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• Bau einer an das Streichwehr anschlies­ senden Sammelrinne (5) mit Beschleu nigungsstrecke (6) (siehe auch Bild 11). Die Errichtung der Blockrampe und der Niederwasserrinne führen neben einer deutlichen Vergrösserung des Rückhalteraums für Geschiebe zu einer besseren Längsvernetzung des Gerinnes. Durch die erhöhte Lage des Streichwehrs gegenüber dem Ist-Zustand sollen der Eintrag von Geschiebe verhindert und die benötigte Abflusskapazität auch bei einer Teilverklausung des Rechens garantiert werden. Mithilfe des Grobrechens sollen ein bestmöglicher Schwemmholzrückhalt erzielt und die Gefahr von Verklausungen im Stollen reduziert werden. Im Überlastfall werden Staumauer und Einlaufbauwerk überströmt. Ein auf beiden Bauwerken installierter zusätzlicher Rechen soll in diesem Fall ein schlagartiges Auftreten von Schwemmholztransport ins Würzenbachquartier verhindern. Das überschüssige Wasser gelangt im Überlastfall direkt unterstrom des Einlaufbauwerks wieder in den Würzenbach. 5. Hydraulisches Modell Die VAW wurde beauftragt, die projektier­te Geometrie, das Gesamtsystem und das Optimierungspotenzial mittels hydraulischer Modellversuche zu prüfen. Der Fokus der Modellversuche wurde auf die Parameter Trenncharakteristik, Schwemmholzund Geschieberückhalt sowie auf hydraulische Aspekte im Stolleneinlauf gelegt. 5.1 Experimenteller Aufbau Das Modell im Massstab 1:15 (Modellähnlichkeit nach Froude) bildete mit Labor­ abmessungen von rund 11 × 2 m in Natur ca. 170 m Fliessstrecke des Würzenbachs sowie 45 m des Entlastungsstollens ab (Bild 5). Die Ufer des Würzenbachs bestehen aus Fels und wurden im Modell daher nicht beweglich nachgebildet. Im Bereich zwischen Blockrampe und Einlaufbauwerk liegt die projektierte Sohle auf der Höhe des anstehenden Felshorizonts und wurde im Modell ebenfalls fest nachgebildet. Oberstrom der Blockrampe bleibt eine bewegliche Kiessohle bestehen, welche im Modell entsprechend umgesetzt wurde. Die Modellsteuerung erfolgte automatisiert und erlaubt die präzise Regelung der Zuflussmenge sowie der zugegebenen Geschiebemenge für stationäre und instationäre Szenarien. Die Abflussmengen im Entlastungsstollen sowie im Gerinne des Würzenbachs unterstrom der Staumauer (Trenncharakteristik) wurden kontinuierlich gemessen. Fest installierte Ultraschallsen-

Bild 3. Links: Rechenverklausung beim Einlauf in den Stollen. Rechts: Auflandungen im Verzweigungsbauwerk (mod. nach oeko-b Fotodokumentation, 2015).

Bild 4. Links: Blockrampe (1) und Niederwasserrinne (2) im hydraulischen Modell. Blick gegen die Fliessrichtung. Rechts: Einlaufbauwerk auf Grundlage des Vorprojekts mit für Modellbetrieb überhöhtem Grobrechen (4).

Bild 5. Hydraulisches Modell des Einlaufbauwerks Würzenbachstollen im Massstab 1:15. Fliessrichtung von links nach rechts.

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Tabelle 2. Fraktionen und Zusammensetzung des im Modell verwendeten Schwemm­ holzes.

Bild 6. Unterschiedlich eingefärbte Klassen des Modellschwemmholzes: Stammholz (rot), grosses Astholz (blau), kleines Astholz (gelb), Feinanteile (orange, grün), Wurzel­ stöcke (naturbelassen).

Bild 7. Längenprofile der kumulierten Auflandungskörper eines HQ30- mit zwei auf­ einanderfolgenden HQ300-Versuchen sowie eines ersten HQ300-Wiederholungsver­ suchs in Relation zur Lage des Einlaufbauwerks (Schnittführung entlang Fliessachse, lokal im Talweg). soren zeichneten die Wasserspiegellagen im Gerinne während der Versuche auf. Das im Modell verwendete Geschiebe entsprach dem skalierten Sohlmaterial des Würzenbachs für die Simulation von Hochwasserereignissen mit aufgerissener Deckschicht. Für die Auswertung der Sohlveränderungen wurde die Modellsohle vor sowie nach jedem Versuch mit Ge168

schiebezugabe mittels Laserscanner vermessen. Durch die Gegenüberstellung der Vermessungsdaten konnten Auflandungsund Erosionsflächen sowie Ablagerungsvolumina bestimmt werden. Der Vergleich mit den zugegebenen sowie den durch die Staumauer und den Stollen ausgetragene Geschiebemengen ermöglichte die Ermittlung einer Gesamtbilanz.

Das Schwemmholz wurde am Modelleinlauf manuell zugegeben. Die am Grobrechen vor dem Einlaufbauwerk zurückgehaltenen und in den Stollen eingetragenen Schwemmholzvolumina wurden getrennt entfernt und gewogen. Die Nutzung von bis zu drei Unterwasserkameras mit Beleuchtung ermöglichte eine detaillierte Analyse des Schwemmholzverhaltens im Stauraum und infolgedessen eine gezielte Optimierung des Einlaufbauwerks. 5.2 Schwemmholz Der Schwemmholzeintrag in das Projektgebiet wurde von HZP anhand einer Einzugsgebietsanalyse abgeschätzt und für HQ300 auf rund 100 m3 festgelegt. Der Schwemmholzeintrag des HQ1000 wurde auf 150 m3 definiert. Basierend auf Begehungen sowie Bilddokumentationen des Einzugsgebiets und des Hochwasserereignisses von Juni 2015, wurde die Zusammensetzung des Schwemmholzes durch die VAW in fünf Klassen eingeteilt (Tabelle 2). Im hydraulischen Modell wurde das Schwemmholz mittels geometrisch skalierten Schnittholzes nachgebildet und entsprechend der jeweiligen Klasse eingefärbt (Bild 6). Um die Abflusskapazität im Stollen aufrechtzuerhalten, muss der Eintrag von grossem Astholz und Stammholz vermieden werden. Diese «kritischen Fraktionen» könnten den Stollen sowie das Dükerbauwerk mit einem massgebenden Durchmesser von 1.4 m (Bild 10, rechts) nicht gefahrlos passieren. Ziel der Untersuchungen war daher, den Eintrag von Stammholz (Bild 6, rot) vollständig zu verhindern und den Eintrag von grossem Astholz (blau) bestmöglich zu reduzieren. Das Transport- und Ablagerungsverhalten von Schwemmholz reagiert sehr sensitiv auf dessen Dichte. Eine höhere Dichte führt dazu, dass Schwemmholz in Rückhalteräumen früher absinkt, wodurch es vor Rechenstäben abgelagert wird und dort zu Verklausungen führen kann. Trockenes Holz schwimmt in Form eines Teppichs vor Rechenanlagen. Aus diesem Grund wurde die Dichte des anfallenden Schwemmholzes bei den Untersuchungen zum Würzenbach speziell berücksichtigt. Das Einzugsgebiet des Würzenbachs verfügt im Gerinne über wenige Ab­ lagerungsmöglichkeiten für Schwemm­ holz. Daher kann davon ausgegangen werden, dass im Hochwasserfall primär Grünholz (800 ± 170 kg/m3 nach RuizVillanueva [2016]) und tendenziell weniger Totholz im Gewässer (660 ± 200 kg/m3) mobilisiert wird. Das Modellschwemmholz wurde, aufbauend auf vorausge-

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henden Versuchen zum Verhältnis von Wässerungs­ dauer zu Dichte, vor jedem Versuch bis zum Erreichen der Dichte von Grünholz gewässert. 6. Prüfung Gesamtsystem Als Dimensionierungsereignis wurde eine Ganglinienabfolge mit einem HQ30 sowie zwei aufeinanderfolgenden HQ300-Ereignissen festgelegt. Das vorgeschaltete HQ30 diente der Ausbildung einer Referenzsohle, die HQ300-Ereignisse zur Prüfung der Dimensionierung des entsprechend ausgelegten Rückhalteraums. 6.1 Trenncharakteristik Die angestrebte Trenncharakteristik mit einem Maximalabfluss in das Stadtgebiet von 2.5 m3/s wurde bei sämtlichen Versuchen mit dem Dimensionierungsereignis erfolgreich nachgewiesen. Die hydraulischen Kennwerte, wie z. B. die Wasserspiegellagen im Rückhalteraum, wurden in der vorangegangenen 2-D-Modellierung von HZP korrekt definiert und konnten für die Untersuchungen der VAW übernommen werden. Auch während der untersuchten Überlastfälle (s. Kapitel 8.2) kam es lediglich zu einer Überschreitung des im Stadtgebiet zulässigen Maximalabflusses von rund 0.3 m3/s. 6.2 Geschieberückhalt und -bewirtschaftung Bild 7 zeigt im Modellversuch ermittelte und mittels Laserscan vermessene Auflandungskörper für das Dimensionierungsereignis (1 × HQ30 und 2 × HQ300). Die Höhe der Verlandungskörper bildet sich ungefähr in der Höhe des Streichwehrs aus. Zum Ende des ersten HQ300 erreicht die Verlandungsfront nahezu das Einlaufbauwerk (Bild 8, links). Kurz nach Beginn des zweiten HQ300 erreicht die Verlandungsfront das Einlaufbauwerk und es kommt zum Eintrag von Geschiebe in die Sammelrinne und in weiterer Folge in den Entlastungsstollen. Während des zweiten HQ300 schreitet die Verlandungsfront bis zum dritten Wehrfeld voran (Bild 8, rechts) und verlegt infolgedessen ungefähr die Hälfte der durchströmten Rechenfläche. Die Modellversuche bestätigten, dass der Rückhalteraum ausreichend dimensioniert wurde, um die Geschiebefrachten eines HQ30 sowie eines nachfolgenden HQ300 aufnehmen zu können, ohne dass es zum Eintrag von Geschiebe in den Stollen kommt. Darüber hinaus verdeutlichen diese Ergebnisse die gute Reproduzierbarkeit der ablaufenden Prozesse im hydraulischen Modell bei Wiederholung der entsprechenden Versuche (Bild 7).

6.3 Schwemmholzrückhalt / Zwischenfazit Die Trenncharakteristik sowie der Geschieberückhalt waren bereits im projektierten Zustand sehr gut dimensioniert und wurden daher im Rahmen der Modellversuche nicht weiter optimiert. Allerdings konnte mit der ursprünglichen Rechengeometrie lediglich

ein Schwemmholzrückhalt von rund 75 % erzielt werden, wobei beträchtliche Mengen der kritischen Fraktionen Stammholz und grosses Astholz in den Stollen eingetragen wurden. Der Schwemmholzrückhalt war somit nicht zufriedenstellend und wurde im Folgenden durch eine Reihe von Variantenuntersuchungen optimiert.

Bild 8. Links: Auflandungskörper und Lage der Verlandungsfront nach Ende eines ersten HQ300-Versuchs. Rechts: Auflandungskörper nach Ende eines zweiten HQ300-Versuchs mit massivem Geschiebeeintrag in den Stollen. Blick jeweils gegen die Fliessrichtung.

Bild 9. Ansichten Einlaufbauwerk. Oben: Variante «oTW» – Rechen ohne Tauchwand, lichter Stababstand (LSA) = 0.3 m, Stabdicke = 0.16 m. Mitte: Variante «TW I» – Rechen mit Tauchwand I, LSA = 0.5 m, Stabdicke = 0.06 m. Unten: Variante «TW II» – Rechen mit Tauchwand II, LSA = 0.3 m, Stabdicke = 0.06 m.

Bild 10. Links: Starke Verklausung des Einlaufbauwerks bei einem Versuch mit Vari­ an­te TW II. Rechts: Übergang des Stollens in zwei rechteckige Düker, die jeweils mit einem Schütz ausgestattet sind. Im rechten Bereich des Stollens ist eine Leiter mon­ tiert (rot markiert), welche die Verklausungsgefahr zusätzlich erhöht.

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7. Optimierung Schwemm holzrückhalt Die Ganglinienversuche zur Prüfung des Gesamtsystems zeigten, dass das Schwemmholz zuerst im Bereich vor der Staumauer abgelagert wird und sich anschliessend von dort gegen die Fliessrichtung ein Schwemmholzteppich ausbildet. Die Geschiebefront erreicht diesen Bereich erst während eines zweiten HQ300. Der Schwemmholzrückhalt ist somit bis zu

diesem Zeitpunkt von den Geschiebeablagerungen entkoppelt. Aus diesem Grund konnten diverse Varianten zur Optimierung des Schwemmholzrückhalts zuerst mittels stationärer HQ300-Versuche ohne Geschiebezugabe geprüft werden. Die auf diese Weise ermittelten Lösungsansätze wurden anschliessend mit HQ300-Ganglinienversuchen geprüft. Im Rahmen der stationären Versuche zeigte sich, dass sowohl die Reduk-

Tabelle 3. Vergleich der erzielten Ergebnisse zum Schwemmholzrückhalt sowie der Vor- und Nachteile der drei Varianten oTW, TW I und TW II. Die kritische Fraktion Stamm­holz wurde, abgesehen von Versuchen mit Variante TW I, zu 100 % zurückgehalten.

Bild 11. Querschnitt der Variante «Rechen mit Blende», Blick gegen die Fliessrichtung.

Bild 12. Ansicht des adaptierten Einlaufbauwerks der Variante «Rechen mit Blende» – LSA = 0.3 m, Stabdicke = 0.06 m. 170

tion des Rechenstababstands als auch die Anbringung einer Tauchwand am projektierten Grobrechen (lichter Stababstand 0.75 m, Stabdicke 0.3 m) zu einer Verbesserung des Schwemmholzrückhalts führen. Es folgte ein iterativer Prozess zur Bestimmung des optimalen lichten Rechenstab­ abstands sowie der vertikalen Ausrichtung der Tauchwand am Grobrechen, wobei die in Bild 9 dargestellten Bauformen entwickelt wurden. Alle Varianten erreichten sehr gute Resultate bezüglich des Schwemmholzrückhalts, wiesen aber spezifische Vor- und Nachteile auf (Tabelle 3). • Bei Variante oTW besteht besonders beim Anspringen des Bauwerks die Gefahr, dass Schwemmholz der kriti schen Fraktionen in den Stollen einge tragen wird. • Bei Variante TW I wurden noch verein zelt Stammhölzer in den Stollen ein getragen. Diese Fraktion muss unbe dingt zurückgehalten werden. • Variante TW II erzielte die besten Re sultate hinsichtlich des Schwemm holzrückhalts. Es zeigte sich jedoch eine starke Verklausungsanfälligkeit (siehe Bild 10) mit der Gefahr, dass die geforderte Trenncharakteristik nicht aufrechterhalten bleibt. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass keine der getesteten Varianten ausreichend robust ist. Der Einbau einer Tauchwand führt zu einem sehr guten Schwemmholzrückhalt, erhöht allerdings das Verklausungsrisiko (Bild 10, links) und infolgedessen die Gefahr der Kapazitätsreduktion des Entlastungsbauwerks. Der Verzicht auf eine Tauchwand resultiert wiederum in einem höheren Schwemmholzeintrag in den Stollen. Die aktuelle Gestaltung des Dükers (Bild 10, rechts) weist jedoch eine grosse Anfälligkeit für Verklausungen auf. Durch das Eintreten kritischer Fraktionen in den Stollen kann es an dieser Stelle zu massiven Schwemmholzansammlungen und in weiterer Folge zu einer starken Reduktion der Abflusskapazität kommen. 8. Bestvariante: Rechen mit Blende Die entwickelte Bestvariante (Bild 11 und Bild 12) stellt eine Kombination der drei Varianten aus Kapitel 7 dar, die deren Vorteile zur Erhöhung der Systemrobustheit vereint. Durch den Einbau einer verkürzten Tauchwand (Blende) wird die Rechenfläche im Vergleich zu den Varianten TW I und TW II deutlich vergrössert (+ 47 %). Dies führt zu einer höheren Robustheit des Systems gegenüber Verklausungen. Die Funktion der

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Tauchwand, den Schwemmholzeintrag beim Anspringen des Streichwehrs auch bei nicht verlegtem Rechen zu verhindern, bleibt bei der Variante «Rechen mit Blende» erhalten. Der Eintrag von Stammholz wird durch den lichten Rechenstababstand von 0.3 m (analog zu oTW und TW II) verhindert. 8.1 Prüfung Gesamtsystem Erste Prüfungen mittels stationärer HQ300Versuche bestätigten die Verbesserung des Schwemmholzrückhalts bei gleichzeitiger Reduktion der Nachteile der zuvor getesteten Varianten. Die kritischen Fraktionen Stammholz und grosses Astholz wurden vollständig zurückgehalten, der Gesamtrückhalt lag bei 88 %. Die Bilder der Unterwasserkameras (Bild 13) zeigen die deutlich reduzierte Verklausungsanfälligkeit. Diese Ergebnisse konnten mit den Ganglinienversuchen (HQ30 + HQ300) bestätigt werden (Rückhalt von grossem Astholz > 99 %, Gesamtrückhalt 87 %). Im Vergleich zu Variante TW II verdoppelte sich somit der Gesamteintrag. Aufgrund der signifikant gesteigerten Robustheit wurde die Variante «Rechen mit Blende», trotz dem reduzierten Gesamtrückhalt, als Bestvariante weiterverfolgt und im Rahmen von Überlastversuchen vertiefend geprüft. 8.2 Überlastfall Als Überlastfälle wurden folgende Szenarien im Modell untersucht: • HQ30 ohne Schwemmholzentnahme + HQ300 • (HQ30 ohne Schwemmholzentnahme + HQ300) bei Verschluss von drei der fünf Wehrfelder (n-3) • HQ1000 Der Eintrag der kritischen Fraktion grosses Astholz konnte bei allen Überlastszenarien weitestgehend unterbunden werden (Rückhalt > 94 %). Stammholz wurde zu 100 % zurückgehalten. Der Gesamtrückhalt war stabil (> 86 %), solange der Wasserspiegel im Rückhalteraum unterhalb der Blendenoberkante lag und somit die Barrierewirkung gegeben war. Auch bei der Reduktion der durchflossenen Rechenfläche um 60 % (n-3) kam es zu keiner Beeinträchtigung der Systemfunktionalität. Der geforderte Maximalabfluss in das Stadtgebiet wurde nur unwesentlich überschritten (2.8 m3/s anstatt 2.5 m3/s) (vgl. Kapitel 6.1). Basierend auf diesen Ergebnissen, wurde die Variante «Rechen mit Blende» als Bestvariante für die Umsetzung im Hochwasserschutzprojekt «Einlaufbauwerk Würzenbachstollen» gewählt.

9. Hydraulische Optimierungen Der Stollen wurde in der ursprünglichen Projektierung von 1978 auf einen Maximalabfluss von rund 27 m3/s dimensioniert. Im neuen Hochwasserschutzprojekt wird dessen Abflusskapazität bei der Spitze des HQ300 somit leicht (um ca. 1 m3/s) und während des Spitzenabflusses des HQ1000 von rund 39 m3/s deutlich (um ca. 9 m3/s) überschritten. Um das Schadenpotenzial oder gar das Versagensrisiko des Stollens bis zum HQ1000 zu minimieren, wurden grundlegende hydraulische Untersuchungen für die drei Bereiche Sammelrinne, Beschleunigungsstrecke und Stollen (Bild 14) im Rahmen stationärer Versuche durchgeführt. 9.1 Optimierung Sammelrinne Die Sammelrinne wurde mit einer konstanten Breite von 5 m projektiert. Die Untersu-

chungen zeigten, dass deren Abflusskapazität beim Spitzenabfluss des HQ300 nicht ausgenutzt wird. Durch eine Reduktion der Breite oberstrom auf 2.5 m und eine konische Aufweitung auf 4.5 m (Bild 15) kann die Sammelrinne derart optimiert werden, dass die Kapazitätsgrenze während des Spitzenabflusses des HQ1000 erreicht wird. Weiterhin kann hierdurch die für Sammelrinnen charakteristische Rotationsströmung erzeugt werden. Neben der hydraulischen Optimierung führt diese Anpassung ebenfalls zu einer Reduktion der Baukosten. 9.2 Optimierung Beschleunigungsstrecke Ab Ende der Sammelrinne bis in den Stollen kam es zur Ausbildung von Stosswellen, die den Wasserspiegel lokal erhöhten. Der lokal erhöhte, schwankende Wasserspiegel er-

Bild 13. Im Vergleich zu Variante TW II (vgl. Bild 10) deutlich reduzierte Verklausungs­ anfälligkeit der Bestvariante «Rechen mit Blende». Blick gegen die Fliessrichtung.

Bild 14. Längsschnitt der Sammelrinne und der Beschleunigungsstrecke. Fliessrichtung von rechts nach links.

Bild 15. Strömungsbild in der Sammelrinne mit Rotationsströmung und Luftschlauch im Wirbelkern während des Spitzenabflusses des HQ300 . «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

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Bild 16. Strömungsbild mit Stosswellen im Bereich der Beschleunigungsstrecke und des Stolleneinlaufs sowie stirnseitiges Anschlagen am Stolleneinlauf bei HQ300 .

tung bis zum HQ1000 keine kritischen Strömungszustände im Einlaufbauwerk oder im Stollen auftreten. Ebenso konnten Optimierungen bei der Ausgestaltung der Sammelrinne ermittelt werden, die sich positiv auf die Baukosten auswirken. Die im Rahmen der Modellversuche konzipierten Anpassungen ermöglichten, das Projekt entscheidend zu optimieren und zu einem gesamtheitlich robusten System weiterzuentwickeln. Literatur Desserich, M. (1980). Hochwasser-Entlastungsstollen Würzenbach Luzern: technischer Betrieb und hydraulische Probleme. Schweizer Ingenieur und Architekt 35. Kanton Luzern (2013). Planungsbericht des Regierungsrates an den Kantonsrat – über den Schutz vor Naturgefahren in den Jahren 2014– 2016. Luzern. https://www.lu.ch/downloads/lu/

Bild 17. Sicht auf den Stollen im Bereich des Übergangs von Rechteck- auf Kreis­ segmentstollen bei HQ300 .

kr/botschaften/2011-2015/b_092.pdf,

Stand:

26.04.2019. oeko-b (2015). Unwetter 7. Juni 2015, Kanton

zeugte beim Spitzenabfluss des HQ300 ein regelmässiges stirnseitiges Anschlagen am Stolleneinlauf (Bild 16). Optimierungen, die zu einer Reduktion der Stosswellen führten, resultierten jedoch in der Entstehung eines ausgeprägten Wechselsprungs im Rechteckstollen. Da es im Bereich des Wechselsprungs zu einer höheren dynamischen Belastung kommt, wird gemäss HZP auf Anpassungen der Beschleunigungsstrecke verzichtet. Es ist lediglich am Stolleneinlauf eine Ausrundung vorgesehen, um die Energieverluste durch das stirnseitige Anschlagen zu reduzieren. 9.3 Optimierung Stollen Eine freie Luftzirkulation im Stollen ist insbesondere bei hohen Teilfüllungsgraden relevant und eine Voraussetzung für kontrollierte Abflussverhältnisse, welche frei von Pulsationen und grossen hydrodynamischen Belastungen der Stollenauskleidung sein sollen. Im Bereich des Spitzenabflusses des HQ300 wurde im Stollen der Übergang von Teil- zu überdruckloser Vollfüllung beobachtet. An der Decke des Rechteckstollens entwickelte sich eine elongierte Blasenströmung (Bild 16 und Bild 17). Beim Spitzenabfluss des HQ1000 lag über die gesamte Länge des Rechteckstollens Vollfüllung vor. Der Luftbedarf der Strömung konnte bei beiden Abflüssen durch das offene Stollenende im hydraulischen Modell gedeckt werden. In Natur wird der Stollen auf einer Länge von über 1 km weitergeführt. Im Ausführungsprojekt wird daher ein zusätzlicher Belüftungsschacht zur Sicherstellung einer ausreichenden Belüftung und 172

zur Gewährleistung kontrollierter Abflussverhältnisse vorgesehen.

LU, Ereignisdokumentation, Fotodokumentation. Schüpfheim (unveröffentlicht). Pfaundler, M., Schönenberger, U., BAFU, 2013:

10. Fazit Durch die an der VAW durchgeführten hyd­ raulischen Modellversuche konnten die Dimensionierung des Vorprojekts und die Zweckmässigkeit der geplanten Umbauten bestätigt werden. Die für den Hochwasserschutz Luzerns zwingend einzuhaltende Trenncharakteristik war bei sämtlichen untersuchten Szenarien inklusive der Überlastfälle stabil. Der Geschieberückhalteraum wurde ausreichend dimensioniert, um die Geschiebefrachten eines HQ30- mit anschliessendem HQ300- sowie eines HQ1000Ereignisses auffangen zu können, ohne dass es zum Eintrag von Geschiebe in den Stollen kommt. Im Ausführungsprojekt wird daher ein zusätzlicher Belüftungsschacht zur Sicherstellung einer ausreichenden Belüftung und zur Gewährleistung kontrollierter Abflussverhältnisse vorgesehen. Der mit dem Einlaufbauwerk gemäss dem Vorprojekt erzielte Schwemmholzrückhalt von rund 75 % war für die Sicherstellung der Systemfunktionalität jedoch unzureichend. Mit der Bestvariante «Rechen mit Blende» konnte ein – auch im Überlastfall überwiegend stabiler – Gesamtrückhalt von rund 87 % erzielt werden. Der Rückhalt der für Verklausungen kritischen Fraktionen grosses Astholz und Stammholz konnte auf 99 % und im Überlastfall auf mindestens 94 % optimiert werden. Infolge der hydraulischen Untersuchungen konnte bestätigt werden, dass bei Sicherstellung einer ausreichenden Belüf-

Datensatz MQ-GWN-CH, modellierte mittlere natürliche Abflüsse für das Gewässernetz der Schweiz. Ruiz-Villanueva, V., Piégay, H., Gaertner, V., Perret, F., Stoffel, M. (2016c). Wood density and moisture sorption and its influence on large wood mobility in rivers. Catena (140): 182–194. Scherrer AG (2016). Überprüfung der hydrologischen Grundlagen für den Würzenbach und den Mühlebach (Adligenswil). Reinach. Bericht 16/214.

https://vif.lu.ch/-/media/VIF/Doku-

mente/Download/Hydrologiestudien/Adligenswil_Wuerzenbach_Muehlebach_NOV2016. pdf?la=de-CH. Stand: 26.04.2019. Danksagung Die Autoren bedanken sich für die Beauftragung und Finanzierung des Projekts durch die Dienststelle Verkehr und Infrastruktur des Kantons Luzern sowie bei dem Ingenieurbüro Hunziker, Zarn & Partner für die gute und zielgerichtete Zusammenarbeit. Anschrift der Verfasser Isabel Röber, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich, roeber@vaw.baug.ethz.ch Florian Hinkelammert-Zens, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH

Zürich,

hinkelammert-zens@vaw.baug.

ethz.ch Dr. Volker Weitbrecht, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich, weitbrecht@vaw.baug.ethz.ch

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Travaux de confortement de l’appui rive gauche du barrage de Lessoc Isabelle Fern, Ariane Jonneret, Jean-Claude Kolly

Résumé Cet article présente les travaux de confortement de l’appui rive gauche du barrage de Lessoc réalisés entre le 25 mars et le 5 juillet 2019 à des fins sécuritaires. Ils ont compris principalement un confortement physique de l’éperon au moyen de 33 ancrages passifs, le renforcement du voile d’injection ainsi que la mise en place de nouveaux ins­ truments de mesure. 1. Introduction Le barrage de Lessoc constitue le palier inférieur de l’aménagement de la HautéSarine, construit dans les années 1969– 1972 en Gruyère (FR) et exploité à des fins hy­droélectriques (voir Figure 1 et Figure 2). De type à contreforts, cet ouvrage de 32.5 m de hauteur et 75.0 m de longueur, récolte les eaux d’un bassin versant de quelques 506 km2 formant une retenue de 1.3 mio. m3. La conception du barrage est relativement inusuelle et complexe. La section type est constituée d’un masque amont à inclinaison variable qui s’appuie sur des contreforts en béton armé. Ces

derniers, au nombre de 12, ont une épaisseur de 1 m et sont espacés avec un entre axe de 6 m (à l’exception de la passe de la vidange de fond dont l’entre axe est de 8 m). Les crues de la Sarine sont évacuées en aval du barrage par l’intermédiaire de 5 passes munies de clapets, d’une capacité de 100 m3/s chacune, et de la vidange de fond dimensionnée pour un débit de 280 m3/s. L’usine hydroélectrique, logée dans les évidements du barrage, abrite 2 turbines à hélice fixe d’une puissance unitaire de 3450 kW, pour un débit de 16.7 m3/s, ainsi qu’une turbine Francis de 1635 kW de puissance avec un débit nominal de 8 m3/s. La production moyenne de l’aménagement, sous une chute brute comprise entre 22 et 24 m, est de 23 GWh/ an. Une vue aval du barrage est illustrée sur la Figure 3. La stabilité de l’éperon rocheux en rive gauche a, dès la construction du barrage, suscité diverses interventions et préoccupations en raison de la nature de la roche fortement tectonisée (fracture, plissements, roche broyée) et exposée, compte tenu de la pente, à la détente par appel au vide. Des travaux de consolida-

Figure 1. Photo de la construction du barrage.

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tion et d’étanchement ont ainsi été réalisés lors de la construction comprenant essentiellement le prolongement du voile d’injection au large, le renforcement de l’appui par des injections, la pose de 40 tirants d’ancrages précontraints ainsi que la réalisation de 10 forages drainants aboutissant en pied de falaise. Au fil du temps, plusieurs arguments ont été avancés qui remettent en question la stabilité de cet éperon, à savoir: • L’impossibilité de contrôler les ancra ges précontraints installés en 1972 ac centuée par la mise en évidence du ris que de corrosion par la présence attes tée de courants vagabonds dus à la voie de chemin de fer. • La faiblesse du voile d’étanchéité ré vélée par les résultats de la piézomé trie qui démontre une liaison hydrau lique avérée entre la retenue et l’éperon rocheux. • L’imprécision et la difficulté de con trôler les déplacements de la falaise par mesures géodésiques à cause d’une mauvaise orientation des pris mes et un vieillissement naturel de ces derniers.

Figure 2. Schéma hydraulique de l’amé­ nagement de la Haute-Sarine. 173


Au bilan, les conditions hydrogéologiques défavorables s'accompagnent d’un doute sur l’aptitude au service des ancrages précontraints d’origine. Afin de parer ce problème, l’exploitant du barrage Groupe E a mandaté en 2015 les bureaux Lombardi et Norbert afin de réaliser une étude de stabilité de l’éperon et proposer des variantes d’assainissement. Cette dernière s’est soldée par la nécessité de réaliser une intervention double comprenant d’une par le renforcement mécanique de l’éperon au moyen d’ancrages passifs et d’autre part l’extension du voile d’injection en rive gauche. Ces travaux ont été réalisés entre mars et juillet 2019 par le consortium com-

Figure 3. Vue aval du barrage.

Figure 4. Ancrages type GEWI Rock Bolt. 174

posé des entreprises Agebat, Rodio Geotechnik et ISR Injectobohr. 2. Conditions géologiques Le barrage de Lessoc est fondé sur des calcaires et des schistes du Crétacé supérieur (Préalpes médianes plastiques; synclinal de la Gruyère). Dans le détail, le massif rocheux se compose de 2 formations (de haut en bas): • Les Couches Rouges, constituées d’une alternance de calcaires et de schistes marneux. • Le complexe schisteux, formé d’une prédominance de schistes argileux renfermant des intercalations cal caires.

Les 2 formations sont séparées par une zone fortement tectonisée formée de schistes argileux broyés en une masse argileuse. Le massif rocheux est dans l’ensemble assez fortement fracturé et plissé, voire fortement tectonisé en rive gauche, en particulier dans les horizons schisteux. Les couches plongent en moyenne de 40 à 50° vers le SE (mais se redressant localement jusqu’à la verticale), soit obl­ ique par rapport à l’axe de l’ouvrage, en direction de la rive droite. En rive gauche, ce plongement se traduit par une inclinaison des couches vers la rivière, c’est-à-dire un pendage aval défavorable du point de vue de la stabilité de la rive, d’autant que la construction du bassin amortisseur les a de surcroît privé de leur butée. Ce défaut a été compensé par la mise en place d’ancrages. Du point de vue hydrogéologique, le rocher est généralement peu perméable. Le complexe schisteux constitue a priori la formation la moins perméable. On notera de plus que les zones tectonisées argileuses constituent à la fois des zones de faiblesse géomécanique et des écrans peu perméables au sein du massif, sans pour autant que leur extension et leur continuité ne soient assurées. 3. Confortement de la falaise y compris dispositif d’auscul tation La stratification du massif et ses fractures verticales, représentant les plans de glissement et de décollement respectivement, ont permis de définir les blocs potentiellement instables de l’éperon rocheux. Le confortement a ainsi été conçu de sorte à garantir la stabilité de ces blocs sous l’effet des charges liées au poids propre, à la pression d’eau ainsi qu’à l’action sismique. Une mise en place d’ancrages passifs, en lieu et place d’actifs, a été privilégiée principalement afin de ne pas modifier l’état de contrainte du massif, d’éviter que la zone de scellement se trouve dans le complexe schisteux et de limiter les frais d’exploitation et d’entretien. L’éperon rocheux a ainsi été conforté par la mise en place de 33 ancrages passifs de type GEWI Rock Bolt disposés sur trois niveaux dans des longrines en béton armé. Ils sont espacés de 2 m et inclinés de 20° par rapport à l’horizontal afin d’éviter toutes interférences avec les tirants d’origine qui sont maintenus en place, leur détente ayant été jugée périlleuse. Avec une longueur de 15 m et un diamètre nominal de 63.5 mm, les ti-

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rants possèdent une résistance interne de 1758 kN (voir Figure 4). Les têtes des barres d’ancrage sont intégrées dans des longrines en béton armé (C30/37) de section rectangulaire (b × h = 0.5 × 0.7 m) et de longueurs variables comprises entre 18.5 et 22.4 m, ancrées à la paroi au moyen de scellements chimiques. Les travaux sui­ vants ont été effectués: • Purge et nettoyage de la falaise par des travailleurs sur corde. • Remplissage des irrégularités de la falaise avant coffrage des longrines à l’aide de gunite et de treillis K283. • Coffrage, armature et bétonnage des différentes longrines par étape en commençant par celle du bas à partir d’un échafaudage préalablement ins tallé contre la paroi (voir Figure 5). • Forage et mise en place des ancra ges (voir Figure 6) au travers de réser ves prévues à cet effet dans les lon grines (tube en PVC de 150 mm de diamètre). • Mise en tension des ancrages et blo cage à la clé dynamométrique (force de blocage = 150 KN). Trois essais d’arrachement (voir Figure 7) ont été effectués sur des tirants présentant une résistance plus grande que les autres (2534 kN) et trois essais de traction ont été menés sur trois autres tirants d’ouvrage (voir Figure 8). Afin de réduire les sous-pressions dans l’éperon rocheux, une nouvelle série de 10 forages a été réalisée au-dessus de la longrine inférieure (759.0 m s. m.). Ces drains de 100 mm de diamètre et 20 m de longueur possèdent une légère pente ascendante (2 %) et ne sont pas revêtus. De plus, les drains existants situés dans le mur bajoyer du bassin amortisseur ont été curés au moyen d’une buse tournante. Le dispositif d’auscultation a également été renforcé et réhabilité afin de suivre au mieux l’évolution du comportement du massif et les effets des travaux. Cela a compris: • Mise en place d’un nouvel exten somètre modulaire à trois câbles de 5, 15 et 30 m, situé au-dessus de la pre mière longrine (766 m s. m.). • Mise en place de 6 nouveaux réflec teurs (2 par longrine) de type GPR 113 comme complément au réseau géo désique. • Remplacement des 5 anciens réflec teurs situés sur les longrines et buton d’origine.

Figure 5. Armatures des longrines avec tuyau de réserve pour les ancrages.

Figure 6. Mise en place d’un ancrage.

Figure 7. Résultats des essais d’arrachement. «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

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4. Renforcement du voile d’injection

Figure 8. Presse pour l’essai d’arrachement.

Figure 9. Schéma d’implantation des forages du nouveau voile d’injection.

Figure 10. Courbes GIN. 176

4.1. Caractéristiques des travaux d’injection Lors de la construction du barrage, un voile au large a été réalisé en rive gauche comprenant 12 forages verticaux de 15 m et espacés entre eux de 2 m. Contrairement au voile au droit du barrage dont la densité de forage était plus grande (espacement de 1 m). En rive gauche, l’absorption moyenne de ciment avait atteint 56 kg/m. Les travaux de renforcement du voile d’injection en rive gauche ont compris la réalisation de 33 forages injectés, exécutés de manière alternée sur une unique rangée (voir Figure 9): • 8 forages primaires (P1 à P8) espacés en moyenne de 5 m. • 7 forages secondaires (S1 à S7) espa cés en moyenne de 2.5 m. • 15 forages tertiaires (T1 à T14 et P7bis) espacés en moyenne de 1.25 m. • 1 forage quaternaire (Q1) et • 2 forages de contrôles (C1 et C2). Les forages, de 75 mm de diamètre et 30 m de profondeur, ont été réalisés verticalement depuis la surface au marteau fond de trou. L’ensemble des paramètres de forage (vitesse d’avancement, pression d’injection et couple) a été enregistré automatiquement sur un ordinateur type Lutz. Un tubage a été mis en place sur les premiers mètres (en moyenne 5 m) forés dans du remblai. L’injection des forages a été réalisée au moyen d’un coulis eauciment stable selon la méthode GIN (Grouting Intensity Number). La composition du coulis a été définie sur chantier sur la base d’essais dont la finalité était de trouver la meilleure recette respectant les critères suivants: • Viscosité selon le cône de Marsh: max. 42 sec. • Décantation: max. 5 % après 90 min. Le coulis ainsi retenu était composé de ciment type Dorodur H70 avec un rapport e/c de 0.9 sans adjuvant. Une seconde recette (Dorodur H70, e/c=1, 0,4 % de fluidifiant type Dynamon SX14) a également été utilisée pour la partie supérieure (de 4 à 10 m) des forages tertiaires afin de déterminer si un coulis plus fluide permettait une meilleure absorption. Ce qui ne s’est pas vérifié. Les paramètres d’injection ont été définis sur la base des contraintes et conditions locales et comprenait deux GIN différents: le premier appliqué au premiers 10 m proche de la surface et le second pour les 20 m suivants (voir Figure 10).

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Pour la partie haute du forage (10 premiers mètres depuis la surface), le paramètre GIN a été fixé à 500 l/m × bar avec une pression maximale de 10 bars (pression statique, mesurée à pompe arrêtée) et une absorption maximale de coulis de 250 l/m. Pour la partie basse (20 derniers mètres), le paramètre GIN était de 1000 l/m × bar avec une pression maximale de 20 bars et une absorption maximale de 300 l/m (voir Figure 11). 4.2.

Exécution des travaux

4.2.1 Plot d’essai Un plot d’essai, intégré au voile final et situé dans sa partie centrale, a été réalisé au début des travaux. Son but était d’adapter les divers critères d’injection aux conditions rencontrées in situ. Il était composé de 5 forages de 30 m (2 primaires, 1 secondaire et 2 tertiaires) repartis sur une ligne d’injection d’une longueur totale de 5 m. Le premier forage primaire ainsi qu’un forage de contrôle traversant le plot

d’essai ont été carottés. Les autres forages ont été exécutés par méthode destructive. Des essais Lugeon ont été effectués dans un des forages primaires ainsi que dans le forage de contrôle (voir Figure 12). Les essais de perméabilité avant injections du forage primaire P5 indi -quaieent des terrains relativement peu perméables avec des valeurs Lugeon généralement inférieures à 5 Lu exception faite d’une passe où une valeur de 11 Lu a été mesurée. L’absorption de coulis de ciment dans les forages primaires était de 122 kg/m et de 144 kg/m dans le secondaire. Elle s’est réduite à 85 kg/m dans les forages tertiaires. Suite aux injections du plot d’essai, un forage de contrôle a été carotté. Les essais de perméabilité du C1 ont révélé des valeurs de l’ordre de 5 Lu dans la partie supérieure du forage et <2 Lu en dessous de 15 m. Sur la base des résultats du plot d’essai, il a été décidé de faire systématiquement des forages tertiaires.

Figure 11. Coupe type d’un forage.

Figure 12. Résultats des essais Lugeon. «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

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Figure 13. Résultat d’un essai OPTV.

Figure 14. Résultats des injections.

4.2.2 Forages de reconnaissances Les conditions géologiques rencontrées ont été déterminées au début des travaux d’injection sur la base des deux forages carottés du plot d’essai. Les observations des carottes ont été complétées par les scans optiques (voir Figure 13) qui ont été réalisés dans les deux forages carottés ainsi que dans un des forages destructifs. Les conditions géologiques au droit du voile d’injection peuvent être résumées comme suit: • Sous une couche de remblais d’une épaisseur variant de 2 à 7 mètres, le massif rocheux est constitué d’alter nances de schistes argileux et de cal caires du Complexe Schisteux. • Le massif rocheux, d’un RQD moyen de l’ordre de 40 %, est parcouru de nombreuses discontinuités, en parti culier des joints de stratifications et des fractures soudées par de la calcite ou avec des remplissages limoneux. • On notera que dans la partie supéri eure des forages (au-dessus de 15 m), les fractures sont fréquemment oxy dées, signe qu’elles sont hydraulique ment conductrices, mais elles présen tent souvent un remplissage limon oargileux millimétrique à centimétrique particulièrement en ce qui concerne les fractures parallèles à la stratifica tion. Plus en profondeur, on n’observe pas d’oxydation et peu de remplissage limoneux par contre des fractures ou vertes ont été mise en évidence par le scan optique.

• Des niveaux mylonitisés assez com pacts ont été rencontrés localement. En général ils ne présentent pas de trace de circulation d’eau, mais peu vent former localement des écrans étanches du fait de leur composition argileuse.

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4.2.3 Réalisation de l’extension du voile Les séquences de forages ont été respectées (primaire, secondaire, tertiaire). Les injections de deux forages d’une même série ont été faites simultanément tout en respectant une distance minimale de 8 m entre eux. Un minimum de 24 heures entre les injections de ces forages et les forages intermédiaires a été imposé afin d’assurer la prise du coulis. Les injections des forages ont eu lieu par méthode ascendante sur toute la longueur du forage. La limite supérieure des injections étant déterminée par la position des remblais. Suite aux injections des forages tertiaires, seul un forage quaternaire a été estimé nécessaire. Les résultats des injections sont synthétisés dans le tableau ci-dessous. Aucune diminution d’absorption n’a été observée entre les forages primaires et secondaires. Par contre entre les forages secondaires et tertiaires l’absorption est réduite d’un facteur de l’ordre de 70 %. Une réduction d’environ 50 % est aussi visible entre les forages Tertiaire et le forage Quaternaire. Les résultats des injections sont illustrés sur la Figure 14.

L’analyse des résultats amène les observations suivantes: • Les injections de surface (GIN 1) ont été arrêtées soit par atteinte de la pres sion maximale soit par injection d’un faible volume de coulis à très faible débits. Ces deux cas de figure révè lent la faible injectabilité de la masse rocheuse dans la tranche de supéri eure de la rive gauche. Ceci peut être expliqué par les remplissages limo neux des fractures plus fréquents en surface rendant difficile la pénétration du coulis ainsi que par les pressions maximales possibles plus faibles. • Les résultats des injections des pas ses plus profondes (GIN 2) montrent que, globalement, d’une série à la sui vante le volume absorbé diminue alors que la pression finale augmente. Ces résultats sont satisfaisants témoignant que la méthode employée est adaptée aux conditions locales. 4.2.4 Forages de contrôle A la fin des injections, un forage carotté de 30 m a été exécuté avec un angle de 15º sur la verticale afin de recouper une zone du voile où des absorptions importantes avaient été localement observées. Les essais de perméabilité ont révélé des valeurs inférieures à 2 Lu dans la tranche injectée du massif. Des valeurs faibles d’absorption ont été enregistrées (47 kg/m), en particulier dans les passes profondes, confirmant les basses valeurs de perméabilité.

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Figure 16. Drains et piézomètres dans le barrage. Figure 15. Foreuse tricycle AK 14. La fin des travaux a donc été décidée sur la base de la réduction des quantités absorbées et des résultats Lugeon satisfaisants. 5. Chantier En moyenne il y avait 8 personnes sur chantier dont 3 pour les travaux du voile d’injection et 5 pour ceux de l’éperon rocheux. L’équipe pour les injections était composée de 1 contremaitre, de 1 centraliste injection et de 1 manœuvre. Celle pour les travaux de l’éperon comprenait 1 contremaitre, 1 maçon, 1 machiniste, 1 cordiste et 1 manœuvre. Les principales machines présentes sur chantier étaient: 1 grue à montage rapide Liebherr 34 K (30 m de portée, 24 m de hauteur utile et 1200 kg de charge utile), 1 foreuse EGT 1500 pour le voile d’injection, 2 foreuses tricycle AK 14 pour les ancrages de l’éperon (voir Figure 15). Les rendements observés sont les suivants: • Forage destructif dans l’éperon rocheux: 1 pcs/jour / foreuse. • Forage destructif pour le voile d’in jection: 1 h 45 / forage, soit environ 3.5 min./m. • Forage carotté: 5 m / jour. Concernant les installations de chantier, la base vie se trouvait en rive droite du barrage alors que les installations propres aux deux interventions étaient en rive gauche. La route d’accès traversant le barrage a été maintenue en service durant toute la durée des travaux moyennant une gestion de trafic à l’aide de feux de signalisation.

Figure 17. Vue de l’éperon une fois les travaux terminés. Une stratégie de surveillance ac­ crue avant, pendant la durée des travaux et l’année d’après a été mise en place, sur la base des exigences techniques de l’OFEN formulées sous forme de conditions dans le permis de construire. Elle comprend les points suivants: • Avant les travaux: réalisation d’une campagne de mesure complète de l’ensemble des mesures d’auscultation, y compris la géodésie et le nivellement. • Pendant les travaux : relevé hebdoma daire de la piézométrie et des infiltra tions du barrage ainsi que relevé men suel de la géodésie.

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Après les travaux: relevé géodésique mensuel des nouvelles cibles sur l’éperon rocheux durant la première année puis annuel dès la suivante. Un nouveau fissuromètre a également été installé sur le joint amont du barrage avant les travaux d’injection afin de pouvoir détecter tout comportement anormal du barrage (par ex. soulèvement). Finalement, un filet d’eau a été introduit en permanence dans les drains situés proche de la zone d’injection afin d’éviter leur colmatage par du coulis. L’effet des travaux sur le comportement du barrage, et plus précisément sur la piézométrie, 179


pourra être quantifié dans quelques mois sur la base des mesures d’auscultation. Il est possible de dire que les travaux n’ont pas eu d’impacts défavorables sur le barrage et que le seul incident à déplorer est l’obstruction de l’un des drainages par l’injection du voile (voir Figure 16). Les travaux se situant à proximité d’étendue d’eau de surface (retenue à l’amont et rivière à l’aval), des mesures spécifiques ont été mises en place pour éviter toute contamination. Elles comprenaient notamment la mise en place de bâches de protection et de récupération fixées à l’échafaudage ainsi que des systèmes de récolte des eaux, de décantation et de neutralisation. Les eaux récol-

tées étaient, après traitement, évacuées via le réseau d’eaux usées. La réalisation des travaux n’a eu que peu d’impacts sur l’exploitation de l’aménagement qui a pu rester en service durant toute la durée du chantier. Une ada­ ptation du règlement de manœuvre des vannes a été appliquée durant les travaux afin de privilégier l’ouverture des vannes situées le plus loin de la zone de travail en premier. En cas de prévision de crues, les ouvriers étaient prévenus afin de prendre les mesures nécessaires. Au total 3 crues sont survenues durant la période des travaux occasionnant des ouvertures des vannes avec des lâchers de 50 m3/s, sans créer aucun dégât.

6. Coût des travaux Le montant total des travaux s’élève à 1 million de CHF, les prestations des mandataires et du MO comprises. Une vue de la falaise, travaux terminés, est visible sur la Figure 17. Adresse des auteurs Isabelle Fern, Lombardi SA, Route des Grives 4, CH-1763 Granges-Paccot, isabelle.fern@lombardi.group Ariane Jonneret, Norbert SA, Grande Rue 44, CH-1680 Romont geol-rmt@norbert-sa.ch Jean-Claude Kolly , Groupe E SA, Route de Morat 135, CH-1763 Granges-Paccot, jean-claude.kolly@groupe-e.ch

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Robert Müller und sein Leben für die 2. Juragewässerkorrektion Willi H. Hager

Zusammenfassung Die 1. und 2. Juragewässerkorrektion von 1868 bis 1891 sowie von 1962 bis 1973 haben das Berner Seeland und die umliegenden Seen nachhaltig verändert. Waren bis Mitte des 19. Jahrhunderts Überschwemmungen dort noch eine traurige Tatsache, sind diese ab 1970 praktisch nicht mehr aufgetreten. Während bei der 1. JGK die Aare in den Bielersee abgeleitet wurde, um damit sowohl eine Rückhaltewirkung also auch Sedimentablagerungen im flachen Aarelauf zu umgehen, ist in der 2. JGK speziell der sogenannte Einheitssee entwickelt worden, damit alle drei Juraseen die oben erwähnten Aufgaben übernahmen. Es handelte sich also um ein interkantonales Grossprojekt, das durch den Hydraulik-Professor Müller als Bauleiter übernommen wurde, der somit seine an der ETH Zürich erworbenen Kenntnisse in die Praxis umsetzen konnte. Der Erfolg des Projekts gab dem Ingenieur in seinen Taten recht. Noch heute profitiert ein wichtiger Teil der Schweiz von seinen bedeutenden Taten sowohl in politischer, wirtschaftlicher als auch naturschützerischer Hinsicht. Die einzelnen Schritte hin zu seinem Werk werden in diesem Aufsatz beschrieben mit der Absicht, ähnliche weitsichtige Projekte auch in Zukunft zu formulieren und zur Ausführung zu bringen.

Summary The first and second corrections of the Jura waters from 1868 to 1891 and from 1962 to 1973, respectively, have had a great impact on both the Bernese Seeland and the neighboring Lakes of Murten, Neuchatel and Biel. Whereas inundations in the early 19th century were still a sad reality, these have almost completely been removed by 1970. During the first correction, Aare River had been diverted to Lake Biel to improve the river capacity as also to remove sediment aggradations along the flat old river reach. During the second correction project, the entire Jura waters were hydraulically connected to form a large reservoir whose elevation differences were nearly absent. This project was supported by its five surrounding cantons and the Swiss State. The works were directed by the former hydraulics professor Müller, who previously had acquired his knowledge at ETH Zurich. The success obtained with the project supported his outstanding ideas. Even today, a large portion of Switzerland profits from his pioneering actions in political, agricultural and environmental respect. The various steps toward this final success are highlighted in this work to stimulate similar projects also in the future.

1. Einleitung Die Schweiz wird von einer Vielzahl von Seen überzogen, die untereinander durch Flüsse verbunden sind. Dabei nimmt die Aare eine wichtige Stelle ein. Sie entspringt an den Aargletschern beim Grimselpass, führt dann über den Brienzer- und Thunersee nach Bern, wo sie ursprünglich weiter über die Kantone Solothurn und Aargau bei Koblenz in den Rhein mündete. Infolge der Überschwemmungen im Bereich der drei Juraseen wurde seit dem 18. Jahrhundert versucht, den Fluss durch Korrektio­ nen zu bändigen. In der 1. Juragewässerkorrektion (JGK), einem der grossen Flussbauprojekte des 19. Jahrhunderts, sanierten der Bund und die Kantone das versumpfte und von Überschwemmungen bedrohte Berner Seeland, indem die Aare und ihr Geschiebe in den Bielersee umgeleitet wurden. Dazu wurde ab Aarberg die alte Aare durch den Hagneckkanal ersetzt, der Wasser und Geschiebe in den Bielersee ergiesst. Bei Nidau verlässt sie den Bielersee und fliesst durch den NidauBüren-Kanal, um vor Büren wieder ihr altes Flussbett zu erreichen. Die Strecke des natürlichen Flusslaufs zwischen Aarberg und Büren, die sogenannte Alte Aare, bildet ein naturbelassenes Gebiet, das nördlich des Kanals um den weiten, bei der Flusskorrektion abgeschnittenen Altlauf im sogenannten Häftli ergänzt wird (Bild 1). Dieses Prinzip wurde vom Linthprojekt über-

Bild 1. Heutige Juragewässer von Neuenburg bis Solothurn (Vischer 2003). «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

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nommen, wo der Walensee dazu benutzt wurde, diese beiden Aspekte eines Flusses, also Hochwasser und Geschiebe, in einen See zu leiten, um damit die im Unterwasser anschliessenden Ebenen davon frei zu halten. In beiden und weiteren Fällen wurden diese Ziele zu einem guten Teil erreicht (Vischer 2003). Die wichtigsten Persönlichkeiten der 1. JGK waren der Mediziner Dr. Johann Rudolf Schneider (1804–1880), der Bündner Oberingenieur Richard la Nicca (1794–1883) und Oberingenieur Gustav Bridel (1827–1885) (Frey et al. 1956). Beide Seen wurden jedoch nicht reguliert, was zu flussbaulichen Problemen im Unterwasser dieser Seen führte. Bei der Linth in Weesen ist dies noch heute der Fall, ohne dass damit negative Erscheinungen entstanden. Beim Aare-Ausfluss aus dem Bielersee, aber auch bei den beiden anderen Juraseen, dem Neuenburger- und dem Murtensee, hatte dies gravierende Folgen, da die Höhenunterschiede zwischen den drei Seen zu gering waren und somit Rückstau auftrat. Das Regulierwehr Port steuert seit 1939 den Wasserhaushalt der Seen und der Aare im Abschnitt am Jurasüdfuss. In der Pegelstation bei Murgenthal wird der für die Regulierung massgebliche Wasserstand der Aare gemessen, weil sich dort auch die von der Emme zugeführte Wassermenge auswirkt. Noch war das Problem der Juraseen jedoch keineswegs gelöst. Die ab 1960 in Angriff genommene 2. JGK hat sich dieser und vieler weiterer Probleme angenommen, die hier skizziert werden. Dabei ist der Name des Ingenieurs Robert Müller zentral. 2. Werdegang von Robert Müller Robert Edmund Müller, Bürger von Stein am Rhein, wurde am 7. Januar 1908 in

a)

Bild 2. Robert Müller 1931 beim Eintritt in die VAW (Anonym 1931). 182

Baden geboren (Vischer 1988). Er durchlief dort und in Aarau die Schulen, um ab 1927 an der ETH Zürich das Bauingenieur-Studium zu belegen, welches er 1931 erfolgreich abschloss. Darauf trat er an die 1930 eröffnete Versuchsanstalt für Wasserbau ein (Bild 2), die sein Wasserbau-Professor Eugen Meyer-Peter (1883–1969) leitete. Er wurde auf das wissenschaftliche Projekt Geschiebetransport angesetzt, da die VAW eine Lösung für den Alpenrhein im Oberwasser des Bodensees für das Bundesamt für Wasserwirtschaft zu erarbeiten hatte. Unter der Federführung von Dr. Henri Favre (1901–1966) wurde zusammen mit Hans Albert Einstein (1904–1973), dem Sohn des Physikers Albert Einstein (1879– 1955), vorerst das Problem von uniformem Sedimenttransport gelöst; die entsprechende Veröffentlichung erschien bereits 1934. Um auch praxisrelevante Aspekte dieser Problemstellung abzudecken, mussten während der nächsten 14 Jahre eine Vielzahl anderer Fragen beleuchtet werden, etwa die Einflüsse von Geschiebemischungen, unterschiedlichen Rauheiten von Flusssohle und Fluss­ufer, von Verengungen und Erweiterungen oder gar von Flusskrümmungen. Nachdem Einstein als Jude auf dringenden Aufruf seines Vaters 1937 die Schweiz verlassen hatte, wurden diese Aufgaben an Müller übertragen. Zudem hatte Meyer-Peter eine Anzahl seiner führenden Mitarbeiter, etwa die bereits erwähnten Favre, Einstein sowie Charles Jaeger (1901–1989) durch deren Abgänge verloren, womit schliesslich nur noch Müller zu seinen leitenden Mitarbeitern zählte. Dieser übernahm 1938 die Leitung der Hydraulischen Abteilung, wurde daneben aber immer wieder mit zusätzlichen Arbeiten belastet, sodass er seine Dissertation erst 1943 einreichte. Diese hatte jedoch nichts mit Geschiebetransport zu tun,

sondern beschäftigte sich mit den theoretischen Grundlagen der Fluss- und Wildbachverbauungen. Bereits 1944 erhielt Müller den Titel des Privatdozenten dank seiner Schrift «Die Kolkbildung beim reinen Unterströmen und allgemeinere Behandlung des Kolkproblemes». 1947 erfolgte seine Ernennung zum ausserordentlichen Professor für Hydraulik an der ETH. In der Folge wurde die verallgemeinerte Geschiebetransport-Formel erarbeitet, die dann 1948 am IAHR-Kongress in Stockholm präsentiert wurde. Sie dient noch heute als Fundament in diesem Problemkreis und ist auch als Meyer-PeterMüller-(MPM-)Formel bekannt (Hager 2016). Bild 3 zeigt Müller und Meyer-Peter an einem Anlass der Versuchsanstalt. Müller beschäftigte sich nun vermehrt mit Wildbachverbau, Flussbau und Wasserkraftanlagen. Sowohl er als auch Hans Albert Einstein versuchten, die Nachfolge von Meyer-Peter als Wasserbau-Professor an der ETH zu übernehmen. Infolge der Veränderungen in diesem Lehrgebiet nach dem 2. Weltkrieg vom Flussbau hin zum Talsperrenbau und entsprechender industrieller Entwicklungen blieben beide Kandidaturen jedoch unberücksichtigt. Der Nachfolger Gerold Schnitter (1900–1987) war zwar auch kein Wasserbau-Ingenieur, sondern Funda­ tionstechniker, dessen Beziehungen weit in das Gebiet des Talsperrenbaus reichten. Er wurde ab 1952 Wasserbau-Professor und ab 1953 Direktor der Versuchsanstalt für Wasserbau und Erdbau (VAWE) (Vischer und Schnitter 1991). Damit schwand der Einfluss von Müller an der ETH, womit er sich für eine alternative Stelle umsah. Der Anhang gibt einen Briefwechsel zwischen Müller und Meyer-Peter aus dem Jahr 1960 wieder; er zeigt deren gutes Verhältnis auf.

b)

Bild 3. An einem gemeinsamen Anlass (a) Müller und Meyer-Peter, (b) Meyer-Peter (Nachlass von Prof. Dr. Robert Müller).

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Es soll hier noch angemerkt werden, dass sich Müller nach der Inbetriebnahme der 2. JGW 1974 nach Bellmund zurückgezogen hatte, wo er den Lebensabend verbrachte. Man traf ihn auch oft im Tessin an, wo er ein Ferienhaus erbaut hatte. Vischer (1988) beschreibt diesen Lebensabschnitt ausführlich, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen werden soll. 3. Projekt- und Bauleiter der 2. JGK 1957 trat Müller die Stelle des Leiters der 2. JGK an, mit Sitz in Biel, weshalb er im nahegelegenen Bellmund für seine zehnköpfige Familie ein Haus erbaute, in welchem er bis zu seinem Tod verblieb. Das im 20. Jahrhundert vermutlich grösste Flussbauprojekt wurde vom Bund und den fünf Kantonen Bern, Freiburg, Neuenburg, Solothurn und Waadt unterstützt. Das Resultat war demnach ein grosses Gremium von Experten, die Müller mehr oder weniger mit seinen Taten befriedigen musste. Das Projekt wurde 1960 bewilligt, mit Bundesbeiträgen von 50 % der Gesamtkosten von rund 106 Mio. CHF, inklusive Landerwerb. Müller wurde bereits am 3. Januar 1957 für die 2. JGK angestellt. Die Dienstinstruktionen an den Bauleiter: • Er untersteht der interkantonalen Bau kommission. • Er nimmt an den Sitzungen der Kom mission des technischen Ausschusses teil, mit beratender Stimme. • Er hat den Aufträgen der Kommission Folge zu leisten. • Anstellungen und Entlassungen des Bauleitungspersonals erfolgen seinem Antrag gemäss durch die Kommission. • Einzelgeschäfte bis zu 5000 CHF lie gen in seiner Kompetenz. • Der Bauleiter hat periodische Berichte über den Personalbestand, den Stand der Bauarbeiten und das Inventar ab zugeben. • Die Abnahme der fertiggestellten Bau werke führen die Bauleitung und die Kommission durch. • Es besteht Meldepflicht über histori sche und naturwissenschaftliche Fun de. • Die Annahme von Geschenken durch die Bauleitung ist verboten. 4. Das Korrektionsprojekt Müller stellte fest, dass die extremen Seewasserstände der drei Juraseen nur wenig schwankten; es ging um Dezimeter. Höchstwerte waren mit Überschwemmungen verbunden, während die um rund

3 m tieferen Niedrigwerte unannehmbar für die Landwirtschaft, Fischerei und Schifffahrt waren. Es wurden deshalb neue Extremwasserspiegel festgelegt, die nur noch um etwa 2 m auseinanderlagen. Der Nidau-Büren-Kanal war deshalb stark zu vertiefen, um Überschwemmungen zu verhindern. Weiter wurde festgehalten, dass bei Hochwasser am Bielersee das Wasser ungehindert zum Neuenburgersee zurückfliessen kann, und umgekehrt, falls von der Aare her weniger Wasser dem Bielersee zufloss. Entsprechend musste der Verbindungskanal Zihl ausgebaut werden, um diesen Ansprüchen zu genügen. Beim Murtensee und seinen umliegenden grossen Kulturflächen waren die Hochwasserstände durch den Ausbau des Broyekanals genügend abzusenken. Nach Müllers Berechnungen musste der Zihlkanal (Broyekanal) um 1.2 m (2.0 m) abgesenkt und von 32 auf 45 m (von 23 auf 38 m) verbreitert werden. Seine Vision war ein Einheitssee der bis dahin bestandenen drei Seen und des verbindenden Kanalsystems. Das Projekt wurde 1958 genehmigt, nachdem Müller nachgewiesen hatte, dass sich die Hochwasser der Jahre 1910, 1944, 1950, 1952 und 1955 damit grösstenteils hätten verhindern lassen. Es wurden dann die wichtigsten Arbeiten zur Erreichung der Zielsetzungen in Angriff genommen, nämlich die Erweiterung des Broyekanals sowie die Arbeiten unterhalb von Nidau. Anschliessend war die Erweiterung des Zihlkanals geplant. Man sah eine Bauzeit von 12 Jahren vor, aber bereits nach 6 Jahren war die Überschwemmungsgefahr nachhaltig reduziert. Nach einigen Bereinigungen zwischen den Kantonen und dem Bund wurde das finanziell leicht reduzierte Projekt von 89 Mio. CHF dem Bundesrat Anfang 1959 vorgelegt. Die Antwort des Bundesrats war nicht sehr ermutigend: Man verlangte starke Reduktionen bei den Projektkosten und wollte anstelle einer Kostenbeteiligung von 50 % lediglich 40 % ausrichten. Anwohner, die vom Projekt profitierten, sollten finanziell nicht entschädigt werden. Die Replik der Kantone auf diese Botschaft war eine noch bessere Information über die grossen Vorteile dieses nationalen Werks. Durch die 2. JGK würde ein Gebiet von 80 km2 nicht mehr überschwemmt, zudem würden etwa 120 km2 sicheres Kulturland entstehen. Des Weiteren würden durch den Ausbau der Verbindungskanäle bereits vor einem Hochwasser die Seen abgesenkt, womit diese zur Aufnahme der Fluten bereitständen. Die 2. JGK stelle also

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Bild 4. Robert Müller orientiert 1967 Regierungsrat Schneider (Ehrsam 1974). auf lange Sicht ein wirtschaftliches Werk von grosser Bedeutung dar, dessen Kosten sich verantworten liessen. Unter diesen Aspekten war der Bundesrat bereit, eine Botschaft an die Bundesverwaltung auszuarbeiten. Die Vorbereitungen zum Bundesbeschluss liefen in der Frühjahrssession 1960 an. Der Präsident der interkantonalen Vereinigung für die 2. JGK, Nationalrat Müller (Aarberg), und Robert Müller, führten die Bundesbehörden durch das Projektgebiet und pochten dabei insbesondere auf einen höheren Kostenanteil des Bundes. Schliesslich einigte sich das Parlament auf die ursprünglichen 50 % Bundesbeitrag an die 2. JGK. Der vom 5. Oktober 1960 datierte Bundesbeschluss war innert einem Jahr von den fünf Kantonen ebenfalls anzunehmen, ansonsten erlosch der Vertrag. Bereits Ende Mai 1961 lagen alle Abstimmungsergebnisse vor; sie waren durchaus positiv. Damit konnte an die Realisierung des Projekts geschritten werden. Das aus­serordentliche Verhandlungsgeschick Müllers ist hier zu erwähnen. Oft resultierte eine für alle Beteiligten annehmbare Lösung durch diese Gabe. Er war zudem effizient, exakt, aber hie und da auch eher hart, um schliesslich zur finalen Lösung eines Problems zu gelangen. Bild 4 zeigt Müller mit Regierungsrat Schneider. 5. Die Bauausführung Die einzelnen Bauprojekte betrafen den Broyekanal (Los 1), den Nidau-BürenKanal (Los 3), den Zihlkanal (Los 2), die Aarekorrektion von Büren bis zur Emmemündung (Los 4) und die Erstellung von Kraftwerken. Bild 1 zeigt das Projektgebiet 183


mit den Losen. Nachfolgend werden diese beschrieben. Der Broyekanal stellt die ursprüngliche Verbindung zwischen dem Murtenund dem Neuenburgersee dar. Dieser Kanal war jedoch während Hochwassern zu klein; es entstand Rückstau, sodass der Murtensee überlief. Damit erhöhten sich auch die Schäden im Grossen Moor. Somit war der Querschnitt des Broyekanals auf das rund Vierfache zu vergrös­sern. Der 8.8 km lange Kanal musste in der Breite verdoppelt und um 2.3 m vertieft werden, zudem war eine Ufer- und Sohlsicherung zu verlegen. Die Errichtungskosten beliefen sich auf 16 Mio. CHF, die Bauzeit wurde auf 5 Jahre veranschlagt. Das Projekt wurde 1966 abgeschlossen, gleichzeitig war das Problem des zu hohen Wasserstands im Murtensee gelöst. Nach dem Hochwasser von 1970 hatte der Broyekanal seine hydraulische Probe bestanden. Müller sprach von einem schönen Erlebnis im Zusammenhang mit der Erweiterung des Broyekanals. Speziell erfreuten ihn archäologische Funde und die Zusammenarbeit mit Ornithologen im Naturschutzgebiet Fanel bei der Kanalmündung in den Neuenburgersee (Müller, 1971a). Der Nidau-Büren-Kanal stellt die Verbindung zwischen dem Bielersee und dem alten Aarelauf dar. Er ist fast 3 km länger als der Broyekanal, und es stan-

den umfangreiche Aushubarbeiten auf rund 5 m Tiefe zum damaligen Flusslauf an. Die Erstellungszeit wurde auf 7 Jahre veranschlagt. Diese Arbeiten wurden mit dem amerikanischen Manitowoc-Bagger ausgeführt, einem Gerät, das 4.5 Mio. CHF kostete (Bild 5). Sein Schwimmkörper bestand aus 45 Tonnen schweren Pontons von 45 m Gesamtlänge und 11 m Gesamtbreite. Sein Gesamtgewicht betrug 615 Tonnen. Damit liess sich die Schleuse von Port durchqueren. Der Riesenbagger arbeitete mit 8 Tonnen schweren Hochlöffeln oder einem Greifer von fast 5 m3 Inhalt. In der Arbeitsstellung stützte er sich auf drei antriebbare Füsse von 20 m Länge ab. Der Gigant konnte sich um 90° drehen und mit dem Greifer Felsteile aus grosser Tiefe entfernen. Für den Abtransport des Aushubs wurden 6 Klappselbstfahrer von 300 m3 Fassungsvermögen eingesetzt. Müller war sich bewusst, dass für diese neuartigen Installationen und maschinellen Ausrüstungen eine längere Vorbereitungszeit notwendig wurde. Die Kanalvertiefungen und Böschungssicherungen wurden 1970 abgeschlossen; 1973 dann wurde auch dieses Bauwerk in Betrieb genommen. Die Gesamtkosten beliefen sich auf 32 Mio. CHF. Eine Überprüfung des Hochwasserdurchflusses in Brügg ergab praktisch den von Müller berechneten Wert, ein weiteres Qualitätsmerkmal des Ingenieurs.

Die Arbeiten am Zihlkanal begannen im Sommer 1965 nach dem Freiwerden der Installationen am Broyekanal. Die dort gesammelten Erfahrungen sowie die versierte Belegschaft versprachen eine gute und projektgemässe Durchführung der Arbeiten. Bis Anfang 1968 wurde die Kanalstrecke vom See bis zur Zihlbrücke verbreitert, vertieft und gesichert. Ende 1968 waren dann die Arbeiten vom Neuenburgersee kanalabwärts entlang von 5 km ausgeführt. Auf den folgenden 2 km war der Zihlkanal verbreitert, aber noch nicht vertieft. Schliesslich wurde der 8.5 km lange Kanal an den Ufern um rund 40 m verbreitert und durchgehend um 2.3 m vertieft, womit er auf Terrainhöhe 84 m und an der Sohle 50 m breit ist. Die minimale Wassertiefe beläuft sich auf gut 5 m, im Mittel ist diese sogar 6 m. Die Gesamtkosten beliefen sich auf 21 Mio. CHF. Durch die korrigierten Kanäle von Broye und Zihl wurden die drei Juraseen zum angestrebten Einheitssee, der Vision von Müller folgend, Tatsache. Die Wasserstände der drei Seen weichen somit nur noch wenig voneinander ab, und dieser Stand lässt sich durch das Wehr in Nidau-Port regulieren. Das erste Hochwasser dieser Periode, jenes von 1970, wurde nach der Korrektion schadlos abgeführt. Im Mai 1971 wurde das Bauwerk den Kantonen Neuenburg und Bern übergeben. Es wurde

Bild 5. Manitowoc-Schwimmbagger (Ehrsam 1974). 184

«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


festgestellt, dass das Werk nicht nur mustergültig hinsichtlich der Bautechnik war, sondern zudem eine Harmonie hinsichtlich Natur- und Heimatschutz darstelle. Die Korrektion der Aare von Büren bis zur Emmemündung begann 1964. Die Ufersicherungen erfolgten von 1965 an, um 1967 längs 7 km abgeschlossen zu sein. An dieser Stelle sei erwähnt, dass als Unterwasserabschluss der 2. JGK das Kraftwerk Flumenthal nach einigem Zögern erstellt wurde. Damit wurde der Grundwasserspiegel entlang dem Lot 4 angehoben, die Niederwasserhaltung op­timiert und gar Energie produziert. Die Aare­korrektion bezweckte wiederum eine Erhöhung der Durchflusskapazität um Hochwasser im Aaretal oberhalb von Solothurn zu vermeiden. Im Verlauf des Jahres 1970 wurde der sogenannte Emmeriegel, ein Molasse-Rücken, an welchem sich Ablagerungen des Rhonegletschers während der letzten Eiszeit und Geschiebe der Emme laufend ansammelten, entfernt. Die Felsschwelle führte früher bei Hochwasser zum Rückstau der Aare und oft zu Überschwemmungen oberhalb von Solothurn. Im Frühjahr 1973 war das gesamte Korrektionswerk nahezu abgeschlossen. Die Arbeiten von Los 4 beliefen sich auf 45 Mio. CHF. Ein offizieller Beamter erklärte (Ehrsam 1974): Als vielleicht für Generationen einmalig werden die Bauaufgaben bezeichnet, in Anbetracht der mehr als 11-jährigen Bauzeit und der Zusammensetzung der Bauherrschaft aus fünf Kantonen. Aussergewöhnlich sei auch die Berufung eines Hochschulprofessors für die Projekt- und Bauleitung. Der Ingenieur schloss mit

einem besonderen Dank an Bauleiter Prof. Müller, welcher nicht nur hie und da berechtigte Kritik geübt, sondern das Projekt mit Rat und Tat unterstützt habe, sodass es schliesslich zum Erfolg wurde. Bei allen drei Kanälen wurde das Aushubmaterial in die drei entsprechenden Seen versenkt, was zu Polemik Anlass gab. Es sei doch unvernünftig, im Zeitalter der Abwasserreinigung unsere Seen mit tonigem Material zu verschmutzen. Nach und nach beruhigte sich die Stimmung zugunsten des Baufortschritts und der Verbesserungen des Seetals. Es gab insgesamt auch fünf Todesfälle zu beklagen. Schliesslich ist zu erwähnen, dass eine Vielzahl von Brücken über das korrigierte Kanalsystem zu errichten waren, einerseits infolge zugenommener Kanalbreiten, andererseits infolge viel tieferer Kanäle. Zudem hatte der Verkehr in den vergangenen Jahren massiv zugenommen, was breitere Brücken erforderte. Insgesamt werden von Ehrsam (1974) 21 Brücken genannt. Dafür wurden insgesamt fast 5 Mio. CHF aufgewendet. Wie erwähnt wurde dem Naturschutz während der Projekt- und Bauausführungsarbeiten spezielle Aufmerksamkeit gewidmet. Die Naturschutzkreise legten dabei grosses Gewicht auf den Erhalt der Schutzgebiete Meienriedloch, Häftli und Fanel, des Mündungsbereichs der Broye in den Neuenburgersee (Bild 6). Auch wurde gefordert, dass die durch die Bauarbeiten zerstörten Uferbereiche wiederbepflanzt werden müssen. Dies betraf vor allem die Ufer der Kanäle von Broye und Zihl, aber auch die Aareufer. Es

Bild 6. Vogelschutzinseln im Fanel-Reservat (Ehrsam 1974).

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wurde abschliessend festgestellt, dass die 2. JGK sowohl die Natur, die Landschaft, die Fische als auch die Vögel schützt; das Projekt war somit auch hinsichtlich dieser Aspekte erfolgreich. Gleichzeitig wurde während dieser Arbeiten ein archäologischer Dienst unter der Leitung von Dr. Hanni Schwab ins Leben gerufen, um auch diesem Aspekt zu genügen. Als 1973 das Gesamtprojekt abgeschlossen war, wurden Fragen um den zukünftigen Unterhalt des Werks diskutiert. Man kam zur Ansicht, dass dieser von allen beteiligten Kantonen zu tragen wäre. Anfänglich wurden die Kosten auf nur 150 000.– CHF veranschlagt, an denen sich die Kantone anteilsmässig beteiligten. 6. Die Einweihung der 2. JGK Nach der technischen Vollendung des Projekts im Sommer 1973 luden der Kanton Bern als Hauptbeteiligter und die Bauleitung zu einer Schlussfeier ein. Zuerst sollte eine Besichtigungsfahrt von Solothurn nach Büren unternommen werden. Am 23. August nahmen die rund 300 geladenen Gäste auf dem Motorschiff Stadt Solothurn Platz. Nachdem das Werk im Namen der drei Landeskirchen dem Schutz Gottes unterstellt wurde, erläuterte Prof. Müller Einzelheiten des Projekts und wies gleichzeitig auch auf die reichen Schilf- und Weidenbestände sowie auf die dort lebenden Vögel und Fische hin (Bild 7). Unter den Klängen der Stadtmusik von Büren zog die Festgemeinschaft durch das beflaggte Städtchen zum Bahnhof, um dort den Extrazug zu besteigen, der die Gesellschaft über Lyss nach Aar-

Bild 7. Einklang von Natur und Hochwas­ serschutz der 2. JGK (Ehrsam 1974). 185


berg führte. Der eigentliche Festakt sollte dort im Hotel Krone stattfinden, wo sich auch Bundesrat Roger Bonvin sowie die Regierungen der beteiligten Kantone eingefunden hatten. Ein spezieller Dank wurde nochmals Prof. Müller ausgesprochen mit den Worten (Ehrsam 1974): «Es fällt schwer, diesem Mann, der mit genialem, grosszügigem Wurf und zähem Durchhalten auch in schwierigsten Situationen seine Aufgabe gelöst hat, gerecht zu werden. Mehr als Worte es vermögen, drückt es die Tatsache aus, dass die Kantone auf der Suche nach dem besten Hydrauliker keinen der ihrigen, sondern einen aus dem Kanton Aargau zu diesem Werk berufen haben. Darin liegt wohl die grösste Ehrung Prof. Müllers. Sie konnte nur noch durch seine beispielhaften Leistungen und durch seinen während 16 Jahren unermüdlichen Einsatz mit hohem Verantwortungsbewusstsein in allen seinen Entscheiden für die 2. JGK übertroffen werden. Deshalb war es ihm vergönnt, das grösste interkantonale Bauwerk unserer Zeit zu schaffen.» Hierauf wurde von Regierungsrat Erwin Schneider das Werk der schweizerischen Öffentlichkeit übergeben. Zur Erinnerung an diesen denkwürdigen Tag wurden allen Teilnehmer eine Gedenkmedaille sowie das Buch «Die Vergangenheit des Seelandes in neuem Licht» geschenkt. 7. Zusammenfassung Die 2. Juragewässerkorrektion von 1962 bis 1973 wird beschrieben. Nach der Diskussion der Nachteile der ersten Korrektion wird darauf hingewiesen, dass weder der Hochwasserschutz noch die Umweltverträglichkeit zu Beginn der 1960er-Jahre gewährleistet waren und demnach eine zweite Korrektion anstand. Dabei wird speziell die Rolle von Robert Müller als der geistige Kopf des Gesamtwerks, als Bauleiter, aber auch als Mensch erwähnt. Durch seine Tatkraft wurde das Werk in der Folge zu einem grossen Erfolg, und ist es auch nach fast 50 Jahren noch immer. Die einzelnen Bauabschnitte werden beschrieben, die Erfolge und Misserfolge während der langen Bauzeit erwähnt, um schliesslich auch über die neu geschaffenen Schutzfunktionen der 2. Juragewässerkorrektion zu berichten. Schliesslich wird die Einweihungsfeier beschrieben. Damit lässt sich auch heute noch feststellen, dass dieses nationale Werk der Schweiz dient, dass es sich während Jahrzehnten bewährt hat und dass Sorge dazu getragen werden soll, damit diese Erfolge auch in Zukunft bestehen. 186

Verdankung

Geschiebemessungen am Rhein. SBZ 110(15):

Der Autor möchte sich bei Frau Susanne Müller,

180–184.

einer Tochter Prof. Müllers, für ihr Interesse an

Müller, R. (1938). Die Anwendung von Strö-

dieser Arbeit bedanken. Sie hat dem Autor nicht

mungsbildern zur Berechnung durchsickerter

nur verschiedene Unterlagen aus dem Nachlass

Erdschüttungen. Strasse und Verkehr 24: 363–

ihres Vaters zur Verfügung gestellt, sondern hat

372; ebenfalls enthalten in Erdbaukurs der ETH

zudem wertvolle technische Arbeiten der ETH-

1938, 12. Institut für Erdbauforschung der ETH,

Bibliothek überlassen. Diese betreffen nicht nur

Zürich.

die 2. JGK, sondern weitere Arbeitsgebiete Mül-

Einstein, H.A., Müller, R. (1939). Über die Ähn-

lers auch während seiner Zeit an der ETH Zürich.

lichkeit bei flussbaulichen Modellversuchen. Schweizer Archiv für angewandte Wissenschaf-

Anhang

ten und Technik 5(8): 226–239.

Das ETH-Archiv besitzt je einen Brief von Mül-

Müller, R. (1943). Theoretische Grundlagen der

ler an Meyer-Peter und umgekehrt (Handschrift

Fluss- und Wildbachverbauungen. Mitteilung

Hs 872: 64, 65). Diese Dokumente werden hier

4. Versuchsanstalt für Wasserbau an der ETH

nachstehend wiedergegeben.

Zürich: Zürich. Eggenberger, W., Müller, R. (1944). Experimen-

Literatur

telle und theoretische Untersuchungen über das

Anonym (1931). Bau-Ingenieure Abteilung der

Kolkproblem. Mitteilung 5. Versuchsanstalt für

Eidg. Techn. Hochschule Zürich 1927–1931.

Wasserbau an der ETH Zürich: Zürich.

ETH: Zürich.

Müller, R. (1944a). Die Kolkbildung beim reinen

Ehrsam, E. (1974). Zusammenfassende Dar-

Unterströmen und allgemeinere Behandlung

stellung der beiden Juragewässerkorrektionen.

des Kolkproblemes. Mitteilung 5. Versuchsan-

Farbendruck Weber: Biel.

stalt für Wasserbau an der ETH: Zürich.

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maritimes, ainsi que des canaux d’évacuation.

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Proc. 17th PIANC Congress Lisbonne 1(2):

lierung von der Illmündung bis zum Bodensee:

1–28. Permanent International Association of

Überprüfung des Geschiebegesetzes und der

Navigation Congresses: Bruxelles.

Berechnungsmethode der Versuchsanstalt für Wasserbau an der ETH mit Hilfe der direkten «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Oesterhaus, M., Müller, R. (1949b). Die Sohlsi-

An Herrn Prof. Dr. E. Meyer-Peter, ETH, Zürich Biel, den 2. April 1960

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Lieber Herr Professor Mit herzlichem Dank dafür, dass Sie Prof. Zweifel an mich erinnert haben, sende ich Ihnen meine Publikation über die II. Juragewässerkorrektion. Ich möchte Ihnen nicht zumuten, alles durchzulesen, aber das kleine blaue Heftchen dürfte Sie sicher interessieren. Ich habe das Problem nach unseren bewährten Methoden behandelt, und diese Methoden haben einmal mehr Früchte getragen. Sie waren also indirekt auch in diesen Jahren dabei und sollten sich auch freuen, wenn Sie durch das Seeland reisen. Die Seeländer waren auf uns angewiesen, nun wissen sie endlich, dass man ihnen wirklich helfen wird. Ich bin froh, dass die Arbeit gelungen ist, nicht nur wegen mir, sondern auch wegen der ETH. Weil man mich vom Poly weggeholt hat, betrachtet man mich natürlich als Repräsentanten der Schule. Diese Verpflichtung hat mir Sorge gemacht in Zeiten, in denen ich in unserem Sinne für das Beste kämpfen musste. Nun ist aber das Eis gebrochen, die Vertreter der fünf Kantone und der Eidgenossenschaft haben das Projekt überzeugt und einstimmig anerkannt. Schon sind die eidg. Kommissionen des Stände- und Nationalrates bestimmt und alle freuen sich auf die Ausführung des Werkes. So kann ich wieder etwas aufatmen, und ich finde Zeit, an unsere vielen gemeinsamen Arbeiten dieser Art zurückzudenken. Ich werde daran auch immer wieder erinnert, wenn ich mit Ingenieuren zusammenkomme, denn ihre ehemaligen Schüler und Auftraggeber der Versuchsanstalt haben Sie nicht vergessen. Mit freundlichen Grüssen, Ihr «signiert» Müller

rektion. Strom und See 53(7/8): 270–271. Müller, R. (1958b). Die Wirkung der II. Juragewässerkorrektion. Monographie 2. Gassmann: Biel. Müller, R. (1959a). Die II. Juragewässerkorrektion als Ganzes betrachtet. Monographie 3. Projektierungs- und Bauleitung: Biel. Müller, R. (1959b). Die II. Juragewässerkorrektion. Wasser- und Energiewirtschaft 51(1/2): 1–27. Müller, R. (1959c). Die II. Juragewässerkorrektion. Erweiterter Separatdruck aus Wasser- und Energiewirtschaft (1/2). Müller, R. (1959d). Die Frage der Restwassermengen in den für die Wasserkraft genutzten Gewässern. Wasser- und Energiewirtschaft 51(8/10): 263–270. Müller, R. (1959e). Die zweite JuragewässerKorrektion. Schweizer Journal 25(4/5): 41–42. Müller, R. (1960a). Die Entwicklung der flussbaulichen Hydraulik. Wasser- und Energiewirtschaft 52(8/10): 292–300. Müller, R. (1960b). Vereinfachte Darstellung der Grundlagen des Projektes der II. JGK. Juragewässerkorrektion: Biel. Müller, R. (1960c). Die Bedeutung der 2. JGK für das Seeland. Monographie 4. Projektierungsund Bauleitung: Biel. Müller, R. (1961). Solothurn und die II. Juragewässerkorrektion. Oltener Tagblatt, Nr. 67, vom 21. März; Grenchener Tagblatt 1961, Nr. 67, vom 21. März. Müller, R. (1962). Die zweite Juragewässerkorrektion. Echo 42(9/10): 64–67.

Herrn Prof. Dr. R. Müller, Zürich, 8. Mai 1960, Bauleitung der Juragewässerkorrektion, Güterstrasse 2, Biel Lieber Herr Müller, Als Ihre Zusendung und Ihr freundlicher Brief vom 2. April ankam, war ich im Begriff, nach unserem Chalet in Villars sur Ollons zu verreisen. Ich war nach zwei Grippeanfällen ziemlich müde und habe in den 4 Wochen meiner «Ferien» sozusagen nichts getan. Natürlich fand ich bei meiner Rückkehr einiges Papier zur sofortigen Erledigung vor, sodass ich erst heute dazukomme, Ihnen zu danken. Ich kann mir die Schwierigkeiten, die Sie bei der Projektierung des grossen Werkes zu überwinden hatten, gut vorstellen, namentlich in Anbetracht von 5 Hauptinteressenten, die auf Ihrem Brief mit ebenso viel Wappen ihre Anwesenheit dokumentieren! Umso mehr darf ich Ihnen zu dem grossen Erfolg, der darin besteht, eine wertschichtige Materie so rasch zu meistern, gratulieren. Dass Sie dabei meiner in so freundlicher Weise gedacht haben und heute noch gedenken, bereitet mir eine besondere Freude, denn es gibt nichts Schöneres als die Anerkennung eines alten Lehrers seitens seiner ehemaligen Schüler. Ich habe Ihrem Rat Folge geleistet und vorläufig das blaue Heftchen studiert, und zwar mit grossem Interesse. Das Problem, das Sie zu bearbeiten hatten, ist ein aussergewöhnliches. Man wundert sich über die enormen Vergrösserungen der drei Kanäle. Man versteht Sie, wenn man z. B. das Gefälle der Aare mit 0.073 ‰ erfährt und weiter, wenn man die so überaus geringen Spiegeldifferenzen der 3 Seen, die Sie ja als «Einheitssee» bezeichnen, betrachtet. Über die nachträglich eintretende «Erosion» des Aarebettes kann ich mir natürlich mangels besserer Einsicht in die Details keine Rechenschaft geben. Darüber haben Sie sicher eingehende Studien gemacht. Es scheint dies, soviel ich sehe, ein sehr wichtiger Punkt des Projekts zu sein. Ich weiss aber, dass Sie der Aufgabe gewachsen sind. Ich habe dies schon anlässlich Ihres Vortrags in Zürich gesagt, darf aber vielleicht doch noch eine Frage stellen: Sie schlagen die «maximale» Lösung vor. Gibt es nicht eine wirtschaftliche obere Grenze? Ich begreife aber Ihren Standpunkt schon deshalb, weil das Mass der Bodensenkungen ja nur aufgrund von Analogieschlüssen beschreibbar zu sein scheint, und weiter in Beachtung der Tatsache, dass noch grössere Hochwasser als die untersuchten durchaus denkbar sind. Ich wünsche Ihnen vollen Erfolg in der Weiterführung Ihrer Riesenaufgabe und bleibe mit nochmaligem Dank, Ihr «signiert» E. Meyer.

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Anschrift des Verfassers

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Müller, R. (1973c). Über die Wasserstände der

Em. Prof. Dr. Willi H. Hager, VAW, D-BAUG, ETH

Hochrheines und der Aare: Ergänzende Studie

Juraseen: Ein Beitrag zur archäologischen For-

Zurich, Hönggerbergring 26, CH-8093 Zürich

über die Wirtschaftlichkeit. Weber: Biel.

schung. Die Vergangenheit des Seelands in

hager@vaw.baug.ethz.ch

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«Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden


Nachrichten Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft

P ol iti k UREK-N: Bestätigung Erlassentwurf zum Ist-Zustand bei Neukonzessionie­ rung von Wasserkraftwerken Die Umweltkommission des Nationalrates bestätigt den Erlassentwurf zur Verankerung des Ist-Zustandes als Aus­gangszustand bei der Prüfung der Umweltverträglichkeit von Neukonzessionierungen bei Wasserkraftwerken, stimmt dem Kredit für die 3. Rhonekorrektion zu und lanciert eine Motion gegen das Insektensterben. Die Kommission für Umwelt, Raumplanung und Energie des Nationalrates (UREK-N) hat sich erneut mit der Konzessionserneuerung für bestehende Wasserkraftwerke beschäftigt, wobei sie für die Umweltverträglichkeitsprüfung den Ist-Zustand als Ausgangszustand festlegen will (parlamentarische Initiative Rösti 16.452). Die Kommission hält mit 13 zu 11 Stimmen am Erlassentwurf vom 30. April 2019 fest, wohingegen eine Minderheit den Antrag des Bundesrates unterstützt. Dieser schlägt eine zusätzliche Bestimmung vor, wonach bei allen Konzessionserneuerungen verhältnismässige Aufwertungsmassnahmen zugunsten von Natur und Landschaft vereinbart oder angeordnet werden können. Keine Pestizidverbote zum Schutz der Gewässer Die Kommission hat die parlamentarische Initiative 19.430 von Nationalrat Beat Jans vorgeprüft. Diese verlangt, via Gewässerschutzgesetz den Einsatz von Pestiziden zu verbieten, falls sie die Wasserqualität stark beeinträchtigen. Die Kommission sieht momentan keinen Handlungsbedarf und beantragt daher ihrem Rat mit 13 gegen 9 Stimmen bei 3 Enthaltungen, der Initiative keine Folge zu geben. Die Kommission anerkennt zwar, dass die Wasserqualität in der Schweiz zum Teil durch problematische Stoffe belastet wird, was gerade auch die Insekten beeinträchtigt. Allerdings hält die Kommission die bestehenden Schutz- und Überwachungsmassnahmen beim Trink- und Grundwasser für

ausreichend. Um negative Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln einzudämmen, würden die in der Agrarpolitik ab 2022 (AP22+) vorgesehenen Massnahmen ausreichen. Eine Minderheit unterstützt die Initiative. Annahme des Gesamtkredits für die 3. Rohnekorrektion Nachdem die Kommission im April eine erste Diskussion zum Gesamtkredit von rund CHF 1 Milliarde für die Realisierung der zweiten Etappe der 3. Rhonekorrektion (18.097) geführt hat und die Verwaltung letzte Fragen klären konnte, spricht sich die Kommission nun einstimmig für eine Annahme des Kredits aus. Die Kommission anerkennt die zentrale Bedeutung des grössten Hochwasserschutzprojekts der Schweiz und folgt damit auch der FK-N, welche der UREK-N und dem Nationalrat bereits am 2. April dieses Jahres ebenso einstimmig beantragt hat, den Gesamtkredit anzunehmen. Kommissions-Motion gegen Insektensterben Einstimmig hat die UREK-N eine Kommissionsmotion («Wirksames Handeln gegen das Insektensterben», 19.3968) beschlossen, die den Bundesrat beauftragt, dem besorgniserregenden Insektenschwund mit zusätzlichen Massnahmen entgegenzusteuern. Die Kommission fordert, erstens bestehende Aktionspläne (zur Biodiversität, Bienengesundheit und zu Pflanzenschutzmittel) unverzüglich umzusetzen, zweitens weitere Massnahmen auf wissenschaftlicher Basis festzulegen und drittens dem Parlament ein Paket entsprechender Gesetzesänderungen vorzulegen. Mit ihrer Motion gibt die Kommission der Petition «Insektensterben aufklären» (18.2031) Folge, die von über 165 000 Personen unterzeichnet worden ist. Die Kommission hat am 26. und 27. August 2019 unter dem Vorsitz von Nationalrat Roger Nordmann (S, VD) in Bern getagt. (UREK-N)

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UREK-S mit Massnahmenpaket für die Klimapolitik Nach der im Nationalrat gescheiterten Totalrevision des CO2-Gesetzes will die Kommission für Umwelt, Raumplanung und Energie des Ständerates (UREK-S) ihrem Rat eine mehrheitsfähige Lösung unterbreiten. Die Kommission ist überzeugt, dass das von ihr vorgeschlagene Massnahmenpaket im CO2-Gesetz zu einer Verminderung der Treibhausgas­ emissionen führen wird. Mit dieser Vorlage ist das Nettonull-Emissionsziel bis 2050 des Pariser Abkommens erreichbar. Die Kommission beantragt unter anderem, eine Flugticketabgabe einzuführen. Im Rahmen ihrer Beratung zur Schweizer Klimapolitik (17.071) unterstützt die UREK-S das vom Bundesrat angestrebte Ziel, die Treibhausgasemissionen bis 2030 gegenüber 1990 zu halbieren und dabei mindestens 60 Prozent der Verminderung im Inland zu leisten. Mit einem klar definierten Inlandanteil wählt die Kommission einen anderen Weg als der Nationalrat, der in der Wintersession das Inlandziel aus dem Gesetz gestrichen hatte. Die Kommission betont, dass inländische Massnahmen viel Wertschöpfung in der Schweiz generieren. Beim Zweckartikel des CO2-Gesetzes geht die Kommission weiter als der Bundesrat: Sie will die Ziele des Übereinkommens von Paris explizit im nationalen Recht verankern. Im Vordergrund stehen für die Kommission folgende Massnahmen: • Einführung Flugticketabgabe • Schaffung eines Klimafonds • tiefere CO2-Grenzwerte für Gebäude • tiefere CO2-Vorgaben für schwere Lastwagen • Koppelung Emissionshandelsysteme Schweiz und EU • Kompensation bei fossilen Treib stoffen • Erhöhung der CO2-Abgabe auf Brenn stoffen • klimaverträgliche Finanzmittelflüsse Die Gesamtabstimmung wird die Kommission an ihrer nächsten Sitzung vornehmen, nachdem sie die Vorlage einer letzten Überprüfung unterzogen haben wird. 189


Nachrichten

Damit kann der Ständerat in der dritten Woche der Herbstsession 2019 über das CO2-Gesetz befinden. Die Kommission hat am 15. und 16 August 2019 unter dem Vorsitz von Ständerat Roland Eberle (V/TG) und in Anwesenheit von Bundesrätin Simonetta Sommaruga in Ittingen getagt. (UREK-S)

Was s e r kr af tnut zung Neues Kraftwerk Berschnerbach in Betrieb Nach 2.5 Jahren Bauzeit ist das Wasser­ kraftwerk Berschnerbach seit Ende Mai 2019 in Betrieb. Das Wasser- und Elektrizitätswerk Walenstadt (WEW) und die Berner Kraftwerke (BKW) haben das Kraftwerk feierlich eingeweiht. Mit einer Fallhöhe von 420 Metern produziert es 12 Gigawattstunden Strom pro Jahr. Es versorgt rund die Hälfte der Gemeinde Walenstadt mit einheimischem, erneuerbarem Strom. Bereits im Jahre 1980 entstand die Projektidee für den Bau eines Kraftwerks am Berschnerbach. Aus wirtschaftlichen Gründen wurde das Vorhaben damals auf Eis gelegt. Als das neue Stromversorgungsgesetz im Jahre 2009 in Kraft trat, wurde die Idee wieder aufgegriffen und in einer Kooperation zwischen dem Wasser- und Elektrizitätswerk Walenstadt (WEW) und den Berner Kraftwerken (BKW) ausgereift.

Im Januar 2011 wurde das Konzessionsgesuch bei den kantonalen Behörden eingereicht und die rechtskräftige Konzession schliesslich im November 2015 erteilt. Nach Baubewilligungs- und Submissionsverfahren erfolgte im Dezember 2016 der offizielle Spatenstich, und das Werk wurde nach einer Bauzeit von 2.5 Jahren im Frühling dieses Jahres eingeweiht und in Betrieb gesetzt. Der Berschnerbach wird auf 1091 m ü. M. gefasst. Von dort fliesst das Wasser durch eine 1275 m lange Druckleitung in zwei Turbinendüsen und so auf eine Peltonturbine in der Zentrale des Kraftwerks. Diese erzeugt mit einem Generator den Strom, der anschliessend weiter in das Stromnetz des Wasser- und Elektrizitätswerks Walenstadt eingespeist wird. Das Kraftwerk deckt rund die Hälfte des Strombedarfs der Gemeinde Walenstadt und versorgt rund 2800 Haushalte mit einheimischer, erneuerbarer Energie. Es leistet somit einen wichtigen Beitrag zur ökologischen und wirtschaftlichen Stromversorgung in Walenstadt. Gesamthaft investierten WEW und BKW rund 21 Mio. CHF. (WEW/BKW) Technische Daten Ausbauwassermenge: 1 m3/s Bruttofallhöhe: 416 m Druckleitung: 1.3 km Leistung: 3.6 MW Jahresproduktion: ca. 12 GWh

Bau des Fassungsbauwerks am Berschnerbach (Bild: WEW). 190

Startschuss zur Erneuerung einer Ma­ schinengruppe der Zentrale Mottec Die Kraftwerke Gougra AG hat grünes Licht für die Sanierung der drei Maschinengruppen in der Zentrale Mottec im Wallis gegeben. Fast 60 Jahre nach deren Errichtung werden zwei Gruppen ersetzt und die dritte wird erneuert. Durch die Modernisierung kann die Leistung des Wasserkraftwerks um 18 MW erhöht und die Jahresproduktion um 5 Gigawattstunden gesteigert werden. Die Zentrale Mottec im Val d’Anniviers wird demnächst modernisiert. Die Kraftwerke Gougra AG hat beschlossen, die drei Maschinengruppen im Zentrum des Wasserkraftkomplexes zu neuem Leben zu erwecken und dafür 31.2 Mio. CHF zu investieren. Die Erneuerung wird für die Anlage einen Mehrwert ergeben, denn durch die Erhöhung der Leistung von 69 auf 87 MW können zusätzlich 5 Mio. kWh Strom pro Jahr produziert werden, was dem durchschnittlichen Stromverbrauch von 1400 Haushalten entspricht. Darüber hinaus wird der Regelbereich des Kraftwerks für Netzdienstleistungen (Systemdienstleistungen) nach der Erneuerung vergrössert. Neue Komponenten für mehr Leistung Zwei der insgesamt drei Maschinengruppen werden vollständig erneuert. Hierfür werden die Hauptkomponenten − Schieber, Turbinen, Generatoren und Transformatoren − ausgetauscht. Durch die neuen Komponenten steigt die Leistung der beiden Gruppen um jeweils 9 MW von 23 auf 32 MW. Die dritte Maschinengruppe wird einer Revision unterzogen. Die Arbeiten finden in den Jahren 2020 bis 2022 statt. Aufgrund der sorgfältigen Planung kann der Kraftwerkskomplex Gougra während der Bauzeit ohne grössere Produktionsausfälle weiterbetrieben werden. Investitionsbeiträge Im Februar 2019 gewährte das Bundesamt für Energie (BFE) der Kraftwerke Gougra AG für die Leistungssteigerung der beiden Maschinengruppen einen Bruttoinvestitionsbeitrag in Höhe von 4.9 Mio. CHF. Dieser Investitionsbeitrag gehört zu den in der Energiestrategie 2050 vorgesehenen Fördermassnahmen für grosse Wasserkraftanlagen, welche Investitionen in die Erneuerung und den Ausbau der Wasserkraft unterstützen sollen. Teil der fünftgrössten Wasserkraftanlage im Kanton Wallis Die Zentrale Mottec ist Teil des Wasserkraftkomplexes Kraftwerke Gougra AG im Val d'Anniviers. Die 1958 erbaute Zentrale turbiniert auf der einen Seite das im fast 600 Meter höher gelegenen Lac de Moiry ge-

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Die Maschinen der Zentrale Mottec werden in den Jahren 2020–2022 erneuert (Bild: Alpiq). speicherte Wasser. Auf der anderen Seite pumpt die Anlage das Wasser der beiden Bäche Navizence im Val d’Anniviers und Turtmänna im Turtmanntal in den Stausee Moiry. Der Gougra-Komplex ist in Bezug auf die Produktionskapazität die fünftgrösste Wasserkraftanlage im Wallis. Sie produziert pro Jahr durchschnittlich 640 GWh Strom aus erneuerbarer Wasserkraft, was dem durchschnittlichen Jahresverbrauch von 180 000 Haushalten entspricht. Die Aktionäre der Gesellschaft sind Alpiq (54 %), die Rhonewerke (27.5 %), die Gemeinden Anniviers (7.7 %), Chippis (1.8 %), Chalais (0.5 %) und Siders (7.5 %) sowie Sierre Energie (1 %). (FM Gougra)

Staumauer Isola der Misoxer Kraft­ werke wird präventiv saniert Bei der Staumauer Isola der Misoxer Kraftwerke im Kanton Graubünden werden diesen Winter vorsorgliche Instandhaltungsarbeiten durchgeführt. Um durch das Quellen des Betons entstandene Spannungen im Innern der Staumauer abzubauen, wird ein EntspannungssSchnitt durch die Mauer gemacht. Die Arbeiten dauern voraussichtlich bis nächsten Frühling. Die Sicherheit der Staumauer ist jederzeit gewährleistet. Die Talsperre Isola beim San Bernardino Pass ist zwischen 1957 und 1963 als Bogengewichtsstaumauer erbaut worden. Regelmässige Messungen während der letzten 40 Jahre zeigen eine leichte Zunahme des Betonvolumens bei der Staumauer. Das Quellen von Beton (Alkali-Aggregat-Reaktion, AAR oder Sulfatquellen, SAR) ist ein weltweit bekanntes und er-

forschtes Phänomen, das auf eine chemische Reaktion zwischen Zementstein und Betonkies zurückzuführen ist. Auslöser für das Quellen des Betons bei der Staumauer Isola sind sulfathaltige Stoffe beim Beton, welche in der Region San Bernardino vorkommen. Diese Stoffe wurden damals für die Herstellung des Betons verwendet. Seit ihrer Entstehung hat sich die Staumauer durch den wachsenden inneren Druck um gut 60 mm in der Mitte der Staumauer kontinuierlich und irreversibel bleibend gegen die Wasserseite verformt. Dieses Verhalten wird seit

Die Staumauer Isola am San Bernardino Pass (Bild: zvg)

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Nachrichten

Jahren durch ausgedehnte Messsysteme beobachtet und in Expertisen zuhanden der Bundesaufsichtsbehörde, dem Bundesamt für Energie (BFE), analysiert. Trotz des Quellens ist die Sicherheit der Staumauer jederzeit gewährleistet. Um die durch das Quellen entstandene Spannung zu reduzieren, wird im Winter 2019/2020 vorsorglich in einem Mauerblock ein schmales Stück von insgesamt rund 30 mm mittels voraussichtlich drei Seilschnitten entfernt. Durch den gewonnenen Raum kann sich der Beton ausdehnen, die Spannung wird so abgebaut. Die verbleibende Fuge wird im Anschluss wieder verfüllt. Das Verfahren basiert auf einer bewährten, aktuellen Technik, die in der Schweiz und weltweit bereits bei diversen Staumauern erfolgreich angewendet wurde. Der gesamte Vorgang wird messtechnisch genau überwacht. Die Bauarbeiten werden bei tiefem Seestand im Winter durchgeführt. Ab Mitte August wird mit den aufwendigen Baustelleninstallationen begonnen. Im Herbst werden erste Bohrungen an der vom Stausee abgewandten Mauerseite ausgeführt. Die eigentlichen Schneid- und Instandstellungsarbeiten beginnen Mitte Januar 2020 und sind voraussichtlich bis Frühling 2020 abgeschlossen. Die Gesamtkosten belaufen sich auf rund CHF 2.5 Mio. (Axpo)


Nachrichten

G ewäs s e r s c hut z Restwasser: Rund 90 % der Wasserfas­ sungen sind saniert Das eidgenössische Gewässerschutzgesetz verlangt die Sanierung von Restwasserstrecken unterhalb von Wasser­ entnahmen, die vor 1992 bewilligt wurden, soweit dies wirtschaftlich tragbar ist. Gemäss Bundesamt für Umwelt (BAFU) sind per Ende 2018 von den rund 1012 sanierungspflichtigen Entnahmen bei Wasserkraftanlagen 881 Entnahmen bzw. 87 % aller notwendigen Sanierungen umgesetzt. Ausreichendes Restwasser unterhalb von Wasserentnahmen durch Wasserkraftwerke ist nötig, um die vielfältigen, natürlichen Funktionen der Gewässer zu gewährleisten: sei es als Lebensraum für Tiere und Pflanzen, als Landschaftselement oder zur Speisung von Grundwasser. Sechs Jahre nach Ablauf der gesetzlichen Frist (siehe Kasten) sind 881 bzw. 87 % der insgesamt 1012 sanierungspflichtigen Fassungen von Wasserkraftwerken saniert. Dies geht aus einer aktuellen Umfrage des BAFU bei den Kantonen hervor, die für die Umsetzung des Gewässerschutzgesetzes zuständig sind. Die noch ausstehenden 131 Sanierungen (13 % aller sanierungspflichtigen Entnahmen) stecken grossmehrheitlich in laufenden Verfahren. Insbesondere in den gewichtigen Wasserkraftkantonen Graubünden und Wallis, welche die grösste Anzahl Entnahmen und auch die meisten noch

offenen Sanierungen ausweisen, werden an runden Tischen mit den verschiedenen Beteiligten einvernehmliche Lösungen erarbeitet. Teilweise sind auch Einsprachen bzw. Rekurse hängig oder noch zu erwarten. Gestützt auf die Umfrage, geht das BAFU davon aus, dass der Grossteil der noch offenen Sanierungen in den nächsten zwei Jahren abgeschlossen werden kann und so per Ende 2020 die 96-%-Marke erreicht werden wird. Sanierung im wirtschaftlich tragbaren Rahmen Seit 1992 müssen unterhalb von Wasserentnahmen, insbesondere zur Nutzung der Wasserkraft, ausreichend Restwassermengen im Gewässerbett belassen werden. Für ältere Entnahmen, die vor 1992 bewilligt worden sind, gilt diese Bestimmung erst, wenn die entsprechende Konzession erneuert wird. In der Zwischenzeit müssen die bestehenden Restwasserstrecken saniert werden, soweit dies wirtschaftlich tragbar ist. Welche Restwassermenge angemessen ist, bestimmen die Kantone für jedes Gewässer und jeden Entnahmeort einzeln. In einer wirtschaftlichen Beurteilung klären sie ab, wie eine Sanierung die Produktion beeinflusst und wie sie sich auf die Kosten und den Ertrag auswirkt. Für den Vollzug der Sanierungen sind die Kantone zuständig. Sie erfüllen diese Aufgabe auf eigene Kosten.

(Quelle: BAFU)

Überblick zum Stand der Restwassersanierungen per Ende 2018 in % der sanirrungs­ pflichtigen Fälle; die Zahl in Klammern zeigt die ausstehenden Sanierungen pro Kanton (Quelle: BAFU). 192

Festlegung von Gewässerräumen: Bund und Kantone publizieren Arbeits­ hilfe Die Kantone sind beauftragt, den Raumbedarf oberirdischer Gewässer festzulegen. Diese sogenannten Gewässerräume gewährleisten den Gewässer- und Hochwasserschutz. Die Bau-, Planungsund Umweltdirektoren-Konferenz der Kantone (BPUK), die Landwirtschaftsdirektorenkonferenz (LDK) sowie die Bundesämter für Umwelt (BAFU), Raum­ entwicklung (ARE) und Landwirtschaft (BLW) haben gemeinsam eine Arbeitshilfe zur Festlegung und Nutzung des Gewässerraums erarbeitet. Sie soll dazu beitragen, dass die Gewässerraumvorschriften schweizweit einheitlich umgesetzt werden. Flüsse und Bäche brauchen ausreichend Raum, damit sie ihre ökologischen Funktionen erfüllen können und der Hochwasserschutz gewährleistet ist. Die Pflicht zur Festlegung von Gewässerräumen wurde im Gewässerschutzgesetz, das am 1. Januar 2011 in Kraft getreten ist, zusammen mit anderen Bestimmungen zur Renaturierung von Gewässern verankert. Um die Kantone bei dieser Gewässerraumfestlegung zu unterstützen und Lösungen bei Interessenkonflikten zu finden, hatte das Bundesamt für Umwelt (BAFU) in Zusammenarbeit mit weiteren Bundesämtern sowie der Bau-, Planungs- und Umweltdirektoren-Konferenz (BPUK) und der Landwirtschaftsdirektorenkonferenz (LDK) im Jahr 2014 zwei Merkblätter zu Gewässerraum im Landwirtschafts- bzw. Siedlungsgebiet herausgegeben. Infolge verschiedener Gerichtsentscheide und parlamentarischer Vorstösse wurde die Gewässerschutzverordnung in den Jahren 2016 und 2017 in zwei Etappen revidiert. Die beiden Merkblätter zum Gewässerraum waren damit überholt und wurden ausser Kraft gesetzt. Seit Juli 2017 ist die gesetzliche Situation nun beständig, und die Unsicherheiten bezüglich der Ausscheidung der Gewässerräume sind ausgeräumt. Die Kantone haben bei der Umsetzung mehr Handlungsspielraum erhalten. Als Nachfolgeprodukt der beiden Merkblätter haben die BPUK, die LDK sowie die Bundesämter BAFU, ARE und BLW gemeinsam die «Arbeitshilfe zur Festlegung und Nutzung des Gewässerraums in der Schweiz» erarbeitet. Die Arbeitshilfe enthält die drei Module «Übersicht», «Festlegung des Gewässerraums» und «Nutzung des Gewässerraums» (Siedlung, Landwirtschaft, Mobilität). Beispiele zur Umsetzungspra-

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Vergleiche dazu auch den Hinweis auf die Arbeitshilfe in der Rubrik «Publikationen»

ganz herzlich für das vergangene und das noch verbleibende Engagement zugunsten des SWV und wünschen einen guten Übergang in die neue Lebensphase!

Commission pour la protection contre les cruses, la construction hydraulique et l’entretien des cours d’eau (CIPC)

Manuel Minder

Ve r band s mit tei lunge n Personalwechsel auf der Geschäfts­ stelle des SWV Nach rund 14 Jahren Engagement als Layouter auf der Geschäftsstelle des SWV wird Manuel Minder auf Ende des Jahres 2019 in den wohlverdienten Ruhestand treten. Mit Mathias Mäder konnte ein ebenso ausgewiesener Fachmann als Nachfolger gewonnen werden, der seine neue Tätigkeit per 1. November 2019 in Angriff nehmen wird. Der aktuelle Stelleninhaber, Manuel Minder, Jahrgang 1955, hat am 1. September 2005 seine Tätigkeit als Layouter auf der Geschäftsstelle des SWV begonnen. In dieser Funktion und einem 80-%-Pensum war er die letzten rund 14 Jahre primär verantwortlich für die Produktion der Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft» sowie weiterer verbandseigener Publikationen wie Verbandsschriften, Kurs- und Tagungsflyer. Die Zeitschrift gilt es jeweils ab Vorliegen der Manuskripte der Autoren bis und mit Druckvorstufe zu bearbeiten und in hochstehender Qualität termingerecht zur Publikation zu bringen, inklusive sämtliche Text- und Bildbearbeitungen, Einarbeitung der Autoren- und Lektoratskorrekturen sowie Akquisition von Inseraten und PR-Texten. Bis und mit dem vorliegenden Heft waren das 57 gelungene WEL-Ausgaben bzw. rund 4500 gelayoutete und gedruckte Seiten! Und: sämtliche WEL-Ausgaben sind rechtzeitig erschienen, was viel über die Zuverlässigkeit von Manuel Minder aussagt. Er wird nun noch seinen Nachfolger einführen und sich ab Ende 2019 der SWV-freien Lebensphase widmen. Wir bedanken uns jetzt schon

Ve r anstaltunge n

Cours de formation continue CIPC 5e série, 4e cours Développement prospectif des projets d’aménagement des eaux Jeudi / vendredi, 19 / 20 septembre 2019 St.-Légier / VD

Mathias Mäder Als neuer Layouter auf der Geschäftsstelle des SWV konnte Mathias Mäder, Jahrgang 1978, gewonnen werden. Er hat sich im Selektionsverfahren gegen mehrere Dutzend Bewerber und Bewerberinnen durchgesetzt – und sorgt für einen gelungenen Generationenwechsel. Seine Berufsausbildung hat er mit der Berufslehre als Typograf bei der Druckerei Effingerhof in Brugg begonnen (heute: Effingermedien mit der Druckerei in Kleindöttingen). Das ist dieselbe Druckerei, die für den SWV seit vielen Jahrzehnten – wenn auch unter wechselnden Namen, unternehmerischen Strukturen und Standorten – die Zeitschrift «Wasser Energie Luft» und weitere Drucksachen produziert. Nach der Lehre und Berufsmatur hat sich Mathias Mäder zum Typografischen Gestalter weitergebildet und diverse berufliche Erfahrungen gesammelt. Zuletzt war er zehn Jahre als Leiter Grafikdesign im Kantonsspital in Baden engagiert. Seine Tätigkeit beim SWV wird er mit einem 80-%-Pensum per 1. November 2019 starten und dann gleich die vierte und letzte WEL-Ausgabe des Jahres in Angriff nehmen. Wir heissen Mathias Mäder schon jetzt ganz herzlich willkommen in unserem Team und wünschen ihm einen guten Start in die Welt des SWV! (SWV/Pfa)

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La Commission de protection contre les crues (CIPC) de l’ASAE, en collaboration avec l’Office fédéral de l’environnement (OFEV), organise cette cinquième série de cours de formation continue dans le domaine de l’aménagement hydraulique. Public cible Le cours est destiné aux responsables actifs ou en devenir de grands projets d’aménagement hydraulique. Objectif, contenu Le cours de deux jours orientés vers la pratique a pour objectif de donner un aperçu approfondi des différents aspects du développement de projets d’aménagement hydraulique, ainsi que de mieux faire comprendre l’interdisciplinarité nécessaire aujourd’hui. Après la formation, les participants savent comment développer un projet d’aménagement hydraulique d ­ urable et auront appris à connaître différents outils 193

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xis aus den Kantonen sowie aktuelle Bundesgerichtsentscheide veranschaulichen das Thema. Mit der Arbeitshilfe leisten Bund und Kantone einen Beitrag für eine einheitliche Umsetzung der Gewässerraumausscheidung. Für weitere Interessierte kann sie eine Orientierungshilfe sein. Noch ist die Gewässerraumausscheidung nicht abgeschlossen; insbesondere die Festlegung in den Nutzungsplänen wird noch einige Zeit in Anspruch nehmen. (BPUK)


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de manière pratique. Ils auront également la possibilité d’échanger lors des ateliers et de l’excursion avec des experts reconnus. Jour 1 • Introduction et aperçu • Facteurs de succès pour le démarrage d’un projet • Environnement et conditions limites des projets d’aménagement hydrauli que • Atelier: Planification des projets d’aménagement hydraulique fondée sur les risques Jour 2 • Exigences en matière d’écologie et impacts sur les projets d’aménagement hydraulique • Gestion de la conservation des infra structures hydrauliques – défis • Entretien des cours d’eau et mainte nance des ouvrages de protection au quotidien • Visite d’un projet d’aménagement hydraulique spécifique dans la région Pour plus de détails, veuillez consulter le programme du cours sur le site internet. Langue Le cours se déroulera en français. Documentation du cours La documentation du cours, comprenant les polycopiés et le texte des diapositives, sera distribuée à tous les participants au début du cours. Coûts Pour les membres de l’ASAE, des tarifs réduits sont appliqués : Membres ASAE: CHF 650.– Non-membres ASAE: CHF 750.– Le prix comprend la documentation du cours, le déjeuner et le souper du premier jour, le déjeuner du deuxième jour, les pauses café, le transport pour l’excursion; hors TVA 7.7 % et tous les frais éventuels d’hébergement. Inscription Sur le site internet de l’ASAE: www.swv.ch Le nombre de participants est limité à 28 personnes. Prise en compte des inscriptions selon leur ordre d’arrivée.

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Fachtagung Wasserkraft 2019 / Journée Technique Force hydraulique 2019 Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftwerken VIII / Construction, exploitation et entretien des centrales hydroélectriques VIII Dienstag, 12. November 2019, Olten / Mardi, 12 novembre 2019, Olten

Die von der Kommission Hydrosuisse des SWV durchgeführte Fachtagung bezweckt den Austausch aktueller technischer Entwicklungen rund um die Wasserkraftnutzung und ist immer auch ein ausgezeichneter Treffpunkt der Fachwelt. / Sur l’initiative de la commission Hydrosuisse de l’ASAE, le symposium a pour objectif de faciliter les échanges en matière de développements techniques actuels liés à l’utilisation de l’énergie hydraulique. Zielpublikum / Publique cible Angesprochen werden insbesondere Ingenieure und technische Fachleute von Wasserkraftbetreibern, Beratungsbüros und der Zulieferindustrie. / Le symposium est destiné en particulier aux ingénieurs et aux spécialistes des exploitations hydrauliques, des bureaux de conseil et des activités induites. Zielsetzung, Inhalt / But, contenu Die Fachtagung bezweckt den Austausch zu aktuellen Entwicklungen aus Forschung und Praxis in den Bereichen Wasserbau, Stahlwasserbau, Maschinenbau, Elek­ trotechnik sowie Projektvorbereitung und -abwicklung. Das detaillierte Tagungsprogramm ist diesem Heft als Flyer beigelegt bzw. kann der Webseite entnommen werden. Tagungssprachen sind Deutsch und Französisch. / Le symposium a pour objectif de faciliter les échanges en matière de développements techniques actuels liés à l’utilisation de l’énergie hydraulique. Pour les détails voir le programme adjoint dans la présente revue ou sur le site web. Kosten / Frais Für Einzelmitglieder und Vertreter von Kollektivmitgliedern des SWV gelten vergünstigte Tarife / Membres de l’ASAE profitent des tarifs préférentiels:

Mitglieder / Membres CHF150.– Nichtmitglieder / Nonmembres CHF230.– Studenten / Etudiants CHF75.– Inkl. Mittagessen und Pausenkaffee; zzgl. MwSt. / Sont inclus le repas de midi et les pauses, hors TVA. Anmeldung / Inscription Einschreibung über unsere Webseite:  / Inscriptions par le site web: www.swv.ch Die Anmeldungen werden nach Eingang berücksichtigt. Als Anmeldebestätigung gilt die automatisch generierte AntwortMail auf die Onlineanmeldung. / Les inscriptions seront considerées par ordre d’arrivée. Après l’inscription en ligne une confirmation est envoyée automatiquement par courrier électronique.

KOHS-Tagung 2020 / Symposium CIPC 2020 Schwemmholz-Management an Fliessgewässern / Gestion des bois flottants sur les cours d’eau Dienstag, 21. Januar 2020, Olten /  Mardi, 21 janvier 2020, Olten

Die jährlich von der Kommission Hochwasserschutz (KOHS) des SWV organisierte Tagung ist 2020 dem Thema «Schwemmholz-Management in Fliessgewässern» gewidmet. Schwemmholz erfüllt wichtige ökologische Funktionen im Gewässer, kann jedoch bei Hochwasser auch eine erhebliche Gefahr darstellen. An der Tagung werden aktuelle Erkenntnisse aus Forschung und Praxis vorgestellt. / Le symposium annuel de la Commission pour la protection contre les crues (CIPC) de l’ASAE sera consacrée en 2020 au thème de la «Gestion des bois flottants sur les cours d’eau». Les bois flottants remplissent d’importantes fonctions écologiques dans les cours d’eau, mais peuvent aussi constituer un danger important en cas de crue. Le symposium présentera les résultats actuels de la recherche et de la pratique.

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Age nda Lausanne 11./12.9.2019 Hydropower Europe – Alpine Region Workshop: Consultation Workshop for the Alpine Region (e) Hydropower Europe Initiative. More information and registration: https://consultation.hydropower-europe.eu St.-Legier 19./20.9.2019 CIPC-Cours de formation 5.4: Développement intégrale des projets d’aménagement des eaux (f)

Commission Protection contres les crues (CIPC) de l’ASAE avec OFEV. Plus d’information et programme: www.swv.ch Rorschach 26./27.9.2019 Internationales Anwenderforum Klein­ wasserkraft 2019: Referate und Exkur­ sionen (d) Swiss Small Hydro / Skat Consulting AG: Programm und Anmeldung: https://www.kleinwasserkraft-anwenderforum.de Baden 30./31.10.2019 Talsperrentagung 2019: Sicherheit und Betrieb von Wehranlagen (d/f) Schweiz. Talsperrenkomitee (STK). Programm und Anmeldung: www.swissdams.ch Aarau und Dübendorf 30./31.10.2019 PEAK-Anwendungskurs A45/19: Planung und Bau von Fischwanderhilfen (d/f) EAWAG zusammen mit WA21. Programm und Anmeldung: www.eawag.ch Wädenswil/ZH 8.11.2019 Zertifikatslehrgang (CAS) Gewässer­ renaturierung: Grundlagen, Felduntersuchungen, Projekte (d/e) Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW). Infos: https://weiterbildung.zhaw.ch Olten 12.11.2019 8. Hydrosuisse-Fachtagung Wasser­ kraft 2019: Bau, Betrieb und Instandhal­ tung von Wasserkraftwerken (d/f) Kommission Hydrosuisse des SWV. Programm und Anmeldung: www.swv.ch

Zürich 17.–19.6.2020 VAW-Wasserbau-Symposium 2020: Wasserbau in Zeiten von Energie­ wende, Gewässerschutz und Klima­ wandel (d/f) VAW-ETHZ zusammen mit TU Graz und TU München. Weitere Informationen: vaw.ethz.ch Ostschweiz 2./3.7.2020 KOHS-Weiterbildungskurs Wasserbau 5.6: Vorausschauende Entwicklung von Wasserbauprojekten (d) Kommission KOHS des SWV mit BAFU. Programm: www.swv.ch Airolo 3./4.9.2020 SWV-Wasserwirtschaftstagung mit 109. Hauptversammlung SWV: Tagung und Besichtigung der Baustelle für das neue Kraftwerk Ritom (i/f/d) Bitte Termine reservieren. Weitere Informationen folgen: www.swv.ch

P e r s one n Nachruf Peter Brenner 1937–2019 Am 31. März 2019 ist Peter Brenner nach langer Krankheit in Weinfelden gestorben, wo er auch aufgewachsen ist und die Grundschulen absolviert hat. Es folgte der Besuch der Kantonsschule Frauenfeld. Danach begann er das Studium als Bauingenieur an der ETH Zürich, welches er 1962 mit Bestnoten beendete. Erste Berufserfahrungen erwarb er sich bei der Firma Conrad Zschokke in Genf

Birmensdorf 21.11.2019 WSL-Forum Wissen 2019: Schweiz erneuerBAR (d) WSL. Weitere Informationen, Programm und Anmeldung: www.swv.ch Olten 21.1.2020 KOHS-Wasserbautagung 2020: Schwemmholz-Management (d/f) Kommission KOHS des SWV. Programm und Anmeldung: www.swv.ch Serpiano 26./27.3.2020 KOHS-Weiterbildungskurs Wasserbau 5.5: Vorausschauende Entwicklung von Wasserbauprojekten (i) Kommission KOHS des SWV mit BAFU. Programm: www.swv.ch Peter Brenner (zvg).

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Zielpublikum / Public cible Angesprochen werden Wasserbauer und weitere mit Hochwasserschutz beschäftigte Fachleute aus Privatwirtschaft, Verwaltung und Forschung. Die Tagung ist immer auch ein ausgezeichneter Treffpunkt der Fachwelt. / Le symposium est destiné aux ingénieurs et aux spécialistes des aménagements des cours d’eau. La journée est d’ailleurs toujours une excellente opportunité d’échange entre les professionnels. 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 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 / Membres CHF250.– Nichtmitglieder / Nonmembres CHF330.– Studenten / Etudiants CHF100.– Inkl. Mittagessen und Pausenkaffee; zzgl. 7.7 % MwSt. / Sont inclus le repas de midi les pauses café. 7.7 % TVA exclue. Anmeldung / Inscription Einschreibung über unsere Webseite:  / Inscriptions par le site web: www.swv.ch Als Anmeldebestätigung gilt die automatisch generierte Antwortmail auf die Onlineanmeldung. / Après l’inscription en ligne une confirmation est envoyée automatiquement par courrier électronique.


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und anschliessend bei Dames & Moore in San Francisco, Kalifornien. Von 1966 bis 1971 studierte er an der University of Michigan, Ann Arbor, USA, auf dem Gebiet der Bodenmechanik und Bodendynamik. Seine Doktorarbeit befasste sich mit dem Einfluss von Bepflanzung auf die Stabilität von Böschungen. Daraufhin kehrt er in die Schweiz zurück und studierte für die Schweizer Armee die Wirkung nuklearer Explosionen auf den Boden und befestigte unterirdische Bauten. Ab 1974 war er am Asian Institute of Technology (AIT) in Bangkok, Thailand, Professor in der Abteilung für Geotechnik und Direktor des Bodenmechaniklabors. Dabei befasste er sich eingehend mit den geotechnischen Problemen von weichen Tonablagerungen im Grossraum Bangkok und dem neuen Suvarnabhumi Airport in Bangkok. Nach seiner siebenjährigen Lehr- und Forschungstätigkeit am AIT kehrte er 1981 in die Schweiz zurück. Zuerst arbeitete er bei der Elektrowatt Ingenieurunternehmung AG in Zürich und ab 1997 als selbstständiger Geotechnikberater, wo er sich vorwiegend mit grossen Stauanlagen befasste. Das Schwergewicht seiner Aktivität lag im Mittleren Osten und insbesondere im Iran, wo er während fast 30 Jahren am Bau zahlreicher Dämmen beteiligt war. Zu den Projekten gehörten auch der AtaturkDamm in der Türkei und der Mosul-Damm im Irak, welche zu den weltweit grössten Stauanlagen zählen. Ein Schwerpunkt seiner Tätigkeit war in Lettland, wo er als technischer Projektleiter während rund 12 Jahren für die Sicherheitsbeurteilung und -überwachung der grössten Stauanlagen am Daugava Fluss zuständig war. Insgesamt war Peter Brenner in Damm- und Geotechnikprojekten in 34 Ländern involviert. Darunter Projekte in Nord- und Südamerika, Afrika, Asien inklusive Südostasien und natürlich Europa. Eine Aufzählung würde hier zu weit führen. Peter Brenner hat sich 1991 mit dem Felssturz in Randa im Wallis und dem katastrophalen Vulkanausbruch des Pinatubo in den Philippinen befasst. Er war auch einer der Ersten, die die Sefidrud-Pfeilerkopfmauer inspizierten, welche 1990 durch das Magnitude-7.6-Manjil-Erdbeben im Iran beschädigt wurde. In der Umgebung der Mauer starben rund 45 000 Menschen. Im Weiteren nahm er an der internationalen Expertenmission nach dem 2008-Wenchuan-Erdbeben in China teil, wo rund 2000 Dämme und Staubecken beschädigt wurden. Peter Brenner hat sich zudem stark bei der Internationalen Talsperrenkommis196

sion, ICOLD, engagiert, wo er Vorsitzender des Komitees für Talsperrenfundationen und bis vor Kurzem auch Mitglied des Komitees für Materialien von Schüttdämmen war. Dabei hat er eigenhändig zwei wichtige Bulletins verfasst und an mehreren Bulletins mitgearbeitet. Von 1991 bis 2016 hat er an fast allen ICOLD-Jahresversammlungen und -Kongressen teilgenommen. Auch nach dem Wechsel von der Hochschule in die Privatwirtschaft hat sich Peter Brenner mit angewandter Forschung befasst und zahlreiche technische Artikel über Geotechnik, Schüttdämme und Erdbebeneinwirkungen auf Stauanlagen verfasst. Zudem war er bis 2004 in Holland und Thailand Gastprofessor, und bis 2016 war er weiterhin Dammexperte im Iran. Ich hatte das Vergnügen, mit Peter Brenner bei verschiedene Stauanlagen in Albanien, Lettland, Thailand und Iran zusammenzuarbeiten, und wir haben auch gemeinsame Reisen nach China, Laos und Vietnam unternommen, wo wir ebenfalls mehrere grosse Stauanlagen besuchten. Peter Brenner war auch ein grosser Sammler. Er hat sämtliche technischen Berichte von Projekten, an denen er irgendwie beteiligt war, in seiner umfangreichen Fachbibliothek aufbewahrt. Ein spezielles Anliegen waren ihm Geotechnikdaten, die er von vielen Projekten zusammentrug. Seine perfekt geordnete technische Bibliothek war wirklich umfassend. So haben Besucher aus der Mongolei, die vor mehreren Jahren seine Bibliothek sahen, bemerkt, dass diese umfangreicher sei als die der technischen Akademie in der Mongolei. Peter war als harter Schaffer und Perfektionist bekannt. So sehen ihn viele, die mit ihm zusammengearbeitet haben und ihn jetzt vermissen. Martin Wieland, Vorsitzender des ICOLDErdbebenkomitees

Publ i katione n StauWerke – eine Hommage an die grossen Mauern Publikation: Oktober 2019; Fotografie: Simon Walther; Vorwort und Essay: Köbi Gantenbein: Fester Einband; Seiten: 196 mit 120 Fotografien und teilweise doppelseitigen Aufnahmen; Hochformat 24  ×  33 cm; Benteli Verlag, Salenstein, ISBN 978-3-7165-1849-6; Bezug über die Webseite: www.stauwerke.ch oder im Buchhandel

Die rund 200 Staumauern, Stauwehre und Staudämme in den Schweizer Alpen zählen zu den bedeutendsten Monumenten der wirtschaftlichen Erfolgsgeschichte des Landes. Sie sind erdbebensicher, fast unverwüstlich, pflegeleicht und auf Ewigkeit angelegt. Zur Nutzung der alpinen Wasserreserven spielen sie als Pionierbauten der Industrialisierung und der Elektrisierung bis heute eine herausragende Rolle. Als Monumentalskulpturen strahlen diese Wunderwerke der Statik eine schon fast sakral anmutende Ruhe aus. Der Fotograf Simon Walther ist ihrer Ästhetik regelrecht verfallen: Fasziniert vom Zusammenspiel von Natur und Technik unter den harschen Bedingungen des alpinen Klimas setzt er die Energie und Kraft, die jedes Stauwerk birgt, künstlerisch in Szene. Der Band ist gleichzeitig auch eine Reverenz an alle beteiligten Architekten, Ingenieure und nicht zuletzt die zahllosen Arbeiter. Der SWV hat das Projekt für diesen Bildband finanziell unterstützt, damit die ausserordentlichen Fotografien den Weg zur interessierten Öffentlichkeit finden und nicht im Archiv des Fotografen Simon Walther liegen bleiben. Das Titelbild zur vorliegenden Ausgabe von «Wasser Energie Luft» zeigt im Übrigen eine kurz vor Drucklegung des WEL entstandene Aufnahme der Staumauer Limmernboden; falls das Lust auf mehr weckt, ist dieser Bildband genau das Richtige.

(SWV/ Pfa)

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wässerraums in der Schweiz» erarbeitet. Die Arbeitshilfe enthält die drei Module «Übersicht», »Festlegung des Gewässer­ raums» und «Nutzung des Gewässerraums» (Siedlung, Landwirtschaft, Mobilität). Beispiele zur Umsetzungspraxis aus den Kantonen sowie aktuelle Bundesgerichtsentscheide veranschaulichen das Thema. (BPUK)

Laboratory Experiments on Sediment Replenishment in Gravel-Bed Rivers Publikation: 2018; Autor: Fabian Friedl; Herausgeber: Prof. Dr. Robert Boes, VAW – ETH Zürich, VAW-Mitteilung 245, A5-Format, 201 Seiten, kostenloser Download unter: www.vaw.ethz.ch/ das-institut/vaw-mitteilungen.html

Das Pumpspeicherwerk Limmern (PSWL) im Glarnerland ist eines der bedeutendsten Ausbauprojekte der Axpo der letzten Jahrzehnte. Das unterirdisch angelegte Pumpspeicherwerk kann Wasser aus dem Limmernsee in den 630 m höher gelegenen Muttsee pumpen und dieses bei Bedarf zur Stromproduktion nutzen. Das gigantische Bauwerk wurde in den Jahren 2009 bis 2016 erstellt. Dieser Bildband zeigt mit zahlreichen Fotografien die Entstehungsgeschichte sowie den Bau und Betrieb des epochalen Projekts. Eine Meisterleistung von Ingenieuren und Bauarbeitern, von Planern und Logistikern. Es illustriert die Arbeiten im Innern des Berges, die für den heutigen Besucher nicht mehr sichtbar sind. Es zeigt aber auch die Dimensionen auf der Muttenalp. (zvg)

Hydrologisches Jahrbuch der Schweiz 2018 Publikation: 2019; Hrsg.: Bundesamt für Umwelt, BAFU; Reihe: Umwelt-Zustand; Seiten: 40; Sprachen: Deutsch oder Französisch sowie Kurzfassung Italeinisch; Nummer: UZ-1907-D bzw. UZ-1907-F und UZ-1907-I, Download oder Bestellung: www.bafu.admin.ch Das Hydrologische Jahrbuch der Schweiz wird vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) herausgegeben und liefert einen Überblick über das hydrologische Geschehen auf nationaler Ebene. Es zeigt die Entwicklung der Wasserstände und Abfluss-

mengen von Seen, Fliessgewässern und Grundwasser auf und enthält Angaben zu Wassertemperaturen sowie zu physikalischen und chemischen Eigenschaften der wichtigsten Fliessgewässer der Schweiz. Die meisten Daten stammen aus Erhebungen des BAFU. (BAFU)

Arbeitshilfe zur Festlegung des Gewäs­ serraums Publikation: 2019; Hrsg.: BPUK, LDK, BAFU, ARE, BLW; Seiten: 96; Sprachen: Deutsch oder Französisch; Download: www.dtap.ch > Dokumentaion

Als Nachfolgeprodukt der im Jahre 2014 publizierten Merkblätter haben die BPUK, die LDK sowie die Bundesämter BAFU, ARE und BLW gemeinsam diese «Arbeitshilfe zur Festlegung und Nutzung des Ge-

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Worldwide, anthropogenic impact has led to the deterioration of rivers and natural watercourses,, causing riverbed incision, bank erosion and coarsening of the bed substrateTo counter these phenomena, water protection legislation, such as e.g. the Swiss Water Protection Act and the European Water Framework Directive, nowadays demands to reestablish the sediment continuum wherever possible with meaningful measures. One of these measures is the replenishment of sediment to gravelbed rivers by placing sediment material into the river, e.g. downstream of hydropower dams. To study the artificial gravel deposit replenishment technique experimental scale modeling was performed with the goals to (i) simulate the local erosion, transport and deposition processes of added sediments, (ii) enhance the process understanding of the morphological responses 197

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Jahrhundertwerk im Glarner Kalk – das Pumpspeicherwerk Limmern Publikation: Juli 2019; Autor: Rudolf Hug; Fester Einband; Seiten: 156; Format: 24 × 21 cm; Sprache: Deutsch; ISBN 978-39524084-7-6; Bezug über die Webseite www.rudolf-hug.ch oder im Buchhandel.


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to sediment supply, and (iii) deduce some general findings and recommendations for practitioners and decisionmakers. The general erosion process of artificial gravel deposits involves a combination of fluvial erosion at the bank toe and intermittent mass failure of the sediment above the water level. The construction of islandlike deposits is recommended, as these deposits erode more rapidly and a lower backwater rise is anticipated when compared to the use of gravel deposits that are connected with the banks. Furthermore, the impact on the riparian flora and fauna is reduced, because the bank remains untouched. The grainsize distribution of the material used plays an important role in a successful restoration project and must be tailored to the specific target species.

Numerical Modeling of Morphological Response of Gravel-Bed Rivers to Se­ diment Supply Publikation: 2018; Autor: Lukas Vonwiller; Herausgeber: Prof. Dr. Robert Boes, VAW – ETH Zürich, VAW-Mitteilung 246, A5-Format, 210 Seiten, kostenloser Download unter: www.vaw.ethz.ch/das-institut/ vaw-mitteilungen.html

therefore commonly developed towards a less natural state. One of the countermeasures is the replenishment of sediment to gravel bed rivers by placing sediment material into the river, e.g. downstream of hydropower dams. However, sediment replenishment has not been widely applied until today due to lack of fundamental process understanding and due to the uncertainty as to its effectiveness. The research project presented herein deals with the numerical modeling of the lateral erosion process to finally reproduce gravel deposit erosion. To do so the 2-D model of the software BASEMENT was further developed and the relevant approaches to reproduce the process of lateral fluvial erosion were identified. These are the (i) gravitational bank collapse, (ii) correction of bed load transport direction due to lateral bed slope, and (iii) reduction of the critical Shields parameter due to local bed slope. The dynamics of the erosion process and the resulting sediment supply rates were well reproduced by the numerical model using uniform and nonuniform sediment. Moreover, the morphological responses to sediment supply reductions of both free migrating alternate bars and forced steady bars as well as in river bends with nonerodible banks were systematically analyzed herein.

Design Optimization of Desanding Faci­ lities for Hydropower Schemes Publikation: 2018; Autor: Christopher Paschmann; Herausgeber: Prof. Dr. Robert Boes, VAW – ETH Zürich, VAW-Mitteilung 247, A5-Format, 198 Seiten, kostenloser Download unter: www.vaw.ethz. ch/das-institut/vaw-mitteilungen.html

Anthropogenic impact from the construction of sills, weirs, hydropower plants, riverbank stabilization, flood protection and river training measures may lead to the deterioration of rivers and natural watercourses. In the past, they have often resulted in an interruption of sediment transport, causing riverbed incision, bank erosion and coarsening of the bed substrate downstream. River morphology and aquatic habitats for flora and fauna have 198

Desanding facilities of hydropower schemes are typically comprised of basins or chambers located downstream of water intake structures. Their purpose is to exclude sediment particles up to a defined threshold size from the water by settling and flushing to reduce the sediment input into reservoirs and compensation basins in the case of water transfer systems or to reduce negative effects of the sediments in the power waterway systems. The latter particularly holds for schemes with moderate to high heads, explaining the significance of desanding facilities in mountainous regions. Although desanding facilities have been designed and constructed for decades – basically from the beginning of hydropower systems back in the late 19th century – it is well known that classical design guidelines do not always meet the expectations, resulting in trapping efficiencies below the target values. Even newly constructed desanding facilities too often show a poor performance, leading to significant hydro-abrasive wear at hydraulic machinery, increased downtime, increased maintenance and refurbishment efforts, and reduced turbine efficiencies in the case of hydropower use. A production loss and reduced revenue may then significantly affect the scheme’s profitability. For this reason, the design of desanding facilities was revisited by systematic hybrid modelling to provide new recommendations as to the layout and design of these important structural elements. A parametric study using 3-D numerical modelling allowed to quantify the effects of the various parameters investigated, especially with regard to the approach flow conditions and transition zone geometry. In general, to assure settling of particles of the critical size, desanding basins or chambers need to be significantly longer than resulting from the application of today’s design guidelines. The new concept extends the commonly used classical design approach by considering the entire desanding facility as an integral system.

Die Themen der «Wasserwirtschaft» 6, 7-8, 9-2019 • Bewertung und Verbesserung von Kleinwasserkraftwerken in China Thomas Rauschenbach • Nachhaltigkeitsbewertung für Klein wasserkraftwerke in China Felix Tettenborn , Christian Sartorius

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• Hydrologische Modellierung für die Optimierung von Kleinwasserkraft werkskaskaden Mariusz Merta, Harald Sommer • Konstruktive und geotechnische As pekte kleiner Wasserkraftwerke in China Martin Gocht, Roger Tynior, Christian Wunderlich • Bauwerkshydraulik und Standortop timierung für Kleinwasserkraftwerke in China Klaus Träbing, Sarah Dickel, Stephan Theobald • Optimale Betriebsführung von Klein wasserkraftwerks-Gruppen Divas Karimanzira, Thomas Rauschen bach • Ansatz zur Wirtschaftlichkeitsbewer tung von Kleinwasserkraftanlagen in China Philippe Bergeron, Felix Tettenborn • Kamerabasierte Durchflussmessung in offenen Kanälen und Flüssen Issa Hansen, Christian Satzger, Salva dor Peña-Haro, Beat Lüthi • Messung des Starkregenabflusses auf Strassen mittels Videoauswer tung Peter Eichendorff, Andreas Schlenk hoff • Doppler-Effekt und kontinuierliche Durchflussmessung in offenen Ge rinnen Stefan Siedschlag • Neue Entwicklungen der akustischen Konzentrationsmessung mit ADV Sonden – Methoden, Grenzen und praktische Anwendungen Oliver Chmiel, Ivo Baselt, Andreas Malcherek • Vermessung aus der Luft – Drohnen als Messwerkzeuge in der Wasser wirtschaft Steffen Vogt, Johannes Schlesinger • Hydraulische Modellierung – Brau chen wir noch Durchflussmessun gen? Uwe Büttner, Thomas Fichtner, Uwe Köhler, Christin Mudra, Erhard Wolf • Herausforderungen und Möglichkei ten der neuen hydrologischen Mess netze Michael Bramer • Datenfernübertragung in den Mess netzen in der Steiermark und deren Herausforderungen Hans Jörg Holzer • Kann die Wasserqualität in Stauseen aus Satellitendaten abgeleitet werden? Christian Malewski, Benedikt Gräler, Christian Förster, Simon Jirka

• Langjähriges Niederschlagsverhalten in der Emscher-Lippe-Region Marc Krüger, Angela Pfister • Niederschlag: Datenqualität und Ver arbeitung für praktische Anwendun gen in der Hydrologie Thomas Einfalt, Marc Scheibel • Flächenhafte Niederschlagserfas sung mittels Radar – Erfahrungen aus 25 Jahren Radardatennutzung bei Emschergenossenschaft und Lippe verband Adrian Treis, Angela Pfister • Messdatenmanagementsysteme für ein integrales urbanes Wasserma nagement Ioannis Papadakis, Frank Grossklags, Marko Siekmann, Elke Freistühler, Ce leste Saldin, Frank Pohl • Autovalidierung von Messdaten – wie kann sie uns Hydrologen unterstüt zen? Roland Funke • Technische, konzeptionelle und orga nisatorische Lösungen zur Qualitäts kontrolle hydrometrischer Daten Dirk Schwanenberg, Uwe Hass • Arbeitsablauf und Qualitätssicherung in einem Messdatenmanagement system Gerhard Langstädtler, Claudia Jans sen • Verwendung hydrologischer Mess daten in der Siedlungswasserwirt schaft Markus Quirmbach • Ein Vorschlag für einen vereinfachten Berechnungsansatz der Messunsich erheit Felix Simon, Fabian Netzel, Christoph Mudersbach • Durchführung umfassender Durch flussmessungen an der Lippe Alexander Hartung, Wolfgang Adelung • Unsicherheiten in der Wasserstand messung mit Radarfüllstandsensoren Stephan Mai, Jens Wilhelmi, Hartmut Hein • Beeinflussungen gewässerkundli cher Pegel durch spontane Überei sung Torsten Lambeck • Betriebsübergänge von hydraulisch en Strömungsmaschinen – ein neuer Versuchsstand Stefan Riedelbauch, Johannes Jungin ger, Oliver Kirschner • Überprüfung der Wasserrahmen richtlinie: Abschluss der Konsultati onen aus Perspektive der europäi schen Wasserkraft Michael Fink, Orkan Akpinar

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• Finanzierung von ökologischen Mass nahmen an Gewässern durch Öko punkte Hans-Dieter Heilig, Stephan Heilig • «Missing Factfulness» – auch im Ge wässerschutz Mathias Fontin, Bertalan Alapfy • Diskussionsbeitrag zur Abströmung einer Wasserkraftanlage und deren Interaktion mit der Leitströmung aus einer Fischaufstiegsanlage Stephan Heimerl, Elena Staber • Zur Effektivität von Einschwimmsper ren aus Steinriegeln Katharina Bensing, Boris Lehmann • Saugrohroptimierung zur Leistungs steigerung einer kleinen S-Turbine Fabian Hankeln, Stefan Riedelbauch • Experimentelle und numerische Strö mungsanalyse einer Trifurkation ei nes 150-MW-Kraftwerkes Oliver Kirschner, Jonas Wack, Bernd Junginger, Johannes Junginger, Albert Ruprecht, Stefan Riedelbauch • Hydraulischer Kurzschluss im Kraft werk Vianden – Anlagendynamik und CFD-Simulationen der Abzweiger Johannes Junginger, Bernd Junginger, Stefan Riedelbauch • Vergleich von Bewertungsverfahren für Pumpspeicherwerke Maik Günther, Christoph Rapp • Vorhersage von stationären Strö mungsfeldern mit neuronalen Netzen Lukas Harsch, Andreas Look, Stefan Riedelbauch • Analyse der Strömung in einem Was serwirbelkraftwerk hinsichtlich des Fischabstiegs Nadine Müller, Christian Jähnel, Jür gen Stamm, Falko Wagner • Laboruntersuchungen des Fischab stiegs über ein Wasserwirbelkraft werk Falko Wagner, Peter Warth, Mansour Royan, Andreas Lindig, Nadine Müller, Jürgen Stamm • Multifunktionale und synergetische Pumpspeicherkraftwerke Franz Georg Pikl, Wolfgang Richter, Gerald Zenz • Neuartige Rohrverlegetechnik für nachhaltige Versorgungslösungen Jörg Zinner

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Der Wissensstrom zwischen den Wasserkraftwerken Viele Wasserkraftwerkbetreiber in der Schweiz sind bei ihrer Arbeit auf die Unterstützung von erfahrenen Partnern angewiesen. Das Bündner Energieun­ ternehmen Repower hilft in solchen Fäl­ len weiter, denn seine Mitarbeitenden zeichnen sich durch grosses Fachwis­ sen in allen Bereichen der Wasserkraft­ gewinnung aus. Die Dienstleistungen reichen von der Planung über Bau­ massnahmen bis zu administrativen Tätigkeiten. Repower verfügt über 100 Jahre Erfahrung im Bauen und Betreiben von Wasserkraftwerken. Bereits 1907 stellte sie ihre erste Anlage, in Campocologno, im südbündnerischen Puschlav, fertig. Es war damals das grösste seiner Art in ganz Europa und

ist nach einem Umbau in den 1960erJahren nach wie vor in Betrieb. Daneben betreibt Repower noch 19 weitere Wasserkraftwerke. Diese grosse Erfahrung macht sie zu einem gefragten Partner für andere EVU, welche sie zum Beispiel bei der Planung, der Ausführung, im Betrieb und der Bewirtschaftung unterstützt. Repower folgt dabei einem klar definierten Auftrag und bietet, falls das gewünscht ist, alle Dienstleistungen aus einer Hand an. Das kann eine einzelne Dienstleistung sein oder die ganze Prozesskette eines Energieversorgungsunternehmens beinhalten. Arbeiten an den Anlagen Repower-Mitarbeitende verfügen über ein grosses Wissen in den Bereichen

Bautechnik, Elektromechanik und Kommunikationstechnik. Zum Portfolio ihrer Dienstleistungen gehören zum Beispiel die Erstellung von Vor-, Auflage- und Bauprojekten für Produktionsanlagen, Unterwerke, Trafostationen, Kabelanlagen und Hausanschlüsse. Das Spektrum umfasst das Bauen von Neuanlagen sowie Anpassungen und Erweiterungen von Einzelkomponenten oder Gesamtanlagen. So schloss Repower im letzten Jahr für einen Kunden die Erneuerung der Energieableitung eines Wasserkraftwerks ab. Dieses Projekt beinhaltete die Revision einer bestehenden 110-kV-GIS-Schaltanlage, den Ersatz einer 16-kV-Schaltanlage sowie die Auslegung, das Engineering, die Lieferung und die Montagearbeiten für den

Experten im Einsatz: Repower-Mitarbeiter warten eine Turbine. 200

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Im Wasserkraftwerk sind die Repower-Mitarbeiter in ihrem Element.

Ersatz der gesamten Sekundärtechnik. Die Anlagenanbindung an der Leitstelle wurde in diesem Zusammenhang ebenfalls erneuert. Für einen Kunden im Tessin hat Repower ein bestehendes Unterwerk komplett ersetzt. Die Arbeiten starteten im Juli 2014, und Repower war von Anfang für den Bau und die Inbetriebnahme zuständig. Das neue Unterwerkgebäude mit dem neuen Abspannportal wurde parallel zur bestehenden Freiluftschaltanlage aufgebaut. Anschliessend erfolgten die Umlegung der Freileitungen und die Inbetriebnahme der neuen Anlage. Ein anderer Partner wiederum hatte Repower als Subunternehmen für Neubauprojekte von anderen Bündner EVU engagiert. Die getätigten Arbeiten fanden vor allem im Bereich der Montage von Primärtechnik statt. Software erleichtert das Anlagenmanagement Doch nicht nur auf der Baustelle packen Repower-Mitarbeitende tatkräftig an. Sie unterstützen Dritte auch bei der Inspektion und Überwachung von Kraftwerk-, Netz- und Stauanlagen. Dafür erstellen sie Wartungspläne und Checklisten und gleisen das weitere Vorgehen auf. Bei Bedarf führen sie anschliessend regelmässige Instandhaltungsarbeiten in den Netz- und Produktionsanlagen durch. Wenn dies vom Kunden gewünscht ist, setzen sie dabei EASYASSET ein. Diese

Software wurde von Repower für das Asset-Management der eigenen Anlagen entwickelt, steht jedoch auch Partnern zur Verfügung. Über das Tool können aber nicht nur Daten eingesehen, sondern auch editiert und grafisch ausgewertet werden. Wenn irgendwo eine Reparatur nötig wird, kann die zuständige Person den Fall sofort erfassen und den aktuellen Stand der Wartungsarbeiten festhalten. Um die Inspektion und den Unterhalt von Anlagen sauber zu dokumentieren, braucht es somit keine Berge von Papier und Regale voller Ordner mehr. Dank EASYASSET ist das alles mit wenigen Klicks möglich. Die Information wird im System gespeichert und so zentral – und für alle ersichtlich – abgelegt. EASYASSET hilft nicht nur bei der Instandhaltung sondern auch bei der Investitions­ planung und dem Auftragsmanagement. Die ­Lösung ist intuitiv zu bedienen, geräte- und betriebssystemunabhängig, und sämtliche Arbeiten können sowohl on- als auch offline ausgeführt werden.

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Unterstützung bei der Administration und Bewirtschaftung Auf Wunsch begleitet Repower die Kunden durch Ausschreibungen, Submissionen und Bewilligungsverfahren und kümmert sich um Umweltschutz- und Sicherheitsrichtlinien sowie Zertifizierungen. Doch auch das Durchführen von unabhängigen Audits, Personalschulungen und An-

Detaillierte Informationen zum Dienstleistungsangebot von Repower finden Sie auf: repower.com/energieversorger «Wasser Energie Luft» – 111. Jahrgang, 2019, Heft 3, CH-5401 Baden

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lagenkennzeichnungen werden angeboten. Kleineren Unternehmen fehlen oft die nötigen personellen Ressourcen, um beispielsweise den Pikettdienst selbst­ständig zu gewährleisten. In solchen Fällen können Repower-Mitarbeitende einspringen und Störungen beheben, sodass die Anlagen schnellstmöglich wieder in Betrieb genommen werden können. In der Logistik unterstützt Repower den Einkauf, das Lieferantenmanagement, die Materiallagerung sowie -entsorgung, die Baustellenlogistik, das Flottenmanagement und vieles mehr. Weiter verwaltet sie die Betriebsdaten des Partnerunternehmens, erstellt Statistiken, berechnet Lastflüsse sowie Kurzschlussströme und führt Netzsimulationen durch. Mit innovativen Tools, wie der webbasierten Plattform ENERGYSPACE sowie ihren Direktvermarktungs-Experten, bietet Repower zudem Unterstützungen an, die den Partnern die Bewirtschaftung ihrer Anlagen erleichtern und die Leistung maximieren. Diese umfangreiche Auflistung zeigt: Repower-Dienstleistungen decken sämtliche Bereiche der Energieversorgung ab und sind darum sehr gefragt. Über 100 Jahre Erfahrung in dieser Branche sprechen für sich.


Die nächste Ausgabe von «Wasser Energie Luft» erscheint am Donnerstag, 5. Dezember 2019

Foto: MMi

Ein willkommenes Geschenk

Un cadeau qui plaît

Überraschen Sie Ihre Kunden mit einem Geschenk, das Ihre Firma über das ganze Jahr 2020 täglich auf sympathische Weise in Erinnerung ruft. Kalender, herausgegeben vom Schweizerischen Talsperrenkomitee, mit Bildern der folgenden Stauanlagen: Ruppoldingen, Rheinfelden, Vieux-Emosson, Muttsee, Sera, Hongrin, Les Toules, In den Schlagen, Salanfe, Lessoc, Mauvoisin, Mühleberg, Chancy-Pougny und La Maigrauge. Auf der Rückseite finden sich in der Landessprache, in welcher die Stauanlage steht, technische Informationen.

Surprenez vos clients avec un cadeau qui leur rappellera vot- re entreprise en 2020, jour après jour, de façon sympathique. Le calendrier publié par le Comité suisse des barrages comprend, entre autres, les posters des barrages suivants: Ruppoldingen, Rheinfelden, Vieux-Emosson, Muttsee, Sera, Hongrin, Les Toules, In den Schlagen, Salanfe, Lessoc, Mauvoisin, Mühleberg, Chancy-Pougny et La Maigrauge, avec au verso des informations techniques dans la langue du pays où se trouve le barrage.

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Manuel Minder

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Stahlwasserbau

Impressum

Taucharbeiten

«Wasser Energie Luft»

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Schweizerische Fachzeitschrift für Wasserrecht, Wasserbau, Wasserkraftnutzung, Gewässerschutz, Seenregulierung, Hochwasserschutz, Binnenschifffahrt, Energiewirtschaft, Lufthygiene. / Revue suisse spécialisée traitant de la législation sur l’utilisation des eaux, des constructions hydrauliques, de la mise en valeur des forces hydrauliques, de la protection des eaux, de l’irrigation et du drainage, de la régularisation de lacs, des corrections de cours d’eau et des endiguements de torrents, de la navigation intérieure, de ­l’économie énergétique et de l’hygiène de l’air. Gegründet 1908. Vor 1976 «Wasser- und Energiewirtschaft». / Fondée 1908. Avant 1976 «Cours d’eau et énergie». Redaktionsleitung Roger Pfammatter (Pfa) Geschäftsführer des Schweizerischen Wasserwirt­schaftsverbandes (SWV) roger.pfammatter@swv.ch Layout, Redaktionssekretariat und Anzeigenberatung Manuel Minder (Mmi) manuel.minder@swv.ch Französische Übersetzung Editorial und SWV-Jahresbericht Rolf T. Studer ISSN 0377-905X

Inseratenverwaltung Manuel Minder SWV · Rütistrasse 3a · 5401 Baden Tel. +41 56 222 50 69 manuel.minder@swv.ch Preis Jahresabonnement CHF 120.–, zzgl. 2.5% MWST, für das Ausland CHF 140.–, Erscheinungsweise 4 × pro Jahr im März, Juni, September und Dezember; Einzelpreis Heft, CHF 30.–, zzgl. Porto und 2.5% MWST «Wasser Energie Luft» ist offizielles Organ des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) und seiner Gruppen: Associazione Ticinese di Economia delle ­ Acque, Verband Aare-Rheinwerke, Rheinverband und des Schweizerischen Talsperrenkomitees. Die publizierten Beiträge geben die Meinung der jeweiligen Autoren wieder. Diese muss sich nicht mit derjenigen der Redaktion oder der Verbände decken. Druck / Lektorat Effingermedien AG Storchengasse 15 · CH-5201 Brugg Tel. +41 56 460 77 88

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Verlag und Administration SWV · Rütistrasse 3a · CH-5401 Baden Tel. +41 56 222 50 69 www.swv.ch · info@swv.ch Postcheckkonto Zürich: 80-1846-5 Mehrwertsteuer-Nr.: CHE-115.506.846

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«Wasser Energie Luft» wird mit Strom aus 100% Schweizer Wasserkraft produziert und auf FSC-Papier gedruckt.

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Ihr Unternehmen fehlt in diesem Verzeichnis? Infos unter: SWV «Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband» Rütistr. 3a CH-5401 Baden Tel. 056 222 50 69 manuel.minder@swv.ch

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Gesunde Umwelt durch Wasserkraft

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

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

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

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

mmi · swv · 9/08

Raum für neues Leben: Wo Wasser gestaut wird, entstehen neue, biologisch wertvolle Wasserflächen und Uferzonen. Eine ganze Reihe davon stehen 206 heute unter Naturschutz.

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Wasser Energie Luft 3/2019  

Fachzeitschrift für Wasserwirtschaft

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