K lima w a n d e l & W a sse rk ra ft - SWV

Totensee/Grimsel, Bild: KWO, Foto R. Bösch
Totensee/Grimsel, Bild: KWO, Foto R. Bösch
4-2011
8. Dezember 2011
· Klimawandel und Wasserkraft
· Integrales Flussgebiets-
Management «Teil 2»
· Juragewässerkorrektion
· 100. Hauptversammlung SWV

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II «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden
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Roger Pfammatter
Geschäftsführer SWV,
Directeur ASAE
Gewinner und Verlierer
Prognosen sind schwierig, besonders wenn sie
die Zukunft betreffen – dieses unter anderem dem
früheren britischen Premierminister Winston Churchill
zugeschriebene Zitat passt auch auf den Klimawandel
und seine Auswirkungen. Die Unsicherheiten über die
voraussichtlichen Veränderungen sind gross und die
Zusammenhänge komplex. Klar und augenscheinlich
ist eigentlich nur, dass der Wandel stattfindet. Gut zu
beobachten ist das beispielsweise am rasant voranschreitenden
Abschmelzen unserer Gletscher. Bis
Ende des 21. Jahrhunderts werden die Eismassen
in der Schweiz voraussichtlich verschwunden sein.
Das ergibt nicht nur ein komplett neues Bild unserer
Berglandschaft, sondern hat auch weit ernsthaftere
Folgen.
Die Relevanz des Klimawandels in der Wasserwirtschaft
ist vielfältig. Auf der einen Seite weist die
Nutzung der Wasserkräfte unter allen Stromquellen
die geringsten Emissionen von Treibhausgasen auf
und trägt damit am wenigsten zur Erwärmung bei.
Auf der anderen Seite bewirkt der Wandel relevante
Veränderungen am Wasserhaushalt: höhere Temperaturen,
Gletscherschmelze und veränderte Niederschlagsmuster
haben direkte Folgen für die Menge
und zeitliche Verteilung der Abflüsse in unseren Ge-
Des gagnants et des perdants
Les pronostics sont difficiles, surtout lorsqu’ils
concernent l’avenir – cette citation de l’ancien Premier
ministre britannique Winston Churchill est aussi valable
pour le changement climatique et ses consé-quences.
Les incertitudes liées aux changements attendus sont
élevées et les liens complexes. En réalité, seul est clair
et évident que le changement ait lieu; ce qu’on peut
observer par la fonte inexo-rable de nos glaciers.
Ainsi, au rythme actuel, les masses de glace auront
probablement disparu de la Suisse à la fin du 21 ème
siècle. Non seulement cela modifierait profondément
l’image de nos monta-gnes, mais des conséquences
bien plus fâcheuses sont à prévoir.
Les effets du changement climatique pour
l’aménagement des eaux sont divers. D’un côté,
l’utilisation des énergies hydrauliques est la source
de courant présentant la plus faible émission en gaz à
effet de serre, contribuant ainsi le moins au réchauffement.
D’un autre côté, le changement modifie considérablement
le régime des eaux: la hausse des températures,
la fonte des glaciers et les modifications
du schéma des précipitations ont des conséquences
directes sur la quantité et sur la distribution temporelle
des écoulements dans nos cours d’eau. Cela
concerne en particulier la protection contre les crues
(accumulation des événements extrêmes), la conser-
Editorial
wässern. Das betrifft insbesondere den Hochwasserschutz
(Häufung von Extremereignissen), den Erhalt
wertvoller Gewässerlebensräume (längere Trockenperioden,
höhere Wassertemperaturen) und die Nutzung
der Wasserkraft (Geschiebebewegungen, Veränderung
Abflussmengen und Produktion).
Die Auswirkungen auf den Kraftwerksbetrieb
wurden während der letzten drei Jahre mit der bisher
umfassendsten Studie untersucht (vgl. dazu die
Artikelserie ab Seite 265 in diesem Heft). Klima-, Abfluss-
und Gletschermodellierungen wurden mit Betriebsdaten
zusammengeführt und daraus die Veränderung
der Stromproduktion abgeschätzt. Entgegen
früher prognostizierter grosser Verluste kommen die
Forscher zum Schluss, dass bis 2050 unter dem Strich
keine wesentliche Veränderung der Jahresproduktion
zu erwarten ist. Allerdings ist mit einschneidenden saisonalen
und regionalen Umverteilungen zu rechnen.
Es wird Produktionsgewinner und -verlierer geben.
Zu Ersteren werden vermutlich die Laufkraftwerke an
den Mittellandflüssen gehören, zu Letzteren die Speicherkraftwerke
im südlichen Wallis und Tessin. Es ist
dies nicht die letzte Wahrheit – aber die Daten sind gut
genug, um sich mit möglichen Anpassungsmassnahmen
auseinanderzusetzen.
vation des biotopes aquatiques d’intérêt (périodes de
sécheresse plus étendues, températures plus élevées
de l’eau) et l’utilisation de l’énergie hydraulique (mouvement
des alluvions, modification des écoulements
et production hydraulique).
Au cours des trois dernières années, les conséquences
sur les centrales hydrauliques ont été examinées
par la plus vaste étude menée jusqu’ici (cf. la
série d‘article dès la page 265 de cette revue). Des modélisations
du climat, de l’écoulement et des glaciers
ont été réunies avec les données des exploitations, de
sorte que l’on puisse estimer la modification de la production
électrique. En fin de compte, à l’encontre de
résultats antérieurs pronostiquant de grandes pertes,
les chercheurs sont arrivés à la conclusion qu’aucune
modification essentielle de la production annuelle
n’est à attendre d’ici 2050. Toutefois, d’importantes
redistributions saisonnières et régionales sont à prévoir.
En termes de production, il y aura des gagnants
et des perdants. Les aménagements le long des fleuves
du Plateau feront probablement partie du premier
groupe, les aménagements à accumulation au sud du
Valais et au Tessin du deuxième groupe. Ces faits ne
sont pas inéluctables – néanmoins ces données doivent
être considérées afin d’y faire face avec des mesures
d‘adaptation adéquates.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden III

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Inhalt 4l2011
Auswirkungen der Klimaänderung auf die Wasserkraftnutzung –
Einleitung und Überblick über das Projekt
Bruno Schädler, Rolf Weingartner, Massimiliano Zappa
Lokale Klimaszenarien für die Klimaimpaktforschung in der Schweiz
Thomas Bosshard, Sven Kotlarski, Christoph Schär
Veränderung der Gletscher und ihrer Abflüsse 1900–2100 – Fallstudien
Gornergletscher und Mattmark
Daniel Farinotti, Andreas Bauder, Martin Funk
Auswirkungen der Klimaänderung auf die Geschiebefracht in Einzugsgebieten
von Kraftwerksanlagen im Kanton Wallis
Mélanie Raymond Pralong, Jens Martin Turowski, Dieter Rickenmann
Alexander Beer, Valentin Métraux, Thierry Glassey
Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit und Stromproduktion an
den Beispielen Oberhasli und Mattmark
Manfred Stähli, Mélanie Raymond-Pralong, Massimiliano Zappa
Andreas Ludwig, Frank Paul, Thomas Bosshard, Christian Dupraz
Einfluss der Klimaänderung auf die Stromproduktion der Wasserkraftwerke
Löntsch und Prättigau
Pascal Hänggi, Sonja Angehrn, Thomas Bosshard, Eivind Helland
Donat Job, Daniel Rietmann, Bruno Schädler, Robert Schneider
Rolf Weingartner
Auswirkungen der Klimaänderung auf die Wasserkraftnutzung
in der Schweiz 2021–2050 – Hochrechnung
Pascal Hänggi, Rolf Weingartner, Markus Balmer
Klimawandel: Handlungsbedarf für die schweizerischen Wasserkraftbetreiber?
Daniel Spreng
IV «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden
185
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315
340
Integrales Flussgebietsmanagement/
Gestion intégrale de l’espace fluvial «Teil 2»
Flussgebietsmodellierung mit der Simulationssoftware BASEMENT
David Vetsch, Patric Rousselot, Roland Fäh
Refuges à poissons aménagés dans les berges de rivières
soumises aux éclusées
Jean-Marc Ribi, Jean-Louis Boillat, Armin Peter, Anton Schleiss
Der hydromorphologische Index der Diversität – «eine Messlatte
für das ökologische Potenzial von Hochwasserschutzprojekten»
Walter Gostner, Anton Schleiss
Die beiden Juragewässerkorrektionen in historischer Perspektive
Matthias Nast
Neuer Schub für die Wasserkraft!
Caspar Baader
Protokoll der 100. ordentlichen Hauptversammlung des
Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes,
vom Donnerstag, 1. September 2011 in Solothurn
Nachrichten
Politik
Wasserkraftnutzung
Energiewirtschaft
Klima
Rückblick Veranstaltungen
Veranstaltungen
Agenda
Literatur
Branchen-Adressen
Impressum
Inhalt 4l2011
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden V
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VI «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Auswirkungen der Klimaänderung auf die
Wasserkraftnutzung
Einleitung und Überblick über das Projekt
Bruno Schädler, Rolf Weingartner, Massimiliano Zappa
1. Einleitung
Der Wasserkreislauf ist direkt mit dem Wettergeschehen
und damit mit dem Klima
verbunden, welches natürlichen und zunehmend
auch anthropogenen Einflüssen
unterworfen ist. Im Alpengebiet reagiert
der Wasserkreislauf besonders sensitiv auf
die Klimaerwärmung, weil ein veränderter
saisonaler Auf- und Abbau der Schneedecke
und die langfristigen Schwankungen
beim Wachsen und Abschmelzen der Gletscher
einen unmittelbaren Einfluss auf die
verfügbaren Wasserressourcen haben. Da
in der Schweiz rund 56% der elektrischen
Energie durch Wasserkraft produziert werden
(BFE, 2007a), sind die durch die Klimaänderung
beeinflussten Veränderungen
des Wasserkreislaufes äusserst wichtig
für die strategische Planung der Stromversorgung
der Schweiz wie auch für die
mittel- und langfristige Planung von Bau
und Betrieb der Wasserkraftanlagen.
Das Bundesamt für Energie hat in
umfassenden Studien über die Energieperspektiven
der Schweiz für das Jahr
2035 alle Aspekte der Nachfrage und der
Gewinnung der elektrischen Energie untersucht.
In Bezug auf die Veränderung der
Stromgewinnung durch die Klimaveränderung
bis 2035 wird festgestellt: «Bei wärmerem
Klima nimmt das Wasserkraftangebot
bis 2035 um rund sieben Prozent ab,
dies als Folge geringerer Niederschläge
und erhöhter Verdunstung. Das bedeutet,
dass im Vergleich zu einer normalen Klimaentwicklung
ein zusätzliches Gaskraftwerk
notwendig ist» (BFE 2007a). Im spezifischeren
Teilbericht Nr. 4 (BFE, 2007b)
wird zudem erwähnt, dass bis in eine fernere
Zukunft (2070–2099) sogar mit einer
Abnahme der Wasserkraftproduktion von
bis zu 17 Prozent gerechnet werden muss.
Grundlage zu diesen Aussagen waren hydrologische
Modellrechnungen in elf zumeist
alpinen Einzugsgebieten (Horton
et al., 2005), die auf Klimaszenarien des
Projektes PRUDENCE (Christensen et al.,
2002) basierten. Die Resultate der hydrolo-
gischen Berechnungen wurden dabei auf
einfache Art auf das Mitteland extrapoliert
und in Wasserkraftproduktion umgerechnet.
Eine Synthese dieser Arbeiten findet
sich in Piot (2005).
Nach der intensiven Energiedebatte
in der Schweiz vom Frühjahr 2011
und dem ins Auge gefassten Ausstieg aus
der Kernkraft hat das Bundesamt für Energie
die Perspektiven für das Jahr 2050 abgeschätzt
und geht immer noch von einer
Verminderung der Wasserkraftproduktion
von 7 Prozent (entsprechend etwa 2 TWh)
aus (BFE, 2011; Stand Juni 2011).
In den letzten Jahren sind wichtige
Grundlagen zur Abschätzung der hydrologischen
Veränderungen wesentlich
verbessert worden. In einem grossen Europäischen
Forschungsprojekt ENSEM-
BLES (van der Linden und Mitchell, 2009)
wurden neue, umfassende und detaillierte
europäische regionale Klimaszenarien erarbeitet.
Diese Klimaszenarien bildeten
die Grundlage für die jetzt aktuellen noch
weiter verfeinerten Klimaszenarien für die
Schweiz (CH2011, 2011; Bosshard, 2011;
Bosshard et al., 2011). Auch sind in der
Bild 1. Übersicht aller in dieser Studie untersuchten Gebiete.
hydrologischen Modellierung wesentliche
Fortschritte zu verzeichnen (Viviroli et al.,
2009; Magnusson et. al., 2011; Haenggi,
2011).
Um für die Zukunft über eine verbesserte
quantitative Basis zu den erwarteten
Entwicklungen der Wasserressourcen
und der produzierten Energie zu
verfügen, haben deshalb swisselectric
research und das Bundesamt für Energie
im Jahre 2008 nach einer erfolgreich
durchgeführten Vorstudie zum Stand der
Kenntnisse im Bereich Klimaänderung und
Wasserkraft (Hänggi und Plattner, 2009)
ein Forschungsprojekt zu diesem Thema
lanciert. Ein grosser Teil der hydraulischen
Kraftwerksanlagen liegt im Wallis. Deshalb
haben die Dienststelle für Energie und
Wasserkraft des Kantons Wallis sowie die
FMV SA ein ergänzendes Projekt gestartet
mit einem speziellen Fokus auf der Thematik
Gletscher, Schnee und Geschiebe.
Das Konzept des Gesamtprojektes
sah vor, einerseits die Auswirkungen der
Klimaänderung auf den Abfluss in repräsentativen
Einzugsgebieten der Schweiz
und andererseits die Auswirkungen auf
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 265
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Bild 2. Schematische Darstellung der Modellkette.
den Kraftwerksbetrieb und die Stromproduktion
anhand von mehreren Fallstudien
mit unterschiedlichen Kraftwerkstypen zu
untersuchen (Bild 1).
Die Forschungsprojekte wurden
unter der Koordination des Netzwerkes
Wasser im Berggebiet und unter der Leitung
des Geographischen Instituts der
Universität Bern (Rolf Weingartner, Bruno
Schädler) und der Eidg. Forschungsanstalt
für Wald, Schnee und Landschaft (Massimiliano
Zappa) von sechs Forschungsgruppen
durchgeführt. Ein Synthesebericht
(SGHL und CHy, 2011) gibt zusammenfassend
Auskunft über die wichtigsten
Forschungsresultate. Die angewandten
Methoden und detaillierten Resultate sind
in zwölf Fachberichten zusammengefasst,
welche elektronisch verfügbar sind
(Fachberichte, 2011). Die nachfolgenden
Beiträge in der vorliegenden Ausgabe von
«Wasser Energie Luft» fassen die wichtigsten
Teile dieser Fachberichte zusammen.
2. Grundlagen
Als gemeinsame Grundlage für alle Arbeiten
in diesem Projekt dienen die Resultate
der Klimamodellierung (Bosshard et al.,
2011). Diese Daten sind die Eingangsgrössen
für die Modelle zur Abbildung
der Gletscherprozesse, des Wasserkreislaufes
und des Geschiebetransportes (vgl.
Bild 2). Das hydrologische Modell berechnet
die Auswirkungen der Temperatur-
und Niederschlagsänderungen auf den
Abfluss, auf die Abflussregimes und auf
Extremereignisse (Hoch-/Niedrigwasser),
wobei im zeiltichen Ablauf die sich ver-
ändernden Gletscherflächen berücksichtigt
werden. Im Gletschermodell werden,
ebenfalls auf Basis der Niederschlags- und
Temperaturänderungssignale, die Gletscherflächen,
-dicken und -volumen für
die Zukunft berechnet. Zudem wird modelliert,
wo sich beim Abschmelzen der
Gletscher neue Seen bilden können. Die
Resultate über die Veränderung des Abflussverhaltens
und über die Vergletscherung
sind die notwendigen Eingangsgrössen
zur Modellierung des Feststofftransportes
(Geschiebemodell). Im Rahmen
dieser Untersuchungen wird der Eintrag
von Sedimentmaterial in die Kraftwerksanlagen
(Speicherseen, Wasserleitungen,
Turbinen) berechnet. Schliesslich werden
in einem letzten Modell, basierend auf
den vorangegangenen Untersuchungen
zur Hydrologie, Vergletscherung und zum
Geschiebe, die Konsequenzen für den
Kraftwerksbetrieb und die Energieproduktion
ermittelt. Weitere Grundlagen für
diese Modelle sind die technischen Beschreibungen
der Kraftwerksanlagen und
der Betriebsregeln. Auch sind Annahmen
über die zu erzielenden Preise notwendig.
In den Modellierungen für die zukünftigen
Zeiträume bleiben diese Grundlagen und
Annahmen in der Regel unverändert.
Alle Analysen wurden jeweils für
zwei Zeitfenster in der Zukunft durchgeführt:
Die nahe Zukunft umfasst den Zeitraum
von 2021–2050, die ferne Zukunft
umschliesst den Zeitabschnitt von 2070-
2099. Da die Konzessionen von Wasserkraftwerken
bis zu 80 Jahre dauern, ist
die Modellierung auf eine lange Sicht sehr
wünschenswert. Als Referenzperiode die-
nen in fast allen Teilstudien die gemessenen
Werte bzw. die entsprechenden
Simulationsexperimente der Jahre 1980–
2009. Als Antrieb für die globalen Klimamodelle
wurde in den Modellrechnungen
mit wenigen Ausnahmen das weltweit gebräuchlicheTreibhausgas-Emissionsszenario
A1B des Zwischenstaatlichen Ausschusses
für Klimaänderungen (IPCC,
2008) verwendet. Diesem Szenario liegen
Annahmen einer stark wachsenden globalen
Wirtschaft, einer zunehmenden Bevölkerungszahl
und einer Energieversorgung,
die sich zu 50% aus erneuerbaren und zu
50% aus fossilen Energieträgern zusammensetzt,
zugrunde (IPCC, 2008).
3. Unsicherheiten
Die Resultate der vorliegenden Untersuchungen
unterliegen einer ganzen Reihe
von Unsicherheiten. Gründe dafür sind
unsichere Annahmen in den Emissionsszenarien
bezüglich Bevölkerungs-, Technologie-,
Wirtschafts- und Politikentwicklung.
Zudem sind auch die Resultate der
Klima-, Abfluss- und Gletschermodellierung
Unsicherheiten unterworfen, da
zum einen nicht alle relevanten Prozesse
im Detail abgebildet werden können und
zum andern oft die Datenlage ungenügend
ist. Um die Grössenordnung der Unsicherheiten
eingrenzen zu können, wurden jeweils
mehrere unterschiedliche Modelle
für die Klima-, Abfluss- und Gletscherentwicklung
angewandt. Die Resultate zeigen,
dass für Temperatur, Gletscher und
Schneedecke in der Grössenordnung und
in der Richtung der Veränderungen unter
den Modellen eine gute Übereinstimmung
herrscht. Bei den Niederschlägen und Abflüssen
hingegen weisen die Resultate der
verschiedenen Modelle zum Teil Werte mit
unterschiedlichen Vorzeichen auf.
Verdankung
Wir bedanken uns bei swisselectric research,
Bundesamt für Energie, Kanton Wallis und
Forces Motrices Valaisannes für die Finanzierung
des Projektes, beim Netzwerk Wasser im
Berggebiet NWB für die Unterstützung beim
Projektstart und der Koordination, sowie bei
Barbara Lustenberger für die Mitarbeit am Synthesebericht.
Literatur
BFE (2007a): Die Energieperspektiven 2035
– Band 1 Synthese Modellrechnungen, Vergleiche,
Bewertungen und Herausforderungen, 128
S., Bern.
BFE (2007b): Die Energieperspektiven 2035
– Band 4 Exkurse Einzelthemen, wie fossile Energieressourcen,
Einfluss der Klimaerwärmung,
266 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Flugverkehr, Überblick über andere Energieperspektiven,
301 S., Bern.
BFE (2011): Faktenblatt, Energieperspektiven
2050, Abschätzung des Ausbaupotenzials der
Wasserkraftnutzung unter neuen Rahmenbedingungen.
Bosshard, T. (2011): Hydrological climate-impact
modeling in the Rhine catchment down to
Cologne. Diss. ETH 19861. In press.
Bosshard, T., Kotlarski, S., Ewen, T., and Schär,
C. (2011): Spectral representation of the annual
cycle in the climate change signal, Hydrol. Earth
Syst. Sci., 15, 2777–2788, doi: 10.5194/hess-
15-2777-2011.
CH2011 (2011): Swiss Climate Change Scenarios
CH2011, published by C2SM, MeteoSwiss,
ETH, NCCR Climate and OcCC, Zurich, Switzerland,
88 pp. ISBN 978-3-033-03065-7.
Christensen, J.H., Carter, T., Giorgi, F. (2002):
PRUDENCE employs new methods to assess
European climate change. In: EOS, 82, 147,
2002.
Fachberichte (2011): Fachberichte zum Projekt
Auswirkungen der Klimaänderung auf die Wasserkraftnutzung.
Siehe: http://www.hydrologie.
unibe.ch/projekte/ccwasserkraft.html.
Hänggi, P. und Plattner, C. (2009): Projekt Klima-
Lokale Klimaszenarien für die Klimaimpaktforschung
in der Schweiz
Thomas Bosshard, Sven Kotlarski, Christoph Schär
1. Einleitung
Der globale Klimawandel ist eine nicht
mehr zu bestreitende Tatsache und zeigt
sich bereits heute in einer Vielzahl an Indikatoren.
Hierzu zählen nicht nur langjährige
Temperaturmessreihen, welche einen
eindeutigen Erwärmungstrend auf globaler
Skala offenbaren, sondern auch der
weltweit beobachtete Rückzug von Gebirgsgletschern,
der Anstieg des Meeresspiegels
oder der Rückgang der Schneebedeckung
in der Nordhemisphäre. Nach
Einschätzung des Weltklimarates (IPCC,
2007) ist der anthropogene Ausstoss von
Treibhausgasen für den Grossteil der seit
den 1950er-Jahren beobachteten Erwärmung
verantwortlich. Für das 21. Jahrhundert
wird generell mit einem weiterhin
ungebremsten Temperaturanstieg
gerechnet, wobei die Intensität dieses
änderung und Wasserkraftnutzung: Schlussbericht
der Vorstudie. Hrsg. Kompetenznetzwerk
Wasser im Berggebiet. Bern, Davos.
Hänggi, P. (2011): Auswirkungen der hydroklimatischen
Variabilität auf die Wasserkraftnutzung
in der Schweiz. Inauguraldissertation der
Philosophischen-naturwissenschaftlichen Fakultät
der Universität Bern, Bern.
Horton, P., Schaefli, B., Mezghani, A., Hingray,
B., Musy, A. (2005): Prediction of climate change
impacts on Alpine discharge regimes under A2
and B2 SRES emission scenarios for two future
time periods. Bundesamt für Energie, Energiewirtschaftliche
Grundlagen, Bern, 2005.
IPPC (2008): Klimaänderung 2007, Synthesebericht,
Berlin.
Magnusson, J., Farinotti, D., Jonas, T., Bavay,
M. (2011): Quantitative evaluation of different
hydrological modeling approaches in a partly
glacierized Swiss watershed. Hydrol. Process.
25: 2071–2084.
Piot, M. (2005): Auswirkungen der Klimaerwärmung
auf die Wasserkraftproduktion in der
Schweiz. «Wasser Energie Luft», Heft 11/12, pp.
365–367. Baden, 2005.
SGHL und CHy (2011): Auswirkungen der Klimaänderung
auf die Wasserkraftnutzung – Synthe-
Anstiegs stark von unseren zukünftigen
Treibhausgasemissionen abhängen wird.
Dabei werden sich die in den kommenden
Jahrzehnten erwarteten klimatischen
Veränderungen nicht auf die Temperatur
beschränken sondern auch weitere Grössen
betreffen, insbesondere auch Komponenten
des hydrologischen Kreislaufs
wie Niederschlag und Evapotranspiration.
Als Folge dessen ist mit entsprechenden
Konsequenzen auch für den Bodenwasserhaushalt,
die Schneebedeckung und
das Abflussgeschehen zu rechnen. Bereits
der Bericht des OcCC zur Klimazukunft der
Schweiz (OcCC und ProClim, 2007) gibt
einen umfassenden Überblick über die zu
erwartenden wasserwirtschaftlichen Konsequenzen
des Klimawandels und mögliche
Anpassungsmassnahmen.
Für detaillierte, quantitative Ana-
sebericht. Beiträge zur Hydrologie der Schweiz,
Nr. 18, 28. S., Bern. ISBN 978-3-033-02970-5
Van der Linden , P. and Mitchell, J.F.B. (2009):
ENSEMBLES: Climate Change and its Impacts:
Summary of research and results from the EN-
SEMBLES project, Met Office Hadley Center,
Exeter, UK, 160 pp.
Viviroli, D., Zappa, M., Gurtz, J., Weingartner, R.
(2009): An introduction to the hydrological modelling
system PREVAH and its pre- and postprocessing-tools.
Environmental Modelling &
Software 24(10): 1209–1222.
Anschrift der Verfasser
Bruno Schädler, Rolf Weingartner
Geographisches Institut der Universität Bern
Gruppe für Hydrologie
Hallerstr. 12, CH-3012 Bern
bruno.schaedler@giub.unibe.ch
rolf.weingartner@giub.unibe.ch
Massimiliano Zappa
Eidg. Forschungsanstalt WSL
Forschungseinheit «Gebirgshydrologie und
Wildbäche»
Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf
massimiliano.zappa@wsl.ch
lysen zum Einfluss des Klimawandels auf
den Wasserkreislauf und insbesondere
das Abflussgeschehen und hydrologische
Speicherfüllungen bedarf es Informationen
zur erwarteten Klimaveränderung
mit einer hohen zeitlichen und räumlichen
Auflösung. Solche Szenarien können in
einem zweiten Schritt als Input für hydrologische
Modellsysteme verwendet werden,
um zu einer Abschätzung der zukünftigen
Entwicklung hydrologischer Komponenten
zu gelangen. Eine entscheidende Bedeutung
kommt hierbei der Quantifikation
der Modellunsicherheiten auf allen involvierten
Ebenen zu. Dies gilt in besonderem
Masse für die verwendeten Klimaszenarien,
die am Beginn der gesamten Modellkette
stehen. Während die Klimaszenarien
des OcCC Berichtes (OcCC und ProClim,
2007) noch auf Ergebnissen des EU-Pro-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 267
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Bild 1. Komponenten des Klimasystems und ihre Darstellung in globalen und regionalen Klimamodellen.
jektes PRUDENCE (Christensen und Christensen,
2007) basierten, wurden durch
das Nachfolgeprojekt ENSEMBLES (van
der Linden und Mitchell, 2009) aktualisierte
regionale Klimaszenarien für Europa mit
verbesserten Modellen und einer höheren
räumlichen Auflösung zur Verfügung gestellt.
Diese Szenarien entsprechen dem
neuesten Stand der regionalen Klimamodellierung
und erlauben eine detaillierte
Abschätzung der Modell unsicherheiten.
Die ENSEMBLES-Szenarien wurden im
Rahmen der CH2011 Initiative (CH2011,
2011) für die Schweiz aufbereitet und – in
einer Vorabversion – in den beiden Projekten
Klimaänderung und Wasserkraftnutzung
(swisselectric/Bundesamt für
Energie) und CCHydro (Bundesamt für
Umwelt) bereits zur Abschätzung des Einflusses
des Klimawandels auf verschiedene
hydrologische Systeme verwendet.
Der folgende Artikel gibt einen Überblick
über Datengrundlage,
Methodik,
Ergebnisse sowie
Einschränkungen
der neu erstellten
lokalen Klimaszenarien
für das Gebiet
der Schweiz.
Tabelle 1. Übersicht
über die
zehn verwendeten
GCM-RCM
Modellketten des
ENSEMBLES-
Projektes.
2. Zielsetzung
Ziel der vorliegenden Studie war es, die
aktuellsten regionalen Klimaszenarien des
ENSEMBLES-Projektes für hydrologische
Klimaimpaktforschung in der Schweiz
aufzubereiten. Im Fokus standen dabei
die beiden Variabeln bodennahe Lufttemperatur
(T) und Niederschlag (P). Ein
besonderer Augenmerk galt der Schnittstelle
zwischen Klima- und Impaktmodellen
und ihrer Anwenderfreundlichkeit: Die
entwickelten Produkte sollten einerseits
einfach zu handhaben und verständlich
sein, andererseits alle wesentlichen Aspekte
des regionalen Klimawandels inklusive
der Unsicherheiten regionaler Klimaprojektionen
abbilden. Letzteres wurde
durch die Auswertung von insgesamt 10
unterschiedlichen Klimamodellketten sichergestellt
(s. Kapitel 3.1). Hinsichtlich
der relevanten Zeitskalen sollten sowohl
Abschätzungen für die nahe (Mitte des
21. Jahrhunderts) als auch für die fernere
Zukunft (Ende des 21. Jahrhunderts) erfolgen.
Dementsprechend wurden die beiden
30-jährigen Zukunftsperioden 2021–2050
und 2070–2099 betrachtet, jeweils relativ
zur aktuellen Referenzperiode 1980–2009.
Je nach Anwendungsgebiet der Klimasze-
268 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

narien haben beide Perioden eine unterschiedliche
Relevanz.
3. Datengrundlage
und Methoden
3.1 Globale und regionale Klimamodellierung
Globale Klimamodelle (GCMs), vor allem
die neueste Generation gekoppelter Atmosphären-Ozean-Zirkulationsmodelle,
erlauben die Abschätzung des Einflusses
anthropogener Treibhausgasemissionen
auf das Klima der Erde auf Grundlage
physikalischer Gesetzmässigkeiten. Alle
relevanten Komponenten des globalen
Klimasystems inklusive ihrer Wechselwirkungen
sind in diesen Modellen berücksichtigt
(Bild 1). Als Vorgabe zur Berechnung
des zukünftigen Klimas wird u.a. eine
Abschätzung der zukünftigen Entwicklung
der atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen
beruhend auf sogenannten
Emissionsszenarien benötigt. Bedingt
durch den hohen Rechenaufwand der Zirkulationsmodelle
liegt die räumliche Auflösung
globaler Klimaszenarien jedoch
im Bereich von 100–300 km, und damit
jenseits der für viele Impaktstudien relevanten
Grössenordnung. Hier setzen regionale
Klimamodelle (RCMs) an. Sie stellen
das wichtigste Werkzeug dar, um die grob
aufgelösten Informationen globaler Klimamodelle
auf die regionale Skala herunterzubrechen
und Klimaänderungsszenarien
mit wesentlich höherer räumlicher Auflösung
zu erstellen. Ähnlich wie globale Zirkulationsmodelle
beschreiben RCMs die
Vorgänge innerhalb der verschiedenen
Komponenten des Klimasystems sowie
die Wechselwirkungen untereinander
auf Grundlage physikalischer Prinzipien.
Im Unterschied zu Globalmodellen wird
hierbei jedoch nicht der gesamte Globus
sondern nur eine bestimmte Region, z.B.
Europa, betrachtet (Bild 2). Dies ermöglicht
eine deutlich höhere räumliche Auflösung
von derzeit ca. 10–50 km. Dieser
Auflösungssprung ist verbunden mit einer
besseren Beschreibung der regionalen
Variabilität von Klimaparametern, was vor
allem in einem topographisch stark strukturierten
Gelände wie den Alpen unerlässlich
ist. Am Rande des regionalen Modellgebietes
benötigt ein RCM Informationen
über die grossskaligen Eigenschaften der
atmosphärischen Strömung, die ihrerseits
von globalen Klimamodellen bereitgestellt
werden. Man spricht von einer sogenannten
Nestung, d.h. ein RCM wird in die Ergebnisse
eines globalen Klimamodells
eingebettet und übernimmt am Rande
des Modellgebietes die Informationen
dieses antreibenden Modells (Bild 2). Die
dargestellte Methodik wird auch als dynamisches
Downscaling, die Kombination
eines GCMs mit einem RCM als Modellkette
bezeichnet.
Aufgrund unterschiedlicher Modellformulierungen
müssen sich die Ergebnisse
verschiedener regionaler Klimamodelle
selbst bei identischem antreibenden
GCM nicht exakt entsprechen.
Vielmehr zeigt sich in Modellvergleichsstudien,
dass einzelne Modelle mit ganz
unterschiedlichen, individuellen Fehlercharakteristiken
behaftet sein können
(z.B. Suklitsch et al., 2010). Die unterschiedlichen
Fehlereigenschaften einzelner
RCM’s können sich auch auf die simulierten
Klimaänderungssignale auswirken.
Diese Modellunsicherheit wird noch vergrössert,
wenn verschiedene GCM’s als
Randantrieb verwendet und/oder unter-
schiedliche Emissionsszenarien vorausgesetzt
werden. Eine weitere Unsicherheitsquelle
ist die natürliche Klimavariabilität,
die durch eine einzelne regionale
Klimasimulation nicht adäquat dargestellt
werden kann. Aus den genannten Gründen
ist es wichtig, eine möglichst grosse
Anzahl regionaler Klimasimulationen zu
betrachten, um Unsicherheitsbereiche
eingrenzen und quantifizieren zu können.
Die regionalen Klimasimulationen des EN-
SEMBLES-Projektes stellen diesbezüglich
die umfangreichste und eine weltweit einzigartige
Datenbasis dar. Im Rahmen der
vorliegenden Studie wurden insgesamt 10
regionale Klimasimulationen des ENSEM-
BLES-Projektes (siehe Tabelle 1) für die
Schweiz mit einem auf die Abbildung der
Jahresganges optimierten statistischen
Verfahren (siehe Kapitel 3.2) aufbereitet
und den Projektpartnern in Kooperation
mit dem Center for Climate Systems
Bild 2. Prinzip der Modellnestung: Ein regionales Klimamodell (rot) wird in die grob
aufgelösten Informationen eines Globalmodells (blau) eingebettet und berechnet
das Klima in einem begrenzten Modellgebiet (z.B. Europa) mit höherer räumlicher
Auflösung.
Bild 3. Topographie des regionalen Klimamodells CLM [m ü. NN.] für das Gebiet der
Schweiz in 25 km Auflösung.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 269
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Modelling (C2SM) zur Verfügung gestellt.
Allen verwendeten Regionalsimulationen
liegt das SRES A1B Emissionsszenario zugrunde
(Nakicenovic et al. 2000). Die räumliche
Auflösung der RCMs betrug 25 km
mit einem Modellgebiet, das den gesamten
europäischen Kontinent überdeckt.
Diese Auflösung erlaubt eine detailreiche
Darstellung der räumlichen Variabilität
von Lufttemperatur und Niederschlag und
ihrer physiographischen Einflussfaktoren
(Topographie, Land-Meer-Kontrast, Oberflächenbedeckung,
usw.). Dennoch stösst
die räumliche Genauigkeit der Modelle im
Alpenraum offensichtlich an ihre Gren-
zen. Zur Veranschaulichung zeigt Bild 3
die Modelltopographie des RCM CLM in
25 km Auflösung über der Schweiz. Deutlich
sind der Alpenbogen, der Schweizer
Jura sowie die tie fergelegenen Regionen
des Mittellandes zu erkennen. Jedoch
sind insbesondere im hochalpinen Raum
wichtige topographische Strukturen wie
z.B. des Rhonetal oder das Engadin nicht
abgebildet. Die Aussagefähigkeit der regionalen
Klimamodelle hinsichtlich kleinräumiger
klimatischer Veränderungen in
alpinem Gelände ist dadurch offensichtlich
begrenzt.
Bild 4. Ensemble mittel der gross räumigen Muster der saisonalen (Winter: DJF, Sommer:
JJA) Niederschlagsveränderung für 2070–2099 relativ zu 1971–2000.
Bild 5. Jahresgänge des Klimaänderungssignals für Temperatur (linke Spalte) und Niederschlag
(rechte Spalte) an der Station Bern/Zollikofen. Die frühe Szenarioperiode ist
in der oberen Zeile, die spätere Periode in der unteren Zeile dargestellt. Die Namensgebung
der GCM-RCM-Ketten folgt dem Schema Institution, an der die Simulation
durchgeführt wurde – GCM – RCM (siehe Tabelle 1). Die Bandbreite der natürlichen
Variabilität entspricht der Standardabweichung geresampelter Beobachtungszeitreihen.
Grafik angepasst von Bosshard et al., 2011.
3.2 Statistisches Post-Processing
Das statistische Post-Processing bildet
die Schnittstelle zwischen den RCMs und
den hydrologischen Modellen. Dabei wird
einerseits die räumliche Auflösung erhöht,
andererseits werden die Modellfehler der
GCM-RCMs korrigiert. Für die vorliegende
Studie wurde dafür die Delta Change Methode
verwendet (Gleick, 1986; Bosshard
et al., 2011). In dieser Methode werden
beob achtete meteorologische Zeitreihen
X in einer Kontrollperiode mit dem aus
Klimamodellen abgeleiteten Klimaänderungssignal
ΔX skaliert. Zur Kalibration
hydrologischer Modelle werden meistens
meteorologische Stationsdaten verwendet.
Deshalb wurden alle GCM-RCM-
Daten mittels inverser Distanzgewichtung
auf die Stationsstandorte interpoliert,
bevor daraus die Klimaänderungssignale
ΔX berechnet wurden. Für T wurde eine
additive, für P eine multiplikative Skalierung
gemäss:
270 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden
(1)
(2)
angewendet. Dabei bedeuten die Überstriche
die Mittelung über die Bezugsperiode
(CTL: 1980–2009, SCE: 2021–2050
und 2070–2099). Beobachtete Daten sind
mit dem Superskript OBS bezeichnet, die
mittels Delta Change Methode generierten
Klimaszenarien mit dem Superskript *.
Die hier verwendete Methode wurde hinsichtlich
der kontinuierlichen Abbildung
des Jahresganges des Klimaänderungssignals,
d. h. der saisonalen Veränderung
von Temperatur und Niederschlag, optimiert
(siehe dazu Bosshard et al., 2011).
Die Werte für ΔX variieren deshalb mit dem
Tag im Jahresgang.
Die so erstellten Klimaszenarien
sind verfügbar für die Variabeln T
und P,
beziehen sich auf die Szenarioperioden
2021–2050 und 2070–2099 relativ
zu 1980–2009,
werden an Stationsstandorten in der
Schweiz abgegeben,
sind optimiert für die Abbildung der
saisonalen Veränderung,
ermöglichen durch 10 verschiedene
GCM-RCM Ketten eine Abschätzung
der Modellunsicherheit,
weisen keine Veränderung der Tagzu-Tag-Variabilität
(z. B. der Regen-

tagfrequenz) und der interannuellen
Variabilität auf, und
berücksichtigen nur das Emissionsszenario
A1B.
4. Resultate
Das Klimaänderungssignal ist die zentrale
Grösse in der Delta Change Methode.
Im Folgenden wird zunächst das grossräumige
europäische Muster der Niederschlagsänderung
gezeigt. Danach folgen
Beispiele der ermittelten Kimaänderungssignale
an einem Stationsstandort sowie
das räumliche Muster der Veränderung der
Jahresmittel von T und P in der Schweiz.
4.1 Grossräumiges Muster des
Klimaänderungssignals
Die grossräumige Verteilung der saisonalen
Niederschlagsänderung (Bild 4) zeigt
einen Nord-Süd-Gradienten mit einer Ab-
nahme im Süden und Zunahme im Norden.
Die Grenze zwischen Zu- und Abnahme
verschiebt sich dabei im Verlaufe des Jahres.
Im Winter liegt sie leicht südlich, im
Sommer deutlich nördlich der Schweiz.
Dieses räumliche Muster tritt in der grossen
Mehrheit der GCM-RCMs zu Tage.
4.2 Jahresgänge des Klimaänderungssignals
Werden die Klimaänderungssignale nun
lokal für eine Station in der Schweiz ausgewertet,
so ergibt sich ein Muster wie in
Bild 5, das beispielhaft für die Station Bern/
Zollikofen (BER) die Jahresgänge der Klimaänderungssignale
von T und P zeigt. An
dieser Station werden für beide Szenarioperioden
die grössten Temperaturzunahmen
im Sommer und im Winter projiziert.
Die Bandbreite der Modellunsicherheit,
dargestellt durch die einzelnen GCM-RCM
Ketten, ist im Sommer am Grössten. Trotz
der grossen Unsicherheit liegen die projizierten
Veränderungen deutlich ausserhalb
des Bereiches der natürlichen Variabilität,
deren Standardabweichung als graues
Band in Bild 5 dargestellt ist. Für den Niederschlag
ist in der Periode 2021–2050
noch kein deutliches Signal ersichtlich.
In der Periode 2070–2099 zeigt sich eine
Tendenz zu einer deutlichen Abnahme im
Sommer sowie einer leichten Zunahme im
restlichen Jahr. Das deutlichere Signal im
Sommer ist eine direkte Folge des grossräumigen
Musters (siehe Bild 4).
4.3 Räumliche Muster
in der Schweiz
Bild 6 zeigt das räumliche Muster der
projizierten Veränderung des Ensemblemittels
aller 10 GCM-RCMs, ausgewertet
an Stationsstandorten in der Schweiz.
Bild 6. Räumliche Muster der Änderung der Jahresmittel der Temperatur (links) und des Niederschlags (rechts), wie sie vom
Ensemblemittel projiziert werden. Die frühe Szenarioperiode ist in der oberen, die späte in der unteren Zeile dargestellt. Die graue
Schattierung im Hintergrund ist ein Mass für die Übereinstimmung der 10 GCM-RCM-Ketten. Je dunkler die Schattierung, desto
kleiner ist die Standardabweichung im Ensemble (Temperatur), oder desto mehr Ketten sind sich einig hinsichtlich des Vorzeichens
der Änderung (Niederschlag).
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 271
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Dargestellt sind die Veränderungen der
mittleren Jahrestemperatur und des mittleren
Jahresniederschlags. Die Temperaturzunahme
weist ein homogenes Muster
auf mit grössten Zunahmen über dem Alpenbogen.
Die Standardabweichung des
Ensembles (siehe graue Schattierung in
Bild 6) zeigt zudem, dass die Zunahmen
grösser sind als die Modellunsicherheit.
Das Muster der Niederschlagsänderung
ist heterogen mit einer Abnahme in südlichen
und einer Zunahme in nördlichen
Teilen der Schweiz. Die Veränderungen
im Jahresmittel bewegen sich im Bereich
von ±7.5% für 2070–2099, aber die Modelle
sind sich uneinig bezüglich des Vorzeichens
der Niederschlagsänderung
(siehe graue Schattierung). Ein Vergleich
mit Bild 5 zeigt zudem, dass sich die Niederschlagsveränderung
vor allem in einer
saisonalen Verschiebung und weniger in
einer Änderung des Jahresniederschlags
manifestiert. So ist in den meisten Regionen
der Schweiz bis zum Ende des 21.
Jahrhunderts mit einer deutlichen Abnahme
der Sommerniederschläge gegenüber
keinen Veränderungen bzw. leichten
Zunahmen in den restlichen Jahreszeiten
zu rechnen.
5. Schlussfolgerungen
Die im Rahmen der vorliegenden Studie erstellten
Klimaszenarien für Stationsstandorte
in der Schweiz legen nahe, dass wir
uns in den kommenden Dekaden auf zum
Teils gravierende klimatische Veränderungen
einzustellen haben. Hierzu zählen
eine deutliche Erwärmung in der ganzen
Schweiz und in allen Jahreszeiten sowie
ein Rückgang der sommerlichen Niederschlagsmengen.
Diese generellen Aussagen
sind trotz aller Modellunsicherheiten
relativ robust und belastbar. Die saisonale
Veränderung des Niederschlags folgt
einem grossräumigen Muster, welches
konsistent von der überwiegenden Mehrheit
der ENSEMBLES GCM-RCMs projiziert
wird. Grosse Unsicherheiten bestehen
hingegen hinsichtlich der genauen
Grössenordnung der projizierten Änderungen
von Temperatur und Niederschlag.
Diese hängt z.T. stark von der jeweils betrachteten
Modellkette ab.
Die vorgestellten Szenarien basieren
auf aktuellen Ergebnissen des
ENSEMBLES-Projektes. Sie sind Teil der
neuen CH2011 Szenarien und können via
Webseite www.ch2011.ch bezogen werden.
Für einen Vergleich der aktuellen
Szenarien mit den älteren Ergebnissen
des OcCC Berichtes (OcCC und ProClim,
2007) sei auf den CH2011-Bericht Sze-
narien zur Klimaänderung in der Schweiz
CH2011 (Kap. 6.2; CH2011, 2011) verwiesen.
Für die Anwendung der neuen Szenarien
ist die Kenntnis ihrer Stärken und
Limitierungen von grosser Bedeutung:
1) Berücksichtigte Unsicherheitsquellen
Durch die Berücksichtigung verschiedener
GCM-RCM-Modellketten ermöglichen die
Szenarien eine Abschätzung der Unsicherheiten,
welche von den Klimamodellen verursacht
wird. Die Unsicherheiten aufgrund
unterschiedlicher Emissionsszenarien
können jedoch nicht abgeschätzt werden,
da alle Simulationen dasselbe Emissionsszenario
A1B verwenden. Zur Abschätzung
des Einflusses der Wahl des Emissionsszenarios
auf die Ergebnisse verweisen
wir auf die probabilistischen Szenarien
des CH2011-Berichtes (CH2011, 2011),
die zusätzlich zu A1B noch zwei weitere
Emissionsszenarien betrachten. Auch die
Unsicherheit aufgrund der natürlichen Variabilität
kann mit den vorliegenden Szenarien
nicht direkt abgeschätzt werden.
2) Variabilitätsveränderung
Die hier vorgestellten Resultate zeigen,
dass insbesondere für den Niederschlag
die saisonalen Veränderungen wesentlich
stärker ausgeprägt sind als die Veränderung
der Jahresmittel. Die vorliegenden
Szenarien bilden den Jahresgang der Veränderung
kontinuierlich ab und berücksichtigen
demzufolge die Variabilitätsveränderung
auf der saisonalen Skala.
Die Szenarien berücksichtigen hingegen
keine Veränderungen der interannuellen
und Tag-zu-Tag-Variabilität.
Die Frage nach den Auswirkungen
der projizierten klimatischen Veränderungen
auf den Wasserhaushalt war Gegenstand
der Projekte Klimaänderung und
Wasserkraftnutzung und CCHydro. Ausgewählte
Resultate des ersten Projektes
werden in dieser Ausgabe vorgestellt.
Weitere Studien werden folgen. Die neuen
Klimaszenarien CH2011 bieten dafür eine
geeignete Grundlage.
Danksagung
Wir bedanken uns bei swisselectric research,
dem Bundesamt für Energie, dem Kanton Wal -
lis und Forces Motrices Valaisannes für die
Finanzierung dieser Arbeit. Die verwendeten
ENSEMBLES-Daten stammen aus dem EU
FP6 Projekt ENSEMBLES (Vertragsnummer
505539), dessen Unterstützung wir hier verdanken
möchten. Der MeteoSchweiz wird für
die Bereitstellung von Beobachtungsdaten gedankt.
Ebenso möchten wir uns beim Center for
Climate Systems Modelling (C2SM) für dessen
technische Unterstützung bedanken.
Literatur
Bosshard, T., Kotlarski, S., Ewen, T., Schär, C.
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SEMBLES: Climate change and its Impacts:
Summary of research and results from the EN-
SEMBLES project. Met Office Hadley Centre,
Exeter, UK, 160 pp.
Anschrift der Verfasser
Thomas Bosshard, Sven Kotlarski, Christoph
Schär, Institut für Atmosphäre und Klima (IAC),
ETH Zürich, Universitätsstrasse 16, CH-8092
Zürich, Tel. +41 (0)44 632 78 18
thomas.bosshard@env.ethz.ch
272 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Veränderung der Gletscher
und ihrer Abflüsse 1900–2100
Fallstudien Gornergletscher und Mattmark
Daniel Farinotti, Andreas Bauder, Martin Funk
Zusammenfassung
Der Gletscherrückzug, der in den Alpen
seit dem Ende der kleinen Eiszeit im
Gange ist, wird oft als das deutlichste
Zeichen für die voranschreitende Klimaerwärmung
wahrgenommen. Der
weitere Temperaturanstieg, der für
die Zukunft von Klimastudien vorausgesagt
wird, lässt allerdings noch
ausgeprägteren Gletscherschwund
erwarten. Als Folge davon werden die
Abflussregime in hochalpinen Räumen
spürbaren Änderungen unterworfen
sein. In dieser Studie wurde der Einfluss
der Klimaänderung auf die Abflussverhältnisse
zweier vergletscherten Einzugsgebiete
des Kantons Wallis untersucht:
den Einzugsgebieten «Gorner»
und «Mattmark». Gemäss dem verwendeten
hydro-glaziologischen Modell,
werden die Gebiete bis Ende des 21.
Jahrhunderts weitgehend eisfrei sein.
Das Abschmelzen der Eismassen wird
in einer ersten Phase zu einem Anstieg
der Jahresabflussmengen führen, bevor
sich die Abflüsse in etwa auf das Niveau
des Jahresniederschlags einpendeln
werden. Die fehlenden Gletschermassen
werden das Abflussregime von
einem Eisschmelze- zu einem Schneeschmelze-dominierten
Typ übergehen
lassen.
1. Einleitung
Die Alpen gelten als Wasserschloss Europas.
In der Schweiz werden diese Wasserresourcen
intensiv für die Energiegewinnung
genutzt. Viele der Wasserkraftanlagen
befinden sich dabei im Bereich
vergletscherter Einzugsgebiete. Obwohl
die Gletscher in den letzten Jahrzehnten
durch verstärkte Schmelze viel Eis verloren
haben, kontrollieren sie als Teil des
Wasserkreislaufs hochalpiner Lagen die
dortigen Abflussverhältnisse. Der weitere
Temperaturanstieg, der aufgrund Klimaprognosen
bis Ende des Jahrhunderts
zu erwarten ist, wird auch einen weiteren
Gletscherschwund bewirken, welcher zum
Teil markante Änderungen in den Abflussregimen
der betrachteten Gebiete mit sich
bringen wird. In diesem Beitrag werden die
Veränderung des Gletschervolumens, die
Entwicklung der zu erwartenden Jahresabflüsse
sowie die Veränderung im Abflussregime
bis 2100 in den stark vergletscherten
Einzugsgebieten «Gorner» und
«Mattmark» untersucht. Für die Analysen
kommen die in Huss et al. (2008b) entwickelte
Methodik sowie die vom Institut für
Atmosphäre und Klima (IAC) der ETH Zürich
erarbeiteten Klimaszenarien zur Anwendung.
2. Untersuchungsgebiete
2.1 Einzugsgebiet Gorner
Das Einzugsgebiet Gorner (Bild 1) ist durch
die Wasserfassung, welche die Gornera
auf einer Höhe von 2007 m ü.M. fasst, begrenzt
und erstreckt sich über rund 81 km 2 .
Das Gebiet ist durch den Gornergletscher
geprägt, welcher im Jahre 2007 ein Gesamteisvolumen
von etwa 4.4 km 3 aufwies.
Das Gebiet enthält somit knapp unter
10% des gesamthaft in den Schweizer
Alpen liegenden Gletschereisvolumens. Im
Jahre 2007 waren 63% der Gebietsfläche
vergletschert und 33% unbewachsen. Nur
ein unwesentlicher Gebietsanteil ist durch
Vegetation bedeckt. Während der Referenzperiode
1980–2009 betrug der mittlere
Jahresniederschlag 1320 ± 400 mm
und die durchschnittliche Lufttemperatur
–4.7 ± 1.3 °C. Der Verlauf des Jahresniederschlags
ist durch eine zweigipflige Verteilung
charakterisiert, mit Maximas in den
Monaten Mai und Oktober.
2.2 Einzugsgebiet Mattmark
Das Einzugsgebiet Mattmark (Bild 2) weist
bis zum Ausgleichsbecken in Zer Meig-
geren eine Gesamtfläche von 65.7 km 2 auf.
Das Einzugsgebiet ist Ursprung der Saaservispa
und ist, nebst den enthaltenen
Gletschern, durch den Stausee Mattmark
charakterisiert, welcher eine Fläche von
nicht ganz 2 km 2 einnimmt. Im Jahre 2008
waren etwa 30% des Gebiets vergletschert,
52% unbewachsen, 14% durch
Vegetation bedeckt und etwa 4% durch
Gewässer charakterisiert. Ihrer Grösse
nach sind die wichtigsten Gletscher im
Gebiet der Allalin-, der Schwarzberg-, der
Hohlaub-, der Seewjinen- und der Chessjengletscher.
Deren gesamtes Eisvolumen
belief sich im Jahre 2008 noch auf
rund 1.03 km 3 . Der mittlere Jahresniederschlag
betrug während der Referenzperiode
(1980–2009) 1610 ± 550 mm wobei
der Jahresverlauf der Gesamtmenge zwei
deutliche Maxima in den Monaten Mai und
Oktober zeigt. Die durchschnittliche Lufttemperatur
betrug in der gleichen Periode
–2.3 ± 1.3 °C.
3. Gletscherentwicklungs- und
Abflussmodell GERM
Die ausgeprägte räumliche Variabilität der
meteorologischen Phänomene machen
hydrologische Modellierungen für hochalpine
Einzugsgebiete zu einer Herausforderung.
Modelle müssen in der Lage sein,
eine Serie von gekoppelten Prozessen zu
beschrieben, die zum Teil noch nicht ganz
verstanden sind (Becker, 2005). Für diese
Studie wurde das hydro-glaziologische
Modell GERM (Glacier Evolution Runoff
Model) (Huss et al., 2008b; Farinotti et al.,
2011) verwendet. Das konzeptionelle, deterministische
Modell operiert räumlich
verteilt, was bedeutet, dass jede der betrachteten
Grössen für jede einzelne Gitterzelle,
in denen das jeweilige Einzugsgebiet
unterteilt wird, berechnet wird. Das
Modell löst für jede Gitterzelle die lokale
Wasserbilanz
Q = P +M − ET + dS (1)
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 273
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Bild 1. Einzugsgebiet Gorner. Gebietsübersicht (links), klimatische Bedingungen in der Referenzperiode 1980–2009 (Mitte) sowie
Hypsometrie der Oberflächentypen (rechts). Die Gletscherumrisse entsprechen dem Stand 2007.
Bild 2. Einzugsgebiet Mattmark. Gebietsübersicht (links), klimatische Bedingungen in der Referenzperiode 1980–2009 (Mitte) sowie
Hypsometrie der Oberflächentypen ( rechts). Die Gletscherumrisse entsprechen dem Stand 2008.
welche besagt, dass der aus der Zelle stammende
Abfluss Q, sich aus der Summe des
Flüssigniederschlags P der Schnee- und/
oder Eisschmelze M und der Speicheränderung
dS, abgezogen der Evapotranspiration
ET ergibt. Mit Evapotranspiration
bezeichnet man dabei die Summe aus Verdunstung
(Evaporation) und Pflanzenatmung
(Transpiration). Die Berechnung der
einzelnen Komponenten der Wasserbilanz
wird im Modell von unterschiedlichen Modulen
vorgenommen.
Der Niederschlag, sowohl in flüssiger
als auch in fester Form, wird aus der
Niederschlagszeitreihe, die für einen Referenzpunkt
angegeben wird, durch die
Anwendung eines linearen Höhengradienten
über das Gebiet interpoliert. Beim
Festniederschlag werden Schneeumverteilungsprozesse
durch Windverfrachtung
oder Lawinenaktivität durch ein vorgegebenes
Verteilungsmuster berücksichtigt.
Die Unterscheidung zwischen Fest- und
Flüssigniederschlag geschieht aufgrund
der berechneten lokalen Lufttemperatur.
Diese wird ebenfalls durch einen linearen
Höhengradienten aus der Temperaturzeitreihe
am Referenzpunkt ermittelt.
Die Schmelze (Ablation), wird mit
einem Grad-Tag-Faktor-Ansatz berechnet,
welcher den Effekt der Sonneneinstrahlung
mitberücksichtigt (Hock, 1999).
Zugrunde liegt ein empirischer Zusammenhang
zwischen der Tagesmitteltemperatur
der Luft und der anfallenden Schmelze.
Den unterschiedlichen Eigenschaften von
Schnee und Eis wird durch das Anwenden
zwei verschiedener Grad-Tag-Faktoren
Rechnung getragen. Diese müssen zuerst
aus den zur Verfügung stehenden Informationen
bezüglich klimatischer Bedingungen
in der Vergangenheit und Eisvolumenänderungen
der Gletscher bestimmt
werden.
Die Evapotranspiration wird ebenfalls
durch einen empirischen Zusammenhang
mit der Lufttemperatur bestimmt. Der
Ansatz basiert auf einer Idee von Hamon
(1961), in welcher eine Parametrisierung
des Sättigungsdampfdrucks sowie eine
Unterscheidung verschiedener Oberflächentypen
zum Tragen kommen. Die
Speicheränderung wird schliesslich mit
dem Konzept der linearen Reservoire dargestellt.
Dieses postuliert einen linearen
Zusammenhang zwischen dem Füllstand
eines Reservoirs (Speicher) und dessen
Ausfluss (Speicheränderung). Im Modell
werden drei abflusswirksame Speicher unterschieden:
einen schnellen, einen langsamen
und einen Schneespeicher. Der
erstgenannte stellt den Oberflächennahen,
schnell ansprechenden Abfluss dar, der
zweite die langsameren Komponenten,
so wie es z.B. die unterirdischen Abflüsse
sind, und der dritte die in der Schneedecke
gespeicherten Wassermengen.
Ein zentraler Teil des Modells ist
die Prozedur, mit welcher die Gletscherentwicklung
abgebildet wird. Es handelt
sich dabei um die von Huss et al. (2010a)
vorgeschlagene Δ_h-Parametrisierung.
Dieser einfache, massenerhaltende Ansatz
macht sich zu Nutze, dass die Eisdickenänderung
eines Gletschers einem
charakteristischen Muster folgt, welches
aus Daten, die in der Vergangenheit ermittelt
wurden, eruierbar ist. Das Muster
beschreibt wie die stärksten Änderungen
im Bereich der Gletscherzunge stattfinden,
während die Geometrieänderungen
in höheren Lagen praktisch vernachlässigbar
sind. Der Ansatz wurde durch den
Vergleich mit komplexeren, physikalisch
fundierteren Gletscherfliessmodellen auf
seine Gültigkeit überprüft (Huss et al.,
2010a) und in verschiedenen Studien bereits
erfolgreich angewendet (z.B. Huss et
al., 2010b; Farinotti et al., 2011).
4. Meteorologische Zeitreihen
und Klima der Zukunft
Um Abflussentwicklungen aus vergletscherten
Einzugsgebieten über längere
Zeiträume korrekt simulieren zu können, ist
eine transiente (d.h. in der Zeit kontinuier-
274 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 3. Entwicklung des Eisvolumens in den Gebieten Gorner (links) und Mattmark (rechts). Die durchgezogene Linie entspricht
einem gleitenden Mittelwert über 15 Jahre. Das hellblaue Band enthält 95% aller Realisierungen. Die Zeitpunkte für welche ein
Geländemodell der Gletscheroberfläche zur Verfügung steht, sind mit einem Dreieck gekennzeichnet.
Bild 4. Gletscherentwicklung in den Einzugsgebieten Gorner (oben) und Mattmark (unten). Die Farbtönung entspricht der mittleren
Eisdicke sämtlicher Realisierungen. Bereiche in denen mehr als die Hälfte der Realisierungen keinen Gletscher vorhersagen sind
weiss dargestellt. Die gezeigten Gletscherumrisse entsprechen dem Stand 2007 (Gorner) resp. 2008 (Mattmark). Die farbigen Balken
zeigen die noch verbleibende Gletscherfläche (A) und das noch verbleibende Eisvolumen (V) relativ zu 2010. Die Graphiken sind
nicht auf gleicher Skala.
liche) Anpassung der Gletscheroberfläche
und des Eisvolumens unabdingbar. Nur so
kann die Massenerhaltung gewährleistet
werden. Transiente Simulationen benötigen
allerdings auch transiente Inputdaten
für das Antreiben des Modells. Im Falle
des verwendete Modell GERM, welches
für solch transiente Simulationen ausgelegt
ist, bestehen die benötigten Inputdaten
aus kontinuierlichen Zeitreihen der
Tagesmitteltemperatur und des Tagesniederschlags.
Diese meteorologischen Zeitreihen
werden für die Vergangenheit und
die Zukunft mit zwei unterschiedlichen Ansätzen
generiert.
4.1 Meteorologische Zeitreihen
für die Vergangenheit
Für die Bereitstellung der Zeitreihen in
der Vergangenheit kann auf verschiedene
Messdatenquellen zurückgegriffen werden.
Für die Temperatur kommen insbesondere
die homogenisierten Monatstemperaturreihen,
welche vom Bundesamt
für Meteorologie und Klimatologie (Meteo-
Schweiz) für 12 Stationen bereitgestellt
werden (Begert et al., 2005), sowie Daten
aus langjährig betriebenen Messtationen
zum Einsatz. Als Grundlage für die Generierung
der Niederschlagszeitreihen dient
der PRISM Gitterdatensatz von Schwarb
et al. (2001), welcher mittlere Monatsniederschlagssummen
mit einer horizontalen
Auflösung von etwa 2 km liefert, sowie die
Tagesmessungen verschiedener Stationen
im Umkreis des jeweiligen Gebiets.
Eine genauere Beschreibung des Vorgehens
um konsistente, kontinuierliche Zeitreihen
zu erhalten, ist in Huss et al. (2008a)
zu finden. Es sei nochmals ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die für die Vergangenheit
erstellten Meteo-Zeitreihen
nicht einzig als Modellantrieb dienen,
sondern auch für das Erstellen der Zusammenhänge
zwischen vorherrschendem
Klima und Massenhaushalt der Gletscher
absolut zentral sind. Die Methodik mit welcher
diese Zusammenhänge rekonstruiert
werden ist ebenfalls in Huss et al. (2008a)
beschrieben.
4.2 Meteorologische Zeitreihen
für die Zukunft
Für das Erstellen von meteorologischen
Zeitreihen für die Zukunft stehen keine
direkten Messungen zur Verfügung. Hier
kommen sogenannte «Szenarien» zum
Einsatz, d.h. Hypothesen über mögliche
Bedingungen in der Zukunft. In dieser Studie
wurden Szenarien verwendet, die vom
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 275
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Institut für Atmosphäre und Klima (IAC) der
ETH Zürich für den Schweizer Alpenraum
aufbereitet wurden (Bosshard et al., 2011).
Die Szenarien basieren auf den Resultaten
des Europäischen Forschungsprojekts
ENSEMBLES (van der Linden and Mitchell,
2009) und verwenden den sogenannten
«delta-change approach». In diesem wird
der Effekt der Klimaänderung zwischen
zwei Perioden als Unterschied «Delta» im
Mittelwert der betrachteten Variable (Temperatur
oder Niederschlag) ausgedrückt.
Die beiden Perioden haben dabei gleiche
Länge und werden mit «Referenz»- und
«Szenarioperiode» bezeichnet. Die jeweiligen
«Deltas» müssen nicht notwendigerweise
auf den Jahresmittelwert bezogen
sein, sondern können eine höhere zeitliche
Auflösung aufweisen. Das IAC stellt «Deltas»
in täglicher Auflösung bereit, die als
Referenz die Periode 1980–2009 haben
und für die beiden Szenarioperioden 2021–
2050 und 2070–2099 gelten. Zu bemerken
ist, dass für jede Szenarioperiode zehn unterschiedliche
Sätze an «Deltas» zur Verfügung
stehen, was Ausdruck der Unsicherheit
in den Klimamodellen sein soll. Das
Verwenden aller zehn «Delta»-Datensätze
gibt somit die Möglichkeit, eine Bandbreite
für das zukünftige Klima anzugeben. Allerdings
würde diese Bandbreite nur die Unsicherheit
abbilden, die sich aus der unbekannten
Entwicklung des mittleren Klimas
ergibt, nicht aber diejenige, die von der
natürlichen Jahr-zu-Jahr-Variabilität der
meteorologischen Variablen ausgeht. Um
diese zweite Unsicherheitsquelle ebenfalls
zu berücksichtigen, wurden für jede der
zehn Klimaentwicklungen wiederum zehn
zufällige Meteo-Zeitreihen generiert, wel-
che sowohl den vorgegebenen Mittelwert
einhalten, wie auch eine aus der Vergangenheit
abgeleitete Variabilität aufweisen.
Für das Antreiben von GERM in der Zukunft
steht somit ein Satz von 100 möglichen
Temperatur- und Niederschlagszeitreihen
zur Verfügung. Weitere Details
zur Erstellung der Zeitreihen für die Zukunft
sind in Farinotti et al. (2011) zu finden.
5. Resultate
5.1 Gletscherentwicklung
Gemäss den Modellrechnungen ist zu
erwarten, dass sich das Eisvolumen im
Einzugsgebiet Gorner bis 2040–2060 im
Vergleich zur Referenzperiode halbiert
haben wird (Bild 3 links). Bis 2090 wird
die Vergletscherung voraussichtlich auf
etwas weniger als 25% zurückgehen und
für Ende des 21. Jahrhunderts wird auch
gemäss den günstigsten Szenarien weniger
als ein Drittel des heute vorhandenen
Eisvolumens übrig bleiben. Bild 4 oben
zeigt die Gletscherausdehnung für vier
ausgewählte Jahre. Für das Einzugsgebiet
Mattmark lassen die Berechnungen eine
Halbierung des während der Referenzperiode
vorhandenen Eisvolumens bis
2030–2050 erwarten (Bild 3 rechts). Ende
dieses Jahrhunderts werden sich die Gletscher
voraussichtlich in Höhenlagen über
etwa 3500 m ü.M. zurückgezogen haben
(Bild 4). Dies würde die Vergletscherung
des Gebiets auf weniger als 5% schrumpfen
lassen.
5.2 Abflussentwicklung
Die grossen Eismassen, die im Einzugsgebiet
Gorner gespeichert sind, lassen mar-
kante Änderungen im Abfluss und dessen
Jahresgang erwarten (Bild 5 und 6 links).
Bis etwa 2030 sagen die Modellrechnungen
einen stetigen Anstieg der Jahresabflussmengen
voraus. Im Mittel über alle Szenarien
beträgt des Jahresabflussvolumen zu
diesem Zeitpunkt rund 160 ± 20 mio m 3 ,
was im Vergleich zur Referenzperiode
einem Anstieg von etwa 20% entspricht.
Ab 2030 wird dann, aufgrund des zunehmend
fehlenden Beitrags der Eisschmelze
zum Gesamtabfluss, mit einer Abnahme
der Jahresabflussmengen gerechnet.
Diese dürfte, im Vergleich zur Referenzperiode
bis 2090 in etwa –13% betragen,
was einem Jahresabflussvolumen von 118
± 14 mio m 3 entspricht. Diese Entwicklung
ist hauptsächlich auf die Veränderungen
der Eismassen zurückzuführen. Der Jahresniederschlag
wird sich zwischen der
Referenzperiode und Ende Jahrhundert
gemäss den verwendeten Klimaszenarien
nur unwesentlich ändern, im Mittel wird
eine Abnahme des Jahresniederschlags
um etwa –5% vorausgesagt. Die vorhergesagte
Zunahme der Evapotranspiration
ist zwar markant (nicht gezeigt), wird aber
im Vergleich zu den Jahresabfluss- und
-Niederschlagsmengen weiterhin von geringer
Bedeutung bleiben.
Bei der Entwicklung des Abflussjahresganges
(Bild 6 links) fallen die abnehmenden
Abflüsse in den Monaten Juli
und August auf, welche bis Ende dieses
Jahrhunderts erwartet werden. Im Vergleich
zur Referenzperiode wird für 2090
eine Abnahme um etwa 30% vorhergesagt.
Zudem wird erwartet, dass sich der
Zeitpunkt des maximalen Abflusses um
rund einen Monat verschieben wird (von
Bild 5. Entwicklung von Abfluss und Niederschlag in den Einzugsgebieten Gorner (links) und Mattmark (rechts). Gezeigt sind 100
mögliche Realisierungen des Jahresabflussverlaufs in der Periode 1900–2100 (graue Linien) und ein über 30 Jahre geglätteter Mittelwert
(blaue Linie). Das blau schraffierte Band enthält 95% der Realisierungen. Für den Jahresniederschlag ist nur der geglättete
Mittelwert gezeigt (schwarz gestrichelte Linie). Die relativen Beiträge zum Gesamtabfluss sind im oberen Bereich der Graphik dargestellt.
Aufgeschlüsselt sind die Beiträge von Eis- und Schneeschmelze sowie Flüssigniederschlag. Im selben Bereich ist auch der
Verlauf der Vergletscherung im Gebiet dargestellt (rote Linie). Der grüne Balken im unteren Bereich der Graphik zeigt die Periode in
welcher gemessene Abflussdaten zur Verfügung stehen.
276 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 6. Zeitliche Entwicklung des Abflussregimes in den Einzugsgebieten Gorner (links) und Mattmark (rechts). Gezeigt ist der Verlauf
des mittleren Tagesabflusses gemittelt über eine Periode von 30 Jahre und sämtliche Modellrealisierungen.
Ende Juli auf Anfangs Juli) und dass die
Monate Oktober und November mehr
Wasser führen werden.
Für das Einzugsgebiet Mattmark
lassen die Modellrechnungen erwarten,
dass die Jahresabflussmengen nur
für etwa eine Dekade ansteigen werden
(Bild 5 rechts). Die Maximalen Jahresabflussmengen
werden für die Periode um
2020 vorhergesagt und werden rund 115
± 12 mio m 3 betragen. Im Vergleich zur
Referenzperiode wäre das ein Anstieg von
nicht ganz 5%. Ab 2020 wird von einer stetigen
Abnahme der Jahresabflussmengen
ausgegangen. Im Vergleich zur Referenzperiode,
sind die für Ende dieses Jahrhunderts
erwarteten Jahresabflüsse etwa
15% niedriger, was einem Jahresabfluss
von rund 95 ± 20 mio m 3 entspricht. Dieser
Rückgang ist hauptsächlich durch die
fehlende Eisschmelze bedingt und in geringerem
Masse durch die abnehmenden
Jahresniederschlagsmengen und der zunehmenden
Evapotranspiration. Im Vergleich
zur Referenzperiode wird für den
Jahresniederschlag bis 2090 von einer
Abnahme um etwa –4% ausgegangen
während sich die Evapotranspiration zwischen
den beiden Perioden etwa verdoppeln
wird (nicht gezeigt).
Markante Änderungen sind im Abflussregime
zu erwarten (Bild 6 rechts).
Insbesondere ist mit einer starken Reduktion
des Abflusses in den Monaten Juli und
August zu rechnen, was bis Ende dieses
Jahrhunderts zu einer ziemlich konstanten
Abflussmenge während den Monaten Juli
bis Oktober führen wird. Bis 2090 sagen
die Modellrechnungen für den Monat Juli
eine Abnahme des mittleren Abflusses um
mehr als die Hälfte voraus. Der maximale
mittlere Abfluss wird sich bis Ende dieses
Jahrhunderts um etwa anderthalb Monate
verlagern: von Mitte Juli in der Referenzperiode
auf Anfang Juni.
6. Vergleich der beiden Untersuchungsgebiete
Obwohl die beiden untersuchten Einzugsgebiete
nicht sehr weit auseinanderliegen,
unterscheiden sich dessen Charakteristiken
und die daraus hergeleiteten
Prognosen beträchtlich. Nebst den recht
unterschiedlichen Jahresniederschlagsmengen
(das Einzugsgebiet Gorner ist in
den Modellierungen etwa 15% trockener
als das Einzugsgebiet Mattmark, Bild 1
und 2) und dem unterschiedlichen Vergletscherungsgrad
der beiden Gebiete
(die Vergletscherung des Einzugsgebiets
Gorner ist doppelt so hoch wie im Gebiet
Mattmark) betrifft der wichtigste Unterschied
die Verteilung der in den Gebieten
vorkommenden Eismassen. Während im
Einzugsgebiet Gorner volumenmässig
das meiste Eis in relativ tiefen Lagen liegt
(im flachen Bereich zwischen 2300 und
2600 m ü.M.), sind die Eismassen im Einzugsgebiet
Mattmark in bedeutend höheren
Lagen anzutreffen (mehr als zwei
Drittel des Eisvolumens liegt höher als
2800 m ü.M.) und wesentlich homogener
mit der Höhe verteilt. Dieser Unterschied
in der Höhenverteilung des Eisvolumens
führt dazu, dass im Gornergebiet relativ
grosse Eismassen in kurzer Zeit hohen
Temperaturen ausgesetzt sind und so
in einem relativ begrenzten Zeitraum zu
einer markant erhöhten Eisschmelze führen,
während sich der Effekt im Einzugsgebiet
Mattmark nur nach und nach, und
somit wesentlich gedämpfter, bemerkbar
macht. Im Einzugsgebiet Mattmark steht
die Entwicklung der Jahresabflussmengen
im direkten Zusammenhang mit der
abnehmenden Gletscherfläche. Hingegen
sorgen die grossen Eismassen im Einzugsgebiet
Gorner für einen stärkeren Anteil an
Eisschmelze in den kommenden Jahren
wodurch die Abflüsse zunehmen werden.
7. Weitere Anmerkungen
In der vorliegenden Studie wurden zwei,
stark vergletscherte Einzugsgebiete untersucht.
Dazu wurde das dafür ausgelegte
glaziohydrologische Modell GERM
verwendet. Kern darin sind die Massenbilanz-
und Gletscherentwicklungsmodelle.
Verglichen mit der ersten Version des Modells,
welches von Huss et al. (2008b) präsentiert
wurde, konnten entscheidende
Fortschritte bei der Berechnung der Entwicklung
der Gletschergeometrie erzielt
werden. Mittlerweile liegt auch ein neues
3D-Gletscherfliessmodell (Jouvet et al.,
2008) vor, welches für operationelle Anwendungen
zur Verfügung steht. Das
Massenbilanzmodell basiert auf einem robusten
Ansatz, dessen Parameter für jedes
Einzugsgebiet separat kalibriert werden
müssen. Allerdings zeigten Studien (z.B.
Huss et al., 2009), dass die verwendeten
Parameter insbesondere bei grossen Veränderungen
der Vergletscherung über längere
Zeit nicht unbedingt konstant bleiben.
Weiterer Forschungsbedarf besteht auch
bei der Berechnung der räumlichen wie
zeitlichen Verteilung der Akkumulation.
Verhältnismässig wenig Aufmerksamkeit
wurde dem Prozess der Evapotranspiration
gewidmet. Für Alpine Einzugsgebiete
wird in der Regel davon ausgegangen,
dass aufgrund der relativ tiefen
Temperaturen und der spärlichen Vegetation
der Evapotranspiration nur eine untergeordnete
Rolle im Wasserkreislauf zukommt
(z.B. Bernath, 1991; Verbunt et al.,
2003). Die vorgelegten Resultate deuten
jedoch darauf hin, dass dieses Verhältnis
sich in Zukunft signifikant ändern könnte.
Auch in diesem Falle wären entsprechende
Abklärungen von grosser Bedeutung, insbesondere
messungsbasierte.
Die präsentierten Vertrauensintervalle
und Bandbreiten beschränken sich
auf die Unsicherheiten in der zukünftigen
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 277
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Entwicklung des Klimas. Weitere Unsicherheiten,
die aufgrund des gewählten Modellansatzes
entstehen (z.B. die erwähnten
Modellparameter oder das Evaporationsmodul),
wurden in der vorliegenden Studie
nicht untersucht.
Danksagung
Diese Studie wurde vom Projekt «Wallis Wasserkraft
Klimawandel» finanziert und wäre ohne die
bereits vorhandene detaillierte Datengrundlage
nicht möglich gewesen. Letztere konnte dank
verschiedener Schweizer Nationalfond Projekte
und Aufträge der Kraftwerke Mattmark AG sowie
Grande Dixence SA erarbeitet werden.
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Anschrift der Verfasser
Daniel Farinotti, Andreas Bauder, Martin Funk
Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und
Glaziologie (VAW), ETH Zürich
CH-8092 Zürich, farinotti@vaw.baug.ethz.ch
Auswirkungen der Klimaänderung auf die
Geschiebefracht in Einzugsgebieten von
Kraftwerksanlagen im Kanton Wallis
Mélanie Raymond Pralong, Jens Martin Turowski , Dieter Rickenmann, Alexander Beer, Valentin Métraux, Thierry Glassey
Zusammenfassung
Für die Einzugsgebiete der vier Walliser Kraftwerke Grande Dixence SA, Gougra
SA, Mattmark AG und Mauvoisin SA wurde der Einfluss der Klimaänderung auf den
Geschiebetransport basierend auf den aktuellsten Klima-, Gletscher- und Abflussszenarien
untersucht. Der zukünftige Geschiebetransport wurde mittels einer abflussbasierten
Transportformel bestimmt, welche den Einfluss der Sedimentverfügbarkeit
nicht explizit berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass aufgrund der durch
die Klimaänderung bedingten geringeren Abflüsse die ausgetragenen Sedimentmengen
bei ca. der Hälfte (38 von 64) der untersuchten Einzugsgebiete abnehmen
werden. Die grössten Geschiebemengen werden künftig früher im Jahr transportiert,
es findet eine Verschiebung vom Sommer in den Frühling statt.
1. Einleitung
Die prognostizierte Klimaänderung wird
das Abflussregime und den damit verbundenen
Sedimenttransport alpiner Einzugsgebiete
nachhaltig verändern. Der Feststofftransport
aus den Einzugsgebieten
der Wasserkraftanlagen kann zu Verlandungen
von Stauseen, zur Abnutzung von
Turbinen, zu vermehrten Spülungen sowie
während Extremereignissen zur Beschädigung
von Wasserfassungen führen (Bild 1
und Bild 2). Häufigere Spülungen verbrauchen
Wasser, das nicht mehr für die Pro-
278 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 1. Turtmanngletscher mit Moränen sowie Sedimentablagerungsbecken der Gougra SA vom Staudamm aus gesehen (Foto: A.
Beer, WSL).
duktion zur Verfügung steht und verursachen
somit direkt Kosten. Diese Prozesse
können erhebliche Auswirkungen auf die
Betriebs- und Unterhaltskosten bei Kraftwerkanlagen
haben. Aus diesen Gründen
wurde im Rahmen des Projekts «Wallis,
Klimaänderung und Wasserkraftnutzung»
der Einfluss der Klimaänderung auf den
Geschiebetransport bzw. den gesamten
Sedimenttransport untersucht, mit dem
Ziel, diesbezügliche Änderungen zu quantifizieren.
Dabei wurde der zukünftige Geschiebetransport
der Perioden 2021–2050
(nahe Zukunft) und 2070–2099 (ferne Zukunft)
für die Einzugsgebiete der vier Walliser
Kraftwerksgesellschaften Grande
Dixence SA, Gougra SA, Mattmark AG und
Mauvoisin SA bestimmt.
Die Berechnungen des zukünftigen
Geschiebetransportes basieren auf
der Modellkette Klima-, Gletscher- und
Abflussprognose, welche im Artikel von
Schädler et al. (dieses Heft) ausführlich erläutert
sind und hier nicht weiter beschrieben
werden. Die zu erwartenden Veränderungen
hängen jedoch auch von der
Geomorphologie und Sedimentverfügbarkeit
der einzelnen Einzugsgebiete ab;
dieser Aspekt wurde nur am Beispiel des
Turtmanntals untersucht. Der vorliegende
Bericht fasst die wichtigsten Ergebnisse
zusammen. Weiterführende Ergebnisse
können im Bericht von Raymond Pralong
et al. (2011) nachgelesen werden.
2. Grundlagen zum Sedimenttransport
2.1 Der Geschiebetrieb
Unter dem Begriff Geschiebetransport
ist die Verlagerung von Gesteinkörnern
grösser als etwa Feinsand durch Gerinneabfluss
zu verstehen, wobei die Körner
vorwiegend in Sohlennähe transportiert
werden. Im Begriff Sedimenttransport
werden auch die feineren Korngrössen
eingeschlossen, welche vorwiegend als
Schwebstoff transportiert werden und sich
auch in den Stauseen ablagern. Die Materialmenge,
welche durch Wasser mobilisiert
und transportiert werden kann, hängt
von der Transportkapazität des Gerinnes
und von der Sedimentverfügbarbeit ab.
Die Transportkapazität ist einerseits vom
geringsten Gefälle innerhalb des Flussverlaufes
abhängig, da dort die Schubspannungen
an der Sohle am kleinsten sind.
Andererseits bestimmt die Abflussmenge
die Transportkapazität mit. Damit Material
tatsächlich ausgetragen werden kann, ist
ein kritischer Abfluss nötig, welcher als
untere Grenze für den Stofftransport gilt.
Unterhalb dieser Abflussmenge findet kein
Sedimenttransport statt.
2.2 Berechnung der Geschiebetransportrate
In dieser Studie wurden die zukünftigen
Geschiebefrachten mittels einer abflussbasierten
Geschiebetransportgleichung
bestimmt. Die Geschiebetransportrate
wird mit folgender kompakten Gleichung
berechnet:
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 279
(1)
Dabei ist q b die volumetrische Geschiebetransportrate
pro Einheitsbreite, q der
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Bild 2. Beschädigte Wasserfassung Riedbach in Grächen (Mattertal, Mattmark AG) als Folge eines Wasserausbruches im Riedgletscher
am 08. August 1989 (Fotos: Kraftwerke Mattmark AG).
Abfluss pro Einheitsbreite q c, der kritische
Abfluss pro Einheitsbreite bei Beginn des
Geschiebetransportes und S das Gerinnegefälle.
Für eine ausführliche Herleitung
dieser Gleichung wird auf Badoux & Rickenmann
(2008) oder Nitsche et al. (2011)
verwiesen.
Der kritische Abfluss q c in Gleichung
(1) wird mit folgender empirischer
Gleichung abgeschätzt
(2)
Dabei ist s = ρ s / ρ das Verhältnis von Feststoffdichte
ρ s zur Fluiddichte ρ, g die Gravitationsbeschleunigung
und d x die charakteristische
Korngrösse des Bachmaterials,
für welche x% des Materials feiner sind.
Für das Dichteverhältnis von Quarzsediment
zu Wasser wird s = 2.68 gesetzt. Gl.
(2) wurde von Bathurst et al. (1987) vorgeschlagen
und von Rickenmann (1990)
leicht modifiziert. Sie basiert auf Laborversuchen
mit relativ einheitlichen Korngrössen
und Gerinnegefällen von 0.0025 bis
0.2 und entspricht Bedingungen in einem
Bachbett ohne Deckschicht und ohne ausgeprägte
Sohlstrukturen.
2.3 Berücksichtigung des hohen
Fliesswiderstandes in steilen
und rauen Gerinnen
Zur Bestimmung des Geschiebetransportes
unter Berücksichtigung von Energieverlusten
durch grobe Rauigkeitselemente
kann Gl. (1) in Kombination
mit einem Ansatz für die Aufteilung des
Fliesswiderstandes verwendet werden.
Das reduzierte Energieliniengefälle S red
bezieht sich dabei auf ein Basisniveau des
Fliesswiderstandes (für eine Grundrauigkeit
des Sohlenmaterials) und bestimmt
die verbleibende Energie, welche für den
Geschiebetransport zur Verfügung steht
(Rickenmann & Recking, 2011):
280 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden
(3)
Dabei bezieht sich der Darcy-Weisbach
Reibungskoeffizient f tot auf die Gesamtreibung
und f o auf die Basisreibung bzw. der
Manning-Strickler Reibungsbeiwert n tot
auf die Gesamtreibung und n o auf die Basisreibung.
Meyer-Peter und Müller (1948)
schlugen aufgrund ihrer Experimente einen
empirisch bestimmten Wert e = 1.5 vor. Rickenmann
et al. (2006) gehen davon aus,
dass plausible Werte für den Exponenten e
im Bereich von 1 ≤ e ≤ 2 liegen, was durch
Untersuchungen zum Geschiebetransport
in steilen Gerinnen in der Schweiz und Österreich
bestätigt wird (Badoux & Rickenmann,
2008; Chiari & Rickenmann, 2011;
Nitsche et al., 2011). Hier wurde e = 1.5
verwendet.
Das Verhältnis zwischen Basiswiderstand
und gesamtem Fliesswiderstand
ergibt sich zu:
(4)
Dabei ist v die mittlere Fliessgeschwindigkeit
unter Berücksichtigung der Gesamtreibung
und f tot und v o bezeichnet eine
virtuelle Fliessgeschwindigkeit unter Berücksichtigung
der Basisreibung f o. Das
Resultat der Aufteilung des Fliesswiderstandes
nach Gl. (4) wird in Gl. (3) für die
Berechnung von S red eingesetzt. Die hier
vorgeschlagene Aufteilung ist im Grunde
eine Funktion der relativen Abflusstiefe. Es
handelt sich dabei um einen pauschalen,
empirischen Ansatz, welcher aber implizit
Informationen über eine durchschnittliche
Rauigkeitserhöhung in steilen und rauen
Gerinnen enthält.
3. Die Untersuchungsgebiete
Grande Dixence
Das Einzugsgebiet der Grande Dixence SA
liegt südlich des Rhonetals, jeweils in den
hinteren Teilen des Mattertals und des Val
d’Hérens (rote Fläche in Bild 3) und umfasst
eine Fläche von 357 km 2 . Insgesamt
werden 36 verschiedene Teileinzugsgebiete
gefasst. Das Gesamteinzugsgebiet
ist zu zwei Dritteln und gewisse Teileinzugsgebiete
bis zu 80% vergletschert.
Das gesammelte Wasser wird über einen
Hauptstollen in den Grande Dixence Stausee
im Nachbartal Val des Dix geleitet. Alle
Wasserfassungen liegen oberhalb 2000 m
ü.M. Die Standorte der Wasserfassungen
sind mit einem Punkt dargestellt. Die
grössten Gletscher im Gebiet sind Gorner-,
Findelen-, Zmuttgletscher, Glacier
de Ferpècle und Haut Glacier d’Arolla.
Die Teileinzugsgebietsflächen liegen zwischen
1.5 km 2 (Douves Blanches) und
80 km 2 (Gornera), wobei die Mehrheit Flächen
unter 5 km 2 liegen (21 Teileinzugsgebiete).
Gougra
Das Einzugsgebiet der Gougra SA liegt
im hinteren Val d’Anniviers und im Nachbartal
Turtmann und umfasst eine Fläche
von 252 km 2 (hellblaue Einzugsgebiete in
Bild 3). Neben dem natürlichen Einzugsgebiet
wird dem Stausee Moiry (2250 m ü.M)
Wasser der Navisence von Mottec sowie
das Wasser aus dem Turtmannstausee
zugeleitet. Das Teileinzugsgebiet der Turtmänna
umfasst eine Fläche von 36.6 km 2

mit einer Vergletscherung von 56% (Zuber,
2005) und erreicht eine maximale Höhe
von 4151 m ü.M (Bishorn). Neben dem
natürlichen Einzugsgebiet wird dem Turtmannstausee
Wasser aus den Bächen
Brändji, Bluomatt und Frilli zugeleitet.
Mattmark
Das Einzugsgebiet des Stausees Mattmark
AG liegt im hinteren Saastal und umfasst
eine Fläche von 85.9 km 2 (dunkelblaue
Einzugsgebiete in Bild 3). Der Stausee
liegt auf 2197 m ü.M. Das natürliche
Einzugsgebiet von 37.1 km 2 erreicht eine
maximale Höhe von 3795 m ü.M. (Fluchthorn).
Neben dem natürlichen Einzugsgebiet
werden dem Stausee Mattmark die
links- und rechtsufrigen Seitenbäche der
Saaser Vispa (Triftbach, Almagellerbach,
Furgbach, Allalinbach, Hohlaubbach) mit
einem Gesamteinzugsgebiet von 51.1 km 2
zugeleitet. Gletscher wie der Schwarzberg-,
Allalin- und Feegletscher prägen
das alpine Landschaftsbild. Im Jahr 1985
betrug die vergletscherte Fläche im Gesamteinzugsgebiet
30.3 km 2 , was einem
Anteil von 35.4% entspricht.
Mauvoisin
Das Einzugsgebiet des Stausees Mauvoisin
liegt im hinteren Teil des Val de Bagnes
(in Bild 3 gelb markiert). Dem Stausee werden
neben den natürlichen Zuflüssen mit
einem Einzugsgebiet von 114 km 2 auch die
links- und rechtsufrigen Bäche des mittleren
Val de Bagnes mit einem Einzugsgebiet
von 53 km 2 zugeleitet. Das Einzugsgebiet
ist zu 43 Prozent vergletschert. Der Grand
Combin mit einer Höhe von 4314 m ü.M.
bildet den höchsten Gipfel.
4. Modellierung des künftigen
Sedimenttransportes
Für die Berechnung des künftigen Sediment-
bzw. Geschiebetransportes sollten
Voraussagen über (i) die Abflussentwicklung
und (ii) die Entwicklung der Sedimentverfügbarkeit
in den einzelnen Einzugsgebieten
gemacht werden können.
In den hier vorgestellten Resultaten wurde
hauptsächlich der Einfluss der Abflussentwicklung
auf den Geschiebetransport untersucht
(Einflussfaktor i). Die Beurteilung
der Entwicklung der Sedimentverfügbarkeit
ist schwieriger zu quantifizieren und
basiert u.a. auf detaillierteren Felduntersuchungen.
Im Rahmen dieses Projektes
wurde dieser Aspekt nur für das Einzugsgebiet
des Turtmanntals (Gougra SA) untersucht.
Dort übersteigt die verfügbare
Sedimentmenge die Transportkapazität
des Baches um mehrere Grössenordnungen.
Der Bach zeigt also transport-limitiertes
Verhalten. Die Ergebnisse sind
Bild 3. Einzugsgebiete der Kraftwerksbetriebe Grande Dixence SA (rot), Gougra SA
(hellblau), Mattmark AG (blau) und Mauvoisin SA ( gelb).
im Detail von Beer (2009) und Raymond
Pralong et al. (2011) beschrieben.
4.1 Geschiebefrachtprognosen
Der künftige Geschiebetransport wird
anhand des prognostizierten Abflusses
berechnet. Dazu wird die abflussbasierte
Transportformel (Gleichung [1]) an den
beobachteten Geschiebefrachten (falls
vorhanden abgeschätzt aus Anzahl Spülungen
der Entsander und Entkieser) geeicht
und auf die prognostizierten Abflusswerte
angewandt. Die Geschiebefrachten
wurden für je zehn Klima-Abfluss-Szenarien
für die Perioden 2021–2050 und 2070–
2099 berechnet und im Verhältnis zu den
Referenzwerten der Periode 1980–2009
gesetzt.
5. Resultate
Der künftige Geschiebetransport wurde
für insgesamt 65 Bäche untersucht: 36 im
Gebiet der Grande Dixence, 10 in jenem
der Kraftwerke Gougra, neun im Einzugsgebiet
der Kraftwerke Mattmark und 10
für das Gebiet von Mauvoisin. Die Berechnungen
geben die Änderung der Transportkapazität
wieder; die Geschiebeverfügbarkeit
wurde nicht explizit berücksichtigt.
Zur besseren Übersicht wurden
für jede Messstelle die mittlere jährliche
Geschiebefracht über alle zehn Szenarien
ermittelt, und mit dem Wert der Referenzperiode
normalisiert.
Bei einem Bach (Pas de Chèvres;
Grande Dixence) lag der berechnete Geschiebetransport
in der Referenzperiode
und in den meisten Szenarien bei Null, das
heisst, dass der mittels Gleichung (2) abgeschätzte
Abflussgrenzwert für den Transportbeginn
nicht überschritten wurde. Bei
diesem Bach dominieren jetzt und in Zukunft
Extremereignisse den Geschiebetransport.
Dieser Bach wird im Folgenden
nicht berücksichtigt.
5.1 Auswirkungen auf die Geschiebemengen
und die
saisonale Verteilung des
Geschiebetransportes
Im Durchschnitt gibt es in den restlichen
64 Bächen im Vergleich zu den Beobachtungen
der Referenzperiode in der Periode
2021–2050 einen Geschiebeanstieg
um den Faktor 2.15 (Median 1.39), in der
Periode 2070–2099, um einen Faktor 4.69
(Median 3.79). Diese Werte sind jedoch
stark beeinflusst von zwei Ausreissern
(Rocs Rouges, Grande Dixence: Mittelwert
40.67 in 2050 und 75.40 in 2099; und
Crête Sèche, Mauvoisin: Mittelwert 41.18
in 2050 und 173.28 in 2099). Werden diese
Bäche in dem Vergleich weggelassen, verringert
sich der Mittelwert für 2021–2050
auf 0.90 (Median 0.88) und für 2070–2099
auf 0.84 (Median 0.83). Im Allgemeinen
kann also bei den untersuchten Bächen
von einem Geschieberückgang ausgegangen
werden, vor allem für die Periode 2070
bis 2099 (Bild 4). Die durch die Klimaänderung
bedingten geringeren mittleren Abflüsse
rufen diesen Rückgang hervor. Bis
2050 zeigen nur neun Bäche gesteigerte
Geschiebelieferungen um mehr als 20%,
während 13 Bäche weniger als 80% der
Geschiebefrachten in der Referenzperiode
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 281
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
bringen. Die restlichen 42 Bäche liefern
zwischen 80% und 120% der Referenzfrachten.
Bis 2099 liefern zehn Bäche mehr
Geschiebe, aber nur noch 16 Bäche liefern
ähnliche Frachten wie in der Referenzperiode.
Die restlichen 38 Bäche liefern weniger
als 80% der Geschiebefrachten der
Referenzperiode.
Die Veränderungen in den jahreszeitlichen
Verteilungen der Geschiebelieferung
sind in Bild 5 dargestellt. Bis 2099
betreffen sie fast alle Einzugsgebiete. Die
maximalen jährlichen Geschiebemengen
fallen heute für die meisten Bäche in den
für ein glaziales Abflussregime abflussreichsten
Sommermonaten Juli und August
an. Aufgrund der veränderten Abflussregimes
verschiebt sich ihr Auftreten
in Zukunft in den Frühsommer. Bis 2050
zeigen 50% der Bäche eine veränderte
Geschiebelieferung vom Sommer in den
Frühling (glaziales zu nivales Abflussregime),
bis 2099 gar 67%. Eine Verschiebung
der jährlichen Geschiebelieferung
vom Frühling in den Winter wird erst ab
2070–2099 beobachtet und betrifft acht
Bäche. Bis 2050 zeigen 28 Bäche keine
Verschiebung, bis 2099 nur noch neun
Bäche. Fünf Bäche sind stark von Extremereignissen
beeinflusst.
5.2 Jährliche Geschiebeganglinien,
Fallbeispiele zu verschiedenem
Bachverhalten
Die Einzugsgebiete reagieren je nach
Höhenlage und Vergletscherungsgrad,
Schneebedeckung, Ausdehnung des
Permafrostes, Vegetationsbedeckung
und Sedimentverfügbarkeit unterschiedlich
auf die Klimaänderung. Die Sedimentverfügbarkeit
spielt dabei eine wesentliche
Rolle, konnte aber wie bereits
erwähnt im Rahmen dieser Studie nur für
das Ein zugsgebiet des Turtmanntals berücksichtigt
werden. Im Folgenden werden
Jahresgeschiebeganglinien gezeigt, die
verschiedene Reaktionen der Einzugsgebiete
auf die Klimaänderung darstellen. Bei
gewissen Einzugsgebieten wird nur eine
Zunahme der Geschiebefrachten, jedoch
keine saisonale Verschiebung in der Zukunft
erwartet. Für Tsijiore Nouve (Grande
Dixence SA) wurde z.B. eine Zunahme der
Geschiebelieferung von im Mittel 177% der
Geschiebemengen der Referenzperiode
bis 2050 und 393% bis 2099 berechnet
(Bild 6). Bei dem Einzugsgebiet Langfluh
(Grande Dixence SA) dagegen wird eine
Abnahme der Geschiebefrachten auf 80%
der Geschiebemengen der Referenzperiode
für 2021–2050 und auf 40% für 2070 –
2099 erwartet (Bild 7). Eine saisonale Ver-
Bild 4. Geschiebetransportänderungen in 64 untersuchten Bächen für die Perioden
2021–2050 (links) und 2070–2099 (rechts) im Vergleich zu den Referenzwerte der
Periode 1980–2009. Mehr Geschiebetransport entspricht einem Wert von >120 Prozent
der Geschiebemengen der Referenzperiode, weniger Geschiebetransport einem Wert

Bild 6. Jährliche Geschiebeganglinien (m 3 /Tag) für je zehn Szenarien der Perioden 2021 bis 2050 (links) und 2070 bis 2099 (rechts)
im Vergleich zur die Referenzperiode 1980–2009 (schwarz) für das Einzugsgebiet Tsijiore Nouve (Grande Dixence SA). In diesem
Beispiel erhöhen sich die Geschiebefrachten stark, ohne dass eine saisonale Verschiebung sichtbar ist.
Bild 7. Jährliche Geschiebeganglinien (m 3 /Tag) für je zehn Szenarien der Perioden 2021 bis 2050 (links) und 2070 bis 2099 (rechts) im
Vergleich zur Referenzperiode 1980–2009 (schwarz) für das Einzugsgebiet Langfluh (Grande Dixence). Klar erkennbar ist die saisonale
Verschiebung der Geschiebelieferung von den Sommermonaten (glazial) zum Frühling (niveal).
Bild 8. Jährliche Geschiebeganglinien (m 3 /Tag) für je zehn Szenarien der Perioden 2021 bis 2050 (links) und 2070 bis 2099 (rechts),
jeweils im Vergleich zur Referenzperiode 1980–2009 (schwarz) für das Einzugsgebiet Mellichen (Grande Dixence).
Austragvolumen wurde auf 27 Millionen
Kubikmeter abgeschätzt (Bild 9b).
6. Diskussion
Die hier vorgestellten quantitativen Geschiebefrachtprognosen
betrachten den
Einfluss der Änderung des Abflusses auf
den Geschiebetransport und gelten somit
strenggenommen nur für sogenannte
transport-limitierte Gebirgsbäche (Begrenzung
des Geschiebeaufkommens durch
das Transportvermögen des Baches).
Der zukünftige Geschiebetransport kann
aber auch stark von einer veränderten
Sedimentverfügbarkeit im Einzugsgebiet
beeinflusst werden, dies gilt vor allem für
verfügbarkeits-limitierte Gebirgsbäche.
Tendenziell ist anzunehmen, dass
die Sedimentverfügbarkeit in einigen Gebieten
durch den Rückzug der Gletscher
und den Rückgang des Permafrostes zunehmen
dürfte. Die Frage der Sediment-
verfügbarkeit wurde beispielhaft im Einzugsgebiet
des Turtmanntals untersucht.
Dort übersteigen die vorhandenen Sedimentmengen
die Transportkapazität bei
Weitem. Deswegen kann angenommen
werden, dass für die heute transport-limitierten
Gletscherbäche auch in Zukunft
genügend Sediment bzw. Geschiebe zur
Verfügung steht. Umgekehrt ist es aber
denkbar, dass für heute verfügbarkeitslimitierte
Gletscherbäche in gewissen
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 283
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Bild 9a. Die Sedimentkörper im oberen Turtmanntal und im
Innern Wängertälli.
Fällen in den nächsten Jahrzehnten mehr
Sediment bzw. Geschiebe in das Gerinnesystem
gelangen könnte und so der
Geschiebetransport allenfalls auch bei abnehmenden
Abflüssen zunehmen könnte.
Eine genaue Unterscheidung der untersuchten
Bäche in transport-limitierte bzw.
verfügbarkeits-limitierte Systeme ist nicht
einfach möglich, und würde insbesondere
weitere Felduntersuchungen erfordern.
Ausser dem Beispiel Turtmanntal
wurde die Sedimentverfügbarkeit in der
Studie bei der Bestimmung der zukünftigen
Geschiebefrachten nicht berücksichtigt.
Dies könnte pro Einzugsgebiet
je nach geomorphologischem Kontext zu
einer Unter- oder Überschätzung der zukünftigen
Frachten führen und sollte bei
der Interpretation der Resultate berücksichtigt
werden.
Durch das sich ändernde Abflussverhalten
der Bäche führen unsere Berechnungen
meist zu einem leichten bis
mittleren Geschieberückgang, zumindest
wenn die prognostizierten Abflussmengen
als korrekt angenommen werden. Für die
Interpretation der Ergebnisse sollte man
sich jedoch bewusst machen, dass alle
Unsicherheiten und Fehler der Modellkette
(Emissionsmodelle, Klimaszenarien, Gletscherflächenänderung,Abflussvorhersage)
sich direkt auf die Vorhersagen des
Geschiebetriebs auswirken. Eine ausführliche
Diskussion der verschiedenen Unsi-
cherheiten kann in den entsprechenden
Fachberichten gefunden werden.
Eine wichtige Änderung im Transportverhalten
ergibt sich für den saisonalen
Verlauf des Geschiebetransportes. Durch
den Rückgang der Gletscher steht im
Sommer weniger Wasser zur Verfügung,
das stattdessen während der Schneeschmelze
im Frühling abfliesst, oder sogar
direkt während des Winters als Regen in
die Bäche gelangt. Starkniederschlagsereignisse
im Sommer und Herbst könnten
in Zukunft vermutlich auch eine grössere
Rolle spielen. Dies würde heissen,
dass die Geschiebelieferung grösseren
Schwankungen unterliegen und weniger
vorhersagbar wird. Die Sedimentlieferung
bei Extremereignissen könnte auch die
Wahrscheinlichkeit für Schäden an wasserbaulichen
Anlagen erhöhen. Die Veränderung
des Feststofftransportes durch
Starkniederschlagsereignisse wurde im
Projekt «Wallis, Wasserkraft, Klimaänderung»
nicht explizit berücksichtigt (weder
in den Klimamodellen noch in den hydrologischen
Modellen), und kann deshalb hier
nur qualitativ diskutiert werden.
7. Schlussfolgerungen
Für die Einzugsgebiete der vier Walliser
Kraftwerke Grande Dixence SA, Gougra
SA, Mattmark AG und Mauvoisin SA wurde
der zukünftige Geschiebetransport für die
Perioden 2021–2050 und 2070–2099 be-
Bild 9b. Potenziell erodierbares Sedimentvolumen im Bereich
der unbewachsenen Moränen.
stimmt. Im Durchschnitt ist eine Abnahme
der ausgetragenen Sedimentmengen zu
erwarten, bedingt durch die sinkenden
Abflussmengen. Im Einzelfall reagieren
aber die verschiedenen Einzugsgebiete
entsprechend ihren lokalen Verhältnissen
(Höhenlage, Vergletscherungsgrad usw…)
unterschiedlich auf die Klimaänderung. So
wird bei einigen Einzugsgebieten zuerst
eine Zunahme, später eine Abnahme der
Geschiebemengen erwartet. Andere Einzugsgebiete
verhalten sich gegensätzlich
und bei weiteren Gebieten wird entweder
nur eine Zunahme oder Abnahme des Sedimenttransports
prognostiziert. Die Sedimentverfügbarkeit
wurde nur in einem
Fallbeispiel berücksichtigt. Der Einfluss
Starkniederschlagsereignisse auf den zukünftigen
Geschiebetransport wurde in
dieser Studie nicht berücksichtigt.
Verdankung
Diese Arbeit wurde im Rahmen des Projektes
«Sektorielle Studie zum Einfluss der Klimaänderung
auf die Wasserkraftnutzung im Kanton Wallis»
durchgeführt. Wir danken den Autraggebern
Forces Motrices Valaisannes und Dienststelle
für Energie und Wasserkraft Kanton Wallis, und
insbesondere J. Pralong, E. Caloz, P. Michellod,
P. Amacker, M. Steiner, F. Zuber für die Unterstützung
des Projektes. Für die freundliche
Bereitstellung von Unterlagen danken wir den
Kraftwerkgesellschaften Grande Dixence SA,
Gougra SA, Mattmark AG und Mauvoisin SA.
284 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Literatur
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channels. In R. Ferreira, E. Alves, J. Leal
& A. Cardoso (eds), River Flow 2006, Taylor &
Francis, London, pp. 843–852.
Anschrift der Verfasser
Mélanie Raymond Pralong, Jens Martin Turowski,
Dieter Rickenmann, Alexander Beer, Valentin
Métraux, Thierry Glassey
Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald,
Schnee und Landschaft (WSL)
Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf
Tel. +41 44 739 24 24, jens.turowski@wsl.ch
Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit
und Stromproduktion an den Beispielen
Oberhasli und Mattmark
Manfred Stähli, Mélanie Raymond-Pralong, Massimiliano Zappa, Andreas Ludwig, Frank Paul, Thomas Bosshard, Christian Dupraz
Zusammenfassung
Im Rahmen der SwissElectric Research Studie «Klimaänderung und Wasserkraft» wurde für den Stausee Mattmark und das gesamte
Einzugsgebiet des Kraftwerks Oberhasli (KWO) berechnet, wie sich die natürlichen Wasserzuflüsse zu den Reservoiren mit
den prognostizierten Klimaänderungen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts verändern werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Mächtigkeit der Schneedecke in beiden Gebieten in diesem Zeitraum mehr als halbieren wird.
Infolge der saisonalen Vorverschiebung der Schneeschmelze um fünf bis acht Wochen wird die wasserarme Zeit länger. Die mittlere
jährliche Abflussmenge dürfte im KWO-Gebiet um 3%±3% (Zeitraum 2021–50), resp. um 7%±6% (Zeitraum 2070–99) abnehmen;
im Einzugsgebiet Mattmark um 6%±5% (2021–50), resp. um 12%±6% (Zeitraum 2070–99).
Berechnungen mit einer Kraftwerksoptimierungs-Software ergeben, dass die durch die Klimamodellketten bedingte Unsicherheit
grösser ist als die Änderung der jährlichen Produktion, resp. des jährlichen Umsatzes. Übereinstimmend wird jedoch vorausgesagt,
dass als Folge des sich ändernden Abflussregimes die Produktion im Winter leicht zunehmen wird, im Sommer jedoch deutlich
abnehmen wird. Ebenso haben diese hydrologischen Änderungen Auswirkungen auf die Revisionsplanung.
1. Einleitung
Die prognostizierte Klimaänderung wird
die Schneedecke und Gletscher in alpinen
Einzugsgebieten nachhaltig verändern.
Dies wird Auswirkungen auf die natürlichen
Zuflüsse zu den Speicherseen und
Wasserfassungen der Kraftwerkanlagen
haben. Wie gross sind diese und was be-
deuten sie konkret für die Stromproduktion
und den Umsatz?
Vier Fallstudien im Rahmen des swisselectric
research/BfE-Projekts «Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung» sind dieser
Frage nachgegangen. Dabei wurde eine
einheitliche Methodik verwendet, welche
in Abschnitt 2 erläutert wird.
Der vorliegende Bericht fasst die
wichtigsten Ergebnisse der Fallstudien
Oberhasli und Mattmark zusammen. Für
die Resultate der beiden anderen Fallstudien
– Göscheneralp und Gougra – wird
auf die Internetseiten http://www.hydrologie.unibe.ch/projekte/ccwasserkraft.
html verwiesen.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 285
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
2. Modellierungsmethodik
Die Ergebnisse dieser Fallstudie basieren
auf regionalen Klimamodelldaten des europäischen
Projektes ENSEMBLES, welche
alle vom Emissionsszenario A1B (moderate
Erwärmung) ausgehen. Diese umfassen
zehn verschiedene Modellketten von
Globalen Zirkulationsmodellen (GCM) und
Regionalen Klimamodellen (RCM) und widerspiegeln
die Unsicherheits-Bandbreite
der Klimamodelle.
Um die erwarteten lokalen Klimaänderungen
in den Fallstudiengebieten
abzubilden, wurden für alle relevanten MeteoSchweiz-Messstellen
Jahresgänge der
Temperatur- und Niederschlagsänderung
für die Zeiträume 2021–2050 (nahe Zukunft)
und 2070–2099 (ferne Zukunft) relativ
zur Kontrollperiode 1980–2009 berechnet.
Diese statistische Downscaling-Methode
wird auch Delta-change-Ansatz genannt
(Bosshard et al., 2011).
Bezüglich Vergletscherung wurde
für die beiden Zukunftsszenarien die Gletscherfläche
von 1985 mit einem Modell von
Paul et al. (2007) in Fünf-Jahres-Schritten
kontinuierlich reduziert. Das Modell basiert
auf der einfachen Annahme, dass die
Gleichgewichtslinie entsprechend der Lufttemperaturerhöhung
ansteigt, sich dadurch
das Akkumulationsgebiet der Gletscher verkleinert
und sich die Gletschergrösse nach
50 Jahren an die neuen Bedingungen angepasst
hat.
Für die Abflussberechnung wurde
die neue Gitterversion des hydrologischen
Modells PREVAH (Viviroli et al., 2009 a) mit
regionalisierten Parametern von Viviroli et
al. (2009 b und c) aufgesetzt (Gittergrösse
= 200 m). Anhand von gemessenen Zuflussdaten
bei den Wasserfassungen
wurden die Modellparameter optimiert.
Danach wurden für die Kontrollperiode
1980–2009 in täglicher Auflösung folgende
hydrologischen Grössen berechnet: Niederschlag,
Verdunstung, Schneewasserwert,
Eis- und Schneeschmelze, Bodenwasserspeicher
und Abfluss. Dazu wurden
die gemessenen meteorologischen Grössen
der nahegelegenen Meteoschweiz-
Stationen über das Einzugsgebiet hinweg
interpoliert.
Für die beiden Zukunftsszenarien
wurden die Modellparameter unverändert
wie bei der Kontrollsimulation beibehalten.
Die Temperatur- und Niederschlagsmesswerte
der Kontrollperiode wurden stationsweise
mit den prognostizierten täglichen
Änderungen (Delta change) korrigiert. Somit
entstanden zwei neue 30-jährige Zeitreihen
mit ähnlicher Variabilität, wie sie in der Kontrollperiode
beobachtet worden war, aber
mit den erwarteten saisonalen Veränderungen.
Abschliessend wurden die Ergebnisse
des hydrologischen Modells PRE-
VAH – insbesondere der simulierte natürliche
Abfluss aus den Teileinzugsgebieten
(Tageswerte) – als Input in eine Kraftwerkoptimierungssoftware
eingegeben. Damit
wurde für die Zukunftsszenarien die Änderung
der Produktion, resp. des Umsatzes
unter den heutigen Strommarkt-Randbedingungen
berechnet.
3. Beschreibung der Einzugsgebiete
und Kraftwerkanlagen
3.1 KWO
Das Einzugsgebiet der KWO (Bild 1) erstreckt
sich von Innertkirchen (Kanton Bern; 630 m
ü.M.) hinauf bis zum Finsteraarhorn (4274 m
ü.M.) und umfasst eine Fläche von 450 km 2 .
Grosse Teile der Landschaft weisen alpinen
Charakter auf, mit vergletscherten Gebieten
in höheren Lagen (Unteraar-, Oberaar-,
Triftgletschter usw.). Unterhalb der nivalen
Höhenstufe sind vom Gletscher geschliffene
Fels oberflächen und flachgründige Böden
mit einfacher Vegetation verbreitet, welche
zu einer insgesamt geringen Wasserspeicherkapazität
führen. Der geologische
Untergrund setzt sich im Wesentlichen aus
den Graniten und Gneisen des Aarmassivs
zusammen. Nördlich des Gadmentals sind
zudem Sedimente der helvetischen Decken
aufgeschlossen. Gemittelt über das Gebiet
fallen pro Jahr im Durchschnitt 2170 mm
Niederschlag (Periode 1980–2009). Diese
Summe scheint relativ hoch, wenn man
sie mit den Jahresniederschlägen an den
Stationen Guttannen (1614 mm) oder Meiringen
(1351 mm) vergleicht. Die Station
Grimsel-Hospiz (2094 mm) bestätigt aber
den starken Niederschlagsgradienten mit
der Höhe (von ca. 5% pro 100 m). Dieser
ist auch mit verschiedenen ausführlichen
Studien in einem benachbarten Gebiet von
Farinotti et al. (2010) und Magnusson et al.
(2011) gut belegt. Somit ergibt sich für das
gesamte Einzugsgebiet ein Jahresvolumen
von knapp 1000 Mio. m 3 Wasser.
Für diese Studie wurde das gesamte
KWO-Gebiet in elf Teileinzugsgebiete unterteilt.
Vier davon sind nur zu einem geringen
Anteil vergletschert: Haslital, Gadmen,
Ürbach und Gental. Die Teil einzugsgebiete
mit dem aktuell grössten Gletscheranteil
sind Trift und Gauli.
Kraftwerkanlage: Seit der Inbetriebnahme
des Kraftwerks Handeck 1 im Jahre
1932 wurden die Anlagen in mehreren Bauetappen
ausgebaut und erneuert (www.
grimselstrom.ch). Zur Zeit sind neun Kraft-
werke in Betrieb. Die acht Speicherseen bieten
gesamthaft Platz für 195 Mio m 3 Wasser,
was 20 Prozent des jährlichen Gebietsniederschlags
entspricht. Die auf die verschiedenen
Kraftwerke verteilten 26 Turbinen
produzieren eine jährliche Gesamtenergie
von 2350 GWh bei einer durchschnittlichen
Leistung von 1150 MW.
3.2 Mattmark
Das Einzugsgebiet des Stausees Mattmark
(Bild 1) umfasst eine Fläche von 88.2 km 2 .
Neben dem natürlichen Einzugsgebiet von
37.1 km 2 werden dem Stausee Mattmark
die links- und rechtsufrigen Seitenbäche
der Saaser Vispa mit einem Einzugsgebiet
von 51.1 km 2 zugeleitet (inkl. Almagellerbach
[13.1 km 2 ] und Triftbach [13.0 km 2 ]).
Der Stausee liegt auf 2197 m ü.M. Das untersuchte
Einzugsgebiet erreicht eine maximale
Höhe von 4143 m ü.M. (östlich des
Strahlhorns). Gletscher wie der Schwarzberg-,
Allalin- und Hohlaubgletscher prägen
das alpine Landschaftsbild. Unterhalb
der nivalen Höhenstufe sind vom Gletscher
geschliffene Felsoberflächen und flachgründige
Böden mit einfacher Vegetation
verbreitet, welche zu einer insgesamt geringen
Wasserspeicherkapazität führen. Im
südlichen Teilgebiet setzt sich der geologische
Untergrund vorwiegend aus Gneisen
und untergeordnet aus basischen Gesteinen
zusammen. Nördlich von Saas Almagell
dominieren Glimmerschiefer.
Der jährliche Niederschlag beträgt
im Mittel 1310 mm. Für das Einzugsgebiet
des Stausees Mattmark ergibt dies ein Jahresvolumen
von 115 Mio. m 3 Wasser.
Für die betrieblichen Berechnungen
mit der Kraftwerkoptimierungssoftware
wurden zudem diejenigen Einzugsgebiete
hydrologisch modelliert, welche ins Ausgleichsbecken
Zermeiggern entwässern.
Diese liegen nordwestlich des Stausees
und weisen insgesamt eine Fläche von
74 m 2 auf.
Kraftwerkanlage: Der seit 1969 betriebene
Stausee Mattmark fasst ein Volumen
von 100 Mio m 3 Wasser. Hinunter zum
Kraftwerk Zermeiggern bei Saas Almagell
legt das Wasser eine Höhendifferenz von
maximal 459 m zurück. Die Leistung dieses
Kraftwerks liegt bei 74 MW. Die angegliederte
Pumpstation Zermeiggern ermöglicht
die Rückführung des Wassers in den Stausee
Mattmark, bzw. die Einlagerung aus
dem Zwischeneinzugsgebiet. Das übrige
Wasser wird zum Kraftwerk Stalden auf rund
700 m ü.M. geleitet. Die Leistung des Kraftwerks
Stalden beträgt 185 MW. Zusammen
mit dem kleinen Kraftwerk Saas Fee führt
dies zu einem Total von 260.5 MW.
286 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

4. Prognostizierte Änderung
der Schneedecke und
Gletscher in den beiden
Gebieten
Die erwartete Temperaturerhöhung wird in
beiden Einzugsgebieten zu einer bedeutenden
Veränderung der Schneedecke führen
(Bild 2). Das jährliche Schneewasserspeicher-Maximum
wird sich zwar zeitlich
nur geringfügig nach vorne verschieben (~2
Wochen für den Zeitraum 2070–2099). Mengenmässig
wird aber eine durchschnittliche
Reduktion des jährlichen Schneewassermaximums
(je nach Klimamodellkette) von
20 bis 50% für den Zeitraum 2021–50, resp.
von 50 bis 70% für den Zeitraum 2070–99
erwartet. Die Streuung der jährlichen maximalen
Schneewassermenge zwischen
schneearmen und schneereichen Wintern
bleibt für den Zeitraum 2021–50 ähnlich
gross wie bisher, nimmt dann aber für den
Zeitraum 2070–99 markant ab. Das heisst,
dass dann auch in eher seltenen, schneereichen
Wintern keine grössere Schneewassermenge
als 1000 mm zu erwarten
sein wird.
Zur Zeit sind beide Einzugsgebiete
in den meisten Jahren den ganzen Sommer
hindurch teilweise schneebedeckt. Für die
Zukunft nimmt die Wahrscheinlichkeit für
ein komplettes Abschmelzen der Schneedecke
im ganzen Einzugsgebiet stark zu. In
einem durchschnittlichen Jahr wird für den
Zeitraum 2070–99 (je nach Klimamodellkette)
eine komplette Ausaperung von Juli
bis Oktober vorausgesagt. Nach besonders
schneearmen Wintern muss bereits im Zeitraum
2021–50 mit einem komplett schneefreien
Einzugsgebiet von Juni bis November
gerechnet werden. Die für die Erhaltung der
Gletscher wichtige Bildung von «ewigem»
Schnee ist nicht mehr gewährleistet. Winter
ganz ohne Schnee wird es in beiden Gebieten
– gemäss den vorliegenden Simulationen
– auch für den Zeitraum 2070–99
keine geben.
Für den Zeitraum 2021–50 verringert
sich der Beitrag der Schneeschmelze im
Einzugsgebiet Mattmark durchschnittlich
um knapp 130 mm (±40 mm) pro Jahr gegenüber
der Referenzperiode und um rund
300 mm (±60 mm) pro Jahr für den Zeitraum
2070–99. Im Einzugsgebiet der KWO ist die
entsprechende Abnahme etwas grösser,
d.h. rund 180 mm (±65 mm) pro Jahr für
den Zeitraum 2021–50, und rund 425 mm
(±85 mm) pro Jahr für den Zeitraum 2070–
99. Anteilmässig macht das für die höher
gelegenen KWO-Teileinzugsgebiete ~20%
(2020–50), resp. ~45% (2070–99) aus, und
für die tiefer gelegenen Gebiete ~32%
(2020–50), resp. ~80% (2070–99).
Auch die Vergletscherung wird sich
in beiden Einzugsgebieten spürbar verringern.
Für das Einzugsgebiet der KWO wurde
1985 eine Gletscherfläche von 103.2 km 2
berechnet, was einem Flächenanteil von
knapp 23% entspricht (Tabelle 1). Zu diesem
Zeitpunkt wiesen die Teileinzugsgebieten
Grimsel (41.7%), Oberaar (35.5%), Gauli
(49.5%), Stein (32.5%) und Trift (54.2%) die
grösste Vergletscherung auf. Nur wenig vergletschert
waren bereits damals die Teileinzugsgebiete
Haslital, Gadmen und Gental.
Im Einzugsgebiet Mattmark wurde
1985 eine Gletscherfläche von 30.3 km 2
beobachtet, was einem Flächenanteil von
35.4% entspricht. Das damit verbundene
Eisvolumen wurde von der Versuchsanstalt
für Wasserbau der ETH Zürich (VAW)
auf 1.1 km 3 geschätzt (Stand: 2008). In der
Zeit von 1982 bis 2008 haben die Gletscher
im Einzugsgebiet Mattmark einen Massenverlust
von ca. 0.38 km 3 erfahren.
Mit der prognostizierten Temperaturerhöhung
wird ein weiterer Rückgang
der Gletscher erwartet. Unter Annahme
des Emissionsszenarios A1B dürfte sich bis
2040 der Anteil der vergletscherten Fläche
an der Gesamtfläche des KWO-Einzugsgebiets
auf knapp 15% reduzieren (65.6 km 2 ).
Für den Zeithorizont 2085 berechnet das
Modell der Uni Zürich eine Reduktion auf
8% (36 km 2 ). Bis dann dürften die Teilgebiete
Trift (–37.6%) und Gauli (–33.4%) die
grösste Veränderung in der Vergletscherung
(relativ zu 1985) erfahren. Zu diesem
Zeitpunkt werden die Teileinzugsgebiete
Grimsel, Gauli, Trift, Stein und Oberaar noch
zu etwa 15–20% vergletschert sein.
Im Einzugsgebiet Mattmark dürfte
sich bis zur Mitte des Zeitraums 2021–50
der Anteil der vergletscherten Fläche an
der Gesamtfläche auf knapp 19% reduzieren
(16.3 km 2 ). Für den Zeithorizont 2085
Bild 1. (Teil-)Einzugsgebiete des Kraftwerks Oberhasli (links) und des Mattmarksees (rechts). Die gelben Symbole zeigen die Standorte
von verwendeten meteorologischen Daten.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 287
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Bild 2. Berechnete Änderung der Klimatologie der mittleren Schneewassermenge in den Einzugsgebieten KWO (links) und Mattmark
(rechts) für die Zeiträume 2021–50 (oben) und 2070–99 (unten) gegenüber der Referenzperiode 1980–2009 (schwarze Linie).
Die verschiedenen farbigen Linien entsprechen zehn verschiedenen Klimamodellketten.
berechnet das Modell der Uni Zürich eine
Reduktion auf 8.6% (7.4 km 2 ). Das Teileinzugsgebiet
Almagellerbach wird (gemäss
diesen Vorhersagen) bis Ende 21. Jahrhundert
vollständig eisfrei sein.
5. Prognostizierte Änderung
im natürlichen Zufluss zu
den Reservoiren
Eine Änderung des Klimas wird sich auf
sämtliche Komponenten der Wasserbilanz
auswirken, also auch auf die Verdunstung
und die Wasserspeicherung im Boden.
Jährlich verdunsten im KWO-Einzugsgebiet
ca. 13% des gesamten Jahresniederschlags.
Im Einzugsgebiet Mattmark sind es
etwa 20%. Diese Berechnung des Modells
PREVAH ist zwar mit grosser Unsicherheit
behaftet, weil man immer noch relativ
wenig weiss über die Verdunstung in alpinen
Einzugsgebieten, insbesondere was die
Schneesublimation betrifft. Die Grössenordnung
stimmt aber recht gut mit Angaben
des hydrologischen Atlas der Schweiz
überein (Tafel 4.1). Im Vergleich zur Unsicherheit
im Modell und zum Anteil an der
jährlichen Wasserbilanz sind die erwarteten
Veränderungen in der Verdunstung unbe-
deutend. Bis zum Ende des Jahrhunderts
berechnet das Modell eine Zunahme der
jährlichen Verdunstung um 10–25 mm, was
weniger als 10% der aktuellen Verdunstung
entspricht.
Auch bezüglich der im Boden gespeicherten
Wassermenge gibt es noch relativ
grosse Unsicherheit. Doch angesichts
der wenig entwickelten Böden in diesem
alpinen Einzugsgebiet kann von einer allgemein
geringen Bodenwasserspeicherung
ausgegangen werden. Gemäss unseren
Ergebnissen dürfte die Bodenwasserspeicherung
in Zukunft nur unwesentlich zunehmen.
Diese Zunahme wird eine Folge
des Gletscherrückgangs und der damit
verbundenen Freilegung des Gletschervorfelds
sein. Solche Böden sind nach wie vor
sehr speicherarm. Diese vorerst fels-dominierten
Flächen entwickeln sich nur über
sehr lange Zeit zu feinkörnigen, speicherfähigen
Böden.
Als Gesamtergebnis der sich verändernden
Teilkomponenten der Wasserbilanz
(Gletscher, Schnee, Bodenwasserspeicher
und Verdunstung) resultieren die
in Bild 3 dargestellten Jahresabflussganglinien
für das gesamte KWO-Einzugsgebiet
(links) und das gesamte Einzugsgebiet
Mattmark (rechts). Für den Zeitraum 2021–
50 werden sich in einem durchschnittlichen
Jahr die höchsten Abflüsse mengenmässig
Tabelle 1. Berechnete Änderung der Gletscherfläche in den Einzugsgebieten KWO und
Mattmark.
288 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

kaum verändern. Sie werden aber ca. einen
Monat früher eintreffen; d.h. anfangs Juni
anstatt anfangs Juli. Diese zeitliche Vorverschiebung
der höchsten Jahresabflusswerte
wird sich für den Zeitraum 2070–99
noch weiter verstärken.
Im KWO-Einzugsgebiet wird der natürliche
Jahresabfluss in einem Normaljahr
(je nach Klimamodellkette) gegenüber der
Referenzperiode um 3% (±3%, 2021–50),
resp. um 7% (±6%, 2070–99) abnehmen.
Im Einzugsgebiet Mattmark dürfte diese
Abnahme noch etwas grösser ausfallen: um
6% (±5%) für den Zeitraum 2021–50, und
um 12% (±6%) für den Zeitraum 2070–99.
Die hohe Spannweite zeigt die Unsicherheit,
welche durch die Fortpflanzung der zehn
Klimaszenarien im hydrologischen System
entsteht.
In extrem wasserreichen Jahren
werden die hohen Abflüsse im Sommer für
den Zeitraum 2021–50 wahrscheinlich leicht
(bis zu 15%) zunehmen. Für den Zeitraum
2070–99 sind die verschiedenen Modellketten
diesbezüglich widersprüchlich. In
Jahren mit besonderer Wasserknappheit
dürften sich die niedrigsten Abflüsse gegenüber
der heutigen Situation nur geringfügig
verändern. Unsere Simulationen sagen eine
leichte Erhöhung im Frühling, sowie eine
leichte Reduktion im Spätsommer voraus.
Der niedrigste Abfluss wird aber auch in Zukunft
im Winter eintreffen.
Eine grosse Unsicherheit besteht bei
den Abflussberechnungen für die Herbst-
und Wintermonate. Hier weichen die verschiedenen
Modellketten stark von einander
ab. Eindeutig ist aber der Trend zu höheren
Abflüssen in diesen Jahreszeiten, wo
künftig die Akkumulation der Schneedecke
später beginnen und vermehrt Niederschlag
in flüssiger Form vorkommen dürfte.
Unsere Berechnungen zeigen auch
ganz klar, dass sich die Klimaänderung in
den verschiedenen Teileinzugsgebieten
sehr unterschiedlich stark auswirken wird.
Im Gebiet der KWO zum Beispiel werden die
heute kaum vergletscherten Gebiete, wie
das Haslital oder das Gental, vor allem auf
eine Änderung im Niederschlag reagieren.
Andere Teileinzugsgebiete, wie z.B. Gelmer
und Grueben, dürften bis zum Ende des 21.
Jahrhunderts einen Grossteil der heutigen
Gletscherfläche verlieren. Hier wird sich der
natürliche Abfluss über die ganze Periode
am deutlichsten verändern (–5 bis –13%).
Ebenfalls eine bedeutende Abnahme des
natürlichen Abflusses wird für die heute
relativ stark vergletscherten Teileinzugsgebiete
Trift und Grimsel vorausgesagt,
wo der Gletscherrückgang flächenmässig
beträchtlich ausfallen dürfte. Hier gehen
unsere Berechnungen bis zum Ende des
Jahrhunderts von einer Abnahme um 7%
aus. Die stark vergletscherten Einzugsgebiete
Stein und Oberaar hingegen werden
– gemäss unseren Simulationen – in diesem
Zeitraum kaum eine Reduktion des natürlichen
Abfluss erfahren. Es lohnt sich also,
den Einfluss der Klimaänderung auf die natürlichen
Zuflüsse zu den KWO-Fassungen
im Einzelfall anzuschauen.
6. Auswirkungen auf die Produktion
unter Annahme des
heutigen Strommarktes
Mit den in dieser Studie berechneten täglichen
natürlichen Zuflüssen wurde abschliessend
die Auswirkungen auf die Produktion
und den Umsatz unter den heutigen
Strommarkt-Randbedingungen berechnet.
Dafür wurde ein Betriebsmodell der BKW
verwendet, welches die Produktion so steuert,
dass der Ertrag optimiert wird. Dabei
Bild 3. Berechnete Veränderung in der Klimatologie des natürlichen Abflusses (mm/Tag) für den Zeitraum 2021–50 (oben) und den
Zeitraum 2070–99 (unten), dargestellt für den Median, das 97.5%-Quantil und das 2.5%-Quantil der Einzugsgebiete KWO (links) und
Mattmark (rechts). Die schwarze Linie entspricht der Referenz-Simulation für den Zeitraum 1980–2009.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 289
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
werden die Gestehungskosten (Zinsen,
Amortisation, Personalkosten, Betrieb und
Unterhalt, Wasserzins und Steuern, Erneuerungsinvestitionen
usw.) nicht berücksichtigt,
obschon diese nicht unerheblich sind
und manchmal über den Marktpreisen liegen
können.
Berechnet wurden die Referenzperiode,
sowie die zukünftigen Zeiträume
2021–50, resp. 2070–99 mit folgenden Klimamodellketten:
SMHI_HadCM3Q3_RCA = mittleres
Abflussszenario
KWM_ECHAM_HIRHAM = pessimistisches
Abflussszenario
ETHZ_HadCM3Q0_CLM = optimistisches
Abflussszenario
Für die Berechnung des Umsatzes und für
die stundenscharfe Optimierung wurden
Swissix-Preise von 2009 verwendet.
Im Fall der KW Mattmark AG werden
bei einem mittlerem Abflussszenario für die
Jahresproduktion und den Umsatz nur geringfügige
Änderungen gegenüber der Referenzperiode
berechnet (Bild 4, Tabelle 2).
Ganz anders sieht es aber bei den anderen
berechneten Klimamodellketten aus. Falls
das optimistische Abflussszenario eintreffen
würde, könnten die Betreiber mit einer
Umsatzsteigerung von ca. 5% bis zum Ende
des Jahrhunderts rechnen. Für den Fall des
pessimistischen Abflussszenarios müsste
mit einer Umsatzeinbusse von über 10%
gerechnet werden. Die Produktionserwartung
wäre sogar um 20% reduziert. Durch
den Speicher ist es aber möglich, weiterhin
die höherpreisigen Stunden abzufahren.
Zudem sorgen erhöhte Laufwasserzuflüsse
im Winter für einen höheren Umsatz. Die
Spannweite der möglichen Produktions-
und Umsatzentwicklung infolge des Klimawandels
ist für das KW Mattmark also noch
sehr gross.
Die verschiedenen Modellketten
sind aber übereinstimmend, dass die Produktion
im Winter, wenn die Marktpreise
hoch sind, leicht zunehmen wird, und dass
sie im Sommer, wenn die Marktpreise niedrig
sind, deutlich abnehmen wird. Für den
Zeitraum 2070–99 dürfte die Netto-Produktion
von April bis Juli sehr gering sein.
Damit verbunden ist ein starker Anstieg des
Zubringerpumpeneinsatzes, welcher die
Pumpkosten in diesem Zeitraum um über
50% ansteigen lässt. Nicht berücksichtigt in
dieser Berechnung ist, dass sich die Marktpreise
infolge der Klimaänderung saisonal
verändern könnten.
Die Änderung des Zuflussregimes
und der Stromproduktion wird sich auch
auf den Füllgrad der Reservoire auswirken.
Infolge der zeitlichen Verschiebung der
Bild 4. Berechnete monatliche Nettoproduktion des Kraftwerks Mattmark (gemittelt
für die drei Berechnungszeiträume).
Tabelle 2. Berechnete mittlere jährliche Veränderungen in der Produktion und im Umsatz
für KW Mattmark gegenüber Referenzperiode 1980–2009.
Schneeschmelze füllt sich der Stausee früher
auf, und bis Ende Sommer ist die volle
Speicherkapazität für den folgenden Winter
wieder erreicht.
7. Diskussion
7.1 Natürliche Variabilität versus
prognostizierte Veränderung
Das Abflussgeschehen in den untersuchten
Kraftwerk-Einzugsgebieten unterliegt einer
grossen natürlichen Variabilität. Mit unserer
Betrachtung von 30-jährigen Zeiträumen
können wir dieser natürlichen hydrologischen
Bandbreite grösstenteils Rechnung
tragen, indem wir z.B. die relative Standardabweichung
(= Standardabweichung/Mittelwert)
der Schlüsselgrössen (jährliche
Schnee- und Eisschmelze, jährliche Verdunstungs-
und Abflussmenge) betrachten.
Für den Jahresabfluss im KWO-Gebiet
zum Beispiel beträgt die relative Standardabweichung
13%. Im Einzugsgebiet des
Mattmark-Stausees ist sie etwas grösser
(16%).
Eine Grundannahme unserer Studie
ist, dass die Variabilität in den täglichen
meteorologischen Inputgrössen für alle drei
Zeiträume (Referenz, nahe Zukunft, ferne
Zukunft) gleich bleibt. Unsere Modellierung
ergibt, dass sich auch die resultierende Variabilität
im Jahresabfluss für die nahe und
ferne Zukunft kaum verändern wird. Sie
nimmt geringfügig zu. Im Vergleich dazu
sind die prognostizierten relativen Änderungen
ziemlich klein. Die simulierten Abfluss-Jahresganglinien
in einem zukünftig
durchschnittlichen Jahr liegen innerhalb
des aktuellen Variabilitätsbereichs. Das
heisst nicht, dass die Änderungen nicht signifikant
oder unbedeutend wären. Aber es
bedeutet, dass die durchschnittlichen Verhältnisse
Ende des Jahrhunderts bereits
heute in extremen Jahren beobachtet werden
können.
7.2 Wie plausibel, resp. unsicher
sind die Abfluss-Prognosen?
Die berechneten Veränderungen im natürlichen
Abfluss des KWO-Einzugsgebiets
sind mit verschiedenen Unsicherheiten entlang
der ganzen Modellkette verbunden:
Eine erste beträchtliche Unsicherheit liegt
in der Wahl des Emissionsszenarios. Diese
Unsicherheit ist in dieser Arbeit nicht quantifiziert
worden, ist aber insbesondere für
die Periode 2070–2099 beträchtlich, wie der
aktuelle Klimabericht 2011 der ETH Zürich
zeigt (http://www.ch2011.ch/).
Eine zweite Unsicherheit entsteht durch die
globale und regionale Klimamodellierung.
Diese können wir abschätzen, indem wir für
unsere Zielgrössen (z.B. den Schneewasserwert
oder den natürlichen Abfluss) die
Standardabweichung der 10 verschiedenen
Modellketten berechnen. Für den mittleren
Jahresabfluss in den beiden Einzugsgebieten
ist die Standardabweichung 66 mm,
290 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

esp. 80 mm. Das heisst, die Klimamodellkettenbedingte
Unsicherheit ist 2.5 bis 4 mal
kleiner als die natürliche Variabilität.
Eine weitere Unsicherheit liegt im Modell zur
Berechnung der zukünftigen Gletscherentwicklung.
Das hier verwendete Modell der
Uni Zürich ist grundsätzlich für eine grosse
Skala (z.B. ganze Schweiz) und längere
Zeithorizonte geeignet. Für den Zeitraum
2021–50 dürfte mit diesem Modell der Gletscherrückgang
etwas zu rasch simuliert
werden. Es wurde überprüft, wie stark sich
eine leichte Änderung der Gletscherfläche
auf den simulierten Abfluss auswirkt. Dabei
erwies sich der simulierte Gesamtabfluss
nicht sehr sensitiv auf kleine Änderungen
der Gletscherfläche.
Und schliesslich entsteht auch durch
das hydrologische Modell selbst eine gewisse
Unsicherheit. Die Verifikation mit Zuflussdaten
zu den Wasserfassungen in den
Teileinzugsgebieten (1980–2009) attestiert
dem Modell im grossen und ganzen eine gute
Leistung. Ein direkter Vergleich mit einem
detaillierteren, rechnerisch intensiveren hydrologischen
Modell (Alpine3D; Lehning et
al., 2008) in einem zentralschweizerischen
Einzugsgebiet zeigt, dass es beim hydrologischen
Modell eine Unsicherheit bezüglich
Schnee- und Eisschmelzintensität gibt.
Das konzeptuelle Modell PREVAH ist hier
eher etwas konservativ und berücksichtigt
(im Gegensatz zu Alpine3D) mögliche Änderungen
in der Schnee-/Gletscheroberfläche
nicht explizit. Somit liegen die prognostizierten
durchschnittlichen Jahresabflüsse
bei PREVAH unter denjenigen von
Alpine3D. Wir können aufgrund des heutigen
Wissensstands nicht sagen, welche
der beiden Vorhersagen wahrscheinlicher
ist. Anderseits scheinen die von PREVAH
simulierten Gletscherschmelzraten in guter
Übereinstimmung mit von der VAW berechneten
Gletscherschmelzraten zu sein. Dies
können wir aus einem direkten Vergleich am
Beispiel Mattmark schliessen.
Die Aussagen des hydrologischen
Modells im Bezug auf die jahreszeitlichen
Veränderungen, vor allem im Frühling/
Sommer und längerfristig auch im Sommer/Herbst
können als robust angesehen
werden.
7.3 Betriebliche Auswirkungen des
veränderten Abflussregimes
Die geänderten Abflussregime führen nicht
zu einem grundsätzlich geänderten Muster
der saisonalen Bewirtschaftung. Am
Jahresverlauf der zukünftigen mittleren
Abflussganglinien ist jedoch zu erkennen,
dass die Akkumulationsperiode kürzer und
die abflussarme Zeit länger wird. Bei Spei-
Bild 5. Berechnete Ausnützung der Speicherkapazität des Stausees Mattmark.
cherkraftwerken mit kleinem Saisonspeicher
dürfte die Bewirtschaftung schwieriger
werden. Die Berechnungen für KWO
und Mattmark zeigen, dass die Seen in
Zukunft früher gefüllt werden (Bild 5). Die
Absenkphase hängt aber grösstenteils von
den Strompreisen ab und dürfte durch die
zukünftig geänderten Abflussregime kaum
verändert werden.
Ein verschobenes Abflussprofil hat
im Betrieb und Unterhalt vor allem Auswirkungen
auf die Revisionsplanungen, da sich
das Kraftwerk u.a. an die Zeiten mit maximaler
und minimaler Wasserführung halten
muss. Für Arbeiten an den Wasserwegen
wird üblicherweise der Zeitraum nach Entleerung
der Seen, vor der Schneeschmelze
gewählt. Hier wird eine Verschiebung nach
Vorne stattfinden.
Verdankung
Wir bedanken uns für die Unterstützung der
KW Göschenen AG/CKW (Herrn T. Reithofer),
KW Mattmark AG (Herrn K. Sarbach), FM de la
Gougra SA (Herrn G. Zuber) und KW Oberhasli
AG (Herrn A. Fankhauser), insbesondere für die
Bereitstellung von hydrologischen Daten.
Ebenfalls verdankt werden die in dieser Studie
verwendeten Daten aus dem EU FP6 Projekt EN-
SEMBLES (Klimaszenarien), der MeteoSchweiz
(meteorologische Daten) und des Bundesamts
für Umwelt (Abflussdaten).
Wir bedanken uns bei swisselectric research,
Bundesamt für Energie, Kanton Wallis und
Forces Motrices Valaisannes für die Finanzierung
dieser Arbeit.
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Switzerland – Part II: Parameter regionalisation
and flood estimation results. Journal of Hydrology
377 (1–2): 208–225.
Anschrift des Verfassers
Manfred Stähli
Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald,
Schnee und Landschaft (WSL)
Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf
Tel. +41 44 739 24 72, manfred.staehli@wsl.ch
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 291
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Einfluss der Klimaänderung auf die Stromproduktion
der Wasserkraftwerke Löntsch
und Prättigau
Pascal Hänggi, Sonja Angehrn, Thomas Bosshard, Eivind Helland, Donat Job, Daniel Rietmann, Bruno Schädler, Robert Schneider,
Rolf Weingartner
Zusammenfassung
An den Fallbeispielen des Speicherkraftwerks Löntsch (Klöntalersee) und der Wasserkraftwerksgruppe
Prättigau wurde der Einfluss der Klimaänderung auf die Stromproduktion
untersucht. Dabei wurden verschiedene Klimamodelle mit je einem hydrologischen
und einem Betriebsmodell gekoppelt. Für die Berechnungen wurde
die aktuelle Stromnachfrage unverändert belassen, sodass die Auswirkungen einer
veränderten Zuflussmenge zu den Kraftwerken isoliert betrachtet werden konnten.
Beim Beispiel des Kraftwerks Löntsch gehen die Klimaprojektionen für 2021–2050
(A1B Emissionsszenario) im Vergleich zur Referenzperiode 1998–2009 von einer
leichten Zunahme der jährlichen Zuflüsse zum Speichersee aus (Median aller Klimaprojektionen:
+2.2%; nicht signifikant). Das Zuflussregime verändert sich signifikant,
mit höheren Werten im Winter und Herbst, und tieferen Werten während dem Sommer.
Durch eine Anpassung des monatlichen Produktionsprofils kann eine leichte
Steigerung der Stromproduktion und des Umsatzes erreicht werden. Für die Kraftwerke
Prättigau wird im Vergleich zur Referenzperiode 1976–2004 eine Steigerung
der Stromproduktion um 9.3% simuliert (Median). Die Zunahme resultiert hauptsächlich
aus einer Produktionssteigerung im Winter, da im Sommer, wenn die grössten
Abflussmengen auftreten, die bestehenden Fassungskapazitäten nur unwesentlich
länger überschritten werden. Die Resultate liefern für hydrologisch ähnliche Gebiete
mit gleichen Kraftwerkstypen Hinweise, wie ein sich änderndes Klima den Kraftwerksbetrieb
beeinflussen könnte.
1. Einleitung
Im Rahmen eines Projektes von Swisselectric
Research und dem Bundesamt für
Energie wurden die Auswirkungen der Klimaänderung
auf die schweizerische Wasserkraftnutzung
ausführlich untersucht
(SGHL und CHy, 2011). Hier werden die
Resultate der Fallstudien des Speicherkraftwerks
Löntsch (KW Löntsch) und der
Wasserkraftwerke im Prättigau (KW Prättigau)
zusammenfassend dargestellt, bei
welchen die Auswirkungen der Klimaänderung
auf die Stromproduktion und den
Umsatz ausführlich untersucht wurden.
Eine detaillierte Beschreibung der Fallstudien
ist in Hänggi et al. (2011a) und Hänggi
et al. (2011b) gegeben. Die Kopplung von
Klima-, Hydro- und Betriebsmodellen
zeigt, mit welchen Veränderungen in der
Zukunft gerechnet werden kann. Für die
Modellberechnungen wurde die aktuelle
Stromnachfrage bzw. das zugrundeliegende
Strompreismodell unverändert
belassen. So konnten die Auswirkungen
einer veränderten Zuflussmenge zu den
Kraftwerken isoliert betrachtet werden.
Die simulierte Kraftwerksproduktion und
der projizierte Umsatz für die Periode
2021–2050 wurden dabei mit den heutigen
Gegebenheiten verglichen, wobei
wegen der Datenverfügbarkeit für das KW
Löntsch die Referenzperiode 1998–2009
gesetzt wurde, für das KW Prättigau die
Periode 1976–2004. Als Klimaszenarien
dienten Projektionen aus dem EU-Projekt
ENSEMBLES (Linden und Mitchell, 2009),
welche für die Schweiz speziell aufbereitet
wurden (Bosshard et al., 2011). Im Folgenden
werden kurz die beiden Wasserkraftwerke
und deren Einzugsgebiete beschrieben.
Danach wird im Detail auf die
verwendete Methode eingegangen. Nach
der Beschreibung der Resultate folgt abschliessend
eine Diskussion derselben,
inklusive den Schlussfolgerungen.
2. Untersuchungsgebiete
Das Hochdruckspeicherkraftwerk Löntsch
wurde in den Jahren 1905–1908 erbaut.
Der Stausee des Kraftwerks bildet der
Klöntalersee (Nutzvolumen: 40 Mio. m 3 ),
von wo aus Wasser zur Stromproduktion
über eine Druckleitung und einen Druckstollen
zur Zentrale in Netstal geleitet wird
(Bild 1a). Zur Maschinengruppe in der Zentrale
Netstal gehören zwei Francisturbinen
mit einer Betriebsleistung von je 40 MW.
Für den Eigenbedarf und als Dotiermaschine
steht eine Peltonturbine mit 8 MW
Leistung zur Verfügung. Die durchschnittliche
Energieproduktion der gesamten
Kraftwerksanlage beträgt 116 GWh pro
Jahr (Mittel 1998–2007). Das Einzugsgebiet
hat eine Fläche von rund 83 km 2 und eine
mittleren Gebietshöhe von 1700 m ü.M.
Die Gipfel der Glärnischgruppe rund um
das gleichnamige Firnfeld stellen mit
Höhen zwischen 2901 und 2915 m ü.M.
die höchsten Erhebungen im Einzugsgebiet
dar. Der Vergletscherungsgrad beträgt
2.8% (BFS, 1997).
Das KW Prättigau umfasst die drei
Stufen Davos-Klosters, Schlappin-Klosters
und Klosters-Küblis, sowie die erforderlichen
Wasserwege, elektrotechnischen
Anlagen und Stromleitungen
(Bild 1b). Rätia Energie produziert im KW
Prättigau pro Jahr über 230 GWh elektrische
Energie, wovon im Mittel 32% auf
den Winter (Oktober–April) und 68% auf
den Sommer (Mai-September) entfallen.
Die installierte Leistung der Kraftwerke
beträgt knapp 70 MW. Insgesamt werden
die Gewässer aus einem Gebiet von
283 km 2 genutzt, wobei der Vergletscherungsgrad
rund 3% beträgt (BFS, 1997).
Für die Stromproduktion entnimmt das KW
Prättigau an verschiedenen Fassungen
Wasser: Im südlichen Teil (vgl. Bild 1b)
wird vom Flüelabach (D), Mönchalpbach
(E), Stützbach (F) und dem Gebiet um den
Davosersee (G) Wasser ins Speicherbecken
Davosersee umgeleitet (Nutzvolu-
292 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 1. Schematische Darstellung der Einzugsgebiete des KW Löntsch (a) und KW Prättigau (b). Ausdehnung der Gletscher- und
Firnflächen nach BFS (1997).
Bild 2. Schematische Darstellung der verwendeten Modellkette zur Analyse der Auswirkungen der Klimaänderung auf das KW
Löntsch und KW Prättigau.
men: 11.5 Mio. m 3 ). Aus dem See wird
über einen Druckstollen Wasser zur Zentrale
Klosters geleitet. In Klosters wird an
der Hauptfassung, neben den turbinierten
Wassermengen aus der Zentrale, auch
die Landquart (C) gefasst. Das Wasser
wird über einen 10.5 km langen Druckstollen
zur Zentrale Küblis geleitet. Auf der
rechten Talseite unterhalb Klosters befindet
sich die Zentrale Schlappin, welche an
das oberliegende Einzugsgebiet (B) über
ein Ausgleichsbecken und eine Druckleitung
angeschlossen ist. Die anfallende
Wassermenge wird über ein Bruttogefälle
von 455 m in der Zentrale verarbeitet, und
anschliessend in den Druckstollen Klosters-Küblis
geleitet. Oberhalb von Küblis
befindet sich das Ausgleichsbecken Plevigin,
in welches über einen Stollen das
gefasste Wasser des Schanielabachs (A)
eingeleitet wird. Das Wasser wird in der
Zentrale Küblis verarbeitet.
3. Methode
Für die Untersuchung der Auswirkungen
der Klimaänderung auf die Stromproduktion
der beiden Kraftwerke wurden drei
verschiedene Modellsysteme gekoppelt
(Bild 2).
3.1 Klimamodellierung
Der erste Teil der Modellkette besteht aus
verschiedenen Klimamodellketten des
EU-Projektes ENSEMBLES (Linden und
Mitchell, 2009), welche durch ein A1B
Emissionsszenario angetrieben wurden.
Beim Szenario A1B wird in Zukunft von
einer ausgewogenen Nutzung fossiler und
nichtfossiler Energiequellen ausgegangen,
wobei die Wirtschaft weiter wächst (IPCC,
2007). Die verwendeten Klimamodellketten
bestehen aus Globalen Klimamodellen
GCM mit grober Auflösung, deren Berechnungen
für die Periode 2021–2050
von mehreren Regionalen Klimamodellen
RCM dynamisch auf 25 km Auflösung herunterskaliert
wurden. Je höher die räumliche
Auflösung von Klimamodellen ist,
desto genauer können die Prozesse in der
Atmosphäre über komplexem Gelände wie
den Alpen modelliert werden. Um Modellfehler
zu korrigieren und die räumliche Auflösung
zusätzlich zu erhöhen, wurden die
RCM-Daten zusätzlich mit statistischen
Methoden aufbereitet. Dazu wurde die
Delta Change Methode verwendet, wobei
beobachtete Datenreihen gemäss einem
Klimaänderungssignal skaliert wurden
(Bosshard et al., 2011). Das Klimaänderungssignal
wurde zwischen der Szenarioperiode
SCE (2021–2050) und der Kontrollperiode
CTL (1980–2009) berechnet.
Für die Schweiz liegen diese Klimaänderungssignale
für Temperatur (SCE-CTL)
und Niederschlag (SCE/CTL) an allen Stationsstandorten
der MeteoSchweiz vor.
Somit standen für die Analyse an allen
Standorten und für jede Klimamodellkette
Niederschlags- und Temperaturzeitreihen
für die Periode 2021–2050 zur Verfügung.
3.2 Hydrologische Modellierung
Im zweiten Teil der Modellkette wurden
die Temperatur- und Niederschlagsdaten
für das hydrologische Modell auf die Einzugsgebiete
der jeweiligen Wasserkraftwerke
interpoliert. Die interpolierten Werte
dienten als Modellantrieb, wobei die hydrologischen
Modelle vorher an gemessenen
Abflussganglinien bei den Fassungen der
Kraftwerke geeicht und verifiziert wurden.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 293
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Für das KW Löntsch musste der Zufluss
zum Klöntalersee mit Hilfe der Seestände
und turbinierten Wassermengen vorher
rekonstruiert werden, beim KW Prättigau
wurde mit Hilfe von gemessenen Werten
aus Nachbargebieten eine hydrologische
Regionalisierung der Werte auf die einzelnen
Fassungen durchgeführt. Für die
Untersuchungen am KW Löntsch wurde
das hydrologische Modellsystem Bernhydro
verwendet (Hänggi, 2011), beim KW
Prättigau das Modell PREVAH (Viviroli et
al., 2009). Der Vergleich mit beobachteten
Zuflüssen zeigte, dass beide Modelle die
hydrologischen Bedingungen in den einzelnen
Einzugsgebieten sehr gut wiedergeben
können.
3.3 Kraftwerksmodellierung
Im dritten Teil, Kraftwerksmodellierung,
wurden die resultierenden Abflussganglinien
der verschiedenen Klimaszenarien in
ein Betriebsmodell des KW Löntsch bzw.
KW Prättigau gegeben, sodass die Auswirkungen
auf die Stromproduktion und
den Umsatz berechnet werden konnten.
Die Software TimeSteps-Energy 2010 ©
(Blöchlinger et al., 2004) wurde für das KW
Löntsch eingesetzt, wobei unter Berücksichtigung
aller physikalischen Einschränkungen,
den durch die Konzession auferlegten
Rahmenbedingungen und der zur
Verfügung stehenden Preisinformationen
ein optimaler Einsatz des Kraftwerks unter
den gegebenen Zuflussszenarien zur Ertragsmaximierung
bestimmt wurde. Dabei
wurden die restlichen Inputs wie Strompreis
und Nebenbedingungen für jede Berechnung
gleich belassen.
Für das KW Prättigau wurde das
Simulationsmodell WABES (WAsserwirt-
schaftliche BEtriebs-Simulation) verwendet
(AF-Colenco AG, 2004). Es berechnet
nach vorgegebenen Betriebsprinzipien
(vgl. Hänggi et al., 2011b) den optimalen
Einsatz des Kraftwerks zur Ertragsmaximierung.
Das Wichtigste für den Betrieb
der einzelnen Kraftwerksstufen sind die energiewirtschaftlichen
Randbedingungen,
welche u.a. vom Wochentag (Werktage,
Samstage und Sonntage) sowie von den
verschiedenen Jahreszeiten (Winter, Sommer
und Übergangsperioden) abhängen.
Die Randbedingungen definieren die Bewirtschaftung
sämtlicher Speicher und
den Betrieb der gesamten Anlage, wobei
folgende Prioritäten unterschieden wurden:
Erste Priorität haben Höchsttarifstunden
(HHT) an Werktagen von 10–14 Uhr,
wobei das Modell versucht, die Turbinen
auf Volllast zu fahren.
In zweiter Priorität gilt die Stromproduktion
den Hochtarifstunden (HT) von
6–10 Uhr sowie von 14–22 Uhr. Während
dieser Zeit werden die Turbinen
gleichmässig gefahren.
Dritte Priorität haben die Niedertarifstunden
(NT) während der Nacht und
am Wochenende.
4. Resultate
4.1 KW Löntsch
4.1.1 Projektionen der Temperaturen
und Niederschlagsmengen
2021–2050
Die verwendeten Klimamodelle weisen für
hydrologische Modellierungen eine relative
grobe Auflösung vor (~25 × 25 km).
Somit wirken sich die projizierten Tem-
peratur- und Niederschlagsänderungen
bis 2021–2050 gleichmässig auf das gesamte
Gebiet aus. Die Projektionen können
deshalb uniform für das gesamte Einzugsgebiet
des Klöntalersees angegeben
werden.
Alle Klimaszenarien gehen von
einer Erwärmung des Einzugsgebiets bis
2021–2050 aus (Bild 3 links). Die stärksten
Erwärmungen werden von den Modellen
für Mai (Median: 1.3 °C), Juni und Juli (jeweils
1.4 °C) projiziert. Die grössten Variabilitäten
bezüglich der monatlichen Temperaturänderungen
sind für Dezember und
Januar auszumachen. Der Median für die
Zunahme der mittleren jährlichen (ANN)
Gebietstemperatur des Klöntalersees
beträgt 1.1 °C bis 2021–2050 gegenüber
1980–2009.
Die Projektionen der Klimamodelle
für die Veränderung des Gebietsniederschlags
sind saisonal unterschiedlich
(Bild 3 rechts). Für die Frühlingsmonate
April und Mai wird bis 2021–2050 tendenziell
eine leichte Zunahme des Niederschlags
projiziert (Mediane der relativen
Abweichungen: 1.02 und 1.08), ebenso für
den Herbst und Winter (Mediane zwischen
1.04 und 1.06). Für Februar, März und die
Sommermonate Juni, Juli und August wird
hingegen eine Abnahme projiziert (0.91–
0.98). Die jährlichen Niederschlagsmengen
(ANN) bleiben dabei unverändert.
4.1.2 Projektionen der Zuflüsse zum
Klöntalersee 2021–2050
Im Vergleich zur Periode 1998–2009 zeigen
die Projektionen für 2021–2050 signifikant
höhere Zuflussmengen zum Klöntalersee
in den Herbst-, Winter- und Frühlingsmonaten
(Bild 4 links). Im Sommer
Bild 3. Boxplots (n = 10 Klimaszenarien) der absoluten [°C] monatlichen und jährlichen (ANN) Änderung der mittleren Gebietstemperatur
des Einzugsgebiets des Klöntalersees für 2021–2050 gegenüber dem Mittel 1980–2009 (links). Relative Abweichungen der
monatlichen und jährlichen Gebietsniederschlagsmengen für dasselbe Einzugsgebiet und dieselben Perioden (rechts).
294 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 4. Mittlere monatliche Abflussmengen der Löntsch
1998–2009 (Qobs) und Projektionen 2021–2050 (Qscen). In grau
das 90%-Konfidenzintervall 1998–2009.
Bild 5. Stromproduktion des KW Löntsch 1998–2009 und Projektionen
für 2021–2050 (Boxplots).
wird eine Abflussminderung projiziert. Das
Abflussregime wird demnach leicht ausgeglichener.
Unter den gegebenen Klimaszenarien
verändert sich der Jahresabfluss
der Löntsch bis 2021–2050 unwesentlich
zwischen –0.3 und 6.1%.
4.1.3 Projektionen der Stromproduktion
des Kraftwerks 2021–2050
Die projizierten Zuflussänderungen zum
Klöntalersee für 2021–2050 wirken sich linear
zur Produktion und zum Umsatz des
KW Löntsch aus (Tabelle 1). Im Mittel wird
für das KW Löntsch eine Produktions- und
Umsatzsteigerung von 2.6 bzw. 3.2% projiziert.
Die monatlichen Produktionsraten
zeigen tiefe Werte in den Monaten Oktober,
Dezember und April (Bild 5). Im Oktober
wird aktiv Wasser für den Monat November
zurückgehalten, da im November
der produzierte Strom normalerweise zu
höheren Preisen verkauft werden kann. Im
Dezember ist die Nachfrage nach Strom
wegen den vielen Feiertagen geringer als
in anderen Monaten. Gegen April nehmen
der Füllungsgrad des Speichersees und
somit auch die Produktion ab. Für 2021–
2050 werden höhere Produktionsraten in
den Wintermonaten projiziert, im Sommer
hingegen geht man von leichten Abnahmen
bei der Stromerzeugung aus.
Die Sensitivität der Produktion und
des Umsatzes des KW Löntsch gegenüber
Veränderungen in den Zuflussmengen ist
in Bild 6 dargestellt.
Im Bereich von –100% bis +50%
Zuflussänderung gegenüber dem Mittel
der Referenzperiode 1998–2009 kann
dabei ein fast linearer Zusammenhang
zwischen Zuflussänderung, Produktion
und Umsatz festgestellt werden. Bei höheren
Zuflussänderungen nimmt die Produktionsrate
zwar weiterhin linear zu, die
Umsatzänderung flacht aber aufgrund des
höheren Anteils Off-Peak-Stunden in der
Produktion mit kleineren Einnahmen pro
kWh ab. Die oben beschriebenen Projektionen
der Zuflussmengen für 2021–2050
zwischen 0.3% und 6.1% (vgl. Tabelle 1)
liegen weiterhin im Streuungsbereich der
jährlichen Zuflussmengen der Jahre 1998–
2009. Eine wesentliche Veränderung des
Verhältnisses zwischen der Produktion
Zuflüsse Produktion Umsatz
[m 3 /h] Δ [%] [MWh] Δ [%] [Mio €] Δ [%]
Referenzperiode 1998–2009 186 688 0.0% 150 800 0.0% 11.36 0.0%
Mittel Klimaszenarien (n=10) 191 669 +2.7% 154 736 +2.6% 11.72 +3.2%
Tabelle 1. Mittlere jährliche projizierte Veränderungen der Zu -
flüsse, Produktion und des Umsatzes des KW Löntsch für die
Periode 2021–2050 gegenüber der Referenz periode von 1998–
2009.
Bild 6. Sensitivität der Produktion und des Umsatzes des KW
Löntsch gegenüber Veränderungen in den Zuflussmengen
(Referenzperiode 1998–2009).
und des Umsatzes für das KW Löntsch
wird demnach unter den gegebenen Klimaszenarien
nicht erwartet.
4.2 KW Prättigau
4.2.1 Projektionen der Temperaturen
und Niederschlagsmengen
2021–2050
Die projizierten Temperatur- und Niederschlagsszenarien
für das Einzugsgebiet
des KW Prättigau sind repräsentativ an
der MeteoSchweiz-Station Davos dargestellt
(Bild 7).
Die mittleren Klimaänderungssignale
für die Lufttemperatur deuten auf eine
signifikante Erwärmung bis 2021–2050 hin
(Bild 7, links). Die mittleren Deltas schwanken
dabei zwischen 0.9 °C und 1.8 °C. Die
stärksten Erwärmungen werden von den
Modellen für Juni, Juli, Dezember und Januar
projiziert.
Der mittlere Verlauf der Klimaänderungssignale
für den Niederschlag zeigt
für Frühling, Herbst und Winter tendenziell
eine leichte Zunahme der Niederschlagsmengen
an (Bild 7, rechts). Für einzelne
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 295
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Bild 7. Jahresverläufe der Klimaänderungssignale für die Temperatur (links) und den Niederschlag (rechts) zwischen den Perioden
1976–2005 und 2021–2050 für die Station Davos. In grau jeweils das 10–90% Konfidenzintervall der natürlichen Variabilität der
Abweichungen 1976–2005.
Bild 8. Mittlere monatliche Abflussmengen 1976–2005 (Qobs) und Projektionen 2021–
2050 (Qscen; n = 9 Klimaszenarien) für drei ausgewählte Zuflüsse zum KW Prättigau.
In grau jeweils das 5–95% Konfidenzintervall 1976–2005.
Bild 9. Energieproduktion Gesamtsystem KW Prättigau 1976–2004 versus 2021–2050
(n = 9 Klimaszenarien). Jahr: Okt.–Sep; Winter: Okt.-Apr.; Sommer: Mai–Sep.
Monate wie Februar, März und die Sommermonate
Juni, Juli und August wird im
Mittel hingegen eine Abnahme projiziert.
Bei den Niederschlagsprojektionen sind
zum einen in jedem Monat sowohl positive
als auch negative Veränderungen bis
2021–2050 möglich. Zum anderen liegen
die Projektionen grösstenteils innerhalb
des 10–90% Konfidenzintervalls der natürlichen
Variabilität der Abweichungen
1976–2005, sind demnach statistisch gesehen
nicht signifikant.
4.2.2 Projektionen der Zuflüsse zu den
Fassungen 2021–2050
Im Vergleich zur Periode 1976–2005 zeigen
die Szenarien für 2021–2050 in den Einzugsgebieten
des KW Prättigau signifikant
höhere Abflussmengen in den Frühlings-,
Herbst- und Wintermonaten (beispielhaft
für drei Gewässer dargestellt in Bild 8). Für
Sommer wird in allen Einzugsgebieten eine
signifikante Abflussminderung projiziert.
Auf die Jahresabflussmengen wirken sich
die saisonalen Veränderungen nur leicht
aus, wobei Zunahmen zwischen 1 und 8%
projiziert werden.
4.2.3 Projektionen der Stromproduktion
der Kraftwerke 2021–2050
Bild 9 zeigt die Energieproduktion des
Gesamtsystems KW Prättigau für alle untersuchten
Klimaszenarien 2021–2050
im Vergleich zu den Verhältnissen 1976–
2004.
Die Zunahme in der Jahresproduktion
beträgt 9.3% und im Winter 26.5%
296 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Tabelle 2. Relative Veränderung der gefassten und überlaufenen Abflussmengen am KW Prättigau für 2021–2050 gegenüber
1976–2004 für drei verschiedene Klimaszenarien (S02, S03 und S08).
(Mediane Veränderungen). Obwohl vor
allem in den Hochsommermonaten (Juli,
August und September) signifikante Abnahmen
bezüglich den natürlichen Abflussmengen
projiziert werden, bleibt die
Sommerproduktion für alle untersuchten
Szenarien praktisch gleich (Median:
+0.4%). Der Grund dafür ist, dass die
Anlagen im Prättigau nur begrenzt einen
Speicherbetrieb zulassen, welcher sich
in erster Linie auf die Wintermonate beschränkt.
Im Sommer hingegen können
die Anlagen nicht mehr nach Belieben gesteuert
werden. Dies zeigt sich vor allem
beim Turbinenbetrieb der beiden Stufen
Schlappin-Klosters und Klosters-Küblis,
wenn neben dem aus der oberen Stufe
Davos-Klosters anfallenden Turbinenwasser
auch die beträchtlichen natürlichen Zuflüsse
aus der Landquart in einem Triebwassersystem
mit begrenzter Kapazität
(Druckstollen Klosters-Küblis: 12 m 3 /s,
Druckleitung Schlappin: 1.67 m 3 /s) verarbeitet
werden müssen. Die beiden Stufen
haben dementsprechend im Sommer sehr
stark den Charakter von Laufkraftwerken
mit begrenzter Kapazität.
In Tabelle 2 sind für drei ausgewählte
Klimaszenarien die Veränderungen
der gefassten Abflussmengen sowie der
Überlaufwassermengen für das Gesamtsystem
des KW Prättigau im Vergleich zu
den Verhältnissen 1976–2004 dargestellt.
Der Zufluss zu den einzelnen Fassungen
teilt sich grundsätzlich in zwei Anteile auf,
nämlich in die Abflussmenge, die gefasst
wird, und in die Restwassermenge. Die
Restwassermenge wiederum setzt sich
aus den gesetzlich vorgeschriebenen
Dotierwassermengen sowie der Überlaufwassermenge
zusammen. Letztere
könnten theoretisch gesehen ebenfalls für
die Stromproduktion gefasst werden. In
der vorliegenden Studie wurden für alle Berechnungen
die bestehenden Fassungskapazitäten
sowie die monatlich variierenden
Dotierwasserregime unverändert
belassen (Anlagenzustand 1976–2004).
Die gefassten Abflussmengen nehmen
unter den projizierten Klimaszenarien
S02, S03 und S08 übers Jahr gesehen signifikant
zu. Diese Aussage gilt auch für
die restlichen sechs untersuchten Szenarien.
Eine ganz entscheidende Wassermenge
im System wird selbstverständlich
beim Wehr Klosters gefasst. Die Szenarien
projizieren dort sehr konsistent eine
Zunahme von 10 bis 13%. Auch bei den
übrigen wesentlichen Fassungen Gadenstätt,
Schlappin und Doggiloch werden
markante Zunahmen projiziert. Einzig für
die kleineren Fassungen Stützbach und
Mönchalpbach werden teilweise geringere
Abflussmengen projiziert. Für den Winter
projizieren sämtliche Klimaszenarien markante
Erhöhungen des Wasserdargebots,
welche zum grössten Teil durch das System
direkt verarbeitet werden können, da
während dieser Zeit die anfallenden Abflussmengen
meist geringer als die entsprechenden
Fassungskapazitäten sind.
Für Sommer werden keine wesentlichen
Veränderungen in den Fassungsmengen
projiziert.
Naturgemäss betreffen die Überlaufmengen
praktisch nur das Sommerhalbjahr
und etwas die Winterrandmonate
Oktober und April. Dabei projiziert
S08 durchs Band geringere Zuflüsse und
damit auch geringere Überlaufmengen
im ganzen System. Mit S03 verbleibt der
projizierte Zustand gesamthaft gesehen
in etwa gleich wie heute. Bei S02 ergeben
sich gesamthaft gesehen signifikante Erhöhungen
gegenüber heute.
5. Diskussion
Die projizierten Änderungen in der Lufttemperatur
für die untersuchten Gebiete stehen
im Einklang mit bisherigen Klimaprojektionen
für die Alpennordseite der Schweiz.
Diese gehen gegenüber 1990 von Erwärmungen
von 1.8 °C (Winter und Frühling),
2.7 °C (Sommer) und 2.1 °C (Herbst) bis
2050 aus (Frei, 2004). Die von Frei (2004)
projizierten Erwärmungen sind demnach
stärker, basieren aber auf verschiedenen
Klimaprojektionen aus dem EU-Projekt
PRUDENCE (Christensen et al., 2002). In
Bezug auf den Niederschlag schätzte Frei
(2004), wiederum für die gesamte Alpennordseite
der Schweiz, eine Abnahme
der saisonalen Niederschlagsmengen
für Sommer und Herbst, eine Zunahme
im Winter und für den Frühling tendenziell
unveränderte Niederschlagsmengen bis
2050 ab. Diese Resultate unterscheiden
sich zu den Niederschlagsprojektionen vor
allem im Herbst, wobei im Vergleich zum
Mittel der Periode 2021–2050 von einer
deutlichen Zunahme der Niederschlagsmengen
ausgegangen wird. Dieser Unterschied
wirkt sich auch auf die Projektionen
für die jährlichen Niederschlagsmengen
aus: Im Gegensatz zu früheren
Projektionen mit geringer werdenden
Niederschlagsmengen (–5% für die Alpennordseite;
Hänggi und Weingartner,
2011) konnten in den Projektionen für die
Untersuchungsgebiete keine signifikanten
Änderungen in den jährlichen Mengen
festgestellt werden. Die hier verwendeten
ENSEMBLES-Projektionen sind durch die
Verwendung neuerer hochauflösender Klimamodelle
im Vergleich zu früheren Berechnungen
robuster. Die komplexe Topographie
und die klimabeeinflussende
geographische Lage der Alpen machen
es jedoch weiterhin schwierig, die Niederschlagsentwicklung
für Regionen in der
Schweiz besser abzuschätzen.
Die veränderten klimatischen Bedingungen
wirken sich auch direkt auf
die hydrologischen Bedingungen in den
Gebieten aus. So zeigen die Szenarien
für 2021–2050 höhere Abflussmengen in
den Herbst-, Winter- und Frühlingsmonaten
gegenüber heutigen Verhältnissen.
Das Abflussregime verändert sich signifikant.
Im Vergleich zu anderen Resultaten
unterscheiden sich die berechneten Jahresabflussmengen
deutlich: Horton et
al. (2005) untersuchten den Einfluss der
Klimaänderung in elf alpinen Einzugsge-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 297
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
bieten der Schweiz mit unterschiedlichen
Vergletscherungsgraden. Für die Periode
2020–2049 und das Szenario «+1 °C»
gegenüber den Verhältnissen der Jahre
1961–1990 wurden in allen Einzugsgebieten
Abnahmen in den jährlichen Abflussmengen
zwischen 5% und 15% (Mediane)
projiziert. Basierend auf diesen Resultaten
schätzte das Bundesamt für Energie eine
Abnahme der gesamtschweizerischen Abflussmengen
um rund 7% und somit indirekt
auch eine Abnahme der hydroelektrischen
Produktion um denselben Betrag
(Energieperspektiven 2035; BFE, 2007).
Zu dieser Aussage muss einerseits festgehalten
werden, dass eine Hochrechnung
der Abflussprojektionen nach Horton et al.
(2005) auf die gesamte Schweiz problematisch
ist, da nicht alle Einzugsgebiete der
schweizerischen Wasserkraftwerke einen
alpinen oder gar hochalpinen Charakter
aufweisen. Andererseits entspricht die
natürlich anfallende Wassermenge nicht
zwingend der für die Wasserkraft nutzbaren
bzw. fassbaren Menge.
Bei der Berechnung des Kraftwerkbetriebs
KW Löntsch und KW Prättigau
wurde angenommen, dass das zugrundeliegende
Preismodell gleich den heutigen
Verhältnissen ist. Die ist eine vereinfachte
Annahme, da sich wahrscheinlich auch
das Nachfragemuster in einem wärmeren
Klima ändern würde. Die verwendete Methode
erlaubt allerdings eine Differenzierung
des Einflusses der Nachfrage (indirekt
über den Strompreis) und des Angebots
(indirekt durch die Nutzwassermenge). In
weiteren Studien könnte die Anpassung
des Preismodells an das projizierte Klima
einen Mehrwert bringen. In den monatlich
projizierten Produktions- und Umsatzmengen
des KW Löntsch konnten Veränderung
festgestellt werden: Beide Grössen
steigen an, insbesondere im Winter
und den Monaten Oktober und November.
Über das gesamte Jahr gesehen verlaufen
die Zunahmen in der Produktion und
dem Umsatz linear zu denjenigen in den
Zuflussmengen. Erst bei sehr starken Veränderungen
in den Zuflussmengen (mehr
als +50% gegenüber 1998–2009) verhält
sich der Umsatz nichtlinear. Bei tieferen
Zuflussmengen berechnete das Modell
ebenfalls einen linearen Zusammenhang
zum Umsatz. Dies wäre nur realistisch,
wenn der Strompreis stabil bleiben würde.
Wahrscheinlicher ist, dass bei sinkendem
Angebot der Preis ansteigt, was zu einer
nichtlinearen Minderung des Umsatzes
bei weniger Zufluss führen würde. Voraussetzung
dafür wäre allerdings, dass
sich das Angebot bzw. die Abflussmen-
gen schweiz- oder europaweit ändern
müssten, um den Strompreis überhaupt
beeinflussen zu können. Die projizierten
Änderungen im Wasserdargebot infolge
der verwendeten Klimaszenarien 2021–
2050 wirken sich für die KW Prättigau im
Winter signifikant aus, wobei eine Produktionssteigerung
projiziert wird (+20% bis
+40% im Vergleich zum Mittel 1976–2004).
Diese Zunahme wird in jedem Falle als sehr
wesentlich betrachtet, zumal es sich dabei
mehrheitlich um hochwertige Energie handelt,
welche in den Tagesstunden hoher
Nachfrage erzeugt werden kann. Für die
Sommerperiode werden bei allen verwendeten
Szenarien gesamthaft nur unwesentliche
Veränderungen projiziert. Eine
Erhöhung von Fassungskapazitäten ist
nicht angebracht, da die projizierten anfallenden
Wassermengen problemlos weiter
verarbeitet werden können.
Der Vergleich der Resultate verwandter
Studien, in welchen der Einfluss
der Klimaänderung mittels Modellkopplung
untersucht wurde, zeigt ein sehr unterschiedliches
Bild: Schäfli et al. (2007)
schätzten für das Speicherkraftwerk Mauvoisin
eine Abnahme der Produktion für die
Periode 2070–2099 gegenüber 1961–1990
um rund 36% ab. Im Vergleich zu den Untersuchungsgebieten
ist das Einzugsgebiet
des Mauvoisin Kraftwerks stark vergletschert
(> 40%), und demnach stärker
durch projizierte Abnahmen der Gletscher
betroffen (vgl. Huss et al., 2008). Westaway
(2000) schätzte für das benachbarte Speicherkraftwerk
Grande Dixence indes eine
Zunahme der Produktion um rund 26%
für die Periode 2031–2060 ab (Referenzperiode
1961–1990). Dabei wurde neben
den klimabedingten Veränderungen in den
Zuflussmengen auch die Veränderung der
Stromnachfrage berücksichtigt. Für den
Rhein bis Felsberg berechneten Vischer
und Bader (1999) bis 2050 und mit dem
Szenario «+2 °C Sommer- und Wintertemperatur»
und «±0% Sommer- und +10%
Winterniederschlag» gegenüber der Referenzperiode
1962–1990 eine Abnahme der
natürlichen Abflussmengen des Rheins
um 5%. Für ein fiktives Laufkraftwerk bei
Felsberg wurde allerdings eine Zunahme
der Nutzwassermenge um denselben Betrag
berechnet, da im Winter mehr Wasser
genutzt werden kann und die Fassungskapazität
im Sommer unter den vorgegebenen
Klimaszenarien nicht unterschritten
wird. Die Resultate anderer Studien, inklusive
der vorliegenden, zeigen, dass eine
Verallgemeinerung der Aussagen bezüglich
der Auswirkungen der Klimaänderung
auf die Wasserkraftnutzung schwierig ist.
Zum einen unterscheiden sich die Studien
in Bezug auf die Klimaszenarien, Referenzperioden
und projizierten Zeiträumen, zum
anderen werden auch unterschiedliche
Kraftwerkstypen untersucht. So kann
die Klimaänderung bei einem Kraftwerk
trotz niedrigeren Zuflussmengen höhere
Umsätze bringen, entweder durch Mehrproduktion
oder durch Veränderungen im
Preis. Eine Abschätzung der Folgen der
Klimaänderung auf die Stromproduktion
durch die Wasserkraft muss demnach von
Fall zu Fall untersucht werden.
6. Schlussfolgerungen
Unter den gegebenen Klimaszenarien für
2021–2050 wurde für das KW Löntsch
eine leichte Produktions- (+2.6%) und
Umsatzsteigerung (+3.2%) berechnet.
Die Steigerungen konnten dabei durch ein
verändertes monatliches Produktionsprofil
erreicht werden. Für das KW Prättigau
wurde ebenfalls eine Steigerung der
Stromproduktion um 9.3% (Median aller
verwendeten Projektionen) gegenüber der
Referenzperiode 1976–2004 abgeschätzt.
Diese Zunahme resultiert hauptsächlich
aus einer Produktionssteigerung während
dem Winter. Im Sommer nehmen die natürlichen
Abflussmengen im Einzugsgebiet
zwar ab, die Fassungskapazität der
Kraftwerksgruppe wird aber nicht unterschritten,
womit die Produktion im Sommer
gleich bleiben wird.
Die Resultate können nicht auf die
gesamte Schweiz oder gar auf Mitteleuropa
verallgemeinert werden, vielmehr
handelt es sich um einen lokalen Effekt bei
bestimmten Kraftwerken an spezifischen
Lagen. Für hydrologisch ähnliche Gebiete
mit ähnlichen Kraftwerkstypen liefert die
Studie Hinweise, wie ein sich änderndes
Klima den Kraftwerksbetrieb beeinflussen
könnte. Weitere Untersuchungen
in anderen geographischen Regionen
wären interessant, um ein Gesamtbild
der Auswirkungen der Klimaänderung
auf die Wasserkraftnutzung zu erhalten.
Die Berücksichtigung der Veränderung
der Stromnachfrage, und damit zusammenhängend
des Preises, ist dabei wünschenswert.
Danksagung
Die Studie ist Teil des Projektes Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung (SGHL und CHy,
2011), finanziert von Swisselectric Research
und dem Eidgenössischen Bundesamt für Energie.
Wir danken dem EU FP6 Projekt ENSEM-
BLES (Vertragsnummer 505539), der Meteo-
Schweiz und dem Bundesamt für Umwelt für
die Bereitstellung der Grundlagendaten. Für die
298 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Fallstudie KW Löntsch wird TimeSteps GmbH
für die Unterstützung und gute Zusammenarbeit
gedankt. Für die Fallstudie KW Prättigau wird
Repower gedankt, mit deren Genehmigung zur
Verwendung der von AF-Colenco AG erarbeiteten
Grundlagen die vorliegende Studie ermöglicht
wurde.
Literatur
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zur Wasserwirtschaftlichen Betriebssimulation
von Kraftwerksstufen, Eigenentwicklung.
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UK, S. 160.
Schäfli, B., Hingray, B. und Musy, A. 2007: Cli-
Wenn Beton und Granit versagen,
dann gibt es nur eines:
Die unverwüstlichen Basalt-Platten von
Gerbas GmbH, Gerätehandel / Basaltprodukte,
Grosssteinstrasse 36, 6438 Ibach
Tel. 041 872 16 91, Fax 041 872 16 92, info@gerbas.ch,
www.gerbas.ch
34072
mate change and hydropower production in the
Swiss Alps: quantification of potential impacts
and related modelling uncertainties. Hydrol
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Schweizerische Gesellschaft für Hydrologie
und Limnologie (SGHL) und Hydrologische
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of climate change on the Grande Dixence
hydro-electricity scheme, Switzerland. J Chart
Inst Water E 14.3, 179–185.
Pascal Hänggi 1 , Sonja Angehrn2 , Thomas Bosshard3
, Eivind Helland2 , Donat Job4 , Daniel Rietmann2
, Bruno Schädler1 , Robert Schneider2 ,
Rolf Weingartner1 1 Geographisches Institut und Oeschger-Zentrum
für Klimaforschung, Universität Bern,
Hallerstrasse 12, CH-3012 Bern
pascal.haenggi@giub.unibe.ch
2 Axpo AG, Parkstrasse 23, CH-5401 Baden
3 Institut für Atmosphäre und Klima, ETH Zürich,
Universitätstrasse 16 CHN, CH-8092
Zürich
4 AF-Colenco AG
Täfernstrasse 26, CH-5405 Baden
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 299
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Auswirkungen der Klimaänderung auf die
Wasserkraftnutzung in der Schweiz 2021–
2050 – Hochrechnung
Pascal Hänggi, Rolf Weingartner, Markus Balmer
Zusammenfassung
Im Rahmen der Synthesearbeiten zum Projekt «Klimaänderung und Wasserkraftnutzung»
(SGHL und CHy, 2011) wurde eine Abschätzung durchgeführt, wie sich die
Klimaänderung auf die mittlere Stromproduktion der Schweiz in der nahen Zukunft
(2021–2050) auswirken könnte. Als Grundlage dazu dienten (a) Simulationen möglicher
Abflussveränderungen in repräsentativen Einzugsgebieten der Schweiz, (b) die
in mehreren Fallstudien aus der Modellkette «Klimaszenario – hydrologisches Modell
– Betriebsmodell» abgeleiteten Veränderungen der mittleren Stromproduktion, (c)
die Kraftwerkstypologie nach Balmer (2011) sowie (d) eine Gliederung der Schweiz
in Regionen mit ähnlichem Klimaänderungssignal. Die Hochrechnung geht – unter
Annahme der heutigen Produktionsmuster – für den Zeitraum 2021–2050 im Vergleich
zu 1980–2009 im Winter von einem Anstieg der mittleren Produktion von rund
10% und im Sommer von einer Abnahme zwischen 4 und 6% aus. Diese saisonalen
Veränderungen bewirken auf das Jahr gesehen eine leichte Zunahme zwischen 0.9
und 1.9%. Insgesamt zeigen die Ergebnisse – unter Berücksichtigung der Modellunsicherheiten
–, dass sich die mittlere Stromproduktion aus der Wasserkraftnutzung
gegenüber heute nicht wesentlich verändern wird. Diese Ergebnisse lassen sich allerdings
nicht generell auf einzelne Kraftwerke übertragen. So muss aus regionaler
Sicht bei den Wasserkraftwerken im Tessin und im südlichen Wallis mit einer leichten
Produktionsabnahme gerechnet werden. Ausserdem ist zu beachten, dass Effekte
wie etwa eine Veränderung von Extremereignissen, die den täglichen Betrieb massgeblich
beeinflussen, bei den Hochrechnungen nicht berücksichtigt wurden.
1. Einleitung
Die Auswirkungen der Klimaänderung auf
die Stromproduktion durch Wasserkraft
in der Schweiz wurden in einem Projekt
Klimaänderung und Wasserkraftnutzung
eingehend untersucht (SGHL und CHy,
2011). Einerseits lieferte die Studie Aussagen
über Veränderungen in den natürlichen
Abflussmengen für den Zeitraum
2021–2050. Andererseits wurden mittels
Kopplung von klimatologischen, hydrologischen
und betrieblichen Modellen die
Auswirkungen der Klimaänderung für die
Jahre 2021–2050 an verschiedenen Wasserkraftwerken
bzw. Fallstudien untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei den
natürlichen Abflussmengen 2021–2050 im
Vergleich zu den Verhältnissen 1980–2009
mit einer saisonalen Verschiebung des
Wasserangebots gerechnet werden muss,
mit signifikant höheren Mengen im Winter
und niedrigeren im Sommer. Die Jahres-
abflussmengen bleiben dabei konstant,
mit Ausnahme von stark vergletscherten
Einzugsgebieten, wo für 2021–2050 zum
Teil höhere Jahresabflüsse projiziert werden.
Die Resultate der Auswirkungen auf
die Stromproduktion sind unterschiedlich,
je nachdem wie das Kraftwerk technisch
und betrieblich ausgelegt ist. Einige Fallstudien
zeigen, dass die saisonalen Verschiebungen
in den Zuflussmengen zu
günstigeren Bedingungen bei der Stromproduktion
führen können, da im Winter
mehr Wasser gefasst wird und im Sommer
die maximalen Fassungskapazitäten meist
nicht unterschritten werden. Durch Optimierung
des Produktionsfahrplans kann
eine Abminderung der Produktionsmenge
verhindert, oder sogar eine Steigerung erreicht
werden.
Aus den Ergebnissen der Fallstudien
kann geschlossen werden, dass eine
Verallgemeinerung der Auswirkungen der
Klimaänderung auf die Wasserkraftnutzung
in der Schweiz schwierig ist. Zum
einen unterscheidet sich jedes Wasserkraftwerk
in Bezug auf seine Betriebsweise
und technische Ausstattung. Zum andern
zeigen die Studien zu den Veränderungen
in den natürlichen Abflussmengen, dass je
nach Region andere Auswirkungen auf die
hydrologischen Verhältnisse zu erwarten
sind.
Um die Auswirkungen der Klimaänderung
auf die gesamte schweizerische
Wasserkraftnutzung abzuschätzen, wurde
hier versucht, beiden Umständen Rechnung
zu tragen. Die Hochrechnung basiert
auf den Ergebnissen der Studie Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung (SGHL
und CHy, 2011) und der Datenbank HY-
DROGIS (Balmer, 2011), in welcher technische
und physiographische Kenngrössen
eines Grossteils der schweizerischen
Wasserkraftanlagen erfasst sind. Die im
Projekt Klimaänderung und Wasserkraftnutzung
verwendeten Klimaszenarien aus
dem EU-Projekt ENSEMBLES (Linden und
Mitchell, 2009) für den Zeitraum 2021–2050
sind allesamt konsistent (Bosshard et al.,
2011a), womit sich alle Berechnungen auf
dieselben Grundlagen abstützen. Im Folgenden
wird auf die Methode zur Übertragung
der Resultate aus den Fallstudien auf
die schweizerische Wasserkraftanlagen
eingegangen, inkl. den zugrundeliegenden
Daten (Kap. 2). Danach werden in Kap. 3
die Resultate präsentiert, gefolgt von der
Diskussion und den Schlussfolgerungen
(Kap. 4 und 5).
2. Daten und Methode
2.1 Allgemeines Vorgehen
Bild 1 zeigt den schematischen Ablauf
der Hochrechnung der Resultate aus den
einzelnen Studien des Projektes Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung auf die
Schweiz. Die Hochrechnung basiert auf
einer Kombination zweier Klassierungen:
300 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 1. Schematischer Ablauf der Hochrechnung.
Bei der ersten Klassierung wurden technisch
und physiographisch ähnliche
Wasserkraftanlagen nach ausgewählten
Kriterien gruppiert (Kap. 2.2.1). Bei der
zweiten Klassierung wurden Klimaänderungssignale
nach Regionen gruppiert
(Kap. 2.2.2). Die kombinierte Klassierung
beschreibt demnach Kraftwerksgruppen,
welche sich in Bezug auf technisch-physiographische
Eigenschaften und zu erwartende
Klimaänderungssignale unterscheiden
(Kap. 2.2.3). Diese kombinierte
Klassierung wurde in einem weiteren
Schritt verwendet, um die Resultate der
Fallstudien (nachfolgend als repräsentative
Fallstudien bezeichnet) und der Untersuchungen
zu den Veränderungen der
natürlichen Abflussmengen zu übertragen
(vgl. Bild 2). Dabei wurden relative Änderungen
der Produktionsmengen und natürlichen
Abflussmengen zwischen der
Referenzperiode und 2021–2050 den
mittleren Produktionserwartungen der
einzelnen Kraftwerke zugeordnet. Dies geschah
unter Berücksichtigung der jeweiligen
Speicherkapazitäten der Kraftwerke,
resultierend in der Hochrechnung für die
Schweiz (Kap. 2.3).
2.2 Klassierung der Wasserkraftwerke
und Klimaänderungssignale
2.2.1 Klassierung der Wasserkraftwerke
Verschiedene technische und räumliche
Informationen zu den Wasserkraftanlagen
der Schweiz wurden im Rahmen
einer Dissertation in der Datenbank HY-
DROGIS zusammengetragen (Balmer,
2011). Das GIS-Modell beschreibt jede
Wasserkraftanlage anhand von Einzugsgebiet,
Wasserentnahmen, Speichersee
oder Stauraum, Talsperre, Stollen und Zuleitungen,
Zentralen, Wasserrückgaben,
Restwasser- sowie Schwall- und Sunk-
strecken. Dabei sind 283 Kraftwerke mit
einer mittleren Produktionserwartung von
19 849 GWh im Sommer und 15 376 GWh
im Winter erfasst. Der Vergleich mit der Statistik
der Wasserkraftanlagen der Schweiz
(BFE, 2011) zeigt, dass in der Datenbank
HYDROGIS die grösseren Kraftwerke vollständig
erfasst sind.
Mit Hilfe der Datenbank und einer
Clusteranalyse wurden die erfassten
Kraftwerke in Klassen eingeteilt (vgl. Balmer,
2011). Dabei wurde eine Auswahl von
technischen Informationen und physiographischen
Variablen der einzelnen Wasserkraftanlagen
verwendet:
Physiographische Variablen
Mittlere Höhe des Einzugsgebietes mH
[m ü.M.] (Swisstopo, 2011)
Fläche des Einzugsgebietes A [km 2 ]
Vergletscherungsgrad Vgl [%] (BFS,
1997)
Mittlerer jährlicher Gebietsniederschlag
N [mm] (Sevruk und Kirchhofer, 1992)
Technische Variablen (BFE, 2011b; Balmer,
2011)
Kumulierte Ausbauwassermenge aller
Wasserfassungen QA [m 3 /s]
Nutzvolumen der Reservoirs NV
[Mio m 3 ]
Installierte Turbinenleistung TP [MW]
Ausbauwassermenge der Turbinen TQ
[m 3 /s]
Mittlere Produktionserwartung im Sommer
ProdSo [GWh]
Mittlere Produktionserwartung im Winter
ProdWi [GWh]
Installierte Pumpenleistung PP [MW]
Mittlere Konsumerwartung aller Zubringerpumpen
PK [GWh]
Die physiographischen Variablen kennzeichnen
indirekt die vorherrschenden hydrologischen
Eigenschaften. So steht die
mittlere Höhe des Einzugsgebiets auch als
Indikator für die mittlere Gebietstemperatur
und zusammen mit dem Vergletscherungsgrad
für die vorherrschenden Abflussregimes.
Die technischen Variablen
weisen hauptsächlich auf die Bewirtschaftung
der jeweiligen Kraftwerksanlage hin,
wobei die letzten beiden Variablen speziell
Informationen zum Einsatz von Pumpen
liefern. Die resultierenden technisch-physiographischen
Klassen enthalten demnach
Kraftwerke, welche innerhalb der
einzelnen Klassen in Bezug auf die oben
genannten Variablen ähnlich sind.
2.2.2 Klassierung der Klimaänderungssignale
in Regionen
In den Fallstudien und zur Abschätzung der
Abflüsse für die Periode 2021–2050 wurden
hydrologische Modelle verwendet. Diese
wurden mit verschiedenen Temperatur-
und Niederschlagsszenarien für die Periode
2021–2050 angetrieben, welche mit
Hilfe von Klimaprojektionen aus dem EU-
Projekt ENSEMBLES (Linden und Mitchell,
2009) und beobachteten Temperatur- und
Niederschlagswerten für die Schweiz aufbereitet
wurden (Bosshard et al., 2011a):
Für die Berechnung der Klimaänderungssignale
wurden zunächst Klimamodellberechnungen
(Auflösung 25 km × 25 km) auf
Stationsstandorte der Meteoschweiz interpoliert
(Temperatur: 188 Standorte; Niederschlag:
507 Standorte). Aus den interpolierten
Zeitreihen wurden anschliessend
die Klimaänderungssignale zwischen der
Periode 1980–2009 (CTL) und 2021–2050
(SCE) berechnet. Dazu wurde mit einem
einfachen gleitenden Mittel sowohl für die
CTL- als auch die SCE-Periode der mittlere
klimatologische Jahresgang ermittelt.
Die Änderung des Jahresganges zwischen
der CTL- und SCE-Periode entspricht dem
Klimaänderungssignal. Für die Temperatur
wurde dabei die Differenz SCE-CTL betrachtet,
im Falle des Niederschlages die
relative Änderung SCE/CTL. Das gleitende
Mittel ermöglicht eine lückenlose Repräsentation
des Jahresgangs des Klimaänderungssignals
(entspricht einer Zeitreihe
mit Änderungssignale vom 1. Januar bis
zum 31. Dezember).
Mit Hilfe einer Clusteranalyse wurden
die Klimaänderungssignale in Klassen
eingeteilt, bzw. Regionen mit gleichen zu
erwartenden Klimaänderungen gebildet.
Dabei wurden nur jene Stationsstandorte
berücksichtigt, für welche sowohl für die
Temperatur als auch für den Niederschlag
Änderungssignale vorlagen. Dies war an
158 Standorten der Fall. Aus den beiden
Jahresverläufen der Änderungssignale
wurde anschliessend stationsweise eine
einzelne Zeitreihe gebildet, bzw. die beiden
Jahresverläufe wurden aneinandergekettet.
Die neu entstandenen Zeitreihen
dienten als Grundlage für die Berechnung
der Ähnlichkeiten zwischen den einzelnen
Stationsstandorten. Als Ähnlichkeitsmass
zwischen zwei Standorten i und k wurde
dabei
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 301
(1)
berechnet, mit dem Korrelationskoeffizient
nach Spearman (vgl. Begert, 2008). Zur
Bildung der Cluster diente das Complete-
Linkage Verfahren, in welchem die Distanz
zwischen zwei Cluster durch die jeweils
weitest entfernten Nachbarn definiert wird
(Bahrenberg et al., 2003). Durch Auftragen
der jeweiligen Distanzen zwischen den ge-
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
bildeten Clustern wurde die Anzahl Klassen
bzw. Regionen abgeschätzt, wobei grosse
Distanzen zwischen den Clustern auf grosse
Unterschiede zwischen den Klimaänderungsregionen
hinweisen (Begert, 2008;
Wilks, 2006). Um schliesslich die Regionen
zu bilden, wurden die Klassierungen mit
Hilfe der Methode des nächsten Nachbarn
auf die Fläche der Schweiz interpoliert.
2.2.3 Kombinierte Klassierung
Als Basis für die Übertragung der relativen
Änderungssignale für die Periode
2021–2050 wurden die technisch-physio-
graphische und klimatische Klassierung
miteinander vereint. Dabei wurden die
(klassierten) Einzugsgebiete der Kraftwerksanlagen
mit den Klimaänderungssignal-Regionen
verschnitten. Als Resultat
entstanden kombinierte Klassen, welche
in Bezug auf technisch-physiographische
Eigenschaften und zu erwartende Klimaänderungssignale
einzigartig sind (nachfolgend
Kraftwerk-Klima-Klassen genannt).
Bei Kraftwerken, deren Einzugsgebiet über
mehrere Klimaregionen hinweg reicht,
wurde diejenige Klimaregion zugeordnet,
welche flächenmässig den grössten Anteil
aufwies. Die Codierung der kombinierten
Klassierung besteht aus einer zweistelligen
Zahl, wobei die erste Ziffer die Klasse
der technischen Klassierung angibt, die
zweite diejenige der Klimaänderungssignal-Region.
2.3 Hochrechnung auf die Schweiz
Im Projekt Klimaänderung und Wasserkraftnutzung
wurden an verschiedenen
Fallstudien die Auswirkungen der Klimaänderung
auf die Stromproduktion aus Wasserkraft
untersucht. Des Weiteren wurden
für verschiedene Gewässer der Schweiz
Tabelle 1. Relative Änderung für die Periode 2021–2050 (jeweils Mittel aus verschiedenen Modellrechnungen) der mittleren Produktionserwartung
verschiedener Wasserkraftwerke (aktueller Ausbaustand) und der natürlichen Abflussmenge ausgewählter
Fliessgewässer in der Schweiz. A: Einzugsgebietsfläche; mH: mittlere Höhe; Vgl: Vergletscherungsgrad; dSo: relative Änderung für
Sommer (Mai–September); dWi: relative Änderung für Winter (Oktober–April); dJa: relative Änderung für das Jahr (Oktober–September).
302 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Veränderungen in den natürlichen Abflussmengen
projiziert. So kann die relative Änderung
für den Zeitraum 2021–2050 in der
Produktion (für die Fallstudien) bzw. den
natürlichen Abflussmengen gegenüber
der Referenzperiode berechnet werden
(Tabelle 1).
Für die Hochrechnung der Auswirkungen
der Klimaänderung auf die gesamte
Schweiz wurden die relativen Änderungen
für Winter (Oktober–April; sieben
Monate) und Sommer (Mai-September;
fünf Monate) nach dem Schema in Bild 2
auf die mittlere Produktionserwartung der
einzelnen Kraftwerke übertragen (aktueller
Ausbaustand). Folgende Kriterien wurden
bei der Zuordnung berücksichtigt (siehe
Rhomben in Bild 2):
Zugehörigkeit des Kraftwerks zu einer
Kraftwerk-Klima-Klasse, für welche
eine repräsentative Fallstudie vorhan -
den ist. Die in den Fallstudien untersuchten
Wasserkraftwerke wurden im
vorgehenden Arbeitsschritt ebenfalls
einer Kraftwerk-Klima-Klasse zugeteilt,
womit die jeweilige Fallstudie repräsentativ
für alle Angehörigen der
Gruppe steht. Die in den Fallstudien
berechneten relativen Produktionsänderungen
wurden somit direkt auf die
jeweiligen Kraftwerke übertragen.
Unterscheidung zwischen Speicherund
Laufkraftwerk, um den verbliebenen
Speicherkraftwerken entweder die
relativen Änderungen der Fallstudie
Löntsch oder Mattmark zuzuordnen.
Die Unterscheidung zwischen Speicher-
und Laufkraftwerk erfolgte mit
Hilfe des Speicherausbaugrades β,
welcher das Verhältnis zwischen dem
Nutzvolumen bzw. dem Speicherinhalt
S [m 3 ] im Einzugsgebiet eines Kraftwerks
und dem mittleren Zufluss MQ
[m 3 /a] darstellt (Maniak, 2005), also
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 303
(2)
MQ wurde hier mit Hilfe des mittleren
jährlichen Gebietsniederschlags und
der Einzugsgebietsfläche für jede
Kraftwerksanlage berechnet, wobei
ein Drittel der berechneten Wassermenge
als Verdunstungsverlust beziffert
wurde. Im Mittel der Schweiz trifft
diese Annahme zu, im Alpenraum
wird MQ aber eher unterschätzt und
β damit überschätzt. Nach Maniak
(2005) haben Gebiete mit hohem Ausbaugrad
β > 0.1, wobei auch das mittlere
innerjährliche Abflussverhalten
stark beeinflusst wird. Somit kann
der Speicherausbaugrad auch zur
Unterscheidung zwischen Speicher-
(β > 0.1) und Laufkraftwerken (β ≤ 0.1)
dienen. Letzteren wurden die relativen
Änderungen – mit gewissen Anpassungen
ersichtlich in Bild 2 – der natürlichen
Fliessgewässer aufgetragen.
Einteilung der Laufkraftwerke nach
Einzugsgebietsgrösse (A > 2500 km 2 ),
Bild 2. Entscheidungsbaum
zur
Zuordnung der
relativen Änderungen
für die
Periode 2021–2050
gegenüber der
Referenzperiode
(gem. Tabelle 1)
auf die mittlere
Produktionserwartung
der einzelnen
Wasserkraftwerke
(aktueller Ausbaustand).
Daneben
ist angegeben, wie
viele Kraftwerke
den einzelnen
Gruppen zugeordnet
wurden (n) inkl.
deren Anteil an der
schweizerischen
Produktionserwartung
(Prod, %).
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
um die relativen Änderungen der natürlichen
Abflussmengen aus «grossen
und mittleren» oder «mittleren und kleinen»
Einzugsgebieten vorzunehmen
(vgl. Tabelle 1).
3. Resultate
3.1 Kombinierte Klassierung der
Wasserkraftwerke und Klimaänderungssignale
Als Basis für die Hochrechnung diente die
kombinierte Klassierung der Wasserkraftwerke
und Klimaänderungssignal-Regionen.
Insgesamt wurden acht technische
Kraftwerks-Klassen und acht Klimaän-
derungssignal-Regionen ausgeschieden
(Bild 3). Es zeigt sich, dass das Klimaänderungssignal
auf der Alpennordseite sehr
homogen ist (Klassen 1 und 5), hingegen
im Alpenraum eine deutliche Heterogenität
gegeben ist. Die unterschiedlichen Klassen
decken folgende Regionen ab: Klasse
1 Jurabogen und nördliches Mittelland,
2 inneralpine Täler, 3 Alpennordkamm, 4
Südwallis, Gotthardgebiet und Engadin, 5
Voralpen, 6, 7 und 8 Tessin.
Durch die Verschneidung der beiden
Klassierungen entstanden schliesslich
24 verschiedenen Kraftwerk-Klima-Klassen
(Tabelle 2). Diese unterscheiden sich
in Bezug auf technisch-physiographische
Eigenschaften und zu erwartende Klimaänderungssignale.
Die generelle Beschreibung in Tabelle
2 gibt grob an, welche Kraftwerke
durch die jeweilige Kraftwerk-Klima-
Klasse repräsentiert werden. Es ist ersichtlich,
dass insbesondere grössere
Kraftwerke eigene Gruppen bilden (z.B.
Klasse 55, 62, 64, 67, 72 und 84). Betrachtet
man die Schweiz als Ganzes, so
ergibt die Summe der genutzten Fläche
aller Wasserkraftwerke rund 530 000 km 2 .
Dies belegt eindrücklich die Mehrfachnutzung
des Abflusses durch die Wasserkraft
in der Schweiz.
3.2 Hochrechnung auf die Schweiz
Bild 3. Klassierung der (a) 283 Kraftwerke und (b) 158 Stationsstandorte (Punkte) in je acht Klassen. Klimaänderungssignal-Regionen
in (b): 1 Jurabogen und nördliches Mittelland, 2 inneralpine Täler, 3 Alpennordkamm, 4 Südwallis, Gotthardgebiet und Engadin,
5 Voralpen, 6, 7 und 8 Tessin.
Tabelle 2. Statistik der Kraftwerk-Klima-Klassen. Angegeben sind die Mittelwerte der einzelnen Variablen, welche für die technische
Klassierung der Wasser kraftwerke verwendet wurden (siehe Kap. 2.2.1 für Erklärung der Abkürzungen). Wo als sinnvoll erachtet
wurden für die Schweiz die Summen angegeben.
304 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

An jedem der 283 Kraftwerke aus der
Datenbank HYDROGIS wurde der Entscheidungsbaum,
dargestellt in Bild 2,
angewandt um die relativen Änderungen
2021–2050 auf dessen mittlere Produktionserwartung
aufzutragen. In Tabelle 3
sind die aufsummierten Produktionserwartungen
für 1980–2009 und 2021–2050
pro Kraftwerk-Klima-Klasse dargestellt,
inkl. den relativen Änderungen.
Betrachtet man die projizierten
Veränderungen in den mittleren jährlichen
Produktionserwartungen für den Zeitraum
2021–2050 gegenüber den Verhältnissen
1980–2009, wird in den meisten Fällen von
einer leichten Zunahme der Stromproduktion
durch die Wasserkraft ausgegangen
(optimistischer Fall). Bei den Kraftwerken
Tabelle 3. Veränderung der mittleren Produktionserwartung für die Periode 2021–2050 nach Kraftwerk-Klima-Klasse (aufsummiert).
Erklärung für «Optimistisch» und «Pessimistisch» siehe Bild 2.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 305
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
im Tessin wird mehrheitlich mit einer leichten
Abnahme der Produktion gerechnet
(18, 27, 67). Auf die Schweiz hochgerechnet
ergibt sich eine leicht positive mittlere
Produktionserwartung für die Periode
2021–2050 zwischen 0.9% (pessimistisch)
und 1.9% (optimistisch). Die Anteile der jeweiligen
Kraftwerk-Klima-Klassen an der
gesamtschweizerischen Stromproduktion
ändern sich nicht massgeblich.
Interessant sind die Veränderungen
im Sommer- und Winterhalbjahr:
Die sommerlichen Produktionserwartungen
nehmen bei den meisten Klassen
ab (mehrheitlich zwischen –3 und –10%).
Abnahmen betreffen Kraftwerke ähnlich
der Fallstudie Mattmark (Klasse 34), Laufkraftwerke
an grösseren Flussgebieten
(41, 51, 52, 54, 55), das Kraftwerk Officine
Idroelettriche di Blenio (67), sowie die
Kraftwerke Oberhasli (72) und Grande Dixence
(84). Im pessimistischen Fall sind die
sommerlichen Abnahmen bei den meisten
Kraftwerk-Klima-Klassen deutlicher. Auf
die Schweiz hochgerechnet beträgt die
Abnahme in der mittleren Produktionserwartung
im Sommer zwischen 4.4% (optimistisch)
und 6.3% (pessimistisch) gegenüber
dem aktuellen Ausbaustand.
Für Winter wird bei den meisten
Kraftwerken eine Zunahme der mittleren
Produktionserwartung für die Periode
2021–2050 erwartet. Die Zunahmen bewegen
sich zwischen 2 und 26%. Einzig
bei zwei Kraftwerken im Südtessin (Klasse
18) muss mit Abnahmen um 5% gerechnet
werden. Auf die Schweiz hochgerechnet
ergibt sich eine projizierte Zunahme der
Energieproduktion im Winter um 10.1%.
4. Diskussion
Die Projektionen für 2021–2050 zeigen,
dass die mittleren jährlichen Produktionserwartungen
nicht wesentlich verschieden
sein werden im Vergleich zu den Verhältnissen
1980–2009. Im Allgemeinen kann
davon ausgegangen werden, dass es zu
einer saisonalen Verschiebung des Wasserangebots
vom Sommer- ins Winterhalbjahr
kommt. Betrachtet man lediglich
die projizierten Veränderungen bei den
natürlichen Abflüssen, kann die saisonale
Verschiebung vor allem bei (hoch-)alpinen
Gewässern festgestellt werden. Nach
Hänggi et al. (2011a) sind jene Gewässer
besonders von der Klimaänderung betroffen,
deren Abflussmengen massgeblich
durch die Gletscher- und/oder Schneeschmelze
beeinflusst sind. Gewässern
in tieferen Lagen im Mittelland, in denen
der Niederschlag das Abflussgeschehen
dominiert, sind weniger anfällig auf die
Klimaänderung. In diesen Regionen bleiben,
selbst bei einem starken Anstieg der
Verdunstungsraten, auch in der Periode
2021–2050 die Niederschlagsmengen
von grösserer Bedeutung. Über einen längeren
Zeitraum hinaus, z.B. bis zur Periode
2070–2099, gelten die oben beschriebenen
Aussagen nicht. Modellrechnungen
zeigen, dass aus vergletscherten Gebieten
die Abflussmengen signifikant abnehmen
werden, einhergehend mit dem Rückzug
der Gletscher bis Ende des Jahrhunderts
(Paul et al., 2011; Bauder und Farinotti,
2011) und einer Abnahme der sommerlichen
Niederschlagsmengen (Bosshard et
al., 2011a). Zudem wird davon ausgegangen,
dass durch die ansteigenden Temperaturen
die Verdunstungsraten noch
stärker zunehmen werden, und somit das
Wasserangebot weiter vermindert wird,
insbesondere in den Sommermonaten.
Für die Schweiz wurden die Auswirkungen
der Klimaänderung auf die
Wasserkraftnutzung vom Bundesamt für
Energie für die Studie Energieperspektiven
2035 (BFE, 2007) abgeschätzt. Diese
Abschätzungen wurden ebenfalls in einer
Untersuchung der beiden Bundesämter
für Umwelt und Energie zu den Auswirkungen
der Klimaänderung auf die schweizerische
Volkswirtschaft aufgenommen
(BAFU/BFE, 2007). Über das Jahr gesehen
gehen die Studien davon aus, dass
die schweizerische Wasserkraft bis 2035
klimabedingt im Mittel mit Produktionseinbussen
um rund 7% rechnen muss. Der
projizierte Verlust basiert dabei auf einer
Untersuchung, in welcher die natürlichen
Abflussmengen aus elf alpinen Einzugsgebieten
für die Periode 2020–2049 abgeschätzt
wurden (Horton et al., 2005).
Als Antrieb für das hydrologische Modell
dienten Klimaprojektionen aus dem EU-
Projekt PRUDENCE (Christensen et al.,
2002), welche geltend für den Zeitraum
2070–2099 auf den Zeitraum 2020–2049
zurückskaliert wurden. Die Resultate zeigen
einerseits signifikante Abnahmen in
den Jahresabflussmengen, andererseits
erwartet man höhere Abflussmengen im
Winter und tiefere im Sommer, resultierend
in ausgeglichenen Abflussregimes.
Die Resultate der Fallstudien des Projektes
Klimaänderung und Wasserkraftnutzung
(SGHL und CHy, 2011) zeigen aber, dass
eine Hochrechnung auf die Schweiz basierend
allein auf Projektionen natürlicher
Abflussmengen problematisch ist, da die
natürlich anfallende Wassermenge nicht
zwingend der für die Wasserkraft nutzbaren
Menge entspricht. So muss auch zu
den beiden oben genannten Studien BFE
(2007) und BAFU/BFE (2007) erwähnt werden,
dass rund 65% aller Einzugsgebiete
der schweizerischen Wasserkraftwerke
einen alpinen oder gar hochalpinen Charakter
aufweisen (BFE, 2011).
Die hier dargestellte Hochrechnung
einzelner Studienresultate auf die
Schweiz berücksichtigt neben den Veränderungen
in den natürlichen Abflussmengen
auch die technische Auslegung der
Wasserkraftanlagen, die Unterscheidung
zwischen Lauf- und Speicherkraftwerken
und die Grösse der Einzugsgebiete der
einzelnen Anlagen. Die Hochrechnung ist
somit robuster in Bezug auf die projizierten
Veränderungen. Eine detailliertere Hochrechnung
wäre möglich, wenn zusätzlich
der Fokus auf diejenigen Kraftwerk-Klima-
Klassen gelegt würde, welche überdurchschnittlich
zur schweizerischen Stromproduktion
aus Wasserkraft beitragen. Dies
wären die Klassen 23 (Kraftwerke im Glarnerland,
6.6%), 24 (Kraftwerke Südwallis,
Gotthardgebiet und Engadin, 13.5%), 41
(Kraftwerke am Rhein von Birsfelden bis
Rekingen, 10.9%), 51 (Kraftwerke an der
Aare, 5.0%), 62 (Kraftwerke Vorder- und
Hinterrhein, 6.4%), 64 (Emosson, Maggia,
Engadiner Kraftwerke und Mauvoisin,
12.1%) und 72 (Kraftwerke Oberhasli,
4.5%). Die sieben genannten Kraftwerk-
Klima-Klassen decken rund 60% der
gesamtschweizerischen Stromproduktion
ab. Des Weiteren würden detaillierte
Studien bei Kraftwerken im Tessin einen
Mehrwert erbringen, da für diesen Teil der
Schweiz keine Fallstudie durchgeführt
wurde. Die bestehenden Abschätzungen
der Veränderungen für die Alpensüdseite
basieren mehrheitlich auf den projizierten
Veränderungen in den natürlichen Abflussmengen,
wobei eine leichte Abnahme der
Stromproduktion erwartet wird.
Eine österreichisch Studie kommt
zu ähnlichen Ergebnissen wie hier vorgestellt
(Schöner et al., 2011). Demnach ändert
sich das jährliche theoretische Wasserkraftpotenzial
2021–2050 im Vergleich
zu 1976–2006 im Nachbarland nicht wesentlich.
Für Winter wird eine Zunahme um
rund 20% projiziert, für Sommer eine Abnahme
zwischen 10 und 20%. Für ausgewählte
Donaukraftwerke wird eine leichte
Zunahme in der Jahresproduktion zwischen
0.5 und 2.5% erwartet (2021–2050
im Vergleich zu 1976–2006).
5. Schlussfolgerungen
Um die Auswirkungen der Klimaänderung
auf die Wasserkraftnutzung abzuschätzen,
müssen neben den Veränderungen in
den natürlichen Abflussmengen auch die
306 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

technischen Kenngrössen der Kraftwerke
berücksichtigt werden. Mit Hilfe der Datenbank
HYDROGIS (Balmer, 2011) wurden
hier die Resultate aus dem Projekt Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung (SGHL
und CHy, 2011) auf die Schweiz hochgerechnet.
Im Vergleich zu früheren Studien
projizieren die Resultate der robusteren
Hochrechnung für die gesamte Schweiz
folgende Veränderungen in den mittleren
Produktionserwartungen 2021–2050 gegenüber
den Verhältnissen 1980–2009:
Winterproduktion (Oktober–April):
+10.1%
Sommerproduktion (Mai–September):
–4.4 bis –6.3%
Jahresproduktion (Oktober–September):
+0.9 bis +1.9%
Aus regionaler Sicht muss im Tessin
mit leichten Produktionseinbussen bei
den Wasserkraftwerken gerechnet werden.
Weitere detaillierte Untersuchungen
zu den Auswirkungen der Klimaänderung
auf die Wasserkraftnutzung sind vor allem
bei denjenigen Anlagen wichtig, welche
überdurchschnittlich zur Gesamtproduktion
beitragen.
Danksagung
Die Studie ist Teil des Projektes Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung in der Schweiz des
Netzwerks Wasser im Berggebiet, finanziert von
Swisselectric Research und dem Bundesamt für
Energie (SGHL und CHy, 2011).
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Anschrift der Verfasser
Pascal Hänggi1 , Rolf Weingartner1 , Markus Bal-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 307
mer 2
1
Geographisches Institut und Oeschger-
Zentrum für Klimaforschung, Universität
Bern, CH-3000 Bern
2 BKW FMB Energie AG, Viktoriaplatz 2
CH-3000 Bern
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
Klimawandel: Handlungsbedarf für die
schweizerischen Wasserkraftbetreiber?
Daniel Spreng
Zusammenfassung
Mehrere schweizerische Forschungsinstitute 1 haben sich zusammengefunden, um
im Projekt «Klimaänderung und Wasserkraftnutzung» 2 den neuesten Stand des Wissens
bezüglich des Einflusses des Klimawandels auf die Zuflüsse der Wasserkraftwerke
zu erarbeiten und Hinweise zu geben, wie sich die Veränderungen auf den
Betrieb der Wasserkraftwerke auswirken könnten. Im vorliegenden Beitrag soll dieser
Stand des Wissens aus der Perspektive der Energiewirtschaft dargestellt und dessen
Bedeutung für die Wasserkraftbetreiber erläutert werden.
1. Veränderungen des
schweizerischen Klimas
Die Zunahme der CO 2-Konzentration in
der Erdatmosphäre ist nun über 50 Jahre
durch Messungen belegt worden. Die gemessene
Zunahme entspricht ungefähr
der halben Menge, welche die Menschheit
emittiert, die andere Hälfte wird von
den Weltmeeren absorbiert. Dass diese
Zunahme die Erde vermehrt zu einem
Treibhaus macht ist eine physikalische Tatsache.
Die Klimaänderungen, die aufgrund
der Zunahme der treibhausrelevanten
Gase und Partikel (CO 2 ist die wichtigste
Komponente) erfolgen, sind messbar und
es kann mit an die Sicherheit grenzender
Wahrscheinlichkeit vorausgesagt werden,
dass sich diese Veränderungen in Zukunft
mit steigender Geschwindigkeit fortsetzen
werden.
Insbesondere kann mit hoher-
Wahrscheinlichkeit vorausgesagt werden,
dass die Temperatur längerfristig
global weiter zunehmen wird. Andererseits
weiss man sehr wenig, wie sich der
Klimawandel von Jahr zu Jahr und an
bestimmten geographischen Orten auswirkt.
Dem langfristigen Trend überlagern
sich Schwankungen von Jahr zu Jahr, die
örtlich meist grösser sind als im globalen
Durchschnitt.
Von den grossen Klimamodellen
weiss man heute, dass die tendenzielle
Temperaturerhöhung (d.h., z.B. die Temperaturerhöhung
von Jahrzehnt zu Jahrzehnt)
nicht überall auf der Erde gleich
gross sein wird. Im westlichen Europa
entspricht die prognostizierte Temperaturerhöhung
etwa der mittleren globalen
Temperaturerhöhung, wobei in den Alpen
mit einer etwas grösseren Temperaturerhöhung
gerechnet werden muss. Unter
der Voraussetzung einer erfolgreichen,
aber nicht drakonischen Klimapolitik (sog.
Szenario A1B) ist dies eine Temperaturerhöhung
von etwa 0.03°C pro Jahr, die
sich den anderen (jährlichen, saisonalen,
tageszeitlichen,…) Schwankungen überlagert.
Im Projekt «Klimaänderung und
Wasserkraftnutzung» wurden nun vom Institut
für Atmosphäre und Klima der ETH
Zürich die Temperaturveränderungen für
viele Wetterstationen der Schweiz berechnet
und zwar für die Zeitperioden
2021–2050 und 2070–2099. Für das erwähnte
Szenario sind die Temperaturzunahmen
immer positiv: in der näheren
Bild 1. Vorausberechnete Erwärmung der Erdoberfläche für das Ende des Jahrhunderts
(2090–2099). Das gewählte Szenario ist das sog. A1B-Szenario. Temperaturveränderungen
beziehen sich auf die Zeitperiode 1980–1999. Quelle: IPCC 2007, 4.
Bericht (Synthesis).
1 Gruppe Hydrologie des Geographischen Instituts der Universität Bern, Institut für Atmosphäre und Klima der ETH Zürich, Geographisches Institut
der Universität Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich und die Forschungsanstalt für Wald, Schnee
und Landschaft des ETH Bereichs.
2
http://www.hydrologie.unibe.ch/projekte/ccwasserkraft.html
308 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 2. Vorausberechnete Veränderungen der Niederschlagsmengen für das Ende des Jahrhunderts (2080–2099). Das gewählte
Szenario ist das sog. A1B-Szenario. Die Veränderungen beziehen sich auf die Zeitperiode 1980–1999. Quelle: IPCC 2007, 4. Bericht
(The Physical Science Basis, Summary for Policy Makers).
Zukunft (2021–2050) um die +1.5°C (gegenüber
der Kontrollperiode 1980–2009),
in der ferneren Zukunft (2070–2099) +3.0
bis 4.5°C.
Die saisonalen Unterschiede dieser
Veränderungen wurden ebenfalls berechnet,
diese detaillierten Resultate sind
jedoch mit grösseren Unsicherheiten behaftet.
Wichtiger für Wasserkraftwerkbetreiber,
aber leider viel unsicherer, sind
Voraussagen über die klimabedingten Veränderungen
der Niederschläge. Der Treibhauseffekt
bewirkt nicht nur eine Zunahme
der Temperatur, sondern allgemein wird
mehr Energie, die von der Sonne auf die
Erde gestrahlt wird, im Klimasystem zurückgehalten.
Dadurch ergibt sich eine Beschleunigung
des Wasserkreislaufs: mehr
Verdunstung, mehr Niederschläge. Der
gasförmige Wassergehalt der wärmeren
Luft kann aber auch höher sein und über
weite Strecken transportiert werden bevor
er kondensiert und Niederschläge verursacht.
Wo und wann die Niederschläge
zunehmen werden, ist deshalb nicht einfach
zu berechnen. Gemäss den heutigen
grossen Klimamodellen werden die Niederschläge
nördlich der Alpen zunehmen
und südlich der Alpen abnehmen. Prognosen
für einzelne Alpentäler sind entsprechend
mit noch grösseren Unsicherheiten
behaftet.
Die im Rahmen des Projekts «Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung»
gesichteten, neusten Berechnungen von
10 Modellketten führen teilweise zu sich
widersprechenden Resultaten, bezüglich
der saisonalen Niederschlagsveränderungen
im Alpenraum. Wie die globalen
Modelle, in Bild 2, prognostiziert auch
eine Mehrzahl der regionalen Modelle
Niederschlagsabnahmen während den
Sommermonaten. Für die fernere Zukunft
wird dabei ein durchschnittlicher Wert
von –15% prognostiziert. Für den Win-
ter wird auf der Alpennordseite eher mit
Niederschlagszunahmen gerechnet. Für
den Jahresdurchschnitt wird die Niederschlagsmenge,
wie erwähnt, leicht höher
erwartet. Dies alles bezieht sich aber auch
wieder nur auf das Szenario A1B.
Die erwähnte erhöhte Verdampfungsenergie
führt auch dazu, dass die
Niederschläge, ob erhöht oder nicht,
schneller wieder verdampfen und deshalb
in geringerem Mass die Gewässer alimentieren.
Dies wird bei der Abschätzung der
veränderten Zuflüsse zu bedenken sein.
2. Abschmelzen der Gletscher
Die Veränderungen der Gletscher sind
viel besser voraussagbar als die Niederschläge.
Sowohl der Mengentrend der Abschmelzung,
als auch der Trend bezüglich
des Einsetzens der Gletscherschmelze
im Frühjahr sind mit grosser Sicherheit
voraussagbar, denn beides ist in erster
Linie vom langfristigen Trend der Tem-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 309
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
peraturzunahme abhängig. Letzterer ist
unter Voraussetzung einer bestimmten
Entwicklung der CO 2-Emissionen gut prognostizierbar.
Ein gut prognostizierbarer
Trend darf allerdings nicht mit einem gut
prognostizierbaren Ereignis in einem bestimmten
Jahr verwechselt werden. Auch
ist natürlich das Wachstum der Gletscher
im Winter von den nur ungenau voraussagbaren
Niederschlägen abhängig, doch
das Abschmelzen kann man sich als langsamen
Prozess vorstellen, der dem sich
verändernden Klima mehrere Jahre nachhinkt
und demzufolge relativ ausgeglichen
abläuft.
Zwei Institute haben sich im Rahmen
des Projektes «Klimaänderung und
Wasserkraftnutzung» mit den Gletschern
befasst, das Geographische Institut der
Universität Zürich und Versuchsanstalt
für Wasserbau (VAW) der ETH Zürich. Es
dürfte sich für den Wasserkraftwerkbetreiber
lohnen, sich mit diesem Thema genauer
zu befassen, wenn für ihn vergletscherte
Einzugsgebiete eine Rolle spielen.
In stark vergletscherten Einzugsgebieten
können durch das Abschmelzen der Gletscher
schon heute die Abflüsse Jahr für
Jahr grösser sein als die Niederschläge.
In ein paar Jahrzehnten wird jedoch eine
Trendumkehr eintreten und die Abflüsse
werden langfristig, bei weggeschmolzenen
Gletschern und erhöhter Evapotranspiration,
im Mittel geringer als die Niederschläge
sein.
Wie im Bericht der VAW dargestellt
wird, ist z.B. der durchschnittliche Zufluss
zu der 2007 m ü.M. gelegenen Fassung
des zu 70% vergletscherten, 81 km 2 grossen
Einzugsgebiet Gorner, heute schon
rund 50% höher als der Durchschnitt des
letzten Jahrhunderts. Bis 2040 wird der
durchschnittliche Zufluss vielleicht nochmals
20% zunehmen, dann aber vor Ende
des Jahrhunderts unter den Durchschnitt
des vergangenen Jahrhunderts absinken.
Dieses Beispiel kann nicht auf andere vergletscherte
Einzugsgebiete eins zu eins
übertragen werden, wichtig sind neben
dem Vergletscherungsgrad u.a. die Höhe
des Einzugsgebietes, die zu erwartenden
Niederschlagsveränderungen und, wegen
der Evapotranspiration, die Bodenbeschaffenheit
der nicht vergletscherten
Flächen.
Für die Stromproduktion der ganzen
Schweiz halten sich die Auswirkungen
des Abschmelzens der Gletscher in Grenzen.
Insgesamt hatte es im Jahr 1999 noch
rund 60 km 3 Eis in den Gletschern der
Schweiz, was etwa 55 km 3 Wasser entspricht.
Wenn wir annehmen es brauche
wenigstens 100 Jahre bis die Gletscher
geschmolzen sind, dann stehen während
dieser Abschmelzphase, in der wir schon
drin sind, theoretisch jährlich rund 0.5 km 3
mehr Wasser zur Verfügung. Dies ist, im
Vergleich zu den 60 km 3 Niederschlägen,
die jährlich auf die Schweiz fallen und von
denen etwa ein Drittel genutzt wird, nicht
besonders viel.
Von potenziellem Interesse ist auch
der Umstand, dass die sich zurückziehenden
Gletscher z.T. Seen von beachtlicher
Grösse zurück lassen (siehe Studie
des Geographischen Instituts der Universität
Zürich im Projekt «Klimaänderung und
Wasserkraftnutzung»). Diese Seen können
für die Wasserkraftnutzung allenfalls von
Interesse werden. Zudem werden auch
höher gelegene Fassungen das Potenzial
der Wasserkraftnutzung vergrössern. Dies
könnte für hoch gelegene Einzugsgebiete
theoretisch ein nicht unwesentliches Potenzial
eröffnen. In den beiden von der
VAW untersuchten Einzugsgebieten wird
mit einer Erhöhung der Gleichgewichtslinie
(oberhalb der Linie wächst der Gletscher,
unterhalb schmelzt er weg) von 600 Metern
gerechnet. Dieses theoretische Potenzial
könnte aber nur durch wesentliche Umbauten
bestehender Wasserkraftwerke
ober bei Neubauten genutzt werden, so
z.B. bei neu konzipierten Pumpspeicherwerken.
3. Veränderungen
der mittleren Zuflüsse
Wichtig für die Wasserwirtschaft sind vor
allen die Veränderungen der Zuflüsse zu
den Wasserkraftanlagen (Fassungen und
Stauseen). Mengenmässig ergeben sich
diese aus dem Zusammenspiel der veränderten
Niederschläge, der veränderten
Verdunstungen und dem veränderten Abschmelzen
der Gletscher. Wichtig sind
auch die zeitlichen Veränderungen, sowohl
die saisonalen als auch die kurzfristigen
Veränderungen, die sich durch die
vermutete Zunahme der Extremereignisse
ergeben. Letztere werden im Projekt «Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung»
nicht behandelt.
Hydrologen teilen Einzugsgebie te
und deren Abflüsse in verschiedene Typen
ein. Die Gruppe Hydrologie des Geographischen
Instituts der Universität Bern hat
im Rahmen des Projektes «Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung» für je ein Einzugsgebiet
aller 16 Typen, die klimagedingten
Veränderungen der Abflüsse berechnet. 3
Für die Berechnung des Abflusses in Funktion
der Niederschläge wurde im Prinzip
jeweils dasselbe Modell verwendet. Dabei
wurden Regen und Schnee, Temperaturen
(über Null und unter Null) und verschiedene
Flächen (Eis, Fels, unterschiedliche Böden
und Vegetation) unterschieden. Die Modellparameter
wurden für jeden Einzugsgebietstyp
an der Vergangenheit separat
geeicht. Dies erlaubte, aufgrund der regionalen
Klimaprognosen, die Berechnung
der zukünftigen Abflüsse.
Es ergeben sich für die 16 Einzugsgebietstypen
recht unterschiedliche Resultate.
Auf der Alpennordseite wirken sich
im Winter prognostizierte Erhöhungen der
Niederschläge positiv aus, in der ganzen
Schweiz werden in den wärmeren Sommern
ein höherer Anteil der Niederschläge
verdampfen und sich so der Wasserkraftnutzung
entziehen und es wird in vielen
Gebieten auch mit weniger Abflüssen gerechnet.
Bei Letztem ist allerdings die Sicherheit
der Aussage nicht sehr hoch.
Wasserkraftwerke können bei hoher
Wasserführung oft nicht alles Wasser
nutzen. Da in der Schweiz im Sommer meist
viel Wasser zur Verfügung steht, führen die
verminderten Zuflüsse im Sommer nicht
unbedingt zu einer Minderproduktion. In
sechs Fallbeispielen (Kraftwerke Löntsch,
Prättigau, Mattmark, Oberhasli, Gougra
und Göscheneralp) wurden die durch die
saisonal veränderten Zuflüsse bedingten
Mehr- und Mindererträge berechnet. Sie
werden in anderen Teilen dieses Heftes erläutert.
Diese Berechnungen geben zwar
wichtige Hinweise auf mögliche Entwicklungen,
führen jedoch nicht zu quantitativ
belastbaren Aussagen. Dies aus folgenden
Gründen:
Alle Berechnungen über die Klimaveränderungen
beziehen sich auf das
IPCC-Szenario A1B. Andere Entwicklungen
der CO 2-Zunahme sind auch
möglich.
Die Regionalisierung der globalen Klimamodelle
führt zu unterschiedlichen
Resultaten. Insbesondere sind quantitative
Resultate der regionalen, sai-
3 Dabei ging es auch um die Frage, ob es Einzugsgebiete gibt, die aufgrund des veränderten Klimas in der Typologie neu eingeteilt werden müs-
sen.
310 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

sonalen Niederschlagsberechnungen
mit grossen Unsicherheiten behaftet
(vergleiche auch den neuesten, ausführlichen
Bericht «Swiss Climate
Change Scenarios CH2011» 4 , es
handelt sich dabei um dieselben Berechnungen,
wie diejenigen, welcher
im Projekt «Klimaänderung und Wasserkraftnutzung»
angewendet wurden).
Die Berechnung der Zuflüsse zu den
Kraftwerken beruht zu einem hohen
Mass auf den genannten Niederschlagsberechnungen,
sie stellen eine
von mehreren möglichen Entwicklungen
dar.
Die Berechnung von Minder- und
Mehrproduktion beruht zudem auf der
Annahme, dass sich neben den Zuflüssen
alles andere nicht ändert. Dies
ist eine für die Berechnungen zulässige,
aber sicher keine realistische
Annahme. Mehr dazu im folgenden Abschnitt.
In diesem Heft, im Beitrag von Balmer,
Hänggi und Weingartner mit dem Titel
«Auswirkungen der Klimaänderung auf die
Wasserkraftnutzung in der Schweiz 2021–
2050 – Hochrechnung», werden die Fallstudien,
die im Rahmen des Projekts «Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung»
gemacht wurden, mit einer raffinierten
Methode hochgerechnet:
«Die Hochrechnung geht für den
Zeitraum 2021–2050 im Vergleich zu
1980–2009 von einem Anstieg der mittleren
Produktionserwartung im Winter um
10.1% aus. Für die Sommerzeit wird eine
Abnahme zwischen 4.4 und 6.3% erwartet.
Diese saisonalen Veränderungen bewirken
auf das Jahr gesehen eine leichte
Zunahme der schweizerischen Stromproduktion
durch Wasserkraftnutzung zwischen
0.9 und 1.9%. Aus regionaler Sicht
muss bei den Wasserkraftwerken im Tessin
mit leichten Produktionsabnahmen gerechnet
werden.»
Diese Aussagen sind als Hinweis
auf eine Tendenz zu verstehen und nicht
als exakte, quantitative Prognose.
4. Welche weiteren Veränderungen
spielen eine Rolle?
Neben den klimabedingten Zuflussveränderungen
hat das Klima auch Auswirkungen
auf weitere Faktoren, die die Wasserkraftnutzung
beeinflussen. Zum einen
sind dies weitere Umgebungsfaktoren,
zum andern Elemente des Strommarkts.
In der physischen Umgebung der
Kraftwerke wird der Klimawandel nicht
nur zum Rückzug der Gletscher, sondern
auch zu veränderten Geschiebebewegungen,
Murgängen und Lawinen führen.
Einen gewissen Einfluss auf die Betriebskosten,
dürften insbesondere die allenfalls
vermehrt notwendig werdenden Geschiebeentnahmen
und Spülungen von
Fassungen und Stauseen darstellen. Zu
diesem Thema wurden im Projekt «Klimaänderung
und Wasserkraftnutzung» interessante
Studien gemacht. 5
Über die für die Wasserkraftnutzer
vielleicht wichtigste Klimaveränderung,
über die Zunahme der Extremereignisse
(Stürme, Hochwasser, Dürren), wissen wir
quantitativ relativ wenig. Statistiken über
Extremereignisse, d.h. über seltene Ereignisse,
sind grundsätzlich eine schwierige
Sache, denn Statistiken sind grundsätzlich
nur für viele Datenpunkte sinnvoll. Die
Beobachtungsmethoden und die Beurteilung
von Ereignissen verändern sich über
die vielen Jahrzehnte, die nötig sind, um
genügend Daten zu sammeln und um statistische
Aussagen machen zu können.
Zwar hat die Versicherungsbranche sehr
umfangreiche Daten über die Zunahme
von umweltbedingten Schadenfällen,
doch diese Zunahmen können auch andere
Gründe haben, wie z.B. den zunehmenden
Bau von Gebäuden in exponierten
Lagen.
In jüngster Zeit haben sich die Meteorologen
diesem Thema trotzdem angenommen.
6 Mindestens die Zunahme von
Hitzeperioden ist vielleicht nicht 100%ig,
aber doch mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit
statistisch gesichert.
Auch ist mit hoher Sicherheit mit
einer Zunahme von heftigen Niederschlä-
gen zu rechnen. Diese resultiert bei Laufkraftwerken
zum Verlust von nutzbarem
Wasser und könnte zur Forderung der
stärkeren Nutzung von Speichkraftwerken
für den Hochwasserschutz, mit entsprechender
Einschränkung der Stromproduktion,
führen.
Der Strommarkt wird durch den Klimawandel
auf zweierlei Art verändert. Erstens
verändert sich die Nachfrage, zweitens
die Produktion der Konkurrenz.
Die Nachfrage nach Elektrizität
wird im Sommer aufgrund wärmerer Temperaturen
und vermehrter Klimatisierung
von Gebäuden, insb. im Dienstleistungsbereich,
wahrscheinlich stark zunehmen.
Eine Extrapolation der in den Energieszenarien
des Bundesamts für Energie
gemachten Schätzungen der klimabedingten
Stromnachfrageveränderungen
für das Jahr 2050 7 ergibt eine Nachfrageerhöhung
um 6% über das ganze Jahr und
11% über das Sommerhalbjahr.
Zu den Mitbewerbern, die auch
von Klimaeinflüssen betroffen sind, gehören
aus Sicht eines einzelnen Wasserkraftwerkbetreibers
die anderen Wasserkraftwerkbetreiber
in der Schweiz,
andere Wasserkraftwerkbetreiber im
umliegenden Europa
und thermische Kraftwerke mit Flusskühlung
in der Schweiz und im umliegenden
Europa.
Insofern der Klimawandel Auswirkungen
auf den Betrieb eines Wasserkraftwerks
in der Schweiz hat, wird sich dieser
Klimawandel in ähnlicher Weise auf Teile
des gesamten Wasserkraftwerkparks der
Schweiz und damit auf den Strommarkt
der Schweiz auswirken. Werden also beispielsweise
die Zuflüsse des einen Kraftwerks
im Sommer geringer, so wird das
auch für die benachbarten Kraftwerke der
Fall sein und deren Betreiber werden ihre
Stromproduktion auf kürzere Produktionszeiten
am Tag reduzieren. Damit wird weniger
Nachtstrom zu Verfügung stehen
und damit tendenziell teurer werden. Das
heisst, es wird der Strommarkt verändert
4 CH2011 (2011), Swiss Climate Change Scenarios CH2011, published by C2SM, MeteoSwiss, ETH, NCCR Climate, and OcCC, Zurich, Switzerland,
88 pp. ISBN: 978-3-033-03065-7.
5 Mélanie Raymond Pralong, Jens M. Turowski, Alexander Beer, Dieter Rickenmann, Valentin Métraux, Thierry Glassey (2011): Sektorielle Studie
Wallis – Auswirkung der Klimaänderung auf die Geschiebefracht, Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Sion und Birmensdorf,
(auf: http://www.hydrologie.unibe.ch/projekte/ccwasserkraft.html#fachberichte).
6 Vergl.: WMO (2011). Weather Extremes in a Changing Climate: Hindsight on Foresight, WMO-Nr. 1075, 1211 Geneva, Switzerland.
7
Gemäss Bernard Aebischer, CEPE, ETHZ. – Die zugrundegelegte Temperaturerhöhung ist in diesen Berechnungen allerdings etwas höher, nämlich
2.5 °C, als im Szenarium, auf dem die weiter oben genannten Abschätzungen der Zuflüsse und der veränderten Stromproduktion beruhen.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 311
Klimawandel & Wasserkraft

Klimawandel & Wasserkraft
und Berechnungen, die zeigen wie sich
die finanzielle Lage einzelner Kraftwerke,
bei unverändertem Markt, verbessert
oder verschlechtert, sind mit Vorsicht zu
geniessen.
Die Alpen stellen nicht nur eine
reelle Wasserscheide dar, sondern markieren
ungefähr auch die Grenze zwischen
den Gewinnern und Verlierern der
klimabedingten Veränderungen der Wasserkraftnutzung.
Deshalb wird sich die
Konkurrenzsituation der anderen Wasserkraftwerkbetreiber
im umliegenden
Euro pa unterschiedlich entwickeln. Wasserkraftwerkbetreiber
in den Alpen, östlich
und westlich der Schweiz werden ähnlich
der schweizerischen Mitbewerbern Mangel-
und Überflusssituationen der Stromproduktion
verstärken. Wasserkraftwerke
in Italien und Slowenien einerseits und in
Nordeuropa andererseits werden aber
den allgemeinen Produktionsüberschuss
im Norden und den Produktionsmangel im
Süden verstärken. Dabei wird allerdings
die klimabedingte Produktionszunahme
der Wasserkraftwerke in Norwegen 8 den
schweizerischen Strommarkt höchstens
nur indirekt beeinflussen und gegen über
viel bedeutenderen Entwicklungen, wie
dem Bau riesiger Windparks in Norden
oder grosser Solarenergieanlagen im
Süden nicht stark ins Gewicht fallen.
Thermische Kraftwerke sind ebenfalls
von klimabedingten Veränderungen
betroffen, sowohl von der Zunahme der
Gewässertemperaturen als auch von der
Zunahme von Dürreperioden. Sobald das
Kühlwasser wärmer wird, nimmt der thermische
Wirkungsgrad der Kraftwerke ab
und wenn in Dürreperioden die Menge des
verfügbaren Kühlwassers einen kritischen
Wert unterschreitet, muss das Kraftwerk
abgestellt werden.
6. Welche Handlungsoptionen
bestehen?
Wasserkraftbetreiber beschäftigen sich
mit der Erlangung von Konzessionen für
die Wasserkraftnutzung, mit der Planung,
dem Bau und der Erweiterung von Kraftwerksanlagen
(Kraftwerke, Fassungen,
Stollen und Netze), mit dem Betrieb und
dessen Optimierung, mit dem Verkauf von
Strom und demzufolge mit dem Strommarkt,
sowie mit der Entwicklung der politischen
Rahmenbedingungen.
Der Einfluss der Klimaänderungen
auf die Wasserkraftnutzung wird bei Konzessionsverhandlungen
eine wesentliche
Rolle spielen. Der Wert einer Konzession
hängt ganz direkt mit den Nutzungsmöglichkeiten
der Ressource zusammen und
zwar nicht nur den heutigen Nutzungsmöglichkeiten,
sondern auch den zukünftigen.
Detaillierte Kenntnisse und ein umfassendes
Verständnis des Einflusses der
Klimaänderungen auf die Nutzung einer
bestimmten Wasserressource, auch wenn
Berechnungen von grosser Unsicherheit
behaftet sind, sind in den Verhandlungen
und in der Planung wichtig.
Bau- und Umbauvorhaben von
Kraftwerksanlagen sind jeweils genau auf
die vorhandene Wasserressource, insbesondere
deren Jahresganglinie, und den
erwarteten Markt abgestimmt. Beides wird
sich durch die Klimaerwärmung ändern.
Wie ist darauf zu reagieren? Höhere Zuflüsse
in Winter und niedrigere im Sommer
sind zwar günstig und könnten dazu verleiten,
tendenziell kleinere Ausbauleistungen
zu wählen. Doch dabei wird nicht mit der
Zunahme von Hochwassern und Dürreperioden
gerechnet. Generell führt die Klimaerwärmung
zu Veränderungen, deren
Ausmass insgesamt quantitativ schlecht
fassbar ist. Deshalb ist genau zu überlegen,
wo höhere Ausbauleistungen der verschiedenen
Anlageteile allenfalls eine zwar
nicht billige, aber trotzdem sinnvolle Versicherung
gegen schlecht quantifizierbare
Entwicklungen darstellen. Grosszügige
Dimensionierungen können Hochwasser
besser gerecht werden und Dürreperioden
besser überbrücken, sie können auch bei
unerwarteten Marktentwicklungen einen
Vorteil darstellen.
Demgegenüber dürfte die klimabedingte
Betriebsoptimierung keine grossen
Probleme mit sich bringen. Sowohl Veränderungen
auf der Seite des Marktes, als
auch Klimaveränderungen von Jahr zu
Jahr werden grösser sein als die Veränderungen
des klimabedingten Trends. Die
Betriebsoptimierung muss allen Veränderungen
laufend kurzfristig gerecht werden
und wird dabei die steten, aber von Moment
zu Moment und Jahr zu Jahr kaum
wahrnehmbaren klimabedingten Veränderungen
auffangen.
Es stellt sich auch die Frage, was
die Klimaveränderungen für die Umweltschutzpolitik
bedeuten. Schmelzen die
Gletscher, eröffnet sich damit doch die
Möglichkeit, das Wasser höher oben zu
fassen und damit das nutzbare Gefälle
nach oben zu verlängern. Dass mit der
Ausschöpfung dieses sich eröffnenden
Potenzials Umweltkonflikte vorprogrammiert
sind, dürfte klar sein. Eine frühe Diskussion
darüber, wie politisch damit umgegangen
werden soll, wäre wohl leichter
bevor idyllische Seen sich schon gebildet
haben und Projekte schon ausgearbeitet
sind.
Die grössten Veränderungen im
Umfeld der Stromproduktion aus Wasserkraft
werden nach wie vor durch die Idee
der Liberalisierung des Strommarktes
angetrieben. Diese Idee muss meines Erachtens
nach wie vor kritisch überdenkt
werden. Wasserkraftwerke dürfen auf keinen
Fall kurzfristigen Interessen geopfert
werden. Wasserkraftwerkbetreiber müssen
langfristig denken können, sowohl
bezüglich ihrer Politik im Strommarkt, wie
auch ihrer Politik bei der Pflege und dem
Ausbau der Anlagen. Es ist im öffentlichen
Interesse, die Anlagen in öffentlichem
Besitz zu halten oder mindestens regulativ
dafür zu sorgen, dass die Besitzer zu
langfristigem Denken gezwungen werden.
Wenn das langfristige Denken erhalten
bleibt, werden sich die Besitzer für die
Klimaveränderungen interessieren und
geeignete Massnahmen finden, damit optimal
umzugehen.
Anschrift des Verfassers
Daniel Spreng Prof.
c/o Centre for Energy Policy and Economics,
ETH Zürich, Zürichbergstr. 18, CH-8032 Zürich
dspreng@ethz.ch
8
Siehe z.B. Byman Hamududu und Aanund Killingtveit (2010), Estimating Effects of Climate Change on Global Hydropower Production, Hydropower’10
– 6th International Hydropower Conference, 1–3 February, Tromsø, Norway.
312 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Integrales Flussgebietsmanagement/
Gestion intégrale de l’espace fluvial
«Teil 2»
Flussgebietsmodellierung mit der
Simulationssoftware BASEMENT
David Vetsch, Patric Rousselot, Roland Fäh
1. Einleitung
Im Verlauf der letzten zweihundert Jahre
wurden viele Schweizer Fliessgewässer
kanalisiert um die angrenzenden Nutzungsflächen
vor Hochwasser zu schützen.
Die miteinhergehende Melioration
führte zu einer Steigerung der Lebensqualität
in den vormals durch regelmässige
Überschwemmungen beeinträchtigten
Regionen. Diese Massnahmen brachten
jedoch auch Nachteile mit sich, welche erst
im Laufe der Zeit erkannt wurden. Durch
die Verengung des Fliessquerschnitts kam
es aufgrund der erhöhten Strömungsbelastung
zu einer verstärkten Erosion des
Gerinnes, welcher mittels Schwellen entgegengewirkt
werden musste. Aufgrund
unterschiedlicher Sedimentaufkommen
musste wiederum vielerorts Geschiebe
zurückgehalten oder entnommen werden,
um eine Anhebung der Flusssohle
zu vermeiden und den für die Hochwassersicherheit
entscheidenden Fliessquerschnitt
zu gewährleisten. In manchen Flüssen
kam es aufgrund des stark reduzierten
oder ausbleibenden Sedimenttransports
zur Bildung eines Gerinnes mit geringer
morphologischer Vielfalt. Des Weiteren
führten die Kanalisierung und der Bau von
Schwellen zu einer Reduktion der Längs-
und Quervernetzung der Lebensräume,
was sich beispielsweise in der Fischdurchgängigkeit
oder in der Interaktion des Gewässers
mit den Flussauen auswirkt.
Seit ungefähr zwei Jahrzehnten
zeichnet sich ein neuer flussbaulicher
Trend ab, welcher den angesprochenen
Defiziten entgegenwirken soll. Einzelne
Flussabschnitte werden revitalisiert und
ökologisch aufgewertet. Eine gängige
Massnahme um die morphologische
Vielfalt und die Habitatsvielfalt in einem
Gewässer zu erhöhen sind Flussaufweitungen.
Der Bau von Flussaufweitungen
führt zu einer lokalen Anhebung der Gerinnesohle,
was je nach Geschiebeaufkommen
einer Stabilisierung des Gerinnes
gleich kommt. Jedoch stellen derartige
Eingriffe in ein Fliessgewässer auch neue
Anforderungen an den Hochwasserschutz.
Aus hydraulischer Sicht kann in einer lokalen
Verbreiterung und bei einer Anhebung
der Flusssohle aufgrund der geringeren
Abflusstiefen gegenüber der kanalisierten
Strecke eine gleichbleibende Abflusskapazität
gewährleistet werden. Dennoch
werden Flussaufweitungen zum Teil als
potentielle Gefährdung der Hochwassersicherheit
angesehen. Entsprechend sind
für die Planung solcher Massnahmen numerische
Simulationsmodelle hilfreich,
um die vielfältigen Folgen eines Eingriffs
zu analysieren und die verschiedenen Nut-
Bild 1. Grafische Benutzeroberfläche der Simulationssoftware BASEMENT.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 313
Klimawandel Flussgebietsmanagement
& Wasserkraft

Flussgebietsmanagement
zungsinteressen besser aufeinander abzustimmen.
Des Weiteren ermöglicht die
Anwendung von geeigneten numerischen
Modellen die Simulation von Vorgängen
unterschiedlicher Grössenordnung und
somit die Untersuchung von lokalen bis zu
überregionalen Problemstellungen.
Grundsätzlich eignet sich der Einsatz
von Simulationsmodellen, die auf
einer Software beruhen, wie sie in diesem
Beitrag vorgestellt wird, für die Hochwasservorsorge,
die Erstellung von Gefahrenkarten,
die Optimierung der Regelung von
Flüssen und Seen sowie zur Dimensionierung
von Fliessgewässern. Des Weiteren
können morphologische Entwicklungen
untersucht und mittels geeigneter Indizes
die Habitatsvielfalt eines Gewässers
bestimmt werden. Im Vergleich zu physikalischen
Experimenten bieten sich
numerische Modelle für Parameter- und
Variantenstudien als kostengünstige Alternative
an.
Massgebende Eingriffe zur Verbesserung
des Hochwasserschutzes und
der ökologischen Situation bei bestehenden
grossen Fliessgewässern, wie z.B.
der Thur oder der Rhone, wurden in den
letzten Jahren durchgeführt oder sind
noch im Gange. Mit dem Ziel die entsprechenden
Massnahmen sowohl vom flussbaulichen
und ökologischen als auch vom
sozialen Gesichtspunkt zu evaluieren,
wurde im Jahr 2002 des transdisziplinäre
Forschungsprojekt «Rhone-Thur» als wissenschaftliche
Begleitung vom Bundesamt
für Umwelt lanciert. Dieses wurde im
Jahr 2007 in Form des Nachfolgeprojekts
«Integrales Flussgebietsmanagement»
bis Dato weitergeführt. In diesem Rahmen
wurde die Versuchsanstalt für Wasserbau,
Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH
Zürich beauftragt, die Simulationssoftware
BASEMENT («basic simulation environment
for computation of environmental
flow and natural hazard simulation») zu
entwickeln. Das Programm inklusive umfangreicher
Dokumentation steht interessierten
Personen kostenlos zur Verfügung
(www.basement.ethz.ch). Im vorliegenden
Beitrag werden die grundsätzlichen Fähigkeiten
des Programms BASEMENT kurz
beschrieben und einige Anwendungsbeispiele
aufgezeigt. Betreffend mathematischer
und numerischer Details sei auf die
Dokumentation (Faeh et al. [2011]) verwiesen.
Eine Einführung zur grundsätzlichen
Vorgehensweise bei der numerischen
Fliessgewässermodellierung ist dem entsprechenden
Merkblatt des BAFU («Numerische
Fliessgewässermodellierung»,
in Vorbereitung) zu entnehmen.
2. Die Simulationssoftware
BASEMENT
Das Computerprogramm BASEMENT ermöglicht
die numerische Simulation der
Strömung und des Sedimenttransports in
einem Fliessgewässer. Die Simulationssoftware
beinhaltet grundsätzlich zwei
unterschiedliche Modelle; das eindimensionale
Modell (als BASEchain bezeichnet)
ermöglicht die Simulation von Fliessgewässern
definiert anhand von Flussquerprofilen
und das zweidimensionale Modell
(als BASEplane bezeichnet) basiert auf
einem dreidimensionalen digitalen Geländemodell.
Details zu den beiden Modellen
sind in den folgenden Abschnitten
beschrieben. Zur Unterstützung der Konfiguration
der Modelle, d.h. des Aufsetzens
einer Simulation, besitzt das Programm
eine grafische Benutzeroberfläche (GUI)
wie in Bild 1 dargestellt. Das GUI beinhaltet
einen «Command File Editor» mit
dem die notwendigen Parameter für das
numerische Modell definiert werden können.
Sämtliche Optionen sind mit einer
Beschreibung versehen und mit Beispielen
erklärt. Eingabefehler werden sofort erkannt
und entsprechend gekennzeichnet.
Des Weiteren besitzt das GUI einen «1D-
Grid Editor» für die Gittererstellung eindimensionaler
Modelle, der eine grafische
Darstellung der Querprofile samt ihren Eigenschaften
ermöglicht. Zur Laufzeit der
Berechnung können ausgewählte Resul-
tate wie etwa Wassertiefen, Geschwindigkeiten
oder Sohlendifferenzen visualisiert
werden.
Die mit der Simulationssoftware
modellierten Vorgänge sind grundsätzlich
in zwei Arten zu unterteilen: einerseits die
hydrodynamischen Ansätze zur Modellierung
der Strömung, welche auch die Gerinnerauheit
und die Turbulenz miteinschliessen,
und andererseits die verschiedenen
Ansätze für die Modellierung des Sedimenttransports.
Die einzelnen Vorgänge,
wie in Bild 2 schematisch dargestellt, sind
in den folgenden Abschnitten genauer erläutert.
2.1. Hydrodynamik
Zur Simulation der Wasserströmung werden
hydrodynamische Modellgleichungen
gelöst, bei welchen die Strömungsgeschwindigkeit
eine über die Abflusstiefe
gemittelte Variable ist. Deshalb werden die
entsprechenden Modellgleichungen auch
als tiefengemittelte Gleichungen bezeichnet.
Diese Vereinfachung basiert auf der
Annahme einer hydrostatischen Druckverteilung
und die Modellgleichungen sind
daher nur dann gültig, wenn die vertikale
Geschwindigkeitskomponente vernachlässigt
werden kann. Bei Fliessgewässern
mit einer vorwiegend ebenen, nicht
zu stark geneigten Sohle und geringen
kontinuierlichen Gefällswechseln sind
diese Annahmen zulässig. Aufgrund der
Bild 2. Vorgänge die mit der Simulationssoftware BASEMENT modelliert werden
können.
314 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 3. Modellierung eines Flusslaufs im eindimensionanen Modell. Bild 4. Ausschnitt aus einem zweidimensionalen
Modell für ein Flusskraftwerk.
vereinfachten Gleichungen werden somit
praxis orientierte Simulationen von grossräumigen
Flussabschnitten oder über
einen längeren Zeitraum möglich. Die Wahl
des numerischen Verfahrens, welches zur
Lösung der Gleichungen verwendet wird,
ist entscheidend für die Genauigkeit und
Stabilität des Modells. In BASEMENT
wird dazu eine Finite-Volumen-Methode
in Kombination mit einem als Riemann-
Löser bezeichneten Verfahren verwendet,
welches auch für stark instationäre
Abflussvorgänge, wie z.B. Fliesswechsel
oder die Ausbreitung einer Dammbruchwelle,
stabil bleibt und akkurate Resultate
liefert.
Zur Berücksichtigung der Gerinnerauheit
können verschiedene Reibungsgesetze
verwendet werden, wobei
der Reibungskoeffizient z.B. in Form des
gebräuchlichen Strickler-Beiwerts angegeben
werden kann. Die empirische Natur
der Reibungsgesetze bedingt je nach
Problemstellung eine Variation des Reibungsbeiwerts.
Dies bedeutet, dass die
Gerinnerauheit die massgebende Grösse
zur Kalibrierung der hierin erwähnten hydrodynamischen
Modelle ist.
2.2 1D-BASEchain
Beim eindimensionalen Ansatz wird das
Fliessgewässer in Form von Fluss-Querprofilen
idealisiert (Bild 3). Dabei hängen
die Genauigkeit und die Stabilität des Modells
hauptsächlich vom Abstand der Querprofile
ab. Die entsprechenden Modellgleichungen
basieren auf den Gleichungen
von De Saint-Venant. Pro Querprofil wird
die zeitliche Variation des Abflusses und
der durchflossenen Fläche bestimmt, woraus
über das Querprofil gemittelte Werte
für die Fliessgeschwindigkeit und die Wasserspiegellage
resultieren. Zudem können
pro Querprofil laterale Zuflüsse oder eine
seitliche Entlastung berücksichtigt werden.
Durch die starke Idealisierung
eines realen Fliessgewässers auf wesentliche,
die Abflusskapazität bestimmende
Grössen, sind Simulationen mit einem relativ
kleinen Berechnungsaufwand möglich.
Daher eignet sich das 1D-Modell vor
allem für langfristige oder räumlich ausgedehnte
Simulationen, bei welchen der
lokale Detailgehalt eine untergeordnete
Rolle spielt.
2.3 2D -BASEplane
Für Fragestellungen, bei welchen detailliertere
ebene Strömungsvorgänge von
Interesse sind, wie etwa die Ausbreitung
einer Flutwelle in einer Ebene oder die Vereinigung
oder die Aufteilung von Abflüssen,
ist die Anwendung des zweidimensionalen
Modells sinnvoll. Zur Lösung der
Strömungsgleichungen muss das Berechnungsgebiet,
wie in Bild 4 dargestellt,
in einzelne dreieckige oder viereckige
Rechenzellen unterteilt werden. Die benötigten
topographischen Informationen
werden in der Regel anhand eines dreidimensionalen
digitalen Höhenmodells auf
das Berechnungsgitter interpoliert. Ähnlich
wie beim 1D-Modell ist die Qualität
und Auflösung des Gitters entscheidend
für die Güte der Resultate. Dies bedeutet
insbesondere, dass ein optimales Berechnungsgitter
sich an den Strömungs-
vorgängen zu orientieren hat. Das aus der
Dreiecksvermaschung des Höhenmodells
resultierende Gitter genügt dieser Anforderung
normalerweise nicht.
Als Ergebnis erhält der Anwender
Wasserspiegellagen und eine tiefengemittelte
Fliessgeschwindigkeit für jedes
Rechenelement in Abhängigkeit der Zeit.
2D-Modelle eignen sich beispielsweise
für die Berechnung von Ausuferungen
ausserhalb des eigentlichen Fliessgewässers,
zur Gefahrenkartierung oder für die
Dimensionierung von Rückhalteräumen
und Flussaufweitungen.
2.4 Sedimenttransport
Ergänzend zur Berechnung der Wasserströmung
können Module zur Simulation
von Sedimenttransport angewendet
werden, um zeitliche Veränderungen der
Lage der Flusssohle zu berechnen. Der
Sedimenttransport wird unterteilt in Geschiebe-
resp. Suspensionstransport
sowie gravitationsinduzierter Transport.
Der Geschiebetransport beschreibt die
Bewegung von Sedimenten an der Oberfläche
der Flusssohle aufgrund der vorhandenen
Strömungsbelastung, wofür
verschiedene empirische Formeln zur
Verfügung stehen, wie etwa der bekannte
Ansatz von Meyer-Peter und Müller. Der
Suspensionstransport findet hingegen im
Wasserkörper statt und wird direkt durch
die Wasserströmung bestimmt. Entsprechend
wird dazu eine Advektion-Diffusions-Gleichung
gelöst. Damit kann der
Transport von suspendiertem Sohlenmaterial
oder auch die Ausbreitung von
gelösten Stoffen simuliert werden. Zur
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 315
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Beschreibung des Austausches des suspendierten
Materials zwischen der Sohle
und dem Wasserkörper stehen ebenfalls
verschiedene empirische Ansätze zur Auswahl.
Die granulare Zusammensetzung der
transportierten Sedimente kann mittels
beliebig vieler Kornklassen berücksichtigt
werden, wobei pro Kornklasse jeweils eine
Transportgleichung gelöst wird.
Zusätzlich zum Geschiebe- und
Suspensionstransport, bei denen die Wasserströmung
die treibende Kraft ist, kann
das Sohlenmaterial auch durch rein gravitationsinduzierte
Vorgänge, wie etwa eine
Böschungsrutschung, verlagert werden.
Diese Prozesse werden vereinfacht mit
einem geometrischen Modell in Abhängigkeit
des kritischen Böschungswinkels
abgebildet.
2.5 Anfangs- und Randbedinungen
Bei einem numerischen Modell beschreiben
die Anfangsbedingungen den Zustand
des gesamten Modells zu Beginn
der Simulation und die Randbedingungen
(stationär oder zeitlich veränderlich) die
Grössen an dessen Berandung. Die wohl
wichtigste Anfangsbedingung für die hier
aufgezeigten numerischen Modelle ist die
Topographie. Üblicherweise liegen die
topographischen Informationen für ein
Fliessgewässer in Form von Gerinnequerprofilen
vor. Vielfach werden die Profile
mit beachtlichem Abstand aufgenommen
und haben dementsprechend für die Zwischenräume
einen vagen Informationsgehalt.
Mit Hilfe von Luftbildern sowie
Kenntnis der Situation vor Ort kann aus
einer meist dünnen Datenlage das Optimum
gewonnen werden. Insbesondere bei
2D-Modellen werden die Querprofildaten
entlang des Fliesswegs interpoliert um ein
verdichtetes Höhenmodell zu erhalten. Für
das Umland hingegen existieren üblicherweise
Höheninformationen in guter räumlicher
Auflösung (z.B. Daten basierend auf
Laserabtastung). Bei der Umwandlung der
topographischen Rohdaten in ein zweckmässiges
Berechnungsgitter ist auf die
Definition von Bruchkanten besonderes
Augenmerk zu legen. Nebst der Topographie
gibt es weitere Anfangsbedingungen,
wie etwa die Gerinnerauheit, anfängliche
Wasserspiegellagen oder die Zusammensetzung
der Gerinnesohle.
Die Randbedingungen für die
Strömungsberechnung können auf verschiedene
Art und Weise definiert werden.
Als Zuflussrandbedingung können
z.B. repräsentative Abflussganglinien von
Messstationen des BAFU oder Resultate
eines hydrologischen Modells verwendet
werden. Dabei wird am Zuflussrand von
Normalabflussbedingungen ausgegangen
um lokale Instabilitäten zu vermeiden.
Für die Randbedingung am Abflussrand
stehen verschiedene Ansätze wie etwa
Wasserstands-Abfluss-Beziehungen
oder hydraulische Strukturen wie Wehre
oder Schützen zur Verfügung. Der Einsatz
dieser Strukturen innerhalb des Rechengebiets
ist ebenfalls möglich, wobei diese
dann als «innere Randbedingungen» bezeichnet
werden.
Im Vergleich zu hydrologischen
Informationen ist die Datengrundlage für
Simulationen des Sedimenttransports
meistens spärlich. Zur Bestimmung der
Zuflussrandbedingung kann, sofern vorhanden,
auf Geschiebehaushaltsstudien
zurückgegriffen werden oder es muss anhand
von Abschätzungen über den totalen
jährlichen Sedimenteintrag eine Geschiebefunktion
in Abhängigkeit des hydraulischen
Abflusshydrographen konstruiert
werden. Diese Funktion hängt massgeblich
von den verwendeten Ansätzen für den
Sedimenttransport ab und basiert oft auf
der Annahme, dass die ganze Transportkapazität
ausgeschöpft wird.
3. Erweiterungen
und Spezialitäten
3.1. Effizienzsteigerung
Anwendungen von numerischen Modellen
in der Ingenieurpraxis sind üblicherweise
mit Terminvorgaben verbunden und erfordern
diesbezüglich eine überschaubare
Berechnungszeit. Dies lässt sich
einerseits durch ein wohlgewähltes Berechnungsgitter
erzielen, bei dem kleine
Gitterzellen nicht an der Stelle tendenziell
grosser Geschwindigkeiten zu liegen
kommen. Andererseits gibt es softwaretechnische
Ansätze wie die bei BASE-
MENT implementierte Parallelisierung der
Berechnungsverfahren. Dieser Ansatz ist
vor allem seit der Ausstattung handelsüblicher
Computer mit Mehrkernprozessoren
zweckmässig, wobei der Benutzer
die Anzahl der eingesetzten Rechenkerne
selber wählen kann. Jedoch ist die Anwendung
des parallelisierten Modells kein
Allerheilmittel gegen lange Rechenzeiten,
da andere Faktoren wie die vorangehend
erwähnte Qualität des Berechnungsgitters
oder die Auslastung der einzelnen Rechenkerne
ebenfalls eine Rolle spielen.
Bezüglich Simulationen mit Sedimenttransport
gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die Effizienz der Berechnung zu
steigern. Zu diesen zählen vorbereitende
Massnahmen wie die Reduktion des Simu-
Bild 5. Möglichkeiten zur Kopplung des
1D- und 2D-Modells von BASEMENT.
lationszeitraums auf transportwirksame
Phasen oder die Verwendung von nur einer
repräsentativen Korngrösse. Des Weiteren
bietet BASEMENT einen numerischen Ansatz
an, der als quasi-stationärer Berechnungszyklus
bezeichnet wird. Dabei wird
für geeignete Situationen davon ausgegangen,
dass Veränderungen der Gerinnesohle
eher langsam erfolgen und deren
Einfluss auf die Wasserströmung für einen
gegebenen Zeitabschnitt vernachlässigbar
ist. Die erwähnten Möglichkeiten sind
in den meisten Fällen ein sehr effektives
Mittel um die Berechnungszeit zu reduzieren.
Zu deren erfolgreichen Anwendung ist
jedoch eine gewisse Erfahrung bezüglich
der Modellierung mit Sedimenttransport
unabdingbar.
3.2. Kopplung der Modelle
Für grossräumige Flussgebiete mit unterschiedlichen
Fragestellungen mag es
sinnvoll sein, das Berechnungsgebiet in
einzelne Bereiche zu unterteilen, um eine
effiziente Simulation zu ermöglichen. Konkret
bedeutet dies, dass gewisse Flussabschnitte
vereinfacht als 1D-Modell betrieben
werden können und in Bereichen
wo ein grösserer Detailgrad gefordert ist
oder horizontal zweidimensionale Strömungsverhältnisse
eine Rolle spielen ein
2D-Modell eingesetzt werden kann. Dazu
bietet BASEMENT die Möglichkeit, die
beiden Simulationsansätze auf verschiedene
Weise miteinander zu koppeln (siehe
316 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 5). So ist es beispielsweise möglich,
die Ausbreitung einer Hochwasserwelle in
einem Flussschlauch in einer Dimension
zu berechnen und etwaige Ausuferungen
mit einer gekoppelten 2D-Region zu simulieren.
Dabei können auch allfällige Rückstau-
oder Rückflusseffekte berücksichtigt
werden.
3.3. Regelung
Der Betrieb von Stauhaltungen in Flüssen
oder die Abflussregulierung von Seen
unterliegen häufig einem vorgegebenen
Reglement. Zur Berücksichtigung solcher
Verhältnisse bietet die Software den
Einsatz von parametrisierten Reglern, für
welche zweckmässige Sollgrössen wie
etwa Abfluss oder Wasserspiegel und
Stellgrössen von Abflussorganen definiert
werden können. Dadurch lassen sich z.B.
Wehre und Schützen gemäss den vorgegebenen
Zielkriterien automatisch regeln.
Ebenso kann mittels der Regelung der unbestimmte
Abfluss eines Zubringers abgeschätzt
werden.
3.4. Turbulenzmodell
Bei den vorliegenden Modellen sind einerseits
turbulente Effekte aufgrund der Beschaffenheit
der Gerinnesohle pauschal
in den entsprechenden Ansätzen für die
Gerinnerauheit enthalten. Andererseits
können bei horizontal zweidimensionalen
Strömungen Situationen auftreten, bei
denen der Einfluss der Turbulenz massgebend
sein kann, wie z.B. bei Nischenströmungen
oder bei Einmündungen in einen
flachen See. Zur numerischen Simulation
solcher Vorgänge mit Berücksichtigung
der Turbulenz müssen die Gleichungen
des tiefengemittelten 2D-Modells erweitert
werden. Als einfacher Ansatz bietet
sich dazu die Verwendung eines Wirbelviskositätsmodells,
wie in BASEMENT
implementiert, an. Dabei kann eine turbulente
Viskosität vorgegeben werden, welche
in Kombination mit der Veränderung
des Geschwindigkeitsgradienten einen
zusätzlichen Strömungswiderstand bewirkt,
häufig auch als «innere Reibung»
bezeichnet.
4. Genauigkeit und Aufwand
Die Genauigkeit numerischer Resultate
hängt massgeblich vom verwendeten Verfahren
und dessen vereinfachenden Annahmen
sowie von der Qualität der Daten
für die Topographie und der Randbedingungen
ab. Bei der Anwendung numerischer
Verfahren gilt im Allgemeinen, dass
sich der numerische Fehler bei höheren
Gitterauflösungen verkleinert. Dieses Ver-
halten wird als Konvergenz bezeichnet.
Bei praktischen Anwendungen ist die Gitterauflösung
allerdings beschränkt durch
die daraus resultierende Rechenzeit. Ein
numerisches Resultat ist daher immer ein
Kompromiss zwischen Genauigkeit und
Berechnungsaufwand.
Generell sollte der Aufwand für
numerische Simulationen nicht unterschätzt
werden. Ein lauffähiges Modell
kann bereits mit geringem Aufwand erstellt
werden. Für qualitativ hochstehende
und quantitativ belastbare Resultate ist
allerdings eine vertiefte Auseinandersetzung
mit der Problemstellung und deren
Umsetzung unabdingbar. Bereits die Gittererstellung
kann entscheidend sein für
die Stabilität der Simulation, den zeitlichen
Rechenaufwand aber auch für die Güte der
Resultate. Um Probleme im späteren Verlauf
der Simulationen zu vermeiden, ist ein
zeitlicher Mehraufwand für die Gittererstellung
in den meisten Fällen lohnenswert.
Für 2D-Modelle ist bei der Gittererstellung
ein besonderes Augenmerk auf
die vorhandenen Bruchkanten zu legen.
Nach der Interpolation der Höheninformation
auf das Rechengitter sollten wichtige
Bruchkanten nochmals kontrolliert und
bei Bedarf angepasst werden. Dadurch
können auftretende Schwachstellen, wie
z.B. ein intakter Hochwasserdamm dessen
Kronenverlauf aufgrund von Interpolationsfehlern
nicht durchgehend modelliert
wird, im Vornherein beseitigt werden.
Ein anderer Schwachpunkt eines Modells
liegt häufig auch in den Randbedingungen.
Eine ungünstige Definition der Randbedingungen
oder deren Vorgabe an einer ungeeigneten
Stelle kann zu fluktuierendem
Bild 6. Simulierte Wassertiefen in einer Flussaufweitung.
Verhalten der Randbedingungen führen.
Zum Beispiel ist es ratsam zu überprüfen,
ob der definierte Zuflussquerschnitt eine
genügende Kapazität bezüglich des maximal
vorgesehenen Zuflusses aufweist
und ob das lokale Normalabflussgefälle
passend gewählt ist. Des Weiteren ist es
üblich, die Randbedingungen möglichst
weit weg vom eigentlich interessierenden
Gebiet anzuordnen um eventuelle Randeffekte
zu minimieren.
Für eine konkrete praxisbezogene
Problemstellung sollte der Anwender die
zugrundeliegenden Modellannahmen beachten.
Für die ein- und zweidimensionalen
hydraulischen Modelle wird eine hydrostatische
Druckverteilung angenom men.
Zudem gelten die Gleichungen streng -
genommen nur für moderate Sohlneigungen
und kleine Gefällsänderungen.
Auch Geschiebetransportformeln gelten
meistens nur für einen eingeschränkten
Bereich betreffend des Korndurchmessers
oder dem Gefälle der Sohle. Deshalb
wird ein numerisches Modell üblicherweise
kalibriert, um allfällige Unzulänglichkeiten
über das gesamte Modellgebiet zu
minimieren und ein konsistentes Modell zu
erhalten. Bei der Kalibrierung werden die
massgebenden Modellparameter wie etwa
die Gerinnerauheit solange variiert, bis das
Simulationsresultat einem gemessenen
Referenzzustand bestmöglich entspricht.
Dennoch werden in vielen praktischen Fällen
die oben erwähnten Grundannahmen
lokal im Modellgebiet verletzt, woraus Abweichungen
der Berechnungsresultate zu
gemessenen Werten resultieren. Letztendlich
muss der Modellierer entscheiden,
ob die gewählten Parameter und die
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 317
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Kalibrierung des Modells zweckmässig für
die Fragestellung sind. Zur Unterstützung
eines solchen Entscheids ist, wenn immer
möglich, eine Validierung anhand eines
zum Kalibrierungslastfall deutlich unterschiedlichen
Lastfalls durchzuführen.
Berechnungen mit Sedimenttransport
benötigen vielfach einen erheblichen
Kalibrierungsaufwand. Im Vergleich zur
reinen Hydraulik existiert eine ungleich
grössere Anzahl an Parametern, welche
zur Kalibrierung verändert werden können.
Zusätzlich beruhen die Randbedingungen
bezüglich des zugeführten Sedimentvolumens
meistens auf groben Abschätzungen
und haben gleichzeitig einen grossen Einfluss
auf die Resultate. Vielfach können
Modelle mit Sedimenttransport nicht ausreichend
kalibriert und validiert werden,
weil keine topographischen Informationen
zu verschiedenen Zeitpunkten existieren.
All diesen Unsicherheiten ist Rechnung
zu tragen, indem die Berechnungsergebnisse
kritisch begutachtet und auf ihre
Plausibilität geprüft werden.
5. Anwendungen
Im Folgenden werden typische Problemstellungen
anhand von konkreten Anwendungen
aus der Praxis vorgestellt.
5.1. Hydraulische Wirkungsweise
einer Flussaufweitung (2D)
An einem kanalisierten Fliessgewässer
wird eine Flussaufweitung geplant, um
den Hochwasserschutz zu verbessern
und gleichzeitig die ökologische Vielfalt
zu fördern. Ein regulierbares Wehr in der
Flussaufweitung dient als Hochwasserentlastung
für extreme Ereignisse.
Mit einer rein hydraulischen 2D-
Simulation wurde die Wirkungsweise der
Flussaufweitung bestimmt (siehe Bild 6).
Zu diesem Zweck wurden diverse Lastfälle
simuliert. Von Interesse waren insbesondere
die Strömungsrichtungen sowie die
maximalen Fliessgeschwindigkeiten und
Wasserstände während den definierten
Hochwasserereignissen. Diese Ergebnisse
aus den numerischen Simulationen
wurden als Randbedingung für ein physikalisches
Modell der geplanten Hochwasserentlastung
innerhalb der Flussaufweitung
verwendet.
5.2. Automatische Regelung am
Beispiel Mittellandseen (1D)
Mit einem Testfall wurden die Fähigkeiten
der Software bezüglich Regelung
von hydraulischen Strukturen in einem
grossräumigen Flussgebiet eruiert. Das
numerische Modell beinhaltet die drei
Bild 7. Simulierte Sohlendifferenzen des Alpenrheins in 1D von verschiedenen Massnahmen
nach einer Simulationszeit von 50 Jahren gegenüber der Ausgangslage im
Jahr 2005 (Null-Linie).
Jurarandseen mit ihren Verbindungskanälen
sowie Teile der Aare und der Emme.
Für die Modellierung wurde das gesamte
Gebiet in einzelne 1D-Modelle unterteilt,
welche untereinander gekoppelt sind und
insgesamt über 800 Querprofile enthalten.
Die Grenzen der einzelnen Modellgebiete
wurden durch die fünf vorhandenen Flusskraftwerke
bestimmt. Die Abflussregulierungs-Reglemente
der einzelnen Wehre
sind unterschiedlich.
Das Modell wurde anhand eines
drei Monate langen Ereignisses von 2005
kalibriert und anschliessend anhand eines
Ereignisses aus dem Jahr 2007 erfolgreich
validiert. Danach wurden mit dem
validierten Modell verschiedene Szenarien
bezüglich der Staustufen sowie der Seeregulierung
berechnet. Die Simulationen auf
einem handelsüblichen Computer waren
um mehrere tausend Faktoren schneller
als die Ereignisse in Realität. Somit konnte
gezeigt werden, dass die Software BASE-
MENT für grossräumige Simulationen mit
regulierten Strukturen geeignet ist.
5.3. Einfluss von flussbaulichen
Eingriffen auf die Sohlenentwicklung
am Alpenrhein (1D)
Am Alpenrhein zwischen der Illmündung
und dem Bodensee soll der Schutz vor
Hochwasserereignissen verbessert und
gleichzeitig den Anliegen der Bereiche
Grundwassernutzung, Ökologie, Wasserkraft
und Naherholung besser Rechnung
getragen werden. Regelmässige Vermessungen
der Sohle des Alpenrheins zeigen,
dass die Sohle in den letzten 40 Jahren
insgesamt leicht aufgeschottert wurde.
Bauliche Massnahmen werden die langfristige
Entwicklung der Sohle weiter ver-
ändern. Um diese Veränderungen für die
nächsten 50 Jahre zu quantifizieren, wurden
in einer ersten Planungsphase verschiedene
Massnahmenvarianten simuliert.
Aufgrund des 50 km umfassenden
Modellgebiets und der langen Zeitdauer
wurden die Simulationen in einer Dimension
durchgeführt.
Für den Geschiebetransport wurde
ein Mehrkornverfahren mit acht Kornfraktionen
verwendet. Das Modell wurde aufgrund
einer zehnjährigen Periode kalibriert
und anschliessend anhand eines anderen
20-jährigen Zeitraums validiert. Die unterschiedlichen
Verhältnisse im Kalibrierungs-
und Validierungszeitraum konnten
die Güte des numerischen Modells belegen.
Mit dem validierten Modell wurde
dann die Sohlenentwicklung von sieben
verschiedenen Massnahmenvarianten für
die nächsten 50 Jahre simuliert und im Hinblick
auf das zu erreichende Hochwasserschutzziel
evaluiert (siehe Bild 7).
Die Prognoserechnungen zeigten,
dass grundsätzlich eine Tendenz zur Auflandung
bestehen bleibt. Die Sohlenentwicklung
hängt primär von der Menge des
eingetragenen Geschiebes ab. Wenn die
Unsicherheiten der eingetragenen Geschiebemengen
eingegrenzt werden, liefert
das numerische Modell belastbare
Resultate.
5.4. Morphologische Entwicklung
einer Flussmündung in einen
See am Beispiel der Rheinvorstreckung
Der Alpenrhein mündet in Form eines
künstlichen Gerinnes – die sogenannte
Rheinvorstreckung – in den Bodensee.
Dabei werden grosse Mengen an feinkör-
318 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 8. Sohlentopographie im Bereich der Rheinvorstreckung in den Bodensee.
nigem Sediment in die Vorstreckung und
den Bodensee eingetragen. Um langfristige
Prognosen über die Sohlenentwicklung
des Vorstreckungsgerinnes zu ermöglichen,
wurde ein numerisches Modell des
Mündungsbereichs in zwei Dimensionen
erstellt (siehe Bild 8). Die Topographie der
Rheinvorstreckung ist zu zwei Zeitpunkten
im Abstand von etwa 500 Tagen bekannt.
Ausgehend vom früheren Zeitpunkt wurde
das numerische Modell dahingehend kalibriert,
dass die gemessenen Sohlendifferenzen
durch die Simulation qualitativ und
quantitativ reproduziert werden konnten.
Für die Sedimentumlagerungen
wurde aufgrund der kleinen Korndurchmesser
primär Suspensionstransport
modelliert. Bei der Bestimmung der sedimentologischen
Randbedingungen
weist insbesondere die Bestimmung der
Schwebstoffkonzentration in Abhängigkeit
des Abflusses eine hohe Unsicherheit
auf. Um das Modell für Langzeitprognosen
verwenden zu können, muss noch eine
Validierung über einen anderen Zeitraum
erbracht werden.
Die Berechnung läuft auf einem
handelsüblichen Computer durchschnittlich
etwa 300 Mal schneller als in Realität.
Das Modell ist somit in der Lage, Langzeitsimulationen
über mehrere Jahre mit vertretbarem
Aufwand zu simulieren.
5.5. Abschätzung der Habitatsvielfalt
am Beispiel der Sense
Die Sense ist ein Fluss, welcher sich streckenweise
noch in seinem natürlichen Zustand
befindet. Für einen zwei Kilometer
langen Abschnitt mit der Charakteristik
eines verzweigten Gerinnes wurde ein
Modell in zwei Dimensionen erstellt. Für
die Kalibrierung des Modells standen umfangreiche
Daten wie Fliessgeschwindig-
keiten und Abflusstiefen zu verschiedenen
Abflusszuständen zur Verfügung.
Mit dem kalibrierten Modell wurden
die Auswirkungen von verschiedenen Geschiebetransportformeln
(Ein- und Mehrkorn)
auf die Morphologie und die Veränderungen
der hydraulischen Habitatstypen
untersucht. Dazu wurde eine Abflussganglinie
über ein Jahr simuliert. Es konnte gezeigt
werden, dass das Geschiebe im untersuchten
Abschnitt nur umgelagert wird
und sich die Habitatsvielfalt nicht verändert.
Dies belegt, dass sich die Sense im
Modellperimeter in einem Gleichgewichtszustand
befindet. Die Indikatoren für die
Habitatsvielfalt liefern allerdings nur für
hohe Gitterauflösungen verwertbare Resultate.
6. Zukünftige Entwicklungen
Der vorliegende Beitrag beschreibt die
grundlegenden Fähigkeiten und einige
Spezialitäten des Simulationsmodells
BASEMENT. Die aktuelle Version der
Software ist auf der Webseite www.basement.ethz.ch
abrufbar und beinhaltet eine
Vielzahl an weiteren Details auf welche
hier nicht weiter eingegangen wurde. Der
heutige Stand des Programms ermöglicht
dem Benutzer die numerische Simulation
von Fliessgewässern mit Sedimenttransport
zur Untersuchung praxisrelevanter
sowie wissenschaftlicher Fragestellungen.
Dennoch ist die Entwicklung der
Software nicht als abgeschlossen zu betrachten.
Einerseits besteht nach wie vor
Potenzial zur Effizienzsteigerung der Modelle
sowie für funktionale Erweiterungen,
wie z.B. eine gebietsinterne Kopplung der
Modelle zur Simulation von Durchlässen
sowie Stollen mit Druckabfluss, die Erweiterung
des Geschiebetransports für Situationen
mit Nichtgleichgewichtstransport,
BASEMENT
Das Programm BASEMENT und die
dazugehörige Dokumentation (Faeh et
al. 2011) sind kostenlos erhältlich unter
www.basement.ethz.ch. Dort sind
ebenfalls Eingabedateien für verschiedene
Übungsbeispiele und Testfälle
abrufbar, was den Einstieg in die numerische
Modellierung erleichtern soll.
die Berück sichtigung von Sekundärströmungseffekten
oder die Implementierung
eines effizienten dreidimensionalen Strömungsmodells.
Andererseits generiert die
zunehmende Anwendung des Programms
neue Anforderungen, wie etwa eine bessere
Benutzerfreundlichkeit, eine erweiterte
Funktionalität der grafischen Benutzeroberfläche
oder die Kombination der
Simulationssoftware mit heute gängigen
Geoinformationssystemen. Bei der Entwicklung
der Software waren Qualität,
Flexibilität und Stabilität, mit Hinblick auf
eine praxisorientierte Anwendung, stets
die Schwerpunkte. Dieser Fokus soll für
die weitere Entwicklung von BASEMENT
beibehalten werden.
Verdankung
Die Entwicklung der Simulationssoftware
BASEMENT wurde vom Bundesamt für Umwelt
(BAFU) unterstützt.
Literatur
Faeh, R., Mueller, R., Rouselot, P., Vetsch, D.,
Volz, C., Vonwiller, L., Veprek, R., Farshi, D.
(2011). System Manuals of BASEMENT, Version
2.2. Laboratory of Hydraulics, Glaciology
and Hydrology (VAW). ETH Zurich.
Anschrift der Verfasser
David Vetsch, Patric Rousselot, Roland Fäh
VAW, ETH Zürich
Gloriastrasse 37/39, CH-8092 Zürich
vetsch@vaw.baug.ethz.ch
rousselot@vaw.baug.ethz.ch
faeh@vaw.baug.ethz.ch
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 319
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Refuges à poissons aménagés dans les
berges de rivières soumises aux éclusées
Jean-Marc Ribi, Jean-Louis Boillat, Armin Peter, Anton Schleiss
Résumé
Dans la perspective d’atténuer les impacts des éclusées hydroélectriques, un refuge
latéral a été étudié comme mesure de protection des poissons. Suivant une procédure
expérimentale, des truites fario juvéniles ont été soumises à des vitesses épuisantes
dans un canal expérimental alimenté en eau de rivière. Ce canal long de 12 m,
comporte un élargissement rectangulaire local dans lequel une circulation d’eau est
forcée par l’installation d’un épi de dérivation. Grâce à cet artifice, la majeure partie des
poissons impliqués dans les essais se dirige vers le refuge. En optimisant la position
et l’orientation de cet épi, le taux de présence moyen a atteint 87%. Recherchant à
déceler les conditions hydrauliques qui attirent les poissons, des champs de vitesses
2D ont été simulés dans le plan horizontal et des profils de vitesses verticaux ont été
mesurés par ultrasons. Cette documentation a permis de reconnaître les vitesses
recherchées par les poissons pour rejoindre le refuge. Sur cette base la configuration
la plus prometteuse a été identifiée, et des recommandations sont proposées pour
la réalisation de prototypes de refuges en rivière.
Zusammenfassung
Um die Auswirkungen von Schwall und Sunk in Flüssen unterhalb Speicherkraftwerken
zu vermindern, wurde die Wirkung von an Ufern angeordneten Buchten untersucht,
welche als Fischrefugien dienen können. Die experimentelle Studie wurde in einem
Versuchskanal mit Flusswasser und Forellenjährlingen durchgeführt, indem letztere
Fliessbedingungen ausgesetzt wurden wie sie bei Schwall und Sunk vorkommen. In
einem Kanal von 12 m Länge wurde seitlich eine rechteckförmige Bucht als Fischrefugium
angeordnet. Eine Umlenkbuhne bewirkte dass eine bestimmte Abflussmenge
vom Kanal in diese Bucht umgelenkt wurde. Dank dieser in die Bucht eintretende Abflussmenge,
wurden die meisten Fische von diesem Refugium während Schwall und
Sunk angezogen. Mit einer optimalen Ausgestaltung dieser Umlenkbuhne resp. -insel
konnte ein mittlere Aufenthaltszeit der Fische im Refugium von 87% erreicht werden.
Um die hydraulischen Bedingungen besser zu verstehen, welche für die Lockströmung
in die Bucht verantwortlich sind, wurden 2D-Strömungsberechnungen durchgeführt
sowie die horizontalen und vertikalen Geschwindigkeitsverteilungen im Versuchskanal
mit Ultraschallsonden gemessen. Die beobachteten Fliesswege der Fische in
die seitliche Bucht geben einen klaren Hinweis über die Geschwindigkeitsverteilung,
welche erforderlich ist, so dass die meisten Fische das Refugium schnell finden. Aufgrund
der erfolgversprechendsten Anordnung von Bucht und Umlenkbuhne können
erste Empfehlungen für die Umsetzung von Uferbuchten als Rückzugmöglichkeit für
Fische während Schwall und Sunk in Fliessgewässern abgegeben werden.
1. Problématique des éclusées
La problématique des éclusées est associée
à la production d’électricité à partir des
centrales hydrauliques à accumulation. Par
vocation, la production d’électricité répond
à la demande des consommateurs dont
elle suit les variations au cours du temps.
Les aménagements hydroélectriques
constitués d’un ou plusieurs réservoirs,
sont particulièrement bien adaptés pour
produire l’énergie électrique nécessaire
pour couvrir les pointes journalières. En
Suisse, la production des centrales à
accumulation représente plus du tiers de la
consommation totale. Selon les prévisions,
il est encore possible, d’augmenter la
production de ces aménagements de 6%
en moyenne annuelle, et de 20% en hiver
(Schleiss, 2007). Les rivières alpines et
préalpines d’importance sont directement
Figure 1. Canal expérimental de la Maigrauge,
Fribourg (Suisse).
concernées.
L’un des corollaires de ce mode
d’exploitation dit «par éclusées», est une
modification du régime hydrologique des
cours d’eau concernés (Meile & al. 2011).
Sans précautions particulières, le régime
naturel est affecté la plupart du temps, par
une alternance cadencée et monotone des
débits, en aval des points de restitution.
Il est alors question de débits maximaux
valant de 10 à 40 fois les débits de base.
Ces derniers correspondent en général
aux débits naturels et dans certains cas
aux débits de dotation. Depuis plus de
3 décennies, les impacts négatifs de ce
régime artificiel d’éclusées sont étudiés.
Le rapport final du projet «Réseau suisse
poissons en diminution» (Fischnetz, 2004)
relève une diminution de 60% de la prise
de truites dans les rivières suisses depuis
1980. La pauvreté en refuges naturels dans
les rivières chenalisées, combinée avec
le stress induit par les éclusées figurent
parmi les causes du déclin piscicole
observé. En relation avec les éclusées,
Peter & Schager (Fischnetz, 2004)
soulignent l’importance de la morphologie
et du degré d’aménagement sur l’impact
320 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

écologique des éclusées. Ils préconisent
l’amélioration prioritaire de la qualité des
habitats dans les tronçons influencés.
Le rapport de synthèse «Schwall/Sunk»
du projet Rhône-Thur (2005), mentionne
pour les régions alpines, les variations de
la température de l’eau et de sa turbidité
comme effets nuisibles des éclusées, en
plus du colmatage des lits et des crues
artificielles hivernales qui affectent les
frayères. A propos des conséquences
écologiques des éclusées, la revue
bibliographique de l’OFEV (2003) donne
un état de l’art. Elle propose un cadre
méthodologique pour l’évaluation des
impacts et des recommandations pour
atténuer leurs effets.
2. Intérêt d’un refuge latéral
pour les poissons
Les préoccupations concernant la gestion
des éclusées ne sont pas récentes.
En 1939, Vibert affirmait que le maintien de
débits minimaux en aval des barrages ne
constituait pas une mesure suffisante pour
protéger les poissons. Plus récemment,
Heller (2007) a proposé une gestion des
débits d’éclusées par épanchement
dans un aménagement hydraulique à
buts multiples, attenant au cours d’eau
principal. Dans ce contexte, Pellaud
(2007) a montré que la meilleure réponse
écologique d’un tel aménagement résulte
de la combinaison d’un marnage mitigé et
d’une morphologie diversifiée des berges
du cours d’eau. En réponse à ce dernier
point, le refuge à poissons proposé ici
contribue à l’amélioration des habitats
latéraux. Il fait suite aux travaux de Meile
(2007) qui a étudié l’influence de macrorugosités
de berges sur l’atténuation des
éclusées.
Durant les éclusées, les vitesses
d’écoulement élevées affaiblissent les
poissons et provoquent leur dépérissement
ainsi que celui des invertébrés (Jungwirth
& al., 2003). Lors de l’arrêt des turbines,
l’abaissement rapide du plan d’eau peut
également entrainer l’échouage des
poissons sur le substrat du lit majeur
(Baumann & Klaus, 2003). Une dégradation
générale des habitats naturels est aussi
observée le long des rivières concernées
(Valentin & al. 1996, Ovidio & al. 2006,
Gouraud & al. 2008). Elle est principalement
engendrée par la modification du régime
de charriage (Baumann & Klaus 2003,
Eberstaller & Pinka 2001). Face à ces
impacts, le refuge latéral s’inscrit comme
mesure de protection des poissons contre
les vitesses d’écoulement excessives,
dans les rivières soumises aux éclusées.
Figure 2. Paramètres hydrauliques du canal mis en relation avec les courbes de préférence
de vitesse pour la truite fario au stade juvénile (tiré de Vismara & al. 2001).
Figure 3. Configurations de refuge testées. Le trait gras représente la paroi de dérivation.
3. Etude expérimentale
Face à l’intérêt revêtu par l’installation de
refuges latéraux, l’objectif de la présente
recherche est d’en élaborer les formes et
les conditions d’implantation, dans le but
de maximiser leur taux d’occupation par les
poissons lors des éclusées. Elle débouche
sur des recommandations en vue de la
réalisation de prototypes en rivière.
L’approche expérimentale consiste
à mettre des poissons en situation
d’éclusée dans un canal comprenant
un refuge latéral. Dans ce but, un canal
ad hoc a été construit dans l’ancienne
usine hydroélectrique de la Maigrauge,
à Fribourg (Suisse). Ce site a été choisi
car il bénéficie d’une alimentation en eau
courante prélevée de la Sarine. D’une
longueur utile de 12 m, le canal a une
largeur de 1.2 m (Figure 1). Le refuge à
parois vitrées, est aménagé en rive droite
sur une largeur de 1.2 m et une longueur
de 2 m. Le fond du canal, peint en blanc
pour une meilleure visibilité des poissons,
est constitué de galets colmatés au
mortier. Le fond du refuge est recouvert
de galets de rivière. L’éclusée est générée
par l’ouverture de la vanne de régulation.
Le débit est mesuré en continu, au même
titre que la température de l’eau. Les
dimensions du canal sont adaptées à
l’espèce de poissons retenue pour les
essais. Il s’agit en l’occurrence de la truite
fario (Salmo trutta fario) juvénile (0+ et 1+).
Elle a été choisie pour sa représentativité
de la population des rivières suisses
concernées par les éclusées, et son stade
de croissance pour sa vulnérabilité. De
surcroit, elle a fait l’objet d’importantes
recherches biologiques (Schager & Peter,
2001–2002), notamment en relation avec
les éclusées (Murchie & al. 2008, Gouraud
& al. 2008, Flodmark 2006, Valentin 1995,
Scruton & al. 2003).
Les dimensions du canal sont
fixées de manière à disposer de conditions
de vitesses moyennes successivement
favorables et défavorables, au sens
des courbes de préférence d’habitat de
l’espèce cible (Vismara & al. 2001, Figure 2
droite). Disposant d’un débit maximum
de 220 l/s, la vitesse moyenne dans le
canal passe de 0.1 m/s pour l’écoulement
du débit de base de 10 l/s, à 0.8 m/s en
situation d’éclusée (Figure 2 gauche),
sous des hauteurs d’eau respectives de
0.10 et 0.24 m. D’autre part, la surface au
sol du canal est fixée par la densité des
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 321
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
poissons. Souhaitant mettre en action
10 ou 20 poissons par essai, les densités
retenues sont de 1 à 2 poissons/m 2 dans
le canal et de 5 à 10 poissons/m 2 dans le
refuge.
Les individus d’une longueur
moyenne de 16.5 cm, ont été capturés à
l’état sauvage, par pêche électrique au
Tannenbach à Büttisholz (LU). Sur le site
expérimental, ils séjournaient dans un
aquarium alimenté en eau de rivière et
étaient nourris avec des macroinvertébrés
vivants. Une marque distinctive permettait
de partager l’effectif expérimental en 2
groupes de 10 poissons, qui étaient soumis
chacun à 5 séquences d’éclusée d’une
durée de 3 heures, réparties régulièrement
sur 3 semaines. A la fin de cette période,
ils étaient rapportés sur le site de capture
et remplacés par un nouveau groupe de
20 individus.
Concernant la température de
l’eau, différentes études (Küttel & al. 2002,
Jungwirth & al. 2003) font état d’une vitalité
du poisson optimale et peu influencée
par les variations de ce paramètre, dans
l’intervalle de 6 à 14°C. Pour se trouver
dans cette situation, les essais se sont
déroulés au printemps et en automne,
au cours des années 2008 et 2009.
Préalablement à chaque essai le débit de
10 l/s était établi et les poissons introduits
à l’entrée du canal, dans un compartiment
provisoirement cloisonné. Après une
phase d’acclimatation, les poissons
étaient libérés et le débit augmenté en
quelques minutes à 220 l/s, puis maintenu
pendant 3 heures. Durant cette période
d’essai, la position des poissons était
relevée visuellement à intervalles de 20
minutes, et leurs déplacements étaient
enregistrés par une caméra vidéo installée
à l’aplomb de la zone du refuge. Afin de
valider les résultats, chaque configuration
du refuge a été testée 3 fois. Le 1 er et le 2 ème
essai étaient réalisés avec deux groupes
distincts de 10 poissons et le 3 ème avec les
20 poissons. Chaque individu bénéficiait
d’un temps de repos d’au moins 24 heures
entre 2 essais.
Afin de pouvoir générer de nouvelles
configurations de refuge à partir des
observations antécédentes, une connaissance
des champs de vitesses dans
le secteur concerné était nécessaire. Ils
ont été produits par simulation numérique
2D avec le logiciel BASEMENT «BASic
EnvironMENT for simulation of natural flow
and hazard simulation» (Faeh & al. 2010),
qui résout les équations des écoulements
non-permanents à surface libre, par la
méthode des volumes finis. La constitution
du maillage, le pré- et post-traitement des
données ainsi que la visualisation des
résultats ont été effectués avec le logiciel
SMS «Surface Water Modelling System».
A la suite des essais avec les
poissons, chaque configuration a également
fait l’objet d’une série de mesures de
profils verticaux de vitesses d’écoulement
avec la technique UVP (Ultrasonic Velocity
Profiler). Six sondes alignées en parallèle
sur un support, étaient disposées successivement
au droit de 4 sections caractéristiques:
2 sections transversales dans
le canal, en amont et en aval du refuge, et 2
autres sur la section interface entre le canal
et le refuge, en amont et en aval de la paroi
de dérivation.
4. Optimisation de la configuration
du refuge latéral
La configuration basique du refuge a été
testée initialement (Configuration C0 de la
Figure 3). Ces premiers essais montraient
que l’attractivité de cette simple cavité
aménagée dans la berge, est très limitée
pour le poisson. Les comptages donnent
une fréquentation moyenne du refuge de
33%, caractérisée par une forte variabilité
au cours des 3 heures d’essai. Ce désintérêt
relatif peut s’expliquer par le faible
échange d’eau entre le canal et le refuge.
Afin de créer un flux attractif dans
le refuge, une paroi plane et verticale a été
placée perpendiculairement à l’écoulement
principal, au milieu de la ligne interface
(Configuration C1 de la Figure 3), sur toute
la hauteur d’eau. L’extrémité extérieure
de cette paroi pénètre de 30 cm dans la
section du canal et son extrémité intérieure
laisse un espace de 50 cm jusqu’à la paroi
du refuge. Durant les 3 essais d’une durée
de 3 heures chacun, 74% des poissons
en jeu étaient en moyenne présents dans
le refuge (Figure 7). Cette performance
résulte de la circulation d’un débit de 43 l/s
dans le refuge, forcée par la présence de
la paroi de dérivation. Ce débit représente
19% du débit total de 220 l/s (Figure 6). Sur
la base de ce résultat, une maximisation de
la présence moyenne a été recherchée par
Figure 4. Champ de vitesses simulé par BASEMENT 2D, pour la configuration C1. Eléments
significatifs de l’écoulement au voisinage et à l’intérieur du refuge.
Figure 5. Distribution des vitesses d’écoulement le long de la ligne interface (ligne
continue), à 0.025 m du fond, superposée à la distribution du nombre d’entrées des
poissons (bâtonnets verticaux), pour la configuration C1.
322 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

la production systématique d’un ensemble
de configurations (Figure 3). Celles-ci se
distinguent par la position et l’orientation
de la paroi de dérivation autour de 3 points
fixes, dont 2 correspondent aux extrémités
de la paroi de la configuration C1 et le 3 ème
au centre de la ligne interface.
La procédure méthodologique
décrite précédemment a ainsi été appliquée
aux 12 configurations retenues.
Chacune est documentée par un champ
de vitesses simulé avec BASEMENT 2D,
un ensemble de 27 fiches de relevés
de la position des poissons, 9 heures
Figure 6. Débits dérivés dans le refuge rapportés au débit total transitant dans le canal
expérimental, pour chaque configuration.
Figure 7. Taux de présence des poissons dans le refuge, moyennés sur les 3 essais
relatifs à chaque configuration, valeurs maximales, moyennes et minimales, avec
mention chiffrée des valeurs moyennes.
Figure 8. Dimensions proportionnelles du refuge pour la configuration C8. L’unité est
donnée par la largeur de la zone d’influence du refuge, inférieure ou égale à la demilargeur
du cours d’eau.
d’enregistrement vidéo, et 24 profils
de vitesses mesurés par UVP dans 4
sections. Ces informations permettent
de définir le débit dérivé dans le refuge
(Figure 6), le taux de présence moyen
de poissons dans le refuge (Figure 7), le
nombre de passages de poissons entrant
dans le refuge à travers la ligne interface
décomposée en intervalles de 10 cm, ainsi
que les vitesses d’écoulement rencontrées
au milieu des mêmes intervalles. Les
structures d’écoulement significatives de
la configuration C1 sont mises en évidence
sur la Figure 4, en superposition du champ
de vitesses simulées avec BASEMENT 2D.
Concernant la distribution des vitesses le
long de la ligne interface (Figure 5), elle
montre 2 pointes, l’une pour le flux entrant
dans le refuge et l’autre pour le flux sortant.
Chacune est attenante à une zone de
vitesses en sens opposé, délimitée par un
point intermédiaire où la vitesse s’annule,
le point de cisaillement. Quant aux entrées
des poissons (Figure 5), elles ont lieu de
manière préférentielle aux alentours du
point de cisaillement, là où le gradient de
vitesses est important. Par ailleurs elles
sont nettement plus nombreuses dans la
partie de la section interface située en aval
de la paroi de dérivation.
L’ensemble de ces constatations
est généralisable à toutes les configurations
qui comprennent une paroi de
dérivation. A cet égard, il est clairement
démontré que les vitesses recherchées
par les poissons pour entrer dans le
refuge sont majoritairement comprises
entre 0 et 0.3 m/s. Il est dès lors possible
de conclure à l’importance de la structure
des écoulements dans le refuge. D’une
part, le courant dérivé est indispensable
pour attirer le poisson vers le refuge,
d’autre part, les cellules de rotation sont
essentielles pour faciliter leur entrée.
Les résultats présentés sur la
Figure 7, montrent que les configurations
C8 et C3 ont les meilleurs taux de
présence, soit 87 et 82% respectivement.
Ces 2 configurations ont en commun la
position et l’orientation de la face amont
de la paroi de dérivation, qui peuvent être
considérées comme les plus favorables.
Avec son taux de présence maximum, la
configuration C8 est proposée comme
référence pour la réalisation de prototypes
en rivière (Figure 8).
5. Recommandations
Pour la transposition en rivière du refuge
expérimental, la question des dimensions
adéquates se pose en premier ordre. Le
problème réside dans la définition de
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 323
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Figure 9. Distribution des vitesses d’écoulement le long de la ligne interface (ligne
continue), à 0.025 m du fond, superposée à la distribution du nombre d’entrées par
poisson (bâtonnets verticaux), dans la configuration C8.
Figure 10. Champ de vitesses simulé par BASEMENT 2D, pour la configuration C8, proposée
pour la réalisation de prototypes en rivière. Les traits gras indiquent les parois à
bien marquer dans le projet, les pointillés indiquent les zones de transition.
l’emprise nécessaire de la zone d’influence
du refuge sur la largeur de la rivière, pour
attirer le poisson. Différents scénarios
examinés (Ribi, 2011) conduisent à
proposer la règle suivante:
Au delà d’une valeur minimale de 10 m
qui s’impose pour se prémunir contre
les obstructions, la longueur de la ligne
interface devrait être comprise entre
la moitié de la largeur du lit, pour des
cours d’eau importants et sa totalité
pour de petites rivières. Toutes les autres
dimensions du refuge sont à reporter
proportionnellement, en référence à celles
de la Figure 8.
D’un point de vue constructif, il
est essentiel de reproduire fidèlement
la structure des écoulements dans le
refuge, en particulier le profil de vitesses
dans la section interface (Figure 9). Pour
y parvenir il est nécessaire d’implanter en
conformité les parois qui guident le débit
dérivé dans le refuge (Figure 10). Leur
parement devrait être constitué de blocs
d’enrochement empilés en pente raide sur
plus de la moitié de la hauteur de marnage,
avec des extrémités bien marquées. Les
autres faces peuvent être aménagées
avec des enrochements en pente douce
(Figure 11). Le substrat du fond du refuge
doit être semblable à celui de la rivière.
Sur le profil transversal (Figure 11),
une surélévation du fond du refuge de
l’ordre de 0.5 à 1.0 m par rapport au lit de
la rivière est préconisée, pour favoriser le
transit des alluvions charriées en situation de
crue. Cette mesure requiert le maintien d’un
niveau d’eau minimum d’autant plus élevé,
afin de préserver les habitats dans le refuge.
Si le niveau d’eau minimum souhaité dans
le refuge est de l’ordre de 0.5 m, la hauteur
d’eau minimale dans la rivière adjacente doit
être supérieure à 1.0 m.
Concernant l’équidistance entre
les refuges, 2 critères peuvent être
avancés. Le premier concerne la densité
de poissons. Si celle du refuge peut être
estimée à 10 à 20 individus/m 2 , celle
du lit est variable dans une proportion
supérieure à 1/10 selon la taille de la
rivière (Schager & Peter, 2007). Le second
critère concerne la capacité du poisson
à rejoindre un refuge en phase montante
de l’éclusée. La distance recherchée
est alors celle que les poissons peuvent
parcourir en vitesse de croisière avant
qu’ils ne soient emportés par le courant.
A cet égard, un accroissement de débit en
paliers peut augmenter leur distance de
parcours. Dans les 2 cas, la détermination
de l’équidistance est dépendante du cas
d’espèce, soit de la rivière concernée
et du déroulement des éclusées qu’elle
subit. Des investigations expérimentales
en rivière sont donc requises pour se
prononcer sur ce point.
Quant à la distribution des refuges
le long des berges, elle est en principe
prévue en alternance de part et d’autre du
cours d’eau. En réalité il faudra éviter des
zones d’atterrissements potentiels.
6. Conclusions
Les principaux enseignements tirés de
cette recherche peuvent se résumer
comme suit:
En situation d’éclusées, le refuge
latéral simple est une mesure faible -
ment attractive pour le poisson.
L’installation dans le refuge d’un épi de
dérivation d’une partie du courant,
produit un attrait remarquable pour
le poisson. L’orientation et la position
de cet épi permettent de maximiser la
performance.
La restitution au canal du débit dérivé
produit le courant d’attrait. Les poissons
entrent principalement dans le
refuge par la section située en aval de
la paroi de dérivation. Ils recherchent
le point de cisaillement pour rejoindre
la cellule de rotation, attenante au
couloir de circulation du débit dérivé.
La configuration C8 est recommandée
pour la réalisation de prototypes en
rivière (Figure 11). Outre le taux de
présence maximum qu’elle induit, cette
configuration présente l’avantage
d’un épi de dérivation en forme d’ilot.
Son emprise massive lui donne une
bonne stabilité et la végétation qui
pourra s’implanter à sa surface contribuera
à la valorisation écologique
et paysagère de l’ouvrage.
Préalablement à la réalisation
généralisée de refuges, une validation en
rivière doit être opérée. De cette façon,
l’adaptation du dispositif sera testée avec
324 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Figure 11. Esquisse pour un prototype de refuge avec des dimensions minimales indicatives
[m] : a) Vue en plan, b) Coupe transversale en amont de l’ilot de dérivation.
d’autres espèces à d’autres stades de
croissance, sous toutes conditions de
température. Selon cette démarche, les
présentes recommandations seront utiles
à la réalisation de prototypes de refuges,
qui feront l’objet d’un suivi scientifique.
A l’issue de ce processus le produit sera
véritablement opérationnel.
Remerciements
Les partenaires académiques de cette recherche
sont le Laboratoire de Constructions
Hydrauliques de l’EPFL, l’EAWAG et l’Ecole
d’Ingénieurs et d’Architectes de Fribourg. Elle
est au bénéfice d’un subside CTI sous-projet
9676.1 PFIW-IW «Nachhaltige Nutzung der
Wasserkraft – Innovative Massnahmen zur Reduzierung
der Schwall- und Sunkproblematik».
Les partenaires de l’économie sont le Groupe-E
SA, l’Etat de Fribourg, Ribi SA et KWO-Grimselstrom.
La recherche fait également partie
du projet interdisciplinaire «Integrales Flussgebietsmanagement»
(Schleiss & al. 2008) soutenu
par l’OFEV. Le canal expérimental a été
financé par l’EIA-Fr et a pu être installé à l’usine
de la Maigrauge grâce à la bienveillance du
Groupe-E SA. Les simulations numériques ont
été effectuées avec la collaboration de Kathrina
Steffen dans le cadre de son projet de master
à l’EPFL.
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Adresse des auteurs
Jean-Marc Ribi, Dr. Ecole d’Ingénieurs et
d’Architectes (EIA-Fr), Pérolles 80, CH-1700
Fribourg.
Jean-Louis Boillat, Dr.
Anton Schleiss, Prof. Dr.
Laboratoire de Constructions Hydrauliques
(LCH), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
(EPFL), LCH-IIC-EPFL, Station 18, CH-
1015 Lausanne.
Armin Peter, Dr. EAWAG, Seestrasse 79,
CH-6047 Kastanienbaum.
326 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Der hydromorphologische Index
der Diversität
«eine Messlatte für das ökologische Potenzial von Hochwasserschutzprojekten»
Walter Gostner, Anton Schleiss
Zusammenfassung
Im modernen Flussbau müssen nicht nur schutzwasserbauliche,
sondern auch ökologische Anforderungen berücksichtigt
werden. Durch entsprechende Gestaltung ist ein möglichst
grosser Strukturreichtum anzustreben, da dieser zweifelsfrei
eine der Grundvoraussetzungen für eine hohe Biodiversität in
einem Fliessgewässer darstellt.
Im vorliegenden Artikel wird ein neuer hydromorphologischer
Index der Diversität (HMID) vorgestellt. Der HMID wurde im
Rahmen des Forschungsprojektes «Integrales Flussgebietsmanagement»
mittels umfangreicher Felderhebungen, numerischer
Modellierungen und statistischer Analysen an drei
Fliessgewässern in der Schweiz entwickelt.
Er enthält in seiner Formulierung die hydraulischen Variablen
Fliessgeschwindigkeit und Fliesstiefe, welche aufgrund der
vorhandenen Wechselwirkungen mit anderen hydraulischen
und geomorphischen Grössen die Strukturvielfalt eines Fliessgewässers
zu charakterisieren vermögen.
Mit dem HMID steht dem Wasserbauer ein Werkzeug zur Verfügung,
das es ihm erlaubt, bei Hochwasserschutzprojekten
auch den Strukturreichtum zu optimieren und damit möglichst
günstige hydromorphologische Voraussetzungen für die Wiederherstellung
der natürlichen Funktionen eines Fliessgewässers
zu schaffen.
1. Einführung
Fliessgewässer erfüllen wichtige ökologische,
wirtschaftliche und soziale Funktionen.
Eingriffe an den Fliessgewässern
auf verschiedenen Ebenen waren und
sind die Voraussetzung für die Entwicklung
unserer Zivilgesellschaften. Durch
die mannigfaltigen Nutzungs- und Verbauungsformen
zählen Fliessgewässer
heutzutage jedoch zu den am vielfältigsten
und schwersten beeinträchtigten Ökosystemen
(Jungwirth et al., 2003). Zudem
hat der klassische Hochwasserschutz oft
seine gewünschte Wirkung nicht erreicht.
Extreme Hochwässer haben gezeigt, dass
ein absoluter Schutz nicht möglich ist und
die traditionellen Herangehensweisen zu
überdenken sind.
Aus diesen Beweggründen heraus
hat sich ein Wandel weg von einer sektoriellen
Betrachtungsweise hin zu ganzheit-
lichen und integralen Ansätzen vollzogen.
In den einschlägigen Gesetzen hat dieser
Paradigmenwechsel Eingang gefunden.
Demnach müssen die Kantone nicht nur
die Gefahrengebiete bezeichnen, sondern
auch den Raumbedarf der Gewässer festlegen,
der für den Schutz vor Hochwasser
und für die Erfüllung der ökologischen
Funktionen der Gewässer notwendig ist.
Bei Hochwasserschutzprojekten sind also
auch die ökologischen Defizite zu ermitteln
und zu beheben. Weiters sind die Kantone
verpflichtet, die Revitalisierung ihrer Gewässer
vorzunehmen, wobei darunter die
Wiederherstellung der natürlichen Funktionen
der oberirdischen Fliessgewässer zu
verstehen ist.
Der Wasserbauingenieur benötigt
demzufolge nicht mehr nur Instrumente
zur fachgerechten Auslegung der Hochwasserschutzmassnahmen,
vielmehr
Résumé
Dans l’ingénierie fluviale moderne, il est non seulement
nécessaire de considérer les exigences de protection contre
les crues, mais également les demandes écologiques. Avec
une configuration du lit optimisée, une richesse structurelle
peut être retrouvée. Elle représente sans aucun doute une des
conditions de base pour une biodiversité élevée dans un cours
d’eau.
Dans le présent article, un nouvel indice hydro-morphologique
de diversité (HMID) est présenté. Le HMID a été développé dans
le cadre du projet «Gestion intégrale des réseaux fluviaux» à
l’aide d’investigations in situ, de modélisations numériques et
d’analyses statistiques sur trois cours d’eau situés en Suisse.
Dans sa formulation, il contient les variables hydrauliques, tel
que les vitesses d’écoulement et les profondeurs d’eau, qui,
suite aux correlations avec d’autres grandeurs hydrauliques
et géomorphiques, sont capables de caractériser la richesse
structurelle d’un cours d’eau.
En utilisant le HMID, l’ingénieur hydraulicien dispose d’un
outil qui lui permet d’optimiser la richesse structurelle d’un
cours d’eau, dans le cadre des projets de protection contre
les crues. Par conséquent, il peut générer des conditions
hydro-morphologiques optimales pour la restauration de ses
fonctions naturelles.
muss er imstande sein, die Projekte so zu
gestalten, dass auch die Voraussetzungen
für das ökologische Potenzial der Fliessgewässer
verbessert werden.
Der in diesem Artikel vorgestellte
«hydromorphologische Index der Diversität»
(HMID) ist aus diesen Anforderungen
heraus im Rahmen des Forschungsprojektes
«Integrales Flussgebietsmanagement»
entstanden. Er soll als Werkzeug
dienen, bei Hochwasserschutzprojekten
die hydromorphologischen Eigenschaften
des betroffenen Fliessgewässerabschnitts
so zu gestalten, dass möglichst gute Voraussetzungen
für dessen natürliche Funktionen
geschaffen werden. Durch die Ermittlung
des HMID für verschiedene Projektvarianten
und die Überprüfung weiterer
hydromorphologischer Kriterien können
die aus gesamtheitlicher Sicht zu priorisierenden
Varianten festgelegt werden.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 327
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
2. Der hydromorphologische
Index der Diversität
2.1 Strukturvielfalt als Voraussetzung
für die Funktionsfähigkeit
der Gewässerökosysteme
Für die Funktionsfähigkeit der Fliessgewässerlebensräume
ist eine Vielzahl sich
gegenseitig beeinflussender Faktoren abiotischer
und biotischer Natur mitbestimmend.
Bei den abiotischen Faktoren spielen
die hydromorphologischen Eigenschaften
eine tragende Rolle. Stellt man
Fliessgewässer mit natürlicher und künstlicher
Morphologie einander gegenüber,
ist in natürlichen Abschnitten (Beispiel in
Bild 1, links) in der Regel eine grosse Variabilität
der Strömung, d.h. der hydraulischen
Variablen, zu erkennen. Zonen mit
hoher Fliessgeschwindigkeit wechseln
sich ab mit Bereichen mittlerer Fliesstiefe
und -geschwindigkeit und mit Stellen hoher
Tiefe und geringer Fliessgeschwindigkeit.
Weiter gibt es Flachwasserbereiche mit
geringer Strömung, Kiesbänke unterschiedlicher
Höhe mit dementsprechend
verschiedenen Vegetationscharakteristiken
und Sukzessionsstadien, Vorkommen
von Totholz und ein buntes Muster
an verschiedenen Substratgrössen. Auch
ist zwischen dem Fliessgewässer und dem
Umland oft ein breiter Ufergürtel vorhanden.
Man stellt also eine hohe Vielfalt an
aquatischen und terrestrischen Lebensräumen
fest. In kanalisierten Abschnitten
hingegen (Beispiel in Bild 1, rechts) ist eine
starke Monotonie mit konstant bleibenden
Strömungsmustern sowohl in Längs- als
auch in Querrichtung und einem eingeschränkten
Angebot an Lebensräumen zu
beobachten.
Die hydromorphologische Vielfalt,
häufig auch als Strukturvielfalt bezeichnet,
ist einerseits bedingt durch die morphologischen
Eigenschaften, also durch die
räumliche Variabilität, und andererseits
durch das hydrologische bzw. abflussdynamische
Geschehen, also durch die
zeitliche Komponente. Aus dem Zusammenspiel
von Morphologie mit dem Abfluss
entstehen jene hydraulischen Variablen
(Fliesstiefe, Fliessgeschwindigkeit,
Substrateigenschaften, u.a.), welche das
Habitatangebot für aquatische Lebensgemeinschaften
bestimmen, aber auch die
Randbedingungen für die flussbegleitende
Flora und Fauna.
Die Veränderung und vor allem Homogenisierung
der physikalischen Habitate
mit der damit einhergehenden Verarmung
der Strukturvielfalt in den Fliessgewässern
ist die bedeutsamste Bedrohung für
die Biodiversität und führt zu einer Reduzierung
von Artenreichtum und Biomasse
(Allan & Castillo, 2007). In der Schweiz
sind rund 15 000 km der Fliessgewässer
stark verbaut (BAFU 2010), dort sind verschiedene
Fischarten nicht mehr vorhanden
bzw. hat sich in den letzten Jahren die
Fischbiomasse auf bis zu einem Zehntel
dezimiert (Peter A. in Häusler, 2011). Im
Umkehrschluss gilt der Grundsatz, dass
die Vielfalt der Habitate in verschiedenen
räumlichen Massstabsebenen eine der
wichtigsten Grundvoraussetzungen für die
Entwicklung und Erhaltung artenreicher
Lebensgemeinschaften ist (Jungwirth et
al., 2003).
2.2 Grundlegende Hypothesen
Aus diesen grundsätzlichen Betrachtungen
leiten sich die zur Herleitung des hydromorphologischen
Indexes der Diversität
(HMID) folgendermassen postulierten
Hypothesen ab (Gostner et al., 2011a,
Gostner et al., 2011b):
Die Strukturvielfalt eines Fliessgewäs -
serabschnittes lässt sich mit Hilfe der
hydraulischen Grössen Fliessgeschwin-
digkeit und Fliesstiefe sowie ihrer statistischen
Parameter charakterisieren.
Die statistischen Parameter dieser hydraulischen
Grössen können anhand
einer mathematischen Definition in einer
Masszahl, dem HMID, kombiniert
werden. Dieser charakterisiert somit
die Strukturvielfalt der aquatischen
Lebensräume eines Fliessgewässerabschnittes
direkt und der flussbegleitenden
Lebensräume indirekt.
Die räumliche Variabilität der aquatischen
Habitate ist in einem natürlichen
oder naturnahen Fliessgewässer
höher als in einem künstlichen,
während die zeitliche Variabilität in
einem künstlichen Fliessgewässer
höher ist und dort somit eine geringere
zeitliche Persistenz der Habitate
gegeben ist.
2.3 Anwendungsbereich
Bisher war man in Ermangelung besserer
Hilfsmittel bei Hochwasserschutzprojekten
auf qualitative und gutachterliche
Expertenbeurteilungen angewiesen, wenn
es darum ging, auch die Strukturvielfalt zu
verbessern. Der HMID (siehe Infobox )
trägt den Anforderungen nach einer quantitativen
und objektiven Beurteilung Rechnung.
Er besitzt nämlich die Fähigkeit zur
Vorhersage. Anhand von numerischen Abflussmodellierungen
und darauffolgender
statistischer Analyse der massgebenden
hydraulischen Variablen kann der HMID für
einzelne zur Diskussion stehende Varianten
auf einfache Weise berechnet werden.
Aus dem Vergleich des für die einzelnen
Bild 1. Links: unverbauter, natürlicher Abschnitt an der Sense (Kt. Freiburg) mit Bereichen mittlerer Fliessgeschwindigkeit und
–tiefe (Rinner) (1), Zonen hoher Fliessgeschwindigkeit (Furt) (2), hoher Fliesstiefe (Kolk) (3), Flachwasserbereichen (4), Kiesbänken
unterschiedlicher Höhe (5), Totholz (6), wechselnden Substrateigenschaften (7) und einem breiten Ufergürtel (8).
Rechts: verbauter, kanalartiger Abschnitt an der Bünz (Kt. Aargau) mit stark reduziertem Habitatangebot (aquatisch: Rinner, terrestrisch:
Böschung konstanter Neigung mit Grasbewuchs und Sträuchern).
328 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Varianten berechneten Wertes für den
HMID kann man jene Variante definieren,
die das Fliessgewässer mit der besten
Strukturvielfalt auszustatten imstande ist
und deshalb die aus ökologischer Sicht
zu priorisierende Variante darstellt. Auch
kann eine Abschätzung darüber getroffen
werden, inwieweit eine gewählte Variante
sich in bezug auf die Strukturvielfalt an den
Referenzzustand annähern kann.
In zeitlicher Abfolge betrachtet reiht
sich der HMID zwischen den Methoden,
welche eine Bewertung des Ist-Zustandes
Bild 2. Übersicht der untersuchten Fliessgewässer.
eines Fliessgewässers erlauben (z.B.
BUWAL, 1998) und den Anlass zur Lancierung
eines Projektes geben können, und
den Methoden für die Erfolgskontrolle (z.B.
Woolsey, 2005), welche nach Umsetzung
des Projekts zur Anwendung kommen, ein.
Er füllt damit jene Lücke, die zwischen der
Bewertung von Fliessgewässern vor und
nach Durchführung eines Projektes liegt
und schafft eine Möglichkeit, eine a-priori
Bewertung vorzunehmen und die Projekte
in strukturell-morphologischer Hinsicht zu
optimieren.
Der HMID ist an kiesführenden
Alpenflüssen, die in ihrem Referenzzustand
entweder einen pendelnden bis hin
zu einem gewundenen oder verzweigten
Verlauf aufwiesen, entwickelt worden. Dieser
morphologischer Flusstyp war in den
Alpen häufig anzutreffen, weshalb sich für
die Anwendung des HMID ein breites Betätigungsfeld
ergibt.
3. Herleitung und Entwicklung
des HMID
3.1 Durchgeführte Arbeiten
3.1.1 Feldarbeiten
An drei Fliessgewässern in der Schweiz
wurden umfangreiche Felderhebungen
durchgeführt (siehe Bild 2). Bei der Auswahl
der Fliessgewässer wurde darauf geachtet,
dass Abschnitte mit unterschiedlicher
morphologischer Ausprägung vorhanden
sind, um die Strukturvielfalt am Fliessgewässer
in Funktion der morphologischen
Eigenschaften erfassen zu können.
Die Bünz liegt im Kanton Aargau,
hat ein Einzugsgebiet von 111 km 2 und
mündet bei Wildegg in den Aare. Die Venoge
hingegen weist eine Einzugsgebietsgrösse
von 238 km 2 auf und mündet in den
Genfer See. Die Sense wiederum entwässert
ein Einzugsgebiet mit einer Fläche
von 432 km², sie mündet bei Laupen (Kan-
Bild 3. Aufnahmen der Untersuchungsabschnitte. Bünz (oben): (1) durch Jahrhunderthochwasser 1999 geformtes pendelndes System
(«Bünzaue»), (2) naturbelassen pendelnd, (3) kanalisiert, (4) revitalisiert.
Venoge (Mitte): (1) naturbelassen geradlinig, (2) kanalisiert, (3) kanalisiert, (4) naturbelassen mäandrierend.
Sense (unten): (1) naturbelassen verzweigt, (2) naturbelassen in einer Schlucht pendelnd, (3) naturbelassen verzweigt, geringfügig
verbaut, (4) rechtsufrig verbaut, linksufrig naturbelassen, (5) kanalisiert.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 329
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
ton Bern) in die Saane. Die untersuchten
Fliessgewässer weisen pluviales bzw.
nivo-pluviales Abflussregime auf, wobei
sich das hydrologische Regime weitgehend
in seinem natürlichen Zustand befindet.
Es gibt nämlich keine bedeutenden
Wasserableitungen, auch sind keine grösseren
Staustufen vorhanden. Die Sense
kann auf einem Grossteil ihres Verlaufes
als Referenzgewässer bezeichnet werden:
sie weist eine nahezu naturbelassene Morphologie
auf und ist vom längsten zusammenhängenden
Auenwald der Schweiz
flankiert.
An jedem Fliessgewässer wurden
mehrere Untersuchungsabschnitte festgelegt
(siehe Bild 3). Entlang von Querprofilen
erfolgte in einem Abstand von
durchschnittlich 100–150 cm zwischen
den einzelnen Messpunkten die Aufnahme
der topographischen Lage, der Sohlhöhe,
der Wassertiefe und der mittleren Fliessgeschwindigkeit
(Übersicht über die wichtigsten
Kenndaten der Untersuchungsabschnitte
und der Messungen in Tabelle 1).
An der Sense wurden zudem die Substrateigenschaften,
die Höhe des bordvollen
Abflusses, die Dichte der Ufervegetation
und die Totholzvolumina erhoben,
eine detaillierte Geländevermessung mit
Erfassung des Talweges, der Kiesbänke,
der Uferanschlagslinien und aller anderen
markanten Bruchkanten im Gelände gemacht
sowie eine Temperaturmesskampagne
durchgeführt.
3.1.2 Numerische Modellierung
Die Felderhebungen stellen lediglich einen
Schnappschuss der im Jahresverlauf auftretenden
Situationen dar. Da auch die
zeitliche Variabilität der untersuchten Variablen
für die Entwicklung des HMID von Interesse
war, wurde für die Untersuchungsabschnitte
an der Sense mit der Software
Basement eine numerische 2d-Modellierung
durchgeführt. Diese bietet auch den
Vorteil, dass im Gegensatz zur Aufnahme
entlang von Querprofilen in jedem Element
des Gitternetzes die hydraulischen Variablen
ermittelt werden, damit eine flächige
Abbildung gegeben und somit eine bessere
Repräsentation der tatsächlichen Situation
gewährleistet ist.
Folgenden Daten dienten als Input
für die Modellierung:
Abflusswerte, abgelesen von Dauerkurven,
die für jeden Untersuchungsabschnitt
mithilfe von regionalisierten
Modellen (Pfaundler & Zappa, 2006)
und mittels Interpolation anhand der
Abflussstatistik an drei im Einzugsgebiet
vorhandenen Pegeln ermittelt wurden;
aus der Vermessung gewonnene x-,
y-, z-Koordinaten der Geländepunkte;
Rauhigkeitsbeiwerte, welche anhand
der mittels der Pebble-Count Metho -
de (Wolman, 1954) ermittelten charakteristischen
Korndurchmesser der
Deckschicht berechnet und anhand
der Feldmessungen und der Abfluss-
Tabelle 1. Überblick über die Untersuchungsabschnitte mit den wichtigsten Kenndaten.
tiefe bei bordvollem Abfluss geeicht
wurden.
3.2 Resultate
3.2.1 Räumliche Variabilität
Die Boxplots in Bild 4 zeigen an den jeweiligen
Untersuchungsabschnitten die
aus den Felderhebungen gewonnenen
hydraulischen Grössen Fliessgeschwindigkeit
und Fliesstiefe, Tabelle 2 (oben)
listet jeweils die Mittelwerte mit den dazugehörigen
Standardabweichungen auf. In
kanalisierten Abschnitten (S3 an der Bünz,
S2 und S3 an der Venoge, S5 an der Sense)
ist die Streuung und somit auch Diversität
der Variablen gering. In diesen Abschnitten
ist auch eine hohe durchschnittliche
Fliessgeschwindigkeit zu beobachten,
Ruhewasserzonen sind kaum vorhanden.
An den natürlichen Abschnitten (S1 und S2
an der Bünz, S1 und S4 an der Venoge, S1
bis S3 an der Sense) hingegen lässt sich
eine ausgeprägtere Variabilität der Grössen
feststellen.
Die statistische Auswertung bestätigt
somit die visuelle Wahrnehmung
(Bild 1). Mit dem Grad der Naturbelassenheit
eines Fliessgewässers nimmt auch
die Variabilität der hydraulischen Grössen
zu. Je natürlicher also ein Gewässer
ist, desto grösser ist die Vielfältigkeit der
aquatischen Lebensräume.
3.2.2 Formulierung des HMID
Die Standardabweichung σ ist eine statistische
Kenngrösse zur Beschreibung
der Diversität einer Grösse (Palmer et al.,
1997). Deren Aussagekraft hängt allerdings
eng mit der Grösse des Mittelwertes µ zusammen.
Eine gleich bleibende Standardabweichung
hat nämlich bei einem grösseren
Mittelwert eine geringeres Gewicht.
Um die Standardabweichung als Vergleichsmass
heranzuziehen, ist es somit
zielführend den Variationskoeffizienten c v
zu verwenden, welcher den Quotienten
aus Standardabweichung und Mittelwert
darstellt und damit ein relatives Streuungsmass
ausdrückt (Schneider, 1994). Daraus
lässt sich ein Indikator für die Strukturvielfalt
an einem Fliessgewässer errechnen
(Schleiss, 2005). Die Teilvielfältigkeit für
eine einzelne Grösse wird folgendermassen
ausgedrückt:
330 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden
(1)
Der HMID für einen Abschnitt wird aus
dem Produkt der Teilvielfältigkeitsindizes
für Fliessgeschwindigkeit v und –tiefe t berechnet:

Bild 4. Boxplots der hydraulischen Grössen Fliessgeschwindigkeit und Fliesstiefe. Die Boxplots geben jeweils den Medianwert
(horizontale schwarze Linie) an, die untere und obere horizontale Begrenzung der Box zeigt das 25 bzw. 75% Perzentil der Daten
(d.h. 50% der Daten liegen innerhalb dieses Bereiches), die vertikalen strichlierten Linien decken jenen Bereich ab, der ca.zwei
Standardabweichungen entspricht. Ausserhalb dieses Bereiches liegende Messdaten sind Ausreisser und werden als Einzelpunkte
dargestellt.
(2)
Bei jedem der untersuchten Fliessgewässer
weisen die kanalisierten Abschnitte (S3
bei der Bünz, S2 und S3 bei der Venoge,
S5 bei der Sense) den niedersten HMID auf
(Tabelle 2, unten). Es folgen Abschnitte,
die bis zu einem gewissen Grad revitalisiert
(S4 bei der Bünz) bzw. teilverbaut (S4
bei der Sense) sind. Den höchsten HMID
weisen naturbelassene Abschnitte (S1 und
S2 bei der Bünz, S1 und S4 bei der Venoge,
S1 bis S3 bei der Sense) auf. Diese Feststellungen
lassen den Schluss zu, dass
der HMID die Strukturvielfalt eines Fliessgewässers
in geeigneter Art und Weise zu
charakterisieren vermag.
3.2.3 Vergleich mit einer visuellen
Bewertungsmethode
Um die Aussagekraft des vorgeschlagenen
Indexes weiter validieren zu können,
ist den errechneten Werten für den
HMID eine multimetrische Methode gemäss
den Bewertungsprotokollen der
Tabelle 2. Mittelwerte und Standardabweichung (±) der hydraulischen Variablen Fliessgeschwindigkeit
v und Fliesstiefe t (oben). Berechnung der Vielfältigkeitsindizes und
des HMID (unten).
USEPA (Barbour et al., 1999) gegenübergestellt
worden. Bei diesem Verfahren
zur Habitatbewertung wird für zehn
Kriterien eine visuelle Bewertung abgegeben
und auf einer Skala von 1–20 ein
Wert zugewiesen. Durch Summieren
der einzelnen Werte ergibt sich eine Gesamtpunkteanzahl
für jeden bewerteten
Abschnitt, wobei maximal 200 Punkte
erreicht werden können. Die berücksich-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 331
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
tigten Kriterien betreffen dabei den allgemeinen
morphologischen Zustand des
Abschnittes sowie die Situation an der
Fliessgewässersohle und an den Ufern.
Aus Bild 5 ist ersichtlich, dass sich eine
gute Übereinstimmung zwischen den
beiden Methoden ergibt, obwohl die Ansätze
völlig unterschiedlich sind.
3.2.4 Statistische Auswertung der
erhobenen Variablen
Ein Fliessgewässer und seine Komponenten
sind niemals sektoriell zu betrachten.
Die abiotischen und biotischen Faktoren
beeinflussen sich nämlich auf mannigfaltige
Weise, was zu verschiedenen Formen
von Wechselwirkungen führt. Ob der Kom-
plexität der in einem Fliessgewässer sich
abspielenden Interaktionen könnte man
versucht sein, angesichts der Einfachheit
seiner Formulierung die Repräsentativität
des HMID in Frage zu stellen.
Aus diesem Grund wurden die im
Feld erhobenen Variablen unter Anwendung
der Software R (R Development Core
Team, 2009) umfangreichen statistischen
Auswertungen unterzogen, um Korrelationen
zu erkennen und die Verwendung
von lediglich zwei Variablen zur Charakterisierung
der Strukturvielfalt rechtfertigen
zu können.
Folgende Fragen standen dabei im
Vordergrund:
Wie hängen die hydraulischen mit
Bild 5. Gegenüberstellung des HMID mit einem multimetrischen, visuell bestimmten
Habitatsindex.
Bild 6. Links: Boxplots der Korngrössenverteilung des Sohlsubstrates in den fünf Untersuchungsabschnitten
an der Sense. Ein Kruskal-Wallis Test (McDonald, 2009), die
nicht parametrische Version einer ANOVA, zeigte signifikante Effekte (p

Bild 7. Interdependenzen zwischen morphologischen und hydraulischen
Grössen.
obachten, dass in Fliessgewässern natürlicher
Morphologie der prozentuelle Anteil
eines Habitats am Gesamthabitatangebot
immer ähnlich bleibt, bei bettbildenden
Prozessen finden lediglich räumliche Umlagerungen
mit Neubildung der Habitate
statt (s. auch Arscott et al., 2002).
In einem künstlichen Fliessgewässer
hingegen sind die aquatischen Lebewesen
einem grösseren Stress ausgesetzt.
Sich ändernde Abflüsse bedeuten immer
auch eine Änderung der hydraulischen
Randbedingungen und somit der Habitate.
Deshalb haben sich Lebewesen in einem
künstlichen Fliessgewässer nicht nur mit
einem verarmten Lebensraum auseinanderzusetzen,
sondern auch mit sich ständig
wandelnden Lebensbedingungen.
In Bild 9 sind die Zeitreihen für den
HMID am Beispiel der Sense dargestellt.
Es lassen sich mehrere Beobachtungen
anstellen:
In natürlichen Abschnitten (Abschnitt
1 bis Abschnitt 3) bleibt der HMID für
den gesamten Jahresverlauf annäh -
ernd konstant. Erst bei einem Abfluss
mit einer Überschreitungsdauer von
ein bis zwei Tagen, also bei einem Abfluss,
der mindestens einem Jahreshochwasser
entspricht und an dem
grössere bettbildende Prozesse stattfinden,
fällt der HMID stark ab.
Bereits eine leichte Verbauung (in Abschnitt
3 ist das rechte Ufer teilweise
durch Zyklopensteine gesichert) oder
eine durch die Natur vorgegebene Beschränkung
der Seitenausdehnung
(Abschnitt 2 verläuft in einer Schlucht)
führt dazu, dass die Strukturvielfalt
geringer ist als in Fliessgewässern im
Referenzzustand (Abschnitt 1).
In teilverbauten oder gänzlich kanalisiertenFliessgewässerabschnit-
Bild 8. Änderung der Fliesstiefe bei gleicher Zunahme des
Abflusses in einem verbauten (links) und in einem natürlichen
(rechts) Abschnitt.
Bild 9. Zeitreihen für den HMID für verschiedene Verbauungsgrade am Beispiel der
Sense.
Tabelle 3. Zeitreihenvariabilität der Fliessgeschwindigkeit und –tiefe sowie des HMID
für verschiedene Verbauunsgrade am Beispiel der Sense.
ten nimmt der HMID kontinuierlich mit
steigendem Abfluss ab. Diese Tendenz
verstärkt sich mit dem Verbauungsgrad
des Abschnittes: man kann beobachten,
dass beim teilverbauten Abschnitt
4 die Neigung der HMID-Linie
geringer ist als beim kanalisierten Abschnitt
5.
Bei kleineren Abflüssen (in der Graphik
im rechten Bereich) nähern sich
die Werte für den HMID einander an,
während bei Mittelwasserabflüssen
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 333
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
der HMID jene Werte annimmt, welche
die Strukturvielfalt des Fliessgewässerabschnittes
am besten zu
charakterisieren vermögen.
Zieht man nun wiederum den Variationskoeffizienten
heran, um auch die Variabilität
der Zeitreihen zu analysieren, werden
diese Feststellungen bestätigt (Tabelle 3).
Je natürlicher der Abschnitt, desto geringer
ist die zeitliche Variabilität sowohl
für die separat gesehenen hydraulischen
Grössen als auch für den HMID.
4. Anwendung des HMID
4.1 Vorgehensweise
Der HMID soll vor allem dazu dienen, dem
Wasserbauer ein Instrument für die Optimierung
von Hochwasserschutzprojekten
in strukturell-morphologischer Hinsicht in
die Hand zu geben.
Da bei einem Hochwasserschutzprojekt
die Durchführung von 2d-Modellierungen
zur Untersuchung des Hochwasserverhaltens
für verschiedene Varianten
heutzutage Standard ist, bedeutet die Berechnung
des HMID keinen wesentlichen
Mehraufwand.
Für einzelne zur Diskussion stehende
Projektvarianten wird der HMID nun
folgendermassen ermittelt:
Durchführung einer numerischen 2D-
Modellierung für den Mittelwasserabfluss.
Als Eingabedaten für die Modellierung
dienen das digitale Höhenmodell
(inklusive Rauhigkeitsbeiwerte) der
einzelnen Varianten und der Mittelwasserabfluss,
der entweder zu berechnen
ist oder aus einer für den betroffenen
Fliessgewässerabschnitt vorliegenden
Abflussdauerkurve abgelesen
werden kann;
Auslesen der Fliessgeschwindigkeiten
und -tiefen in den einzelnen Zellen des
Gitternetzes des 2d-Modells für den
Mittelwasserabfluss, wobei bei stark
unterschiedlichen Zellengrössen eine
Gewichtung der Werte über die Fläche
empfehlenswert ist;
Berechnung der Mittelwerte und Standardabweichungen
und Berechnung
des HMID gemäss Formel in Kapitel
3.2.2.
Durch die Anwendung des HMID eröffnet
sich die Möglichkeit, Hochwasserschutzprojekte
hinsichtlich der Verbesserung der
Strukturvielfalt zu optimieren. Je höher der
HMID, desto höher ist die Vielfalt der aquatischen
Habitate, die im Projektabschnitt
geschaffen werden. Durch die Erlangung
eines hohen Strukturreichtums schafft
man günstige morphologisch-strukturelle
Voraussetzungen für ein hohes ökologisches
Potenzial und als Folge davon für
eine hohe Biodiversität.
4.2 Weitere Überprüfungen
Die Untersuchungen zur Entwicklung der
HMID haben die Annahme bestätigt, dass
die zeitliche Variabilität der aquatischen
Habitate in natürlichen Fliessgewässern
niederer ist als in verbauten Fliessgewässern.
Deshalb ist es nicht ausreichend,
ein Fliessgewässer nur für einen bestimmten
Projektzustand mit einer hohen
Strukturvielfalt auszustatten. Es ist zu
überprüfen, ob die zeitliche Stabilität der
Strukturvielfalt gewährleistet bleibt.
Dazu stehen zwei Möglichkeiten,
die sich ergänzen können, zur Auswahl:
Überprüfung des HMID für mehrere
Abflüsse. Der HMID soll auch für Abflüsse,
die höher oder niederer als der
Mittelwasserabfluss sind, einen ähnlichen
Wert wie für den Mittelwasser -
abfluss aufweisen. Diese Überprüfung
kann die zeitliche Stabilität der Habitate
bestätigen. Eine Ausnahme bilden
Abflüsse mit starken Geschiebeumlagerungen.
Bei diesen nimmt der
HMID auch in Fliessgewässern, die
dem Referenzzustand nahe kommen,
stark ab.
Überprüfung des Verhältnisses der
benetzten Breite bei Mittelwasserabfluss
und bei bordvollem Abfluss. In
ihrem natürlichen Zustand beanspruchen
Fliessgewässer grosse Flächen.
Innerhalb des so genannten parafluvialen
Bereiches (Lorang & Hauer,
2006) entwickelt sich die volle Dynamik
mit Erosions- und Auflandungsprozessen,
der Laufverlagerung und der darauffolgenden
Neubildung der Habitate
bei geschiebeumlagernden Prozessen.
Die von kiesführenden, verzweig -
ten Alpenflüssen in ihrem Referenzzustand
beanspruchte Breite liegt um
ein Vielfaches höher als die bei verbauten
Flüssen noch vorhandene
Breite. An der Sense zum Beispiel
weist die aktive Flusssohle am natürlichen
Abschnitt 1 eine Breite von ca.
150 m auf. Bei Hochwasser wird die
gesamte Breite beansprucht, während
bei Mittel- und Niederwasser lediglich
ca. 20% der Fläche des parafluvialen
Bereiches benetzt sind (Gostner et al.,
2010). Im kanalisierten Abschnitt 5
hingegen beträgt die Breite bei bordvollem
Abfluss ca. 30 m. Die benetzte
Breite bleibt für alle Abflüsse annähernd
konstant. Bei steigenden Ab-
flüssen kann es kaum zu einer Beanspruchung
nicht benetzter Bereiche
kommen. Dies schlägt in einer starken
Änderung von Fliessgeschwindigkeit
und –tiefe und dementsprechend in
einer grossen zeitlichen Instabilität der
aquatischen Habitate zu Buche. Je
kleiner also das Verhältnis zwischen
benetzter Breite bei Mittelwasserabfluss
und Breite bei bordvollem Abfluss
ist, desto näher kommt man – indikativ
gesehen – dem Referenzzustand.
4.3 Einschränkungen
Es besteht kein Zweifel darüber, dass
die hydromorphologische Strukturvielfalt
eine notwendige Bedingung für eine reiche
Biodiversität am Fliessgewässer darstellt.
Dass die Erfüllung dieser Bedingung aber
nicht immer hinreichend ist, bringen unterschiedliche
Untersuchungen klar zum
Ausdruck (Gostner & Schleiss, 2010, Alp
et al., 2011).
Damit eine strukturmorphologische
Gewässersanierung nicht zum
Selbstzweck verkommt bzw. einen rein
ästhetischen Wert erhält, ist es notwendig,
den Fokus nicht nur auf lokale Defizite
zu beziehen, sondern auch ausserhalb des
Projektperimeters liegende Prozesse mit
einzubeziehen (Rau & Peter, 2011).
In erster Linie ist bei Projekten im
Flussbau ein Leitbild mit klar definierten
Zielen zu erarbeiten und dementsprechend
die Frage zu beantworten, ob die strukturell-morphologischen
Eigenschaften tatsächlich
eine relevante Hürde auf dem
Weg zu diesem Leitbild darstellen. Sind
nämlich andere Elemente massgebend für
eine verarmte Biodiversität (z.B. Nährstoff-
und Sedimenteinträge durch intensive
landwirtschaftliche Nutzung bis an den
Gewässerrand, chemische Belastung
des Fliessgewässers, Fragmentierung
des betroffenen Fliessgewässers, durch
Wassernutzungen verändertes Abflussregime,
usw.) und wird dieser Frage nicht auf
den Grund gegangen, können Massnahmen
zur Verbesserung der Strukturvielfalt
eventuell ohne positive Effekte bleiben und
damit den erwarteten Erfolg des Projektes
nicht erreichen.
Ein Kernthema in diesem Zusammenhang
bildet die Vernetzung des Fliessgewässers
und seiner Umgebung. Die
longitudinale, laterale und vertikale Vernetzung
sind grundlegende Voraussetzung
dafür, dass mit der Verbesserung
der Strukturvielfalt eine höhere Biodiversität
einhergeht.
Auch ist das Wechselspiel zwi-
334 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

schen Morphologie und Geschiebehaushalt
zu beleuchten. Fliessgewässer, die
langfristig positive strukturelle Lebensbedingungen
anbieten, sind durch ein dynamisches
Gleichgewicht gekennzeichnet.
Es treten zwar in periodischen Abständen
bettbildende Prozesse mit der Neubildung
der Habitate auf, es kommt aber
zu keinen irreversiblen Eintiefungs- bzw.
Auflandungstendenzen. Um diese Vorgänge
beurteilen zu können, sind Untersuchungen
des Geschiebehaushaltes in
Verbindung mit abflussdynamischen Prozessen
auf der Einzugsgebietsebene notwendig.
Zum Beispiel kann eine mangelnde
Geschiebezufuhr aus dem Oberlauf in Verbindung
mit anthropogen veränderten und
häufiger auftretenden Hochwasserspitzen
dazu führen, dass die Verbesserung oder
Wiederherstellung der Strukturvielfalt nur
kurzfristig wirksam ist, da sich der Hauptarm
durch die Aufnahme von Geschiebe
aus der Sohle eintieft und sich auf lange
Sicht wiederum ein Gewässer mit Verödungsflächen
und einem verarmten Lebensraumangebot
bildet. Deshalb ist bei
Hochwasserschutzprojekten nicht nur eine
Verbesserung der Strukturvielfalt notwendig.
Die Erreichung eines ausgeglichenen
Geschiebehaushalts kann nicht nur die
Dauerhaftigkeit der Schutzmassnahmen
gewährleisten, sondern auch dafür sorgen,
dass die Ökosystemleistungen des
Fliessgewässers von Dauer sind.
5. Zusammenfassung
Fliessgewässer sind komplexe Systeme.
Mit dem HMID steht dem Wasserbauer ein
Werkzeug zur Verfügung, einzelne Projektvarianten
im Hinblick auf die Verbesserung
der Strukturvielfalt vergleichen und bewerten
zu können.
Der Formel zur Berechnung des
HMID enthält die hydraulischen Variablen
Fliessgeschwindigkeit und –tiefe. Diese
können gewissermassen als repräsentativ
für die Strukturvielfalt eines Fliessgewässers
angesehen werden, da sie aufgrund
der vorhandenen Wechselwirkungen stark
mit anderen hydraulischen und morphologischen
Variablen korrelieren.
Bei einem vorhandenen 2d-Modell,
was heutzutage bei der Ausarbeitung von
Hochwasserschutzprojekten zum Standard
gehört, kann der HMID mit wenig
Zusatzaufwand für die zur Diskussion stehenden
Projektvarianten berechnet werden.
Durch zusätzliche Überprüfungen
(Berechnung des HMID für mehrere Abflüsse,
Untersuchung der Regimebreite
im Vergleich zur Breite bei bordvollem Abfluss)
ist die zeitliche Stabilität der Habitate
Infobox
Der hydro-morphologische Index der Diversität – Wichtigste Merkmale
Was ist neu am HMID?
Der HMID verwendet die statistischen Parameter von hydraulischen, die aquatischen
Habitate kennzeichnenden Grössen. Im Gegensatz zu Bewertungsmethoden (wie
zum Beispiel Ökomorphologie des Modul-Stufen-Konzepts), die auf teilweise subjektiven
Einschätzungen des Betrachters im Feld aufbauen, basiert der HMID damit
auf objektiven Kriterien.
Was sind die Vorteile des HMID?
Die Verwendung von numerischen, zweidimensionalen Abflussmodellen zur Beurteilung
von wasserbaulichen Projekten im Hochwasserfall ist heutzutage Standard.
Mit geringem Zusatzaufwand können diese Modelle dazu verwendet werden, auch
die Mittelwasserabflüsse zu modellieren und aus den daraus resultierenden hydraulischen
Kenngrössen den HMID zu berechnen.
Welche Lücke schliesst der HMID?
Der HMID hat die Fähigkeit zur Vorhersage. Durch Anwendung des HMID in wasserbaulichen
Projekten können Projektvarianten im Hinblick auf die Verbesserung der
Strukturvielfalt quantitativ verglichen werden. Der HMID soll also weder ein neues
Instrument zur Beurteilung des IST-Zustandes eines Fliessgewässers noch zur Erfolgskontrolle
nach der Durchführung von Projekten sein, sondern sich, in zeitlicher
Abfolge gesehen, dazwischen einreihen.
und somit des Lebensraumes der aquatischen
Flora und Fauna zu verifizieren.
Natürliche Fliessgewässer befinden sich
in einem dynamischen Gleichgewicht und
sind durch eine hohe zeitliche Stabilität der
Lebensräume charakterisiert. Deshalb ist
dies auch bei Hochwasserschutzprojekten
als Ziel anzustreben. Ist man imstande, ein
Fliessgewässer mit einem hohen HMID
auszustatten und gleichzeitig dessen
zeitliche Stabilität bis zum Eintreten von
Schwellenereignissen, d.h. von Ereignissen
mit intensiven Geschiebeumlagerungsprozessen,
zu gewährleisten, schafft
man die für ein hohes ökologisches Potenzial
notwendigen hydromorphologischen
Voraussetzungen.
Ob ein Projekt schlussendlich erfolgreich
im Hinblick auf die Verbesserung
der Biodiversität ist, hängt damit zusammen,
ob auch andere wichtige Faktoren
(z.B. Nährstoff- und Sedimenteinträge,
chemische Belastung, Fragmentierung,
verändertes Abflussregime, usw.) auf der
Einzugsgebietsebene richtig erkannt und
analysiert werden und nicht einer oder
mehrere dieser Faktoren einen Erfolg von
vorneherein verhindern können.
Danksagung
Wir bedanken uns bei Prof. William K. Annable
(University of Waterloo/Kanada) für die grosse
fachliche und praktische Hilfe bei der Durchführung
der Feldarbeiten, bei Prof. Piotr Parasiewicz
(Rushing Rivers Institute, Massachusetts/
USA) für wertvolle wissenschaftliche Unterstützung,
bei Laura Vigne für die Datenerhebung
und –analyse an der Venoge, bei Fabri Haldi für
die Durchführung der 2D-Modellierungen an der
Sense und beim Team der Ingenieure Patscheider
& Partner GmbH (Südtirol/Italien) für den unermüdlichen
Einsatz bei den Feldarbeiten und
der Ausarbeitung der Graphiken.
Das gegenständliche Projekt ist im Rahmen
des Forschungsprojektes «Integrales Flussgebietsmanagement»
ausgearbeitet worden. Den
Kollegen der EAWAG, WSL und VAW, insbesondere
Maria Alp und Patric Rousselot, sind wir
Dank schuldig für die sehr wertvolle und konstruktive
interdisziplinäre Zusammenarbeit.
An das BAFU und die Autonome Provinz Bozen/
Südtirol geht der Dank für die Finanzierung des
Projektes.
Literatur
Allan J.D., Castillo MM. 2007. Stream Ecology.
Structure and Function of Running Waters.
Second Edition. Springer, Dordrecht, Netherlands.
Alp, M., Karpati, Th., Werth, S., Gostner, W.,
Scheidegger, Ch., Peter, A. 2011. Erhaltung und
Förderung der Biodiversität von Fliessgewässern.
Wasser Energie Luft. Heft 3: 216–223
Arscott, D. B., Tockner, K., Nat, D., van der
Ward, J.V. 2002. Aquatic Habitat Dynamics
along a Braid Alpine River Ecosystem (Tagliamento
River, Northeast Italy). Ecosystems 5:
802–814.
Barbour M.T., Gerritsen J., Snyder B.D., Stribling
J.B. 1999. «Rapid Bioassessment Protocols for
Use in Streams and Wadeable Rivers: Periphyton,
Benthic Macroinvertebrates and Fish»,
Second Edition, EPA 841-B-99-002. U.S. Environmental
Protection Agency; Office of Water,
Washington, D.C., 337 S.
BAFU (Hrsg). 2010. Strukturen der Fliessgewäs-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 335
Flussgebietsmanagement

100. Flussgebietsmanagement
Hauptversammlung 2011
ser in der Schweiz. Zustand von Sohle, Ufer und
Umland (Ökomorphologie); Ergebnisse der ökomorphologischen
Kartierung. Stand: April 2009.
Umwelt Zustand Nr. 0926. Bundesamt für Umwelt,
Bern. 100 S.
BUWAL (Bundesamt für Umwelt, Wald und
Landschaft). 1998. Ökomorphologie Stufe F.
Methoden zur Untersuchung und Beurteilung
der Fliessgewässer in der Schweiz. Mitteilungen
zum Gewässerschutz Nr. 27, 51 S.
Gostner, W., Schleiss, A.J. 2010. «Der hydraulisch-morphologische
Index der Diversität: Ein
Indikator für die ökologische Funktionsfähigkeit
von Fliessgewässern». Beiträge zum 15. Gemeinschafts-Symposium
der Wasserbau-Institute
TU München, TU Graz und ETH Zürich, vol.
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Thur Projektes. Eawag, WSL, LCH EPFL, VAW
ETHZ, 112 S.
Anschrift der Verfasser
Walter Gostner, Anton Schleiss, Laboratoire de
constructions hydrauliques (LCH), Ecole polytechnique
fédérale del Lausanne (EPFL), Station
18, CH-1015 Lausanne, secrétariat.lch@
epfl.ch, http://lch.epfl.ch
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Die beiden Juragewässerkorrektionen in
historischer Perspektive
Matthias Nast
1. Die Juragewässerkorrektion
in der Tradition Tullas
«Die Geschichte des Menschengeschlechts
ist auch die seines Verhältnisses
zu der Natur.» (Ritter, Johann Wilhelm, zit.
in: Schipperges 1969: 179f.). Dieses bemerkenswerte
Zitat von 1810 finden wir im
Nachlass des aus Schlesien stammenden
und zuerst in Jena und später an der Bayerischen
Akademie der Wissenschaften
wirkenden Physikers und Philosophen Johann
Wilhelm Ritter.
Vor dem Hintergrund dieser Aussage
gewinnt Johann Gottfried Tullas
Devise an Bedeutung, der 1812, nur zwei
Jahre nach Ritters naturphilosophischer
Betrachtung, folgende Losung ausgab:
«Ein Fluss oder Strom hat nur ein Bett
nötig, man muss daher, wenn er mehrere
Arme hat, auf die Ausbildung eines geschlossenen
Laufs hinwirken. Dieser ist
soviel als möglich gerade zu halten, damit
dem Hochwasser ein geregelter Abfluss
verschafft wird, die Ufer leichter erhalten
werden können, der Fluss sich tiefer einbette,
also der Wasserspiegel sich senke,
und das Gelände nicht überschwemmt
werde. Die alten Flussarme sind zur Verlandung
zu bringen, verlandete Flächen
sind anzupflanzen.» (Tulla, Johann Gottfried,
zit. in: Vischer 2003: 24).
Tullas Leitspruch prägte ganze Generation
von Flussbauingenieuren. Nicht
zuletzt in der Schweiz, wo im 19. Jahrhundert
flussbauliche Massnahmen, welche
die Bevölkerung nachhaltig vor Hochwasserereignissen
zu schützen vermochten,
Symbole für den politischen und wissenschaftlichen
Fortschritt waren. So war es
niemand Geringeres als Johann Gottfried
Tulla, der zusammen mit Hans Konrad
Escher die Linthkorrektion (1807–1816)
leitete. Diese Korrektionsarbeiten wiederum
dienten den Promotoren der Juragewässerkorrektion
als Vorbild, obwohl
die Grösse des Seeländer Projektes die
Massnahmen in der Linthebene bei weitem
übertrafen.
Rückblickend betrachtet hatte Tullas
Devise für die biologische Vielfalt verheerende
Konsequenzen. Ehemals weit
verzweigte Flussarme wurden auf schmale
Gerinne reduziert und deren Ufer befestigt.
Diese gewässerbaulichen Massnahmen
führten zusammen mit der zunehmenden
Gewässerverschmutzung seit dem Ende
des 19. Jahrhundert in Flüssen, Seen und
Feuchtgebieten zu einem dramatischen
Artenverlust in den Schweizer Gewässern.
Das zeigt sich auch im Seeland: Vor
der Ersten Juragewässerkorrektion ström -
te die Aare zwischen Aarberg und Meienreid
als mächtiger Fluss durch die Landschaft.
Ulrich Ochsenbein (1811–1890) beschrieb
das Gebiet 1854 wie folgt: «Kaum
hat nämlich die Aare Aarberg verlassen, so
erweitert sie ihr Bett bis nach Meienried in
einer Breite, die zuweilen 10 bis 20 Minuten
betragen mag und einen Flächenraum
von nicht weniger als 3194 Jucharten [gut
1100 ha] darbietet. In diesem Bette hat sie
ausser ihrem gewöhnlichen Rinnsal, eine
unzählige Menge mehr oder weniger tiefe
Kanäle, die während acht bis neun Monaten
leer, und nur dazu bestimmt sind, im
Sommer das Hochwasser aufzunehmen,
dessen Abfluss nach Meienried aufzuhalten
und zu verzögern, bis dasselbe wieder
fällt und seine normale Höhe erreicht,
was gewöhnlich in verhältnismässig kurzer
Zeit geschieht.» (Ochsenbein, Ulrich, zit.
in: Holenstein 2009: 481).
Die beiden Juragewässerkorrektionen
(1868–1891 und 1962–1973) bedeuteten
das dramatische Ende dieser
natürlichen Flusslandschaft: «Zahlreiche
Flüsse und Bäche wurden regelrecht aus
der Landschaft radiert: Zwischen 1870
und 1990 sank die Länge der Fliessgewässer
von rund 1000 Kilometer auf unter
500 Kilometer». Insbesondere die Meliorationsarbeiten
im Zuge der Zweiten Juragewässerkorrektion
hätten, so Ewald und
Klaus, «die Landschaft regelrecht umgepflügt
und seien aus Sicht des Natur-
und Landschaftsschutzes […], ein Biozid
für freilebende Tiere und wildwachsende
Pflanzen.» (Ewald/Klaus 2009: 109).
Bild 1. Erste genaue Karte des Korrektionsgebietes: «General Charte der Jura Gewaesser». Aufgenommen 1816/1817 durch F.
Trechsel, gezeichnet durch J. Opfikofer. (Staatsarchiv des Kantons Bern).
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 337
100. Hauptversammlung 2011

100. Hauptversammlung 2011
2. Trockenes Seeland
Bei aller Kritik, die vor allem die Zweite Juragewässerkorrektion
auf sich gezogen
hat, ist es allerdings eine Tatsache, dass
es allein den beiden Juragewässerkorrektionen
zu verdanken ist, dass das Seeland,
aber auch die Kantone Solothurn und Aargau,
in den letzten Jahrzehnten von zerstörerischen
Hochwassern verschont geblieben
sind.
So lesen wir etwa in den Freiburger
Nachrichten vom 8. September 2005:
«Ende August 2005. Die ganze Schweiz
steht nach tagelangen Niederschlägen
unter Wasser. Die ganze Schweiz? Nein!
Ein kleines Fischerdorf am Murtensee
lässt sich durch den andauernden
Regen nicht beunruhigen.»
Mit diesen Worten beschrieb die Zeitung
die Situation in Muntelier im Kanton Freiburg.
Während Ende August 2005 das
halbe Land im Wasser versank, im Berner
Oberland, in Graubünden und in der Zentralschweiz
Verkehrswege unterbrochen
wurden, vier Menschenleben zu beklagen
waren und Schäden in Milliardenhöhe entstanden,
blieb das Seeland mehr oder weniger
von den Naturgewalten verschont. Es
wurden zwar auch hier Schäden gemeldet,
im Vergleich zu den anderen Landesteilen
waren diese aber gering. (Nast 2011, Aareteufel:
264).
Beim August-Hochwasser von
2007 wurde das seit der Zweiten Juragewässerkorrektion
als hochwassersicher
geltende System hingegen überlastet.
Das angestrebte Ziel, die Seeanstösser
der Jurarandseen und der Unterlieger ent-
Bild 2. Die Gewässer des Seelandes vor der Ersten Juragewässerkorrektion.
(S´AT-sandras atelier, Bern).
lang der Aare vor Überschwemmungen
zu schützen, wurde nicht erreicht. (BAFU
2009: 7, 9). Die Autoren der Ereignisanalyse
zum Hochwasser von 2007 kommen
jedoch zum Schluss, dass «ohne die
dämpfende Wirkung dieses Systems […]
die Folgen des Ereignisses bedeutend gravierender
gewesen [wären].» (BAFU 2009:
7).
3. Das Seeland vor der Ersten
Juragewässerkorrektion
Seit dem Ende der mittelalterlichen Warmphase
und dem Beginn der kleinen Eiszeit
vernichteten Hochwasser regelmässig
die Ernten und bedrohten die Häuser,
Ställe und das Vieh. Der Geographe Martin
Grosjean fasst einige zeitgenössische
Bericht wie folgt zusammen: «1480 [flüchteten]
die Leute oberhalb Solothurn auf die
Bäume. 1579 ging der Pfarrer von Nidau
mit dem Schiff zur Predigt, 1758 ertranken
50 Prozent der Kühe und zwei Drittel der
Schafe.» Besonders schlimm sei die Situation
zwischen 1810 und 1900 gewesen, so
Grosjean und schliesst: «In diese Zeit fällt
die Planung und Verwirklichung der Juragewässerkorrektion.»
(Grosjean 2004: 3).
Die Ebene zwischen den Jurarandseen
– wo Kelten und Römer in früheren
Jahrhunderten noch erfolgreich Ackerbau
betrieben haben – versumpfte zusehends.
Bald nannte die Bevölkerung diese grösste
zusammenhängende Flachmoorlandschaft
der Schweiz «Marais d’Aarberg» und
später ganz einfach «Grosses Moos».
1835 schilderte Johann Rudolf
Schneider, der später als «Retter des Seelandes»
in die Geschichte eingegangen
ist, die Situation in dramatischen Worten:
«Wahrlich ein trauriger, schrecklicher Anblick,
so viele tausend Jucharten fruchtbares
Land mit allen seinen Früchten unter
Wasser begraben zu sehen! Das Unglück
ist unermesslich. Verloren, gänzlich verloren
sind die Früchte des eisernen Fleisses
dieser arbeitsamen Bevölkerung. Es
scheinen die drei Seen von Murten, Neuenburg
und Biel nur ein grosses Wasserbecken
zu bilden. […] Die Kartoffeln sind
durchaus verloren, die Dörfer mit zusammengeführtem
Unrat angefüllt und die
Wohnungen die Zufluchtstätten allen Ungeziefers
geworden.» (Schneider 1836).
Besonders katastrophal war die
Situation 1852, als Mitte September ein
langanhaltender Landregen in der ganzen
Schweiz zu schweren Überschwemmungen
führte. Die Aare durchbrach etwas
oberhalb von Aarberg die Dämme und
setzte die Ebene von Aarberg bis Meienried
und Studen vollständig unter Wasser.
Das Grosse Moos bildete zwischen dem
Murten-, Neuenburger- und Bielersee wiederum
eine einzige zusammenhängende
Wasserfläche. Ebenfalls stark betroffen
waren die Kantone Solothurn und Aargau,
da vor der Juragewässerkorrektion die
Hochwasserwellen der Aare noch ungebremst
durch diese Landschaften fluteten.
Es verwundert daher kaum, dass die Aare
früher auch «Aareteufel» genannt worden
ist. (Müller, Hans, zit. In: Frey 1956: 22).
4. Eine wilde Landschaft
Die alles bestimmende Landschaftsgestaltung
ging von den Flüssen aus. Sie
strömten in alle Himmelsrichtungen – sich
stets neue Flussbette grabend, sich verästelnd,
vielarmig; dazwischen Sand- und
Bild 3. Die Erste Juragewässerkorrektion (1868–1891). (S´ATsandras
atelier, Bern).
338 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 4. Die Zweite Juragewässerkorrektion (1962–1973). (S´ATsandras
atelier, Bern).
Kiesbänke, umgeben von Schilffeldern
und Auenwäldern. Entlang den verschlungenen
Flussläufen erstreckten sich Sumpfebenen;
Altwasserarme griffen ins Land
hinein. Zwischen den Seen lag das Grosse
Moos. Die grösste zusammenhängende
Moorfläche der Schweiz war uneinheitlich
strukturiert. Es gab gefährliche, morastige
Stellen, die sich kaum jemand zu betreten
getraute, und solche, wo das Riedgras
gedieh, das die Moosanstösser dem Vieh
verfütterten. Die Wege quer durchs Moos
waren äusserst tückisch und nur selten
sicher begehbar. Wassergräben durchzogen
das Riedland. Während der Moosheuet
dienten sie den Bauern als kleine
Bootskanäle. Und immer wieder wurde
das Moos überschwemmt.
Aus heutiger Sicht waren die Flussläufe
wildromantisch, so dass jeder Naturliebhaber
seine wahre Freude daran
gehabt hätte. Die Broye wies zahlreiche
Windungen auf. Seicht und mit wenig
Gefälle mäanderte sie in gemächlichen
Windungen vom Murten- dem Neuenburgersee
zu. Die Zihl verliess beim Maison
Rouge den Neuenburgersee und durchzog
in Schlingen das Galser Moos. (Nast
2006: 48f.).
Den Zeitgenossen galt das Grosse
Moos jedoch als eine wüste Landschaft.
Der Korrespondent des «Berner Blatt»
beschrieb am 3. Oktober 1865 die Situation
wie folgt: «Stellt man sich auf irgend
eine Höhe, so geniesst man der herrlichen
Rundsicht. Aber in der Nähe umdüstert
den Blick das hässliche grosse Moos. […]
Es ist entsetzlich in Steuerregister fort und
fort die Bemerkung
zu lesen, dass die
Aare da ein Stück
Land und dort eines
weggeschwemmt
hat. […] Gegenüber
der Aare liegt
Lyss. Dort hat man
die nämliche trostlose
Erscheinung, dass die Aare fortwährend
Land wegschwemmt. Viele Jucharten
sind seit wenigen Jahren verschwunden.
Zudem lastet auf dem der Überschwemmung
ausgesetzten Lande eine erdrückende
Schwellenpflicht. Zehnten und
Bodenzinse waren ein Spass gegenüber
dieser Last.»
5. Ursachen für die schweren
Überschwemmungen
Vor der Ersten Juragewässerkorrektion
mündete die Aare nicht in den Bielersee,
sondern floss bei Aarberg ostwärts Richtung
Lyss, Dotzigen und Meienried und
erreichte das flache Becken des Seelandes.
Das Geschiebe der ungezähmten
Fliessgewässer liess Kies- und Sandbänke
entstehen; schliesslich wuchs ein riesiger
Schuttfächer heran, der über Lyss bis nach
Büren reichte und einerseits bei Meienried
die in die Aare einmündende untere Zihl
staute. Andererseits verbaute sich der
Fluss das eigene Flussbett, was zu periodischen
Ausbrüchen der Aare führte.
Damit noch nicht genug, nimmt die Aare
bei Luterbach unterhalb von Solothurn
zusätzlich das Wasser und Geschiebe der
ausserordentlich wilden Emme auf.
Bild 5. Das Kraftwerk Hagneck: Ansichtskarte von 1932. (mémreg
– Regionales Gedächtnis: URL: http://www.memreg.ch).
Bild 6. Flugaufnahme während des Hochwassers von 1944: Muttenhof
oberhalb von Solothurn. (archiv suzanne muller).
Dramatisch wurde die Situation
während der «Kleinen Eiszeit»: In dieser
Phase mit kühlen, teilweise auch feuchten
Klimabedingungen, die um 1850 den
Höhepunkt erreichte, traten regelmässig
schwere Hochwasserereignisse auf und
die Entwässerung der gesamten Seenlandschaft
war nicht mehr gewährleistet.
(Grosjean 2004: 3)
6. Politischer Durchbruch
Die Auswirkungen auf Landwirtschaft und
Gewerbe, ja auf die Seeländer Bevölkerung
insgesamt, waren katastrophal. Die
regelmässig auftretenden Überschwemmungen,
die extremen Pegelstände und
die fortwährende Versumpfung weiter
Landstriche bedrohten Äcker, Weiden,
Haus und Vieh, mitunter waren auch Leib
und Leben in Gefahr. Die wachsende Not
trieb manch verarmten Seeländer auf ein
Auswanderschiff, schlimmstenfalls jedoch
in den Alkohol.
Trotz allen Elendes und wiederholter
Hilferufe der Seeländer Bevölkerung
kamen die zahlreichen Projekte für eine
Korrektion der Juragewässer lange Zeit
nicht vom Fleck. (Nast 2006: 63ff.). Eine
umfassende Gewässerkorrektion be-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 339
100. Hauptversammlung 2011

100. Hauptversammlung 2011
Bild 7. Aushub der letzten Verengung
bei Sugiez im Broyekanal während der
Zweiten Juragewässerkorrektion. (archiv
suzanne muller).
Bild 8. Verbreiterung des Zihlkanals zwischen Neuenburger-
und Bielersee (oben) während der Zweiten Juragewässerkorrektion.
(archiv suzanne muller).
traf nämlich das Gebiet der fünf Kantone
Bern, Freiburg, Neuenburg, Solothurn
und Waadt. Bevor also an eine umfassende
Korrektion zu denken war, mussten
sich die Kantone einigen. Der politische
Durchbruch gelang erst mit der Gründung
des Bundesstaates 1848. (Summermatter
2007: 202).
Der sogenannte Wohlfahrtsartikel
verlieh dem Bund das Recht, «im Interesse
der Eidgenossenschaft oder eines grossen
Teils derselben auf Kosten der Eidgenossenschaft
öffentliche Werke zu errichten
oder die Errichtung derselben zu unterstützen.»
(Schweizerische Bundesverfassung
von 1848, Art. 21).
Johann Rudolf Schneider:
Der Retter des Seelandes
Der Dass der Bund die Dringlichkeit
einer Juragewässerkorrektion erkannte
und diese zu einer nationalen Angelegenheit
erklärte, ist nicht zuletzt der unermüdlichen
Lobbyarbeit Johann Rudolf
Schneiders (1804–1880) zu verdanken.
Der aus Meienried/BE stammende
Politiker, Publizist und Arzt kannte die
Überschwemmungen aus eigener, bitterer
Erfahrung. Bereits als Knabe hatte
er eine ganze Serie von Hochwassern
erlebt. Später – als Arzt – erkannte er
den Zusammenhang zwischen den verheerenden
Überschwemmungen und
dem schlechten Gesundheitszustand
der Seeländer Bevölkerung. Ob als Arzt,
Publizist oder Politiker, sein ganzes Wirken
hatte nur ein Ziel: die Zähmung der
Juragewässer und die Entsumpfung
des Seelandes. (Fischer 1963; Nast
2006: 68ff.).
Damit war das System des Kostenausgleichs
zwischen Bund, Kantonen und
Gemeinden geboren, das bis heute – unter
dem jeweiligen Getöse – zum erfolgreichen
Bestehen des Bundesstaates beiträgt. 1867
entschied der Bund, von den budgetierten
14 Millionen Franken deren fünf zu übernehmen.
Der oben genannte Wohlfahrtsartikel
kam nicht zufällig zustande: Dieser geht auf
das Bestreben des Berner Regierungsrates
Johann Rudolf Schneider zurück. Da sein
damaliger Freund Ulrich Ochsenbein der
Verfassungskommission vorstand, konnte
Schneider direkt Einfluss nehmen auf die
Ausformulierung dieses Artikels. (Fischer
1963: 389; Müller 2004: 96).
Johann Rudolf Schneider: «Der Retter
des Seelandes». (Staatsarchiv des
Kantons Bern).
Bild 9. Steinwüste oder Uferschutz: Uferausbau während der
Zweiten Juragewässerkorrektion. (archiv suzanne muller).
7. Die Erste Juragewässerkorrektion
Die von Schneider präsidierte Vorbereitungsgesellschaft
für die Juragewässerkorrektion
holte den Bündner Oberingenieur
Richard La Nicca (1794–1883) mit ins
Boot, welcher den Plan ins Auge fasste,
die Aare bei Aarberg in den Bielersee abzuleiten.
Schneider setzte alles daran, diesen
Plan in ein konkretes Projekt überzuführen.
Doch er stiess auf Widerstand. Insbesondere
Ulrich Ochsenbein, sein ehemaliger
Mitstreiter, äusserte seine Bedenken «mit
Applomb» (Holenstein 2009: 475).
Ochsenbein wies darauf hin,
340 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

dass die vollständige Entwässerung der
Sümpfe zur Absenkung der Böden führen
würde. Damit hatte er, wie sich später
zeigen sollte, nicht Unrecht. Ochsenbein
sprach sich auch gegen die Ableitung der
Aare in den Bielersee aus, womit aus heutiger
Sicht eine zweifellos einmalige Flusslandschaft
gerettet worden wäre. Trotz
Ochsenbeins Kritik wurden die Korrektionsarbeiten
unter der Leitung von Gustav
Albert Bridel (1827–1884) zwischen 1868
und 1891 planmässig ausgeführt:
Korrektionsarbeiten zur Ersten Juragewässerkorrektion
(1868–1891)
Ableitung der Aare von Aarberg in den
Bielersee durch den neuen Hagneckkanal
(acht Kilometer, davon 900 Meter
Seerückendurchstich);
Ableitung des im Bielersee vereinigten
Wassers von Aare, Broye, Zihl und
Schüss durch den neuen Nidau-Büren-
Kanal (12 Kilometer);
Korrektion der oberen Zihl zwischen
Neuenburger- und Bielersee (Zihlkanal:
8.5 Kilometer);
Korrektion der unteren Broye zwischen
Murten- und Neuenburgersee (Broyekanal:
acht Kilometer);
Trockenlegung der Moore mit weitverzweigt
angelegte Binnenkanälen (Binnenkorrektion:
zirka 400 km 2 );
Senkung der drei Seen um 2.5 Meter.
Der Durchstich des Seerückens war eindeutig
das Pièce de résistance der Ersten
Juragewässerkorrektion. Der insgesamt
acht Kilometer lange Hagneckkanal musste
auf einer Länge von 900 Meter 34 Meter
tief ausgegraben werden. Der Sandstein
wurde weggesprengt, die weiteren Arbeiten
erfolgten von Hand. Die Arbeiter hoben
den Kanal indes nicht gänzlich aus, sie gruben
lediglich einen Leitkanal auf die volle
Sohlentiefe. Den Rest erledigte das ab
1878 sukzessive eingeleitete Aarewasser,
das über zwei Millionen Kubikmeter Material
– oder fast zwei Drittel des Kanalquerschnitts
– in den Bielersee schwemmte.
(Ehrsam 1973; Vischer 2003: 105ff.)
8. Neuland
Die Senkung der Seen, die Kanalisierung
der Flüsse sowie die Entwässerung des
Grossen Mooses veränderten das Antlitz
der Landschaft tiefgreifend. Wie der Rücken
eines Wales hob sich etwa der alte
Heidenweg aus dem Bielersee und aus der
Sankt-Peters-Insel wurde wie zur Römerzeit
eine Halbinsel. Entlang des Südufers
des Neuenburgersees tauchte eine mehrere
100 Meter breite Sandbank auf, die
von aus dem Grossen Moos vertriebenen
Tieren und Pflanzen rasch besiedelt und
bewachsen wurde. Die Grande Cariçaie
ist heute das grösste zusammenhängende
Schilf- und Riedgebiet der Schweiz und erstreckt
sich über eine Distanz von 40 Kilometern
Länge (Nast 2011, Cariçaie). Siedlungen
rückten vom Ufer weg, Häfen, aber
auch Ufermauern und Brücken mussten
umgebaut oder völlig neu errichtet werden.
Allgemein wirkte sich die Umgestaltung
der Landschaft massiv auf das
ökologische System aus. Die natürliche
Dynamik in den Gewässern wurde massiv
gestört, den Auenwäldern ging das Wasser
aus und die biologische Vielfalt nahm
drastisch ab. Jedoch machte sich darüber
kaum jemand Gedanken; der Schutz vor
den wilden Naturkräften, der Gewinn von
landwirtschaftlich nutzbaren Flächen und
die um die Jahrhundertwende aufkommende
Wasserkraftnutzung hatten damals
absoluten Vorrang.
9. Interessenkonflikte
Die Resultate der Korrektionsarbeiten
waren zwiespältig: Zwar schaffte die Erste
Juragewässerkorrektion viele Probleme
aus der Welt. Da jedoch das erste Korrektionsprojekt
keine Regulierung der Seen
vorsah, schwankten die Pegelstände in
den Seen und Flüssen weiterhin stark und
aus dem Bielersee floss entweder zu viel
oder zu wenig Wasser ab.
Das hatte nicht nur bedrohliche
Hochwasser zur Folge, es kam in den
Seen, Kanälen und Flüssen auch immer
wieder zu extremen Niedrigwasserständen.
Ausserdem sackten, wie vorausgesagt,
die trockengelegten Torfböden im
Grossen Moos rund einen Meter ab. (Peter
1922).
Vor diesem Hintergrund traten
kaum überwindbare Interessenkonflikte
an den Tag: So verlangten die Landwirte
den vollständigen Schutz vor Überschwemmungen
und Versumpfung. Auch
die Strandbodenbesitzer begehrten, dass
ihr Land nicht bei jedem Hochwasser überschwemmt
wird. Die Fischer wiederum
verlangten kleinere Niveauschwankungen
der Seespiegel und konstante Pegel während
der Laichzeit, damit der Laich nicht
trockenfällt. Da die Schiffe bei Niedrigwasser
oft zu wenig Wasser unter dem Kiel hatten,
forderte die Schifffahrt möglichst hohe
Wasserstände, damit der Wasserweg von
Yverdon bis Solothurn jederzeit befahrbar
bleibt. Die Hausbesitzer wünschten sich
ebenfalls hohe Wasserpegel, damit das
Grundwasser nicht weiter absinkt.
Mit den Kraftwerkbetreibern traten
um die Jahrhundertwende weitere
Akteure auf, welche ihre Interessen in die
Debatte einbringen wollten. Bei der Planung
und Durchführung der Ersten Juragewässerkorrektion
war die Nutzung der
Wasserkraft zur Stromproduktion noch
kein Thema. Das änderte sich, als 1900
das Kraftwerk in Hagneck den Betrieb
aufnahm. Später folgten weitere Werke
unterhalb des Bielersees. Diese waren
dringend auf die regelmässige Wasserführung
angewiesen. Vor allem im Winter
war diese aber nicht gewährleistet. Wegen
akuten Wassermangels musste die Stromproduktion
jeweils stark zurückgefahren
werden, was zu empfindlichen Einbussen
und entsprechenden Reklamationen der
Kraftwerkbetreiber führte. Die Kraftwerkbetreiber
forderten deshalb eine gleichmässige
Wasserführung und insbesondere
einen höheren und regulierten Abfluss
des Bielersees im Winter. Aufgrund ihrer
volkswirtschaftlichen Bedeutung nahmen
Regierung und Behörden diese Kritik sehr
ernst.
10. Erneute
Überschwemmungen
1910 liess ein Rekordhochwasser die Seen
über die Ufer treten und führte im Grossen
Moos erneut zu schweren Überschwemmungen.
Das Wehr bei Nidau konnte die
Wassermassen bei weitem nicht meistern.
Die Kantone Freiburg, Neuenburg
und Waadt telegrafierten nach Bern und
verlangten die sofortige Sprengung des
Bauwerks. Der damalige bernische Baudirektor
Karl Könitzer (1854–1915) kabelte
treffend zurück:
«Nume nid gschprängt».
Nein, gesprengt wurde das Bauwerk nicht.
Nicht auszudenken, welche Verheerungen
bei einer Sprengung die in Sekundenschnelle
freigelassenen Wassermassen
in den weiter unten liegenden Kantonen
Solothurn und Aargau angerichtet hätten.
Doch die Angelegenheit war dringend. Von
1936 bis 1940 wurde deshalb das Regulierwehr
bei Port als vorgezogene Massnahme
zur Zweiten Juragewässerkorrektion
errichtet. Das Bauwerk ist nach wie vor
ein Kernstück der gesamten Korrektionsarbeiten
im 20. Jahrhundert.
Den schweren Überschwemmungen
von 1910 folgten weitere Hochwasserereignisse,
so 1944, 1948, 1950,
1952, 1953 und 1955. Es zeigte sich, dass
die Arbeiten zur Ersten Juragewässerkorrektion
die Region nicht ausreichend gesichert
haben und sich eine Zweite Juragewässerkorrektion
aufdrängte.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 341
100. Hauptversammlung 2011

100. Hauptversammlung 2011
11. Die Zweite
Juragewässerkorrektion
1960 sicherte die Bundesversammlung
den fünf Kantonen einen Bundesbeitrag
von 50 Prozent zu. Unter der Leitung von
Robert Müller (1908–1987) wurden die Arbeiten
der Zweiten Juragewässerkorrektion
in Angriff genommen.
Korrektionsarbeiten zur Zweiten Juragewässerkorrektion
(1962–1973)
Erstellung des Kraftwerkes Flumenthal
als Regulierwehr;
Korrektion der Aare zwischen Büren
a. A. und Flumenthal samt Entfernung
des sogenannten Emmeriegels;
Verbreiterung, Vertiefung und Uferausbau
des Broye-, Zihl- und Nidau-
Büren-Kanals sowie des Aarelaufes
Büren-Flumenthal.
Dank der Zweiten Juragewässerkorrektion
konnten die Spiegelschwankungen der
Jurarandseen weiter vermindert werden:
Einerseits wurden die Hochwasserstände
den bisherigen Landabsenkungen angepasst
– und somit um rund einen Meter
gesenkt. Andererseits wurden die Niedrigwasserstände
zugunsten der Schifffahrt,
der Fischerei und des Landschaftsbildes
um knapp einen Meter angehoben. (BVE).
Diese Eingriffe stiessen auf Kritik.
So nannte der Volksmund die Uferverbauungen
entlang der Kanäle abschätzig
«Professor Müllers Steinwüste». In den
Leserbriefspalten war vom «Landschaftsmord
im Grossen Moos» die Rede. Fischereikreise
und Naturschützer beschwerten
sich über die Versenkung von Aushubmaterial
in den Seen.
Die Pläne zur Schiffbarmachung
der Aare und der Jurarandseen sowie zum
Bau einer Verbindung zwischen Neuenburger-
und Genfersee brachten das Fass
fast zum Überlaufen. Gewässer- und Umweltschutzorganisationen
bekämpften
diesen Transhelvetischen Kanal vehement.
(mémreg; Nast 2010: 25).
12. Gezähmte Landschaft
Heute ist das Gebiet der drei Jurarandseen
in weiten Teilen eine von Menschenhand
geschaffene Landschaft. Dank der Zähmung
der wilden Wasser konnte sich das
Seeland in einen prosperierenden Lebens-,
Wirtschafts- und Erholungsraum entwickeln.
Im bernischen und freiburgischen
Teil des Seelandes wird rund ein Viertel der
Schweizer Freiland-Gemüse ernte produziert.
Was für die Menschen ein Segen
war, bedeutete allerdings Unheil und Verderben
für das Tier- und Pflanzenreich.
Mit der Trockenlegung der grössten
Moorlandschaft der Schweiz, den daran
anschliessenden Meliorationen, der Kanalisierung
der Fliessgewässer und dem
Verschwinden der Auenwälder verloren
unzählige Tiere und Pflanzen ihre Lebensgrundlage.
Heute gibt der Mensch zwar Gegensteuer:
In renaturierten Wasserläufen
nagen erste Biber wieder an Baumstämmen.
Ausgewiesene Naturschutzgebiete
garantieren das Überleben seltener Tiere
und Pflanzen und Umgehungsgerinne bei
Wasserkraftwerken sollen die Fischgängigkeit
sicherstellen.
In Zusammenhang mit den anstehenden
Sanierungsarbeiten und vor
dem Hintergrund des revidierten Gewässerschutzgesetzes
stehen heute auch
die Kraftwerkbetreiber in der Pflicht. Um
den weiteren Rückgang der Artenvielfalt
zu stoppen und die Isolierung verbleibender
Populationen aufzubrechen, sind
ökologische Aufwertungsmassnahmen
dringend notwendig. Dass dies möglich
ist, zeigen exemplarisch die Sanierung
des Hagneckkanals oder der Neubau des
Wasserkraftwerks Hagneck. Die hier an
die Hand genommenen Revitalisierungsprojekte
und Vernetzungsmannsnahmen
zeigen zweierlei: Erstens dient Tullas vor
200 Jahren ausgegebene Losung nicht
mehr als alleinige Richtschnur im Wasserbau.
Zweitens – um an dieser Stelle an den
eingangs zitierten Johann Wilhelm Ritter
zu erinnern – ist das Verhältnis des Menschen
zur Natur in historischer Perspektive
stets im Wandel begriffen. Stand früher der
Schutz der Bevölkerung vor den wilden
Wassern im Vordergrund, sind wir heute
aufgefordert, den Schutz der natürlichen
Umwelt vorrangig zu beachten. Die Einhaltung
der gesetzlichen Minimalbestimmungen
sind indessen nicht hinreichend.
Zwar sind der Hochwasserschutz und die
Gewinnung elektrischer Energie massgebende
Faktoren. Darüber hinaus soll den
Gewässern jedoch wieder jener Raum zugestanden
werden, den sie benötigen, um
auch in Zukunft ihre Funktion als Lebensadern
der Natur wahrnehmen zu können.
Literatur
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Hochwasser August 2007. Analyse der
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www.memreg.ch. Stichwort: «Transhelvetischer
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Anfängen bis ins 19. Jahrhundert. Biel.
Anschrift des Verfassers
Matthias Nast, stv. Studienleiter BSc Kommunikation,
HWZ Hochschule für Wirtschaft Zürich
Freier Historiker und Texter, kulturvermittler.ch
CH-8003 Zürich, m.nast@kulturvermittler.ch
342 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Neuer Schub für die Wasserkraft!
Caspar Baader
Sehr geehrte Damen und Herren
Wer sich in den vergangenen Monaten mit
der Schweizerischen Energie- und Wasserwirtschaftspolitik
befasst hat, kam nicht
um den Begriff «Fukushima» herum. Wie
ein Schock wirkten die Ereignisse rund um
die infolge des ausserordentlich heftigen
Tsunami ausser Kontrolle geratenen Japanischen
Kernkraftwerke auf viele Menschen
in unserem Land und vor allem auch
auf diverse Politikerinnen und Politiker.
Und es scheint, dass einige dabei auch
den gesunden Menschenverstand verloren
haben. Wir können doch nicht einfach die
KKWs abstellen und – wenn unsere Industrie
am Morgen ihre Maschinen anstellen
will – steht alles still. Ich habe nichts dagegen,
wenn wir irgendeinmal später Strom
anders als durch Kernkraft produzieren
können, aber zuerst muss man gleichwertige
Technologien haben, die den benötigten
Strombedarf realistischerweise zu
decken vermögen, bevor der Ausstieg beschlossen
wird. Ich bin davon überzeugt,
unsere Wirtschaft kann die Arbeitsplätze
nur halten, wenn sie genügend kostengünstige
Energie bekommt. Mit dem vorgestrigen
Entscheid in der Ständerätlichen Kommission
beginnt es anscheinend zu tagen!
Nun aber zurück zur Wasserkraft.
Wie sah eigentlich die Schweizer Energiepolitik
bezogen auf die Wasserkraft in der
Zeit vor und wie sieht sie in der Zeit nach
«Fukushima» aus?
Vor Fukushima: Kompromisse bei
langjährigen Gesetzesprojekten.
Auf den Beginn des Jahres 2011, also noch
in der Phase Vor-«Fukushima» haben sich
nach langjährigen für unsere Tätigkeit relevanten
Gesetzesprojekten diverse Kompromisse
durchgesetzt.
So hat das Parlament noch im
Herbst 2010 nach langem Ringen das
Stauanlagengesetz verabschiedet. Während
der Geltungsbereich gegenüber der
heutigen Regelung weitgehend unverändert
bleibt, wurde im neuen Gesetz allerdings
die Haftung für die Inhaber von Stauanlagen
ausgedehnt und eine zusätzliche
Aufsichtsabgabe eingeführt. Beides führt
Nationalrat Caspar Baader,
Präsident SWV.
letztlich zu einer Stromverteuerung! Der
SWV und die Branche haben sich in ihren
Vernehmlassungen gegen diese Zusatzbelastungen
ausgesprochen, die neuen Rahmenbedingungen
sind nun aber zu akzeptieren.
Das Gesetz soll zusammen mit der
aktuell in Erarbeitung stehenden Revision
der Verordnung ca. Mitte 2012 in Kraft gesetzt
werden.
Bereits auf Anfang 2011 wurde
eine andere Gesetzesrevision in Kraft gesetzt,
die zu Mehrbelastungen bei den
Wasserkraftbetreibern führt. Es ist dies
die Revision des Wasserrechtsgesetzes
zur Erhöhung der Wasserzinsen bzw. des
bundesgesetzlichen Maximums. Dieses
Maximum wird nun bis 2015 in zwei Schritten
von bisher 80.– CHF auf 110.– CHF pro
Kilowatt Bruttoleistung erhöht. Dies entspricht
der nunmehr sechsten Erhöhung
des Wasserzinsmaximums seit seiner Einführung
vor gut 100 Jahren und beschert
den konzessionsgebenden Gemeinwesen
Zusatzeinnahmen von rund 150 Mio. CHF
pro Jahr und der Wirtschaft und den privaten
Stromkonsumenten entsprechende
Mehrkosten.
Parallel dazu hat das Parlament auch
die Revision des Energiegesetzes zur Aufstockung
der Mittel für die kos tendeckende
Einspeisevergütung (KEV) verabschiedet.
Das bei allen Stromkonsumenten mit der
Stromrechnung einkassierbare Maximum
wird damit ab 2013 von heute 0.6 Rp./kWh
auf 0.9 Rp./kWh erhöht. Dadurch stehen
jährlich maximal rund 500 Mio. CHF für die
Förderung von Strom aus Neuen Erneuerbaren
Quellen sowie Kleinwasserkraft bis
10 MW zur Verfügung. Das Parlament will
damit den Abbau der langen KEV-Warteliste
beschleunigen. An der fehlerhaften
Grundkonzeption dieser KEV, dass mit
diesen Fördermitteln vor allem die unrentabelsten
und nicht die wirkungsvollsten
Projekte subventioniert werden, hat sich
auch mit dieser Revision nichts geändert.
Und schliesslich gilt es noch das
einschneidendste vom Parlament zum Abschluss
gebrachte Projekt zu erwähnen: die
Revision des Gewässerschutzgesetzes.
Als Antwort auf die von den eid-genössischen
Räten deutlich abgelehnte Volksinitiative
«Lebendiges Wasser» – welche am
13. Mai 2010 zurückgezogen wurde – ist
das revidierte Gewässerschutzgesetz als
indirekter Gegenvorschlag ebenfalls bereits
seit dem 1. Januar 2011 in Kraft. In den
nächsten 80 Jahren sollen rund 4000 km
verbaute Gewässer revitalisiert werden,
das entspricht 1 km aufwändiger
Revitalisierung à je 1 Mio. CHF
pro Woche!
Und über die nächsten 20 Jahre sollen die
wesentlichen Beeinträchtigungen durch
die Wasserkraftnutzung (Schwall/Sunk und
Hindernisse bei der Fischwanderung) behoben
werden. Finanziert werden die Revitalisierungsmassnahmen
mit jährlich rund
60 Mio. CHF durch die Steuerzahler von
Bund und Kantonen, und die Sanierungen
im Bereich der Wasserkraft über einen von
den Stromkonsumenten zu bezahlenden
Zuschlag auf die Übertragungskosten von
0.1 Rp./kWh, entsprechend jährlich rund
50 Mio. CHF bzw. total 1 Mrd. CHF durch
die Stromkonsumenten.
Es ist ein ausgesprochen ambitiöses
Projekt, das sich die Schweiz mit dieser
Revision gegeben hat. Für die Umsetzung
des Vorhabens sind alle Beteiligten
stark gefordert. Neben den Inhabern der
Wasserkraftanlagen sind das allen voran
die Kantone, die für die Analyse der Defizite,
die Abstimmung und Priorisierung
der Sanierungsplanungen sowie für die
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 343
100. Hauptversammlung 2011

100. Hauptversammlung 2011
Genehmigungsverfahren zuständig sind.
Angesichts des sehr ehrgeizigen Zeitplans
dürften die Kantonsbehörden an die Grenzen
ihrer Ressourcen – und darüber hinaus
– stossen.
Gefordert ist aktuell aber noch die
Bundesverwaltung, da sie die Ausführungsbestimmungen
auszuarbeiten hat.
Die Entwürfe der drei Vollzugshilfen «Revitalisierung»,
«Fischdurchgängigkeit» und
«Schwall/Sunk» waren über die Sommermonate
in der Anhörung. Sie richten sich
zwar primär an die Kantone, der SWV hat
aber die Entwürfe analysiert und den Bundesbehörden
– im Hinblick auf umsetzbare
Vorgaben – detaillierte Anmerkungen und
konkrete Anträge zukommen lassen. In unserer
Einschätzung werden insbesondere
die Kosten und der Zeitbedarf für die Analysen
massiv unterschätzt. Die Konzentration
auf das Wesentliche ist deshalb unabdingbar.
Der SWV trägt diesen Kompromiss
mit und unterstützt die zielgerichtete Umsetzung
der Sanierung von wesentlichen
Beeinträchtigungen. Dies insbesondere
auch aufgrund der sichergestellten Finanzierung
und unter der auch vom Parlament
geforderten Prämisse, dass dadurch keine
für die Versorgungssicherheit relevanten
Verluste bei der Wasserkraftproduktion
entstehen. Solche Einbussen wären schon
Vor-«Fukushima» den energiepolitischen
Zielen zur Förderung der erneuerbaren Energien
diametral zuwider gelaufen – und sie
würden es jetzt erst recht.
Nach Fukushima: Postulierte Energiewende
Seit März 2011 sind wir in der Phase Post-
«Fukushima». Die Ereignisse rund um die
ausser Kontrolle geratenen Kernkraftwerke
im 10 000 Kilometer entfernten Japan
haben die Auseinandersetzung zur Energiezukunft
der Schweiz schlagartig intensiviert.
Zwar lehrt uns die Katastrophe bisher
nichts wirklich Neues. Aber die durch
Medien und Politik ausgelöste Hektik hat
zu einem abrupten Wandel der veröffentlichten
Meinung geführt. Das Risiko eines
Kernkraftunfalls in der Schweiz wurde breit
thematisiert und diskutiert.
Alleine in der Frühlingssession
der eidgenössischen Räte wurden über
150 neue politische Vorstösse zu diesem
Thema eingereicht. Von der Forderung
nach «Mühleberg sofort stilllegen» über
«Wüstenstrom für die Schweiz», «Weniger
Stromverbrauch und tiefere Krankenkassenprämien»
bis hin zu Vorschriften
«Stromsparen bei Settop-Boxen» ist den
Parlamentariern in diesem Wahljahr aller-
hand eingefallen. Und bescherte vorab
dem Parlament, aber natürlich auch der
Verwaltung viel Papier und Arbeit – und
erzeugte im Vorfeld der eidgenössischen
Wahlen vom 23. Oktober 2011 auch Druck
auf den Bundesrat.
Der Bundesrat hat diesem Druck
nachgegeben und Ende Mai mit seinem
Grundsatzentscheid über einen Ausstieg
frühzeitig und ohne klare Alternativen die
energiepolitische Wende proklamiert: In
der Schweiz sollen die laufenden Kernkraftwerke
schrittweise vom Netz genommen
und keine neuen Anlagen gebaut
werden. Ob Parlament und Stimmvolk
dem Bundesrat auch längerfristig – zum
Beispiel nach den Wahlen – noch folgen
und welche konkreten Massnahmen zum
realistischen Ersatz dieser wegfallenden
Kernenergie mehrheitsfähig sein werden,
wird sich in den nächsten Monaten und
Jahren zeigen.
Der Nationalrat hat in seiner Sondersession
von Anfang Juni 2011 mit der Behandlung
der hängigen Vorstösse diesbezüglich
erste Zeichen gesetzt. So stützt der
Erstrat – ebenfalls ohne die realistischen Alternativen
für die Stromproduktion zu kennen
– grossmehrheitlich die bundesrätliche
Strategie für einen schrittweisen Ausstieg
aus der Kernenergie, lehnt allerdings die
sofortige Ausser betriebnahme der älteren
Kraftwerke ab. Er will unter anderem auch
die Verfahren für den Bau von Anlagen für
Erneuerbare Energien vereinfachen und
beschleunigen, die Begrenzung der KEV-
Fördermittel aufheben und schliesslich das
Verbandbeschwerderecht im Energiebereich
ein-schränken.
Der Ständerat hat die Sonderdebatte
auf den Herbst 2011 verschoben und
wird am 28. September 2011 die relevanten
Vorstösse behandeln und beurteilen. Die
ständerätliche Energiekommission hat den
Beschluss des Nationalrates an ihrer Sitzung
vom 29. August 2011 relativiert. So
soll die Kernenergie in der Schweiz auch
in Zukunft nicht unmöglich werden und
auf eine gestaffelte Stilllegung bestehender
Werke soll verzichtet werden. Es kann
deshalb sein, dass der Zweitrat noch vor
den Wahlen gewisse Korrekturen an den
vom Nationalrat überwiesenen Vorstössen
anbringt. In jedem Fall wird sich nach der
Debatte klarer zeigen, welche Weichenstellungen
mehrheitsfähig sind und wohin
die Energiereise der Schweiz gehen soll.
Klar ist bereits heute: der postulierte
Aus- und Umstieg wird kein Selbstläufer.
Durch den mittelfristigen Wegfall der
Kernenergie sind rund 25 TWh (vor allem
Bandenergie) zu ersetzen. Dies entspricht
bereits bei heutiger Nachfrage 40% unserer
Stromproduktion! Und der Stromverbrauch
wächst bekanntlich weiter an. Im
letzten Jahr waren es wiederum satte 4%
Mehrverbrauch – für mehr Einwohner, mehr
Komfort, mehr elektronische Gadgets,
mehr öffentlicher Verkehr, mehr Ersatz von
fossilen Energieträgern, usw., usw. Wie
also ist eine solche Wende zu schaffen?
Und sind alle Beteiligten bereit, die nötigen
Kompromisse beim Verbrauch, beim
Strompreis sowie beim Kli-ma-, Gewässer-
und Landschaftsschutz einzugehen? Und
sind derartige Strompreisverteuerungen in
Anbetracht des ohne hin schon bestehenden
internationalen Wettbewerbnachteils
durch den hohen Frankenkurs und die sich
abflachende Nachfrage aus dem Ausland
überhaupt zu verantworten?
Der Bundesrat setzt zum einen auf
Effizienzsteigerung und Lenkungsabgaben
zur Stabilisierung der Stromnachfrage
auf heutigem Niveau. Da aber trotz dieser
sehr ambitiösen Zielsetzung weiterhin rund
25 TWh zu ersetzen bleiben, soll der Ausbau
der erneuerbaren Stromproduktion
forciert werden, unter anderem durch die
Erhöhung der Produktion aus Wasserkraft
um netto 4 TWh bis 2050 (ohne Pumpspeicherung)
– der Grossteil davon allerdings
bereits bis 2035.
Da auch dies bei weitem nicht
reichen wird, geraten auch die jahrelangen
Bemühungen zur Reduktion der
Treibhausgase in den Hintergrund, und
Gaskombi-Kraftwerke sollen plötzlich
wieder salonfähig werden.
Ausbauziel Wasserkraft
Was ist von der Zielsetzung zum Ausbau
der Wasserkraft zu halten? Grundsätzlich
begrüssen wir das Ausbauziel. Denn obwohl
bereits wieder Stimmen laut werden,
die von der «Ausbeutung der letzten intakten
Gewässer» sprechen, bleibt die erneuerbare
Wasserkraft der wichtigste Trumpf
der Schweiz. Sie ist eine sehr effiziente
und insgesamt die umweltschonendste
Form der Stromproduktion. Und mit der
Revision des Gewässerschutzgesetzes
wurden die Anforderungen an Bau und Betrieb
von Wasserkraftanlagen ja nochmals
erhöht. Zudem liefert die Wasserkraft sowohl
Bandenergie wie auch Spitzenenergie
und kann die mit dem forcierten Ausbau
der Produktion aus Photovoltaik- und
Windkraftanlagen zunehmend benötigte
Speicherkapazität abdecken.
Angesichts der Tatsache jedoch,
dass sich an den Rahmenbedingungen für
die Wasserkraft auch nach dem Grund-
344 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

satzentscheid noch nichts geändert hat
– und eine Änderung politisch stark umstritten
sein dürfte – mutet das neue Ausbauziel
um netto 4 TWh bis 2050 bzw. bereits
bis 2035 unrealistisch an. Unter den
heutigen Rahmenbedingungen ist dieser
Ausbau nicht zu erreichen. Im Gegenteil:
Aufgrund der zu erwartenden Energieverluste
aus den Restwasserbestimmungen
sowie aus dem Klimawandel, von insgesamt
2–3 TWh, muss ohne Anpassungen
der Rahmenbedingungen mit einem Rückgang
der Produktion aus der Wasserkraft
gerechnet werden.
Es gibt noch Ausbaupotenzial im
Wasserschloss Schweiz und zahlreiche
sinnvolle Erneuerungs- und Ausbauideen
bei bestehenden Kraftwerken mit Zusatzproduktionen
von 30, 100 oder mehr GWh.
Viele scheitern aber noch an der Rentabilität,
an ungeregelten Konzessionserneuerungen
oder an dogmatischen Interpretationen
unzähliger Schutzanliegen. Soll es
vorwärts gehen, braucht es neue Kompromisse
und konkrete Taten. Voraussetzung
dazu ist auch eine Verschiebung der Kräfteverhältnisse
in Politik und Verwaltung zu
Gunsten der Nutzung der Wasserkraft.
Fazit
Zur Zeit ist in der Schweizerischen Energiepolitik
vieles offen und in Bewegung. Alle
Beteiligten müssen über die Bücher. Und
es sind neue Kompromisse auszuhandeln.
Klar scheint zum heutigen Zeitpunkt, dass
die Wertschätzung für die Wasserkraft
steigt und neue Nutzungen einen Schub
erhalten dürften – zu Recht, wie ich meine.
Die Schweiz tut gut daran, den Standortvorteil
effizient zu nutzen. Dazu braucht es
aber eine Politik, welche die Wasserkraftnutzung
nicht einfach als gegeben erachtet
oder mit laufend neuen Abgaben und
Schutzanliegen schwächt. Nur mit guten
Rahmenbedingungen werden Investitionen
in die Erneuerung und den Ausbau der
erneuerbaren, einheimischen Wasserkraft
attraktiv bleiben.
Sie sehen also, meine Damen und
Herren, die Wasserwirtschaft und damit der
SWV sind weiterhin gefordert. Wir brauchen
den Verband, um Positionen zu erarbeiten,
Diskussionen über laufende Begehren und
Vorhaben zu führen sowie den Fachaustausch
– wie zum Beispiel anlässlich der
vorausgegangenen Tagung oder durch
die Fachzeitschrift – zu pflegen. Wir sind
überzeugt, dass der Verband hierbei als
Plattform und Koordinationsstelle weiterhin
wertvolle Unterstützung bieten kann.
Damit erkläre ich die heutige Versammlung
als eröffnet.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 345
100. Hauptversammlung 2011

100. Hauptversammlung 2011
Protokoll der
100. ordentlichen Hauptversammlung
des Schweizerischen
Wasserwirtschaftsverbandes
vom Donnerstag, 1. September 2011 in Solothurn
Begrüssung
Der Präsident, Nationalrat Caspar Baader,
heisst die anwesenden Mitglieder und
Gäste zur 100. ordentlichen Hauptversammlung
des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes
im Hotel an der Aare
in Solothurn herzlich willkommen.
Im Besonderen begrüsst er die anwesenden
Vertreter von Behörden und Partnerverbänden,
namentlich: Renauld Juillerat,
Vorstandsmitglied im SWV und Vertreter
des Bundesamts für Energie, Anton Schleiss,
Vertreter des Schweiz. Talsperrenkomitee
und Ausschussmitglied im SWV, Peter
Quadri, Vertreter von swiss electric, Dorothea
Tiefenauer, Vertreterin des VSE sowie
NR Kurt Fluri, Nationalrat und Stadtpräsident
von Solothurn. Die Verbandsgruppen
des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes
sind vertreten durch Hans Bodenmann,
Präsident des Verbandes Aare-
Rheinwerke (VAR), und Michelangelo Gio -
vannini, Präsident des Rheinverbandes
(RhV). Laurent Filippini, Präsident des Tessiner
Wasserwirtschaftsverbandes (ATEA),
lässt sich entschuldigen.
Verschiedene Personen, welche
an der Versammlung nicht teilnehmen
können, haben sich entschuldigt. Auf das
Verlesen der Entschuldigungsliste wird
verzichtet.
Vorbemerkung
Alle angemeldeten Mitglieder des Verbandes
haben ihre Stimmrechtsausweise
zur Versammlung erhalten. Ebenso die
Stimmkarten, welche für den Fall zum Einsatz
kommen, dass bei einer Abstimmung
die Stimmen ausgezählt werden müssten.
Der Einfachheit halber und soweit dies zu
keinen Fehlinterpretationen der Meinung
der Stimmenden führen kann, werden die
Abstimmungen im Einvernehmen mit der
Versammlung jedoch ohne Auszählung
der Stimmabgabe durchgeführt.
Genehmigung der Traktanden
Die Einladung zur Hauptversammlung
wurde im Juni 2011 zusammen mit dem
Jahresbericht in der Verbandszeitschrift
«Wasser Energie Luft – Eau énergie air»
Heft 2/2011 allen Mitgliedern des Verbandes
zugestellt. Die Traktandenliste
wurde allen Angemeldeten mit der Bestätigung
zur Teilnahme versandt. Folgende
Traktandenliste wird von der Versammlung
genehmigt:
1. Protokoll der 99. Hauptversammlung
vom 2. September 2010 in Zürich
2. Jahresbericht 2010
3. Berichte aus den Fachbereichen
4. Rechnung 2010, Bilanz auf den
31.12.2010, Genehmigung, Entlastung
der Organe
5. Festlegen der Mitgliederbeiträge 2012,
Voranschlag 2012
6. Gesamterneuerungswahlen 2011–
2014
7. Festlegen der Hauptversammlung
2012
8. Verschiedene Mitteilungen
9. Umfrage
Die Erhebung der anwesenden Stimmrechtsausweise
ergibt eine Vertretung von
insgesamt 270 Stimmen, bei einem Total
von 889 Stimmrechten.
Traktandum 1:
Protokoll der 99. Hauptversammlung vom
2. September 2010 in Zürich
Das Protokoll der 99. Hauptversammlung
wurde in der Verbandszeitschrift
«Wasser Energie Luft – Eau énergie
air» Heft 4/2010 vom 9. Dezember 2010
auf den Seiten 343 bis 346 abgedruckt.
Es sind keine schriftlichen Anmerkungen
zum Protokoll eingegangen. Das Wort wird
auch von der Versammlung nicht verlangt.
Die Versammlung genehmigt das Protokoll
einstimmig.
Traktandum 2: Jahresbericht 2010
Der Jahresbericht 2010 ist im WEL, Heft
2/2011, Seiten 149 bis 169, veröffentlicht
bzw. den Mitgliedern im Juni 2011 zugestellt
worden. Der Präsident verzichtet darauf,
den Bericht zu verlesen. Es erfolgen
keine Wortmeldungen. Der Jahresbericht
wird ebenfalls einstimmig genehmigt.
Traktandum 3: Berichte aus den
Fachbereichen
Eine Übersicht über die Tätigkeiten der
Kommissionen des Verbandes im Jahr
2010 findet sich im Jahresbericht. Deshalb
wird an der Versammlung nur auf ein paar
zusammengefasste Hauptaktivitäten des
vergangenen und des laufenden Jahres in
den zwei Bereichen Wasserkraft und Hochwasserschutz/Wasserbau
hingewiesen:
Wasserkraft
Revidiertes Gewässerschutzgesetz
Das aufgrund der Initiative «Lebendiges
Wasser» revidierte Gewässerschutzgesetz
ist seit dem 1.1.2011 und die zugehörige
Verordnung seit dem 1.6.2011 in
Kraft. Aktuell ist die Bundesverwaltung in
der Ausarbeitung der Vollzugshilfen. Das
Thema hat den SWV in den letzten Monaten
und Jahren stark beschäftigt und wird
es auch weiterhin tun.
Medienreise Wasserkraft
Am 15./16.3.2011 wurde mit 10 Hintergrundjournalisten
eine Medienreise Wasserkraft
auf die Grimsel organisiert und
durchgeführt. Diese kann auch aufgrund
der anschliessenden Berichterstattung als
erfolgreich bezeichnet werden. Ein solcher
Anlass könnte in 1–2 Jahren erneut durchgeführt
werden.
Diverse Positionspapiere
Es wurde eine Auslegeordnung zum Thema
«Vorgezogene Neukonzessionierung/
346 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Heimfall» ausgearbeitet und allen WK-Betreibern
gemäss Adressstamm SWV versandt.
Ebenso ein Faktenblatt zum Thema
«Stauanlagengesetz» und eines zum
Medienthema «Methan und Stauseen».
Zudem wurden Positionen zu diversen politischen
Vorstössen ausgearbeitet.
Neue Tagung Wasserkraft
Eine neue Tagung Wasserkraft (eher technische
Ausrichtung, ähnlich der KOHS-Tagung)
ist in Vorbereitung. Die erste Durchführung
dieser Tagung ist für November
2012 geplant. Weitere Informationen folgen,
sobald die Tagung konkretisiert ist.
Hochwasserschutz
KOHS-Tagung
Im Januar 2011 wurde die traditionelle
Fachtagung zum aktuellen Thema «Hochwasserschutz
und Revitalisierung» durchgeführt.
Diese früher auch als «Bieler Tagung»
bekannte Veranstaltung wurde zum
ersten Mal in Olten durchgeführt und war
mit über 230 Teilnehmern ein grosser Erfolg.
Gewässerpreis 2011
Im Mai 2011 fand die Verleihung des Gewässerpreises
Schweiz unter Teilnahme
des Verbandes an den Kanton Tessin und
die Stiftung «Bolle di Magadino» statt. Der
Gewässerpreis wird alle zwei Jahre verliehen,
Trägerschaft ist neben dem SWV
der Verein für Ingenieurbiologie, der Verband
Schweiz. Abwasser- und Gewässerschutzfachleute
und Pro Natura.
Weiterbildungskurse Hochwasserschutz,
Start 3. Serie
Nachdem in den Jahren 2004–2006 und
2008–2010 die ersten beiden Serien Weiterbildungskurse
durchgeführt wurden,
ist die dritte Serie mit Unterstützung des
BAFU nun vorbereitet und wird mit einer
ersten Durchführung in Lenzburg am
17./18.11.2011 beginnen.
Traktandum 4: Rechnung 2010,
Bilanz auf den 31. Dezember 2010
Die Rechnung 2010 und Bilanz per
31.12.2010 finden sich im Jahresbericht
2010 im Anhang 1 (veröffentlicht im WEL
2/2011).
Gegenüber den Vorjahren wurde
die Bezeichnung einzelner Positionen und
die Gruppierung leicht angepasst, u.a. im
Hinblick auf die laufende Umstellung der
Finanzbuchhaltung im 2011. Neu wird auf
die Unterscheidung zwischen Verbands-
und Zeitschriftenrechnung verzichtet und
damit auf die gegenseitige fiktive Verrech-
nung von Leistungen. Dies machte jedoch
entsprechende Anpassungen an den genehmigten
Budgetzahlen 2010 und 2011
notwendig.
Die Betriebsrechn. 2010 schliesst
bei Einnahmen von CHF 849 710.66 und
Ausgaben von CHF 836 982.98 mit einem
Einnahmenüberschuss von CHF 12 727.68
ab, was praktisch den budgetierten
CHF 13 500.– entspricht. Festzuhalten
ist, dass CHF 24 000.– als ausserordentliche
Sonderlast des Jahres 2010 (100-
Jahr-Feier, Umzug der Geschäftsstelle)
aus Rückstellungen finanziert wurden und
nicht in der Rechnung sondern nur in der
Bilanz erscheinen.
Einnahmeseitig besonders zu erwähnen
sind folgende Hinweise:
Die Finanzkrise schlägt sich in einem
Einbruch des Finanzertrages nieder,
der aufgrund der Ablösung von Obli -
gationen von rund CHF 30 000.– im
2009 auf rund CHF 8000.– im 2010
geschrumpft ist. Auch im laufenden
Jahr dürften die Erträge deutlich tiefer
als die noch 2009 budgetierten
CHF 25 000.– ausfallen. Für 2012 wur -
de nun vorsichtiger budgetiert.
Die Mitgliederbeiträge sind aufgrund
von Zugängen leicht höher und zwar
um ca. 1% über dem Budget und über
dem Vorjahresniveau.
Erfreulich ist der Inseratenverkauf für
die Verbandszeitschrift, der gegenüber
dem Vorjahr nochmals gesteigert
werden konnte und nun rund
CHF 82 000.– beträgt; somit können
die reinen Produktionskosten (exklusive
Redaktion) vollumfänglich getragen
werden.
Ausgabenseitig ist speziell zu erwähnen:
Trotz zweier Doppelbelegungen und
Personalwechsel im Geschäftsjahr liegen
die Personalkosten im Rahmen
des Budgets.
Durch notwendige Anschaffungen auf
der Geschäftsstelle entstand ein höherer
Verwaltungsaufwand. Namentlich
ist dies der Ersatz von drei über
sechsjährigen Personalcomputern,
der Ersatz der veralteten Firewall und
die Aktualisierung auf Betriebssystem
Windows 7 (Vista konnte übersprungen
werden).
Die Ausgaben (sowie die Einnahmen)
der Tagungen liegen über dem Budget,
schliessen jedoch mit angestrebtem
leichten Einnahmenüberschuss ab.
Die Position für Projekte und Studien
mit Dritten ist grösstenteils reiner
Durchlaufposten.
Die Bilanz per 31.12.2010 weist die
aus den Rückstellungen «Tagungen» und
«Mobilien/EDV» finanzierte Sonderlast von
CHF 24 000.– (100-Jahr-Feier, Umzug der
Geschäftsstelle) aus. Somit verbleibt ein
Eigenkapital von rund CHF 1 500 000.–,
das sich aus Rückstellungen und aktivem
Vereinsvermögen zusammensetzt.
Die Rechnung und die Bilanz wurde
von der OBT AG in Brugg am 6. April 2011
im Rahmen einer eingeschränkten Kontrolle
revidiert und für in Ordnung befunden.
Der Revisionsbericht, welcher bei
Bedarf auf der Geschäftsstelle eingesehen
oder bezogen werden kann, liegt vor.
Auf das Vorlesen des Berichtes wird verzichtet.
Da eine eingeschränkte Revision
durchgeführt wurde, liegt kein explizit
ausformulierter Antrag der Kontrollstelle
auf Annahme der Rechnung vor. Es wurde
versichert, dass die Revisionsstelle keine
Beanstandungen gefunden habe, welche
der Abnahme der Rechnung entgegenstehen
würde.
Die Verbandsrechnung 2010 und
die Bilanz per 31. Dezember 2010 werden
von der Versammlung einstimmig genehmigt
und den verantwortlichen Organen
die Entlastung erteilt.
Im Zusammenhang mit der Rechnung
wird darauf hingewiesen, dass das
Jahr 2011 mit Mehrkosten belastet werden
wird, welche zum Teil ebenfalls ausserhalb
des Budgets liegen. Es sind dies die Aufwendungen
zur notwendigen Modernisierung
auf der Geschäftsstelle, namentlich:
Eine komplett neu gestaltete, modernisierte
Webseite (seit Juni 2011
aufgeschaltet, seit Ende Juli auch in
Französisch).
Die Modernisierung der Adress-,
Mitglieder- und Kursverwaltung sowie
der Finanzbuchhaltung, welche sich in
der Umsetzungsphase befindet.
Es handelt sich hier um keine strukturellen
Mehrkosten sondern um Investitionen in
die Zukunft, die durch Rückstellungen gedeckt
sind.
Traktandum 5: Festlegen der Mitgliederbeiträge
2012, Voranschlag
2012
Der Voranschlag für das laufende Jahr
wurde bereits anlässlich der Hauptversammlung
2010 genehmigt. Er ist, zusammen
mit dem heute zu genehmigenden
Voranschlag 2012, ebenfalls im Jahresbericht
abgedruckt.
Der Vorstand beantragt für 2012 die
Beibehaltung der Mitgliederbeiträge im bisherigen
Umfang für sämtliche Mitgliederkategorien.
Die aktuellen Beiträge sind seit
der Hauptversammlung 2004 gültig, wobei
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 347
100. Hauptversammlung 2011

100. Hauptversammlung 2011
alleine die Teuerung 2004–2011 rund 7%
beträgt. Das Budget zeigt jedoch, dass die
geplanten Aufwendungen ohne Beitragserhöhung
gedeckt werden können. Voraussetzung
ist allerdings, dass die Aktivitäten
im bisherigen Rahmen fortgeführt werden
und keine wesentlichen neuen Aufgaben
dazukommen, die eine Erhöhung der Ressourcen
notwendig machen würden.
Ebenfalls beantragt der Vorstand
die Genehmigung des Voranschlages 2012
wie er im Jahresbericht 2010 mit der letzten
Ausgabe des WEL 2/2011 zugestellt
wurde. Der Voranschlag 2012 widerspiegelt
im Wesentlichen eine Fortschreibung
bisheriger Tätigkeiten und setzt voraus,
dass die Tarife der Mitgliederbeiträge unverändert
bleiben.
Der Voranschlag 2012 sieht leicht
höhere Einnahmen aus Mitgliederbeiträgen
durch Neumitglieder sowie höhere
Einnahmen und Ausgaben aus Tagungen
und Kursen (v.a. durch 3. Weiterbildungskurs
Hochwasserschutz) vor. Der Verwaltungsaufwand
ist leicht höher budgetiert,
vor allem aufgrund der notwendigen Modernisierung
der EDV-Systeme und damit
verbundener Erhöhung laufender Kosten
sowie etwas höheren Personalkosten. Der
Voranschlag zielt auf ein ausgeglichenes
Ergebnis der Betriebsrechung (bei Verwendung
der Rückstellungen für die laufende
Modernisierung).
Die Festsetzung der Mitgliederbeiträge
2012 auf dem gleichen Niveau wie im
Vorjahr sowie der Voranschlag 2012 werden
einstimmig genehmigt.
Traktandum 6: Gesamterneuerungswahlen
2011–2014
Im Jahr 2011 stehen Gesamterneuerungswahlen
sämtlicher Verbandsgremien für
die Periode 2011–2014 an. Dies sind einerseits
die Kommissionen, die gemäss
Statuten bereits vom Vorstand gewählt
wurden (in beiden Kommissionen hat der
Geschäftsführer SWV statutarisch Einsitz
und ist nicht zu wählen). Und andererseits
Vorstand und Ausschuss, welche von der
Hauptversammlung gewählt werden.
Wahlen in die Kommission Hochwasserschutz
(KOHS)
Die Kommission Hochwasserschutz
(KOHS) hat einige altersbedingte Veränderungen
erfahren und wurde vom Vorstand
an seiner Sitzung vom 25. Mai 2011
wie folgt neu gewählt:
Vorsitz
Jürg Speerli, HSR, Rapperswil
Weitere Mitglieder
Tony Arborino, Kanton Wallis
Dominique Bérod, BAFU
Robert Boes, ETH Zürich – VAW
Laurent Filippini, Kantin Tessin
Christoph Hegg, WSL
Lukas Hunzinger, Flussbau AG SAH
Martin Jäggi, Flussbau und Flussmorphologie
Hans Kienholz, Universität Bern
Mario Koksch, Kanton Luzern
Roger Kolb, Niederer + Pozzi Umwelt AG
Dieter Müller, AF-Colenco AG
Ali Neumann, Stucky SA
Matthias Oplatka, AWEL, Kt. ZH
Olivier Overney, BAFU
Hans Romang, MeteoSchweiz
Simon Scherrer, Scherrer AG
Anton Schleiss, EPFL-LCH
Manfred Spreafico, Universität Bern
Rolf Studer, Verein Ingenieurbiologie
Heinz Willi Weiss, Basler & Hofmann AG
Benno Zarn, Hunziker, Zarn & Partner AG
Geschäftsführung SWV
Roger Pfammatter, SWV
Wahlen in die Kommission Hydrosuisse
Die Hydrosuisse als Kommission für den
Bereich Wasserkraft bleibt bis auf einen
Wechsel (Thomas Zwald für Anton Bucher,
beide VSE) unverändert und setzt sich
nach der Wahl durch den Vorstand nach
seiner Sitzung vom 25. Mai 2011 wie folgt
zusammen:
Vorsitz
Jörg Aeberhard, Alpiq AG
Weitere Mitglieder
Christoph Busenhart, EWZ
Marold Hofstetter, OFIMA SA
Jörg Huwyler, Axpo AG
Peter Molinari, EKW
Mauro Salvador, Alpiq SA
Andreas Stettler, BKW AG
Ständige Gäste
Gianni Biasiutti, KWO AG
Thomas Zwald, VSE
Guido Conrad, KHR AG
Peter Quadri, swisselectric
Geschäftsführung SWV
Roger Pfammatter, SWV
Wahlen in den Vorstand und
Vorstandsausschuss
Der Wahlvorschlag für die Zusammensetzung
von Ausschuss und Vorstand wurde
mit der Sitzungseinladung zugestellt. Im
Ausschuss inklusive Präsidium sind keine
Rücktritte, im Vorstand aber deren fünf zu
vermelden, namentlich:
Gianni Biasiutti (KWO), Alfred Janka (Vertreter
Rheinverband), André Künzi (FM
Chancy Pougny), Albert Fournier (Dept.
TEE Ct. VS) und Andreas Götz (BAFU).
Der Einsatz dieser zurücktretenden
Vorstandsmitglieder wird ganz herzlich
verdankt. Den beiden Anwesenden Andreas
Götz und Albert Fournier wird mit Solothurner
Tropfen ein kleines Zeichen der
Anerkennung übergeben. Zudem wird allen
austretenden Vorstandsmitgliedern das
vom Schweizerischen Talsperrenkomitee
in Zusammenarbeit mit dem SWV im Jahre
2011 herausgegebene Buch «Dams in Switzerland»,
ein Bildband mit technischen Informationen
zu den wichtigsten Talsperren
der Schweiz, per Post zugestellt.
Durch die vorgeschlagene Neubesetzung
wird die bisherige Vertretung der
Interessengruppen in etwa beibehalten.
Die Statuten lassen die Aufstockung des
Vorstandes um ein zusätzliches Mitglied
zu. Die für den Vorstand vorgeschlagenen
sechs neuen Mitglieder sind anwesend
und stellen sich kurz vor:
Felix Vontobel, Stellvertretender CEO Repower
AG
Michelangelo Giovannini, Präsident Rheinverband
Jérôme Barras, Directeur FM Chancy
Pougny
Moritz Steiner, Dienstchef Energie und
Wasserkraft Kanton Wallis
Hanspeter Willi, BAFU, Leiter Abteilung
Gefahrenprävention
Peter Klopfenstein, CEO Hydro Exploitation
SA
Der gesamte Vorstand inklusive
den sechs neuen Mitgliedern sowie der
Ausschuss werden in corpore aufgrund
der Wahlvorschläge wie folgt gewählt:
Präsident
Caspar Baader, Nationalrat, Gelterkinden
Ausschuss
Jörg Aeberhard, Alpiq AG, Olten
Hans Bodenmann, BKW-FMB Energie AG
Rolf W. Mathis, Axpo AG, Baden
Peter Molinari, Engadiner Kraftwerke AG
Mauro Salvadori, Alpiq SA
Anton Schleiss, EPFL ENAC LCH
Weitere Mitglieder des Vorstandes
Jérome Barras (neu), FM Chancy Pougny
Robert Boes, ETH VAW, Zürich
René Dirren, EnAlpin AG, Visp
Christian Dubois, Andritz Hydro AG
Laurent Filippini, Kanton Tessin
Michelangelo Giovannini (neu), RhV
Renaud Juillerat, BFE, Bern
Anton Kilchmann, SVGW, Zürich
Peter Klopfenstein (neu), Hydro Exploitation
SA, Sion
Michael Roth, EWZ, Zürich
Jürg Speerli, Hochschule Rapperswil
Moritz Steiner (neu), Kanton Wallis
Felix Vontobel (neu), Repower AG
Andreas Weidel, SBB AG, Zollikofen
348 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Hanspeter Willi (neu), BAFU
Markus Züst, Regierungsrat Kanton Uri
Der Präsident heisst die neuen Vertreter
im Vorstand willkommen und dankt sämtlichen
Mitgliedern des Vorstandes und
des Ausschusses sowie ihren Unternehmungen
für die Bereiterklärung zur Ausübung
dieser Mandate.
Kontrollstelle
Als Kontrollstelle wird, wie bereits in den
vorangegangenen Jahren, die OBT AG in
Brugg zur jährlichen Wahl vorgeschlagen.
Die Versammlung stimmt auch diesem
Vorschlag einstimmig zu.
Traktandum 7: Festlegen der
Hauptversammlung 2012
Die Hauptversammlungen des SWV sollen
die einzelnen Regionen unseres Landes
berücksichtigen. Der Vorstand schlägt
in Absprache mit der Geschäftsstelle für
die HV 2012 folgendes Datum und Region
vor:
Termin
Donnerstag/Freitag, 6./7. September 2012
Region
Zentralschweiz: Raum Sarnen, OW
Die Versammlung stimmt dem Vorschlag
einstimmig zu.
Traktandum 8: Verschiedene
Mitteilungen
Der Präsident weist darauf hin, dass das
vorrangige Ziel der Arbeit des SWV nach
wie vor das Erbringen von Dienstleistungen
zu Gunsten der Mitglieder ist. Das
praktisch rundum erneuerte Team auf der
Geschäftsstelle ist unter der Leitung des
neuen Geschäftsführers auf diesem Weg
erfolgreich weiter geschritten, hat vieles
fortgeführt und einiges Neues angepackt.
Neben der Verbandszeitschrift sind
die verschiedenen Fachveranstaltungen in
den Bereichen Wasserkraft und Hochwasserschutz
zu erwähnen, die der SWV jedes
Jahr zusammen mit Partnerorganisationen
durchführt. Jedoch auch – und etwas weniger
sichtbar – die Kommis sionsarbeiten zur
Vertiefung aktueller Fragestellungen, das
Einbringen der Interessen im politischen
Prozess, die Beantwortung zunehmender
Anfragen von Mitgliedern, der Öffentlichkeit
und vor allem auch der Medien.
Das Eine oder Andere hat sich verändert
und wird sich weiterentwickeln,
dazu gehören: die Neulancierung der
Webseite, welche seit Ende Juni 2011 weiterhin
unter www.swv.ch aufgeschaltet ist
sowie die laufende Modernisierung des
EDV-Systems zur Adressverwaltung, Veranstaltungsmanagement
usw. Das sind interne
Projekte, welche den SWV fit für die
Zukunft machen und die Geschäftsstelle
zusätzlich herausfordern.
Die Aktivitäten und Veranstaltungen
der kommenden Monate sind auf
der Agenda in unserer Verbandszeitschrift
respektive auf unserer Webseite www.
swv.ch zu finden.
Traktandum 9: Umfrage
Es erfolgen keine Wortmeldungen.
Danksagung
Der Präsident dankt
den Referenten für die sehr interessanten
Beiträge und das Engagement
anlässlich der vorangehenden
Tagung.
den Kollegen im Vorstand und im Ausschuss
für die konstruktive, gute Zusammenarbeit
im Interesse des SWV.
allen Mitgliedern und Anwesenden für
ihre Unterstützung und das Interesse
an den Aktivitäten des SWV.
der SWV-Geschäftsstelle in Baden,
welche das ganze Jahr hindurch die
vielfältige Verbands- und Redaktionsarbeit
bewältigt. Es ist dies Roger
Pfammatter, Geschäftsführer, und
seine beiden Sekretärinnen, Esther
Zumsteg und Doris Hüsser, sowie
Manuel Minder von der Redaktion der
Verbandszeitschrift.
Der Präsident erklärt die 100. ordentliche
Hauptversammlung des Schweizerischen
Wasserwirtschaftsverbandes für
geschlos sen. Protokoll: Esther Zumsteg
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 349
100. Hauptversammlung 2011

Bestellen Sie unsere Verbandsschriften direkt unter: www.swv.ch
VS: Nr. 67, Der Schweizerische
Wasserwirtschaftsverband 1910–
2010, ein Portrait, von Dr. Walter
Hauenstein, 2010, 156 S. Format
17 × 24 cm, ISBN 978-3 85545-
155-5, CHF 40.–.
VS: Nr. 63, Wasserbauer und Hydrauliker
der Schweiz. Kurzbiographien
ausgewählter Persönlichkeiten,
2001, von Daniel L. Vischer,
CHF 50.–.
VS: Nr. 59, Geschiebetransport und
Hochwasser/Charriage et crues,
Vorträge in Biel, 1998, CHF 50.–.
VS: Nr. 66, Die Engadiner Kraftwerke
– Natur und Technik in einer
aufstrebenden Region, von Robert
Meier, 2003, 207 S., Format 28.5
× 20.5 cm, ISBN 3-85545-129-X,
CHF 60.–.
VS: Nr. 62, Uferschutz und Raumbedarf
von Fliessgewässern/Protection
des rives et espace vital
nécessaire aux cours d’eau, 2001,
Vorträge in Biel, CHF 40.–.
VS: Nr. 58, Entsorgung und Geschwemmsel,
Stand der Technik
– Kosten – Zukunft, Vorträge in
Bad-Säckingen, 1998, CHF 50.–.
VS: Nr. 65, Wasserkraft – die erneuerbare
Energie. Beiträge
des internationalen Symposiums
vom 18./19. Okt. 2001 in Chur,
CHF 30.–.
Momentan
Momentan
vergriffen!
vergriffen!
VS: Nr. 61, Rechtsfragen der Was -
serkraftnutzung. Unterhalt und Modernisierung,
Heimfall und Selbstnutzung
von Wasserkraftanlagen im
Kanton Wallis. Erhältlich als PDF unter:
www.wasserkraftwallis.ch.
VS: Nr. 57, Betrieb und Wartung
von Wasserkraftwerken, 1998,
Bernard Comte, CHF 120.–.
VS: Nr. 64, Ökologische (Teil A)
und technisch/ökonomische Qua -
litäten der Wasserkraft. ecoconcept
Zürich und Schnyder Ingenieure
AG, Ottenbach, CHF 40.–.
VS: Nr. 60, Externe Effekte der
Wasserkraftnutzung / Effets externe
de l’exploitation des forces
hydrauliques, 1999, CHF 50.–.
VS: Nr. 54, Directives pour l’exploitation
et la maintenance des
groupes hydroélectriques, 1995,
Bernard Comte, CHF 98.–.
250 350 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, 4, CH-5401 Baden

Politik
Energiepolitischer Rückblick Herbstsession:
Sonderdebatte des Ständerates
zur Kernenergie und zu alternativen
Energien
Der Ständerat hat am 28. und 29. September
2011 in einer Sondersession über
die Kernenergie und alternative Energien
debattiert. Die vom Nationalrat unterbreiteten
Kernenergieausstiegsmotionen hat
der Ständerat mit einer Zweidrittelmehrheit
abgeändert: Obwohl er wie der Bundesrat
und der Nationalrat den Verzicht
auf neue Kernkraftwerke unterstützt, will
er ausdrücklich auf ein Technologieverbot
verzichten. Weitere Forderungen des
Ständerats bestehen insbesondere darin,
dass die Erforschung und Entwicklung
aller Technologien weiterhin möglich sein
soll und dass der Wirtschaftsstandort
Schweiz durch die neue Energiestrategie
nicht gefährdet werden darf. Die Energiestrategie
soll ausserdem auf eine möglichst
auslandunabhängige Stromversorgung
abzielen.
Der neue Vorstosstext im Wortlaut:
1. Es dürfen keine Rahmenbewilligungen
zum Bau neuer Kernkraftwerke erteilt
werden. (=Version NR)
1 bis Das Kernenergiegesetz vom 21. März
2003 ist entsprechend zu ändern.
Damit wird kein Technologieverbot erlassen.
2. Kernkraftwerke, die den Sicherheitsvorschriften
nicht mehr entsprechen,
sind unverzüglich stillzulegen. (=Version
NR)
3. Es wird eine umfassende Energiestrategie
unterbreitet, um unter anderem
den künftigen Strombedarf ohne
Atomenergie und durch eine vom Ausland
möglichst unabhängige Stromversorgung
sicherzustellen, ohne den
Wirtschafts- und Forschungsstandort
Schweiz insgesamt zu gefährden.
Die Förderung der erneuerbaren Energien
und der Energieeffizienz wird zielführend
verstärkt.
4. Bildung, Lehre und Forschung in sämt-
Nachrichten
Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft
lichen Energietechnologien in der
Schweiz und in der internationalen
Zusammenarbeit werden weiterhin unterstützt.
5. Der Bundesrat berichtet periodisch
über die Entwicklung der Technologien
und die Umsetzung der Energiestrategie
und stellt Anträge zu Gesetzesänderungen
sowie Programmen. Insbesondere
berichtet er regelmässig
über die Fortschritte in der Kerntechnologie.
Dabei nimmt der Bundesrat
namentlich Stellung zu Fragen der
Sicherheit, der Entsorgung radioaktiver
Abfälle, sowie der volkswirtschaftlichen,
umwelt- und klimapolitischen
Auswirkungen.
Aus den weiteren Entscheiden des Ständerats
kann abgelesen werden, dass er:
einen effizienteren Einsatz von Strom
und den Abbau von Hürden im Rahmen
der Bewilligungsverfahren für erneuerbare
Energien und Stromnetze befürwortet.
Dazu gehört auch das Überdenken
des Verbandsbeschwerderechts.
auf bundesrechtliche Vorschriften im
Gebäudebereich verzichten und stattdessen
die Kompetenzen bei den Kantonen
belassen will.
die Zweckbindung der gesamten Erträge
der CO 2-Abgabe während 20
Jahren.
für die Verminderung der CO 2-Emissionen
von Gebäuden und für die Erforschung
und Entwicklung der erneuerbaren
Energien einsetzen will.
Anreize für die erneuerbaren Energien
schaffen und gesetzliche Hürden beseitigen
will.
eine Aufhebung des bestehenden Gesamtplafonds
und der einzelnen Technologiedeckel
bei der kostendeckenden
Einspeisevergütung KEV ablehnt.
Stattdessen schlägt die kleine Kammer
einen Ersatz des Plafonds durch
Jahreskontingente für baureife Projekte
vor.
Quelle: Energieforum Schweiz, Energie-
Report 40/2011.
Ausbauziel Wasserkraft: Plausibilisierung
im Rahmen der bundesrätlichen
Energiestrategie 2050
Pfa. Das Bundesamt für Energie (BFE)
ist gegenwärtig daran, das im Juni 2011
kommunizierte Ausbauziel Wasserkraft
zu plausibilisieren. Neben Einschätzung
der kantonalen Energie- und Umweltfachstellen
werden auch die Erkenntnisse
eines Expertenworkshops berücksichtigt
und anschliessend die neue Einschätzung
des Bundes den Verbänden
zur Stellungnahme gebracht.
Gemäss einer Mitteilung des BFE ist die
Bundesverwaltung gegenwärtig an einer
Plausibilisierung des Ausbauzieles Wasserkraft.
Im Rahmen der neuen bundesrätlichen
Energiestrategie hatte das BFE das
Potenzial zum Ausbau der Wasserkraftnutzung
auf 4 TWh bis 2050 geschätzt (vgl.
dazu Faktenblatt vom 10.6.2011: www.
bfe.admin.ch – >Themen >Energiepolitik
>Energiestrategie 2050 >Dokumente zum
Thema). Die veröffentlichten Zahlen stellen
gemäss BFE eine erste Grobabschätzung
dar und sollen nun in einer zweiten Phase
plausibilisiert und mit den verschiedenen
Interessenvertretern abgeglichen werden.
Die Ergebnisse aus dem Faktenblatt
vom Juni 2011 sind von den kantonalen
Energiefachstellen bereits kommentiert
worden. Das BFE hat daraufhin die Projektlisten
überarbeitet und die Potenziale
aus diesen Projekten entsprechend angepasst.
Aktuell findet die Befragung der
kantonalen Umweltfachstellen statt. Das
BFE wird anschliessend gemeinsam mit
dem Bundesamt für Umwelt BAFU bis
Ende November 2011 eine Einschätzung
des Bundes abgeben. Es ist geplant, dass
die Verbände im Dezember 2011 dazu
Stellung nehmen können.
Bild. Speichersee Emosson (Quelle: zvg)
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 351

Nachrichten
Der SWV unterstützt die Plausbilisierung
des Ausbaupotenzials. Wie bereits früher
kommuniziert (vgl. aktualisiertes Faktenblatt
Ausbaupotenzial Wasserkraft SWV
vom 10.6.2011, www.swv.ch/Downloads),
ist der postulierte Ausbau der erneuerbaren
Wasserkraft zu begrüssen
– gerade auch aufgrund der neuen energiepolitischen
Ausgangslage. Und es gäbe
durchaus noch Ausbaupotenzial und interessante
Erweiterungs- und Ausbauideen.
Viele Ideen und Projekte scheitern jedoch
vor allem am politischen Willen. Unter den
bestehenden Rahmenbedingungen ist der
postulierte Ausbau nicht realisierbar – im
Gegenteil: aufgrund der zu erwartenden
Verluste aus den geltenden Restwasserbestimmungen
und gegebenenfalls aus
dem Klimawandel ist ohne Ausbau mit
einem Rückgang der Produktion aus Wasserkraft
zu rechnen. Eine sorgfältige Auslegeordnung
über die Möglichkeiten und
damit verbundene notwendige Anpassungen
bildet die Basis für eine breite und
transparente Diskussion und ist deshalb
zu begrüssen.
Vgl. dazu: www.swv.ch/Downloads > Ausbaupotenzial
Wasserkraft Schweiz 2011
Wasserkraftnutzung
Neues Kleinwasserkraftwerk Nandrò in
Betrieb
Nach einer kurzen und intensiven Bauzeit
von rund zwei Jahren steht das neue
Kleinwasserkraftwerk Nandrò bereit, ein
Gefälle von 78 Metern für die umweltgerechte
Stromproduktion zu nutzen. Stadtrat
Andres Türler erläutert die Bedeutung
des Projekts für Graubünden und für die
Stadt Zürich, bevor er das Kleinwasserkraftwerk
feierlich in Betrieb nimmt.
Dieses wird durch eine zusätzliche Wassernutzung
jährlich eine Energiemenge
von rund 6 GWh produzieren.
Die ersten Ideen zur Nutzung der Wasserkraft
des Baches «Ava da Nandrò» stammen
aus der ersten Hälfte des zwanzigsten
Jahrhunderts. Seit knapp 40 Jahren wird
das Wasser des «Ava da Nandrò» gefasst
und dem Kraftwerk Tinizong zugeführt,
bisher allerdings ohne das obere Teilgefälle
für die Stromproduktion zu nutzen.
Im Rahmen einer notwendig gewordenen
Leitungssanierung entschied ewz, das in
diesem Bereich vorhandene Teilgefälle
für die Produktion erneuerbarer Energie
zu nutzen. Dazu musste die bestehende
Freispiegelleitung durch eine druckfeste
Stahlleitung ersetzt und eine Kaverne für
Bild 1. Anlieferung des 30 Tonnen schweren Generators von Savognin zur neuen
Kraftwerkszentrale Nandrò (Quelle: ewz)
Bild 2. Einbringen der druckfesten Stahlleitung (Quelle: ewz)
die Kraftwerkszentrale in den Fels gebaut
werden.
Fakten zum Kleinwasserkraftwerk Nandrò.
Für das Projekt waren keine Konzessionsverhandlungen
notwendig, da ein bereits
in der bestehenden Konzession «Marmorera-Radons-Tinizong»
enthaltenes Gefälle
genutzt wird. ewz hat insgesamt Investitionen
in der Höhe von knapp 23 Mio.
Franken getätigt, damit das Kleinwasserkraftwerk
Nandrò eine Wassermenge von
bis zu 2.4 m 3 /s über eine Fallhöhe von
78 Metern nutzen kann. Anschliessend
fliesst das Wasser wie bisher in einen bestehenden
Druckschacht, welcher auch
das Wasser vom Stausee Marmorera zum
ewz-Kraftwerk Tinizong leitet. Dort wird
das Wasser des «Ava da Nandrò» wie bis
anhin bzw. ein weiteres Mal zur umweltfreundlichen
Stromproduktion genutzt. Mit
der installierten Leistung von 1.8 MW wird
das Kleinwasserkraftwerk Nandrò jährlich
eine Energiemenge von rund 6 GWh pro-
duzieren. Dies entspricht etwa dem durchschnittlichen
Jahresenergieverbrauch von
1300 Haushaltungen.
Mit seinen Anlagen in Mittelbünden und im
Bergell produziert ewz rund 1200 GWh Energie
und versorgt einen grossen Teil des
Kantons Graubünden mit Strom. ewz beschäftigt
über 1000 Mitarbeitende, davon
100 in Graubünden, und zählt zu den zehn
umsatzstärksten Energiedienstleistungsunternehmen
in der Schweiz.
Kontakt: ewz, Corporate Communications,
Telefon 058 319 49 67, harry.graf@ewz.ch
Linthal 2015: Durchschlag Druckschacht
1 erfolgt – Zeitplan wird eingehalten
Mit dem Mitte Oktober 2011 erfolgten
Durchschlag der letzten Gesteinspartie
vom ersten Druckschacht in die Schieberkammer
hat das Ausbauprojekt
Linthal 2015 der Kraftwerke Linth-Limmern
AG einen weiteren Meilenstein er-
352 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild. Bohrmannschaft nach dem Durchschlag Mitte Oktober 2011 (Quelle: Axpo).
reicht. Während es bei einzelnen Arbeiten
zu Verzögerungen gekommen ist,
hat man bei anderen Vorsprung auf den
Zeitplan. Insgesamt ist das Projekt auch
zeitlich auf Kurs.
Die Tunnelbohrmaschine 2, die sich von
der künftigen Maschinenkaverne mit einer
Steigung von 90% durch den Fels hocharbeitete,
erreichte am 14. Oktober 2011
die auf 2300 m ü.M. gelegene, unterirdische
Schieberkammer. Damit ist der erste
der beiden Druckschächte ausgebrochen.
Die beiden Druckschächte sind mit einer
Länge von je 1030 Metern Teil des Triebwassersystems
zwischen der Maschinenkaverne
auf 1700 m ü.M. und dem Muttsee
auf 2500 m ü.M.
Während die Ausbrucharbeiten zu Beginn
mit einer Tagesleistung von 15 bis 20 Metern
auf Kurs waren, wurde bei Tunnelmeter
570 eine prognostizierte Störzone erreicht.
Die Durchquerung des so genannten Mörtalbruchs
erforderte eine technische Aufrüstung
der Tunnelbohrmaschine sowie
zusätzliche Felssicherungsarbeiten. Dies
führte zu einer Verzögerung von rund sechs
Monaten. Mit den eingeleiteten Massnahmen
sollte diese Verzögerung bis Ende
Bauzeit kompensiert werden können. Die
Tunnelbohrmaschine 2 war seit Mitte Dezember
2010 unterwegs.
In den kommenden Wochen werden der
Bohrkopf der Tunnelbohrmaschine demontiert
und die Nachläufer durch den
Druckschacht zurückgezogen. Ende März
2012 wird die Maschine erneut einsatzbereit
sein und den Ausbruch des zweiten
Druckschachtes in Angriff nehmen. Parallel
dazu beginnt im ersten Druckschacht
der Einbau der Panzerung.
Die Arbeiten im Zugangsstollen 1 von Tierfehd
zur Maschinenkaverne sind im Rück-
stand. Entsprechende Massnahmen wurden
eingeleitet, und der Durchschlag soll
nun im Frühsommer 2012 erfolgen. Früher
als geplant konnte mit dem Mauerbau auf
der Muttenalp begonnen werden. Die ersten
Betonarbeiten, die gemäss Terminplan
für Frühling 2012 vorgesehen waren,
konnten bereits vor einigen Wochen in Angriff
genommen werden.
Insgesamt liegen die Arbeiten auf Kurs,
an der für Ende 2015 geplanten Inbetriebnahme
der ersten Maschinengruppe des
neuen Pumpspeicherwerks Limmern wird
festgehalten.
Kontakt: Axpo Holding AG, Corporate
Communications, Media Hotline 0800 44
11 00.
Gesamterneuerung Kraftwerke Hinterrhein:
Teilentleerung Stausee Sufers/Entleerung
Ausgleichsbecken Bärenburg
Bild. Vorentleerung Stausee Sufer im März 2011 (Quelle: KHR).
Anfangs November nahmen die Kraftwerke
Hinterrhein die Zentralen Bärenburg
und Sils ausser Betrieb. Der Stausee
Sufers wird abgesenkt, das Ausgleichsbecken
Bärenburg komplett entleert. Die
erste Sanierungsphase dauert bis zum
Ende des Winterhalbjahrs im April 2012.
Die Gesamterneuerung der Kraftwerksanlagen
der KHR geht jetzt in die Ausführungsphase.
Das Grossprojekt mit einem
Investitionsvolumen von knapp 300 Mio.
CHF wird mit der Abstellung der Kraftwerkszentralen
Bärenburg und Sils, mit
der Entleerung der Stollensysteme, der
Absenkung des Stausees Sufers sowie
mit der Entleerung des Ausgleichsbeckens
Bärenburg so richtig gestartet. Die
umfangreichen Arbeiten umfassen ca. 20
Bauplätze mit insgesamt rund 300 hauptsächlich
externen Facharbeitern und dauern
bis im April 2012, bis dahin bleiben die
Anlagen ausser Betrieb.
In Sufers bleibt ein Restsee
Die Analyse der Vorentleerung des Stausees
Sufers im Frühjahr 2011 hat gezeigt,
dass eine komplette Seeentleerung aufgrund
der immensen Sedimentablagerungen
im Stauraum zum heutigen Zeitpunkt
nicht möglich ist. Anders als ursprünglich
geplant, bleibt deshalb auch
während der Sanierungsarbeiten ein kleiner
Restsee bestehen. Dies hat zur Folge,
dass in Sufers vorerst nicht sämtliche geplanten
Arbeiten ausgeführt werden können.
Das Ausgleichsbecken Bärenburg
wird nun total entleert und erst im April
2012 wieder eingestaut.
Ökologische Begleitung
Um die ökologischen Auswirkungen so
gering wie möglich zu halten und um frühzeitig
auf allfällige Folgen mit Lösungen
reagieren zu können, arbeitet KHR sehr
eng mit den Behörden, den Umweltorga-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 353
Nachrichten

Nachrichten
nisationen und dem Kantonalen Fischereiverband
Graubünden zusammen. KHR hat
zudem das Umweltfachbüro ecowert und
weitere Experten mit der Begleitung des
Projekts und der Durchführung des Umwelt-
und Gewässermonitorings beauftragt.
Die Fachleute begleiten die Arbeiten,
untersuchen die Wasserqualität und
zeichnen die Ereignisse auf.
Weitere Auskünfte:
Guido Conrad, Direktor KHR
Tel. 081 635 37 37, admin@khr.ch
Baubeginn beim Kraftwerk Rüchlig in
Aarau
Die umfassende Teilerneuerung des
Kraftwerks Rüchlig in Aarau hat im Oktober
mit den Erschliessungsarbeiten
begonnen. Das erneuerte Kraftwerk soll
Anfang 2015 wieder in Betrieb genommen
werden und mit einer Leistung von
rund 11 MW ca. 64 GWh Strom produzieren,
womit über 14 000 Haushalte versorgt
werden können. Die Anlagenkosten
belaufen sich auf rund 130 Mio. Franken.
Der Regierungsrat hatte die Konzession
für die nächsten 60 Jahre und die Baubewilligung
am 17. August 2011 erteilt.
Nebst dem kompletten Ersatz der bestehenden
drei Rohrturbinen und dem Einbau
einer vierten identischen Maschine wird
auch ein neues Dotierkraftwerk in der Aare
erstellt, das die Restwasserabgaben von
30 bis 40 m 3 /s saisonal angepasst turbiniert.
Die Umwelt profitiert durch zwei neue
Fischpässe und einem Fischabstieg in der
Aare. Weitere ökologische Aufwertungs-
und Ausgleichmassnahmen sind vorgesehen,
unter anderem ein neuer Teich für
Kammmolche im unteren Teil der Zurlindeninsel.
Die Bauphase wird durch eine
beratende Begleitkommission und eine
Verkehrskommission unter der Führung
des Kantons begleitet.
Bild. Visualisierung neues KW Rüchlig (Quelle: Axpo)
Nach der rund zweijährigen Planungs-
und Bewilligungsphase steht nun die rund
vierjährige Realisierungszeit bevor. Die
Bewohner der Quartiere Telli und Scheibenschachen
werden insbesondere vom
neuen Hochwasserschutz profitieren. Dieser
erlaubt neu eine Abflussmenge von bis
zu 1700 m³/s, was gegenüber der heutigen
Abflussmenge von 1180 m³/s eine wesentliche
Verbesserung darstellt. Weiter wird
sich auch die Grundwassersituation mit
dem neuen Betriebsregime verbessern.
Zudem wird sich das Erscheinungsbild
des Kraftwerks zeitgemässer präsentieren.
Insbesondere wird der Blick auf die
Jurahöhen von der Oberwasserseite her
wieder freigeben, der heute durch das Maschinenhaus
behindert wird.
Alle Bau- und Lieferverträge für den Bau,
Stahlwasserbau, Elektromechanik und
Elektrotechnik sind inzwischen abgeschlossen.
Die ersten Aktivitäten, insbesondere
die Bauvorbereitungsarbeiten,
werden in den nächsten Wochen beginnen.
So gilt es die Baustromversorgung
aufzubauen, bestehende Kabelanlagen
umzulegen, die Installationsplätze für die
Lieferanten vorzubereiten, und eine temporäre
Dienstbrücke zu erstellen, um den
Verkehr besser führen zu können. Weiter
werden die erforderlichen Rodungen, die
sich vorwiegend im Bereiche des neuen
Dotierkraftwerks befinden, ausgeführt.
Im Quartier Telli werden Brunnen erstellt,
um das Grundwasser bei zu hohen Grundwasserständen
abzusenken. Diese Arbeiten
sind vor den Bauhauptarbeiten, die
Anfang April 2012 beginnen, abzuschliessen.
Die Realisierung inkl. Umgebungsarbeiten
dürfte ca. Mitte 2015 abgeschlossen
sein.
Weitere Auskünfte:
Axpo Holding AG, Corporate Communications,
Media Hotline 0800 44 11 00.
Energiewir Energiewirtschaft tschaft
Höchstgelegene Windenergieanlage
Europas am Gries im Wallis
Im Beisein von Bundesrätin Doris Leuthard
fand am Freitag, 30. September das Richtfest
der höchsten Windenergieanlage Europas
statt. Martin Senn, Gründer von
SwissWinds, und sein Team stellte sich
der technologisch höchst anspruchsvollen
Herausforderung während der Planungs-
und Realisierungsphase. Die Windanlage
auf rund 2500 m ü.M. gilt als einzigartig in
Europa und ist ein unternehmerisches Pionierwerk.
Nach einer mehrmonatigen Test-
und Einstellphase soll die Windenergieanlage,
eine Enercon E-70, 3 GWh pro Jahr
produzieren, was dem Verbrauch von 650
Haushalten entspricht.
Bild. Die höchstgelegene Windenergie
Europas steht am Gries im Wallis auf
2465 m ü.M. Dieser Standort in der Nähe
des gleichnamigen Staudammes wurde
gewählt, um die Windturbine mit den
vorhandenen elektrischen Leitung verbinden
zu können (Quelle: SwissWinds AG).
Dieses Pilotprojet wurde anlässlich
des Richtfestes von Bundesrätin Doris
Leuthard gewürdigt: «Der Kanton Wallis
macht einen grossen Schritt in eine erneuerbare
Zukunft. Als High-Tech-Land
können wir uns in einem Umfeld sehr gut
positionieren, in dem natürliche Ressourcen
und Energie zu knappen Konsumgütern
werden. Wenn wir für die Zukunft eine
saubere, eine sichere, eine weitgehend
schweizerische und wirtschaftliche Strom-
und Energieversorgung für die Menschen
und für die Wirtschaft in diesem Land wollen,
dann müssen wir jetzt handeln. Der
Bundesrat hat bereits dargelegt, dass der
Umbau technisch möglich ist, wenn wir
ihn sorgfältig organisieren und wenn wir
25 bis 30 Jahre Zeit haben. Berechnungen
354 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

der ETH haben es bestätigt.» Die höchstgelegene
Windenergieanlage Europas ist
in mehrerer Hinsicht eine technologische
Spitzenleistung. Erstens hat Martin Senn
ein Spezialgefährt mit dem Übernamen
«Tausendfüssler» entwickeln lassen. Dieser
gegliederte Tieflader war notwendig,
um die 35 m langen Rotorblätter auf den
kurvigen Bergstrassen zwischen Airolo im
Tessin und dem Nufenenpass im Wallis
zu transportieren. Ohne dieses innovative
Gefährt hätte die Windenergieanlage
niemals an diesem idealen Standort auf
2465 m in der Nähe der Staumauer Gries
errichtet werden können. Der gewählte Ort
erlaubt die Nutzung der bestehenden elektrischen
Leitungen. Zweitens haben zahlreiche
Vorstudien gezeigt, dass mit einer
solchen Installation der Eingriff in Fauna
und Flora gering gehalten wird. Die Anlage
integriert sich relativ gut in die Landschaft
und respektiert die Umwelt, was den Planern
sehr wichtig war. Schliesslich ist diese
Windenergieanlage wegen der bisweilen
extremen Wetterverhältnisse, die im
Winter auf dieser Höhe vorherrschen, mit
einem sparsamen Heizsystem ausgestattet,
welches die Rotorblätter schnee- und
eisfrei hält und vor Immobilität schützt.
Die Bewohner des Goms und die kantonalen
Behörden unterstützten diese technologische
Herausforderung mit Kräften.
Die Umweltverbände wurden seit dem
Planungsbeginn konsultiert. Die Gesamtkosten
der höchstgelegenen Windenergieanlage
Europas belaufen sich auf 5.5
Millionen Franken. Der Höhenwindkraft-
Pionier Martin Senn hatte sich mit den Energieversorgern
EnAlpin und Services Industriels
de Genève zusammengetan, um
dieses Pilotprojekt mitzufinanzieren. Die
Gemeinde Obergoms, welche ebenfalls
an diesem innovativen Projekt beteiligt ist,
wird von den wirtschaftlichen Gewinnen
der Windenergieanlage Gries profitieren.
Insgesamt haben sich die Partner in der
Firma GriesWind AG zusammengetan, um
diese Infrastruktur im Oberwallis zu entwickeln.
Sie wird Anfang 2012 definitiv ans
Netz gehen.
Kontakt: SIG: Isabelle Dupont-Zamperini
Klima
Szenarien zur Klimaänderung in der
Schweiz CH2011
In der Schweiz wird es wärmer und im
Sommer trockener werden. Von diesen
Veränderungen sind auch Extremereignisse
betroffen, so sind zum Beispiel
häufigere und längere Hitzewellen und
längere sommerliche Trockenperioden
zu erwarten. Dies bestätigen die neusten
wissenschaftlichen Erkenntnisse Schweizer
Klimaforscher unter der Leitung von
ETH Zürich und MeteoSchweiz, die an
einer Grossveranstaltung im Auditorium
Maximum der ETH Zürich neue Klimaszenarien
für die Schweiz vorstellen. Die
Szenarien stützen sich auf verfeinerte
Klimasimulationen und neue statistische
Verfahren. Erstmals stehen auch detaillierte
Szenariodaten in digitaler Form zur
Verfügung. Diese sollen die Erforschung
von Folgen des Klimawandels vorantreiben,
und ermöglichen Entscheidungsträgern
in Politik und Wirtschaft Zugriff
auf umfassende Informationen über die
Klimaentwicklung im 21. Jahrhundert in
der Schweiz.
Wie wird sich das Klima in der Schweiz in
den nächsten 100 Jahren entwickeln? Eine
Frage, die viele Schweizer und Schweizerinnen
beschäftigt. Das Center for Climate
Systems Modeling (C2SM), MeteoSchweiz,
die ETH Zürich, der Nationale Forschungsschwerpunkt
Klima (NFS Klima) und das
OcCC (Beratendes Organ für Fragen zur
Klimaänderung) haben in einem mehrjährigen
Projekt intensiv zusammengearbeitet
und Szenarien für die zukünftige Entwicklung
von Temperatur und Niederschlag in
der Schweiz erarbeitet.
Das Ergebnis: Die mittleren Temperaturen
werden sehr wahrscheinlich in allen Regionen
der Schweiz und während allen Jahreszeiten
ansteigen. Sogar wenn der globale
Treibhausgas-Ausstoss bis 2050 gegenüber
2000 halbiert werden könnte, wird
sich das Schweizer Klima voraussichtlich
bis Ende des Jahrhunderts gegenüber
der Periode zwischen 1980 und 2009 um
1.2–1.8 ° C erwärmen. Spätestens ab Mitte
des 21. Jahrhunderts ist im Sommer in der
gesamten Schweiz mit einem Rückgang
der Niederschläge zu rechnen. In der Südschweiz
werden die Winterniederschläge
voraussichtlich zunehmen. Durch die Abnahme
der Sommerniederschläge nimmt
auch das Risiko längerer Trockenperioden
zu. Wärmeperioden und Hitzewellen werden
häufiger und intensiver auftreten und
zudem länger anhalten. Gleichzeitig wird
der Winterniederschlag aufgrund der steigenden
Temperaturen vermehrt als Regen
fallen, wodurch sich das Überschwemmungsrisiko
vor allem in niedrigen Lagen
vergrössern wird. Die neuen Szenarien
sind konsistent mit der Klimaentwicklung
der letzten Jahrzehnte.
Klimaszenarien liefern einheitliche Planungsgrundlagen
für Wissenschaft, Politik
und Wirtschaft
Die ausführlichen Ergebnisse sind im Bericht
«Swiss Climate Change Scenarios
CH2011» (deutsch: Szenarien zur Klimaänderung
in der Schweiz CH2011) nachzulesen.
Eine englische, deutsche, französische
und italienische Zusammenfassung
des Berichts steht auf der Website www.
ch2011.ch zur Verfügung. Dort können
auch Klimaszenarien in digitaler Form bezogen
werden. Es stehen zum Beispiel die
Szenario-Daten für Temperatur und Niederschlag
der kommenden Jahrzehnte in
täglicher Auflösung an Messstandorten
von MeteoSchweiz zur Verfügung. Die
neuen Daten sollen in zahlreichen Folgestudien
benutzt werden, um die Folgen des
Klimawandels auf die Wirtschaft und Umwelt
der Schweiz besser abzuschätzen.
Für den Bund, der aktuell eine Strategie zur
Bild. Entwicklung Temperatur und Niederschlagsänderung zwischen 1875 und 2100;
Prognose gemäss dem neuen Klimaszenarien CH2011 [Quelle: MeteoSchweiz/ETHZ,
2011].
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 355
Nachrichten

Nachrichten
Anpassung an die Klimaänderung erstellt,
bilden diese Klimaszenarien eine wichtige
Entscheidungsgrundlage. Zudem können
Entscheidungsträger aus Politik und Wirtschaftssektoren
wie Land-, Bau-, Energie-
und Wasserwirtschaft, Gesundheit,
Tourismus, Raumplanung, Versicherung
usw. einfach und kostenlos auf die für
sie relevanten Daten zugreifen. Die Klimaszenarien
CH2011 ermöglichen damit
schweizweit eine einheitliche Planung der
verschiedenen Wirtschaftssektoren.
Das Know-how hinter den Klimaszenarien
Die CH2011-Klimaszenarien gründen auf
einer neuen Generation von globalen und
regionalen Klimamodellen. Zudem verwendeten
die Forschungspartner neue
statistische Methoden, um die Entwicklung
von Temperatur und Niederschlag
in den drei Schweizer Regionen Nordostschweiz,
Westschweiz und Südschweiz
abzuschätzen und die Unsicherheit der
Klimaprojektionen zu quantifizieren. Verschiedene
Emissionsszenarien, welche
den künftigen Ausstoss von Treibhausgasen
prognostizieren, sind die Basis für die
Klimamodelle. Für die vorliegenden Klimaszenarien
wurden erstmals drei unterschiedliche
Emissionsszenarien gewählt,
die ein breites Spektrum an möglichen
Wirtschaftsentwicklungen abdecken, darunter
auch ein sogenanntes Mitigations-
Szenario welches umfangreiche Massnahmen
gegen den Klimawandel berücksichtigt.
Kontakt:
ETH Zürich
Claudia Naegeli, Medienbeauftragte, claudia.naegeli@hk.ethz.ch,
+41 44 632 89 61
Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie
MeteoSchweiz, Bärbel Zierl, Kommunikation,
media@meteoschweiz.ch
+41 44 256 93 51
Methan in Seen und Feuchtgebieten
– wie wichtig ist Methan aus Seen für
den Klimawandel?
Von Oliver Heiri, Oeschger Zentrum für Klimaforschung,
Universität Bern
An einem Symposium von Mitte September
2011 in Bern über Methan in Seen und
anderen Feuchtgebieten diskutierten
Wissenschafter und Praktiker den Stellenwert
des Treibhausgases Methan.
Wie sich zeigte, ist die Datenlage für Regionen
wie die Schweiz sehr wahrscheinlich
noch zu dünn, um abschliessend zu
beurteilen, welche Rolle das Methan aus
Seen für die Klimabilanz spielt. Allerdings
weisen die verfügbaren Resultate darauf
hin, dass Seen als mögliche Methanquellen
in die Klimadiskussion miteinbezogen
werden sollten.
Sind Seen Klimasünder? Ein Blick in die
Presse könnte diese Vermutung nahe
legen. In den vergangenen Monaten gingen
nämlich verschiedene Zeitungsartikel
der Frage nach, ob für die Beurteilung des
Einflusses von Wasserkraftwerken aufs
Klima nicht auch der Methanausstoss von
Stauseen berücksichtigt werden müsste.
Hintergrund dieser Diskussionen waren
neu veröffentlichte Einzelstudien, die aufzeigten,
dass der Methanausstoss von
Seen bedeutend höher sein kann als bisher
angenommen. In der Öffentlichkeit ist Methan
im Gegensatz zu Kohlendioxid kaum
als Treibhausgas bekannt, obwohl Methan
das bedeutend stärkere Treibhausgas ist.
Allerdings ist die Konzentration von Methan
in der Atmosphäre ein vielfaches kleiner
als diejenige von CO 2. So kommt es
nicht von ungefähr, dass in Studien über
Feuchtgebiete die Bedeutung von Methan
weniger eingehend untersucht wurde als
jene von CO 2. Besonders über die Methanproduktion
von Seen ist noch relativ wenig
bekannt, dies obwohl ihr Methanausstoss
fürs Klima relevant ist. So wurde zum Beispiel
geschätzt dass bis zu 16% der natürlichen
Methanemissionen von Seen
stammen, obwohl sie nach verfügbaren
Hochrechnungen wohl weniger als 1% der
Erdoberfläche einnehmen.
Austausch zum Stand der Forschung
Um diese Forschungslücke zu schliessen,
trafen sich am 12. September 2011 Vertreter
aus Wissenschaft, der Verwaltung
und Wirtschaft in Bern zu einem Symposium
unter dem Titel «Methan in Seen
und Feuchtgebieten». Ziel der durch das
Oeschger Zentrum für Klimaforschung der
Universität Bern unterstützten Veranstaltung
war es, den 45 Teilnehmenden aus
dem In- und Ausland einen Einblick in den
aktuellen Stand der Forschung zu ermöglichen
und die unterschiedlichen Facetten
der Methanproduktion und -aufnahme
sowie der Methanemission von Seen und
anderen Feuchtgebieten zu diskutieren.
In Seen entsteht Methan in den tiefen, sauerstofflosen
Wasserschichten oder im Sediment
durch den mikrobiellen Abbau von
organischem Material. Ein Teil des Methans
diffundiert im Sediment und in der Wassersäule
in Richtung Wasser oberfläche.
In Kontakt mit Sauerstoff kann ein grosser
Teil dieses Methans durch sogenannte
methanoxidierende Bakterien in CO 2 umgewandelt
werden. Ein weitaus bedeutenderer
Teil des Methanausstosses von
Seen findet jedoch über Gasblasenbildung
statt. Gasblasen können Methan, das sich
in den Tiefen von Seen bildet, sehr schnell
und mit nur sehr geringem Verlust an die
Gewässeroberfläche transportieren. Je
seichter das Gewässer, um so effizienter
funktioniert normalerweise dieser Gastransport
in Form von Blasen. Deshalb sind
seichte Gewässer für den Methanausstoss
besonders bedeutend. Der Diffusionsgetriebene
Gastransport hingegen scheint
vor allem saisonal, während der Umwälzung
geschichteter Seen im Herbst und
Frühjahr einen bedeutenden Beitrag zur
Methanemmission zu leisten.
Komplexe Messung und Bilanzierung der
Methanemissionen
Am Berner Symposium wurde das Thema
«Methan in Seen und Feuchtgebieten» aus
unterschiedlichen Perspektiven betrachtet.
Dabei zeigte sich, dass Methan aus
Feuchtgebieten eine bedeutende Rolle im
globalen Methanhaushalt spielt und dass
Veränderungen in der Methanproduktion
dieser Gebiete in der Vergangenheit das
Klimasystem wohl deutlich beeinflusst
haben. Allerdings ist viel weniger darüber
bekannt wo genau in bestimmten Landschaftstypen
die höchsten Methanausstossraten
zu erwarten sind und welche
Rolle in diesem Kontext Gewässer spielen.
Dies führt zum Beispiel dazu, dass die Auftrennung
von Überflutungsgebieten und
ganzjährigen Gewässer bezüglich ihrer
Methanemissionen auf dem regionalen und
globalen Massstab (zum Beispiel in Klimamodellen)
sehr schwierig ist. Die Messung
der Methanemission von einzelnen Gewässern
ist sehr komplex weil diese normalerweise
durch grosse jahreszeitliche und
räumliche Variabilität gekennzeichnet ist.
Bild 1. Sedimentkern für die Bestimmung
des Methangehaltes bei Lej Nair vor dem
Cambrenagletscher am Bernina-Pass,
Graubünden. (Foto: Ch. Bigler)
356 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

Bild 2. Messung der Methanfreisetzung aus einem Sumpfgebiet im Oberaar (Bild: J.
Zeyer).
Vor allem das Ausperlen und Aufsteigen
des Methans in Form von Gasblasen kann
räumlich sehr heterogen sein und sich auf
kurze Zeitintervalle beschränken.
Verschiedene Beiträge am Symposium
befassten sich denn auch damit, wie sich
der Methanausstoss von Seen am effizientesten
und genausten messen lässt. Die
diskutierten Ansätze reichten von Messungen
des Gasausstosses direkt an der
Wasseroberfläche bis zu Zählungen der
aufsteigenden Methanblasen mithilfe hydroakustischer
Methoden. Deutlich wurde
in diesen Diskussionen, dass Einzelmessungen
nur in seltenen Fällen verlässliche
Schätzungen liefern und längere Messreihen
und mehrere Messkampagnen pro
Jahr nötig sind, um den Methanhaushalt
von Seen verlässlich zu quantifizieren.
Ein Teil der Beiträge beschäftigte sich mit
der Frage, wie man Messdaten zu Schätzungen
des Methanausstosses auf Landschaftsebene
oder zu globalen Emmissionswerten
für Seen hochrechnen kann.
Hier wurde ersichtlich, dass die heutige
Datenlage für viele Regionen und Seetypen
noch unbefriedigend ist.
Methan als Teil der aquatischen Nahrungskette
Ein weiterer Teil des Symposiums beschäftigte
sich mit der Frage, welche Faktoren
den Methanhaushalt von Seen und
anderen Feuchtgebieten beeinflussen und
welche Rolle Methan für aquatische Ökosysteme
spielt. Verschiedene Vorträge
widmeten sich der mikrobiologischen Produktion
von Methan sowie der Oxidation
des Gases durch Bakterien. Ferner wur-
den neuere Resultate gezeigt, die dokumentieren,
dass Methan eine bedeutende
Kohlenstoffquelle für aquatische Nahrungsketten
in Seen und Fliessgewässern
darstellen kann. Verschiedene Tiergruppen,
vor allem Wirbellose wie beispielsweise
Insektenlarven und Wasserflöhe,
können einen bedeutenden Teil ihrer Nahrung
aus Mikroorganismen beziehen, die
ihren Kohlenstoffbedarf mit Methan decken.
Methanogener Kohlenstoff wurde
auch in höheren Gliedern der Nahrungskette
festgestellt. So wurde zum Beispiel in
einem eingehend untersuchten finnischen
See geschätzt, dass bis zu 17% des Kohlenstoffes
im Körper bestimmter Fischsorten
ursprünglich von Methan stammt.
Der abschliessende Teil des Symposiums
konzentrierte sich auf die Frage, wie
sich Veränderungen im Methanhaushalt
von Seen anhand von Seesedimenten
rekonstruieren lassen. Rekonstruktionen
würden es erlauben, anhand der Reaktion
von Seen auf vergangene Umweltveränderungen
abzuschätzen, wie sich der
Methanausstoss in Gewässern als Folge
des Klimawandels verändert. So könnten
möglicherweise Kohlenstoffisotope in organischen
Sedimentbestandteilen Informationen
über den Methanhaushalt von
Seen in der Vergangenheit liefern.
Fazit
Vorträge und Diskussionen am Berner
Symposium machten klar, dass sich die
Erforschung der Rolle von Methan in Seen,
Flüssen und Feuchtgebieten in einer sehr
dynamischen Phase befindet. Verfügbare
Resultate zeigen allerdings deutlich,
dass Seen und Feuchtgebieten eine bedeutende
Methanquelle sind und dass sie
vermehrt in Studien über den Treibhausgasausstoss
von Landschaften integriert
werden sollten.
Sind Seen, wie eingangs gefragt, tatsächlich
Klimasünder? Fest steht, dass gewisse
Seen eine bedeutende Menge Methan
ausstossen. Doch dies gilt nicht für
alle Seen. Eine wichtige Aufgabe der Forschung
wird es deshalb in den nächsten
Jahren sein, die Faktoren, die zu einem
hohen Methanausstoss führen besser zu
verstehen. Erst dann lassen sich heute
noch kontrovers diskutierte Fragen abschliessend
beantworten wie zum Beispiel
welche Rolle Methan bei der Beurteilung
der Klimabilanz von Strom spielt, der mit
Hilfe von Speicherseen produziert wird.
Der Austausch zwischen Wissenschaft
und Praxis wie am Methan-Symposium
hilft mit, die Wissensbasis zu erweitern und
das gesicherte Wissen weiterzuverbreitern.
Zum einen vereinfachen solche themenbezogenen
Veranstaltungen die Kommunikation
zwischen Wissenschaftern aus
unterschiedlichen Fachbereichen. So trafen
sich in Bern Vertreter aus der Klimatologie,
Limnologie, Ökologie und Mikrobiologie.
Andererseits sind auf ein aktuelles
und relevantes Einzelthema fokussierte
Treffen auch für Vertreter aus Verwaltung
und Wirtschaft ergiebiger als thematisch
oft sehr breit gefächerte wissenschaftliche
Fachkongresse. In Bern jedenfalls zeigte
sich das Publikum aus unterschiedlichsten
Fachgebieten äusserst diskussionsfreudig
und am Austausch interessiert.
Das Symposiumprogramm und einige der
Präsentationen sind unter http://www.
oeschger.unibe.ch/events/conferences/
methane/ zu finden.
Kontakt: Oliver Heiri, Institut für Pflanzenwissenschaften
und Oeschger-Zentrum für
Klimaforschung, Universität Bern, Zähringerstrasse
25, CH-3012 Bern
oliver.heiri@ips.unibe.ch
Beitrag der Stauseen an den Ausstoss
von Klimagasen? Resultate einer internationalen
Forschungsarbeit
Pfa. Das bisher umfassendste internationale
Forschungsprojekt bringt die notwendigen
Einordnungen zur Relevanz
der Klimagase aus Stauseen. Mit nur
rund 4% der Emissionen aller Binnengewässer
und gar nur 0.5% des gesamten
globalen Ausstosses sind die Emissionen
von absolut untergeordneter Bedeutung.
Aufgrund der Zusammenhänge mit der
geographischen Breite und der Verfüg-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 357
Nachrichten

Nachrichten
Bild: Keine relevanten Methangasemissionen aus hoch gelegenen Speicherseen im
Schweizerischen Alpenraum (Foto: zvg).
barkeit von organischem Material ist das
Thema zudem vor allem in den tropischen
Gebieten relevant.
Methangas aus natürlichen und künstlichen
Seen ist immer wieder ein Thema in
den Medien. Dabei wird gerne und meist
falsch auch der Zusammenhang mit der
Wasserkraftproduktion in der Schweiz thematisiert.
Ursache und Relevanz
Zum einen ist festzuhalten, dass Methangasemissionen
in natürlichen und künstlichen
Seen primär auf das Angebot natürlicher
oder anthropogener organischer
Substanz zurückzuführen sind und Beiträge
aus Stauseen damit nicht ohne Weiteres
einfach der Wasserkraft zugeordnet
werden können (vgl. Beitrag im Nachrichtenteil
WEL 4/2010, Seite 352–353 sowie
Argumentarium des SWV zur Methanproduktion
auf www.swv.ch/Downloads). Zum
anderen stellt sich die Frage, wie gross die
Emissionen aus hydroelektrischen Stauanlagen
im Vergleich zu anderen Quellen
sind und ob diese als relevant eingestuft
werden müssen.
Weltweite Analyse von 85 hydroelektrischen
Anlagen
Zur Frage der Relevanz bringt nun ein im
Journal Nature Geoscience publizierter
Artikel über Untersuchungen zu Klimagas-
Emissionen aus Stauseen (vgl. Barros N. et
al. Nature Geosci. 4, 593–596 [2011]) die
notwendigen Einordnungen. Die Analyse
des internationalen Forscherteams stützt
sich auf weltweit verteilte 85 hydroelektrische
Stauanlagen, die insgesamt rund
20% der Gesamtfläche dieser Systeme
ausmachen – zwar ist die Datenlage damit
weiterhin eher knapp, aber es handelt
sich trotzdem um eine der bisher umfassendsten
Untersuchungen.
Weniger als 0.5% der globalen anthropogenen
Klimagas-Emissionen
Gemäss den neuen Schätzungen betragen
die durch organischen Abbau in hydroelektrischen
Stauanlagen verursachten
Emissionen von Kohlendioxid und Methan
weltweit nur gerade 4% der Emissionen
aus allen Binnengewässern der Welt (natürliche
und künstliche Gewässer). Der
Anteil an den gesamten anthropogenen
Emissionen beträgt sogar weniger als
0.5% und ist damit weltweit von absolut
untergeordneter Bedeutung. Die grössten
globalen Beiträge sind bei den Kohlendioxid-Emissionen:
die Verbrennung fossiler
Energieträger (rund 80%) sowie die
Landwirtschaft und Abholzung (Rest); und
beim klimaschädlicheren Methangas: die
Abwässer, Gülle/Mist und die Landwirtschaft
(v.a. Reisanbau).
Vor allem in den Tropen ein Thema
Die Untersuchungen des internationalen
Forscherteams bestätigen zudem, dass
das Thema vor allem in den tropischen
Gebieten relevant ist. Die Emissionen
aus Seen hängen nämlich primär von folgenden
Faktoren ab:
Verfügbarkeit von organischem Material
(je weniger desto geringer)
Geographische Breite (je weiter weg
vom Äquator, desto geringer)
Alter der Stauanlage (je älter desto geringer,
rascher Abbau in den ersten 15
Jahren seit dem Bau).
und – nicht beschrieben aber aufgrund
der Abhängigkeit von Temperatur und
organischem Material klar – Höhenlage
(je höher/kälter, desto geringer).
Die grössten Emissionen sind aufgrund
dieser Zusammenhänge in den Tropen
und vor allem im Amazonasgebiet zu erwarten.
Bei neuen Vorhaben in tropischen
Gebieten sollte bei der Planung und Projektierung
den Emissionen die notwendige
Beachtung geschenkt werden (möglichst
geringer Eintrag organischer Substanz,
Design von Einlauf und Turbinen).
Keine Relevanz für Schweizer Stauanlagen
Für die meist sehr hoch gelegenen hydroelektrischen
Stauanlagen der Schweiz gilt
aufgrund der klimatischen Verhältnisse
und der Verfügbarkeit von organischem
Material: die Emissionen von Treibhausgasen
sind vernachlässigbar. Die Nutzung
der Wasserkräfte weist den geringsten
Ausstoss an Treibhausgasen aller Stromproduktionstechnologien
auf und bleibt
damit die mit Abstand klimaschonendste
Energiequelle.
Quelle:
Nathan Barros et al., Carbon emission from
hydroelectric reservoirs linked to reservoir
age and latitude, Nature Geoscience, published
online 31 July 2011.
Rückblick
Veranstaltungen
Exkursion ATEA 2011: Besuch der Baustelle
für ein neues Kleinwasserkraftwerk
bei Ossasco im Valle Bedretto
Pfa. Die traditionelle Exkursion des Tessiner
Wasserwirtschaftsverbandes ATEA
führte Ende Oktober 2011 ins Valle Bedretto
zwischen Airolo und Nufenenpass.
Rund 30 interessierte Teilnehmer
besuchten die aktuelle Baustelle für ein
Wasserkraftwerk bei Ossasco, das in Zukunft
rund 4.7 GWh erneuerbaren Strom
liefern wird.
Die diesjährige Exkursion des Tessiner
Wasserwirtschaftsverbandes ATEA führte
ins Valle Bedretto, wo zur Zeit am Bach
Cristallina bei Ossasco ein neues Kleinwasserkraftwerk
entsteht. Die rund 30
Teilnehmer wurden im Gemeindehaus von
Villa Bedretto vom Bürgermeister mit einer
launigen Ansprache über die Rechte am
Wasser willkommen geheissen. Anschliessend
erläuterten Vertreter der IM Ingenieria
Maggia SA das Projekt, das nach einigen
Anlaufschwierigkeiten nun doch zur Realisierung
gelangt.
Das Projekt sieht die Fassung des Cri-
358 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

stallinabaches auf 1544 m ü.M. und die
anschliessende Turbinierung im Dorf Ossasco
auf 1311 m ü.M. vor. Damit wird in
Zukunft das Wasser aus einem Einzusgebiet
von rund 7 km 2 für die Produktion von
dringend benötigten 4.7 Gigawattstunden
(entsprechend dem Jahresverbrauch
von rund 1000 Haushalten) erneuerbarem
Strom genutzt.
Kennzahlen des Wasserkraftwerkes:
Einzugsgebiet: 7 km 2
Ausbauwassermenge: 700 l/s
Restwassermenge: 116 l/s
Installierte Leistung: 1270 kW
Energieproduktion: 4.7 GWh/Jahr
Die interessierten Teilnehmer konnten
nach der Einführung unter kundiger Führung
der Bauleitung die Bergbaustelle
besichtigen. Die Tour von der bereits im
Rohbau stehenden Wasserfassung mit
Entsander über die abenteuerliche Verlegung
der Druckleitung bis zum Bau der
Zentrale in Ossasco ermöglichte einen
guten Eindruck der Bauarbeiten in schwierigem
Gelände.
Bild1 . Die interessierten Teilnehmer der
ATEA beim Besuch der Fassung (Fotos:
Pfa).
Bild 2. Rohbau von Fassung und Entsander
mit temporärer Bachumleitung.
Bild 3. Arbeiten zur Befestigung der
Druck leitung in schwierigem Gelände.
Die Exkursion fand ihren angenehmen
Schlusspunkt bei einem Apéro in der
Schaukäserei Caseifico del Gottardo in
Airolo.
Veranstaltungen
KOHS-Tagung 2012/Symposium CIPC
2012
Regulierung Gewässersysteme – von
der Vorhersage zum Entscheid
Freitag, 20. Januar 2012, Olten
Vendredi, 20 janvier 2012, Olten
Die jährlich von der Kommission Hochwasserschutz
(KOHS) des SWV organisierte
Fachtagung ist diesmal dem Thema
«Regulierung Gewässersysteme – von der
Vorhersage zum Entscheid» gewidmet. Vorhersagen
sind eine wichtige Voraussetzung,
um frühzeitig auf kritische Hochwasser- und
auch Niederwassersituationen reagieren zu
können. Neben wissenschaftlichen Grundlagen
interessieren dabei auch die Randbedingungen
aus Sicht der Entscheidungsfindung
und der Politik. Diese Aspekte werden
an der KOHS-Tagung von ausgewiesenen
Fachleuten ausgeleuchtet und diskutiert.
Tagungssprachen/Langues
Die Vorträge werden in Deutsch oder Französisch
gehalten. Es ist keine Simultanübersetzung
vorgesehen.
Les conférences seront présentées en allemand
ou français. La traduction simultanée
n’est pas prévue.
Tagungskosten/Frais
Mitglieder SWV/Membres ASAE
CHF 230.–.
Nichtmitglieder SWV/Non-membres
CHF 300.–.
Studierende/Etudiants
CHF 115.–.
Inkl. Fachtagung, Mittagessen, Pausenkaffee,
exkl. 8% MWSt./Y inclus inscription au
symposium, repas de midi, café, 8% TVA
exclue.
Programm
Der diesem Heft beiliegende Flyer, der auch
als Download auf unserer Webseite www.
swv.ch erhältlich ist, informiert über das detaillierte
Programm.
Anmeldung/Inscription
Anmeldungen sind ab sofort möglich. Bitte
ausschliesslich einfach und bequem über
die Webseite des SWV/Inscriptions uniquement
par le site web de l’ASAE s.v.p:
www.swv.ch
Die Anmeldungen werden nach Eingang
berücksichtigt.
Hochwasserschutz
KOHS-Weiterbildungskurse 3. Serie
Gefahrengrundlagen und Hochwasserbewältigung
Rapperswil, 26./27. Januar 2012
Die Kommission Hochwasserschutz
(KOHS) des SWV startet zusammen mit
dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) eine
dritte Serie von Weiterbildungskursen.
Thema der Kursserie ist die Bewältigung
von Hochwasserereignissen, beginnend
mit den für die Notfallplanung benötigten
Gefahrengrundlagen über die Schwach-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 359
Nachrichten

Nachrichten
stellenanalyse bis hin zu Sofortmassnahmen
während und nach einem Ereignis.
Die zentralen Elemente der Hochwasserbewältigung
werden von ausgewiesenen
Fachleuten präsentiert und in Workshops
diskutiert.
Die KOHS und das BAFU leisten mit diesem
Kurs einen weiteren Beitrag für die Qualitätssicherung
im Hochwasserschutz. Der
Kurs richtet sich an Fachleute von Ingenieur-
und Beratungsunternehmen sowie
von kantonalen Verwaltungen.
Kurssprache
Der Kurs in Rapperswil wird in deutscher
Sprache durchgeführt (Kurse in französischer
Sprache werden folgen).
Kurskosten
Mitglieder SWV/VIB CHF 650.–.
Nichtmitglieder SWV/VIB CHF 750.–.
Inkl. Kursunterlagen, Verpflegung 1. Tag
Mittag und Abend sowie 2. Tag Mittag,
Pausenkaffee, Transporte für die Exkursion;
exkl. 8% MWSt. und allfällige Übernachtungskosten.
Programm
Der diesem Heft beiliegende Flyer, der
auch als Download auf unserer Webseite
www.swv.ch erhältlich ist, informiert über
das detaillierte Programm.
Anmeldung
Anmeldungen sind ab sofort möglich. Bitte
ausschliesslich einfach und bequem über
die Webseite des SWV: www.swv.ch.
Die Teilnehmerzahl ist auf 25 Personen
beschränkt. Die Berücksichtigung erfolgt
entsprechend dem Eingang der Anmeldungen.
Training Workshop MesoHABSIM: A
Habitat-Model for River Restoration
Planning
The Laboratory of Hydraulic Constructions
(LCH-EPFL), in collaboration with
the Rushing Rivers Institute, is pleased to
announce an intensive course in the MesoHABSIM
aquatic habitat modeling approach
and its accompanying SimStream
software. This course will feature the MesoHABSIM
technique, a comprehensive
planning tool used for river scale, quantitative
planning and evaluation of river restoration
measures. It is a physical habitat simulation
model that describes the instream
habitat conditions for aquatic fauna, used
to simulate changes in habitat quality and
quantity in response to alterations of river
morphology or flows. The course will be
valuable for those interested in habitat modeling,
restoration planning and looking for
alternative solutions to tough ecological
questions. It will consist of two sections:
two days of theory in classroom and field
followed by two days of practical software
use. The participants can register for each
of the sections or for both. Course cost will
include the software.
The course is scheduled for 24./25. May
(Introduction to MesoHABSIM with field
work) and to 29/30 May (Practical software
use) 2012. More details on program, cost
and registration can be found at http://lch.
epfl.ch
Information about the MesoHABSIM method
can be found at website: www.Meso-
HABSIM.org.
Agenda
Rapperswil 11.–13.1.2012
Hydro-Weiterbildungskurs: Betriebsführung
und Unterhalt (F)
Fachhoch schulen in Zusammenarbeit
mit dem SWV. Informationen und Anmeldung:
Hydro-Weiterbildungskurse
Olten 20.1.2012
KOHS-Tagung Hochwasserschutz
2012:
Regulierung Gewässersysteme – von der
Vorhersage zum Entscheid, Tagung des
SWV; Informationen und Anmeldung:
www.swv.ch
Rapperswil 26./27.01.2012
KOHS-Weiterbildungskurs 3. Serie:
Gefahrengrundlagen und Hochwasserbewältigung
(2. Kurs), BAFU in Zusammenarbeit
mit der Kommission Hochwasser
(KOHS) des SWV. Informationen
und Anmeldung: www.swv.ch
Martigny 15./16.3.2012
KOHS-Weiterbildungskurs 3. Serie:
Gefahrengrundlagen und Hochwasserbewältigung
(3. Kurs, Französisch), BAFU
in Zusammenarbeit mit der Kommission
Hochwasser (KOHS) des SWV. Informationen
und Anmeldung: www.swv.ch
Aarau 20./21.3.2012
Aarau PLANAT-Plattformtagung 2012:
Instrumente für den Umgang mit Naturgefahren,
Nationale Plattform Naturgefahren.
Weitere Informationen und Anmeldung
ab Januar 2012 unter: Webseite
Planat, http://www.planat.ch
Lausanne 24./25. und 29./30. Mai 2012
Training Workshop MesoHABSIM: A
Habitat Model for River Restoration
Planning
Laboratoire de constructions hydrauliques
LCH-EPFL, Station 18, CH-1015
Lausanne, Informationen unter: http://lch.
epfl.ch
Zürich 14.6.2012
Fachforum SWV an Powertagen 2012:
Strategien und Rahmenbedingungen der
Wasserkraftproduktion
Powertagen 2012 – dem Branchentreffpunkt
der Schweizerischen Stromwirtschaft.
Weitere Informationen: http://
www.powertage.ch/
Literatur
Neuerscheinung zum Talsperrenbau:
Les barrages – du projet à la mise en
service
Auteurs: Anton J. Schleiss, Henri Pougatsch,
ISBN: 978-2-88074-831-9, 2011,
720 pages imprimées en quadri, 19×24 cm,
relié, Prix: 129.50 CHF
Bezug: Presses Polytechniques et Universitaires
Romandes (PPUR), www.ppur.
org
Sujet du livre:
Les barrages constituent l’une des réalisations
les plus imposantes et les plus
complexes du génie civil, et depuis toujours
un facteur important de développement
et de prospérité économique. Ils ont
pour rôle majeur de stocker les apports
d’eau afin de répondre aux besoins vitaux
et énergétiques des populations, de
protéger celles-ci et les paysages contre
les effets destructeurs de l’eau, enfin de
servir de recours dans le cas de pénurie
d’eau. L’objectif de ce livre, qui s’adresse
principalement aux ingénieurs praticiens
et aux étudiants de Master, est de présenter
de manière claire les bases de conception
et de dimensionnement qui régissent
l’ingénierie des barrages. Il expose en dé-
360 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

tail un concept de sécurité basé sur trois
piliers, les différents types de barrages
en béton et en remblai, ainsi que leur impact
sur l’environnement, l’étude des fondations
et les modalités de surveillance
et d’entretien. La matière est enrichie de
nombreux exemples qui reflètent la compétence
internationalement reconnue de
l’ingénierie suisse en matière de conception
de barrages. (PPUR)
Am Wasser gebaut – Bäche und Flüsse
in Siedlungsräumen
Herausgeber: André Seippel, Gianni Paravicini,
für den Kanton Luzern, Bau-, Umwelt-
und Wirtschaftsdepartement, Dienststelle
Verkehr und Infrastruktur (vif).
1. Auflage September 2011
ISBN 978-3-271-10045-7
Kantonaler Lehrmittelverlag Luzern, Drucksachen-
und Materialzentrale
Bezug: Das Buch kann für 29 Franken über
den Buchhandel oder bei der Dienststelle
Verkehr und Infrastruktur bezogen werden
(Arsenalstrasse 43, CH-6010 Kriens, Tel.
041 318 12 12 oder vif@lu.ch).
Wasserbau im Siedlungsgebiet stellt die
Wasserbaufachleute vor besondere Herausforderungen.
Die Publikation «Am
Wasser gebaut. Bäche und Flüsse in Siedlungsräumen»,
herausgegeben von Gianni
Paravicini, Projektleiter der Dienststelle
Verkehr und Infrastruktur, und André Seippel,
Landschaftsarchitekt, widmet sich
diesem anspruchsvollen Thema und gibt
Denkanstösse für einen phantasievollen
Wasserbau. Das Buch wurde anlässlich
der eidgenössischen Wasserbautagung
in Luzern vorgestellt.
Im herkömmlichen Wasserbau in Siedlungsgebieten
konzentriert man sich in erster
Linie auf den Hochwasserschutz und
die Revitalisierung. Ästhetische Fragen
werden häufig vernachlässigt und es liegt
kaum Fachliteratur zum Thema vor. Das
vorliegende Buch «Am Wasser gebaut»
geht konsequent einen Schritt weiter und
vereint Artikel von Fachleuten und Ingenieuren
verschiedener Fachgebiete. Die
Texte sollen Interessenten aus Verwaltung
und Politik, aus den Baubranchen und den
gestaltenden Berufen zu einer zukünftig interdisziplinären
Zusammenarbeit animieren.
Dabei wird die Rolle des Wassers in
heutigen Lebenszusammenhängen nicht
nur rein technisch, sondern auch emotional
und kulturhistorisch betrachtet. Erfahrungsberichte
von Planungsprozessen
stehen neben ökologieorientierten Betrachtungen;
auf einzelne Ingenieursthemen
wie Brückenbau und Mauerngestaltung
wird im Detail eingegangen. Ergänzt
werden die Beiträge durch einen Anhang
mit Fallbeispielen aus den Kantonen Aargau
und Luzern und thematischen Spots
zu technischen und ästhetischen Aspekten.
(vif Luzern)
Rechtliche Verankerung des integralen
Risikomanagements beim Schutz vor
Naturgefahren – Rechtsgutachten
Herausgeber: Bundesamt für Umwelt
(BAFU), Autor: Erwin Hepperle, ETHZ
Reihe: Umwelt-Wissen, Nr. UW-1117-D
Bezug: Download www.umwelt-schweiz.
ch/uw-1117-d (keine gedruckte Fassung)
Das vorliegende Rechtsgutachten gibt
in einem ersten Schritt einen Überblick
über die bestehenden Rechtsgrundlagen
betreffend Schutz vor Naturgefahren auf
Bundesstufe. In einem zweiten Schritt wird
die PLANAT-Strategie des integralen Risikomanagements
(IRM) aus juristischer
Sicht untersucht, und in einem dritten
Schritt wird die Strategie des IRM mit den
geltenden Rechtsgrundlagen verglichen.
Schliesslich macht das Gutachten Vorschläge
für die rechtliche Verankerung
der Strategie und dient in diesem Sinne als
Grundlage für allfällige Anpassungen von
Gesetzen, Verordnungen und Vollzugshilfen.
(BAFU)
Leben mit Naturgefahren – Ziele und
Handlungsschwerpunkte des BAFU im
Umgang mit Naturgefahren
Herausgeber: Bundesamt für Umwelt
(BAFU), Reihe: Umwelt-Diverses, Nr. UD-
1047-D, Bezug: Download www.umweltschweiz.ch/ud-1047-d
(keine gedruckte
Fassung)
Dieses Dokument befasst sich mit dem
Umgang mit Naturgefahren, insbesondere
dem Schutz vor Hochwasser (Überschwemmungen,
Ufererosionen, Murgängen),
dem Schutz vor Lawinen, dem Schutz
vor Massenbewegungen (Sturzprozesse,
Rutschprozesse, Fliessprozesse) sowie
mit Erdbeben
Wasser – Grundlage des Lebens. Hydrologie
für eine Welt im Wandel
Herausgeber: G. Strigel et al., 1. Auflage
2010, gebunden, 22×28 cm, ISBN 978-3-
510-65266-2, Kosten: 26.80 Euro
Verlag: Schweizerbart, Stuttgart
www.schweizerbart.de
Das reich illustrierte Buch beschreibt die
Rolle der Hydrologie für unsere Zivilisation
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 361
Nachrichten

Nachrichten
und ihre Geschichte. Von der technischen
Entwicklung wesentlicher hydrologischer
Messgeräte über Bewirtschaftungsbeispiele
bis zu den aktuellen Herausforderungen
des zunehmenden Wasserbedarfs
werden die Facetten der Hydrologie im
Zeitfenster der letzten 200 Jahre aufgezeigt.
Das Buch fokussiert auf Deutschland
und richtet sich in allgemeinverständlicher
Form an alle Interessierten der Hydrologie.
Textproben können auf der Webseite des
Verlages eingesehen werden.
Die Themen der deutschen «Wasserwirtschaft»
11–12011
Das Neisse-Hochwasser 2010 – Analyse
und Konsequenzen
Uwe Müller, Petra Walther
Internationales Hochwasserrisikomanagement
– zwischen Information
und Harmonisierung
Meike Gierk, Peter Heiland, Thomas
Stratenwerth
Internationale Abstimmung beim
Hoch wasserrisikomanagement am
Beispiel der IKSR und der IKSMS
André Weidenhaupt, Anne Schulte-
Wülwer-Leidig, Daniel Assfeld
Umsetzung der Europäischen Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie
im Flussgebiet Weisse Elster
Jörg Walther, Matthias Grafe, Hans-
Georg Spanknebel
Pilotprojekt Hochwasserrisikomanagement-Plan
Nahe
Doris Hässler-Kiefhaber, Kurt Knittel
Heinrich Webler
Beteiligungsmanagement in Rheinland-Pfalz
Werner Theis
Vom Hochwasserschutzkonzept zum
Hochwasserrisikomanagement
Horst Geiger
Öffentlichkeitsbeteiligung bei den
sächsischen Hochwasserschutzkonzepten
Stephan Gerber
Zur Ermittlung von Grundwasserständen
für Karten zur Gefährdung
des Grundwasseranstiegs infolge
eines Hochwassers
Bernhard P. J. Becker, Steffi Forberig,
Roger Flögel, Holger Schüttrumpf, Jür -
gen Köngeter
Hydraulische Wirkung der Deichrückverlegung
Lenzen an der Elbe
Matthias Alexy, Petra Faulhaber
Experimentelle Bestimmung der Rauheit
eines Maisfeldes mit echten Pflan -
zen
Christoph Rapp, Tobias Hafner
Wassernutzungsabgaben auf Wasserkraft
– rechtliche und ökonomische
Anforderungen
Katharina Kern, Erik Gawel
Pelton-Turbinen – Ein Beitrag zu Gehäuseabströmung
und Lufteintrag in
das Unterwasser
Alexander Arch, Dominik Mayr
Ehemalige Schleuse im Berliner
Spreekanal – Geschichtliche Entwicklung,
Ist-Zustand und zukünftige
Nutzungsmöglichkeit
Ralf Gastmeyer
Die Themen der ÖWAW 9–11/2011
Integratives Flussgebietsmanagement:
Abstimmung wasserwirtschaftlicher,
gewässerökologischer
und naturschutzfachlicher Anforde -
rungen auf Basis verschiedener EU-
Richtlinien (Beispiel Steirische Enns)
S. Muhar, G. Pohl, M. Stelzhammer, M.
Jungwirth, R. Hornich, S. Hohensinner
Rekonstruktion historischer Fluss-
landschaften als Grundlage im Gewässermanagement
– Potenzial und
Limits
G. Haidvogl, S. Hohensinner, S. Preis
Einfluss der Hydromorphologie auf
den Nährstoffrückhalt in Weinviertler
Bächen – Schlussfolgerungen für das
Gewässermanagement
G. Weigelhofer, J. Fuchsberger, B.
Teufl, N. Keuzinger, S. Muhar, S. Preis,
K. Schilling, T. Hein
Auswirkungen des Wasserkraftausbaues
auf die Fischfauna der steirischen
Mur
S. Schmutz, C. Wiesner, S. Preis, S.
Muhar, G. Unfer, M. Jungwirth
Schutz und Sicherung ökologisch
sensibler Fliessgewässerstrecken:
Anforderungen, Kriterien, Implementierungsprozess
S. Muhar, M. Poppe, S. Preis, M. Jungwirth,
S. Schmutz
Sanierungsarbeiten an Laufkraftwerken
Ch. Otter
Bauwerke in Lebenszyklen denken
– Österreich auf dem Weg zur Ressourceneffizienz
im Bauwesen
H. Daxbeck, H. Buschmann, J. Flath,
R. Lixia
Bewertung unterschiedlicher Szenarien
der Behandlung von Baurestmassen
anhand von Kosten-Wirksamkeits-Analysen
D. Clement, K. Hammer, P. H. Brunner
Baustoffrecycling
A. Müller
Ersatzbrennstoffe aus Baumischabfall
Ch. Ludwig
362 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden

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Tel. 056 222 50 69 · m.minder@swv.ch
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 363
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Seenregulierung, Hochwasserschutz, Binnenschifffahrt, Energiewirtschaft,
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Revue suisse spécialisée traitant de la législation sur l’utilisation des eaux, des
constructions hydrauliques, de la mise en valeur des forces hydrauliques, de
la protection des eaux, de l’irrigation et du drainage, de la régularisation de
lacs, des corrections de cours d’eau et des endiguements de torrents, de la
navigation intérieure, de l’économie énergétique et de l’hygiène de l’air.
Gegründet 1908. Vor 1976 «Wasser- und Energiewirtschaft», avant 1976 «Cours d’eau et énergie»
Redaktion: Roger Pfammatter (Pfa), Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsver bandes
Layout, Redaktions sekretariat und Anzeigenberatung: Manuel Minder (mmi)
ISSN 0377-905X
Verlag und Administration: Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, Rütistrasse 3a, CH-5401 Baden, Telefon 056 222 50 69, Telefax 056 221 10 83,
http://www.swv.ch, info@swv.ch, E-Mail: r.pfammatter@swv.ch, m.minder@swv.ch, Postcheckkonto Zürich: 80-32217-0, «Wasser Energie Luft», Mehrwertsteuer-Nr.:
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Inseratenverwaltung: Manuel Minder · Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (SWV)
Rütistrasse 3a · 5401 Baden · Telefon 056 222 50 69 · Fax 056 221 10 83 · E-mail: m.minder@swv.ch
Druck: buag Grafisches Unternehmen AG, Täfernstrasse 14, 5405 Baden-Dättwil, Telefon 056 484 54 54, Fax 056 493 05 28
«Wasser Energie Luft» ist offizielles Organ des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) und seiner Gruppen: Associazione Ticinese di Economia
delle Acque, Verband Aare-Rheinwerke, Rheinverband und des Schweizerischen Talsperrenkomitees.
Jahresabonnement CHF 120.– (zuzüglich 2,5% MWST), für das Ausland CHF 140.–, Erscheinungsweise 4 × pro Jahr im März, Juni, September und Dezember
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Tel. +41 (0) 33 671 32 48
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H. ERNE METALLBAU AG
Steiächer, CH-5316 Leuggern
Tel. +41 (0)56 268 00 20, Fax +41 (0)56 268 00 21
erne@h-erne.ch, www.h-erne.ch
Wehranlagen, Druckleitungen, Rechenanlagen
Gleitschützen, Notverschlüsse, Schlauchwehre
Revisionen.
Taucharbeiten
www.taf-taucharbeiten.ch
Gässli 5 · CH-3283 Niederried
Telefon +41 32 392 73 20 · Fax +41 32 392 73 21
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WILLY STÄUBLI INGENIEUR AG
Grubenstrasse 2, CH-8045 Zürich
Tel. +41 (0)43 960 82 22
Fax +41 (0)43 960 82 23
ingenieur@willystaeubli.ch
www.staeubliing.com
Taucherarbeiten, Stahlbau, Wasserbau.
Wasserbau
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D-68165 Mannheim
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SCHWEIZERISCHER VEREIN FÜR
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«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 4, CH-5401 Baden 365

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